FOX 인체생리학 - 소화기계

[문형철]

15.1 소화계 소개

인간과 동물은 식물과 달리 음식에서 기본 유기분자를 얻어야

섭취한 음식분자

1) 에너지(칼로리, ATP)에 사용

2) 조직을 만드는데 사용

소화관, 위장관에서 큰분자가 단량체로 분해되는 것은 '가수분해 반응 Hydrolysis'을 통해서 

흔한 3가지 가수분해

1. salt : sodium acetate +water --> acetic acid + sodium +hydroxide

2. acid : acetic acid + water --> acetate + hydronium

3. base : ammonia + water --> ammonium+hydroxide

Hydronium = H3O+. hydroxide = HO-

소화기계 기능

1. 운동성 섭취, 저작, 연하, 연동 및 분할

2. 분비

 1) 외분비 분비물 : 물, 염산, 중탄산염, 소화효소가 소화관의 내강으로 분비

 2) 내분비 분비물 : 위와 소장은 소화를 조절하는데 도움이 되는 여러 호르몬을 분비

3. 소화 : 음식이 단량체로 분해되는 과정

4. 흡수 : 소화된 최종 생성물이 혈액이나 림프로 들어가는 것

5. 저장 및 배설 : 소화되지 않은 식품 분자의 임시 저장 및 후속제거

6. 면역장벽 : 병리학적 유기체와 독소의 침투에 대한 물리적 장벽

소화계의 2가지 구분

1) 관상 소화관(위장관) : 구강, 인두, 식도, 위, 소장, 대장

2) 부속 소화기관 : 치아, 혀, 침샘, 간, 쓸개, 이자

소화관의 세포층

1) 점막층 : Mucosa 흡수 및 주요 분비층

2) 점막하층 : submucosa 혈관을 포함하는 결합조직층, 점막하층 신경얼기인 마이너스 신경얼기는 근점막층에 자율신경 공급

3) 근육층 : muscularis 분절수축과 꿈틀운동. 안쪽은 환형이고 바깥쪽이 종축의 층으로된 민무늬근

4) 장막 : serosa 내장복막으로 알려진 편평상피층으로 덮인 유륜조직으로 구성

15.2 입에서 위까지

저작은 침샘에 의해 분비되는 침으로 음식을 섞음. 점액과 함께 여러 항균제, 그리고 녹말을 부분적으로 소화하는 침 아밀라제(프티알린)을 가지고 있음

연하는 수의적으로 활동, 후두가 열리면서 후두개는 호흡기 입구를 덮어 음식물이 기도로 들어가는 것을 막음. 

음식이 위로 들어오면 염산(HCL)과 단백질 분해효소인 펩신에 의해 섞임. 

식도는 인두와 위를 연결하는 위장관으로 약 25cm

위

음식물을 저장하고, 단백질 소화를 시작하고, 위산으로 세균을 죽이고 음식물을 미즙으로 만들어 소장으로 내보내는 역할

내인자(당단백질)를 분비하여 비타민 b12의 장흡수 --> 적혈구 생성 --> 악성 빈혈방지

위샘 gastric gland

1) 점액 목세포 mucose neck cell : 점액분비

2) 벽세포 parietal cell : HCL 분비

3) 으뜸세포 chief cell(zymogenic cell) : 단백질 분해효소인 펩신의 불활성화 형태인 펩시노겐 분비

4) 장크롬친화성 세포(ECL cell) : 히스타민과 5-하이드록시트립타민으로서 세로토닌 분비

5) G 세포 : 가스트린을 혈액으로 분비 위산 분비, 이자액 생산을 유도하고 위장, 소장, 대장의 움직임도 촉진

6) D 세포 : 소마토스타틴 분비 내분비계를 조절하고 신경전달물질에 영향을 미치고 세포의 증식에 관여하는 펩티드 호르몬

7) P/DI 세포 : 그렐린 분비 

펩신과 HCL 분비

벽세포는 일차 능동수송에 의해 양성자를 위내강으로 분비 H+/K+ ATPase 펌프

벽세포의 기저외측막은 염소이온 수송을 HCO3-이동에 결합시킴으로써 염소이온을 받아들임. 중탄산염은 탄산의 해리에 의해 벽세포내에서 생산됨. 

벽세포에 의한 HCL분비는 가스트린, 주변분비 조절물질 히스타민과 아세틸콜린을 포함하여 다양한 인자들에 의해 자극을 받음. 

벽세포로 분비되는 고농도의 HCL은 위액의 pH를 2이하로 만듬. 

1) 섭취한 단백질은 낮은 pH에 의해 변성. 3차구조가 변경되어 소화가 잘됨

2) 산성조건에서 펩시노겐은 펩신으로 전환됨

3) 펩신은 산성조건에서 더 활동적임

펩신은 섭취한 단백질에서 펩티드 결합의 가수분해를 촉매할 수 있음. 

펩신과 HCL의 협력활동은 위에서 음식단백질의 부분소화를 허용

부착 점액층(adherent layer of mucus)에선 알칼리성 중탄산염이 들어있음. 상피세포의 정점 원형질막에서 빈비. 상피 표면의 pH는 중성에 가까움

위의 소화와 흡수

단백질은 펩신에 의해 위에서 부분적인 소화가 일어나지만, 탄수화물과 지방는 소화되지 않음. 

녹말의 소화는 입속의 침 아밀라제에 의해 시작. 

위벽을 통해 흡수되는 물질 : 알코올과 아스피린

위염과 소화궤양

졸린거-엘리슨 증후군 : 십이지장 궤양은 고농도의 가스트린에 반응하여 위산이 과다분비되기 때문이 발생

그러나, 위궤양은 위산의 과다분비에 의한 것이 아니라 자가소화(self-digestion)에 의한 점막의 장벽을 감소시키는 기전때문에 발생. 자가 소화에 의해 위장벽이 파괴되면 산이 점막을 통해 점막하층으로 새어나가 조직손상을 일으킴. 이런 과정을 급성염증이라고 함. 

15.3 소장 ... 십공회

유문에서부터 20~30cm 십이지장 duodenum

그 다음 소장의 2/5 공장 jejunim

마지막 3/5 회장 ileum

탄수화물, 지질, 아미노산, 칼슘, 철은 주로 십이지장과 공장에서 흡수

쓸개즙염, 비타민 B12, 수분, 전해질은 회장에서 흡수

융모 Villus 와 미세융모

융모는 손가락 모양의 주름 - 주로 장상피세포로 덮여있고, 배상세포(술잔세포)가 있어 점액을 분비

융모 기저층의 결합조직(고유관, 고유층)은 수많은 림프구, 모세혈관, 중심 암죽관(중앙 유미관)이라고 불리는 림프관을 가짐. 

흡수된 단당류, 아미노산은 모세혈관으로 들어가고, 

지방산은 중심 암죽관으로 흡수

장움 intestinal crypt

장움의 바닥에 항균 리소자임 lysozyme과 살균 펩타이드 디펜신 defensin을 분비하는 파네트 세포 Paneth cell이 있음

파네트 세포에 의해 분비되는 항균 펩타이드 antimicrobial peptide는 장 미생물 조성에 영향을 주면서 병원균으로부터 장을 보호함. 장움 바닥은 유사분열에 의해 자신을 증식하고 장점막의 전문화된 세포들을 생산하는 장줄기세포 intestinal stem cell을 가지고 있음. 

미세융모 microvilli

미세융모는 각 상피세포의 꼭대기쪽 표면에서 일어나는 접힘

솔가장자리 brush border를 만듬

유당불내증

이당류 유당을 포도당과 갈락토스로 분해하여 소장에서 흡수해야 하는데, 그 과정이 제대로 일어나지 않음.

유당을 소화하기 위해서는 솔가장자리에서 분비하는 락타아제가 필요. 락타아제는 유당을 분해하는 효소

소화되지 않은 유당은 대장으로 이동, 삼투효과를 일으켜 내강으로 물을 끌어들이고 삼투성 설사를 일으킴. 

결장에 있는 박테리아는 유당을 소화하여 가스와 팽만감을 생성

유당 불내증은 셀리악 병이 있는 사람에게서 흔하게 나타남. 밀, 보리, 호밀에 있는 글루텐을 섭취하면 장 융모를 파괴

최근 연구에 의하면 비교적 무해한 레오 바이러스 감염이 글루텐 및 기타 식품항원에 대한 면역반응을 유발하는데 참여함을 발견

치료하지 않으면 다양한 비타민, 미네랄 및 영양소 결핍이 발생할 수 있음. 

장 효소

미세융모 세포막은 흡수를 위해 넓은 표면적을 제공할 뿐만 아니라 이당류, 다당류 및 기타 지질들을 분해하는 소화효소를 가지고 있음. 솔가장자리 효소 brush border enzyme는 내강으로 분비되지 않고, 미즙에 활성부위를 노출시킴으로써 세포막에 붙어 있음. 

솔가장자리 효소 중 하나인 엔테로키나아제는 단백질 분해효소인 트립신의 활성에 필요함. 활성화된 트립신은 다른 이자액 효소들을 활성화.

장수축과 운동

1) 연동운동, 꿈틀운동 peristalsis

2) 분절운동 segmentation movement

꿈틀운동은 식도, 위보다 소장에서 더 약하게 일어남.

분절운동은 다른 장 분절이 동시에 수축하는 것

장 민무늬근 수축은 심장박동과 약간 유사하게 내인성 심박조율기 활동에 반응하여 자동적으로 일어남. 그러나 장 민무늬근에서 수축의 리듬은 느린 파동이라 부르는 차등 탈분극에 의해 일어남. 

15.4 대장

대장은 소장에서 내려온 미즙에서 수분, 전해질, 비타민(특히 비타민 k) 등을 흡수

상행결장, 횡행결장, 하행결장, s자 결장, 직장, 항문

대장의 점막은 많은 분산된 림프구와 림프절을 가지고 있고, 원주상피세포와 술잔세포로 덮여있음

비록 이 상피세포가 움 crypt을 형성할지라도 대장속에는 융모가 없음. 

장 미생물상

장내세균은 위, 소장에는 비교적 적음

회장에서 증가하고 결장에 가장 많은데, 10조개의 장내세균이 있음. 

결장에 서식하는 장 미생물은 대부분 혐기성 세균임. 

우리는 음식물과 비타민 K와 결장에서 흡수된 비타민(리보플라빈, 티아민, 비오틴, 판토텐산, 엽산)을 제공하는 장 미생물로부터 비타민을 얻음. 뿐만 아니라 결장의 공생균은 식이성 섬유 Dietary fiber(사람의 소화효소에 의해 단당유로 분해할 수 없는 다당류)를 소화하는 효소를 가지고 있음. 

세균은 식이섬유로 부터 얻은 다당류를 단쇄지방산 즉 초산 acetate, 프로피온산 propionate, 뷰티르산 butyrate으로 발효시킴. 이 단쇄지방산은 결장 상피세포에 의해 에너지로 쓰이고 긴사슬 지방산과는 달리 문정맥 혈액으로 흡수됨. 

단쇄지방산은 장운동과 분비를 촉진하는데 도움을 줌. 

장내 미생물은 또한 소장에 점액 및 항균 펩타이드의 망을 포함하는 배상세포에 의한 점액 생산을 자극함으로써 병원성 박테리아에 대한 건강을 유지하는데 도움. 점액은 박테리아가 상피세포에 도달하지 못하게 함. 

장내 미생물은 또한 파이에르판, 음패치, 격리된 림프 여포와 같은 장관련 림프조직(CALT)의 적절한 발달을 자극하는데 필요함. 

이것이 장의 염증을 방지하고 음식으로붜 항원에 대한 내성을 향상시키는데 도움. 

줄기세포를 보호는 파네트 세포로부터의 항균 펩타이드의 분비 및 고유층의 혈장세포에 의한 IgA 항체의 분비를 포함. 

IgA 항체는 장의 상피세포를 통해 내강으로 운반되며, 여기서 독소(콜레라 독소 등)을 중화시켜 병원균(살모넬라균, 이질균)이 점막장벽에 침입하는 능력을 저하시킴. 

장의 체액과 전해질 흡수

위장관은 하루에 1.5리터을 물을 공급받아야 하며, 하루에 8~10리터의 수분을 내강으로 분비함. 

대장은 90%의 물을 재흡수함. 

장에서 물의 흡수는 이온의 능동수송에 의해 생긴 삼투 기울기의 결과로 발생함.

15.5 간, 쓸개, 이자

간은 혈액의 화학적 조성을 여러가지 방법으로 조절

담즙 생산, 분비

담즙은 십이지장으로 방출되기 전에 담낭에 저장되고 농축됨.

이자(췌장)은 중탄산염(hco3-)과 주요 소화효소를 포함하는 췌장액을 십이지장으로 외분비

간구조

간세포 hepatocyte

간세포는 간세포판 hepatic plate를 형성

간세포들은 동양혈관 sinusoid라고 부르는 큰 모세혈관 공간에 의해 서로 떨어져 있음.

동양혈관은 그물내피계(세망내피계 또는 단핵포식세포계)의 일부인 쿠퍼 Kupffer cell을 가지고 있음.

간은 놀라운 재생능력. 이 재생능력은 줄기세포와 같은 전구세포로 변하는 간세포의 유사분열 mitotic division에 의함. 

간문맥계

장내 모세혈관에 흡수된 소화산물은 체순환계로 직접 들어가는 대신에 간으로 전달됨. 

위장관 내 모세혈관은 이 혈액을 간속의 모세혈관으로 운반하는 간문정맥 hepatic portal vein으로 내보냄.

문맥계는 모세혈관-정맥-모세혈관-정맥으로 순환하는 구조. 

간문정맥 hepatic portal vein은 장, 췌장, 쓸개, 그물막, 지라 등의 모세혈관을 비우고 약 75~80% 혈류를 간으로 보냄. 

간문정맥은 장으로부터오는 혈액을 포함하고 있어서 영양소와 흡수한 다른 분자들을 간으로 보냄. 

간동맥은 간 혈류의 나머지 20~25%를 공급하지만, 이 동맥혈류는 간문정맥을 통해 혈류의 변화를 조정함.

간소엽

간세포판은 간소엽 hepatic lobule 또는 문맥소엽 portal lobule이라고 하는 기능적 단위로 배열.

각 간소엽의 중앙에는 중심정맥 central vein이 있고, 각 간소엽의 주위에는 간세포판 사이의 동양혈관으로 통하는 간문정맥과 간동맥의 가지들이 있음. ..

쓸개즙은 간세포에 의해 생산되고, 각 간세포판 사이에 위치한 쓸개모세관으로 분비됨. 이 쓸개 모세관은 담관에 의해 각 간소엽의 주위에서 흘러나와 간관으로 흘러감. 혈액은 동양혈관으로 움직이고 담즙은 간세포판에서 반대방향으로 움직이기 때문에 혈액과 담즙은 간소엽에서 섞이지 않음. 

장간순환

담즙 성분외에도 간은 다양한 외인성 물질(약물)을 쓸개관으로 분비함. 간은 특정물질을 혈액에서 제거하여 장으로 배출함. 담즙으로 분비되어 혈액에서 제거된 물질은 대변으로 배설되는데 이는 소변의 배설을 통한 혈액의 신장청소와 유사함. 

담즙과 함께 장으로 배출된 많은 물질들은 대변과 함께 제거되지 않음. 일부는 소장을 통해 흡수되어 간문맥혈액으로 들어감. 이 물질들은 간으로 다시 운반되고 그곳에서 간세포에 의해 쓸개관에서 분비됨. 이처럼 물질이 간과 장사이에서 재순환하는 것을 장간 순환enterohepatic circulation이라고 함. 예를들어 장으로 방출된 담즙염은 몇 그램은 매일 6-7번 재순환하여, 대변으로 매일 배설되는 담즙은 약 0.5g밖에 되지 않음.

간기능

간은 다양한 효소 및 독특한 구조를 보유하고 또한 장으로부터 정맥혈액을 받기 때문에 다른 어떤 기관보다 다양한 기능을 함. 

간기능 주요작용

간은 다양한 효소 및 독특한 구조를 보유하고 또한 장으로부터 정맥혈액을 받기 때문에 다른 어떤 기관보다 다양한 기능을 함.

기능	작용
혈액의 해독	쿠퍼세포에 의한 포식작용 호르몬과 약물의 화학적 변화 요소, 요산과 어버이화합물보다 독성이 덜한 다른 분자의 생성 쓸개즙에서 분자의 배설
탄수화물 대사	포도당을 글리코겐과 지방으로 전환 간 글리코겐으로부터 포도당 생성과 포도당  신생합성에 의한 포도당 생성(아미노산, 젖산)
지질 대사	TG와 콜레스테롤 합성 쓸개즙으로 콜레스테롤 배설 지방산으로부터 케톤체 생성
단백질 합성	알부민 생성 혈장 운반단백질 생성 응고인자 생성
쓸개즙 분비	쓸개즙 생성 쓸개즙 색소(빌리루빈)의 결합과 배설
분자의 저장	글리코겐 저장 미네랄(철, 아연, 마그네슘, 구리, 망간) 및 비타민 A와 D의 저장

쓸개즙 생성과 분비

간은 하루에 약 250ml ~1500ml의 쓸개즙을 생성하고 분비함. 

쓸개즙의 주요 성분으로 색소(빌리루빈), 쓸개즙염(bile salt), 인지질(주로 레시틴), 콜레스테롤, 무기이온 등

빌리루빈은 헤모글로빈의 헴 유도체로 지라(비장), 간 및 골수에서 생성. 

유리 빌리루빈은 물에 잘 녹지 않고, 대부분은 알부민 단백질에 결합된 형태로 혈액에서 운반됨. 

... 

유화는 담즙산에 의해 큰 지방방움이 더 작은 지방방울의 미세한 부유액으로 전환되는 바응으로서 지방에 더 큰 표면적을 제공하여 리파아제에 의해 분해됨.

혈액의 해독

간의 내피세포(동양혈관을 덮고 있는), 쿠퍼세포와 수지상세포 등은 병원체 관련분자유형(pathogen-associated molecular pattern, PAMPS)을 인식하는 병원체 인식 수용체를 갖고 있어 혈액-매개 세균을 제거할 수 있도록 함.

간은 또한 혈액에서 호르몬, 약물 및 기타 활성분자들을

1) 쓸개즙으로 이물질들의 배설

2) 동양혈관을 덮는 쿠퍼세포에 의한 포식세포 작용

3) 간세포 내에서 이 분자들의 화학적 변형 등을 통해 제거할 수 있음.

간은 암모니아를 독성이 덜한 요소 urea 분자로 전환시키는데 필요한 효소를 가지고 있으며, 요소는 간에 의해 혈액으로 분비되고 신장을 통해 소변으로 배설됨. 

간은 독성 포르피린을 빌리루빈으로, 독성 퓨린을 요산으로 전환시킴. 

신장과 정의 불충분한 배설로 인해 생긴 고농도 혈액요산은 통풍과 요산결석을 일으킬 수 있음.

포도당, TG, 케톤체 분비

간은 몸의 요구에 따라 포도당을 혈액에서 제거하거나 첨가함으로써 혈당농도를 조절함. 탄수화물을 많이 섭취한 후 간은 간문맥혈액으로부터 포도당을 제거하여 클리코겐 합성 glycogenesis 과 지질합성 Lipogenesis의 과정을 통해 글리코겐과 TG를 만듬. 단식하면 간은 포도당을 혈액으로 분비하는데 이를 Glycogeolysis라고 함. 

간은 케톤체 생성이라고 부르는 유리지방산을 케톤체로 전환시키는 효소를 가지고 있음. 

혈장 단백질 생성

대부분의 혈장 글로불린은 간에서 생성되며, 알부민은 전체 혈장 단백질 중 약 70%를 차지하고 혈액 콜로이드 삼투압에 기여함. 

글로불린은 콜레스테롤과 TG의 운반, 스테로이드와 갑상샘 호르몬의 운반, 트립신 활성의 억제 및 혈액응고 등 다양한 기능을 수행함. 응고인자 1 피브리노겐, 2 프로트롬빈, 3, 4,5.. 안지오텐시노겐 등은 간에서 생성

쓸개 Gallbladder

쓸개는 쓸개관, 간세포관 및 슬개주머니관을 공유하여 간으로부터 배출된 쓸개즙을 저장하고 농축함. 

쓸개즙은 쓸개즙염, 빌리루빈, 콜레스테롤 및 기타 화합물을 포함하고 있는 황록색의 액체. 

췌장, 이자 pancereas

이자는 외분비, 내분비 기능을 가지고 있는 샘기관

내분비 기능 : 인슐린과 글루카곤을 분비하는 랑게르한스 섬

외분비 샘으로서 이자는 이자액을 이자관을 통해 십이지장으로 분비. 

이자액 pancreatic juice

이자액은 물 HCO3- 그리고 약 20여개의 다양한 소화효소를 포함

소화효소 : 아밀라제(녹말분해), 트립신(단백질 분해), 리파아제(지방분해) 등이 포함

이자액은 140mM HCO3-와 비교하여 약 20mM Cl-를 포함.