인체내부환경 2

<부적피드백>

대부부의 신체 조절체계는 부적피드백(negative feedback)을 통해 작동한다. 부적피드백은 항상성 유지를 위해 각 요소들을 일반 수치로 되돌리는 역할은 한다. 이 때문에 생체 방제계에서 중요한 부류이다. 부적피드백의 예시는 세포외액의 이산화탄소 농도와 관련된 호흡계 조절을 들 수 있다. 세포외액의 이상화탄소가 정상보다 높으면 수용기를 자극하고 이러한 정보는 통합중추인 호흡조절중추로 보내져 호흡을 증가시키고 더 많은 공기를 폐로 유입시키게 만든다. 세포외액의 이산화탄소를 정상으로 낮추어 항상성을 유지, 이러한 형태의 신호체계를 부적이라고 정의한 이유는 조절체계의 반응이 자극에 대해 반대 방향으로 작용하기 때문이다. 즉 이러한 종류의 피드백이 음성인 것은 이산화탄소 농도가 증가하면 초기 자극의 반대로 정상 수치로 농도를 낮추는 생리학적인 작용들을 야기하기 때문이다.

 

<긍정피드백>

비록 부적피드백이 신체의 항상성을 유지하는 데 사용되는 피드백의 주된 유형이지만, 긍정피드백(positive feedback)또한 존재한다. 이 메커니즘은 초기자극을 증가시키는 역할을 하는데, 이러한 피드백의 유형을 긍정(positive)이라고 하며, 이는 반응이 자극과 같은 방향이기 때문에 이와 같이 부른다. 긍정피드백의 메커니즘의 전형적인 예로, 여성이 출산할 때 분만수축 상승을 들 수 있는데, 예를 들어 아기의 머리가 자궁 하부로 이동할 때 증가한 압력이 자궁의 좁은 부분인 자궁경부의 감각 수용기를 자극하는데, 이렇게 흥분된 감각들은 조절중추인 뇌로 신경 신호를 전달, 뇌는 뇌하수체에서 옥시토신 호르몬을 방출시킨다. 이 옥시토신은 혈액을 거쳐 자궁으로 전달되어 수축을 더욱 활성화시키는데 일조한다. 진통이 지속되면서, 자궁경부는 더 많은 자극이 주어져 자궁 수축이 더 활성화되고, 출산이 일어날 때까지 자궁수축이 더 강해진다. 출산 후에는 옥시토신 방출을 위한 자극(압력)은 중지되고 긍정피드백 메커니즘 또한 멈추게 된다.

 

<조절체계의 긍정효과>

조절체계가 항상성을 유지시키는데 메커니즘을 체계의 긍정효과(gain)라고 하며 조절체계가 할 수 있는 능력으로 간주된다. 즉 대량의 긍정효과를 지닌 조절체계는 적은 효과를 가진 조절체계보다 항상성 유지를 위해 방해요인을 제거하는 능력이 더욱 크다. 조절체계의 긍정효과를 수학적으로 정의하면 다음과 같다.

 

긍정효과 = 조절량/오류 발생량

 

따라서 조절체계의 긍정효과가 큼으로써 상당 규모의 조절량을 얻게 되는 것, 이는 생리적인 변인을 제어하는 것에서 발생하는 오류가 그만큼 제한된다는 것을 의미한다. 일반적으로 신체 대부분의 중요한 조절체계는 대량의 긍정효과를 가지고 있다. 예시를 들면, 체온조절체계, 호흡을 조절하는 호흡시스템, 혈액을 운반하는 심혈관시스템은 대량의 긍정효과를 가지고 있는데 이는 사람의 생명을 좌우하는 매우 중요한 시스템이라고 할 수 있다.

 

/생물학적 조절체계는 수용기, 조절중추, 효과기로 구성되어 있다/

/대부분의 조절체계는 부적피드백의 형태로 작동한다/

/조절체계가 항상성을 유지하는 현상을 체계의 긍정효과라고 한다. 따라서 대량의 긍정효과를 가진 조절체계는 적게 가진 체계보다 항상성을 유지하는 능력이 좋고, 긍정효과는 다음과 같은 공식에 의해 정의할 수 있다.(긍정효과 = 조절량/오류 발생량)/

 

 

 

<항상성 조절의 예>

-체온 조절-

부적피드백을 이용하는 항상성 조절체계의 좋은 예시로 체온 조절을 이야기 할 수 있는데, 이 시스템에 있는 감각기들은 신체 여러 부위에 있는 열 수용기이다. 온도 조절을 위한 조절충주는 뇌에 위치하고 있으며, 체온이 정상보다 높게 증가할 때, 온도 센서는 온도가 정상보다 높다는 신경 메시지를 조절중추로 보낸다. 이는 피부혈관 확장과 땀 배출로 열 손실을 유도하여 자극에 반응하며, 체온이 정상으로 돌아올 때 조절중추는 비활성화된다.

정상 체온보다 체온이 아래로 떨어질 때, 온도센서는 뇌의 조절중추로 정보를 보내 피부의 혈관을 수축하여 열 손실을 방지하며, 이러한 작용이 신체의 열을 보존하게 된다. 다시 체온이 정상으로 돌아오면, 조절중추는 비활성화가 된다. 

 

-혈당 조절-

항상성는 내분비체계(endocrine system)의 기능을 조절하는 역할을 한다. 신체는 8가지 중요한 내분비샘을 가지고 있으며, 혈에 의해 운반되는 호르몬이라 칭하는 화학적 기질들을 합성하고 분비하는데, 호르본은 순환과 대사기능들을 조절하기 위한 보조제로 순환계를 통해 신체 모든 부위에 전달된다. 항상성을 유지하기 위한 내분비체계 역할 중 하나로 혈당 수준 조절을 이야기할 수 있는데, 이는 건강을 유지하기 위해서는 혈당 수준이 매우 세심하게 조절되어야 한다. 예시를 들어, 인슐린 호르몬은 혈당의 대사작용과 세포에서의 혈당 섭취를 조절하므로 혈당의 농도 조절에 매우 중요하다. 탄수화물 식사를 많이 하면 혈당 수준은 정상보다 증가, 혈당의 상승은 췌장에 인슐린을 분비하도록 신호를 보내어 세포에서의 혈당 섭취를 증가시킴으로써 혈당을 낮추게 된다. 그에 따라 혈당 조절의 실패는 당뇨병을 발생시키는 주된 요인이 된다.