[세포생물학] 체내 pH 변화에 따른 항상성 교란 (+ 그래프 해석)

항상성 교란

체내 pH는 7.41 ~ 7.45 사이이고, CO2의 분압은 대략 40mmHg이고, HCO3-의 분압은 24mmEqmol입니다.

체내 pH가 정상 수치를 벗어난다면 단백질의 3차 구조에 변형이 생겨 단백질이 정상 기능을 수행할 수 없습니다.

따라서 체내에서는 pH를 정상 수치로 되돌리기 위한 보상 작용이 나타납니다.

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산증

 

만약 어떤 사람의 체내 pH가 정상 수치보다 낮다면, 산증에 해당합니다.

고칼륨혈증이 발생하며 과흥분상태가 되기 때문에 신장이 계속 수축해있는 상태가 되는 문제가 발생합니다.

 

호흡성 산증

pH가 낮고 CO2가 60mmHg, HCO3-가 60mmEqmol이라면 높은 CO2가 원인이고 호흡성 산증에 해당합니다.

이 경우 신장에서 H+ 분비를 증가시키거나 HCO3-의 재흡수량을 증가시키면 pH가 다시 증가하기 때문에 완화됩니다.

그런데 여기서 HCO3-를 재흡수하는 것보다도, H+를 분비하는 것이 더 큰 문제인데요, 그 이유는 다음과 같습니다.

 

신장에서 H+를 분비하는 곳은 집합관인데, H+만 독단적으로 배출할 수는 없기 때문에 (H+ 통로가 없어서) 기저부에서 HCO3-와 반응시켜 H2O + CO2로 만들고 그 상태로 이동시킵니다. 그 다음 세포 내에서 다시 H+와 HCO3-로 분리한 뒤 정단부에 있는 H+ pump로 배출합니다. 이 때 H+ pump는 H+를 배출하는 동시에 K+를 내부로 들여옵니다. 이 K+는 다시 배출이 되어야하므로, K+ 통로를 통해 재흡수시킵니다. 결론적으로 고칼륨혈증 상태에 도달하게 됩니다.

-> 즉 결론적으로 체내 pH를 완충 상태로 되돌리려다보니까 항상성 교란이 발생하게 됩니다.

 

ex ) 기도 막힘으로 인해 호흡성 산증이 발생하면,

      보상작용으로써 신장에서 H+ 분비 및 HCO3- 재흡수를 통해 pH를 다시 증가시킵니다.

 

대사성 산증

pH가 낮고 CO2가 10mmHg, HCO3-가 10mmEqmol이라면 낮은 HCO3-가 원인이고 대사성 산증에 해당합니다.

케토산증, 젖산이 대표적인 예시인데, 이 경우 다른 음이온 물질이 증가하여 상대적인 HCO3-의 분압이 감소하여 발생합니다. 또 다른 예시로는 설사가 있는데 이것은 직접적으로 HCO3-의 손실로 인해 발생합니다. 이 경우 pH를 높이기 위해 CO2를 감소시켜야 하는데, 과호흡을 통해 CO2를 많이 배출합니다.

 

ex ) 고칼륨혈증, 설사, 운동으로 인해 대사성 산증이 발생하면,

     보상작용으로써 호흡 속도 증가, 신장에서 H+ 분비 및 HCO3- 재흡수를 통해 pH를 다시 증가시킵니다.

 

** 케톤체, 젖산이 많아져서 발생하는 대사성 산증은 음이온 중 HCO3-의 비율이 상대적으로 감소해서 발생하는 것이고,

   설사는 HCO3-가 직접적으로 감소해서 발생하는 대사성 산증입니다.

 

 

알칼리증

 

만약 어떤 사람의 체내 pH가 정상 수치보다 높다면, 알칼리증에 해당합니다.

저칼륨혈증의 경우 신호 전달에 필요한 K+의 농도가 낮아 흥분상태에 도달할 수가 없어서 신장이 수축하지 않는 문제가 발생합니다.

 

대사성 알칼리증

pH가 높고 CO2가 60mmHg, HCO3-가 60mmEqmol이라면 높은 HCO3-가 원인이고 대사성 알칼리증에 해당합니다.

높아진 CO2의 농도는 pH를 낮추기 위한 보상 작용에 해당합니다. (혹은 HCO3- 방출량을 증가시키는 것도 보상작용에 해당합니다. 그러한 대표적 예시 증상으로 구토가 있습니다.)

 

신장에서 HCO3-를 방출하기 위해서는 HCO3-만 배출할 수 있는 채널이 없기 대문에 기저부에서 H+와 반응시켜 H2O + CO2로 만들고 이동시킨 뒤 다시 분리하여 정단부에서 채널을 통해 HCO3-를 배출합니다. 이 때 pump로 배출하는 동시에 Cl-이 들어옵니다. 

 

ex ) 저칼륨혈증, 구토로 인해 대사성 알칼리증이 발생하면,

     보상작용으로써 호흡 속도 감소, 신장에서 H+ 재흡수 및 HCO3- 분비를 통해 pH를 다시 감소시킵니다.

 

호흡성 알칼리증

pH가 높고 CO2가 10mmHg, HCO3-가 10mmEqmol이라면 낮은 CO2 농도가 원인이고 호흡성 알칼리증에 해당합니다.

산소가 희박한 환경에서 과호흡으로 인해 체내 pH가 낮아지고 그로 인한 보상 작용으로써 HCO3-의 농도를 낮추는 현상이 예시가 됩니다. 대표적 증상으로는 과호흡이 있습니다.

 

ex ) 과호흡으로 인해 호흡성 알칼리증이 발생하면,

     보상작용으로써 신장에서 H+ 재흡수 및 HCO3- 분비를 통해 pH를 다시 감소시킵니다.

 

 

그래프 해석하는 법

예를 들어 HCO3-의 농도와 pH를 두 개의 좌표축으로 나타낸 그래프가 주어졌을 경우,

HCO3-의 농도가 정상 수치를 벗어나면 대사성 산증 혹은 알칼리증에 해당하며, (높으면 알칼리증, 낮으면 산증)

pH가 정상 수치를 벗어날 경우에는 호흡성 산증 또는 알칼리증에 해당하게 됩니다. (높으면 알칼리증, 낮으면 산증)