운반체에 의한 재흡수, 삼투압 이뇨, 세뇨관 분비

목차

1. 운반체에 의한 능동 재흡수: 한계와 역치의 과학
2. 삼투압 이뇨 (Osmotic Diuresis)
3. 세뇨관 분비 (Tubular Secretion): 해독과 조절의 핵심

 

신장은 사구체에서 혈액을 여과한 후, 세뇨관을 통해 필요한 물질은 재흡수하고 불필요하거나 해로운 물질은 분비함으로써 체내 항상성을 유지한다. 특히, 포도당, 아미노산, 인산염 등 생존에 필수적인 물질은 세뇨관 내 특이 운반체를 통해 능동적으로 재흡수되며 이때 운반체 수에 한계가 있기 때문에 혈중 농도가 일정 수준을 넘으면 소변으로 배출된다. 또, 삼투압이뇨는 신장 질환, 당뇨병, 치료 목적으로도 활용되는 독특한 수분 배설 메커니즘이며 세뇨관 분비는 유기산·염기 및 약물 대사의 핵심 통로다. 이번 글에서는 이러한 생리기전을 구조적으로 설명하고 임상 적용까지 폭넓게 연결해 실질적인 의학적 통찰을 제공한다.

 

1. 운반체에 의한 능동 재흡수: 한계와 역치의 과학

1-1. 운반체 특이성과 재흡수 한계

신장의 세뇨관 세포는 포도당, 아미노산, 인산염, 황산염, 젖산염, 비타민 C 등 여러 필수 물질을 특이적 운반체(carrier)를 통해 능동적으로 재흡수한다.

✅ 이 과정은 에너지를 사용하는 ATP 의존성 능동수송으로, 체내 항상성 유지에 필수적이다.

하지만 이 운반체는 수량에 한계가 있으므로, 일정 수준 이상의 물질이 혈액에 존재할 경우 전부 재흡수되지 못하고 요 중으로 배설된다.

 

1-2. 포도당의 신장 역치 (Renal Threshold)

• 정상 혈당: 약 90~110 mg/dL
• 신장 역치: 약 160~180 mg/dL
• 역치 이상 → 운반체 포화 → 여과된 포도당 일부는 재흡수되지 못하고 요당(Glucosuria) 발생

 

 

1-3. 아미노산, 인산염, 황산염의 재흡수

• 아미노산: 근위세뇨관에서 100% 재흡수 (정상 상태 기준)
• 인산염(PO₄³⁻): 골격 유지 및 ATP 형성에 필요
• 황산염(SO₄²⁻): 메티오닌·시스테인 등 함황아미노산 대사에 필수

✅ 이들 물질도 혈중 농도가 높아지면 운반체 포화 → 일부 요 배설로 조절→ 체내 과잉 축적을 방지, 대사성 독성 예방에 기여

 

2. 삼투압 이뇨 (Osmotic Diuresis)

2-1. 정의 및 기전

삼투압이뇨(Osmotic Diuresis)란, 여과된 물질이 세뇨관 내에서 수분을 끌어당겨 재흡수를 방해함으로써 소변의 양이 증가되는 현상을 말한다.

 

[대표적 물질]

• 만니톨(mannitol): 재흡수되지 않는 당알코올
• 과량의 포도당: 당뇨병 등에서 혈당이 극도로 상승할 때

✅ 삼투질 농도가 세뇨관 내에서 높아지면, 삼투압에 의해 수분 재흡수가 억제됨
→ 다량의 소변이 배설되고 나트륨·염소 이온도 함께 배출됨

 

2-2. 임상적 활용: 만니톨

• 만니톨은 식물에서 추출한 물질로, 신장 세뇨관에서 재흡수되지 않음
• 주사 시 사구체에서 여과되어 세뇨관 내 삼투압 증가 → 수분 재흡수 억제 → 강한 이뇨 효과

✅ 임상 적용:

• 뇌압 또는 안압 상승 환자에서 압력 감소 목적으로 사용
• 급성 신부전 초기 예방
• 약물 중독 시 배설 촉진

 

2-3. 당뇨병과 삼투압이뇨

• 고혈당 상태에서 운반체 포화 → 포도당 요 배설
• 이 포도당이 세뇨관 내 삼투질 역할을 하며 수분 재흡수 억제 → 결과적으로 다뇨(polyuria), 갈증(polydipsia) 유발

 

3. 세뇨관 분비 (Tubular Secretion): 해독과 조절의 핵심

3-1. 필요성과 원리

신혈류의 약 20%만이 사구체 여과를 통과한다.
따라서 나머지 여과되지 않은 혈액 내 유해물질을 제거하기 위해 세뇨관 분비가 필요하다.

✅ 세뇨관 분비는 선택적이며, 주로 근위세뇨관에서 능동적으로 일어남

 

3-2. 능동적 분비계

(1) 유기산 분비계

• 대표 물질: PAH, 페니실린, 프로베네시드, 페놀레드, 조영제 등
• ATP를 사용해 세뇨관 내로 강제 분비됨

임상 응용

• 페니실린을 프로베네시드와 함께 투여 시 → 같은 운반체 사용 → 페니실린 분비 지연 → 혈중 유지 시간 증가

(2) 유기염기 분비계

• 대표 물질: TEA, 히스타민, 콜린, 티아민 등

✅ 유기산과 유기염기는 각자 특이한 운반체를 이용하며, 동일 계열끼리는 상호억제(reciprocal inhibition) 현상이 발생
→ 동시 투여 시 경쟁 → 분비율 감소

 

3-3. 수소이온(H⁺) 분비

• 근위세뇨관과 원위세뇨관에서 모두 일어남
• 특히 원위세뇨관의 H⁺/K⁺ 교환펌프(H⁺/K⁺ ATPase) → 혈액 내 H⁺ 농도의 1000배 이상까지 강력하게 농축 배설 가능

✅ 산성 대사산물 제거 및 산-염기 평형 조절의 핵심

 

3-4. 수동적 분비계

• ATP를 사용하지 않고, 농도 기울기나 확산에 의해 이루어짐

대표 물질:

• 약염기: 퀴닌, 프로카인, 암모니아
• 약산성: 살리실산, 펜토바르비탈

이러한 약물들은 세뇨관 내 pH에 따라 이온화 상태가 달라지며, 요 pH 조절을 통해 약물 배설 속도를 조절할 수도 있다.

 

신장은  에너지 의존적 운반체 작용, 삼투압 메커니즘, 선택적 분비 시스템을 통해 정밀하게 체내 환경을 조절하는 생리학적 정수기다. 운반체에 의한 능동 재흡수는 체내 영양소를 보존하며 삼투압이뇨는 물과 전해질의 급격한 제거를 가능하게 하고 세뇨관 분비는 독성 물질과 약물을 효과적으로 배출하는 기전을 제공한다.

이러한 메커니즘을 이해하면 단순한 생리학 지식을 넘어 신장 질환의 이해와 치료 전략, 약물 설계와 배출 조절, 전해질 불균형 관리에도 실제로 응용할 수 있다.