삼투압 조절(ADH와 알도스테론)

항이뇨호르몬(ADH)의 분비는 주로 혈장 삼투압의 변화와 혈액량 또는 혈압의 변화에 의해 조절된다. 이 두 가지 주요 자극은 서로 다른 경로를 통해 중추신경계에 정보를 전달하여, 최종적으로 시상하부의 시상상핵과 실방핵에 위치한 ADH 합성 뉴런의 활동을 조절한다.

혈장 삼투압 상승은 ADH 분비의 가장 강력한 자극이다. 혈액 내 용질 농도가 증가하면, 이는 시상하부에 위치한 삼투압 수용체(삼투압감수뉴런)를 자극한다. 이 수용체는 세포 외액의 삼투압 변화에 직접 반응하여 팽창하거나 수축한다. 삼투압이 상승하면 세포가 수분을 잃고 수축하며, 이는 신경 신호를 발생시켜 ADH의 합성과 분비를 촉진한다. 반대로 삼투압이 낮아지면 수용체가 팽창하여 ADH 분비가 억제된다. 이 기전은 매우 민감하여 혈장 삼투압이 정상치(약 285 mOsm/kg)보다 1-2%만 상승해도 ADH 분비가 현저히 증가한다.

혈액량이나 혈압의 감소는 압력 수용체(압수용체)를 통해 ADH 분비를 조절한다. 좌심방, 대정맥, 동맥의 동맥궁 등에 분포한 압수용체는 신장된 정도를 감지한다. 혈액량이 감소하거나 혈압이 떨어지면 이들 수용체에서 보내는 억제성 신호가 줄어들어, 결과적으로 ADH 분비가 증가한다. 이 경로는 삼투압 경로보다 덜 민감하지만, 출혈 등으로 혈액량이 5-10% 이상 크게 감소할 경우 매우 강력한 ADH 분비를 유발한다. 또한, 구토, 설사, 과도한 발한으로 인한 탈수 상태는 삼투압 상승과 혈액량 감소를 동시에 일으켜 시너지 효과로 ADH 분비를 촉진한다.

이외에도 통증, 스트레스, 구토, 일부 약물(예: 니코틴, 모르핀)은 ADH 분비를 증가시키는 반면, 알코올은 ADH 분비를 직접 억제하여 이뇨를 유발한다. 분비된 ADH는 뇌하수체후엽에 저장되었다가 필요 시 혈류로 방출된다.

항이뇨호르몬(ADH)의 주요 표적 기관은 신장의 집합관과 원위세뇨관이다. ADH는 이 부위의 세포막에 존재하는 V2 수용체에 결합하여 아데닐산 고리화효소를 활성화시킨다. 이는 세포 내 cAMP 농도를 증가시키는 신호 전달 경로를 촉발한다.

증가된 cAMP는 아쿠아포린-2라고 불리는 수분 통로 단백질이 세포 내 소포에서 세포막으로 삽입되도록 유도한다. 이 과정을 통해 세포막의 수분 투과성이 크게 증가한다. 결과적으로, 신장의 수질에 형성된 높은 삼투압 구배를 따라 집합관을 흐르는 소변에서 다량의 물이 재흡수되어 혈류로 되돌아간다. 이는 최종 소변의 농도를 높이고 배출되는 소변량을 감소시킨다.

ADH는 또한 말초 혈관에 존재하는 V1 수용체에 작용하여 혈관 수축을 일으킬 수 있다. 이 효과는 혈압 유지에 기여하지만, 물 재흡수에 비해 부차적인 역할을 한다. ADH의 전반적인 효과는 체내 수분을 보존하고 혈장 삼투압을 정상 범위로 되돌리는 것이다.

ADH의 분비가 억제되면 아쿠아포린-2가 세포막에서 제거되어 수분 재흡수가 감소하고, 희석된 다량의 소변이 배출된다.

항이뇨호르몬(ADH)의 분비 이상은 체내 수분 균형에 심각한 장애를 초래한다. 분비가 과도하게 증가하는 경우를 항이뇨호르몬 부적절 분비 증후군(SIADH)이라고 부른다. 이 상태에서는 혈장 삼투압이 낮아짐에도 불구하고 ADH 분비가 억제되지 않아 신장에서 물의 재흡수가 지속된다. 그 결과 혈액이 희석되고 혈중 나트륨 농도가 비정상적으로 낮아지는 저나트륨혈증이 발생한다. SIADH의 원인은 다양하며, 폐암(특히 소세포암), 중추신경계 장애, 특정 약물의 부작용 등이 포함된다[3].

반대로 ADH의 분비가 절대적 또는 상대적으로 부족한 상태를 요붕증이라고 한다. 이는 신장이 ADH에 반응하지 않는 신성 요붕증과 시상하부나 뇌하수체 후엽의 손상으로 ADH 생성 및 분비 자체가 감소하는 중추성 요붕증으로 구분된다. 두 경우 모두 신원위세뇨관과 집합관에서 물의 재흡수가 충분히 이루어지지 않아 매우 묽고 다량의 소변(다뇨)이 배출된다. 이로 인해 심한 갈증(다증)과 탈수 증상이 동반되며, 혈장 삼투압과 혈중 나트륨 농도는 상승하는 경향을 보인다.

이러한 분비 이상은 체액량과 전해질 농도의 불균형을 유발하여 두통, 구역질, 의식 저하(심한 저나트륨혈증 시) 또는 극도의 갈증과 탈수(요붕증 시)와 같은 증상을 일으킨다. 치료는 근본 원인을 해결하는 것과 함께, SIADH에서는 수분 제한과 때로는 고장성 식염수 투여를, 요붕증에서는 ADH 유사체(데스모프레신) 투여 또는 티아지드계 이뇨제 사용 등을 통해 이루어진다.

알도스테론의 분비는 주로 레닌-안지오텐신-알도스테론 시스템(RAAS)에 의해 조절된다. 이 시스템은 신장의 사구체 근처에 위치한 구상세포가 혈압 저하, 나트륨 농도 감소, 또는 신장 혈류 감소를 감지하여 레닌을 분비하면서 시작된다. 분비된 레닌은 혈장 내의 안지오텐시노겐을 안지오텐신 I으로 전환시키고, 이는 폐에서 작용하는 안지오텐신 전환 효소(ACE)에 의해 활성형인 안지오텐신 II로 변환된다.

안지오텐신 II는 강력한 혈관 수축 물질일 뿐만 아니라, 부신피질의 구상대를 직접 자극하여 알도스테론의 분비를 촉진하는 주요 신호이다. 또한, 혈장 내 칼륨 농도 상승은 알도스테론 분비를 직접적으로 증가시키는 중요한 자극이다. 반대로, ACTH(부신피질자극호르몬)는 알도스테론 분비에 일시적인 영향을 미칠 수 있으나, 장기적인 조절에서는 상대적으로 부차적인 역할을 한다.

분비 조절의 주요 인자와 그 효과는 다음과 같이 정리할 수 있다.

이러한 기전을 통해 알도스테론 분비는 체액의 양과 전해질 균형, 특히 나트륨과 칼륨의 항상성을 유지하는 데 중심적인 역할을 한다.

알도스테론의 주요 표적 기관은 신장의 원위세뇨관과 집합관이다. 이 호르몬은 또한 대장, 타액선, 땀샘 등 다른 조직에도 작용하여 나트륨 이온의 재흡수를 촉진한다.

신장에서 알도스테론은 표적 세포의 세포질 내 수용체와 결합한 후, 핵으로 이동하여 나트륨 이온 채널과 나트륨-칼륨 ATPase 펌프의 합성을 증가시키는 유전자 발현을 조절한다[4]. 이로 인해 원위세뇨관과 집합관의 상피 세포에서 나트륨 이온(Na⁺)의 재흡수가 활성화되고, 그 결과 칼륨 이온(K⁺)의 분비와 수소 이온(H⁺)의 분비도 함께 증가한다. 이 과정은 삼투압에 의해 물의 재흡수를 유도하여 혈액량을 유지하는 데 기여한다.

알도스테론의 효과를 요약하면 다음과 같다.

이러한 작용을 통해 알도스테론은 레닌-안지오텐신-알도스테론 시스템(RAAS)의 최종 효과물질로서, 장기적인 혈압 조절과 혈액량, 그리고 칼륨 및 산-염기 균형 유지에 핵심적인 역할을 한다.

알도스테론 분비 이상은 과다 분비와 결핍으로 나뉘며, 각각 특정한 임상 증후군과 질환을 유발한다.

알도스테론의 과다 분비는 고알도스테론증으로 알려져 있으며, 일차성과 이차성으로 구분된다. 일차성 고알도스테론증(일명 콘 증후군)은 주로 부신의 선종이나 양측 과형성에 의해 발생한다. 이 경우 레닌 분비는 억제되어 혈중 레닌 활성도가 낮아지는 것이 특징이다. 주요 증상으로는 고혈압, 저칼륨혈증, 근육 약화, 다뇨, 심한 갈증 등이 나타난다. 이차성 고알도스테론증은 신장 혈류 감소, 심부전, 간경변 등에 의해 레닌-안지오텐신 시스템이 과도하게 활성화되어 발생한다.

반대로 알도스테론 결핍은 애디슨병(부신 기능 부전)과 같은 질환에서 나타난다. 부신 피질의 광범위한 손상으로 인해 코르티솔과 함께 알도스테론 분비가 감소한다. 또한 고혈압 치료제 중 하나인 알도스테론 길항제(예: 스피로놀락톤)는 알도스테론의 수용체를 차단하여 약리학적으로 알도스테론 기능 저하 상태를 유도한다. 알도스테론 결핍의 주요 증상은 저혈압, 고칼륨혈증, 저나트륨혈, 탈수 등이다.

아래 표는 알도스테론 분비 이상의 주요 유형을 정리한 것이다.

혈장 삼투압 측정은 체액의 삼투 농도를 정량화하는 핵심적인 방법이다. 이는 주로 혈액 내에 용해된 활성 입자, 특히 나트륨 이온, 포도당, 요소 등의 농도를 반영한다. 혈장 삼투압은 체내 수분 상태와 항이뇨호르몬 분비의 주요 자극 요인으로 작용하기 때문에, 임상에서 수분-전해질 균형과 신장 기능을 평가하는 데 필수적이다.

가장 일반적인 측정 방법은 삼투압계를 이용한 동결점 강하법이다. 이 방법은 혈장 샘플의 어는 점을 측정하여 삼투압을 계산한다. 물의 어는 점은 용질의 농도가 높을수록 더 낮아지는데, 이 원리를 이용한다. 측정값은 밀리오스몰/킬로그램(mOsm/kg) 단위로 보고된다. 정상 성인의 혈장 삼투압 참고 범위는 대략 275~295 mOsm/kg이다.

측정된 삼투압은 계산된 삼투압과 비교하여 해석되기도 한다. 계산 공식은 주로 혈청 나트륨, 포도당, 요소 농도를 이용한다[6] + [Glucose]/18 + [BUN]/2.8]. 측정값이 계산값을 크게 초과하는 경우, 에탄올, 메탄올, 또는 에틸렌 글리콜 같은 삼투 활성 물질이 혈중에 존재할 가능성을 시사한다. 반대로, 두 값 사이에 큰 차이가 없는 것은 정상적인 전해질과 대사 산물이 삼투압을 주도하고 있음을 의미한다.

따라서 혈장 삼투압 측정은 단순한 수치 이상으로, 다양한 대사 상태와 중독을 평가하는 데 중요한 진단 도구 역할을 한다.

호르몬 농도 분석은 혈액이나 소변에서 항이뇨호르몬과 알도스테론의 농도를 직접 측정하여 그 분비 상태를 평가하는 방법이다. 이는 삼투압 조절 기전의 이상을 진단하고, 요붕증이나 고알도스테론증 같은 특정 질환을 감별하는 데 필수적이다. 혈장 내 호르몬 농도는 일반적으로 방사면역측정법이나 효소면역측정법 같은 고감도 분석법을 사용하여 정량한다.

분석 시에는 호르몬 농도만을 단독으로 해석하기보다는 관련 생리적 지표와 함께 종합적으로 평가한다. 예를 들어, 항이땀호르몬의 경우 혈장 삼투압과의 상관관계를 확인하는 것이 중요하다. 정상적인 상태에서는 혈장 삼투압이 상승함에 따라 ADH 농도도 비례하여 증가한다. 이 관계가 깨져 높은 삼투압에도 ADH 농도가 낮게 유지되면 중추성 요붕증을 의심할 수 있다. 반면, 삼투압이 정상인데도 ADH 농도가 불필요하게 높으면 부적절 항이뇨호르몬 분비 증후군을 시사한다.

알도스테론 농도 분석은 레닌-안지오텐신-알도스테론 시스템의 활성도를 평가하기 위해 레닌 활성도와 함께 측정하는 것이 일반적이다. 다음 표는 주요 측정 지표와 그 의의를 보여준다.

이러한 호르몬 분석은 기능 검사와 병행하여 수행될 때 진단적 가치가 더욱 높아진다. 예를 들어, 수분 제한 검사나 염분 부하 검사 중에 호르몬 농도의 변화를 추적함으로써 신체의 삼투압 조절 능력을 동적으로 평가할 수 있다.

체액의 삼투압과 양을 유지하는 것은 생명 유지에 필수적이다. 수분-전해질 불균형은 탈수, 과수화, 저나트륨혈증, 고나트륨혈증 등 다양한 형태로 나타나며, 그 원인과 중증도에 따라 치료 접근법이 달라진다. 치료의 기본 원칙은 불균형의 원인을 교정하고, 체액의 부족 또는 과잉을 보충하거나 제거하며, 전해질 농도를 정상 범위로 서서히 회복시키는 것이다.

치료는 주로 경구 또는 정맥을 통한 수액 요법으로 이루어진다. 사용되는 수액의 종류는 불균형의 성격에 따라 결정된다. 예를 들어, 등장성 수액인 생리식염수는 체액량이 부족한 저혈량증의 치료에 주로 사용된다. 반면, 저나트륨혈증의 경우 원인이 항이뇨호르몬 분비 이상인지, 알도스테론 분비 저하인지, 또는 다른 요인인지에 따라 치료법이 크게 다르다. 급성이고 증상이 심한 경우 제한된 양의 고장성 수액을 투여할 수 있지만, 혈중 나트륨 농도를 너무 빠르게 교정하면 심각한 신경학적 합병증을 초래할 수 있다[9].

만성적인 호르몬 분비 이상이 원인인 경우 약물 치료가 필요하다. 요붕증에는 ADH 유사체인 데스모프레신을 투여하여 수분 재흡수를 촉진한다. 반대로 알도스테론 과다 분비로 인한 고혈압과 저칼륨혈증에는 알도스테론 길항제인 스피로놀락톤 같은 약물을 사용한다. 모든 치료에서 지속적인 모니터링이 중요하며, 혈청 전해질 농도와 삼투압, 소변량, 환자의 전반적인 상태를 평가하면서 치료 계획을 조정한다.

이뇨제는 신장의 세뇨관에서 나트륨과 물의 재흡수를 억제하여 소변 배설을 증가시키는 약물이다. 작용 부위와 기전에 따라 여러 종류로 나뉜다.

고리 이뇨제는 가장 강력한 효과를 보이며, 급성 폐부종이나 신부전 치료에 사용된다. 티아지드계 이뇨제는 고혈압의 일차 치료제로 널리 쓰인다. 칼륨 보존 이뇨제는 다른 이뇨제의 부작용인 저칼륨혈증을 예방하기 위해 병용된다. 삼투성 이뇨제는 주로 두개내압 강하나 급성 신부전 예방 목적으로 사용된다.

이뇨제 사용 시 전해질 불균형(저나트륨혈증, 저칼륨혈증, 고칼륨혈증), 탈수, 대사성 알칼리증 등의 부작용이 발생할 수 있다. 따라서 환자의 전해질 농도와 신기능을 정기적으로 모니터링해야 한다.