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간(liver)
간은 신체 어느 장기보다 다양한 생화학적 기능을 발휘한다. 소화 흡수된 음식, 약물 또는 기타 여러 외부 물질이 체내에 진입하면 일단 간을 거치게 되어 있고 이를 대사하고 정돈 축적하거나 재분배한다. 산소 이용, 탄소대사, 질소대사, 핵산 생합성 및 분해, 단백질 생합성 및 분해, 호르몬 및 각종 생체 활성 물질의 생합성 및 대사, 생체 방어 기전이 간에서 일어난다또 알부민 등 여러 종류의 단백질을 생 합성하여 보급해 주고, 기타 생체 활성 물질을 생성 및 처리한다
간은 신체 내외의 모든 독성 물질들을 수용성으로 전환시켜 체외로 배출하며, 간 조직의 70%를 절제해도 원래 크기로 회복될 수 있을 만큼 재생 능력이 뛰어난 장기이다. 이처럼 복잡하고 다양하며 독특한 기능을 통해 생체 내 다른 장기 기능을 총괄하는 중요한 장기다
간의 대사 기능
간은 탄수화물, 지방, 단백질 등 3대 영양소의 소화 흡수에 중요한 역할을 한다. 또한 혈액 내 포도당 농도를 일정하게 유지하며 생체 대사 전반에 걸쳐 에너지 공급 및 수요를 위해 중요한 기능을 한다.
식후에 혈당이 급상승한다. 그러나 간은 잉여 포도당을 글리코겐으로 전환시켜 보관하거나 트리글리세라이드로 전환시켜 혈중 포도당 농도를 감소시키고 공복 시에는 글리코겐을 다시 포도당으로 전환시켜 혈중 농도를 70∼100mg% 정도로 일정하게 유지한다.
혈당의 과잉 공급은 잉여 당질로 축적되기 때문에 체중감량을 위해서는 저지방 식도 중요하지만 탄수화물이나 당분의 과잉 섭취를 피해야 한다 간 조직은 Acetyl CoA로부터 콜레스테롤 및 케톤체를 생산한다. 간에서 생성된 콜레스테롤은 상당량 담즙산 생성에 이용된다. 담즙산은 섭취한 지질의 장내 소화 및 흡수에 결정적 역할을 한다.
정상 성인의 간 조직은 지질 합성률이 높지 않다. 그러나 고 탄수화물 식을 장기간 계속하면 간 조직에서 지방산 산화가 억제되고, 탄수화물이 지질보다 먼저 에너지원이 되기 때문에 축적된 지질을 이용할 수 없다.
간 조직에서 일어나는 지질 대사 중 또 다른 기능은 케톤체 생성이다. 케톤체는 특수한 병적 상황에서 만들어지지만 정상인 혈중에도 소량 존재한다.
생체가 필요한 질소 화합물, 특히 단백질과 핵산 생성을 위한 주요 공급원은 섭취한 음식물의 단백질이다. 단백질은 아미노산으로 소화 흡수된 뒤 간을 통해 재 공급된다. 특히 단백질 구성 성분 중 필수 아미노산을 제외한 아미노산 및 핵산 염기 등은 간 조직 및 기타 조직에서 구연산회로를 통해 공급된다.
암모니아는 대개 글루타메이트, 글루타민, 알라닌 등의 형태로 변형되어 간 조직으로 운반된다. 운반된 암모니아 는 요소 사이클에 의해 요소로 전환된 후 신장을 통해 체외로 배출된다. 따라서 만성간염이나 간 경변 등의 간질환, 또는 간 절제술 후에는 체내 암모니아 처리 능력이 크게 저하되면 혈액이나 조직에 암모니아 수치가 높아져 간성 뇌증 등이 나타나기 쉽다.
간의 해독 기능
생체 내에서 생성되는 대사 산물과 생체 외부에서 진입한 이물질은 탄소 및 질소 대사를 거치거나 일반적인 경로를 통해 체외로 배출되어야 한다. 생체에 진입된 대부분의 이물질은 지용성이어서 생체막 투과가 쉽고, 지단백에 실려 체액을 통해 운반될 수 있는 특성이 있다. 그러나 이와 같은 정상 처리 경로가 작동되지 않으면 이물질이 체내에 축적되어 심각한 독성이 생긴다.
간은 바로 이러한 이물질이나 독성 물질을 해독하는 기능이 있다. 체내 외에서 생성되거나 유입된 물질을 수용성 형태로 바꾸어 소변으로 배출한다. 이물질의 대사 과정은 두 단계를 거친다. 제1단계는 지용성 이물질을 수용성 형태로 전환하는 것이고 제2단계는 수용성 성질을 더욱 높임으로써 이물질을 쉽게 체외로 배출할 수 있게 한다
간에서는 수많은 물질이 생 합성된다. 대부분의 혈장 단백질, 알부민, 알파1, 알파2, 베타글로블린, 혈액 응고 인자들은 간에서 생 합성되며, 소화 기능을 돕는 담즙산도 간에서 분비된다. 만성 간질환이 있을 때 혈액 응고 인자 부족으로 잇몸 출혈, 점상 출혈, 자반증 등의 출혈 증상이 나타나기도 하고 혈중 단백질이 부족하면 양쪽 다리에 부종이 생기고 체중이 증가하는 현상은 바로 이 때문이다.
간만큼 뛰어난 재생 능력을 보유한 신체 장기는 없다. 동물 실험 결과 간 조직의 70%를 잘라내도 2주 후면 거의 정상에 가까운 크기로 회복된다. 간 조직 세포 증식 시간은 약 24시간으로 이는 배아 세포나 배양중의 세포에 버금가며 어떤 암 조직보다도 빠르다
그러나 이러한 증식 과정은 초기 급속 증식기가 지나면 점차 증식 속도가 감소되어 원상 크기로 복구된 2주 뒤에는 증식은 완전히 중지된다. 이러한 간 조직의 재생 능력은 현대 의학에서 생화학적, 병리학적 연구의 좋은 모델이 되고 있다
간의 구조 및 기능
간의 구조와 기능
간은 우리 몸의 우측 상복부에 위치해있습니다. 말은 우측 상복부입니다만, 우측 횡격막 (diaphragm) 바로 아래에 일부가 횡격막에 부착된 채로 거의 대부분이 늑골(rib)과 늑연골(costal cartilage)로 이루어진 흉곽안에 들어가 있어서 외부의 충격으로부터 보호를 받고 있습니다. 간 표면의 대부분은 장측복막(visceral peritoneum)이라는 얇은 막으로 덮여있는데, 무장막 구역(bare area)이라고 하는 부분은 장측 복막으로 덮여있지 않고 횡격막과 직접 부착되어 있습니다.
간의 위치
늑골과 늑 연골로 이루어진 흉곽의 보호를 받는다. 정상 성인의 간은 1,200~1,500g 정도의 무게로 체중의 약 2%를 차지한다. 그러나 신생아의 경우에는 체중의 약 5%를 차지할 정도로 체중에 비해 상대적으로 간의 무게가 많이 나간다. 태아 시기와 신생아 초기에는 간에서 조혈작용(hematopoiesis, 혈액의 성분을 만드는 작용)을 하기 때문이다.
이처럼 무거운 간이 우측 상복부에 매달릴 수 있도록 간과 횡격막, 후복막 등을 연결해주는 구조물들이 있는데, 그 중 가장 중요한 것이 겸상인대(falciform ligament)로 간을 좌엽(左葉: left lobe)과 우엽(右葉: right lobe)으로 나누는 경계가 된다. 보통 좌엽이 우엽보다 5~6배 정도 더 크고 두꺼우며, 좌엽과 우엽 경계부 하방으로 간동맥(hepatic artery), 문맥(portal vein), 담관 (bile duct), 임파관(lymphatic duct)이 통과하는 간문(肝門: hepatic hilum)이 있다. 좌엽과 우엽으로 구분하는 것 외에 몇 개의 분절(segment)로 나누기도 한다
간과 간인대의 구조
간의 가장 큰 특징중의 하나는 혈액공급을 이중으로 받는다는 점(dual blood supply)이다. 인체의 모든 장기는 동맥(artery)으로 혈액이 들어와서 모세혈관(capillary)을 거치면서 산소와 영양분 등의 교환이 이루어진 후 정맥(vein)으로 나가게 되어있다. 그러나 간은 간동맥(hepatic artery)과 문맥(portal vein) 두 혈관으로부터 혈액공급을 받는다. 간동맥을 통해서 다른 장기와 마찬가지로 산소가 풍부한 동맥혈이 유입되어 간세포에서 산소와 이산화탄소의 교환이 이루어지게 하고, 문맥을 통해서 위나 장에서 흡수된 영양분 등을 포함한 정맥혈이 유입되어 간에서 영양분의 가공처리 및 저장과 독소의 해독이 이루어진다. 간동맥을 통해서는 분당 400ml 정도의 혈액이 유입되고, 문맥을 통해서는 분당 1,200ml 정도의 혈액이 유입되므로, 간의 혈액공급은 간동맥을 통해서 1/4 정도, 문맥을 통해서 3/4 정도다
간 주변의 혈관 및 담관의 분포
간세포(hepatocyte)는 기다란 밭이랑처럼 배열되어있고, 그 사이사이의 골처럼 패인 곳에 동양 혈관(洞樣血管: sinusoid)이 지나가는데, 간에 진입한 간동맥과 문맥이 점점 가늘어져서 만나 동굴 같은 동양혈관이며 약간 넓은 혈관이다. 동양 혈관에서 혈액 내의 산소와 영양분 등은 간세포로 들어가고, 간세포내의 이산화 탄소와 대사산물 및 노폐물 등은 혈액으로 빠져 나가는 교환 (exchange)이 이루어진다. 동양혈관의 혈액은 중심정맥(central vein)이라는 작은 혈관으로 모인 후, 간소정맥(hepatic venule)과 간정맥(hepatic vein)을 거쳐서 대정맥(vena cava)으로 향하게 된다.
중심정맥을 중심으로 형성된 육각형 모양의 기능적인 최소 단위를 간 소엽(肝小葉: hepatic lobule, acinus)이라고 한다. 간 소엽이 층층이 쌓여서 간 실질을 이룬다.
정상 성인의 간세포(hepatocyte) 수는 약 2,500억 개로 간을 구성하는 세포의 약 60% 정도를 차지한다. 간 세포 크기는 약 13~30 μm이고, 세포질(cytoplasm)은 주로 포도당(glucose)의 저장 형태인 글리코겐(glycogen)으로 구성되어 있고 전체 간 세포 용량의 18%가 미토콘드리아 (mitochondria)일 만큼 엄청난 양의 미토콘드리아를 가지고 있다.
간이 수행하는 화학 공정의 종류는 현재 알려진 것만 해도 500여 종류이며 생산하는 효소의 종류도 1,000가지 이상이다. 이러한 기능을 수행하기 위해서 많은 에너지가 필요하기 때문에 에너지 생산 공장인 미토콘드리아가 많다.
간세포 내에는 그 밖에도 세포 내 대사산물이나 외부 이물질 분해에 관여하는 리소좀 (lysosome), 그리고 엔도좀(endosome), 페록시좀(peroxisome) 등의 소립자들이 다수 존재하여 여러 가지 대사 활동을 벌린다. 간의 기능 중에서 가장 대표적인 것은 위와 장을 통해 흡수된 영양분을 신체 요구에 맞추어 가공하고 저장하는 것이다.
3대 영양소인 탄수화물, 지방, 단백질은 소화 과정을 거쳐 탄수화물은 포도당 등의 단당류 (單糖類: monosaccharide)로, 지방은 지방산(脂肪酸: fatty acid)과 글리세롤(glycerol)로, 단백질은 아미노산으로 분해되어 흡수한 다음 모두 간을 거치게 된다. 무기질이나 비타민(vitamin)도 흡수한 후 간을 거친다. 간에 진입한 모든 물질은 간에서 재가공하여 간 내에 일단 저장하거나 필요한 신체 부위로 보내게 된다.
대표적인 예로 당 대사(糖代謝)를 들 수 있다. 포도당은 우리 몸에서 가장 기본적인 연료이며 이산화탄소와 물로 연소되면서 필요한 에너지를 만들어 낸다. 특히 뇌(brain)는 오직 포도당만을 연료로 사용한다. 근육(muscle)도 초기에는 포도당을 연료로 사용한다. 혈액이 포도당 연료를 신체 방방곡곡에 공급해주기 때문에 혈액 내 포도당 농도(혈당)는 항상 일정하게 유지되어야 한다. 호르몬이 혈당을 일정하게 유지해 준다. 이 호르몬은 주로 췌장에서 분비되며 포도당 농도가 감소하면 글루카곤(glucagon) 호르몬을 분비하여 글리코겐을 포도당으로 전환시켜 혈당을 올리고 포도당 농도가 지나치게 높아지면 인슐린(insulin)을 분비하여 포도당을 소비시키거나 글리코겐으로 전환시켜 혈당이 떨어진다. 이때 간은 글리코겐의 주요 저장고가 되며 혈당이 낮아져 포도당이 필요하면 즉시 글리코겐을 포도당으로 전환시킨다.
위와 장에서는 신체가 필요한 물질 외에도 각종 약물도 흡수한다. 이와 같은 약물도 일단 간을 거치면서 산화(oxidation), 환원(deoxidation), 메틸화(methylation), 아세틸화(acethylation) 등 여러 가지 화학 반응이 일어난다. 간은 이런 과정을 통해서 유독한 물질을 무해한 물질로 전환시키고 과다한 물질은 형태를 바꾸어 생물학적 작용을 제거시킨다.
알코올, 니코틴, 몰핀, 수면제, 일반 약제 등 우리가 섭취한 거의 모든 약물이 간에서 대사된다. 특히 알코올은 80~90%가 간에서 분해된다. 나머지는 땀이나 소변으로 배출되거나 폐를 통해서 호흡으로 빠져나간다.
따라서 간 기능이 떨어지면 이와 같은 해독 작용에 문제가 생긴다. 간 질환이 있는 사람은 약물 투여에 신중을 기해야 한다. 간의 해독 작용은 섭취된 약물에만 해당되지 않는다. 체내에서 형성된 대사 산물도 해독시킨다. 암모니아를 요소로 바꾸는 것이 그 예가 된다. 단백질에서 분해된 아미노산이 에너지원으로 쓰이기 위해서는 완전 분해되어 물과 이산화탄소로 바뀌어야 한다. 이때 아미노산의 질소 원자가 암모니아(ammonia)로 바뀐다. 암모니아가 축적되면 독성이 생기기 때문에 암모니아를 체외 배출시키거나 아니면 독성이 약한 요소(urea)로 전환하여 잠시 저장했다가 방출시킨다.
암모니아를 요소로 전환하는 반응 경로가 바로 간에서 일어나는 오르니틴 회로(ornithine cycle) 또는 요소 회로(urea cycle)라고 한다. 간 세포에 있는 오르니틴(ornithine), 시트룰린(citrulline), 아르기닌(arginine) 세 가지 아미노산이 암모니아와 이산화 탄소를 결합시켜 요소를 만들어내는 순환 과정이다. 간에서 만들어진 요소는 혈액을 따라 신장에 도달, 신장에서 걸러져 방광에 저장되었다가 오줌과 함께 배출된다.
간이 기능을 하지 못하는 간 부전(肝不全: hepatic failure)은 암모니아를 요소로 전환시키지 못해 누적된 암모니아가 간성 혼수 상태를 야기한다. 간은 외부에서 진입한 이물질을 제거하기도 한다.
대장에 살고 있는 수많은 세균 가운데 일부가 혈액으로 유입되기도 한다. 만약 이 세균을 제거할 수 없으면 그대로 증식하여 패혈증(敗血症: sepsis)에 빠진다. 그러나 문맥을 통해 간을 거치면서 간에 있는 쿠퍼세포(Kupffer cell) 작용으로 세균을 깨끗하게 걸러낸다. 쿠퍼 세포는 감마글로불린(γ-globulin)을 생산하여 세균뿐 아니라 바이러스 등 이물질까지 포착하여 제거한다.
간의 기능 중에서 또 다른 중요한 기능은 단백질 합성이다. 간에서는 알부민을 비롯하여 혈액응고에 관여하는 피브리노겐(fibrinogen)이나 프로트롬빈(prothrombin) 등의 단백질을 합성한다. 하루에 약 15~50g 정도의 단백질을 만들어 내는데 혈액 100ml에 들어있는 6~8g 정도의 전체 단백질 가운데 90%가 간에서 만들어진 것이다.
따라서 간 경변(liver cirrhosis)에 의한 간 기능 저하 자는 간에서 충분 량의 단백질을 만들 수 없어 혈액 내 단백질이 부족해지고, 삼투압 차이로 부종(edema)이 발생한다. 또한 혈액응고 단백질도 부족해지기 때문에 특별한 이유 없이 비출혈, 잇몸 출혈 등 지혈에 문제가 생긴다.
피부에도 점상 출혈(pethechia)이 나타나는 등 출혈성 경향이 동반된다.
또 한가지 간 합성 물질은 담즙(bile juice, 쓸개즙)이다. 담즙은 빌리루빈(billirubin, 담즙 색소), 담즙산(bile acid), 콜레스테롤(cholesterol)이 주성분이고 기타 무기질과 소량의 호르몬도 포함되어 있다.
담즙은 지방을 소화시키고 장 운동을 활발하게 하며 소장에서 세균 증식을 억제하는 기능이 있다. 간은 매일 1 L 가량의 담즙을 생산하여 담낭(gallblader, 쓸개)으로 보내 저장한다. 담낭에 일시 저장된 담즙은 소화 과정 중에 십이지장으로 배출된다. 배출된 담즙의 주요 성분은 소장에서 흡수되어 문맥을 거쳐 간으로 되돌아오고 이것은 다시 간세포의 담즙 생성 분비를 촉진한다
담즙의 장-간 순환(entero-hepatic circulation) 모식도
간의 중요한 또 다른 기능은 각종 비타민(vitamine)과 철분(Fe) 및 구리(Cu), 아연(Zn) 등 미네랄을 저장하는 기능이다. 외부에서 비타민 공급이 없어도 비타민 A는 10개월 이상, B12는 1년 이상, D는 3~4개월 정도 지탱할 수 있다.
철은 적혈구를 구성하는 헤모글로빈(hemoglobin)의 주요 성분이다. 간에는 순환 혈액 속에 있는 양보다 더 많은 양의 철을 '페리틴(ferritin)'이라는 형태로 저장한다. 출혈 등 때문에 순환 혈액 안의 철분이 부족하면 곧바로 간에 저장되어 있는 철을 사용한다.
간은 혈액 자체를 저장하기도 한다. 간에는 평소에 450ml 정도의 혈액이 저장되어 있다. 이는 전체 순환 혈액량의 10%에 해당된다. 간의 혈액 저장량은 필요에 따라 늘어날 수도 있다. 많게는 전체 혈액량의 약 1/3에서 1/2까지 저장한다. 이러한 기능은 신체 혈액 순환 량을 조절하는데 중요한 역할을 한다. 예를 들어 심장 기능이 나빠져 혈액을 충분히 내보낼 수 없는 경우에는 일시적으로 대량의 혈액을 간에 저장하여 순환 혈액량을 감소시켜 심장의 부담을 줄여준다. 추울 때는 간에 혈액을 집합시켜 피부 혈관을 수축시킴으로써 체온이 밖으로 방출되는 것을 방지하기도 한다. 또한 갑작스런 혈액 손실이 있을 때는 저장되어 있던 혈액을 내보내 일시적으로 순환 혈액량을 증가시키기도 한다.
간은 몇 가지 호르몬에 영향을 미친다. 대표적인 것이 여성 호르몬을 파괴하는 기능이다. 간 경변 남성의 젖가슴이 커지거나 털이 없어지는 등 여성화가 나타나는 까닭은 바로 여성 호르몬을 파괴하는 간 기능에 문제가 생기기 때문이다.
간은 이처럼 다양한 일을 한다. 간의 무게는 체중의 2~5%에 불과하지만 에너지 소모는 20%에 이르고 산소 소비도 20~25%나 된다.
간은 재생 능력이 탁월하여 간 기능 상실 위험을 최소화 시킬 수 있다. 간의 경이로운 재생 능력은 그리스 신화의 프로메테우스(Prometheus)의 전설에 등장한다. 프로메테우스는 제우스(Zeus)가 감추어두던 불을 훔쳐 인간에게 넘겨 준 장본인이다. 제우스의 노여움을 사서 코카서스(Caucasus) 바위산에 쇠사슬로 묶인 채 독수리에게 간을 쪼아 먹히는 형벌을 받는다. 하지만 독수리에 쪼아 먹힌 간은 밤사이에 정상으로 재생된다.
프로메테우스의 신화
정상 성인의 경우에는 전체 간 용량의 40%만 남아도 원래 크기로 재생되며 이러한 재생 능력 때문에 부분 간 이식술(partial liver transplantation)이 가능하다. 공여자(donor) 간의 50~60%를 부분 절제하여 수여자(recipient)에게 이식하면 하루에 70ml 정도의 간 조직이 생성되어 공여자나 수여자 모두 3~5주 만에 정상 크기로 회복된다.
간의 탁월한 재생 능력은 다시 말해서 상당량의 간 조직이 파괴되거나 소실되어도 남은 부분만으로도 충분히 정상적 기능을 수행할 수 있다는 뜻이다. 간 질환은 흔히 상당히 진행된 후에야 증상을 보이는 이유가 바로 이 때문이다. 따라서 평소에 간 질환을 점검하는 일이 중요하다
간 기능 및 문맥계(Hepatic Portal System)
간은 무게 1.8 kg으로 인체에서 가장 커다란 샘물기관이다. 일부가 손상되어도 스스로 재생할 수 있는 단 하나의 내부기관이다. 25%까지 제거해도 견딜 수 있고 단기간 내에 원래의 모양과 크기로 복구된다.
기능
1) 소화 및 에너지 생산
담즙 분비: 담즙은 쓸개에 저장되어 소화 시 필요할 때마다 방출된다. 담즙은 지방 소솨에 필요하다. 지방을 작은 소 입자로 분해한다. 담즙은 지용성비타민 흡수를 돕고 칼슘 동화를 돕는다. 담즙은 베타카로틴을 비타민 A로 전환한다. 담즙은 변비를 방지하는 장의 연동운동을 촉진한다.
영양소가 장벽을 통해 흡수되면 일단 문맥계를 통해 간으로 운반된다. 철과 비타민 A, B12, D 등은 필요할 때 사용할 수 있도록 간에 비축된다. 나중에 육체적 스트레스나 기타 활동 시에 꺼내 사용한다.
간은 지방 대사, 아미노산과 당에서 지방산 합성. 지단백질, 콜레스테롤, 인지질 생산, 에너지 생산을 위한 지방산 산화에 중요한 기능을 한다.
간은 크롬과 글루타티온으로 포도당내성인자(GTF)를 생성한다. GTF는 인슐린과 함께 혈당 수준을 조절한다.
에너지 연료로 즉시 사용되지 않은 당은 간에서 글리코겐으로 전환되어 간과 근육에 비축해 두었다가 에너지 원료로 동원할 때는 글리코겐을 다시 당으로 바꾼다. 과다섭취한 음식은 간에서 지방으로 전환시켜 체지방으로 이동 저장한다
2)해독기관
장의 단백질 소화 및 장 세균에 의한 발효는 암모니아를 부산물로 생성한다. 이 암모니아는 간에서 해독된다.
대사 폐기물, 살충제 찌꺼기, 약물, 알코올 기타 해로운 화학 물질 등 독성 물질을 독성이 덜한 물질로 만들어 신장이나 담즙을 통해 장으로 배설시킨다. 따라서 간의 해독 기능은 신장 및 장의 적절한 기능이 전제된다.
3) 갑상선 호르몬 T4를 활성형인 T3로 전환시킨다.
T4->T3 전환이 부적절하면 갑상선 기능 저하로 이어진다.
4) 아드레날린, 알도스테론, 에스트로젠, 인슐린 등 호르몬 물질이 기능 수행 후 이들을 분해시킨다
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