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직진만이살길
콩팥은 어떻게 노폐물만 걸러내고 필요한 성분은 다시 흡수하나요?
콩팥의 네프론에서 여과와 재흡수가 일어난다고 배우는데, 일단 혈액에서 다 걸러낸 다음에 필요한 걸 다시 흡수한다는 게 비효율적으로 느껴져요. 왜 이런 방식으로 노폐물을 처리하는 건지 궁금합니다.
4개의 답변이 있어요!
말씀하신 것처럼 비효율로 보일 수 있지만, 실제로는 생존을 위한 최고의 전략일 수 있습니다.
만약 노폐물만 골라 버린다면 몸은 수만가지 독소에 대응할 수 있는 통로를 만들어야 합니다. 반면 이 방식은 몸에 좋은 필수 성분(포도당 등)을 재흡수하는 통로 몇 가지만 있으면 되는 것이죠.
덕분에 처음 먹어보는 알 수 없는 독소나 신종 약물이 들어와도 알아서 걸러져 배출됩니다.
또한 우리 몸에 필요한 물질의 종류가 버려야 할 노폐물의 종류보다 훨씬 적기에 수학적으로도 이득이죠.
그리고 콩팥은 하루에 약 180L의 수분을 일단 여과 시킨 후 99%를 다시 흡수합니다.
이렇게 대량으로 쏟아붓고 조절해야 체내 염분이나 수분 균형을 실시간으로 맞출 수 있습니다.
결국 콩팥의 시스템은 최소한의 유전 정보로 어떤 독소든 막아내는 방어 방법인 것입니다.
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채택된 답변안녕하세요, 스라소니199님. 이중철 전문가입니다.
콩팥이 작동하는 방식을 처음 배울 때 일단 대량으로 다 걸러낸 다음 필요한 것을 힘들게 다시 흡수하는 과정이 왜 효율적인지 의문을 갖는 것은 좋은 질문입니다. 얼핏 보면 비효율적인 이중 작업처럼 보이지만, 사실 이 방식은 인류를 포함한 생명체가 수억 년 동안 진화하면서 찾아낸 가장 안전하고 완벽한 생존 전략으로 볼 수 있는데요. 신장의 물질 이동 원리를 바탕으로 그 이유를 논리적으로 정리해 답변 드리겠습니다.
■ [네프론의 기본 작동 원리] 여과와 재흡수
우리 몸의 콩팥 하나에는 약 100만 개의 네프론이라는 미세한 필터 단위가 존재하고 있는데요. 네프론은 사구체, 보먼주머니, 세뇨관으로 구성되어 있으며 다음과 같은 순서로 혈액을 청소한답니다.
첫째, 여과는 사구체라는 모세혈관 뭉치에서 보먼주머니로 물질이 이동하는 단계입니다.
이때 물질을 고르는 기준은 물질의 기능이 아니라 오직 크기입니다. 심장에서 밀어내는 높은 혈액 압력 때문에 적혈구, 백혈구, 거대한 단백질처럼 크기가 큰 성분들은 혈관에 그대로 남고, 물, 포도당, 아미노산, 무기염류, 그리고 노폐물인 요소처럼 크기가 작은 물질들만 사구체 벽을 통과해 보먼주머니로 빠져나갑니다. 이 액체를 원뇨라고 부릅니다.
둘째, 재흡수는 보먼주머니를 빠져나온 원뇨가 긴 세뇨관을 통과할 때 일어납니다.
세뇨관을 둘러싼 모세혈관이 우리 몸에 꼭 필요한 포도당과 아미노산은 100퍼센트 모두 다시 흡수하고, 물과 무기염류도 신체 상태에 따라 대부분(약 99퍼센트) 다시 혈액으로 회수합니다. 결국 재흡수되지 않고 끝까지 남은 미량의 물과 요소, 노폐물들만 모여 소변이 됩니다.
■ 다 버리고 필요한 것만 줍는 방식이 진짜 효율적인 세 가지 이유
그렇다면 왜 콩팥은 처음부터 노폐물만 쏙쏙 골라서 버리지 않고 전체를 다 버렸다가 다시 줍는 방식을 쓰는 걸까요?
첫째, 미지의 독소와 노폐물로부터 몸을 완벽하게 방어하기 위해서입니다.
우리가 살아가는 동안 몸속으로 어떤 유독 물질이나 낯선 약물이 들어올지 우리 몸의 유전자는 미리 예측할 수 없습니다. 만약 노폐물만 골라서 밖으로 퍼내는 방식을 쓰려면, 신장은 지구상에 존재하는 수천, 수만 가지 독소의 종류마다 각기 다른 맞춤형 수송체(단백질 펌프)를 세포막에 가지고 있어야 합니다. 이는 생물학적으로 불가능에 가깝습니다. 따라서 일단 크기가 작은 것은 적군과 아군을 가리지 않고 모조리 밖으로 던져버린 뒤, 이미 잘 알고 있는 안전한 필수 영양소인 포도당, 아미노산 등의 한정된 통로만 열어 아군만 안전하게 성 안으로 다시 들여보내는 방식이 미지의 위험으로부터 몸을 지키는 데 훨씬 안전하고 영리한 전략이 된답니다.
둘째, 사구체 압력을 이용한 무동력 에너지 절약 때문입니다.
여과가 일어나는 사구체에서는 세포의 에너지를 만드는 물질인 ATP가 전혀 소모되지 않습니다. 오직 심장이 뿜어내는 기계적인 혈압의 힘으로만 물질을 체 거르듯 밀어내기 때문입니다. 만약 몸에 쌓인 수많은 종류의 노폐물을 매번 세포가 직접 인지해서 능동적으로 혈액 밖으로 펌프질해 버려야 했다면, 콩팥은 지금보다 수십 배 많은 막대한 에너지를 소모하여 금방 지쳐버렸을 것입니다. 심장의 에너지를 무상으로 빌려 써서 1차 필터링을 끝내기 때문에 생물학적으로 매우 이득인 셈입니다.
셋째, 신속하고 유기적인 대사 조절 능력 때문입니다.
우리 몸의 혈액은 하루에 약 40회 이상 끊임없이 콩팥을 통과하며 청소됩니다. 일단 대량으로 여과를 시켜두어야 혈액 속의 수분량이나 전해질 농도가 갑자기 변했을 때, 세뇨관에서 재흡수하는 양만 미세하게 조절하여 온몸의 항상성을 아주 빠른 속도로 일정하게 유지할 수 있습니다. 꼼꼼하게 하나씩 검사해서 버리는 방식으로는 대량의 혈액을 실시간으로 정화하는 속도를 감당할 수 없거든요.
정리하자면,
콩팥이 대량으로 여과한 후 필요한 성분을 다시 흡수하는 방식을 취하는 이유는 몸속으로 들어오는 예측 불가능한 미지의 독소들을 크기 기준으로 모조리 걸러내어 완벽한 방어막을 형성하고, 심장의 혈압을 이용해 무동력으로 대량의 혈액을 빠르게 여과함으로써 에너지 효율을 극대화하며, 한정된 종류의 필수 영양소 수송체만으로 효율적이고 신속하게 신체의 항상성과 수분 균형을 조절하기 위해 진화된 가장 최적의 시스템이기 때문입니다.
※ 질문자님을 포함하여 소중한 분들의 건강, 재산과 안전을 지키고, 혹시나 발생할 수 있을 다양한 문제 상황에 놓이지 않기 위해서라도 저를 포함하여 다양한 토픽에서 활동하는 모든 전문가분들의 아하 지식커뮤니티에서의 답변은 예외 없이 참고 용도로만 유용하게 활용하시기 바랍니다.😉
콩팥은 혈액을 먼저 넓게 여과한 뒤, 포도당, 아미노산, 물, 전해질처럼 필요한 성분은 선택적으로 다시 흡수하고, 노폐물과 독성 물질은 소변으로 배출합니다. 이 방식은 다양한 노폐물을 빠르고 정확하게 제거하면서 몸속 수분과 전해질 농도를 미세하게 조절할 수 있어 생존에 매우 효율적인 시스템입니다
안녕하세요. 말씀해주신 것처럼 필요한 것까지 모두 걸러낸 뒤 다시 흡수하는 것이 비효율적이지 않나?라는 생각이 들 수 있지만, 생물학적으로는 오히려 가장 정확하고 안정적으로 혈액의 성분을 조절할 수 있는 방법입니다. 콩팥의 기능 단위인 네프론에서는 먼저 사구체에서 혈액을 높은 압력으로 여과하는데요, 이때 물, 포도당, 아미노산, 전해질, 요소와 같은 작은 분자는 대부분 여과됩니다. 하지만, 혈액세포와 대부분의 단백질처럼 큰 물질은 걸러지지 않고 혈액에 남는데요, 즉 처음에는 노폐물과 필요한 물질이 함께 여과됩니다. 그 후 세뇨관에서는 몸에 필요한 물질을 선택적으로 다시 흡수하는데요, 포도당과 아미노산은 거의 100% 재흡수되며, 물과 나트륨, 칼륨 등의 이온도 몸의 상태에 맞게 흡수량이 조절됩니다. 반면 요소나 크레아티닌 같은 노폐물은 대부분 재흡수되지 않거나 일부만 재흡수되어 소변으로 배출되며, 일부 노폐물과 약물은 혈액에서 세뇨관으로 분비되어 추가로 배출되기도 합니다.
이처럼 먼저 넓게 여과한 뒤 필요한 것만 골라 다시 흡수하는 방식에는 장점이 있는데요, 만약 처음부터 노폐물만 정확히 골라내려면 혈액 속 수천 가지 물질을 각각 구별하는 매우 복잡한 장치가 필요합니다. 반면 일단 작은 분자를 대부분 여과한 뒤 필요한 물질만 선택적으로 회수하면 혈액의 조성을 훨씬 정밀하게 조절할 수 있는 것입니다. 또한 우리 몸의 상태는 계속 변하는데요, 운동을 하면 물을 더 많이 보존해야 하고, 짠 음식을 먹으면 나트륨 배출을 늘려야 하며, 공복에는 포도당을 하나도 버리지 않아야 합니다. 재흡수 과정은 여러 호르몬의 조절을 받아 이러한 변화에 즉시 대응할 수 있는데요, 즉 여과는 거의 일정하게 이루어지고, 재흡수와 분비를 조절하여 몸의 항상성을 유지하는 것입니다. 감사합니다.