말초 화학수용체

Peripheral chemoreceptors

말초 화학수용체(경동맥과 대동맥체의)는 말초 신경계를 화학적 농도의 변화를 감지하는 혈관으로 감각적으로 확장하는 것이기 때문에 그렇게 이름 붙여진다.[1] 주변 환경의 변동성 패턴의 변환기로서, 경동맥과 대동맥체는 미뢰나 광수용체와 유사한 방식으로 화학반응기로 간주된다.[2] 그러나 경동맥과 대동맥체는 체내 장기 내의 변동을 감지하기 때문에 간섭체로 간주된다.[3] 반면에 미뢰, 후각구, 광수용체, 그리고 다섯 가지 전통적인 감각 양식과 관련된 다른 수용체들은 그들이 신체 밖의 자극에 반응한다는 점에서 박멸자들이다.[3] 신체에는 또한 자기수용체도 포함되어 있는데, 이는 그들이 점유하고 있는 장기, 보통 근육 내의 스트레칭의 양에 반응한다.[3]

그들의 특별한 기능에 관해서는, 말초 화학수용기는 혈액이 함유한 화학 물질의 농도를 감시함으로써 심폐계의 동점선을 유지하는데 도움을 준다.[4] 이러한 폴리모달 센서는 저산소(저산소증), 고탄소(저탄소증), 저당류(저당혈증)를 포함한 다수의 혈액 속성의 변화에 반응한다.[4] 저산소증과 과갑증은 말초 화학수용체에 의해 검출된 가장 많이 연구되고 이해된 질환이다. 포도당은 나중의 절에서 논한다. 다른 신경은 경동맥과 대동맥체에서 뇌관으로 신호를 다시 전달하며, 그에 따라 반응한다(예: 인공호흡 증가).[3]

구조

경동맥과 대동맥은 모두 저산소증 동안 감각적 방전을 증가시킨다.[5] 경동맥 신체는 1차 말초 화학수용체로 간주되며 저산소 반응에 더 많은 기여를 하는 것으로 나타났다. 그러나 경동맥이 만성적으로 없는 경우 대동맥 신체는 유사한 호흡 조절 역할을 수행할 수 있어 신호 전달의 효과적인 메커니즘도 가지고 있음을 시사한다.[5] 두 신체의 다른 위치는 서로 다른 정보를 이용하기 위해 그들을 이상적으로 위치시킨다; 목의 주요 동맥 중 하나에 위치한 경동맥 신체는 동맥 혈관 내의 부분 압력을 감시하고 대동맥 아치에 위치한 대동맥 신체는 심장에 가까운 산소 농도를 감시한다.[3] 이들 몸체는 각각 유사한 세포의 집합체로 구성되어 있으며, 이들의 반응을 구별하는 것은 전송 후 신호 처리다. 그러나 이러한 두 가지 신호 메커니즘의 구체적인 내용에 대해서는 거의 알려져 있지 않다.[6]

미세조영술

경동맥과 대동맥은 각각 공통 경동맥과 대동맥 아치에 위치한 세포의 군집이다.[6] 이 말초 화학수용체들은 각각 제1형 글로무스 세포와 제2형 글리아 세포로 구성되어 있다.[6] I형 세포는 혈류로부터의 신호를 변환하고 경동맥동신경을 다시 (경동맥동체 내) 경동맥동신경에 이어 뇌계의 광자성신경과 중수로 이어지는 다른 신경 섬유에 의해 내향적으로 작용한다. 이와는 대조적으로 대동맥 신체는 질신경을 통해 중절과 연결된다.[3]

그들은 또한 같은 신경 세트로 다시 이어지는 신경 섬유로부터 입력을 받는다. 세포의 전체 군집은 모세혈관과 함께 침투하여 혈류에 접근할 수 있다; 모세혈관 밀도가 높기 때문에 이것은 혈류가 가장 많이 흐르는 신체 부위 중 하나가 된다.[6] 1형 세포에는 도파민, ATP, 세로토닌, 카테콜아민 등 다양한 신경전달물질이 함유된 베시클이 촘촘히 들어 있다.[1] I형 셀은 종종 간극 접합을 통해 연결되는데, 이것은 신호를 변환할 때 셀들 사이의 빠른 통신을 가능하게 할 수 있다.[6]

II형 세포는 I형 세포와 약 1 대 4의 비율로 발생한다. 그들의 긴 몸은 대개 1형 세포와 밀접하게 연관되어 발생하지만, 1형 세포를 완전히 봉인하지는 않는다.[6] 신경전달물질 통신에 사용되는 제1종 세포의 염소가 부족하지만,[1] 연구결과에 따르면 그것들은 화학수용체 줄기세포의 역할을 하며 제1종 세포로 증식함으로써 저산소증에 장기간 노출되는 것에 대응할 수 있다.[7] 그들은 또한 화학적 지각 신호인 ATP에서 1차 신경전달물질의 방출을 증폭시킴으로써 I형 세포들 사이의 신속한 통신을 강화할 수 있다.[6]

개발

말초 화학수용체의 민감성과 생리학은 수명에 걸쳐 변한다.[8]

유아기

신생아의 호흡은 매우 불규칙하여 주기적인 호흡과 무호흡을 하기 쉽다.[8] 자궁과 출생 시에 저산소증에 대한 경동맥 신체의 반응이 완전히 발달되지 않고, 성인 경동맥 신체에 대한 민감도를 높이는 데 며칠에서 몇 주가 걸린다. 이 발달 기간 동안 신생아는 대동맥체나 중추화학수용체와 같은 다른 산소 감지 화학수용체에 크게 의존할 것을 제안한다.[5] 그러나, 비 카로티드 체 화학 수용체는 적절한 인공호흡 반응을 보장하기에 충분하지 않은 경우가 있다; SIDS 사망은 경동맥 신체가 여전히 발달하고 있는 며칠 또는 몇 주 동안 가장 빈번하게 발생하며, 적절한 경동맥 신체의 활동 부족이 이 상태에 관련되어 있다고 제안한다. SIDS 환자들은 종종 주기적인 호흡, 많은 수면 무호흡증, 수면 중의 흥분 장애, 저산소증에 대한 낮은 민감도 등 경동맥 발달의 특징적인 문제들을 보인다고 보고된다. SIDS 피해자들의 경동맥 몸에도 종종 저자극이나 비대증과 같은 생리적 이상이 나타난다. 경동맥 신체의 SIDS와의 관계에 관한 많은 연구결과는 조산 및 연기 노출, 학대 물질, 과산화, 저산소증 등 이미 SIDS의 위험을 증가시키는 것으로 알려진 환경적 요인에 의해 경동맥 신체의 발육이 손상되어 있으므로 처음에는 경동맥 신체의 연구가 단지 확장되고 있는 것처럼 보일 수 있다. 우리가 SIDS에 대해 알고 있는 것을 다른 영역으로. 그러나 경동맥 발달을 저해하는 메커니즘을 이해하면 신생아, 특히 조산아의 특정 측면이 어떻게 개선될 수 있는지 설명하는 데 도움이 될 수 있다. 예를 들어, 산소 요법은 미숙아를 산소 레벨이 높아 정상적인 산소 레벨에 대한 적절한 민감도를 획득하지 못하게 하는 기법의 한 예일 수 있다.[9]

임신

임신 20주 이후에 저산소증과 과캡슐증에 대한 환기와 민감도의 증가가 임산부에게 발생하며, 연구 결과에 따르면 이는 적어도 부분적으로는 말초 화학수용체 민감성의 변화에 기인한다. 이러한 효과가 나타나는 임신 단계를 모방한 호르몬 수준을 투여한 여성에서도 유사한 민감도의 변화가 발견되어 경동맥과 대동맥 신체 민감도가 신경내분비 과정에 의해 조절된다는 것을 시사하고 있다.[5] 그러나 말초 화학수용체를 임신에 의한 호흡의 변동에 결부시키는 발견은 단지 상관관계일 수 있으므로, 이러한 관계의 배후를 규명하기 위해 더 많은 연구가 필요하다.

생리학

신호전달

말초 화학수용기는 혈류로부터 정보를 얻기 위한 메커니즘이 이해되기 시작하는 것보다 훨씬 빨리 호흡 조절에 필요한 것으로 확인되었다.[4] 경동맥과 대동맥 몸체는 모두 타입 I과 타입 II 세포로 구성되며, 전달 후 신호 통신은 다를 수 있지만 혈액 화학 물질에서 나오는 신호를 같은 방식으로 변환하는 것으로 여겨진다.[6] 이들 수용체에서의 화학센서리 전도는 여전히 연구의 활성 영역이며, 모든 연구가 동의하는 것은 아니지만, AMPK 효소에 영향을 미치는 산소의 미토콘드리아 소비량에 따라 전이 메커니즘에 대한 지원이 증가하고 있다.[4]

신호를 메둘라로 전달하려면 신경전달물질을 I형 세포의 Vesicle에서 방출해야 하며, 다른 많은 신경세포와 마찬가지로 막 탈분극 후 칼슘이 세포로 유입되면서 촉발된다.[6] 말초 화학수용체와 같은 인터셉터에서 신호 전도를 확인하는 과정은 막 탈분극에서 뒤로 이동하여 종종 세포 내부인 혈액 화학물질을 신경 신호로 변환하는 이전 단계를 발견해야 한다. 이 시점까지 대부분의 연구는 다른 방법으로 잠재력을 유지하는 칼륨 채널의 억제에 의해 막의 탈분극화가 발생한다는 데 동의한다.[4] 칼륨 채널 억제 전 단계에 대해서는, 많은 메커니즘이 제안되고, 그 중 어느 것도 연구계의 만장일치 지지를 받지 못한다.[7] 여러 종류의 칼륨 채널은 저산소증에 반응하며, 다른 종들 간에 상당한 차이가 있으며, 각 종마다 여러 가지 유형이 다르다.[4] 칼륨 채널의 표현도 평생에 걸쳐 변한다.[8] 일부 연구에서는 헤메-산소 2가 변환기라고 제안하지만, 생쥐에서의 삭제는 화학수용체 산소 민감도에 영향을 주지 않기 때문에,[10] 이 가설은 의문의 여지가 있다. 또 다른 효소인 AMP-활성 단백질 키나아제(AMPK)는 모든 종류의 칼륨 채널뿐만 아니라 폐정맥과 신생아 크로마핀 세포와 같은 체내 다른 산소 감지 조직에 적용할 수 있는 메커니즘을 제공한다. AMPK는 AMP의 증가에 의해 활성화되는 효소다.세포호흡의 증가로 인한 ATP 비율. 효소가 활성화되면 ATP의 생성을 촉진하고 이를 소비하는 반응을 억제한다. AMPK 활성화는 가장 일반적인 두 가지 칼륨 채널 모두를 활성화할 수 있기 때문에 더 매력적인 후보이기도 하다. 또 다른 연구에서는 AMPK가 인산화를 통해 칼륨 채널을 열고 닫는 것을 확인했으며, 이는 둘 사이의 연관성을 더욱 뒷받침한다. 그러나 타입 1 세포에서 산소 감지에서 AMPK의 역할은 최근에 또한 문제가 되었다.[11]

이 효소의 기능은 그들의 미토콘드리아를 독특하게 이용하기 위해 I형 세포를 위치시킨다. 그러나 AMPK는 화학수용체보다 훨씬 더 많은 종류의 세포에서 발견되는 효소로서 신진대사를 조절하는데 도움을 주기 때문이다. 그 차이는 실제로 AMPK 효소가 아닌 세포의 신진대사에 있을 수 있다; 말초 화학수용체는 모세혈관의 촘촘한 네트워크로 뒷받침되는 매우 높은 산소 소비량을 보인다. 그것의 기본 세포 호흡률은 매우 높기 때문에, 그것의 AMPK는 혈중 산소의 감소에 더 민감할 것이고, 따라서 다른 세포들이 그것의 부재의 영향을 느끼기 시작하기 전에 산소 함량의 작은 변화에 반응할 수 있을 것이다.[4] 이런 식으로 말초 화학수용체 세포에서의 전도는 비교적 독특하다. 그것은 빛의 존재에서 모양을 바꾸는 어떤 특별한 단백질이나 특정한 맛에 대한 특정한 수용체 부위가 필요하지 않다. 그것의 필요한 구성 요소들은 단지 모든 에어로빅 세포에 공통적으로 작용하는 미토콘드리아와 그것의 활동을 조절하는데 사용되는 효소, 칼륨과 칼슘 통로들 그리고 많은 종류의 신경 세포에 공통되는 신경 전달 물질들의 모음, 그리고 모든 에어로빅 세포를 지탱하는 정관체계의 훌륭한 버전을 포함한다.[4] 추가 연구는 1형 세포가 다른 세포 유형에 비해 왜 그렇게 높은 대사율을 보이는지를 밝혀내야 하는데, 이것이 수용체의 진정한 고유한 특징일 수 있기 때문이다. 따라서, 에어로빅 유기체의 가장 기본적인 에너지원에 대한 수용체는 몸 전체에 공통적인 세포 구조의 집합체로 구성되어 있다.

저산소증에 대한 반응

말초 화학수용기는 운동과 고도에 대한 노출을 포함하여 산소에 대한 낮은 접근과 관련된 많은 상황에서 스트레스를 받는다.[5] 원인과는 무관하게 지속적인 저산소 스트레스 하에서 말초 화학수용체들은 많은 가소성을 보인다; 그들은 둘 다 화학세포의 크기를 증가시키고 수를 증가시킬 것이다.[5] 비록 연구자들은 경동맥과 대동맥의 신체가 어떻게 그렇게 그들의 수를 급격하게 증가시켰는지 이전에는 보조적인 역할만 했다고 생각되어 이제는 줄기세포의 특성을 유지하고 제1형 변환기 세포로 분화할 수 있다고 믿어지는 제2형 세포를 가리키고 있다.[7]

몇몇 연구들은 말초 화학수용체가 운동 중 통풍에 역할을 한다고 주장한다. 그러나 그들이 흥분적인 역할을 수행하느냐, 억제적인 역할을 수행하느냐에 대해서는 의견이 분분하다. 여러 연구에서는 주변 화학수용체에 대한 잠재적 이펙터로서 운동 중 카테콜아민이나 칼륨의 순환이 증가한다고 지적하고 있으나, 이러한 효과의 구체적인 내용은 아직 파악되지 않고 있다. 말초 화학수용체 관여에 대한 모든 제안은 이러한 수용체들이 스트레스 시기에 반응할 수 있는 산소 감지 세포군 중 하나일 뿐이라는 것을 강조하면서 이 반응에 대해 전적으로 책임이 있는 것은 아니라고 결론짓는다. 살아있는 상태에서 경동맥과 대동맥의 신체 활동에 대한 정보를 수집하고, 인간을 운동시키는 것은 어려운 일이며, 간접적인 증거만을 나타내는 경우가 많기 때문에, 더 많은 증거가 축적되기 전까지는, 그리고 바라건대 더 진보된 기술로 광범위한 결론을 도출하기 어렵다.[5]

주변 화학수용체는 환기 효과 외에도 환기 이외의 활동에 영향을 미칠 수 있는 운동에 대한 신경내분비 반응에 영향을 미칠 수 있다.[5] 혈당 촉진 호르몬인 글루카곤과 신경전달물질인 노레피네프린의 순환은 경동맥과 대동맥-체감소견에서 증가하며, 말초 화학수용체가 전통적으로 v의 유일한 역할로 여겨지는 것 외에 다른 신경내분비 신호에도 반응할 수 있음을 시사한다.강제 [5]규율

중심 화학수용체의 역할

주요 기사: 중앙화학수용체

말초 화학수용체들은 중앙 화학수용체와 함께 작용하는데, 이 화학수용체들은 또한 혈액 CO2를 감시하지만 뇌를 둘러싸고 있는 뇌척수액에서 그것을 한다. 말초 화학수용체로부터 입력을 받는 뇌계 영역인 복측 중수체에서 고농도의 중심 화학수용체가 발견된다.[12] 이러한 혈액 산소 감시기를 종합하면 호흡, 기도 저항, 혈압, 흥분 등 여러 과정을 조절할 수 있는 중수 산소 수치와 동맥 산소에 대한 말초 화학 반응에 대한 중추 화학적 형성을 통해 중수체의 혈관 중심부에 신경 신호를 제공한다.[3] 진화적 수준에서, 산소 수준의 안정화는 또한 이산화탄소 농도와 pH를 보다 일정하게 만들었고, pH의 변동은 세포의 효소를 변성시킬 수 있기 때문에, 공기 vs.-물 호흡, 수면, 단백질 구조에 이상적인 pH를 유지하기 위해 중요했다.[3][13]

참고 항목

참조

  1. ^ a b c Gonzalez, C; Almaraz, L; Obeso, A; Rigual, R (1994). "Carotid body chemoreceptors: from natural stimuli to sensory discharges". Physiological Reviews. American Physiological Society. 74 (4): 829–898. doi:10.1152/physrev.1994.74.4.829. ISSN 0031-9333. PMID 7938227.
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  3. ^ a b c d e f g h "The Peripheral Nervous System" (PDF). Retrieved 2020-03-17.
  4. ^ a b c d e f g h Peers, Chris; Wyatt, Christopher N.; Evans, A. Mark (2010). "Mechanisms for acute oxygen sensing in the carotid body". Respiratory Physiology & Neurobiology. Elsevier BV. 174 (3): 292–298. doi:10.1016/j.resp.2010.08.010. ISSN 1569-9048. PMID 20736087. S2CID 25602867.
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  10. ^ Ortega-Sáenz, Patricia; Pascual, Alberto; Gómez-Díaz, Raquel; López-Barneo, José (2006-09-11). "Acute Oxygen Sensing in Heme Oxygenase-2 Null Mice". Journal of General Physiology. Rockefeller University Press. 128 (4): 405–411. doi:10.1085/jgp.200609591. ISSN 1540-7748. PMC 2151578. PMID 16966473.
  11. ^ Kim, Donghee; Kang, Dawon; Martin, Elizabeth A.; Kim, Insook; Carroll, John L. (2014). "Effects of modulators of AMP-activated protein kinase on TASK-1/3 and intracellular Ca2+ concentration in rat carotid body glomus cells". Respiratory Physiology & Neurobiology. Elsevier BV. 195: 19–26. doi:10.1016/j.resp.2014.01.020. ISSN 1569-9048. PMC 3998119. PMID 24530802.
  12. ^ "Archived copy". Archived from the original on 2013-12-02. Retrieved 2013-11-24.{{cite web}}: CS1 maint: 타이틀로 보관된 사본(링크)
  13. ^ Jonz, Michael G.; Nurse, Colin A. (2012). "Peripheral Chemoreceptors in Air- Versus Water- Breathers". Advances in Experimental Medicine and Biology. Vol. 758. Dordrecht: Springer Netherlands. pp. 19–27. doi:10.1007/978-94-007-4584-1_3. ISBN 978-94-007-4583-4. ISSN 0065-2598. PMID 23080138.

외부 링크