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장벽 : 절대 막아야한다



위장관 점막은 영양소, 독성 물질, 세균 등이 정체, 통과하는 위장관 내강(luminal environment)에서 신체를 보호하는 차단벽을 형성하여 위장관 점막 상피 세포를 통해 유익한 영양소는 통과시키고 해로운 분자 물질이나 미생물의 통과를 제지한다. 이와 같은 위 장관의 배제 성질(Exclusionary Properties)을 위장관 차단벽(GIB)이라고 한다 여러 종류의 위장관 질환이 GIB를 파괴하여 전신 질환으로 확대시키고 전신 질환은 다시 GIB에 손상을 주어 이미 망가진 GIB를 더욱 훼손하는 악순환 과정을 밟는다.

인체는 영장(靈長)이다. 최고의 진화 산물 아닌가? 인체 생리의 심층에 진입할수록 항상성(恒常性)의 신비는 40억년의 진화나 우연만으로는 결코 설명할 수 없다. 그야말로 신성(神性)이 개재(介在)된 피조의 생물체라는 사실로 접근할 수 밖에 없다. 인간이 처한 자연 환경은 척박하기 짝이 없다. 인체가 의지하며 살고 있는 하늘과 땅, 그리고 물까지도 항상 우호적이지 않고 안전하지도 않다. 살인적 추위와 더위, 비바람의 환경적 공격, 세균, 바이러스 등 미생물의 생물학적 공격, 각종 독소, 노폐물, 인위적 오염 물질 등 화학적 공격이 멈추는 일이 없다. 사납고 살풍경한 환경에 유기(遺棄)된 인체다.

인체의 위 장관은 신체 외부 장기로 분류한다. 신체 내부를 관통하긴 하나 기능적으로는 식물의 뿌리와 유사하며 섭취한 모든 음식은 단순히 9 미터에 이르는 장관을 통과하여 배출되기 때문이다. 식물의 뿌리가 자신이 필요한 영양소를 토양에서 흡수하듯이 위 장관 내부 점막 융모 상피에서 인체에 필요한 영양소를 음식에서 흡수하기 때문이다. 인체의 위 장관 내 외피를 뒤집어보면 이해하기 쉽다. 장 점막 융모가 음식이라는 토양에 뿌리를 내리고 있는 모습이 토양에 뿌리를 내린 식물과 흡사하다. 토질이 좋아야 식물이 튼튼하다. 마찬가지로 음식의 질(食質)이 좋아야 인체가 건강하다. 토양에는 식물의 필수 영양소뿐 아니라 각종 세균, 오염물질, 독소가 가득하다. 인체가 섭취한 음식에도 필수 영양소는 물론 여러 가지 세균, 바이러스, 화학적 독성물질, 노폐물이 가득하다.

인체 장기 가운데 소화기관만큼 각종 유해 물질과 미생물의 공격을 받는 기관은 없다. 따라서 위장관 및 소화 기관은 철저한 치안 유지 시스템을 내장하여 인체 최대의 면역 시스템을 구성하고 있다. 위 장관은 유해물질이나 병원성 미생물의 최고 침입 경로이며 인체 면역의 70%를 차지하는 최대 방어 기관이다. 위 장관은 인체를 침해하는 어떠한 유해체(有害體)라도 이를 차단, 제거하여 인체 건강을 수호한다. 세 겹으로 이루어진 철벽 방어 체계가 작동되기 때문이다. 성벽에서 분사된 화학 무기, 성벽의 요새화, 최정예 경찰 병력 등 3중 방호 철벽 방범 시스템으로 성채를 보호한다.




1차 방어선 -------------------------------------------------
1) 점액 및 중탄산염 (Mucus & Bicarbonate)

위 장관 상피는 모두 점액으로 코팅되어 있다. 점액은 상피 세포에서 생성된다. 점액은 그자체로 차단벽으로 기능할 뿐 아니라 점막 상피에 대한 ‘쉬어 스트레스’(Shear stress ; 층 밀리기 변형력, 엇갈린 힘, 활응력;滑應力, 전단응력;剪斷應力)를 경감시킨다. 점액에 들어있는 여러 종류의 탄수화물이 세균을 감금하여 집락(集落) 형성을 방지하고 또한 이들 세균을 응집시켜 제거하며 수용성 물질의 확산이 더딘 점액의 특성 때문에 위산 등 유해 화학 물질의 세포 내 확산을 감소시킨다. 위 장관을 점액으로 코팅하는 기능 외에도 위와 십이지장 상피 세포의 첨단 면에서 중탄산염을 분비하여 점막 상피 세포막을 따라 pH를 중성화한다.

2) 프로스타글란딘(PG), 트레포일(Trefoil) 단백질, 일산화 질소, 항균 펩타이드 등 화학 무기와 사이토카인 등 주변 분비 호르몬은 적의 침투를 차단 하는 최일선 방어선을 구축한다. PG와 프로스타사이클린(prostacyclin)은 점액 분비 촉진, 중탄산염 분비 촉진, 점막 혈류 증가, 상피에 대한 산(酸)의
역 확산을 억제하여 세포 보호 효과를 나타낸다. 표피 성장 인자(Epidermal growth factor; EGF)와 변형 성장 인자(Transforming growth factor-알파 (TGF-알파) 등 펩타이드는 둘 다 동일한 수용체에 결합하여 상피 세포 증식을 자극하고 섬유아 세포 성장 인자(Fibroblast growth factor), 간 세포 성장 인자 (Hepatocyte growth factor)등 기타 사이토카인은 위장관 궤양 치유를 독려한다. TREFOIL 단백질은 위장관 점막의 술잔 세포에서 분비되는 펩타이드로 상피 세포의 첨단 면을 코팅시키고 분자 구조상 단백질 용해에 의한 파괴를 방지한다. 트레포일 단백질은 점막 통합성, 병변 복구, 상피 세포 증식에 일정 역할을 하며 다양한 독성 화학 물질과 약갬觀壙?점막 상피를 보호한다.
일산화 질소(Nitric oxide; NO)는 점막 통합성 및 차단벽 기능에 중요한 역할을 하는 또 하나의 물질이다. 일산화 질소 공여제는 알코올 등 독성 화학 물질(Toxic chemical), 허혈(ischemia)이나 재관류(Reperfusion) 등에 의해 유발된 점막 손상(Reperfusion injury)을 경감시킨다. 그러나 일산화 질소는 일부 소화기 질환이 있을 때 오히려 점막 손상을 야기하는 역설적 기능도 있다.
차단벽 기능이란 위장관 강에 잠입한 세균이 장점막 상피를 통한 침투를 방지하는 것이다. 파네트 세포(Paneth cell)는 소장 음와(Crypt)에 존재하는 과립 상피 세포다. 파네트 세포에서 항균 펩타이드를 합성, 분비하는데 이 물질 가운데 한가지가 알파 디펜신(Defensin)이다.이 물질은 잠재 병원체에 대해 항균 작용이 있다. 이와 같은 비특이성 항균 분자 외에도 위장관 면역 시스템이 차단벽 기능을 지원한다.
위장관 면역 시스템 가운데 한가지는 Secretory IgA다. 이 항체는 상피 하 형질 세포에서 분비되며 transcytosis에 의해 상피 세포를 빠져 나온다. 위장관 강 내 SIgA는 세균이나 기타 항원과 결합하여 항원 침입을 차단하며 이전에 노출된 항원에 특이적으로 작용한다.

3) 당피(糖皮, 당질피질; 糖質皮質; Glycocalyx)

일부 세균이 만들어내는 세포 외 중합체 물질(Extracellular polymeric material)이며 상피세포에서 분비된 다당류에 붙여진 명칭이다. 이 물질은 상피 조직 표면을 코팅한다. 일반적으로 세균 세포막 외에 존재한 다당류 화합물을 일컫는다. 점액층(Slime layer) 세포외 중합체 물질(EPS), 기질 중합체(matrix polymer)라고도 한다. 세포 표면을 덮는 다당류 또는 당단백질이다. 미생물에서 생산되는 아교 같은 물질로 셀룰로스 섬유에 부착된다.
소화기계 특히 소장 미세 융모의 첨단 부에서 발견된다. 상피 세포벽에서 돌출된 당 단백질로 구성된다. 흡수를 위한 추가 면을 제공하고 단백질 및 슈가 소화에 필수적인 효소(상피세포에서 분비)를 포함한다. 일부 세균이나 세포에서 생산되는 세포 물질로 어류 몸체의 끈적거리는 물질도 당피이며 상피 세포에서 분비된 기질로 상피 조직 표면을 코팅한다.

당피는 세포의 단 껍질(sweet husk)로서 세포 표면에서 돌출된 다당류 그물망이다. 세균을 보호하고 세균이 불활성 표면(치아나 바위 등)이나 다른 세균에 부착되는 것을 돕는다. 당피가 서로 융합하여 세균 집락을 둘러싼다. 금속 임플란트 등 불활성 물질에 존재하기 때문에 세균이 당피를 통해 금속
등 불활성 물질에 달라붙어 심층 감염을 제거하기 어렵다. 이때 창상 감염을 완전히 제거하려면 hardware device를 완전히 제거해야 한다. 젤라틴성 당피를 캡슐이라고 한다. 반면에 불규칙한 미만성 층은 점액층(slime layer)라고 한다. Glycocalyx는 세균이 식균되는 것을 방지한다. 치아나 바위 같은 불활성 물질 표면을 코팅하여 균막(biofilm)을 형성한다.

세균 캡슐(Bacterial capsule), 점액층(slime layer): 세균은 적색으로 염색되고 점액층은 적색 세포를 둘러싸는 투명한 달무리처럼 보인다.
당피의 기능은 세포막의 쿠션으로 작용하여 세포를 화학 손상으로부터 보호하는 것이다. 또한 면역계로 하여금 병원성 미생물이나 암세포를 인식하게하여 처리케 한다. 그 밖에도 세포를 한데 묶어 탈락을 방지하는 세포 유착 기능도 있다.

4) 면역 글루블린 A(Secretory Immunoglobulin A; SIgA)

점액 분비물에서 발견되는 면역 글로불린이며 장 세포(enterocyte)에서 만들어진다. SIgA는
점막 면역(mucosal immunity)에 중요한 역할을 하며 여러 종류의 병원성 물질을 포획하여 활성을 정지시키는 움직이지 않은 항체다. 장 점막뿐만 아니라 눈물, 타액, 초유, 장액, 질 액, 전립선 액, 호흡기 상피 등에도 존재하며 혈액에도 소량 함유한다. 효소에 의한 분해에도 저항하기 때문에 소화기계 및 호흡기계와 같은 험난한 환경에서도 기능을 잃지 않아 세균 감염에 대항한다. SIgA는 장관 강 내에 존재하는 세균, 음식 잔여물, 곰팡이, 기생충, 바이러스에 대한 신체의 일차 방어선이다. 따라서 SIgA가 떨어지면 감염에 민감해진다. 영양 불균형, 스트레스, 생활 습관 등이 SIgA 농도에 영향을 미친다.
SIgA는 장내에 불법 체류한 바이러스를 중화시키거나 플라스미드(Plasmid)를 제거하고 세균 집락을 억제하는 등 면역 기능 및 항염 기능을 한다. 그 밖에도 장내 음식 분자, 기타 커다란 분자 물질 흡수를 제압하기도 한다.
천식, 자가 면역 질환, 스트레스 증가, 항생제 사용자, 칸디다 감염, 소아 지방 변증, 자폐증, 음식 앨러지 및 불내성, 궤양성 대장염, 크론병 때 감소되거나 결핍되며 이때에는 여러 정도의 영양소 흡수 장애 및 음식 앨러지에 민감해진다


2차 방어선 “내인성 GIB” (Intrinsic Gastrointestinal Barrier) ------------------------------

위 장관 점막은 수 겹의 상피 세포층으로 도배되어 있다. 상피 세포는 거의 예외 없이 인접한 상피 세포와 접착반(tight junction)으로 얽매어져 연결, 밀봉된다. 세포와 세포간 공간(paracelluar space)을 밀봉함으로써 물리적 GIB를 형성한다. 위장관 점막의 상피세포가 정상을 유지하는 일은 GIB 통합성에 절대적인 전제 조건이 된다. 상피 세포 한층 만을 손상시키는 독소(toxin)나 미생물은 전신 순환계에 진입할 수 있다.




상피 세포의 타입에 따라 특이한 차단 기능을 한다. 위장의 벽 세포와 주 세포의 첨단면 세포막은 단백질에 대한 투과성이 낮아 산의 세포 내 역 확산(Back diffusion)에 의한 점막 손상을 방지한다. 그러나 소장 상피 세포는 이와 같은 기능이 없기 때문에 산에 의한 손상에 민감하다. 위장관 상피세포를 둘러싸고 있는 접착반(Tight junction)은 내인성 차단벽의 중요한 부분이다. 여태까지는 용접 물질과 유사 구조물로 간주되었지만 실제로는 훨씬 동적(動的) 구조물이라는 것이 최근 연구 결과이다. 상피 세포에 영향을 미치는 여러 인자에 의해 투과성이 조절되는 것으로 알려져 있다.

위장관 상피는 기능적으로 성숙한 다양한 세포로 구성된다. 이들 세포는 줄기세포에서 유래된다. 성숙한 상피 세포인 위장의 점액 세포, 소장의 흡수 세포는 3~6일 정도의 신속한 교체율을 보인다. 따라서 상피의 통합성을 유지하기 위해서는 세포 증식과 세포사(apoptosis)간의 정밀한 균형이 필수적이다. 위장관 상피 세포의 지속적인 교체를 지원하는 줄기 세포는 위, 소장, 대장 음와(陰窩; gastric pit)의 중간 부위에 위치한다. 줄기 세포가 계속 증식하여 세포를 공급하고 이들 세포가 흡수 세포, 술잔 세포, 장 내분비 세포, 파네트 세포 등으로 분화된다. 파네트 세포를 제외한 다른 세포들은 음와에서 상부로 이동하면서 성숙한 형태로 분화되어 융모 끝에서 수명이 다한 세포를 밀어내고 그 자리를 채운다.

3) 3차 방어선 “점막 연관 임파조직” MALT (Gut associated lymphoid tissue) ----------------------

MALT는 소화기관 면역계로 외부 침입으로부터 신체를 보호한다. 신체 면역계의 약 70% 가 소화 기관에 존재한다. MALT는 몇 개 타입의 임파 조직 (lymphoid tissue)로 이루어져 있고 면역 세포를 생산, 저장하여 병원균을 공격하거나 방어한다.
소화 기관의 임파 조직(Lymphoid tissue)은 편도(Tonsils), 아데노이드(Adenoids ; Waldeyer's ring), 파이어판(Peyer's patches), 충수 돌기 및 대장, 식도 등에 깔려있다.
MALT(Mucosa-associated lymphatic tissue)는 위장관, 갑상선, 유방, 폐, 침샘, 눈, 피부 등 신체의 다양한 장소에서 발견되며 소량의 임파조직이 전신에 흩어져 분포하는 시스템이다. 임파 조직, 위장관, 갑상선, 유방, 폐, 타액선, 눈, 피부 등에 분포한다. 이곳에는 T 세포가 밀집되어 있고 장 점막 상피를 통해 진입하는 항원에 맞서 싸운다. B세포, 형질 세포, 활성화된 TH 세포, 대식 세포가 느슨한 덩어리(CLUSTER)를 형성하고 있다.

점막 연관 임파조직(MALT)은 부위에 따라

1) 장연관 임파 조직(GALT; Gut-associated lymphoid tissue)
2) 기관지 연관 임파 조직(BALT; Bronchial-associated lymphoid tissue)
3) 코 연관 임파조직(NALT; Nose-associated lymphoid tissue)
4) 피부 연관 임파 조직(SALT; Skin-associated lymphoid tissue)
5) 혈관 연관 임파 조직(VALT; Vascular-associated lymphoid tissue) 등으로 나눈다.
파이어판(Peyer's patches)은 소장 내벽에서 발견되는 GALT의 일부이며 VALT는 동맥 벽에 존재하나 면역 반응 기전은 아직 확실하지 않다



회장 말단부의 파이어판(Peyer’s patch)

Peyer는 최초 발견자인 스위스 해부학자 이름이다. 회장의 끝 부위에 위치하는 임파 조직의 응집체로 장 상피 일부가 두꺼워지고 길어져 길이가 수 cm정도에 이르며 육안으로 확인되는 구조다. 현미경으로 들여다 보면 임파절과 유사한 타원형이거나 둥근 형태의 임파 소포(follicle)로 보인다. 점막층에서 점막하층까지 연장되어 있다. 성인의 경우에는 소포(follicle)의 배아 센터에 B 임파구가 많이 존재한다.
위 장관 강은 출입구가 외부 환경에 노출되는 장기이기 때문에 위 장관 강에 진입하는 음식이나 물질은 모두 잠재적 병원성 미생물을 대동한다고 가정할 수 있다. 이때 파이어판은 장 관강을 면역적으로 감시하고 점막 내에서 직접 면역 반응을 일으긴다.
장관 강으로 진입하는 병원성 미생물이나 항원 물질은 파이어판 및 기타 GALT 내에 존재하는 대식 세포, 수상 세포, B 임파구, T 임파구과 조우한다.
파이어판은 M 세포라는 특별한 세포를 포함하고 있다. M 세포는 장관 강에서 항원을 직접 샘플링하여 항원 제시 세포(APC)에 전달한다. 파이어판에서항원과 조우하면 B-세포와 기억세포가 자극된다. 이들 세포는 장간막의 임파절을 통과하면서 면역 반응이 증폭된다. 활성화된 임파구는 흉관을 경유, 혈류로 진입하여 장으로 이동, 최종 임무를 수행한다. 파이어판은 면역 반응에 매우 중요한 기능을 하지만 이것이 과다 성장하면 비후되어 본태성장 중첩증을 일으킬 수 있다

회장 말단부. 위 사진은 장점막에 색깔이 더 진한 타원형의 파이어판(Peyer's patches)이 서 너 개가 보이는데 이는 점막 하 임파조직이 집적된 것이다. 가로 주름이 공장만큼 현저하지 않다. 말단부의 장간막 부착 부위 반대측에 위치한 임파조직의 소포다.

파이어 판은 회장 말단부에 위치한다. 점막의 M 세포가 장관강에 체류한 큰 분자량의 항원을 임파구로 전이시킨다. CD8+ T 세포(CD8+)는 상피 표면에 흩어져 있고 고유판은 CD4+ T 세포와 B 세포를 함유한다.

임파 소결절의 집합체다. 회장 점막에 있다. 장에 진입하는 병원체 및 독소에 대한 반응으로 면역 글로블린을 생산하는데 역할을 한다.