세포 손상 (Cellular Injury) : 저산소증, 쇼크, 증상 | 세포병리학 02.

세포 손상이 뭐에요?

세포가 스트레스를 받으면 세포 적응 (Cellular Adaptations)이 일어난다고 했었죠? 세포가 적응할 수 있는 한계를 넘으면 세포가 손상되고, 이를 세포 손상 (Cellular Injury)라고 부릅니다. 이번 글에서는 세포 손상이 어떤 원인에서 일어나는지, 어떤 종류가 있는지, 어떤 현상이 발생하는지 등에 대해 알아보도록 하겠습니다.

저산소증(Hypoxia)

저산소증은 세포가 충분한 산소를 공급받지 못할 때 발생합니다. 이로 인해 세포 대사가 중단되고, 에너지 부족 상태로 이어져 세포가 손상됩니다. 저산소증의 주요 원인은 다음과 같습니다.

허혈(Ischemia)

• 혈류 차단으로 인한 산소 공급 부족

저산소혈증(Hypoxemia)

• 혈중 산소 농도가 감소한 상태

산소 운반 능력 감소

빈혈(Anemia)

: 산소 운반을 담당하는 적혈구의 부족으로 인해 세포에 충분한 산소가 공급되지 않음.

일산화탄소 중독 (CO poisoning)

: 일산화탄소가 산소보다 헤모글로빈에 강하게 결합해 산소 운반을 방해함.

메트헤모글로빈혈증(Methemoglobinemia)

: 헤모글로빈의 철이 산소와 결합할 수 없는 상태로 변해 산소 공급이 차단됨.

• 헤모글로빈의 철 이온이 Fe2+에서 Fe3+로 산화되어 산소 운반 능력을 상실

물리적 손상(Physical Injury)

외부 물리적 자극, 즉 기계적 손상, 열, 방사선, 전기 충격 등이 세포를 손상시킵니다특히, 방사선은 세포 내 DNA를 손상시켜 세포 사멸을 일으킵니다.

화학적 손상(Chemical Injury)

약물, 독성 물질, 환경 오염 물질 등 화학적 요인은 세포의 중요한 기능을 방해하거나 독성을 유발하여 손상을 일으킵니다. 예를 들어, 두통약으로 많이 쓰이는 아세트아미노펜 과다 복용은 간세포 손상을 초래할 수 있습니다.

기타

이외에도 면역 반응 (Immune Reaction) , 유전자 이상(Genetic disorder), 감염 (Infection), 영양 불균형 (Nutritional Imbalance) 등 다양한 원인이 있습니다.

세포의 손상에 영향을 미치는 요인들

• 스트레스의 종류: 화학적, 물리적, 생물학적 요인 등 어떤 스트레스가 가해지는지에 따라 다른 양상이 나타납니다.
• 스트레스의 강도: 스트레스가 강할수록 세포 손상의 위험이 높아집니다.
• 세포 유형: 예를 들어, 신경세포는 저산소증에 3~5분만 견딜 수 있지만, 골격근 세포는 더 오랜 시간 견딜 수 있습니다.

세포 손상의 기전

(1) ATP 생성 감소로 인한 세포 기능 저하

세포는 생존을 위해 에너지원인 ATP가 필요합니다. 저산소증이나 독성 물질에 노출되면 미토콘드리아에서 ATP 생성이 감소하고, 이는 세포 내 많은 기능을 저하시킵니다. 특히, 나트륨/칼륨 펌프 기능이 약화되어 세포 내 나트륨이 축적되고, 결국 세포가 부종을 일으키게 됩니다.

ⓐ 젖산산증 (Lactic acidosis)

산소 부족 시 Glycolysis의 증가로 젖산이 축적됩니다.

ⓑ Na⁺/K⁺ 펌프 기능 장애로 인한 세포 부종

Na⁺/K⁺ 펌프 기능이 약화되어 세포 내 Na⁺가 축적되고, 이로 인해 세포 부종이 발생합니다.

ⓒ Ca²⁺ 펌프 기능 장애로 인한 효소의 비정상적 활성화

ATP 부족으로 칼슘 펌프가 제대로 작동하지 않으면 세포 내 Ca²⁺ 농도가 비정상적으로 늘어나게 됩니다. 칼슘이 늘어나면 세포 내 효소들이 무분별하게 활성화되어 세포 구성 요소를 파괴합니다. .

(2) 활성산소(Free Radical)에 의한 손상

활성산소(ROS)는 우리 몸에서 자연적으로 생성되지만 매우 불안정한 분자입니다. 나중에 따로 다루겠지만, 간략히 설명드리자면 이 활성 산소들은 한개 이상의 ‘짝을 이루지 않은 전자’를 갖고 있어 다른 분자에서 전자를 빼앗으려는 성질을 갖고 있습니다.
그 결과, 우리 몸의 중요 구성요소인 세포막과 단백질, DNA의 전자를 뺏어(=산화시켜) 손상을 유발하는 작용을 합니다. 이로 인해 세포 기능이 저하되며, 만성 염증과 암 발생을 일으킬 수 있습니다.

세포의 가역적 및 비가역적 손상

가역적 손상 (Reversibile Injury)

세포 손상이 초기 단계에서는 가역적일 수 있습니다. 이때 세포 부종이 특징적으로 나타나며며, 미세융모 손실, 거친 소포체(RER)의 부종과 같은 변화가 나타납니다. 이 단계에서 스트레스가 해소되면 세포는 정상으로 회복될 수 있지만, 손상이 계속 진행될 경우 정상으로 회복되지 못하는 비가역적 손상을 초래합니다.

• 세포 부종: 세포 내 수분과 전해질 불균형으로 부종이 생깁니다.
• 미세융모 손실: 세포막 구조 변화로 인한 미세융모 손실이 발생합니다.
• 거친 소포체(RER) 부종: 리보솜 분리로 단백질 합성이 감소합니다..

비가역적 손상(Irreversible Injury)

비가역적 손상은 세포가 정상으로 회복되지 못하고 죽음에 이르는 상태를 말합니다. 세포막 손상이 주요 특징이며, 세포 내 칼슘 농도 증가, 미토콘드리아 손상 등이 발생하고, 괴사 (Necrosis)나 세포 자멸사(Apoptosis) 등의 세포 사멸을 유발합니다.

• 세포막 손상: 세포 내용물이 외부로 유출되어 세포 사멸이 진행됩니다.
• 효소 유출: 간염 시 간 효소, 심근경색 시 심근 효소가 혈액으로 유출됩니다.
• 세포 내 Ca²⁺ 증가: 세포 사멸을 촉진합니다.
• 사이토크롬 C 유출: 미토콘드리아에서 유출되어 아폽토시스를 유도합니다.
• 리소좀 효소 유출: 세포 내부를 소화하여 손상을 가속화합니다.

정리

세포의 손상에 대해 알아봤습니다. 아무래도 처음 공부하시는 분들은 잘 이해되지 않는 개념들도 많을텐데요, 관련 개념들을 다 정리해 포스트할 것이니 공부하신 후 본문의 글을 다시 보는 것을 추천드립니다.