1. 가역적 세포손상

세포는 자극에 적응한다. 비후(hypertrophy)는 세포 크기가 커져 장기가 커지는 것이고, 증식(hyperplasia)은 세포 수가 늘어 장기가 커지는 것이다. 고혈압에서 심근세포는 비후하고 고산지대에서 적혈구는 증식한다. 적응의 한계를 넘으면 손상이 시작된다.

허혈이나 저산소증에서 가장 먼저 일어나는 변화는 미토콘드리아의 산화적 인산화 저하에 따른 아데노신삼인산(ATP) 생산 급감이다. ATP가 고갈되면 나트륨-칼륨 펌프(Na⁺-K⁺ ATPase)가 멈추어 나트륨과 물이 세포 안에 쌓이고 칼륨은 밖으로 새어 나가, 세포 전체가 부푸는 세포종창이 나타난다. 현미경으로는 미토콘드리아 종창, 거친면 소포체의 확장과 리보솜 탈락, 글리코겐 과립 소실, 지방변성이 관찰된다.

보상으로 혐기성 해당과정이 항진되지만 다량의 젖산이 생겨 세포 내 pH가 떨어지고(산증) 부종은 오히려 악화된다. 이 단계까지는 산소가 다시 공급되면 되돌아온다.

2. 비가역적 손상

가역과 비가역을 가르는 결정적 지표(point of no return)는 미토콘드리아의 심한 종창과 막 손상 여부이다. 미토콘드리아 투과성 변이공(MPT)이 열리면 막전위가 사라져 ATP를 다시 만들 수 없고 시토크롬 C가 세포질로 빠져나온다.

이어 칼슘 항상성이 무너진다. 세포질 칼슘 농도가 비정상적으로 치솟으면 인지질분해효소, 단백질분해효소, 엔도뉴클레아제가 한꺼번에 활성화되어 세포막 인지질, 세포골격, 핵산을 무분별하게 분해한다. 리소좀 막이 터지면 가수분해효소가 쏟아져 자가소화가 진행된다.

마지막으로 세포막이 파열되면서 세포질 내 효소가 혈액으로 유출된다. 크레아틴 인산화효소(CK)와 트로포닌 상승이 그 증거다. 반면 세포종창, 리보솜 탈락, 지방 축적은 아직 가역적 단계의 소견이므로 혼동하기 쉽다.

허혈성 세포손상의 진행

같은 출발점에서 갈라지는 지점이 point of no return이다

3. 괴사의 형태

뇌는 지지 결합조직이 적고 리소좀 효소가 풍부해 괴사 조직이 빠르게 액화되며, 대식세포와 미세아교세포가 이를 탐식하여 낭종성 공간을 남긴다.

간이나 신장 같은 실질 장기의 경색은 액화가 아니라 응고괴사로 진행한다는 점에서 뇌와 대비된다.

괴저는 괴사에 이차 변화가 겹친 상태다. 건성 괴저는 사지 말단 허혈에서 응고괴사 후 조직이 탈수·수축해 검게 변하고 수분이 적어 세균 증식이 억제된다. 습성 괴저에서는 수분이 많은 괴사 조직에 세균 감염이 더해져 이차적으로 액화와 부패가 진행되고 악취가 난다. 수분 함량과 세균 감염 여부가 두 괴저를 가르는 핵심이다.

4. 세포자멸사와 괴사

아폽토시스 소체는 대식세포에 탐식되어 조용히 제거된다. 카스파아제 활성화를 괴사의 특징으로 잘못 연결하는 선지가 자주 등장한다.

괴사와 세포자멸사

염증을 동반하는지, 에너지를 쓰는지가 결정적 차이다

5. 허혈-재관류 손상

혈류가 다시 열렸는데도 손상이 더 심해지는 현상이다. 대량의 산소가 유입되면서 잔틴 산화효소 경로 등을 통해 활성산소종(ROS)이 폭발적으로 생성되어 막 지질을 과산화시킨다. 동시에 손상된 세포막과 소포체를 통해 칼슘이 대량 유입되는 칼슘 과부하가 일어나 미토콘드리아 투과성 변이공이 열리고 세포사멸이 촉진된다. 호중구의 내피 부착과 침윤도 손상을 보탠다. 재관류 자체는 필수 치료지만 초기에는 손상이 정점에 이를 수 있다는 점을 알아야 한다.

6. 급성 염증

급성 염증은 호중구(다형핵 백혈구) 침윤과 섬유소 삼출이 주된 소견이다. 세동맥이 확장되어 혈류가 늘고(발적·발열), 혈관투과성이 증가해 단백질이 풍부한 삼출액이 간질로 빠져나가 부종이 생긴다.

투과성이 증가하는 기전은 두 가지다. 첫째, 비만세포에서 유리된 히스타민과 혈장에서 생성된 브라디키닌이 세정맥 내피세포를 수축시켜 세포 사이 간격을 벌리는 세포주위 누출이다. 둘째, 화상이나 독소에 의한 내피세포의 직접 손상이다.

백혈구는 구르기(셀렉틴에 의한 느슨한 결합), 부착(인테그린에 의한 단단한 결합), 혈관 밖 유출, 주화성 이동의 순서로 조직에 도달한다. 이 순서를 뒤집은 선지가 흔하므로 구르기가 언제나 먼저라는 점을 기억한다. 보체 조각 C3b는 옵소닌으로 작용해 포식을 돕는 물질이지 투과성 증가의 주역이 아니며, 항체나 섬유화 성장인자도 급성기 부종의 직접 원인이 아니다.

7. 만성 염증과 육아종

만성 염증은 수 주에서 수개월 이상 이어지며 조직 파괴와 복구가 동시에 진행된다. 림프구, 대식세포, 형질세포가 주로 침윤하고 섬유모세포 증식과 콜라겐 침착에 의한 섬유화, 혈관신생이 동반된다. 대식세포가 분비하는 사이토카인과 형질전환성장인자-베타가 섬유화를 이끌고, 인터루킨-10처럼 염증을 가라앉히는 사이토카인도 함께 작용한다.

육아종은 활성화된 대식세포가 상피모양세포로 변형되어 중심을 이루고 서로 융합해 다핵거대세포를 만들며, 주변을 림프구가 둘러싼 구조물이다. 결핵, 나병, 이물반응에서 관찰되고 결핵에서는 중심부에 건락괴사가 놓인다. 광범위한 호중구 침윤, 섬유소 삼출, 세동맥의 지속적 확장은 급성 염증의 소견이므로 만성 염증과 대비해 기억해야 한다.

8. 조직 회복

치유는 지혈기, 염증기, 증식기, 성숙기(재형성기)로 이어진다. 염증기에는 호중구와 대식세포가 괴사 조직과 이물을 제거하고 대식세포가 성장인자를 분비해 다음 단계를 준비한다.

증식기에는 육아조직(과립조직)이 형성된다. 육아조직은 새로 자라난 모세혈관, 증식하는 섬유모세포, 느슨한 세포외기질로 구성되며 대식세포가 이를 조절한다. 다수의 호중구 침윤이나 괴사 잔해는 육아조직의 구성 요소가 아니다. 섬유모세포는 콜라겐을 분비하고 근섬유모세포로 분화해 상처 수축을 일으킨다. 성숙기에는 콜라겐이 재배열되어 인장강도가 오르고 반흔 조직으로 대체된다.

9. 면역계의 세포

선천면역은 즉각적이고 비특이적이며 호중구, 대식세포, 자연살해세포가 담당한다. 후천면역은 특이적이고 기억을 남기며 T·B 림프구가 맡는다.

대식세포는 병원체를 포식·분해한 뒤 항원 조각을 주요조직적합복합체 클래스 II(MHC class II)에 실어 CD4⁺ 보조 T림프구에 제시하는 항원제시세포로, 선천면역과 후천면역을 잇는다. 호중구는 급성 염증에서 포식 후 빠르게 사멸하며 항원제시 기능은 하지 않는다.

제1형 과민반응은 면역글로불린 E(IgE)가 비만세포와 호염기구 표면의 Fc 수용체에 결합해 감작된 상태에서 같은 항원에 다시 노출될 때 발생한다. 비만세포가 탈과립하며 히스타민 등이 방출되어 수 분 내 두드러기, 기관지 수축, 혈압 저하로 나타나는 것이 아나필락시스다. 벌 쏘임 직후의 전신 두드러기와 호흡곤란이 전형적인 예이며, 관여하는 항체는 면역글로불린 G나 M이 아니라 E라는 점이 반복해서 물어지는 지점이다.

10. 신생물

악성의 본질은 기저막을 뚫고 주변 조직으로 침윤하며 원격 전이를 일으키는 능력이다. 조직학적 등급과 예후는 분화도와 세포 이형성, 즉 핵의 다형성, 핵-세포질 비율 증가, 비정상 유사분열로 판정한다. 종양의 크기, 개수, 발생 위치, 색이나 경도, 환자의 연령은 양성과 악성을 가르는 기준이 되지 못한다.

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현장 연결

심근경색과 트로포닌 심근세포가 괴사해 세포막이 깨지면 세포 내 구조 단백질인 트로포닌과 크레아틴 인산화효소가 혈중으로 흘러나온다. 이 상승은 비가역적 손상이 이미 일어났다는 뜻이며, 능동 분비나 신장 배설 저하로 설명되지 않는다.

화상과 부종 히스타민과 브라디키닌이 내피세포 간격을 벌려 단백질이 풍부한 혈장이 간질로 빠져나간다. 수포와 광범위한 부종은 그만큼 혈관 내 용적이 줄었다는 신호이므로 적극적인 수액 처치가 필요하다.

횡문근융해증과 고칼륨혈증 압궤나 장시간 압박으로 근세포막이 파괴되면 세포 안에 고농도로 있던 칼륨이 한꺼번에 혈중으로 쏟아진다. 치명적 부정맥으로 이어질 수 있어 구조 직후부터 심전도 감시가 필요하다.

뇌경색의 액화 뇌는 결합조직이 적고 리소좀 효소가 풍부해 괴사 부위가 액화되고 낭종만 남는다. 재생이 거의 없으므로 시간 자체가 조직 손실을 뜻한다.

하나의 원리 위 사례는 모두 같은 문장으로 묶인다. 세포막이 깨지면 안에 있던 것이 밖으로 나온다. 트로포닌, 크레아틴 인산화효소, 칼륨, 미오글로빈, 리소좀 효소가 모두 그렇게 나온다. 반대로 세포막이 끝까지 보존되는 세포자멸사에서는 유출도 염증도 없다.

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핵심 정리

• 허혈에서 가장 먼저 일어나는 변화는 산화적 인산화 저하와 ATP 급감이다.
• ATP 고갈은 나트륨-칼륨 펌프를 멈춰 나트륨과 물을 세포 내에 가두고 세포종창을 일으킨다.
• 미토콘드리아 종창, 소포체 확장, 리보솜 탈락, 지방변성은 가역적 단계의 소견이다.
• 혐기성 해당과정 항진은 젖산을 쌓아 세포 내 산증과 부종 악화를 부른다.
• 비가역의 기준은 미토콘드리아의 심한 종창과 막 손상이며, MPT 개방이 그 정점이다.
• 세포 내 칼슘 급증은 인지질분해효소·단백질분해효소·엔도뉴클레아제를 활성화한다.
• 응고괴사는 심근, 액화괴사는 뇌, 건락괴사는 결핵, 지방괴사는 췌장이 대표적이다.
• 건성 괴저와 습성 괴저는 수분 함량과 세균 감염에 따른 이차 액화 여부로 갈린다.
• 세포자멸사는 ATP 의존적이고 카스파아제가 조절하며 아폽토시스 소체를 남기고 염증이 없다.
• 재관류 손상의 두 축은 활성산소종 폭발과 칼슘 과부하이며 잔틴 산화효소가 관여한다.
• 급성 염증은 호중구와 섬유소 삼출, 만성 염증은 림프구·대식세포 침윤과 섬유화가 특징이다.
• 육아조직은 신생 모세혈관과 증식하는 섬유모세포로 이루어지며 반흔으로 성숙한다.
• 악성 종양의 본질은 기저막 침범과 침윤·전이이며 등급은 분화도와 이형성으로 매긴다.

이 파트의 연습 문항은 문제은행 기초의학 · 세포 및 조직 분류에서 이어서 풀 수 있습니다.