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꿈틀운동

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목차

1. 개요

꿈틀운동은 생물체 내에서 관찰되는 파동 형태의 운동으로, 주로 소화기관에서 음식물이나 기타 물질을 이동시키는 데 사용된다. 사람의 경우, 꿈틀운동은 장간 신경총의 분극화에 의해 조절되며, 식도, 위, 작은창자, 큰창자 등 소화기관의 여러 부위에서 일어난다. 식도에서는 일차 및 이차 꿈틀운동파가, 위에서는 위액과 음식물의 혼합을 돕는 작용을 하며, 작은창자에서는 분절수축과 함께 미즙을 이동시킨다. 큰창자에서는 집단수축이 발생하여 대변을 직장으로 이동시킨다. 이 외에도 림프계, 정액, 담관, 요관, 난관 등에서도 꿈틀운동이 나타나며, 지렁이와 같은 동물은 꿈틀운동을 통해 이동한다. 꿈틀운동은 연동 펌프와 같은 기계에도 적용되며, 식도이완불능증, 장폐색 등 관련 질환이 발생할 수 있다.

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꿈틀운동
정의
설명근육의 방사형 대칭 수축과 이완 작용이다.
생리학
역할소화관 내용물 추진
소변 이동
담즙 이동
정액 이동
난자 이동
태아 이동
동물
예시지렁이의 움직임
로봇
응용지렁이의 움직임을 모방한 연동 크롤링 로봇 개발

2. 사람에서

꿈틀운동은 일반적으로 꼬리쪽, 즉 항문 방향으로 일어난다. 이러한 방향성은 장간 신경총의 분극화에 기인한다. 꿈틀운동 반사는 장간 신경총에 의존하기 때문에 '장간 반사'라고도 한다.[6]

음식 덩어리는 창자를 둘러싸는 평활근을 늘어나게 하여 세로토닌 분비를 유도, 감각 신경 세포를 활성화시킨다. 활성화된 감각 신경 세포는 근육층신경얼기의 신경 세포들을 활성화하며, 이후 정방향과 역방향의 두 가지 콜린성 경로로 신호가 전달된다. 역방향 경로의 활성화된 신경 세포들은 P물질과 아세틸콜린을 방출하여 음식 덩어리보다 뒤쪽(입에 가까운 쪽)의 평활근을 수축시킨다. 반면, 정방향 경로의 활성화된 신경 세포들은 일산화 질소(NO)와 혈관작용성 장 펩타이드(VIP)를 방출하여 음식 덩어리보다 앞쪽(항문에 가까운 쪽)의 평활근을 이완시킨다. 이러한 방식으로 음식 덩어리가 소화계를 따라 효과적으로 이동한다.[20]

꿈틀운동은 자율 신경의 지배를 받는다. 미주 신경의 절후 신경인 장관 신경총(아우어바흐 신경총과 마이스너 신경총)이 장관의 환상근 및 종주근을 지배한다. 따라서 의식적으로 꿈틀운동을 활발하게 할 수는 없다. 장관 신경총이 선천적으로 결손되면 해당 부분의 꿈틀운동이 일어나지 않아 음식 덩어리가 저장되어 거대결장증(히르쉬스프룽병)을 나타낸다.

소화관의 환상근(륜상근)은 음식 덩어리가 팽창시키면 수축하여 음식이 되돌아가지 않도록 한다. 주기적인 환상근의 수축은 하부로 전달되어 음식 덩어리를 항문 쪽으로 이동시킨다. 종주근은 소화관을 수축시키는 기능을 하며, 환상근과 협력하여 음식물을 전진시킨다.

2. 1. 식도

음식이 잘게 씹혀서 덩어리로 된 후, 삼켜져서 식도를 통해 움직인다. 덩어리 뒤의 평활근은 수축하며 다시 입으로 역류하지 않도록 막는다. 그러면 율동적인 수축이 일어나 음식을 강하게 위로 밀어내게 된다. 이동성 위장관 복합운동(MMC)은 꿈틀운동파 발생을 돕는다. 여기서 꿈틀운동 과정은 한 방향으로만 일어나며, 식도에서의 기능은 오직 입에서 위로 음식을 밀어내는 것뿐이다.[22]

꿈틀운동을 간단하게 나타낸 그림


식도에서는 두 종류의 꿈틀운동이 일어난다.

  • 첫 번째로 '''일차꿈틀운동파'''('''일차연동파''', primary peristaltic wave)는 음식 덩어리가 무언가를 삼켜서 식도로 들어가는 동안 발생한다. 일차꿈틀운동파는 식도를 통해 내려가며 음식 덩어리를 위까지 내려가게 하며, 8~9초 간 지속된다. 음식 덩어리가 파동보다 더 빠르게 내려가는 경우에도 일차꿈틀운동파는 위까지 내려가며, 음식 덩어리가 어떠한 이유로 식도에서 멈추고 더 이상 내려가지 않아도 계속된다.
  • 음식 덩어리가 식도에서 다 내려가지 않거나 일차꿈틀운동파보다 느리게 내려가는 경우 식도의 벽에 존재하는 신장 수용기와 국소적인 반사 반응은 음식 덩어리 주변에서 '''이차꿈틀운동파'''('''이차연동파''', secondary peristaltic wave)를 일으켜 덩어리를 더욱 식도 아래쪽으로 밀어낸다. 음식 덩어리가 위로 들어가기 전까지 이차꿈틀운동파는 계속 지속된다. 꿈틀운동 과정은 숨뇌에 의해 매개된다. 이러한 꿈틀운동은 일반적으로 식도내압검사를 통해 평가한다.
  • 세 번째 종류인 삼차꿈틀운동(tertiary peristalsis)은 기능성이 아니며 불규칙적이고, 광범위하게 동시에 식도가 수축하는 것이 특징이다. 이러한 식도의 운동을 통해 식도 운동 장애를 의심할 수 있으며, 바륨삼킴검사에서 코르크따개식도 소견으로 나타난다.[21]

2. 2. 위

식도에서 위로 넘어온 음식물은 위의 강한 꿈틀운동에 의해 위액과 섞여 미즙 형태로 만들어진다.[1] 위의 근육층은 위장관계에서 가장 두꺼우므로 가장 강하게 꿈틀운동을 일으킨다.[1] 짧은 간격을 두고 날문조임근은 열리고 닫히기를 반복하는데, 이는 작은창자로 미즙을 조금씩 나누어 흘려보내기 위해서이다.[1]

2. 3. 작은창자

위에서 소화된 반액체 상태의 미즙은 날문조임근을 지나 작은창자로 들어간다. 위를 한번 지나면 일반적인 꿈틀운동파는 오직 수 초 동안만 지속되며, 초당 몇 cm 정도만 이동한다. 그 주된 목적은 미즙을 창자를 따라 움직이게 하는 것보다는, 창자 안에서 미즙을 잘 섞기 위함이다. 이 섞기 과정과 작은창자의 영양소 흡수 과정을 거치면서 미즙은 작은창자에서 큰창자로 점차 이동한다.[22]

작은창자에서는 꿈틀운동과 별개로 분절수축이라고 하는 과정이 일어난다. 분절수축은 미즙을 한번 나누었다가 다시 합치면서 잘 섞이게 만든다. 따라서 꿈틀운동과 대조적으로, 분절수축은 소화계를 따라 물질을 내려보내는 것이 아닌 섞는 역할을 한다.

2. 4. 큰창자

큰창자는 작은창자가 하는 것과 같은 종류의 꿈틀운동을 하나, 큰창자에서는 주된 추진력 역할을 하지 않는다. 대신 집단수축(mass contraction)이라고 하는 일반적인 수축이 하루에 1~3번 발생하여, 대변이 된 미즙을 곧창자를 향해 밀어낸다. 위와 샘창자에 미즙이 존재하면 위잘록창자반사에 의해 집단수축이 촉진되므로, 집단수축은 종종 식사에 의해 유발되는 경향이 있다.[1] 곧창자의 근육층은 위장관계에서 가장 얇으므로 꿈틀운동도 가장 약하게 일어난다.[1]

2. 5. 림프계

사람의 림프계에는 순환계의 심장과 같이 중추적인 역할을 하는 펌프가 없다. 대신 림프는 모세림프관의 꿈틀운동과 판막, 인접한 골격근의 수축, 동맥의 맥박 등을 통해 움직인다.[1]

2. 6. 정액

사정하는 동안 수정관 벽에 있는 평활근이 반사적으로 수축하여 정자를 고환에서 요도로 밀어낸다.[23] 정관 벽의 평활근은 꿈틀운동으로 반사적으로 수축하여 정자를 고환에서 요도로 밀어낸다.[9]

3. 기타 기관

소화관 외에도 담관, 요관, 난관 등에서도 꿈틀운동이 관찰된다.[4]

하등 동물이나 고등 동물의 배아에서는 심장 박동도 꿈틀운동으로 이루어진다.[4]

4. 동물

지렁이는 꿈틀운동을 통해 움직이는 다리가 없는 환형동물이다. 지렁이는 정수압 골격을 가지고 있으며, 이는 연장 가능한 몸벽으로 둘러싸인 체강 내 액체로 구성된다. 지렁이는 몸 앞부분을 방사상으로 수축시켜 정수압에 의해 길이를 늘림으로써 움직인다. 이 수축된 영역은 지렁이의 몸을 따라 뒤쪽으로 전파된다. 결과적으로 각 마디는 앞으로 뻗어 나간 다음 이완되어 기질과 다시 접촉하며, 털과 같은 강모가 뒤로 미끄러지는 것을 방지한다.[10] 애벌레나 지네와 같은 다양한 무척추동물도 꿈틀운동을 통해 움직인다.

5. 기계

연동 펌프는 모터가 유연한 튜브의 전진 부분을 조여 튜브 내의 유체를 추진하는 용적형 펌프이다. 이 펌프는 유체가 연마성이 있거나 무균 상태를 유지해야 하는 경우, 유체를 격리하는 데 사용된다.[11][12]

6. 관련 질환


  • 무운동은 추진력이 없는 상태를 의미한다. 이는 관련된 평활근의 식도이완불능증으로 인해 발생할 수 있다.[13]
  • 장폐색은 꿈틀운동이 제대로 이루어지지 않아 발생하는 위장관의 정상적인 추진 능력 장애이다.[13]
  • 거대결장증(히르쉬스프룽병)은 장관 신경총이 선천적으로 없어 해당 부분의 꿈틀운동이 일어나지 않아 음식 덩어리가 쌓여서 발생한다.

참조

[1] 문서 '3'
[2] 서적 Peristalsis in the Circular and Longitudinal Muscles of the Esophagus https://www.ncbi.nlm[...] Morgan & Claypool Life Sciences 2011
[3] 웹사이트 Earthworm - Muscular System https://www.angelfir[...]
[4] 학술지 Development of a peristaltic crawling robot using magnetic fluid on the basis of the locomotion mechanism of the earthworm https://iopscience.i[...] IOP Publishing 2004
[5] 웹사이트 Online Etymology Dictionary http://etymonline.co[...] 2016-06-30
[6] 서적 Guyton and Hall textbook of medical physiology Saunders/Elsevier
[7] 서적 Ganong's Review of Medical Physiology McGraw-Hill Education
[8] 서적 Motor Patterns of the Esophagus – Aboral and Oral Transport https://www.ncbi.nlm[...] Morgan & Claypool Life Sciences 2011
[9] 서적 Functional Anatomy and Physiology of Domestic Animals https://books.google[...] John Wiley & Sons 2013-03-21
[10] 학술지 Ontogenetic scaling of hydrostatic skeletons: geometric, static stress and dynamic stress scaling of the earthworm lumbricus terrestris https://jeb.biologis[...] 1998-05
[11] 웹사이트 Peristaltic locomotion with antagonistic actuators in soft robotics https://groups.csail[...] Massachusetts Institute of Technology 2010-05-07
[12] Youtube A New Form of Peristaltic Locomotion in a Robot https://www.youtube.[...] YouTube 2010-05-10
[13] 문서 'Marieb, Elaine N. & Hoehn, Katja "Human Anatomy & Physiology" 8th Ed., Benjamin Cummings/Pearson, 2010'
[14] 학술지 The histopathology of gastrointestinal motility disorders in children https://www.scienced[...] 2009-11-01
[15] 서적 Peristalsis in the Circular and Longitudinal Muscles of the Esophagus https://www.ncbi.nlm[...] Morgan & Claypool Life Sciences 2011
[16] 웹인용 연동운동 https://terms.naver.[...] 2023-02-09
[17] 웹인용 칭화대 연구진, '지렁이 생체 모방 파이프 로봇' 개발-해외시장 뉴스 https://www.kita.net[...] 2023-02-09
[18] 웹인용 Online Etymology Dictionary http://etymonline.co[...] 2016-06-30
[19] 서적 Guyton and Hall textbook of medical physiology Saunders/Elsevier
[20] 서적 Ganong's Review of Medical Physiology
[21] 서적 Motor Patterns of the Esophagus – Aboral and Oral Transport https://www.ncbi.nlm[...] Morgan & Claypool Life Sciences 2011
[22] 문서 'Marieb, Elaine N. & Hoehn, Katja "Human Anatomy & Physiology" 8th Ed., Benjamin Cummings/Pearson, 2010'
[23] 서적 Functional Anatomy and Physiology of Domestic Animals https://books.google[...] John Wiley & Sons 2013-03-21


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