동물의 긴장성

용액의 긴장성(tonicity)은 세포가 그 용액에서 수분을 얻거나 잃는지를 결정합니다. 긴장성은 다양한 용질에 대한 세포막의 투과성(permeability)과 세포 내외의 용액 속 비투과성 용질의 농도에 따라 달라집니다. 반투막(semipermeable membrane)이 일부 용질의 통행을 방해해도 물은 농도구배(concentration gradient)에 따라 흐를 수 있는 경우, 물은 삼투압농도(osmolarity)가 낮은(즉 용질이 적은) 쪽에서 삼투압농도가 높은(즉 용질 농도가 높은) 쪽으로 이동합니다. 세포외액(extracellular fluid)의 긴장성은 삼투(osmosis)의 세기와 방향을 결정하며, 세 가지 가능한 조건, 즉 고장성(hypertonicity), 저장성(hypotonicity), 등장성(isotonicity)을 초래합니다.

등장액(isotonic solution)

생물학에서 접두사 “iso”는 동등하거나 동일한 측정값을 가진 것을 의미합니다. 세포외액(extracellular fluid)과 세포내액(intracellular fluid)이 동일한 농도의 비투과성 용질을 가지고 있는 경우, 용액은 등장액이 됩니다. 등장액엔 물의 순이동(net movement)은 없습니다. 물은 같은 비율로 왔다 갔다 할 것입니다. 따라서 세포 부피엔 변화가 없습니다.

저장액(hypotonic solution)

접두사 “hypo”는 아래 또는 낮음을 의미합니다. 내부보다 외부의 비투과성 용질의 농도가 낮고 물의 농도가 높으면 그 환경은 저장성(hypotonicity)을 띱니다. 이때 물이 세포 안으로 들어가고 세포는 팽창합니다. 동물 세포의 경우 이런 팽창은 세포를 파열 시켜 죽게 합니다. 담수는 저장성을 띠는 환경의 예입니다. 담수 생물은 호수와 강 같은 주변 수역보다 세포 내 삼투압농도가 높은(즉 염분 농도가 높은) 경향이 있습니다.

고장액(hypertonic solutions)

접두사 “hyper”는 위 또는 더 많음을 의미합니다. 고장성(hypertonicity)을 띠는 환경에서 세포외액은 세포의 내부보다 더 많은 용질(즉, 높은 삼투압농도)과 더 적은 물을 함유하고 있습니다. 따라서 물은 세포 밖으로 이동하고 동물 세포는 수축합니다. 바닷물은 세포내액보다 세포외액의 삼투압농도가 높은(즉, 소금 농도가 높은) 고장성 환경의 예입니다.

삼투조절(osmoregulation)

고장액과 저장액에서 발생하는 수축과 팽창을 방지하기 위해 동물 세포는 삼투 균형(osmotic balance)을 유지하기위한 전략을 가지고 있어야 합니다. 삼투 균형이 이루어지는 과정을 삼투 조절이라고 합니다. 삼투 조절 전략은 조절과 순응, 두 가지 범주로 분류할 수 있습니다. 삼투조절형 동물(osmoregulator)은 환경 조건에 관계없이 내부 삼투 조건을 제어하고 유지합니다. 반대로 삼투순응형 동물(osmoconformer)은 능동적인 내부 과정과 수동적인 내부 과용을 사용하여 환경의 삼투압농도를 모방합니다.

인간을 포함한 여러 동물은 삼투조절형 동물입니다. 예를 들어 고장성 환경인 바닷물에 서식하는 물고기는 많은 양의 물을 섭취하고 소금을 자주 밖으로 배출함으로써 환경에 손실되는 물을 조절할 수 있습니다. 민물에 서식하는 물고기는 체외로 물을 배출하는 배뇨를 자주 함으로써 세포에 물이 지속적으로 흡수되는 것을 완화합니다.

바닷가재와 해파리 같은 대부분의 해양 무척추동물은 삼투순응형 동물입니다. 삼투순응형 동물은 주변 환경의 용질 농도와 같은 내부 용질 농도(즉 삼투압농도)를 유지하기 때문에 잦은 변동이 없는 환경에서 번성합니다.