대장의 운동

대장의 운동성은 관강 내용물을 혼합하여 장벽을 통한 수분과 전해질의 교환과 이동을 용이하게 하고, 관강 내용물을 원위부로 추진하고, 장내 세균을 유지하며, 대변을 저장하고, 배변시 대장을 신속하게 비우는 작업을 수행한다. 수분은 Na-K가 흡수되는 과정에서 부수적으로 수동적으로 흡수되므로, 대장의 흡수작용은 일반적으로 느리며 또 융모가 없기 때문에 흠수능력 자체도 적다. 또 탄수화물 잔여물은 장내 세균에 의해 아주 서서히 지방산으로 분해된다. 이러한 제약성 때문에 대장운동은 관강 내용물을 천천히 원위부로 추진시키고 광범위하게 혼합하며 또 점막 표면에 균일하게 노출시켜야 한다. 한편 이러한  역할을 하는 대장의 운동에 관한 연구는 전체 운동을 총체적으로 관찰하기보다는 흐름(내용물의 관강내에서의 이동)과 장멱운동(수축운동과 근전기적 활성)으로 나누어 관찰하고 분석되어 왔다. 

(1) 결장의 운동

1) 흐름 

 대장벽은 흐름이 전향적으로 일어나고 또 내용물의 혼합이 이루어지도록 수축한다. 그러나 대장내로의 접근이 어렵고 대장운동이 느리기 때문에 이 과정은 잘 밝혀져 있지 않다. 따라서 대장 내용물의 흐름은 주로 방사선 촬영기법을 사용하여 연구되었고 다음과 같은 3가지 수축형태가 있다. 

① 역행성 추진 

다수의 결장분절들이 하나의 협동적 단위로서 수축하는데, 이는 상행결장과 횡행결장에서 뚜렷이 관찰된다. 이 운동은 횡행결장의 중간부위에서 시작되어 이따금 맹장을 향해 이동하며, 내용물이 반구측으로 이동하는 것을 지연시킨다. 그러나 압력계나 대장 신티그래피를 이용한 관찰에서는 볼 수 없으므로 이러한 운동이 실제로 존재하는지 여부는 의심스럽다. 

​② 비추진성 분절운동

고립된 결장분절내에서 역행적 혹은 전향적으로 수축하는 운동을 말하는데, 관강 내용물을 혼합시키며 대장통과를 지연시키는 역할을 한다. 주로 상행결장에서 관찰되며 내용물은 원위부결장보다 근위부결장에서 더 천천히 통과하게 된다. 

③ 집단운동

대량의 분괴가 기나긴 결장분절에 걸쳐 나아가는 운동으로 주로 횡행결장과 하행결장에 걸쳐서 일어나나 배변시에는 에스결장에서도 일어나며 1일 3~4회 정도 관찰되는 드문 운동이다. 이것이 대장의 주된 추진운동으로 생각된다. 

오늘날에는 대장 내용물의 흐름은 방사선 비투과 표지법이나 대장 신티그래피를 이용하여 대장 통과시간을 측정하여 관찰하는데 구체적인 것은 대장 통과시간편에서 상술하겠다. 

2)장벽운동

① 수축운동

대장벽의 수축운동은 장관내압을 측정함으로써 간접적으로 평가하는데 대개 관류성 마노메트리, 소형트렌스듀서, 압력조절기, 전파원격측정캡슐 등을 이용하여 측정한다. 압력계로 측정시에는 다음과 같은 수축운동이 관찰된다. 

i) 저진폭 수축

진폭이 비교적 작고(≤60mmHg),지속 기간이 짧으며(≤3초), 보통 떼를 지어 발생하지만 산발적으로 나타나기도 한다. 이는 대장의 모든 분절에서 관찰되며 비추진성 분절운동의 압력계상 관찰상에 해당한다. 

ii) 고진폭 전파성 수축(거대 이동성 수축) 장거리에 걸쳐 반구축을 향해 고속(약 1cm/초)으로 이동하는 단일 혹은 다수의 수축운동으로, 일반적으로 회행결장에서 시작되어 에스결장에서 사라진다. 이는 드물게 발생하여 1일 4회가량 나타나며 진폭이 크고 (100~200mmHg), 지속시간이 길다(20~30초). 주로 아침 기상 후에 발생하고 종종 식사후에 늦게 나타나며, 하제 , 콜린성 약제, 골반신경의 자극, 대장팽만에 의해서도 유발될 수 있다.  집단운동의 압력계상 관찰상에 해당하는 것으로 생각되며 종종 변의가 동반된다. 이 수축운동의 변화는 배변습관의 변화와 관련이 있어, 변비환자의 경우에는 빈도가 상단히 줄어든다. 

② 근전기적 활성

근전기적 활성은 장평활근의 전기적 진도에 의해 발생하는데 이는 장막전극을 사용하거나, 점막에 흡착시키거나 또는 꼭 집은 관강내 전극을 사용하여 근전도를 찍어 관찰한다. 

 i) 서파

전기조절활성이라고 불리는 세포막의 자발적, 주기적 탈분극에 의해 발생되며, 단극파의 발생을 조절하고 평활근이 수축하게끔 흥분도를 조절한다. 전기조절활성은 대개 탈분극의 국면과 연관이 없기 때문에 이것에 의해 조절되는 수축운동은 장거리에 걸쳐 파급되지는 않는다. 서파의 주파수는 상행결장에서 하행결장까지는 분당 11회이나 직장에스결장에서는 분당 6회 정도로 감소한다. 또한 분당 3회의 주파수의 더 느린 파가 간헐적으로 나타난다. 그러나 내항문괄약근에서는 분다 15~35회로 주파수가 더 높다. 과거에는 대장의 서파가 윤상근층에서 발생하는 것으로 생각하여 근원성이라 하였으나, 이 제는 윤상근측과 점막하층 사이의 경계면에 위치하는 카잘의 간질세포에서 발생하는 것으로 생각한다. 

속도조절자  횡행결장과 하행결장은 상행결장보다 더 큰 주파수를 갖는 압력파를 발생시키므로 서파의 속도조절자는 아마도 횡행결장에 위치할 것으로 생각된다. 고양이에서 서파는 근위부 결자에서는 느리고 불규칙적이거나 원위부 결자에서는 빠르므로, 횡행결장에 대장 서파의 속도조절자가 위치할 가능성이 가장 높은 것으로 추정된다. 하지만 인간에게도 이것이 존재하는 지 여부는 아직 규명되지 않고 있다. 

ii) 집단성 극파

막전위가 일정한 역치 이상으로 탁분극되면 근육은 전기반응활성, 즉 극파로 불리는 또 다른 형태의 활성을 나타내고 이와 동시에 근육이 수축하게 된다. 이것은 누적된 활동전위를 뜻하는데 항상 서파에 부가되어 나타난다. 

 짧은 집단성 극파  이 전기적 활성은 윤상근에서 발생하는 것으로 생각되면 분당 11회의 주파수를 가지면 약 3초간 지속된다. 짧은 진단성 극파는 저진폭성 수축을 일으킨다. 이것은 비전파성으로 정체성이기 때문에 분괴를 원위부로 추진시키지는 못한다.  

 긴 집단성 극파  이 전기적 활성은 윤상근이나 종주근 어느 쪽에서나 발생할 수 있다. 약 10~30초간 지속되는 장기간의 고진폭성 수축을 일으키는데 전파성일 때도 있고 정체성일 때도 있다. 이는 비전파성 짧은 집단성 극파와 대조적으로 전파성 집단성 극파 또는 이동성 긴 집단성 극파로 명명되어 왔다. 즉 정체성 활성은 국소적 수축을 일으켜 혼합작용을 하며, 반면에 전파성 활성은 이동성 수축과 관련되어 추진운동을 일으킨다. 

3) 장분절에 따른 변이 

상행결장과 횡행결장은 고형성 잔유물의 저장소이고 반면에 하행결장은 도관 같은 역할을 하며 에스결장은 말단 저장소 역할을 한다. 신티그래피를 이용하여 관찰해 본 결과 상행결장에서는 액체성분이 고체성분보다 빨리 이동한나, 횡행결장에서는 액체성분과 고체성분이 균일하게 저장된다. 직장에스결장은 양쪽 성분 광범위하게 저장되는 것디 관찰되었다. 내압을 측정해 보면 직장에스결장 이행부위에서 고빈도의 위상성 수축을 일으키는 고압력대가 관찰되는데, 이는 변이 에스결장에 서 직장으로 추진되는 것을 억제하는 역할을 하는 것으로 추측되기도 하낟. 그러나 직장에스결장에 정말로 괄약근이 존재하는지는 확실치 않으며 에스결장에서는 변이 굳기 때문에 저장은 더욱 용이해진다. 근전도를 이용한 한 연구는 장의 운동은 상행결장보다는 하행결장이나 직장에스결장에서 더 활발하다고 보고하였다. 장시간 압력계 측정을 시행한 또 다른 연구에서는 횡행결장과 하행결장에 비해 에스결장이 더 규칙적인 수축운동을 보이고 상행결장은 가장 운동성이 저하되어 잇으나 일주기성 변화는 대장의 모든 분정에서 비슷한 양상을 보였다고 보고하였다. 

4) 일주기성 변이 

대장의 운동성은 기상 후와 식후에 증가하고 야간에는 현저히 감소한다. 짧은 집단성 극파와는 달리 긴 집단성 극파의 활동도는 매 식사 후 약 3시간  동안 증가하고 수면시에 현저히 감소한다. 고진폭 전파성 수축은 주간에만 일어나는데 대개 기상 직후에 발생한다. 기상 외에 대장의 분절운동을 일으키는 가장 강력하고 재현가는한 생리적인 자극은 식사이다. 대장운동성은 식후 처음 30분간 증가하는데 이를 위-대장 반응이라 부른다. 원위부 대장은 서서히 지속적인 활동성 증가를 보이는 데 반해 근위부 대장은 조기에 단시간의 증가를 보인다. 비장만곡부와 근위부 하행결장이 가장 강력한 반응을 보인다. 이러한 반응이 나타나기 위해서는 1,000Kcal이상인 비교적 고지방(40%)를 함유한 음식을 섭취해야 한다. 탄수화물의 경우에는 다량 섭취시 아미노산은 지방식 섭취에 의해 자극된 이런한 반응을 억제한다. 이 반응에는 신경성 매개와 호르몬성 매개가 모두 관여한다. 신경성 경로에는 콜린성 경로가 중요한 역할을 하며 호르몬성 경로에는 콜레시스토키닌, 가스트린, 모틸린, 뉴로텐신, 췌장 폴리펩티드, 폴리펩티드 와이 등이 관여할 것으로 생각되고 있다. 

5) 대장운동의 조절

대장의 운동성은 신경계(중추성, 외인성, 내인성)와 여러 가지 화학물질, 호르몬에 의해 조절된다. 이 요인의 영향을 고려하기 전에 운동성은 내인성, 근육성 조절이나는 배경하에 작용한다는 사실을 상기하는 것이 중요한데, 이것은 평활근 막전위의 진동에 의해 시간적으로나 공간적으로 수축운동이 조절되는 것을 뜻한다. 수축운동을 순간순간 조절하는 것은 일반적으로 장신경에 의해 행해지며, 반변에 자율신경이나 중추신경은 조정역할을 한다. 중추신경계는 배변시 자율신경을 통해 중요한 정보를 보낸다. 외인성 신경계는 자율신경계로 구성되어 있다. 내인성(장인성) 신경계는 중추성 신경계처럼 독립적인 집적계로서 감각뉴런과 운동뉴런이 고도로 전문화된 매개뉴런에 의해 서로 연결되어 조직적인 그물망을 혈성하고 있다. 신경세포체는 장막하, 종주근, 근층간(아우에르바하 신경총), 윤상근, 심부근육(카잘 신경총),점막하층(마이스너 신경총), 점막근층 및 점막층에 위치하는 서로 연결된 다양한 신경총에 존재한다. 전문화된 감각뉴런은 열과 화학, 기계적 자극을 감지하고 이 정보를 활동전위 부호로 전환시킨다. 매개뉴런은 시냅스를 통해 감각정보를 처리하고 운동뉴런의 활동성을 조절하는 그물망으로 연결된다. 또한 감각 및 기타 매개뉴런 회로로부터 활동전위 암호를 해독하고 회로 속에 조직화된 다른 매개뉴런에 그 정보를 전달함으로써 이러한 유입정보에 반응한다. 이러한 매개 뉴런은 특정한 운동양식을 유발하는 신경전달물질을 방출하여 운동뉴런(흥분성, 억제성, 분비성, 장혈관 확장성)을 통해 효과체계에 전달되는 상투적인 반응을 나타낸다. 장신경계의 국소 집적회로는 절전 부교감신경성 암호와의 관련없이도 기능적 작동을 할 수 있도록 조직화되어 있다. 흥분성 뉴런은 주로 절후 부교감성 콜린성 뉴런이다. 아세틸콜린은 이의 주요한 신경전달물질이며, substance-P는 비콜린성 흥분성 신경전달물질로 작용할지도 모른다. 억제성 운동뉴런은 비아드레날린성, 비콜린성이며, VIP, ATP,NO는 이의 신경전달물질로 추정되고 있다.  

화학적 조절이란 신경말단, 내분비, 측분비 세포로부터 분비되는 화학물질에 의해 수축운동이 조정되는 것을 말한다. 이 화학적 물질은 아미, 펩티드, 아세틸콜린, 프로스타글란딘이나 성호르몬 같은 지방산에서 유래된 물질들이다. 대장운동 자극하는 운동촉진제는 흥분성 신경전달물질의 유리를 조장하거나 또는 위장관계 호르몬의 유리를 촉진한다. 약물 중 모르핀은 맹장과 상행결장에서의 통과시간을 유의하게 증가시키고, 48시간 동안의 장운동 횟수를 감소시키므로, 대장수술 후에 진통목적으로 모르핀을 사용하는 것은 바람직하지 못하다. 

(2) 직장과 항문관의 운동

​ 배변자제를 유지하고 배변을 용이하게 하는 기전은 서로 연관되어 있고 복잡하다. 항문직장 생리학의 보다 명확한 이해는 항문직장운동의 변수를 양적으로 측정하는 여러 가지 방법론이 개발됨으로써 가능해졌다. 항문직장 생리학의 임상적 중요성에 대한 새로운 인식은 항문직장 기능이상 질환에 대한 관심이 고조되고 있는 가운데서 찾아볼 수 있다. 변실금, 변비,변배출장애, 직장중첩증, 직장탈, 고립성 직장궤양, 폐색성 배변장애에 관한 병태생리학적 근원을 밝히려는 연구가 한창 진행되고 있는데 그 공통분모는 운동기능의 장애인 것으로 추정된다. 

1) 직장 

휴식시 직장내압은 약 6cmH20이다. 압력계로 단시간동안 관찰한 연구에 의하면 직장수축활동에는 주파수가 분당 5~10회인 단순한 수축, 주파수가 분당 약 3회이고 진폭이 100cmH20에 이르는 좀 더 느린 수축, 비교적 드물게 나타나는 고진폭성이고 느린 전파성 수축 등의 3가지 형태가 관찰된다고 한다. 그러나 쿠마르 등이 장시간 보행성 압력계로 측정해 본 결과 다음과 같은 3가지 형태의 운동활성이 관찰되었고 주기적인 운동활성의 증거가 나타났다. ① 주로 깨어 있을 때 나타나는 고립성 장시간 수축(지속시간 10~20초), ② 대부분 식후에 나타나는 비교적 저진폭인 수축군(주파수 5~6회/분,지속기간 1~2분, 주기 2~30분), ③ 강력한 위상성 수축의 연속(진폭 50mmHg이하, 주파수 2~3회/분, 지속시간 3~10분, 주간주기 92분, 야간주기 56분)등이다. 맨 나중에 언급한 규칙적인 지속적 수축의 복합체는 직장운동 복합체로 명명되었는데, 수면시에 더욱 규칙적이고 빈번히 발행한다.  페래라 등은 에스결장과 직장의 운동성이 금식시에비해 식사 후에, 수면시에 비해 기상시간에 현저히 증가하는 것으로 관찰하였다. 직장운동복합체는 소장의 식사 간 이동성 복합체와 유사하지만 이들 사이에 동시성은 없는 것으로 생각된다. 이는 놀랄 만한 일은 아니다. 왜냐하면 인간의 결장에서는 정기적인 운동활성이 존재한다는 증거가 희박하기 때문이다. 아마도 정기적인 활동성은 직장에스결장의 이행부보다 단지 원위부에서만 존재하는 것으로 보인다. 직장직장복합체는 식후 약 150~180분간은 나타나지 않고, 대신 떼를 이루는 저진폭성 수축이나 불규칙적인 수축으로 나타난다. 직장운동복합체의 기능은 아직 밝혀지지 않았지만 아마도 소장의 이동성 복합체처럼 직장을 비운상태로 유지시키는 역할을 할 것으로 추측된다. 최근의 연구에 의하면 직장의 운동 활성은 깨어 있을 때 유의하게 증가하고 직장운동복합체는 수면시에 더욱 현저하게 나타난다. 직장운동복합체의 35%는 반구축으로 전파되지만 11%는 구측으로 전파된다. 반면에 코넬은 장관내의 수축활동도가 에스결장에서 직장으로 갈수록 빈도가 증가하는 양상을 관찰하였다. 즉 이러한 수축활동의 경사도가 변의 반구측 흐름을 차단한다. 게다가 직장과 항문관내 압력은 표본검색 때나 내용물이 항문과내로 유입될 때 간헐적으로 동일해진다. 직장 압력조절기를 이용하여 직장벽의 긴장도를 측정해 보면 금식시에는 별로 변하지 않으나 식사후에는 유의하게 증가한다. 압력조절기는 재래식 압력계로는 측정되지 않는 직장벽의 긴장도 변화를 감지해 낼 수 있다. 

2) 항문관

​항문관은독특한 운동양상을 보이는데 휴식기의 긴장에 부가하여 나타나는 주파수 10~20회/분, 진폭 5~25cmH2O의 작은 압력 진동, 즉 서파가 바로 그것이다. 또한 항문관에서는 서파의 경사가 있어서 서파의 주파수는 원위부로 갈수록 높다. 이로써 변을 직장으로 역추진 시켜 항문관을 청결히 하고 더욱 확고히 배변자제를 유지한다. 정상인의 40%에서는 진폭 30~100cmH2Om, 지속기간 약 33초, 주파수 3회/분 미만의 초서파가 관찰되는데 이것은 주로 휴식기 항문압이 높을 때 나타난다. 내괄약 근전도상 두 파 모두 내괄약근 운동의 규칙적인 파동임이 밝혀졌다. 

3) 항문관과 직장운동의 상호협조

장시간 보행성 압력계로 측정해 본 결과 직장운동복합체가 나타날 때는 항상 항문관의 평균압력 상승과 수축운동이 동반되어 항문과 내압은 언제나 직장내압보다 높게 유지된다. 다시 말하자면 직장-항문관 내압의 경사도는 값은 음을 유지하고 또한 배변자제가 유지되는 것이다. 

 

(3) 대장의 운동이상 질환

 현재 대장통과지연형 변비(결장무력증), 설사, 고민성장증후군, 게실증, 가성장폐색증 등이 대장운동성의 이상과 관련이 있을 것으로 거론되고 있다. 자세한 것은 각론을 참조하기 바란다. 

대전미래항외과의원 / 대장항문외과

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