혈청 세로토닌

성인의 혈청 세로토닌 농도에 대한 기준치(norm)는 0.22-2.05 μmol/l(40-80 μg/l)이고, 전혈에서는 0.28-1.14 μmol/l(50-200 ng/ml)입니다.

세로토닌(옥시트립타민)은 주로 혈소판 에서 발견되는 생물학적 아민입니다. 최대 10mg의 세로토닌이 언제든지 신체를 순환합니다. 신체의 총 세로토닌 양의 80~95%가 합성되어 위장관의 장크로마핀 세포에 저장됩니다. 세로토닌은 탈탄산 반응의 결과로 트립토판에서 형성됩니다. 위장관의 장크로마핀 세포에서 대부분의 세로토닌은 혈소판에 흡착되어 혈류로 들어갑니다. 이 아민은 뇌 의 여러 부위에 대량으로 분포하며, 피부의 비만 세포에 많이 존재하고, 다양한 내분비선을 포함한 많은 내부 장기에 존재합니다.

세로토닌은 혈소판 응집과 피브린 분자의 중합을 유발합니다. 혈소판 감소증 에서는 혈전 수축을 정상화할 수 있습니다. 또한 혈관, 세기관지, 장의 평활근을 자극하여 세기관지를 좁게 만들고 장 연동 운동을 증가시키며, 신장 혈관망을 수축시켜 이뇨 작용을 감소시킵니다. 세로토닌 결핍은 기능성 장폐색의 기저에 있습니다. 뇌 세로토닌은송과선을 포함한 생식계 기능을 저하시키는 영향을 미칩니다.

세로토닌 대사에서 가장 많이 연구된 경로는 모노아민 산화효소에 의한 5-하이드록시인돌아세트산으로의 전환입니다. 이 경로는 인체 세로토닌의 20~52%를 대사합니다.

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혈청 내 세로토닌 농도가 변화하는 질병 및 상태

세로토닌이 증가한다

• 복부암의 전이.
• 수질성 갑상선암.
• 덤핑 증후군.
• 급성 장폐색.
• 낭포성 섬유증.
• 심근경색.

카르시노이드 증후군 은 카르시노이드에 의한 세로토닌 분비 증가로 발생하는 드문 질환으로, 95% 이상의 경우 위장관( 충수 - 45.9%, 회장 - 27.9%, 직장 - 16.7%) 에 국한되지만, 폐, 방광 등에도 발생할 수 있습니다. 카르시노이드는 장선와의 은친화세포에서 발생합니다. 카르시노이드는 세로토닌과 함께 히스타민, 브라디키닌, 기타 아민, 그리고 프로스타글란딘을 생성합니다. 모든 카르시노이드는 잠재적으로 악성입니다. 종양의 크기가 커질수록 악성화 위험도 증가합니다.

카르시노이드 증후군에서 혈액 내 세로토닌 농도는 5~10배 증가합니다. 건강한 사람의 경우 트립토판의 1%만 세로토닌 합성에 사용되는 반면 카르시노이드 환자의 경우 최대 60%까지 사용됩니다. 종양에서 세로토닌 합성이 증가하면 니코틴산 합성이 감소하고 비타민 PP 결핍(펠라그라) 에 특이적인 증상이 발생합니다. 악성 카르시노이드 환자의 소변에서 많은 수의 세로토닌 대사 산물인 5-하이드록시인돌아세트산과 5-하이드록시인돌아세트산이 검출됩니다. 소변에서 5-하이드록시인돌아세트산이 785μmol/일(정상은 10.5~36.6μmol/일)을 초과하는 경우 예후가 좋지 않은 징후로 간주됩니다. 카르시노이드를 근치적 수술로 제거한 후, 혈중 세로토닌 농도와 소변을 통한 대사산물 배설은 정상화됩니다. 세로토닌 대사산물 배설이 정상화되지 않는 것은 수술이 근치적이지 않았거나 전이가 있었음을 시사합니다. 다른 위장관 질환에서도 혈중 세로토닌 농도가 약간 증가할 수 있습니다.

세로토닌이 감소합니다

• 다운증후군
• 치료되지 않은 페닐케톤뇨증

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세로토닌이 신진대사에 미치는 영향

충격을 받으면 모든 장기의 세로토닌 함량이 크게 증가하는 반면, 아민의 대사는 방해를 받고 대사산물의 함량이 증가합니다.

조직 내 세로토닌과 히스타민 함량 증가 메커니즘

기구	이를 유발하는 요인
비만세포, 장내 엔테로크로마핀 세포의 탈과립화; 아민 방출	저분자량 물질(모노아민, 디아민, 방향족 아민), 거대분자 물질(독소, 독소, 항원-항체 복합체, 펩톤, 아나필락틴)
이화작용, 단백질 분해, 자가 분해의 강화	변화, 글루코코르티코이드 과잉, 갑상선 호르몬, 단백질 분해 효소 활동 증가, 저산소증
박테리아 조직 미토콘드리아 트립토판 및 히스티딘 탈카르복실화효소의 활동 증가	미네랄코르티코이드 과잉, 글루코코르티코이드 결핍, 아드레날린 과잉, 노르에피네프린 결핍
미토콘드리아 모노 및 디아민 산화효소의 활동 감소	과도한 코르티코스테로이드, 생물학적 아민 농도 증가(기질 억제), 산염기 균형 손상, 저산소증, 저체온증
창고 기관에서의 재분배	피부, 폐, 위장관의 미세순환 장애

세로토닌은 다양한 유형의 신진대사에 영향을 미치지만, 주로 생체 에너지 과정에 영향을 미치며, 쇼크 시 이러한 과정은 심각하게 교란됩니다. 세로토닌은 탄수화물 대사에 다음과 같은 변화를 일으킵니다. 간, 심근, 골격근의 인산화효소 활성 증가, 글리코겐 함량 감소, 고혈당증, 해당과정 촉진, 포도당신생성, 그리고 오탄당 인산 회로에서 포도당 산화.

세로토닌은 혈액 내 산소 분압과 조직의 산소 소비를 증가시킵니다. 농도에 따라 심장과 뇌의 미토콘드리아에서 호흡과 산화적 인산화를 억제하거나 자극합니다. 조직 내 세로토닌 함량이 유의미하게(2~20배) 증가하면 산화 과정의 강도가 감소합니다. 쇼크 시 생체 에너지 과정이 가장 크게 저해되는 여러 장기(신장과 간)에서 세로토닌 함량이 특히 유의미하게(16~24배) 증가합니다. 뇌의 세로토닌 함량은 이보다 약간 증가하며(2~4배), 뇌의 에너지 과정은 오랫동안 높은 수준을 유지합니다. 쇼크 시 호흡 연쇄계의 개별 연결 고리 활동에 대한 세로토닌의 영향은 장기마다 다릅니다. 뇌에서 NADH2의 활성을 증가시키고 숙신산 탈수소효소(SDH)의 활성을 감소시키는 반면, 간에서는 SDH와 시토크롬 산화효소의 활성을 증가시킵니다. 효소 활성화 기전은 세로토닌이 아데닐산 고리화효소에 작용하여 ATP로부터 cAMP를 형성하는 것으로 설명됩니다. cAMP는 세로토닌 작용의 세포 내 매개체로 여겨집니다. 조직의 세로토닌 함량은 에너지 효소(특히 SDH 및 간 ATPase)의 활성 수준과 상관관계가 있습니다. 쇼크 시 세로토닌에 의한 SDH의 활성화는 보상적인 성격을 지닙니다. 그러나 세로토닌이 과도하게 축적되면 이러한 관계는 역전되어 SDH의 활성이 감소합니다. 산화 생성물로서 숙신산의 사용을 제한하면 쇼크 시 신장의 에너지 능력이 크게 고갈됩니다. 쇼크가 진행됨에 따라 신장의 세로토닌 양과 LDH의 활동 사이에 관련성이 나타나는데, 이는 SDH의 억제로 인해 세로토닌의 활성화 효과가 숙신산 사용(생리적 조건 하에서)에서 젖산 소모로 전환되었음을 나타내는데, 이는 적응 반응입니다.

또한, 세로토닌은 퓨린 뉴클레오타이드의 함량과 대사에 영향을 미치며, 미토콘드리아에서 세로토닌 수치가 증가하면 ATP 회전율이 촉진됩니다. 세로토닌은 ATP와 가역적으로 해리되는 미셀 복합체를 형성합니다. 세포 내 세로토닌 함량 감소는 세포 내 ATP 수치 감소와 상관관계가 있습니다.

쇼크 중 세로토닌 축적은 어느 정도 ATP 함량 변화와 관련이 있습니다. 동시에, 단백질, 지질, 다당류 및 2가 양이온과 관련된 다른 형태의 세포 내 세로토닌이 존재할 가능성도 배제할 수 없으며, 이러한 세로토닌의 농도는 쇼크 중 조직 내에서도 변합니다.

세로토닌은 세포 내 에너지 과정에서 에너지 생성뿐만 아니라 ATP 가수분해효소의 작용으로 에너지가 방출됩니다. 세로토닌은 Mg-ATPase를 활성화합니다. 쇼크 상태에서 간 미토콘드리아 ATPase의 활성이 증가하는 것 역시 세로토닌 수치 증가의 결과일 수 있습니다.

따라서 쇼크 중 신체 조직에 세로토닌이 축적되면 해당과정과 오탄당 회로에서 탄수화물 대사, 호흡 및 관련 인산화, 세포 내 에너지 축적 및 사용에 적극적으로 영향을 미칠 수 있습니다. 세로토닌 작용의 분자적 기전은 막을 따라 이온이 이동하는 것을 통해 매개됩니다.

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세로토닌이 장기 기능에 미치는 영향

세로토닌의 전신적 작용은 여러 기관의 기능 상태에 미치는 특수한 영향으로 구성됩니다. 쇼크 용량에 가까운 용량의 세로토닌을 뇌실 내 투여하고, 혈액-뇌 장벽을 쉽게 통과하여 뇌에서 세로토닌으로 전환되는 β-옥시트립토판을 정맥 내 투여하면 뇌의 생체전기적 활성에 위상 변화가 발생하며, 이는 피질, 시상하부, 중뇌 세망형성체에서의 활성화 반응의 특징입니다. 쇼크 발생 역학에서도 유사한 뇌 변화가 확인되었으며, 이는 쇼크 발생 시 세로토닌이 중추신경계 기능 변화에 중요한 역할을 한다는 것을 간접적으로 시사합니다. 세로토닌은 막전위의 발생과 신경 자극의 시냅스 전달 구성에 관여합니다. 신체가 극한 상황에 적응하면 세로토닌성 뉴런의 활동 증가로 인해 뇌의 세로토닌 함량이 증가합니다. 시상하부의 세로토닌 함량 증가는 신경 분비를 활성화하고 뇌하수체 기능을 향상시킵니다. 그러나 뇌에 세로토닌이 과도하게 축적되면 부종이 발생하는 데 중요한 역할을 할 수 있습니다.

세로토닌은 심혈관계에 상당한 다면적 영향을 미칩니다. 10mg 이상의 고용량 투여는 다양한 실험 동물에서 심정지를 유발합니다. 세로토닌이 심근에 미치는 직접적인 영향은 전신 및 관상동맥 고혈압을 유발하고, 심근의 심각한 순환 장애와 함께 괴사("세로토닌" 경색)를 동반합니다. 이 경우, 심근의 산화 및 탄수화물-인 대사 변화는 관상동맥 순환 장애에서 나타나는 변화와 유사합니다. 쇼크 상태의 심전도는 매우 유의미한 변화를 보입니다. 심박수가 증가한 후 감소하고, 기외수축이 발생하며, 심장 전기 축이 좌측으로 점진적으로 이동하고, 심실 복합체가 변형되는데, 이는 관상동맥 순환 장애의 결과일 수 있습니다.

세로토닌이 혈압에 미치는 영향은 투여 속도, 용량, 투여 방법, 그리고 실험 동물의 종류에 따라 달라집니다. 따라서 고양이, 토끼, 랫드에서 세로토닌을 정맥 투여하면 대부분의 경우 저혈압이 발생합니다. 사람과 개에서는 상변화가 시작됩니다. 즉, 단기 저혈압, 이후 고혈압, 그리고 그 이후 저혈압이 발생합니다. 경동맥은 소량의 세로토닌에도 매우 민감합니다. 세로토닌의 승압 및 강압 효과는 부교감 신경계와 경동맥 사구체를 통해 두 가지 유형의 수용체를 통해 매개되는 것으로 추정됩니다. 쇼크 상태의 순환 혈액량 내 세로토닌 함량과 거의 동일한 용량으로 세로토닌을 정맥 투여하면 전신 혈압, 심박출량, 말초 혈관 저항이 감소합니다. 장 벽과 폐 조직의 세로토닌 양 감소는 이 아민이 저장고에서 이동하는 것과 관련이 있을 것으로 추정됩니다. 세로토닌이 호흡기에 미치는 영향은 국소적일 수도 있고 반사적일 수도 있으며, 쥐에게 기관지 경련과 호흡수 증가를 일으킬 수 있습니다.

신장에는 소량의 세로토닌이 함유되어 있지만, 허혈 중에는 대사가 크게 변화합니다. 고용량의 세로토닌은 지속적인 병적인 혈관 경련, 허혈, 피질 괴사 병소, 세뇨관 장치의 황폐화, 변성 및 괴사를 유발합니다. 이러한 형태학적 소견은 쇼크 중 신장의 미세한 변화와 유사합니다. 쇼크 중 신장 조직의 세로토닌 수치가 10~20배 정도 지속적으로 크게 증가하면 혈관의 장기적인 경련이 발생할 수 있습니다. 특히 배뇨곤란 장애 시 세로토닌 수치가 높게 나타납니다. 급성 신부전증 에서는 혈중 세로토닌 농도가 핍뇨와 무뇨 단계에서 상승하고, 이뇨 회복기에 감소하기 시작하여 다뇨 기에 정상화되며, 회복기에는 생리적 수치 이하로 떨어집니다. 세로토닌은 신장 혈장 흐름, 사구체 여과율, 이뇨, 그리고 소변 내 나트륨과 염화물의 배설을 감소시킵니다. 이러한 질환의 기전은 사구체 내 정수압 및 여과 기능의 감소, 그리고 수질과 원위세뇨관의 나트륨 함량의 삼투압 기울기 증가로 인해 재흡수가 증가하기 때문입니다. 세로토닌은 쇼크 시 신부전 기전에서 중요한 역할을 합니다.

따라서 뇌 내 세로토닌의 적당한 축적과 쇼크에 대한 중추적 효과는 특히 HPAS 활성화 측면에서 유용할 수 있습니다. 세로토닌에 의한 에너지 효소의 활성화 또한 쇼크에 대한 긍정적이고 보상적인 현상으로 간주되어야 합니다. 그러나 심근과 신장에 세로토닌이 과도하게 축적되면 아민이 관상동맥 및 신장 순환에 직접적으로 과도한 영향을 미치고, 대사를 방해하며, 심부전 및 신부전을 초래할 가능성이 있습니다.

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