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핵심 개념
요관싹 ureteric bud후신간엽 metanephric mesenchyme공통신관 CND요관 평활근 · Cajal 간질세포신우요관이행부 폐색 UPJO원발성 폐색성 거대요관
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수신증 2편 — 태어난 뒤 누구에게 무엇을, 언제 하는가

산전 초음파에서 발견되는 요로 확장은 한 가지 질환의 모습이 아니다. 어떤 아이는 신우와 신배만 늘어나고, 어떤 아이는 요관까지 늘어난다. 비슷하게 보이는 확장도 이후의 경과는 서로 다를 수 있다.

1편에서는 무엇을 재고 등급을 매기는지, 2편에서는 출생 후 누구에게 어떤 검사를 할지를 살펴보았다. 이번에는 그보다 앞선 시간으로 돌아가 본다. 요관은 어떻게 시작되고, 방광에 어떻게 연결되며, 언제부터 소변을 운반하는 구조가 되는가?

같은 수신증인데, 늘어나는 곳은 왜 다를까

요로의 발생에는 서로 겹쳐 진행하는 여러 과제가 있다. 소변을 모으는 집합계(collecting system)가 만들어져야 하고, 요관이 방광과 연결되어야 하며, 요관벽의 근육과 수축 기능도 성숙해야 한다. 어느 과정에 문제가 생겼는지에 따라 비슷한 확장 소견이 다른 의미를 가질 수 있다.

이 글의 관점

수신증은 확장이라는 형태를 말한다. 발생학은 그 형태가 생긴 배경을 설명하지만, 확장만으로 현재의 폐색이나 수술 필요성을 확정하지는 못한다.

요관싹(ureteric bud)과 신장 조직은 함께 발달한다

요관의 출발점은 mesonephric duct(Wolffian duct)에서 자라 나오는 요관싹(ureteric bud)이다. 요관싹은 후신간엽(metanephric mesenchyme)에 들어가 분지하고, 두 조직은 서로 신호를 주고받으며 발달한다. 후신간엽이 내는 GDNF와 요관싹의 RET 수용체는 이 상호작용에 관여하는 대표적인 신호 체계다. RET이나 GDNF가 없는 생쥐에서는 요관싹의 형성과 분지가 일어나지 않거나 불완전해, 콩팥이 생기지 않거나 심한 발생 이상이 나타났다(Schuchardt 등, 1994; Pichel 등, 1996).

여기서는 구조의 기원을 나누어 보는 것이 도움이 된다. 요관싹의 상피는 요관과 신우·신배·집합관의 상피로 이어진다. 반면 네프론의 주요 상피 성분은 후신간엽의 신원 전구세포(nephron progenitor cells)에서 만들어진다. 요관벽의 평활근(smooth muscle)과 지지 조직은 상피 주위 간엽의 분화에 의존한다. 요관벽 전체가 요관싹 상피에서 만들어지는 것은 아니다(Airik 등, 2006).

이 구분은 임상에서도 의미가 있다. 집합계와 신실질은 따로 완성된 뒤 연결되는 구조가 아니라 발달 과정에서 서로 영향을 주는 조직이다. 따라서 요관의 이상과 신실질의 발달 이상이 함께 나타날 수 있다. 그렇다고 모든 신이형성(renal dysplasia)을 요관 폐색의 결과로 설명할 수는 없다. 중복신(duplex kidney) 51예를 분석한 연구에서 신이형성의 정도는 폐색 여부보다 그 신단위 요관구가 정상 위치에서 얼마나 벗어났는지와 밀접하게 연관되었다(Mackie와 Stephens, 1975).

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요관 발생을 세 패널로 나눈 그림. A는 mesonephric duct에서 나온 요관싹이 후신간엽 안에서 분지하고 가지 끝을 응축 간엽이 둘러싸는 모습, B는 재형성 전 요관싹과 비뇨생식동 사이의 공통신관(CND)과 원위부 재형성 뒤 방광에 따로 열린 요관구와 아래로 내려간 mesonephric duct, C는 요관 주위 간엽이 요로상피 둘레에서 고유층, 환상 근섬유, 종주 근섬유, 외막으로 분화한 요관벽을 보여 준다
그림 1. 요관은 어떻게 만들어지는가. 요관싹과 후신간엽의 상호유도(A), 공통신관(common nephric duct, CND)이 제거된 뒤 요관이 방광에 따로 열리는 원위부 재형성(B), 요관 주위 간엽에서 요관벽이 분화하는 과정(C)을 나누어 그렸다. 세 과정은 서로 겹쳐 진행하며 크기 비례는 실제와 다르다. C의 근다발 방향과 층 구분은 모식적이며 연령과 부위에 따라 달라진다. 특정 태아 시점이나 영아 UPJ의 구조를 그대로 재현한 것은 아니다. 공통신관의 세포사멸(apoptosis)과 재연결, Tbx18의 역할은 주로 생쥐 발생 연구에서 밝혀졌다.

요관은 mesonephric duct에서 분리되어 방광에 연결된다

초기의 요관싹은 mesonephric duct에서 갈라져 나온다. 이후 요관은 이 연결 관계를 바꾸어 방광에 독립적인 개구를 만들어야 한다. 이때 요관싹 기시부와 배설강(비뇨생식동(urogenital sinus)) 사이에 놓인 mesonephric duct 구간을 공통신관(common nephric duct, CND)이라고 한다.

고전적인 도식은 CND가 방광에 편입되어 삼각부(trigone)가 되면서 요관 개구가 이동한다고 설명한다. 생쥐 연구에서는 CND가 삼각부로 분화하는 것이 아니라 세포사멸로 사라지고, 이 과정이 요관을 mesonephric duct에서 떼어 방광에 연결하는 핵심 단계로 확인되었다(Batourina 등, 2005). 생쥐 계통추적(lineage tracing) 연구에서 삼각부는 기존 모델의 설명과 달리 주로 방광 평활근에서 만들어지고 요관의 기여는 작았으며, 요관과 방광 근육이 서로 맞물리며 형성되었다(Viana 등, 2007). 따라서 요관의 위치 변화는 원위부 조직의 제거와 새로운 연결의 형성이 함께 이루어지는 과정으로 이해할 수 있다.

이 과정의 중요성은 원위부 요관 성숙에 이상이 생긴 동물모델에서도 확인된다. LAR 계열 수용체 단백질 티로신 인산분해효소(Ptprs·Ptprf)가 함께 결손된 생쥐에서는 원위부 요관의 프로그램된 세포사멸이 줄면서 hydroureter와 ureterocele이 발생했다(Uetani 등, 2009). 다만 이러한 실험은 특정 발달 과정의 중요성을 보여 주는 근거이며, 사람의 모든 ureterocele이나 원위부 폐색의 원인을 하나로 설명하는 것은 아니다.

임상과 연결되는 지점 — 중복 집합계 · 이소성 요관(ectopic ureter) · 역류

요관싹이 하나에서 일찍 갈라지는 경우와 두 개가 생기는 경우는 불완전 중복과 완전 중복을 설명하는 전형적인 발생 모델이다. 완전 중복에서는 상부 신단위 요관이 하부 신단위 요관보다 아래·안쪽에 열린다는 Weigert–Meyer 법칙이 흔히 성립한다. 상부는 이소성 개구·ureterocele, 하부는 역류와 연결되지만 예외가 있다. 요관구가 정상 위치에서 벗어날수록 해당 신단위의 저형성·이형성이 심했다(Mackie와 Stephens, 1975). 중복 자체가 곧 폐색을 뜻하지는 않는다.

열린 통로가 소변을 운반하려면

요관은 소변이 중력에 따라 흘러내리는 수동적인 관이 아니다. 신우에서 시작된 수축이 요관을 따라 조직적으로 전달되어야 소변을 방광으로 운반할 수 있다. 이를 위해서는 평활근의 분화뿐 아니라 다발의 배열, 세포 사이의 연결, 수축을 조절하고 전달하는 체계가 함께 갖추어져야 한다. Cajal 간질세포(interstitial cells of Cajal, ICC)는 이 박동조율과 연동에 관여하는 세포로 설명된다(Babu 등, 2019).

요관 간엽의 발달을 조절하는 Tbx18이 결손된 생쥐에서는 요관 간엽 세포가 평활근으로 분화하지 못하고 섬유·인대성 조직이 되었으며, 출생 때 짧은 hydroureter와 수신증이 나타났다(Airik 등, 2006). 요관벽의 발달 자체가 배액 기능에 중요하다는 것을 보여 주는 결과다. 사람에서 흔히 보는 UPJO의 단일 원인으로 해석할 결과는 아니다.

UPJO와 UVJO의 검체에서는 무엇이 비슷한가

영아 UPJO는 환상 방향 근다발(circular fascicles)의 연속성이 끊긴 좁은 이행부로(Murnaghan, 1958), 원발성 폐색성 거대요관은 요관 끝의 무연동 구간(adynamic segment)으로(MacKinnon 등, 1970) 고전적으로 기술되어 왔다. 두 부위의 수술 검체에서는 평활근 다발의 배열 변화와 근육 다발 사이 결합조직·콜라겐의 증가가 보고되었다. 단순히 ‘근육이 적다’는 표현보다 근육과 간질의 상대적 구성, 다발의 방향과 연결 상태를 함께 보는 것이 중요하다. 소견은 병변 부위와 연구에 따라 다르다.

근육 배열 — 거대요관과 UPJO는 다르게 기술된다

원발성 폐색성 거대요관에서는 근육 배열의 불균형이 기전의 하나로 제안되었다. 무연동 구간에서 안쪽 종주층(longitudinal layer)이 위축되고 바깥층이 두꺼워지며, 조이는 방향의 환상근(circular muscle)이 상대적으로 우세해져 연동의 전달을 막는다는 설명이다(MacKinnon 등, 1970; Kim, 2024). 이소성 삽입을 동반한 원발성 폐색성 거대요관 3예에서는 정상적인 종주 근다발(longitudinal fascicles) 바깥을 그물 모양의 두꺼운 평활근 고리가 둘러싸고 있었고, 저자들은 이 고리가 배액을 방해했을 것으로 보았다(Dixon 등, 1998).

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원위부 요관의 근육 배열을 비교한 그림. A는 성숙한 요관에서 종주·사선 성분과 환상 성분이 연결된 그물로 배열되어 연동이 효율적으로 전달되는 모습, B는 무연동 구간에서 종주 성분이 줄고 환상 성분이 상대적으로 우세해 연동 전달이 저하되는 제안된 기전, C와 D는 정상 간질과 근육 다발 사이·세포 주위 콜라겐이 늘어난 조직을 비교한다
그림 2. 원위부 요관에서 제안된 근육 배열 불균형과 콜라겐 증가. A는 성숙한 요관의 연결된 근육 그물, B는 원발성 폐색성 거대요관에서 제안된 배열 불균형(종주 성분(longitudinal component) 감소, 환상 성분(circular component)의 상대적 우세)이다. 모든 폐색에 해당하는 형태가 아니며, UPJO의 근육 배열은 그림 3에 따로 그렸다. 다발의 범위와 두께는 상대적 우세를 강조한 표현이고, 실선과 점선 화살표는 연동 전달을 개념적으로 나타낸 것이다. C·D의 콜라겐 증가는 UPJO와 UVJO 모두에서 보고되었다. 실제 조직사진이 아닌 개념도다.

영아 UPJO의 근육 소견은 방향이 다르게 기술된다. 중심은 환상 방향 근다발의 발달·연속성 저하와 배열 이상이며, 고전적으로는 비스듬히 감기며 주행하는 정상 근다발 배열이 종주 방향 근다발(longitudinal fascicles)이나 섬유조직으로 대치된다고도 기술된다(Murnaghan, 1958; Kim, 2024). 입체 형태계측 연구에서는 정상 UPJ의 근육이 신생아의 환상 배열에서 성인의 비스듬한 그물 구조로 바뀌고 상피 아래 종주근(longitudinal muscle)은 2세 무렵 나타났는데, 선천성 수신증의 UPJ에서는 이런 성장에 따른 변화가 불분명하거나 없었고 분절성 근육 저형성, 다발 배열 이상, 종주근 결여가 관찰되었다(Kaneto 등, 1988, 1991). 정상 신생아의 UPJ도 환상근 위주이므로, 핵심은 특정 방향의 비율이 아니라 그 연령과 부위에 필요한 배열과 연결이 성숙했는가이다.

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영아 UPJ의 근육 배열 비교 그림. A는 정상 신생아·영아 UPJ에서 환상 방향 근다발이 우세하고 서로 연결되어 연동이 효율적으로 전달되는 모습, B는 내인성 UPJO의 병변 구간에서 환상 방향 근다발의 연속성이 줄고 근다발 배열이 흐트러지며 섬유조직이 늘어 연동 전달이 저하되는 모습, C와 D는 환상 방향 위주의 근육 그물과 근육 감소·배열 이상·섬유화를 비교한다
그림 3. 영아 UPJ의 근육 배열과 내인성 폐색. A·C는 정상 신생아·영아 UPJ에서 우세한 환상 방향 근다발과 그 연결이며, 별도의 나선근층이나 성숙한 종주근층을 그린 것이 아니다. B·D는 내인성 UPJO에서 기술되는 분절성 근육 저형성, 환상 방향 근다발의 연속성 저하, 배열 이상과 콜라겐(진한 청색) 증가를 개념적으로 조합했고, B에는 병변 위쪽의 확장을 함께 그렸다. 모든 환자에서 이 소견이 함께 나타나는 것은 아니며, 근육량·방향 비율·섬유화 정도는 정량값이 아니다. 점선 화살표는 연동 전달의 저하를 나타내며 내강의 완전 폐쇄를 뜻하지 않는다.

콜라겐 증가는 두 부위에 공통된 소견이다. 전자현미경 연구에서는 UPJO와 원발성 폐색성 거대요관 검체 48예 모두에서 근육세포 사이와 주위의 과도한 콜라겐과 콜라겐 구간 근위부의 손상된 근육세포 무리가 일관되게 관찰되었고, 저자들은 이것이 세포 간 연결을 통한 기능적 연속성을 끊는다고 보았다(Hanna 등, 1976). UPJO 25예를 부검 대조군 19예와 비교한 연구에서도 콜라겐 침착이 많고 근다발 배열이 불규칙했으며 Cajal 유사 세포가 적었다(Mehrazma 등, 2014). 근육 배열 이상과 콜라겐 증가는 함께 나타날 수 있지만, 같은 원인을 입증하지는 않는다.

Babu 등(2019)은 정상 요관(20예), UVJO 검체(14예)의 확장부와 좁은 구간, 신우성형술로 잘라 낸 UPJO 좁은 구간(31예), 태아 요관(12예)을 비교했다. 콜라겐/근육 비(collagen-to-muscle ratio)는 정상 요관 0.75에 비해 UVJO 좁은 구간 3.0, UPJO 좁은 구간 2.5, 태아 요관 3.1로 높았고, Cajal 간질세포는 고배율 10시야당 16.1개에서 각각 4.5, 5.1, 5.0개로 적었다. 반면 UVJO 위쪽의 확장된 요관은 0.65와 17.3개로 정상과 통계적으로 유의한 차이가 확인되지 않았다(그림 4). 반면 확장된 구간 전체에서 콜라겐과 탄력조직이 늘어 있었다는 보고도 있어(Gosling과 Dixon, 1978), 확장부의 소견은 연구마다 다르다.

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Babu 등 2019년 연구의 중앙값을 나타낸 점 그래프. 콜라겐/근육 비는 정상 요관 0.75, 거대요관 확장부 0.65, UVJO 좁은 구간 3.0, UPJO 좁은 구간 2.5, 태아 요관 3.1이고, Cajal 간질세포는 고배율 10시야당 각각 16.1, 17.3, 4.5, 5.1, 5.0개다
그림 4. 좁은 구간은 태아 요관을 닮았다. Babu 등(2019)의 중앙값을 다시 그렸다. 좁은 구간과 태아 요관은 콜라겐 비중이 높고 Cajal 간질세포가 적었으며, 거대요관의 확장부는 정상 요관과 통계적으로 유의한 차이가 없었다. 정상 요관은 외상·종양으로 절제한 콩팥의 요관이다.

저자들은 태아 요관에서 임신이 진행할수록 Cajal 간질세포와 평활근은 늘고 콜라겐은 줄어든다는 관찰을 바탕으로, 이 성숙이 양 끝에서 완성되지 못한 것이 UPJO와 UVJO일 수 있다는 성숙 정체 가설을 제안했다. 그러나 소규모 단일기관 조직 비교 연구이며, 조직학적 유사성만으로 같은 발생 원인이 입증되지는 않는다. 특히 수술 시점의 섬유화와 근육 변화에는 선행 이상과 배액장애 이후의 변화가 함께 포함될 수 있다.

근육 성숙의 방향을 하나의 화살표로 그리지 않은 이유

사람 태아 연구에서 요관 근육은 임신 12주 무렵 위쪽 요관에서 나선 방향으로 먼저 분화하고, 방광벽 안 요관의 종주근은 17주 무렵에야 다발을 이루기 시작했다(Matsuno 등, 1984). 돼지 연구에서는 요관방광이행부의 근육과 신경 분포가 출생 후에도 계속 성숙했다(Pirker 등, 2007). 이것이 UVJ의 일시적 기능 이상과 일부 거대요관의 자연 호전을 설명하는 근거로 쓰인다. 반면 Babu 등(2019)은 중간 요관에서 시작해 양 끝으로 성숙이 진행할 가능성을 제안했다. 연구 대상과 성숙을 평가한 지표가 달라 하나의 확정된 방향으로 합치기 어렵다. 여기서는 ‘형태가 만들어진 뒤에도 요관벽과 운반 기능의 성숙이 계속된다’는 공통된 관점에 초점을 맞춘다.

같은 조직 변화가 곧 같은 질환은 아니다

UPJO와 원발성 폐색성 거대요관은 서로 다른 위치에서 배액장애를 일으킨다. 공통적인 조직 소견이 보고되더라도 두 질환의 모든 발생 기전과 임상 경과가 같다는 뜻은 아니다. 영아의 UPJO는 대부분 이행부 자체의 내인성 이상이지만, 나이가 들수록 하극 교차혈관과 관련된 압박이나 굴곡 같은 외인성 원인의 비중이 커진다. 성인 UPJO 31예에서는 하극 부속혈관이 52%에서 발견되어 소아의 두 배였다(Lowe와 Marshall, 1984).

비교 항목UPJO원발성 폐색성 거대요관
주요 부위신우에서 요관으로 이어지는 이행부방광 가까운 원위부 요관 · UVJ
전형적 확장신우·신배 확장, 요관 확장은 두드러지지 않음요관 확장, 상부 집합계 확장을 동반할 수 있음
기전의 범위내인성 조직·수축 전달 이상, 외인성 압박·굴곡(하극 교차혈관) 등원위부 무연동 구간과 조직 구성 이상
발생학의 역할이행부의 형태와 기능이 형성되는 배경을 설명원위부 요관 성숙과 운반 기능의 관계를 설명
해석의 한계모든 UPJO를 단일 발달 결함으로 설명하지 못함거대요관이라는 형태만으로 폐색을 확정하지 못함

원발성 폐색성 거대요관에서 말하는 무연동 구간(adynamic segment)은 원위부 요관의 연동운동이 없거나 효율적으로 전달되지 않는 구간을 가리킨다. 내강이 완전히 닫혀 있는 상태와 같은 뜻은 아니다. 거대요관은 역류성, 폐색성, 비역류·비폐색성, 역류와 폐색이 함께 있는 경우로 나누어 생각해야 한다. 위의 표는 전형적인 양상을 비교한 것이며, 영상 소견만으로 원인을 확진하는 기준은 아니다.

원위부 성숙은 일부 거대요관의 자연 호전을 설명하는 가설 중 하나다. 하지만 ‘미성숙한 요관이므로 기다리면 모두 좋아진다’는 결론으로 이어지지는 않는다. 실제 경과는 확장의 변화, 감염, 증상, 배액과 신기능을 함께 보며 판단해야 한다.

발달 중인 콩팥에서는 무엇이 달라지는가

태아·신생아의 배액장애는 이미 완성된 신장에 압력만 더해지는 상황과 다르다. 폐색이 발생한 시점과 정도, 지속 기간에 따라 신장 분화와 신원 형성에 영향을 줄 수 있고, 이후의 손상 반응도 달라진다. 태아 양의 요관을 묶은 실험에서 임신 전반기의 폐색은 신이형성을, 후반기의 폐색은 수신증을 일으켰다(Beck, 1971).

따라서 신실질이 얇거나 기능이 낮은 신장을 볼 때에는 두 질문을 함께 두어야 한다. 처음부터 신장 조직이 충분히 형성되지 않았는가, 배액장애로 추가적인 손상이 생겼는가? 두 과정은 함께 존재할 수 있다. 신이형성이나 다낭성 이형성 신장(MCDK)을 단순히 심한 수신증의 마지막 단계로 놓아서는 안 된다(Beck, 1971; Mackie와 Stephens, 1975).

발생학은 이 질문을 구체화하는 데 도움이 된다. 그러나 한 번의 초음파나 수술 검체만으로 발달 과정 전체를 거꾸로 복원할 수는 없다. 현재의 신장 상태와 시간에 따른 변화를 확인하는 과정이 여전히 필요하다.

정리 — 발생 과정으로 본 확장의 원인

발생학의 눈으로 보면 산전·영아기 요로 확장의 원인은 어느 단계가 어긋났는지에 따라 세 갈래로 정리된다. 첫째는 연결의 이상이다. 요관싹이 mesonephric duct의 어디에서 나오는지, 공통신관이 제거된 뒤 요관이 방광의 어디에 다시 연결되는지에 따라 중복신, 이소성 요관, ureterocele, 역류가 생기고, 요관구가 제자리에서 멀수록 해당 신단위의 이형성도 심했다(Mackie와 Stephens, 1975; Batourina 등, 2005; Uetani 등, 2009). 둘째는 요관벽의 분화와 성숙 이상이다. 내강이 열려 있어도 평활근과 Cajal 간질세포가 연결된 배열을 이루지 못하면 연동이 전달되지 않는다. 영아 UPJO에서는 환상 방향 근다발의 연속성 저하와 배열 이상이, 원발성 폐색성 거대요관에서는 무연동 구간의 근육 배열 불균형이 기술되고, 두 부위의 좁은 구간 모두에서 콜라겐 증가와 Cajal 간질세포 감소가 보고되었다(Murnaghan, 1958; MacKinnon 등, 1970; Hanna 등, 1976; Kaneto 등, 1991; Babu 등, 2019). 셋째는 정상 성숙의 시간차다. 요관 근육은 위에서 아래로 분화하고 방광 가까운 구간은 출생 뒤에도 성숙이 이어지므로, 일부 일시적 확장과 거대요관의 자연 호전은 이 시간차로 설명된다(Matsuno 등, 1984; Pirker 등, 2007).

신실질의 발달 이상은 확장의 원인이 아니라, 같은 발생 이상이나 이른 시기의 폐색이 함께 남기는 결과다. 요관구가 제자리에서 벗어난 신단위에서 이형성이 심했고(Mackie와 Stephens, 1975), 발생 초기의 폐색은 확장보다 이형성을 먼저 일으킬 수 있다(Beck, 1971). 그래서 처음부터 덜 만들어진 콩팥과 배액장애로 손상된 콩팥은 영상에서 비슷하게 보일 수 있고, 확장의 원인과 신실질의 상태는 따로 평가해야 한다.

이 세 갈래는 서로 배타적이지 않고, 상당 부분이 동물모델이나 소규모 조직 연구에 근거한다. 발생학은 확장이 어디에서 왜 생겼는지를 묻게 해 주지만, 개별 아이의 폐색 여부와 치료는 여전히 시간에 따른 영상과 기능 검사로 판단한다.

다음 편 — 신우요관이행부 폐색, 언제 관찰하고 언제 수술하는가. 초음파 변화와 이뇨신스캔을 어떻게 읽고, 기능을 위협하는 폐색을 어떻게 판단할지 살펴본다.

참고문헌

김상운 (Sang Woon Kim, MD)
소아비뇨의학과 전문의 · 캐나다 토론토 Visiting Scholar
본 내용은 학술적 참고 목적입니다. 표와 흐름도는 가이드라인과 문헌을 바탕으로 한 필자의 정리로, 모든 환자에게 일률적으로 적용되는 순서가 아닙니다. 개별 환자에 대한 진료 결정은 담당 임상의의 판단을 따라야 합니다.