고환(testis)은 남성의 생식기관 중 정자를 생성하는 기관입니다. 이 기관은 음낭(scrotum)이라는 피부낭에 감싸져 있는데, 음낭은 기본적으로 표재음경근막(dartos fascia)과 고환올림근(cremaster muscle)에 의해서 늘어져 있고, 이때가 이완 상태입니다.
그런데 온도가 떨어지면 늘어졌던 음낭이 갑자기 쪼그라들면서 땡글땡글해집니다. 음경(penis)은 음경해면체(corpus cavernosum penis)와 요도해면체(corpus cavernosum urethrae)에 혈류가 증가해 충혈이 일어나면서 커지는 원리인데, 음낭은 어떤 원리로 크기를 조절하는 걸까요?
이는 고환거근반사(cremasteric reflex) 때문입니다. 온도가 떨어지면 음부대퇴신경(genitofemoral nerve)에 의해 조절되어 고환과 정삭(spermatic cord)을 감싸고 있는 고환올림근이 수축하면서 빠르게 쪼그라듭니다.
이 근육은 물리적인 자극이 있을 때도 수축하는데, 물리적인 타격으로부터 고환을 보호하기 위한 목적도 있는 것으로 보입니다. 직접 사타구니 쪽에 물리적인 자극을 주어 음낭이 수축하는 것을 관찰해볼 수 있고, 운동신경 손상이나 척추 장애, 고환염전 등이 의심될 때 고환거근반사를 통해 확인해보곤 합니다.
여기까지 음낭이 쪼그라드는 원리를 이해했을 텐데, 온도에 민감한 반응을 보이는 이유가 뭘까요? 음낭에는 혈관이 아주 잘 발달해 있는 것에 반해 털이나 피하지방은 거의 없습니다. 그래서 열을 빨리 내보내는 데에 유리해 고환을 체온보다 낮은 31~33℃의 온도로 유지하는 데에 도움이 됩니다.
이 온도를 유지하려는 이유는 정자 생성이 해당 온도에서 잘 되기 때문입니다. 정자(sperm)는 고환의 세정관(seminiferous tubule)에서 정자발생(spermatogenesis) 과정을 통해 정모세포(primary spermatocyte)가 여러 차례의 세포분열을 거쳐 만들어집니다.
정자발생 과정이 온도가 높을 때 이뤄지는 경우 정자 형성 및 세포분열(감수분열) 과정에서 문제가 생길 수 있습니다. 이외에도 여러 가지 이유로 31~33℃의 온도가 정자 생성에 적합하기에 그 온도를 유지하려고 하는 겁니다. 그런데 단순하게 음낭이 늘어나고 쪼그라드는 것만으로 해당 온도를 유지할 수 있을까요?
물론 음낭이 늘어나면 피부가 얇아지고, 쪼그라들면 피부가 두꺼워지는 효과가 있습니다. 이 작용이 온도 유지에 큰 역할을 하나 고환은 낮은 온도를 유지하기 위해 역류 열교환(countercurrent heat exchange) 방식도 활용하고 있습니다.
서로 역방향으로 흐르는 동맥혈과 정맥혈 사이에서 열 교환이 이루어지는 방식인데, 위 그림에서 파란색 부분이 만상정맥총(pampiniform plexus)입니다. 고환동맥을 통해 심장에서 고환으로 필요한 혈액을 공급하고, 만상정맥총의 혈관을 따라 고환에서 심장으로 산소가 제거된 혈액이 운반됩니다.
이 혈류 흐름을 조금 더 확대해서 보면 만상정맥총이 고환동맥을 감싸고 있는 것을 볼 수 있는데, 만상정맥총에 흐르는 혈액 온도는 33℃ 정도이고, 고환동맥에 흐르는 혈액 온도는 37℃ 정도입니다.
이 온도 차이 덕분에 정맥혈이 동맥혈의 열을 빼앗아 고환을 낮은 온도로 유지할 수 있습니다. 만약 열교환이 제대로 이루어지지 않으면 앞서 알아본 것처럼 정자 생성에 좋지 않은 영향을 끼칠 수 있고, 불임의 원인이 되기도 합니다.
그래서 다리 꼬는 행동이나 오래 앉아 있는 습관, 꽉 끼는 바지, 비만 등은 고환의 온도를 높이고 혈액순환을 방해할 수 있기에 조심하는 게 좋습니다. 궁금증이 해결되셨나요?
- 원고 : 비뇨의학과 전문의 윤지환
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- 비뇨의학과 전문의 윤지환님
- Corpus cavernosum penis : https://en.wikipedia.org/wiki/Corpus_cavernosum_penis
- Cremasteric reflex : https://youtu.be/eVvInQNyXIU
- Spermatogenesis : https://en.wikipedia.org/wiki/Spermatogenesis
- Abdelhamid, Mohamed Hadi Mohamed, et al. "Mild experimental increase in testis and epididymis temperature in men: effects on sperm morphology according to spermatogenesis stages." Translational andrology and urology 8.6 (2019): 651. : https://tau.amegroups.com/article/view/33746/html
- Nakamura, M., et al. "Temperature sensitivity of human spermatogonia and spermatocytes in vitro." Archives of andrology 19.2 (1987): 127-132. : https://www.tandfonline.com/doi/abs/10.3109/01485018708986808
- SPERMATOGENESIS : http://www.uwyo.edu/wjm/repro/spermat.htm
- Kidane, Dawit, et al. "DNA polymerase beta is critical for genomic stability of sperm cells." DNA repair 10.4 (2011): 390-397. : https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1568786411000048
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- Zhang LF, Ma F, Liu JF, Feng Y. [Impact of high temperature on sperm function: An update]. Zhonghua Nan Ke Xue. 2019 Sep;25(9):843-847. Chinese. PMID: 32233214. : https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/32233214/
- Yadav, Santosh K., et al. "The thermo-sensitive gene expression signatures of spermatogenesis." Reproductive Biology and Endocrinology 16.1 (2018): 1-22. : https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/29859541
- 건국대 김진회 교수팀, 마이크로 RNA가 불임에 미치는 영향 규명 : https://news.unn.net/news/articleView.html?idxno=194197
- Pampiniform plexus : https://en.wikipedia.org/wiki/Pampiniform_plexus
- 이법이, 『인체해부학 2판』, 포널스출판사(2018), 461p