운동에서의 항상성의 의미

인체의 항상성 유지는 아주 중요한 기능이다

 

 

항상성(homeostasis)은 내부 환경을 안정적이고 일정하게 유지하려는 특성이다. 'homeo'는 'same'이라는 뜻이며 'stasis'는 'to stand or to stay'를 뜻한다. 우리 몸의 항상성 유지를 예로 들자면, 세포는 간질액에 둘러싸여 있을 때에만 제대로 된 기능을 발휘할 수 있으므로 인간의 몸은 적절한 상태을 유지하기 위해서 다양한 생리 현상을 수행한다. 왜냐하면 어떤 조건 하에서 세포가 한계범위를 초과하면 심각한 사태가 유발되기 때문이다. 만약 세포들이 산소와 영양분을 내부에서 얻을 수 없다면 다른 기관의 도움을 받아 외부 환경으로부터 보충을 받는다. 또한 세포 안에서 만들어지는 부산물은 위험 범위에 도달하기 전 반드시 세포사이질로 배출되어야 한다. 이처럼 안정된 내부의 유지 상태를 항상성이라고 하는 것이다. 인체는 적정수준에서의 섬세한 변화를 조절 시스템을 이용하여 정상적인 상태를 주어진 한계 안에서 유지한다.

운동 중의 항상성 유지의 예시로는 여러 가지가 있는데, 가장 먼저 체온 조절이 있다. 신체가 격렬한 수준의 운동을 수행할 때는 1분에 최대 25kcal의 열량이 발생하지만 체온을 유지한다. 또한 막상 운동하면 수축기혈압은 높아지나 실제 운동 시에 공급되는 혈액의 양이 평균의 약 5배임에도 평균 혈압은 그다지 큰 변화가 없다. 또, 운동을 하면 폐의 환기량이 많아짐에도 혈액 속의 산소와 이산화탄소의 분압은 정상 범위 안에 있다. 사람이 운동하게 되면 세포에서 소화하는 혈당은 평소의 최대 20배까지 증가하는 것에 비해 혈중 당분의 양은 일정 수준을 유지한다. 그리고 운동 후 다양한 젖산이 발생하지만 pH 농도는 정상 수준을 벗어나지 않는다. 

인체 기능의 항상성 조절 방법에는 여러 가지 방법이 있다. 그중 하나로 인간은 감각이나 생각에 따라서 환경이나 식사를 바꿀 수 있다. 즉, 혈당의 수치가 높아져서 배부름을 느끼면 더 이상 먹지 않도록 하는 것은 정신에 의한 컨트롤이라고 할 수 있다. 또 간의 쓸개즙 분비가 줄어들면 지방의 소화와 흡수력이 떨어져 지방을 싫어하게 된다.

호르몬은 어떤 대사의 일정한 주요 효소에 직접적으로 작용하여 그 반응 속도를 변화시키거나, 막투과성을 증감시켜 인체 기능을 조절한다. 뇌하수체가 내분비에 의한 조절을 총괄하는데, 이때 각 내분비샘이 서로 다른 호르몬을 분비하여 대사를 조절한다. 예를 들어 화가 나는 감정이 들면 신경계통은 부신겉질을 자극하여 아드레날린을 증가시킨다. 이는 신경 자극에 의해 호르몬이 분비된 것이다. 자극하는 기관이 있는 경우의 호르몬 분비 조절의 진행 예시로는 갑상샘 자극 호르몬은 뇌하수체에서 분비되어 갑상샘을 자극하여 갑상샘호르몬을 분비하게 하는 것이 있다. 

또 인체는 자는 동안에도 의식과 상관없이 시상하부의 자율신경계가 호흡, 체온, 순환 등을 조절한다. 체내에서는 삼투압이나 효소, 혈당 등 모두 중추신경이나 말초신경에 있는 특수한 감각 장치에 반응하여 그 정보를 시상하부로 전달한다. 신체 안과 밖에 서 일어나는 환경변화를 감지하는 감각 부위 기능으로서 신경계통은 들어온 정보들을 분석하고 종합하여 신체 각 부위에 지시를 전달한다. 그리고 적절한 반응을 하도록 조절하는 기능을 한다. 감각부는 체외의 피부와 근육에 널리 퍼져읶고, 체내에서는 내장 기관에 분포되어 있다. 또, 중추신경계통에서 모인 후 적절한 반응을 일으키는 행동 기관으로 전달된다. 

인간은 항온동물이기 때문에 외부온도가 변하거나 열 생산과는 상관없이 체온이 일정하게 유지되어야 한다. 체온이란 내부 온도를 말하는데, 인체의 각 부위의 온도는 조금씩 다르나, 실제 체온의 범위는 35.2~37.9도 정도이다. 예를 들어 간과 뇌는 38도이며 내장은 37.7~37.9도이다. 피부온도를 제외하고는 인체의 각 부위는 항상 일정하게 유지되는데 체열의 생성과 방출로 보통 균형을 유지한다. 

외부온도가 30도라면 인체의 열 생성량과 방출량은 최소가 되기 때문의 균형이 유지된다. 체열 생성 방법은 체온유지를 위해서 소모하는 열량만큼 화학적으로 열을 생산하고 증대시키는 화학적인 열량 조절이라고 할 수 있다. 체열을 방출하는 경우에는 열의 복사, 열의 전도, 증발, 호흡, 배변이나 배뇨의 방법이 있다. 피부로부터 복사되거나 전도되는 것이 전체의 73% 정도로 대부분이며, 그 외에도 날숨에 의해서도 3.5% 정도의 체열이 방출된다. 인체의 체열 조절은 체온조절중추에 의해서 진행되고, 혈액 온도와 피부온도의 변화에 의해서 자극을 받는다. 체온조절중추는 시상하부에 있고 앞부분에는 열 발산 중추, 뒷부분에는 온열 생산 중추가 있다.

체온조절중추의 활성화에는 동맥혈 온도와 신경계통 자극의 두 가지 원인이 있다. 동맥혈 온도는 온도의 변화 자극이 구심점인 지각 신경을 통해서 전달되고, 시상하부의 혈액이 직접적으로 제공한다. 이때 체온을 일정 기준으로 정하고 동맥혈 온도를 중추신경이 감지하며 혈액에 직접적으로 정보를 전달하게 된다. 열이 날 때의 체내에서는 기초대사가 항진되거나 체온상승에 의해 당질대사가 촉진되며, 이처럼 단백질분해가 촉진된다. 지방 대사도 항진되어 케톤체가 형성되고, 수분이 부족하여 탈수증상이 나타나 삼투압이 상승하고, 소화능력이 저하되어 식용부진 또한 일어나게 된다. 심하면 콩팥 기능이 저하되어 소변량이 감소하고, 비타민C의 소모가 현저히 증가하여 호르몬 분비에도 영향을 줄 수 있다. 호흡이 가팔라지고 구토하거나 맥박이 빨리 뛰는 등의 현상도 관찰될 수 있다. 한편, 체온조절중추의 활성화로서 신경계통의 자극은 피부 온도가 변화하면 피부의 온도수용기가 자극받아서 중추신경의 시상하부에 있는 냉중추와 온중추에 자극이 전달되는 과정을 설명하는 것이다.