인체내부환경

프랑스 생리학자인 베르나르(Claude Bernard)는 약 100년 전에 외부환경의 변화에도 지속적으로 현저하게 유지되는 인체의 "내부환경(milieu interior)"을 관찰하였다. 열, 추위, 운동, 단식 등과 같은 다양한 스트레스에도 불구하고 인체가 내부환경을 지속적으로 유지하려는 것은 우연한 결과가 아니라 복잡하고 많은 조절체계에 의하여 발생하는 결과이다. 조절 메커니즘은 운동생리학 분야에 있어서 내부환경을 유지하는데 굉장히 중요한 역할을 하고 있다. 간단한 조절이론으로 인체의 기능을 실험할 수 있다. "조절체계"의 개념에 대해서 또, 인체가 스트레스를 받는 동안 어떻게 내부환경을 유지하는가에 대해서 이야기해보려고 한다.

 

<항상성: 역동적 안정성>

항상성(homeostasis)이란 용어는 내부환경의 불변성 또는 계속적인 유지라고 정의할 수 있다. 비슷한 용어인 '항정상태(steady state)는 생리학저인 환경의 일정한 유지(예: 심박수)를 나타내기 위해 운동생리학자들에게 자주 사용된다. 이러한 항정상태와 항상성이란 용어는 종종 상호 보완적으로 사용이 되지만, 항상성은 일반적인 안정상태 속에서 나타나는 보상적 조절반응의 결과로, 스트레스가 없는 비교적 일정한 내부환경을 이야기한다. 이와 반대로 항정상태는 반드시 내부환경이 정상적인 상태라는 것을 의미하지는 않는다. 단지 변하지 않는 일정한 상태를 말하는 것이다. 두 가지 용어를 구별하기 위한 가장 적절한 사례는 운동을 진행하였을 때 나타나는 체온의 상태이다. 일반적인 환경인 낮은 습도와 낮은 온도에서 일정한 부하로 60분 동안 최대하 운동을 실시하였을 때, 운동 시작 이후 체온이 서서히 증가하여서 40분에 항정상태에 이르는 것을 알 수 있다.

이러한 신체의 내부 온도의 정체현상은 항정사애를 의미하지만 안정 시 체온보다 높으므로 항상성 상태를 의미하는 것은 아니게 된다. 따라서 항상성이란 신체의 안정 시 정상적인 상태를 말하며, 항정사애는 운동상황에서 사람의 체온이 일정하게 유지되는 것과 같은 생리적 변인은 변하지 않으나 안정 시 체온과는 다른 상황을 의마한다.

 

항상성이라는 개념은 신체의 내부환경이 변하지 않는 것을 의미하지만, 내부환경이 절대적으로 똑같이 유지된다는 것을 의미하는 것은 아니다. 그렇기 때문에 항상성이란 용어는 일반적으로 일반적인 안정상태를 설명하기 위해서 사용이 되고 정상상태란 용어는 생리학적 요소들(예: 체온)이 일관되지만 '항상성;의 안정상태 값과 다를 수 있는 운동에 적용되는 것을 알 수 있다. 그렇기 때문에 항상성은 생리학적인 요인들의 기준 수치를 오차범위 내에 유지하려 하기 때문에 오히려 더 역동적이면서 안정성을 유지한다고 볼 수 있다. 이와 같은 역동적 안정성 사례는 평균 동맥혈압에서 볼 수 있다. 

 

- 요약 -

1. 항상성이란 신체 내부환경을 일정하게 유지하거나 변하지 않게 하는 정상 상태를 의미

2. 항정상태란 신체의 내부환경을 일정하게 유지하는 상태로 정의할 수 있지만, 내부환경이 완전히 정상상태인 것을 의미하는 것은 아님, 인체가 항정상태일 때, 생리학적 변인(예: 심박수)은 상대적으로 일정함.

 

<신체 조절체계>

신체는 수백 개의 다양한 조절체계를 가지고 있다. 이러한 조절체계의 전체적인 목적은 생리적 변인들을 조절하고 일정하게 유지하는 것에 있다. 이러한 조절체계의 복잡한 현상은 대부분 세포 내에서 이루어지며, 단백질 합성과 분해, 에너지 생산과 영양소의 적정량 유지 등과 같은 세포 활동을 조절한다. 따라서 신체의 모든 기관은 항상성을 유지하기 위해 작용한다는 것을 알 수 있다. 예를 들면 폐와 심장은 산소를 공급하고 세포외액에서 이산화탄소를 제거하기 위해 함께 작용한다. 심폐계는 안정 시뿐만 아니라 고강도 운동을 할 때에도 산소와 이산화탄소를 정상 수준으로 유지하는데, 이는 조절체계가 우수하다는 것을 보여준다.

 

<조절체계의 원리>

신체가 어떻게 안정적인 내부환경을 유지하는지 자세히 이해하고 알기 위해서는, 집의 난방과 냉방을 일정 온도로 조절하는 자동 온도조절중추를 생각하면 쉽다. 자동 온도조졸센터를 20도로 맞추어 놓았다고 가정하고 방의 설정온도가 20도에서 상승 또는 하강하면 냉, 난방 장치가 작동되어 방 안의 온도를 유지하는데, 만약 방 안의 온도가 상승하면 자동 온도조절센터는 에어컨 신호를 보낸 후 작동시켜서, 방 안의 온도를 유지하게 된다. 반대로 온도가 설정 온도보다 내려가면 난방기구를 작동시켜 방 안의 온도를 유지한다. 이 두 가지 경우 모두에서, 조절센터에 의한 반응은 초기보다 높거나 낮은 온도를 수정하는 것이다. 기계적인 조절체계와 같이 생물학적 조절체계(biological control system)는 신체의 화학적 또는 신체적 변수들을 일정한 수준으로 유지하는 일련의 내부 연결 요소들의 과정이라고 할 수 있다. 

생물학적 조절체계는 세 가지 요소로 구성되어 있는데, 감각기(수용기), 반응을 통합하는 조절중추, 원하는 효과를 생성하는 기관들인 효과기 이렇게 세 가지로 나눌 수 있다. 이 세 가지 요소들은 인체의 내부환경을 가능한 범위 내에서 조절한다. 생체 조절체계를 작동시키기 위한 자극은 환경적 요인에서 감지할 수 있는 온도와 혈압 등이며 이러한 자극들은 수용기(sensor, receptor)를 신호로 보낸다. 통합중추는 자극의 강도를 평가하고 효과기(effector)로 신호를 보내 방해요인을 변화시켜 내부환경을 정상적으로 유지시킨다. 정상적인 내부환경은 조절체계를 작동시켰던 최초의 신호를 감소시킨다. 이러한 형태의 피드백을 부적피드백이라고 한다.