수력 발전소의 힘의 원천은 물이듯이 화력 발전소는 석탄, 풍차의 바람개비를 회전시키는 바람의 힘, 태양력 발전은 태양의 힘 그리고 원자력 발전소는 우라늄이다.
이와같은 맥락에서 사람의 힘을 내게하는 제 1 차적인 것은 우리가 섭취하는 음식물과 산소인 것이다.
그럼, 음식물이 인체의 입을 통하여 그 힘이 나오기까지의 과정을 쫓아가 보자.
눈으로 보고 코로 향기로운 음식을 느끼며 가족들이나 친구들과의 정다운 분위기 속에서 즐거운 한끼의 식사를 할 때에
그 뒤 음식물은 2~5 시간 위장에 머문다.
췌장은 위장 아래 십이지장의 만곡에 위치한 길고 약간 흰색을 띠는 선이며,
췌장 분비세포에서 췌장액을 분비하여 췌장관을 통해 십이지장으로 내보낸다.
소장이란 말은 대장에 비해 관의 굵기가 작은데서 유래한 말이며 대장보다
훨씬 길다.
담즙(bile) :
간은 인체에서 가장 큰 소화기관으로 그것이 분비하는 담즙은 지방 소화에
중요한 역할을 하며, 또한 hemoglobin이 파괴될 때 생기는 bilirubin을 비롯한
여러가지 유기물질을 배설하는 수단으로 이용된다.
소장에서 융모를 통하여 흡수되지 못한 음식물(영양소)의 나머지는 대장으로 가게된다.
입을 통해 들어온 음식물은 우선 이에 의해 으깨지면서 타액선에서 분비된 침과 뒤섞인다.
침 속의 소화효소인
아밀라아제는 녹말을 맥아당으로 분해하고,
말타아제는 맥아당을 포도당으로 분해한다.
하지만 그밖에는 소화가 거의 이루어지지 않는다.
침은 음식에 수분을 주고 부드럽게 하
는 것이 주된 작용이다.
잘게 부수어진 음식물은 목구멍을 지나 30cm 정도 되는 식도를
통과해서 투명한 점액으로 덮인 위장으로 들어간다.
위가 음식물로 가득 차면 주름이 늘어나서 평평해진다.
그러면 주름이 늘어나면서 생긴 자극으로 가스트린이라는 호르몬이
분비되고, 이 호르몬의 자극에 의해 위샘으로부터 위액이 분비된다.
위 액 에는 염산, 소화효소 펩신, 점액 등이
포함되어 있다.
위의 외벽에는 신경의 네트워크가 깔려 있다.
뇌신경중에서 가장 긴 미주신경이 위에 분포되어 있어 사람의 감정에 따라서 위장은 그 영향을 받는다.
그 한쪽에서는 자율신경의 다발이 위의 독
자적인 신경 네트워크에 연결되어 있다. 음식물이 위에 들어가면 독자적인 네트워크가 가동
되면서 연동운동이 시작되고, 음식물이 위에서 십이지장, 소장으로 보내지는 것이다.
그런데 위는 자율신경의 지배도 받고 있으므로, 커다란 스트레스를 받게 되면 그 영향을
받을 수밖에 없다.
참고로 교감신경은 위의 소화력을 억제하고 부교감 신경은 소화력을 도와준다.
인체의 교감신경은 주로 낮에 작용하고 부교감 신경은 밤에 장의 소화활동을 지배한다고 알려져있다.
그럼 일반적으로 밤에 소화가 낮보다 더 잘되는 사실을 알 수 있을것이다.
그러나 유의할 것은 야식후에 반듯이 2시간 후에 침대에 가기를 바란다.
위 점막으로부터 하루 1,500~2,500 cc나 분비되는 위액에는 염산과 소화효소 펩신이 들어
있다. 염산은 음식물 속의 세균을 죽이는 일을, 펩신은 사슬 모양의 단백질을 잘라서 짧게
만드는 일을 한다.
위액이 밖에서 들어온 단백질은 소화하지만 위벽 자체를 소화하지는 않
는 이유는, 산으로부터 위의 내벽을 보호해 주는 점액 때문이다. 이 점액은 위액 자체에도
포함되어 있다.
위에서 흡수되는 것은 물과 알코올(술)뿐이다.
그러나 알코올의 흡수율도 20%에 지나지 않으
며, 대부분은 소장에서 흡수된다.
위에 내용물이 고이면 압력이 높아지고, 위의 운동이 활발
해지면서 출구(유문)가 열려서 십이지장으로 음식물을 내보내게 된다.
십이지장은 무엇을 담아두지는 못한다. 따라서 한꺼번에 많은 음식물이 십이지장으로 들
어가면 소화불량에 시달리게 된다.
십이지장의 이름은, 길이가 손가락 12개를 옆으로 늘어놓
은 25~30cm 정도라는 데에서 유래했다.
십이지장을 지나면 흡수가 주로 이루어지는 소장 부분이 나온다.
사람의 소장은 소화관
가운데 가장 길어서 3m나 된다.(펼치면 7미터)
이 긴 거리를 지나면서 소화가 끝난 영양소가 흡수되는 것
이다.
하루에 분비되는 양은 약 1-1.5l 이고 약 알카리성(pH8.0)이며 주요기능으로는
타액선과 같은 구조로 복합관상포상선(compound tubuloalveolar gland)인
외분비선은 소화효소가 풍부한 췌액을 분비하며 내분비선인
랑게르한스씨섬(Langerhan's island)의 알파세포에서 glucagon을,
베타세포에서는 insulin을 분비하고 소화와 탄수화물대사에 관여하고 있다.
췌장액의 분비는 호르몬의 지배를 받게 되는데, 산성화된 위 내용물이
십이지장으로 들어오면 십이지장 벽의 어떤 세포는 세크레틴(secretin)과
cholecystokin(CCK, pancreozyme)을 혈액에 방출한다.
췌액은 우리 몸에서 가장 중요한 소화액이다. 다량의 중탄산이온을 포함하고
있어 알카리성이다(pH8.5).
위에서 분비된 염산과 섞인 내용물이 십이지장으로
들어오면 십이지장 점막에서 분비된 세크레틴에 의하여 알카리성액을 분비하여
십이지장 내용물을 중화하고, CCK는 소화효소의 생산을 촉진한다.
췌장액은
탄수화무물, 지방 및 단백질을 분해하는 효소들을 모두 함유하고 있다.
탄수화물 분해효소: 췌장 아밀라제는 전분을 맥아당으로 가수분해시키며 장
내에서 오랫동안 작용하기 때문에 전분 소화에 있어서는 타액선 amylase 보다
더욱 중요한 역할을 한다.
단백질 분해효소: trypsin과 chymotrypsin은 계속해서 단백질 소화를 하는데,
췌장에서는 비활성의 trypsinogen으로 분비되며, 장점막에서 나오는
enterokinase의 작용에 의해 활성화되어trypsin이 되고 chymotrypsin은
trypisn에 의하여 활성화되어 chymotrypsin이 된다.
trypsin은 위액에 의해 proteose단계까지 분해된 단백질에 작용하여 더욱
간단한 아미노산의 결합물인 polypeptide이 다음에 작용하여 dipeptide로 만들고,
chymotrypisn이 다음에 작용하여 dipeptide까지 분해하며 유즙(milk)의 단백질을
응고시키고 소화하는 작용이 있다.
지방분해효소: 췌장리파제는 지방을 지방산과 glcerol로 가수분해하는데,
리파제의 작용으로, 지방을 담즙에 함유되어 있는 담즙산염이 유화시킨 후,
분해가 용이하게 된다.
중탄산나트륨(Sodium bicarbonate): 이 물질은 소장의 산성내용물을 중화시켜
신속하게 pH 8이 되도록 한다.
위의 유문으로부터 맹장(cecum)에 이르는 약 7m의 긴 관상기관이며,
십이지장(duodenum)과 공장(jejunum)및 회장(ileum)으로 나눈다.
소장에서 흔히
볼 수 있는 운동에는 연동운동(peristalsis), 분절운동(segmentation) 및
진자운동(pendular movement)이 있다. 이러한 운동들은 외부의 신경지배가
없이도 이루어지는데 장관내신경총의 활동에 의하는 것이다.
연동운동(peristalsis)은 장관벽이 내용물로 인하여 신장되면 환상수축이
자극부위 뒤에 생겨 내용물을 항문 방향으로 이동시키는 장관의 수축을 말하며
이동 속도는 매분 1cm정도이다. 부교감신경이 자극되면 연동운동이 증가되고
유문과 회맹괄약근을 이완하여 내용물의 이동을 쉽게 하고, 반대로 교감신경이
자극되면 괄약근은 수축하여 연동은 감소한다.
분절운동(segmentation)은 장의 환상 수축이 장을 따라 규칙적으로 일정한
간격을 두고 수축율이 만들어져 몇개의 분절로 나누어지는데 이와 같은 현상이
되풀이되면서 소장 내용물을 전후로 움직이게 하여 점막표면과의 접촉을
증가시키는 운동이다.
진자운동(pendular movement)은 소장의 종주근의 수축,이완에 따라 시계추와
같이 좌우로 진동하는 운동으로 음식물의 혼합과 이동에 도움을 준다.
소장의 운동은 부교감신경에 의하여 촉진되고 교감신경에 의하여 억제된다.
음식물과 담즙, 췌장, 소화효소의 혼합물들이 소장을 지나면서 이당류, 펩티드,
지방산 그리고 monoglyceride등이 생성되는데, 이들의 최종적인 소화와 흡수는
소장내벽에 배역디어 있는 융모의 작용에 의하여 완성된다.
융모는 장벽의 표면적을 훨씬 넓혀 줄 뿐만 아니라 각 융모의 표피세포는
미세융모(microvilli)의 작은 돌기로 덮여 있기 때문에 전체적으로
생각하면 장의 내면적은 테니스장 넓이로 확장이 된 셈이다.
이러한
융모(villi)사이에 관상으로 된 장선(intestinal gland)인 리버퀸은와(crypts of
Lieberk uhn)가 널리 분포되어 있으며, 십이지장 깊숙히 분포하고 있는
브르너씨선(Brunner's gland)에서는 HCO2과 mucin이 많은 알카리성 장액이
분비되어 십이지장에 들어온 내용물의 산도를 조절하고, 십이지장궤양을
방지한다.
또한 enterokinase는 췌장에서 분비된 trypsinogen을 trypsin으로
활성화시키는 역할을 한다.
하루에 분비되는 장액량은 약 3l정도이며, 분비기전은
아직 분명치는 못하나 기계적 혹은 화학적 자극, 신경 및 호르몬에 의하여
조절되는 것 같다.
장액의 작용 :
장액은 약알카리성(pH 8)이며 각종 소화효소를 함유한다.
단백질 분해효소: amino peptidase와 dipeptidase로 polypeptide와 dipeptides를
아미노산으로 분해한다.
탄수화물 분해효소: maltase는 맥아당을 포도당(glucose)으로,lactase는 유당을
포도당과 galactose로, sucrase는 설탕을 포도당과 과당(fructose)으로 분해한다.
분비되는 담즙의 양은
하루에 500 - 1,000ml 정도이며, 담즙은 간에서 지속적으로 생성되지만
식사시간이 아닐 때는 담낭에 저장되어 농축된 다음 총담관을 거쳐
십이지장으로 배출된다.
음식물이 십이지장으로 들어올 때 방출되어지는
호르몬인 cholecystokinin은 담낭을 수축시켜 담즙이 십이지장으로 분비되도록
하는 것이다.
대장은 소장보다 굵은 장관으로서 맹장과 결장으로 되어있고, 결장은 맹장의
끝에서 시작하여 직장에 이르는데 상행결장, 횡행결장, 하행결장, S상결장으로
구분한다.
점액을 분비하는 배세포는 소장보다 많으며 상선은 파네트세포를 가지고 있지
않다.
소화작용과 흡수작용은 없으며, 단지 수분흡수만 일어나고 여러 종류의 장내
미생물이 기생하여 내용물을 부패시킨다.
나트륨이 능동적 흡수기전으로
흡수되면 물이 피동적으로 따라 들어간다.
또한 대장내의 미생물들은 비타민
B복합체와 비타민 K를 장내합성하며 항생물질의 장기간 복용으로 인하여 대장
내 미생물의 발육이 억제되어 비타민 결핍증이 나타나는 수도 있다.
배변은 직장이 팽창하게 되면 직장근이 수축하기 시작되고, 직장내압이
30∼40mmHg가 되면 배변하고 싶은 느낌이 들고 100∼200mmHg가 되면서
배변하게 되는데, 장관의 운동이 이상항진되어 수분의 흡수가 충분히 일어나기
전에 배변되면 설사가 일어나며 배변중추는 척수에 있다.
소장의 융모에서 영양분이 대부분 흡수되어 문맥을 통하여 간으로 간다.
한편, 문맥을 통하여 간으로 가는 영양분의 과정을 자세히 살펴보면
문맥순환은 체순환의 일부로서 위, 장, 췌장, 비장 등에 분포하고 있는 모세혈관에서 시작하여 차차 합쳐져 문정맥이 되어 간문에 이르러 좌우지로 나뉘어 간장으로 들어가 다시 모세혈관이 되어 그친다. 이 관내를 흐르는 혈액은 간동맥에서 온 혈액과 섞여 간정맥이 되어 다시 간장을 나와 하대정맥에 합쳐진다.
따라서 음식물을 소화할 때에는 영양분이 풍부한 혈액이 흐르게 된다.
하대정맥에서 상대정맥으로 간 후에 이것은 다시 심장의 우심방으로 가며 여기서 우심실로 가서 폐동맥을 통하여
폐의 폐포로 가서 여기에서 코를 통하여 외부에서 들어온 신선한 공기와 까스교환을 한뒤에 이것은 폐정맥을 통하여 심장으로 들어가게 된다.
폐정맥의으로부터 심장의 좌심방으로 들어온 영양분과 신선한 산소를 지닌 혈액은 좌심실로 내려가 좌심실의 대동맥으로 피를 전신으로 보낸다.
대동맥에서 중동맥을 거쳐 세동맥으로 가서 모세혈관을 지난 혈액은 마침내 우리 몸의 최소 구성 단위인 세포와 만나게 되는 것이다.
이 세포에서 영양분과 신선한 산소를 지닌 피와 이미 사용되어 이산화탄소와 영양분을 써버린 피가 서로 교환되는 삼투작용이나 확산 등의 물질대사의 과정을 거쳐 이 혼탁한 정맥피는 세정맥을 통하여 대정맥에서 합쳐져 심장의 우심방으로 들어가는 체순환을 되풀이 하는 것이다.
세포에서 동맥혈과 정맥혈이 상호 교환 되는 의미를 더 알아보면
생체는 음식물에서 여러가지 영양소를 섭취하여 그것을 생체의 성분으로 만들거나 에너지원으로 저장한다. 저장된 에너지원은 순차적으로 산화 분해되어 힘, 열, 전기를 발생시킨 후 노폐 물질이 되어 체외로 배설된다.
이와 같이 생체내에서 일어나는 물질의 변동을 물질대사라고 한다. 이 과정 중에서 영양소를 생체의 성분으로 만들거나 에너지원으로 저장하는 것을 동화작용이라 하고 저장된 에너지원을 분해하여 힘, 열, 전기 등의 에너지를 발생시키는 것을 이화작용이라고 한다.
또 영양소내에 간직되어 있는 에너지가 산화 분해되어 힘, 열, 전기 등으로 변화하여 몸 밖으로 배출되는 것을 에너지대사라고 부른다.
이 세포에 있는 핵 안에는 교감신경과 부교감 신경이 있는데 이것들이 작용하여(김필년 회장님은 교감 신경과 부 교감신경이 서로 톱질하면서 스파크를 일으킨다고 비유하셨다.) 열과 힘을 낸다고 한다.
자! 이제 인체의 힘 즉 여기서는 근육의 힘에 한정하여 알아보기로 한다. 왜냐하면 이심전심 또는 위험을 느끼는 살기 같은 것은 다음을 기약하기로 한다.
생체나 세포에 적당한 정도로 환경 조건의 변화가 가해지면 생체에는 여러가지 변화가 일어난다. 이와 같이, 생체의 반응을 일으키게 하는 환경 조건의 변화를 자극이라 하고, 자극에 의하여 발생하는 흥분을 반응이라 하며 흥분하는 성질을 흥분성이라 하고, 또 흥분성이 상실 혹은 감퇴되는 것을 마비라고 한다.
조직이나 기관의 흥분은 그 고유의 기능이 나타나거나 항진되는 모양으로 나타난다. 예를 들면, 근육의 흥분은 수축으로 나타나고 선의 흥분은 분비 기능의 항진으로 나타난다.
자극에는 생체 밖에서 가해지는 자극(기계적, 화학적, 온열적, 광선과 방사선 및 전기적 자극)과 생체내에서 생기는 것이 있다. 생체내에서는 각 기관이나 계통이 서로 다른 기관이나 계통을 자극함으로써 협동 및 평형이 이루어져 전신의 활동이 원활하게 유지되고 있다.
일반적으로, 세포나 조직에 나타나는 흥분의 크기는 가해진 자극의 크기에 비례하는 경향이 있다.
그러나 자극이 너무 약할 때에는 흥분이 일어나지 않고 어느 정도까지 자극이 커지면 흥분이 최대로 되지만 그 이상 자극을 가해도 흥분의 크기가 더 커지지는 않는다.
세포나 조직에 흥분을 일으킬 수 있는 최소의 자극을 역자극 또는 최소 자극이라 하고 그 크기를 역치라고 한다. 이 역치는 세포나 조직에 따라 다른 값을 가지며 또 동일한 세포나 조직에서도 여러 조건에 따라 다른 값으로 변한다.
그리고 최대 흥분을 일으키는 최소의 자극을 최대 자극이라고 부른다. 또 단일 신경섬유나 단일 근육섬유와 같이 역치 이상의 자극이 가해질 때 자극의 크기와 관계없이 언제나 최대의 흥분을 나타내는 것도 있는데, 이러한 것을 실무율에 따른다고 한다.
세포나 조직의 일부분을 자극하면 처음 자극받은 부위가 흥분하는데 이 흥분이 다음에는 세포 전체 또는 조직의 넓은 범위로 퍼져 나간다. 이러한 현상을 흥분 전도라고 하는데 신경이나 근육의 기능에 있어서 대단히 중요한 현상이다.
대뇌에서 시달하는 명령은 단일 자극이 아닌 연속된 자극이 되어 체지의 근군 등을 움직이는 목적을 발생하기 때문에 이러한 것도 일종의 강축이라고 할 수 있다.
근육이 수축할 때에 열과 전기가 발생한다.
① 열의 발생: 근육이 수축할 때에 열이 발생하는데 온혈동물에서는 이 열이 체온유지에 대단히 중요하다. 수축열은 수축이 시작할 때 및 지속 중에 발생하는 초기열과 수축이 끝난 뒤에 발생하는 후기열이 있다.
전자는 근육의 이화작용에서 생기는 열이고, 후자는 근육내에 생긴 분해산물을 처리하는 과정에서 생기는 열이다.
② 전기의 발생: 근육이 연축 혹은 강축될 때에는 그 직전에 활동전류가 생긴다. 이것은 활동부가 음극이 되고 비활동부가 양극이 되어 후자로부터 전자로 흘러 들어가는 전류이다.
근육의 흥분은 자극받은 부위로부터 양쪽 방향으로 퍼져 나가기 때문에 이에 따라 음극부로 이동하게 된다. 근육강축이 계속되는 동안에 생기는 활동전류는 강축자극의 수에 일치하여 발생한다.
생체의 근육이 운동할 때에는 보통 1초에 50∼70회의 활동전류가 발생한다. 생체근육의 활동전류가 발생하는 상태를 특수한 장치를 사용해서 그려놓은 것을 근전도라고 한다.
보통 1개의 신경세포에서 나온 신경섬유는 100∼200개의 가지로 갈라져서 그 가지 하나하나는 각각 1개의 근섬유에 연결된다. 이 1개의 신경세포와 그의 섬유 및 그 지배를 받는 근섬유근을 합쳐서 운동단위라고 한다.
신경섬유의 말단은 종판이라는 장치에 의해 근섬유에 연결된다.
근섬유의 흥분은 처음 자극을 받은 부위(생리적 자극에서는 종판 부근)에서 시작하여 근섬유의 양 끝을 향하여 전파된다.(양측전도)
또 골격근에서는 자극을 받은 근섬유만이 흥분하고 그 흥분은 절대로 인접하고 있는 다른 근섬유에는 전도되지 않는다.(격리전도)
근육의 흥분전도 속도는 자극의 대소에 따라 변화하지 않는다.
그러나 온혈동물의 근육, 백색근육, 굵은 근섬유 및 온도가 높은 곳에 있는 근육에서는 빠르고, 냉혈동물의 근육, 적색근육, 가는 근섬유 및 온도가 낮은 상태의 근육에서는 느리다.
인체 근육의 흥분전도 속도는 골격근에서 매초 10∼13cm, 내장근에서는 매초 2∼3cm이다.
근육 피로의 원인은 에너지원의 감소, 산소의 결핍 및 젖산의 축적에 의한 수소이온 농도의 증가 등이고 피로는 휴식을 취하여 에너지원이나 산소가 공급되고 젖산 등의 대사산물이 제거되면 회복된다.
근육의 물질대사는 무산소 상태에서도 일어난다. 운동을 오랫동안 계속할 때에는 다량의 산소를 소비하여 많은 양의 글리코겐을 산화분해하고 그 에너지로 ATP를 재합성해서 근육 수축에 직접 쓰이는 에너지원의 확보를 계속해야 한다.
그리고 운동 후의 근육에는 대사산물이 축적되고 ATP, 글리코겐, 포도당 등이 줄어든다. 따라서 원상태로 회복되기까지 필요한 만큼의 산소가 공급되어야 하는데 이러한 상태를 산소의 부채라고 한다.
피로가 극도에 달하면 근육은 죽게 되는데 이것이 사경직이다.
경직은 축적된 젖산과 근단백질이 응고됨에 따라 일어나는 현상으로 근육이 굳어지고 탄력성을 잃게 된다. 인체는 사망 후 2,3시간 경에 경직이 시작되어 안면에서 체간, 체지의 순서로 퍼져 나가며 24∼48시간 후에는 차차로 연화되어 부패가 시작된다.
따라서 사경직의 상태(젖산의 양 등)로서 사체의 경과시간을 추정할 수 있다.
참고로 근력과 호르몬의 관게를 살펴보면,
인간의 근육은 호르몬이 만든다고도 할 수 있다.
우리가 먹은 콩이나 고기 등에는 단백질이 함유되어
있다. 이것은 체내에서 우선 아미노산으로 분해되는데, 그 다음부터는 호르몬의 힘이
필요하게 된다.
즉, 호르몬의 작용에 의해 몸에 사용되기 쉬운 단백질로 다시 만들어지
고, 그 다음에 필요한 근육으로 저장되는 것이다.
이런 구조 속에서 힘을 발휘하는 것
이 성장 호르몬, 남성호르몬, 갑상선호르몬, 부신피질 호르몬이다.