인간의 체온조절은 어떻게 이루어지는가?

안녕하세요.

 

얼마 전까지만 해도 오전, 오후 상관없이 나갔다 하면 등골이 오싹해질 정도로 찬바람이 기승을 부렸었지만, 요즘에 오후에는 꽤 따뜻한 기온이 다가오는 편입니다. 아침에는 춥다가도 오후가 되면 따뜻해지는 일교차도 피부로 크게 느껴지면서, 우리는 그제야 비로소 환절기가 찾아왔다는 것을 실감하게 됩니다. 이렇듯 우리가 이러한 변화되는 외부온도에 반응하여 우리 몸은 어떻게 조절되는지 그리고 체온조절을 하는 인체의 주요기관에 대해 알려드리려고 준비했습니다.

 

인간의 체온조절 개요도(출처: dreamstime.com)

 

체온조절 기능

인간은 여러 가지 환경변화에 노출되더라도 상대적으로 온도를 조절하면서 내부온도를 유지할 수 있는 유기체(생물체)입니다. 이렇게 조절하는 유기체는 순응하는 유기체보다 다양한 환경변화에 잘 적응할 수 있습니다. 인체의 온도는 평균 36.5도 부근에서 거의 규칙적으로 변동합니다. 심장, 뇌, 간, 신장과 같이 매우 활동적인 내부기관은 주변 조직보다 온도가 횔씬 높으며, 격렬한 운동을 할 경우 근육온도가 오르면서 혈액순환의 변화가 일어납니다. 또한, 온도는 여분의 신진대사 열발생, 피하혈액순환, 주변온도, 복사열, 땀분비, 신체주위의 대류흐름, 상대적 공기습도에 따라 변합니다. (신진대사: 생물체가 몸 밖으로부터 섭취한 영양물질을 몸 안에서 분해하고, 합성하여 생체 성분이나 생명 활동에 쓰는 물질이나 에너지를 생성하고 필요하지 않은 물질을 몸 밖으로 내보내는 작용). 이 모든 변수들은 신체가 심부온도를 가능한 좁은 범위로 조절하는데 영향을 미칩니다. 41도의 높은 심부온도는 대체로 치명적이고 42도 이상은 몇 시간 동안 만 견딜 수 있습니다. 격렬한 운동은 체내심부온도를 40도 이상까지 올리는 것으로 알려져 있으며, 기록상 가장 낮은 심부온도는 분당 3번 호흡하는 호흡률 상태에서 17.7도였다고 합니다.

 

심부체온은 36.5~37.5도의 좁은 범위 내에서 체온 조절 반사에 의해 조절되며, 이는 매일 변동합니다. 혈관, 뇌 및 내장 내의 이러한 체온 조절 반사작용은 수분의 흡수 및 배출을 조절하는 데 작용합니다. 심부체온이 증가하면, 우리 신체 내에서의 체온 조절 반응은 땀분비량과 말초의 혈류량을 증가시킵니다. 반대로 심부체온이 최저치 이하로 떨어지면 발한과 혈관 확장이 중단되는 한편, 땀분비를 통해 신체가 열 관련 질병이 일어나지 않도록 신체를 자연스럽게 냉각시킵니다. 이러한 반응을 일으키는데 우리 몸에 중요한 기관이 있습니다. 바로 시상하부(hypothalamus)입니다. 시상하부는 신체의 온도 조절기로, 36~37.5도 범위 내에서 심부온도에 맞춰 조절하기 위해 몸의 여러 부분에 있는 온도 수용체에 반응합니다. 번외로 인간은 35도 이하 또는 41도 이상의 온도를 견딜 수 있지만 짧은 기간동안 만 견딜 수 있습니다.

 

온도조절 중추_시상하부

인간의 온도조절 중추는 시상하부(hypothalamus)인데 사이뇌(diencephalon)의 밑에 있는 시신경 바로 위에 위치하고 있습니다. 온도조절 시 시상하부는 3가지 기능을 하는데 즉, 첫째로 온도 감지장치, 둘째로 신체의 다른부분으로부터 오는 정보의 통합기(완전체로 만드는 것), 셋째로 여러 가지 효과기 구조를 제어하는 장치로서의 기능을 가지고 신체의 열을 방출, 보존하려는 조절능력을 갖추고 있습니다.

한편, 시상하부의 정해진 온도는 항시 고정된 것이 아니라 그것은 생리적, 환경적 조건에 따라 다를 수 있습니다. 예컨대, 여성들은 월경 주기의 후반부에 약간 더 높은 체온을 가지는데, 이 체온의 상승은 황체 호르몬의 동화작용(anabolic) 효과로 추정하고 있습니다. 

 

<시상하부의 역할>

감각기능		통합기능		통제기능		효과기 작용
시상하부의 온도수용기	↘	시상하부의 온도조절을 위한 set-point	→	(앞 부분)  열손실	→	혈관확장, 발한
피부수용기	→
중추수용기	→			(뒷 부분) 열보존	→	혈관수축, 오한
심부수용기	↗

 

위 표에서 보는 바와 같이 시상하부는 혈류의 온도를 감지하고 신체의 다른 부분으로부터 오는 정보를 받을 수 있습니다. 시상하부의 감지 기관이 세 가지가 있지만 확실히 검증되지는 않았습니다. 즉 피부수용기, 중추수용기, 깊은 정맥 속의 심부수용기가 있다는 주장이 있습니다. 특별한 시상하부의 온도 수용 기관의 정확한 역할은 논쟁이 있습니다. 깊은 심부수용기들은 그 존재가 가정되어 있지만, 증명되지는 않았습니다. 냉온 감각 수용기들은 피부 조직에 있지만, 체온 조절에 수용기들의 역할에 따라서 일치하지는 않습니다. 이러한 수용기들이 우리 피부온도에 관해서 정보를 알려 주기 위해 뇌의 의식을 가지고 있는 부분으로 입력정보를 보내는 것은 기능하지만, 이 수용기들은 상대적으로 체온 조절에 있어 중요하지 않은 역할을 합니다. 

 

다음으로 시상하부의 통합 기능은 인지된 정보를 전기의 자동 온도 조절기 같이 정해진 온도와 비교하는 것으로 생각되어 집니다. 만약 인지된 정보가 신체 온도의 정해진 온도보다 높다는 것을 나타내면 시상하부 앞부분으로부터의 신경유출이 증가되어 혈관확장과 발한을 통해서 조직으로부터 열이 발산하게 하는 효과 기능이 나타납니다. 반대로 만약 통합되고 인지된 정보가 신체 온도의 정해진 온도보다 낮은 것으로 나타나면 시상하부 뒷부분으로부터의 신경유출이 증가되어 혈관 수축(vasoconstriction)이나 오한(shivering)과 같은 열을 보존하는 효과 기능이 시작됩니다.

 

시상하부에서 두 개의 통제 지역은 상반적으로 작용하기 때문에 동시에 발한(sweating)과 오한을 경험할 수 없습니다. 즉, 한 기능이 자극을 받으면 다른 기능은 정지합니다. 물론 이론적인 모델에서는 정해진 점(set-point)을 무엇이 정하는지의 원칙적인 의문이 생깁니다. 이에 대한 대답은 분명하지 않습니다. 열은 바이러스나 박테리아 병원체 같은 발열인자가 정상적인 체온을 파괴했을 때 일어난다고 알려져 있습니다. 아스피린 같은 해열제는 정해진 온도를 높이는 시상하부에 영향을 주는 발열인자를 방해하거나 파괴함으로써 정상적인 온도로 되돌아가게 합니다. 시상하부의 정해진 온도는 항상 고정된 것은 아닙니다. 그것은 생리적, 환경적 조건에 따라 다를 수 있습니다. 예를 들면 날마다(밤부터 낮까지), 월경(황체 상태부터 난포 상태까지)에 따라 변동이 있습니다. 24시간 동안의 여러 개의 확실한 주기(circadian rhythem)의 기록을 보면, 주요한 형태는 이른 아침에는 낮고, 오후 늦게는 높은 형태를 나타냅니다. 이것은 보통의 신진대사 활동 유형과 일치하고 보통의 밤, 낮 주기와도 일치합니다. 또한, 체온은 하루 동안 주기적인 변동(circadian rhythm)을 보이는데. 이른 아침의 수면 시에 최저체온이 나타나고 기상 시와 아침식사 후에는 급격히 상승합니다. 그 후는 완만하게 상승하거나 또는 고원상태를 보이며, 저녁에는 가장 높고, 그 후 하강하여 밤중에는 그 하강 속도가 빨라집니다. 이와 같이 일상생활에서의 체온조절은 항상 고정된 상태로 있는 것이 아니라, 환경온도, 지구의 자전 공전리듬 속에서 규칙성을 가지고 조절되고 있습니다.