[프리다이빙 이론] 우리 몸의 항상성에 관하여

1. 항상성이란?

항상성은 다양한 외부 자극에도 불구하고 어떠한 수치를 일정하게 유지하려는 성질을 의미한다. 한자로 풀이하면 항상 항(恒), 항상 상(常), 성품 성(性)이다. 항상성이라는 단어는 1926년 월터 브로드포 캐넌이라는 과학자가 제시하였으며, 항상성의 최초 개념은 1865년 클로드 베르나르라는 생물학자가 처음으로 발견하였다. 건강한 사람의 기준으로 체온이 섭씨 36.5도로 일정하게 유지되거나, 혈액의 산도가 pH 약 7.4 정도로 일정하게 유지되는 것이 그 예시이다. 우리의 몸이 아주 차가운 얼음물을 마신다고 해서 체온이 급격하게 떨어지거나, 반대로 갓 내린 뜨거운 커피를 마신다고 해서 체온이 급격하게 올라가지는 않을 것이다. 이것이 바로 항상성이 작동하기 때문이다. 항상성이 작동하기 위한 조건으로는 그 수치를 감지할 수 있는 감지기(센서)와 이를 되돌릴 수 있는 음성 피드백(Negative Feedback) 장치가 있어야 한다.

2. 음성 피드백이란?

음성 피드백 작용은 어떠한 계에서 발생하는 특성이 정상 범주보다 바깥으로 벗어났을 때 이를 다시 정상적인 기능 범위로 감소시키는 역할을 한다. 1번 문단에서 제시했던 예시를 적용하여 체온 조절에 대해 먼저 설명하자면, 우선 체온의 변화를 감지할 수 있는 센서와 이를 되돌릴 수 있는 음성 피드백 장치가 있어야 하는데 우리 몸에서 체온의 변화를 감지하는 장치는 시상하부라는 기관이고 이를 조절할 수 있는 음성 피드백 장치는 내분비샘과 근육이다. 시상하부는 정상 체온인 섭씨 36.5도에서 조금의 변화가 있어도 이를 감지할 수 있는데, 체온이 올라가면 시상하부가 이를 감지하여 땀의 분비를 촉진하는 내분비샘에 신호를 보내 땀을 흘리게 함으로써 체온을 뺏어가도록 하여 체온을 섭씨 36.5도로 낮추고, 반대로 체온이 낮아지면 근육을 경련하게 하는 신호를 보내 근육에서 발열을 일으켜 체온을 높이는 역할을 한다. 또한 혈압의 조절을 예시로 들 수가 있는데 이 때는 혈관벽이 센서, 뇌가 음성 피드백 장치로 작용한다. 혈관벽은 혈류가 지나가면서 혈관 벽에 작용하는 저항값을 인식할 수 있어 혈압에 이상 신호가 발생하면 뇌로 전기 신호르 보낼 수 있다. 만약 혈압이 높아진다면 혈관벽이 뇌로 전기 신호를 보내고, 이를 감지한 뇌는 심장에게 메시지를 보내 혈류량을 감소시켜 혈압을 정상 범주로 되돌린다. 반대로 혈압이 낮아지면 동일한 경로를 통해 심장으로 혈류량을 증가시키라는 전기 신호를 보내, 혈류량이 증가하면서 혈압이 다시 높아지게 된다. 우리 몸 속의 수분량을 조절할 때에도 음성 피드백이 작용한다. 우리가 물을 거의 마시지 않을 때에는 소변의 색이 진하고, 반대로 하루 수분 섭취량이 많았을 때에는 소변의 색이 옅거나 거의 투명한 것을 본 적이 있을 것이다. 이는 몸 속의 수분량이 적을 때는 배출하는 소변량을 감소시킴으로써 몸 속의 수분량을 보존하려는 성질과, 물을 과도하게 많이 마셔 몸 속에 수분량이 많아졌을 때, 소변을 통해 남는 수분을 배출시키려는 성질이 조화를 이루기 때문이다. 이 역시 배변 활동에 관여하는 콩팥과 뇌가 음성 피드백 장치로서 작용한 대표적인 예시이다.

 

3. 항상성을 활용한 일상에의 적용

항상성이라는 개념이 처음 도입되었을 때에는 호흡을 통해 생명을 영위하는 생물체에만 적용이 되었었다. 하지만 현대 시대에 접어들면서 인류의 삶의 질을 향상시키기 위해 발명된 각종 전자기기에도 이 항상성의 개념이 많이 적용되기 시작했다. 우리가 여름철에 자주 사용하는 에어컨을 그 예시로 들 수 있다. 이 때는 기체의 온도를 감지할 수 있는 온도 감지기가 센서의 역할을 할 것이고, 냉매를 통해 찬바람을 내보내주는 송풍기가 음성 피드백 장치로서의 역할을 할 것이다. 우리가 설정해놓은 온도값이 섭씨 20도인데, 온도 감지 센서가 현재 기체의 온도를 섭씨 24도로 감지한다면 송풍기를 강하게 가동시켜 찬바람을 공기 중으로 방출시켜줄 것이고, 목표 온도인 섭씨 20도에 도달한다면 온도 감지 센서가 이를 인식하여 송풍기의 가동을 중단시킬 것이다. 지금 설명한 에어컨 뿐만 아니라 항공기에 도입되어 있는 자동항법장치, 각종 공장에 도입되어 있는 공정관리시스템 등이 항상성이 일상에 적용된 예시라고 할 수 있다.