체온 유지 원리와 체온 조절 과정

안녕하세요. 학습코치 부이쌤입니다. 이번 시간에는 체온 유지 원리와 체온 조절 과정이라는 주제로 고등학교 과학탐구영역 생명과학1에 대해 알아보겠습니다.

 

 

이전 주제는 2020년 6월 모의고사 5번 문항을 토대로 재구성하였으며, 체온 조절의 정의, 체온 유지 원리, 체온 조절 과정에 대해 알아보겠습니다.

 

■제시문

5번 문항에서 그림은 정상인에게 저온 자극과 고온 자극을 주었을 때 ㄱ의 변화를 나타낸 것이다. ㄱ은 근육에서의 열 발생량(열 생산량)과 피부 근처 모세 혈관을 흐르는 단위 시간당 혈액량 중 하나이다. 이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? 이라고 출제되었습니다. 그래프와 <보기>에 대해 알맞은 것을 고르면 되겠습니다.

 

 

■체온조절

체온은 생물학적으로 내장의 온도를 가리키는데 인간의 경우에는 일반적으로 대장의 최하부에서 항문까지 이르는 직장의 온도를 표준체온으로 봅니다. 체온이 생기는 이유는 에너지를 다루는 과정에서 반드시 열이 발생하기 때문입니다. 생물대사로 이뤄지는 포도당의 에너지 효율이 40%인데, 열역학적으로 본다면 최대 60%는 그날 열로 빠져나간다고 보면 됩니다.

 

 

우리 몸에서 일어나는 다양한 물질대사에는 효소가 관여하는데, 단백질이 주성분인 효소는 체온이 너무 낮거나 높으면 제 기능을 할 수 없습니다. 따라서 체온을 일정하게 유지하는 일은 생명 유지에 매우 중요합니다.

 

체온 조절 시 온도가 높은 경우엔 땀이 나게 하거나 대사량을 낮추고, 낮은 경우엔 대사량을 올려서 극대화합니다. 시간이 지날수록 더 춥게 느껴지고 대사량은 높아지게 됩니다.

 

 

■체온 유지 원리

체온 변화 감지와 조절의 중추는 간뇌의 시상 하부이며, 자율 신경과 호르몬의 작용으로 열 발생량과 열 발산량을 조절함으로써 체온을 일정하게 유지시킵니다. 예를 들어, 근육 운동 등의 몸떨림과 물질대사율을 증가시킴으로 열이 발생하고, 땅에 의한 수분이 증발하고 피부 근처 혈관의 혈액량이 증가함으로써 열을 발산합니다.

 

 

이때, 시상 하부는 뇌의 한 부위로 몸의 항상성을 유지하는 기관인데, 자율신경계와 호르몬 분비 등을 조절합니다. 물질대사란 생명체 내에서 일어나는 물질의 분해나 합성과 같은 모든 물질적 변화를 말합니다.

 

 

■추울 때 체온 조절

시상 하부가 저체온을 감지하면 골격근이 빠르게 수축, 이완되어 몸이 떨이고, 열 발생량이 증가합니다. 또한 피부 근처의 혈관이 수축됨으로써 피부 근처를 흐르는 혈액의 양이 감소하여 열 발산량이 감소합니다. 

 

자세히 말하자면, 추울 때 열 발생량이 증가하고, 열 방출량이 감소하는 것인데, 무의식적으로 근육이 떨리거나 뇌하수체에서 갑상샘 자극 호르몬 분비가 증가하여 갑상샘에서 티록신 분비가 증가하여 세포 호흡이 증가하면서 열 발생량이 증가하게 됩니다. 또, 피부 근처 혈관이 수축되면서 피부 주변으로 흐르는 혈액량이 감소하여 열 방출량이 감소하고, 피부의 털 주변 근육이 수축되면서 털이 수직으로 서고, 소름이 돋으며 열 방출량이 감소합니다.

 

 

이때, 뇌하수체는 뇌의 바로 아래의 약 1cm 크기의 콩 모양으로 위로는 시신경, 옆으로는 해면정맥동과 동안신경, 활차신경 등 안구를 움직이는 신경이 위치해 있고, 인체에 필요한 모든 호르몬 분비에 직간접으로 관여하고 있습니다. 

 

갑상샘이란 목 중앙에 위치해 있으며 후두와 기관에 붙어있는 내분비샘으로 신체 대사 균형을 위해 기능을 하며 기능을 하지 못할 시 갑상선 기능 항진증이나 갑산성 기능 저하증이 올 수 있습니다. 티록신은 분비될 시 포도당이 분해되고 세포 호흡의 속도가 빨라져 물질대사가 촉진되는데, 체온이 올라가고 심장 박동이 빨라지게 됩니다. 특히, 유아의 신경 세포 분화와 성숙에 관여하며 성장기에도 영향을 줍니다.

 

 

■더울 때 체온 조절

시상 하부가 고체온을 감지하면 피부 근처 혈관이 확장되어 피부 근처를 흐르는 혈액의 양이 증가하고, 땀 분비가 촉진됨으로써 열 발산량이 증가합니다.

 

 

자세히 말하자면, 더울 때 열 발생량이 감소하고, 열 방출량이 증가하는 것인데, 뇌하수체에서 갑상샘 자극 호르몬 분비가 감소되어 갑상샘에서 티록신 분비가 감소하게 되는데 세포 호흡이 감소되면서 열 발생량이 감소하게 됩니다. 또, 피부 근처 혈관이 확장되어 피부 주변으로 흐르는 혈액량이 증가하면서 열 방출량이 증가하게 되고, 피부의 털 주변 근육이 이완되어 털이 눕는데 이때, 열 방출량이 증가합니다. 또, 땀 분비가 증가되어 땀이 증발하면서 피부의 열을 빼앗아가며 열 방출량이 증가하게 됩니다.

 

 

■체액의 농도 조절

체액은 땀을 많이 흘리거나 물을 많이 마셨을 때 농도가 조절되는데요. 땀을 많이 흘렸을 때에는 몸속 물의 양이 감소하면서 체액의 농도가 높아지고, 물을 많이 마시면 몸속 물의 양이 증가하고, 체액의 농도가 낮아지게 됩니다.

 

 

■정리

ㄴ 피부 근처 모세 혈관을 흐르는 단위 시간당 혈액량이 증가할수록 열발산량은 증가합니다. 그러므로 저온 자극을 받을 때는 혈액량이 감소하고, 고온 자극을 받을 때는 혈액량이 증가하게 되는데요. 피부 근처 모세 혈관을 흐르는 단위 시간당 혈액량은 t2일때가 많습니다.

 

ㄷ 시상 하부에서 몸의 중심부와 주변부의 온도 정보를 받아들이고 이에 대한 적절한 명령을 내립니다.

 

■마치며

지금까지 체온 유지 원리와 체온 조절 과정에 대해 알아보았는데요. 인체는 우리가 알면서도 모르는 그런 분야입니다. 한창 더울 때인데 혈액의 양을 높이고 땀분비가 증가되니 유의하세용^^ 지금까지 학습코치 부이쌤이었습니다.