인체생리학 심화학습
1강
암세포는cancer cell는 조절되지 않는 채로 무한히 세포분열이 일어나며, 특정기능 세포specialized cells로 분화되지 않는다. 암세포는 원래 한종류의 조직에서 유래하지만, 혈관이나 림프관을 갖는 다른 조직이나 기관으로 전이되어 퍼져나간다. 그러나 주위의 정상 세포들과 협조 및 조정 체계를 이루지 않는다.
왜 암치료를 위해서 암세포를 죽이거나 제거하는 것이 꼭 필요한가? 암세포는 특정기능을 갖는 세포로 분화되지 않기 때문에, 정상 세포들이 수행하는 기능을 수행할 수 없다. 또한 암세포가 정상세포의 자리를 차지함으로써 조직을 파괴하고 기능 장애를 일으키기 때문이다.
암세포는 일반적으로 핵이 크고 세포질의 양이 적은 것이 특징이다. 이는 활발하게 분열 중에 있는 세포는 핵 내에 더 많은 DNA를 보유하게 되는데, 암세포는 분열속도가 빠르기 때문이다. 암세포는 세포분열 속도가 너무 빨라서 딸 세포들daughter cells이 새로운 세포질을 합성할 만한 시간적 여유를 갖지 못한다. 따라서 정상세포보다 상대적으로 세포질의 양이 적다.
2강
발열
체온이 비정상적으로 상승하는 상태로 보통 38~39℃일 때를 말하고, 39℃ 이상을 고열이라고 한다. 41℃ 이상이면 뇌세포에 기능장애가 일어나는데, 42~44℃의 고체온이 수시간 지속되면 뇌세포는 불가역적인 장애를 일으켜, 의식장애와 사망으로 이어진다. 43℃는 세포가 생존할 수 없는 절대 한계체온이다.
발열의 원인
① 기계적 자극, 뇌종양, 뇌출혈 등 물리적 손상으로 인한 체온조절중추의 기능장애
② 각종 세균의 대사 산물, 독소, 단백질 분해산물 등 발열물질pyrogen에 의한 화학적 자극
③ 스트레스나 히스테리 같은 정신적 자극에 의해 체온조절중처가 자극받음
발열시 신체 내 변화를 보면 기초대사 항진, 에너지 대사 촉진(당 대사 항진, 간 근육 글리코겐 소모, 당신생 항진), 체 단백질 분해 촉진(혈장 알부민 감소, 혈장 글로불린 증가, 면역체 증가), 지방대사 항진(혈중 아세톤체 증가), 수분결핍에 의한 탈수, 비타민B와 비타민C의 소모 증가, 전해질 농축에 의한 세포 내 삼투압 상승, 식욕부진, 소화능력 저하, 신장기능 저하에 의한 요량 감소, 에너지 대사 및 수분 대사 곤련 호르몬 분비 변화, 심박수 증가, 호흡 촉진, 두통, 구토, 정신작업 능력의 저하 등이다.
3강
조건반사
개의 앞에 먹이를 갖다 놓으면 타액분비가 생기는데, 이는 반사작용이다. 보통 개는 소리만 들려주면 타액이 분비되지 않지만, 종을 울리는 소리 자극과 먹이를 연결시켜 두 가지 자극을 함께 주는 것을 되풀이하면 소리 자극만을 타액분비반사가 일어나게 된다.
이 경우 먹이는 자극이며 소리는 후천적으로 얻어진 행동양식으로 조건반사가 만들어진 것이다.
이와 같이 사람이나 동물이 어떤 자극에 의해 반응이나 행동을 보일 때 습관이나 학습에 의하여 만들어진 과거의 경험에 의해 조건반사작용이 일어나는데, 이러한 경우에는 대뇌피질이 관여한다
4강
거인증과 말단비대증
거인증과 말단 비대증은 주로 성장 호르몬을 분비하는 뇌하수체 전엽의 종양이 원인이 된다. 종양이 성장기 동안에 생기면 비정상적인 크기로 자라 키 250㎝이상인 거인증이 된다. 반면에 종양이 성장기 이후에 발생하면 키는 정상이나 신체의 어려 골격 중 손, 발, 머리등의 골격이 두드러지게 두꺼워지는 말단 비대증이 나타난다. 특히 턱이 확장되고, 심장같이 여러 내장 기관들도 커져 정상적 기능을 발휘하지 못하게 된다. 또한 당뇨병과 유사한 증상들을 초래할 수 있다. 거인증과 말단비대증의 치료법으로 보통 뇌하수체 종양을 제거하는 수술이 실시된다.
5강
당뇨병
췌장에서 인슐린의 분비가 부족하거나 말초조직에서 인슐린의 작용에 이상이 생기면 당뇨병이 유발된다.
당뇨병이란 혈당 조절에 이상이 생겨 공복 시 혈당이 126mg/dL이상이 되는 경우를 말한다. 혈당이 180mg/dL이상이면 신장의 포도당 재흡수 역치를 넘어서 소변으로 당이 배출된다. 당뇨병은 3다 증상인 다뇨·다음·다식 등의 증상과 함께 피로하기 쉽고 감염이나 각좀 질환에 대해 저항력이 감소되며, 신장·신경계·안구·심장순환계 등에서 여러 합병증을 일으킨다. 당뇨병은 부신피질에 이상이 생겨서 인슐린과 길항작용을 하는 호르몬들의 이상 분비에 의해서도 나타날 수 있다.
당뇨병의 치료에는 피하로 인슐린을 투여하거나 경구로 혈당강하제를 투여하는 약물요법과 함께 식사조절과 운동요법이 적용된다.
6강
변비constipation와 설사diarrhea
변비는 대장 내에 내용물이 정체되어 불소화 잔존내용물residue이 2~3일 이내 배출되지 않는 경우를 말하며, 크게 대장(결장)또는 직장의 기능 장애로 나눌 수 있다. 결장의 기능 장애로는 이완성 변비와 경련성 변비가 있다. 이완성 변비는 대장 벽의 긴장 저하와 운동부족으로 대장 내용물의 이송이 비정상적으로 지연되는 경우를 말한다. 경련성 변비는 횡행결장 이하의 결장 벽이 경련적으로 수축되어 대장 내용물의 통과가 어려운 경우를 말한다. 직장의 기능장애로 일어나는 직장성 변비는 직장의 내용물의 이송되어 직장 벽이 확장되어 변의를 느꼈을 때 이를 반복적으로 억제해 나중에 변의를 느끼지 못하게 된 상태이다. 따라서 직장 내 상당량의 분변이 축적되어 변비를 일으키는 경우를 말하며, 이를 습관성 변비라고도 한다.
설사라는 현상은 장관에서 음식물의 소화·흡수 과정에 어떤 장애가 일어나 장 내용물이 지나치게 빨리 통과함으로써 수분 흡수가 충분히 일어나지 않거나, 또는 장 점막으로부터 과잉의 액체 분비가 일어난 경우를 말한다. 결과적으로 수분 함량이 많은 액상 분변이 배출된다.
분비성인 경우는 소화관 벽의 염증이나 충혈에 의해서 소화관에서의 분비가 촉진된 것으로, 일반적으로 장염에 의한 설사를 말한다. 삼투성의 경우는 장내의 고삼투질 농도로 장관 벽에서 수분이 유출되어 장관 내에 수분이 저류되는데, 유당불내증에 의한 설사를 말한다.
소화관 운동 이상으로 일어나는 설사는 장관의 운동이 비정상적으로 항진 또는 감소되는 경우로, 그 원인은 ① 장내용물의 자극, ② 장관 벽의 기질적 변화, ③ 자율신경계의 불균형, ④ 자율신경계의 불균형, ④ 내분비 이상, ⑤ 장관 벽을 흐르는 혈액의 이상등을 들 수 있다.
7강
비타민 K와 혈액응고혈액응고인자 중에서 Ⅱ, Ⅶ, Ⅸ, Ⅹ인자는 간의 과립소포체에서 비타민 K의 도움을 받아 생성되므로 간기능이 저하되거나, 비타민K가 부족하게되면 응고시간이 길어진다
혈우병혈우병 A는 Ⅷ인자, 그리고 혈우병 B는 Ⅸ인자가 결핍된 선천정 유전적 질환이며 혈액응고 과정이 정상적으로 일어나지 못한다.
8강
에이즈
면역결핍AIDS의 원인 바이러스인 HIV는 1983년 프랑스에서 분리되었으며, 1985년에는 이 바이러스를 검출할 수 있는 혈청반응테스트가 개발되었다. HIV에 감염된 후 AIDS 진단이 내려지기까지는 평균 10년 이상이 걸린다.
이러한 장기간의 잠복기 중에 아무런 증상이 없을 수도 있으나 여전히 감염상태이므로 HIV 감염 환자는 점차 늘게 된다. HIV 감염 환자가 AIDS환자로 전화되는 빈도는 매년 약 5%이므로 AIDS 환자의 20배에 이르는 보균자가 있을 것으로 추산되고 있다.
우리나라에서도 최근 빠르게 감염자가 늘어나고 있어 후천성 면역결핍증에 관한 관심과 예방이 필요하다.
9강
부정맥
심장은 성인의 경우 1분에 60~70회 정도 규칙적으로 박동한다. 부정맥arrhythmia이란 심장이 지나치게 빠르거나 늦거나 혹은 맥박이 불규칙하게 뛰는 것을 말하는데, 심박동 수에 따라 빈맥성 부정맥과 서맥성 부정맥이 있다.
빈맥tachycardia은 출혈이나, 심장의 이상, 심각한 질병으로 인해 동방결절의 자동능이 높아진 상태이며, 심장이 1분에 90회 이상 비정상으로 빨리 뛰는 것을 말한다.
서맥bradycardia는 미주신경의 자극상태, 교감신경의 마비상태 및 심장 내 중추자극 이상 등에 의하여 일어나는데, 심장이 1분에 60회 이하로 비정상으로 느리게 뛰는 것을 말한다.
심실 세동ventricular fibrilation이란 심실 빈맥에서 발전된 상태이며 심장의 박동에서 심실의 각 부분이 무질서하게 불규칙적으로 수축하는 상태를 말한다.
심실 조동ventricular flutter이란 심실이 극히 빠른 속도로 흥분하는 부정맥이며, 심장이 통제되어 규칙적인 수축을 하지 못하기 때문에 심실로부터의 혈액 방출이 거의 없어 수분이상 계속되면 위험하다.
10강
천식
천식asthma은 흡기보다 호기가 어려운 호흡곤란증으로, 증상이 계속되면 점차 가슴이 커진다. 천식은 공기에 있는 외부물질 즉, 흡연이나 식물성 유해물질 등에 의해서 생긴 항체가 폐포에 가까이 있는 폐세포와 작용하여 과민성 물질인 히스타민histamin과 브라디키닌bradykinin을 생산하여 폐포 벽을 붓게 하고, 폐포 강에는 점성물질을 분비하여 폐포 연근육을 강직시키기 때문에 호흡깊이가 얕아지게 된다.
일산화탄소 가스중독 연탄가스 중 일산화탄소는 산소보다 적혈구와 친화력이 200배나 커서, 들이마시면 산소 부족이 되고 내호흡이 일어나지 않게 된다. 중독시 고산소 요법이 필요하다.
11강
이뇨제
요의 양이 증가되는 상태를 이뇨diuresis라고 하며, 이뇨를 촉진하는 물질을 이뇨제라 한다. 고혈압이나 신장질환자에게 이뇨제를 사용하여 수분, 염분, 또는 독성분의 배설을 증가시키도록 한다. 물과 술이나 카페인을 마시면 뇌의 시상하부에 직접 작용하여 항이뇨호르몬 분비를 억제시킴으로써 수분의 재흡수율이 감소되어 요의 양이 증가하게 된다.
이뇨제는 근위세뇨관에서 나트륨의 재흡수를 억제하여 여과액중 나트륨의 농도가 증가하면 삼투압이 상승된다. 따라서 물의 재흡수가 억제되어 많은 삼투질과 물이 요로 배설되어 요량이 증가하게 된다.
12강
#1. 2054년 미국 워싱턴. 영화 '마이너리티 리포트'의 배경인 이곳에는 범죄를 미리 예측하는 최첨단 치안 시스템, '프리크라임'이 설치돼 있다. 범죄 예측뿐 아니라 개인 식별 시스템도 훌륭하다. 시민들이 거리를 지날 때마다 전광판에 붙은 개인 식별 장치가 홍채 정보를 읽어서 신원을 판별하고, 간드러진 목소리로 이름을 부르며 물건을 사라고 유혹한다. 주민등록증이나 운전면허증 같은 신분증도 필요 없다. 필요한 것은 오로지 '눈'뿐이다. 문의 잠금장치도, 지하철 요금 지불도 모두 홍채를 읽는 것으로 간단히 해결된다.
#2. 지금으로부터 약 40년 후를 상상한 영화, '마이너리티 리포트'에 등장한 홍채 인식기술이 벌써부터 현실화되고 있다. 아파트 같은 건물 입구에 홍채 인식기가 설치되는 곳이 하나둘 늘고, 인도에서는 홍채 인식을 이용한 '전자주민등록증(UID, Unique ID)' 사업을 추진 중이다. 이 사업이 완료되는 2015년이 되면 인도 국민들은 눈 하나만으로 자신을 증명하게 된다는 이야기다.
이처럼 문서로 만들어진 신분증이 아니라 사람이 가진 신체적인 특징이나 행동적인 특성으로 개인을 식별하는 것을 생체 인식 기술, 즉 '바이오메트릭스(biometrics)'라고 한다. 이 기술은 사람 몸에 원래부터 있던 특징을 잡아내는 것이므로 잃어버릴 염려도 없고, 정보가 유출될 위험도 적어서 미래의 신분증으로 각광받는다.
우리가 쉽게 떠올릴 수 있는 생체 인식 수단은 '지문'이다. 우리나라 사람들은 오래전부터 만 17세가 되면 동사무소에 가서 지문을 찍고, 주민등록증을 발급받는 시스템을 사용해왔다. 문 잠금 장치나 현금 자동 입출금기, 증명서 자동 발급기에도 지문을 이용하는 경우가 많다. 사람마다 다르다는 손가락 무늬를 통해 개인을 식별하는 것이다.
그러나 지문은 심한 노동을 하면 지워지기도 하고, 땀이나 이물질이 묻으면 제대로 인식이 안 되는 단점이 있다. 그래서 차세대 생체 인식 방법으로 지문보다 홍채가 주목받는다.
홍채는 사람의 신체 부위 중에서 개인 간의 차이를 가장 잘 나타낸다고 알려져 있다. 빛을 조절하는 홍채의 무늬는 생후 6개월경부터 형성되기 시작해 2~3살이면 완전한 모양을 갖춘다. 이때 형성된 원형의 홍채 패턴은 사람마다 다르며 이후로 오랫동안 변하지 않는 특성을 가지고 있다.
홍채 인식은 사람의 홍채 패턴이 각각 다르다는 걸 이용한다. 홍채의 모양과 색깔, 망막 모세혈관의 형태 같은 홍채의 특성을 분석해 코드로 나타내고, 이를 영상신호로 바꿔 사람의 홍채와 비교하는 것이다. 홍채 인식 코드는 다음과 같은 과정을 통해 생성, 검색된다.
우선 사람이 일정한 거리에 서서 홍채 인식기 중앙 거울에 눈을 맞추면, 적외선 카메라가 줌렌즈로 초점을 조절한다. 홍채에 초점을 맞춘 카메라는 홍채를 촬영해 이미지로 만들고, 홍채 인식 알고리즘이 홍채의 패턴을 영역별로 분석해 개인 고유의 홍채 코드를 생성한다. 생성된 홍채 코드는 데이터베이스에 등록되고, 각종 홍채 인식 시스템에서 비교 검색 기준으로 활용된다.
안경이나 렌즈를 착용해도 홍채를 정확히 인식할 수 있으며, 인식 판에 직접 눈을 갖다 대지 않아도 홍채 인식은 가능하다. 먼 거리에서 특수 카메라로 홍채 사진을 찍어 기존 정보와 대조할 수 있기 때문이다. 또 특별한 동의(사인이나 손가락을 갖다 대는 것 등)가 없어도 한꺼번에 여러 사람들을 가려낼 수 있어 지문이나 다른 인증시스템보다 편리하게 사용할 수 있다.
홍채의 특징적인 패턴은 200여 가지나 된다. 30여 가지의 특징적인 패턴이 조화를 이루는 지문보다 훨씬 다양한 셈이다. 그만큼 복제하거나 정보를 유출하기가 힘들어 안전한 식별 시스템으로 손꼽힌다. 하지만 자칫 잘못 사용되면 개인의 사생활이 침범될 위험성도 있으므로 홍채 인식 시스템을 무조건 좋은 것으로 생각하는 것은 곤란한다.
발달된 모든 과학기술이 그렇듯 생체 인식 기술 역시 양날의 칼이다. 잘 사용하면 생활을 편리하고 여유롭게 만들 수 있지만, 잘못 사용하면 기술이 인간을 옭아매는 족쇄로 작용할 수도 있기 때문이다. 칼날의 어느 쪽을 사용할지는 그것을 사용하는 우리 자신에게 달려 있는 것이다.
<출처: KISTI의 과학의 향기, 제 1188 호>
13강
우주여행과 근질량 감소
14강
분만과 분만운동
분만은 진통과 함께 자궁이 열리고 복압에 의해서 태아가 자궁밖으로 만출되는 과정이다. 분만시 자궁이 열리는 것과 태아를 자궁 밖으로 만출하는 데 복압(힘)이 중요한 작용을 한다
분만을 위하여 호흡과 복압을 효율적으로 하는 힘주기를 연습하면 효과적으로 만출력을 발휘하게 된다. 분만운동은 호흡조절과 힘주기를 연습하여 쉽게 아기를 낳게 하기 위한 운동으로 순산하는데 도움이 된다.
15강
포만감 신호
식후에 공복감을 더 이상 느끼지 않도록 해서 다음 공복감이 올 때까지의 기간을 설정해 주는 신호를 포만감 신호saiety signal라고 한다. 포만감 신호로 작용하는 인자는 여러가지가 있다.
인슐린-의존성 포도당의 이용 속도가 시상하부의 특정 부위에서 감지된다. 이 속도는 음식을 섭취하는 동안에 증가하면서 포만감을 느끼게한다. 인슐린은 그 자체로도 포만감 신호로 작용하며, 콜레시스토키닌 등 소화기 호르몬도 포만감 신호의 역할을 한다. 또, 체온상승도 포만감 신호의 기능을 한다. 음식 섭취로 대사율이 증가해 체온이 약간 올라간 상태 또는 발열상태에서 식욕이 떨어지는 것은 이러한 때문이다. 이외에 소화관에 있는 신장 수용기stretch receptor와 화학수용기chemoreceptor가 음식물 섭취로 자극을 받아 신호를 중추에 보내면 포만감이 생긴다. 음식의 냄새나 맛 또는 질감과 스트레스도 음식섭취에 영향을 미치나 그 정도와 방향은 사람에 따라 다르다.