인간의 성장과 발생

수정과 태반형성

수정

남성생식세포와 여성생식세포는 수정이라는 과정을 통해 결합되기 전에 먼저 생식세포 발생 및 성숙의 단계를 거친다(→ 색인：임신). 여성의 질 속으로 배출된 정자는 자궁관에 배란되어 있는 2차난모세포에 접촉해 일련의 수정과정이 일어난다.

난자의 세포막 바깥쪽에는 젤라틴성의 투명대(zona pellucida)가 존재하며 정자는 히알루론산분해효소를 분비하여 이 투명대를 통과한 후 난자의 세포질 속으로 들어가는데, 일단 하나의 정자가 난자에 들어오면 난자의 세포막에 변화가 일어나 더 이상의 정자가 들어오지 못하게 된다. 난자 속으로 들어온 정자의 머리는 팽창하여 남성전핵을 형성하며 난자도 난자 성숙의 마지막 단계인 2차감수분열을 거쳐 여성전핵과 제2극체를 생성하게 된다.

이러한 2개의 전핵이 난자세포질의 중앙에서 합쳐짐으로써 수정되며 그 다음 과정인 유사분열을 준비하게 된다. 수정과정이 유전학적·생리학적으로 중요한 이유는 ① 남성염색체와 여성염색체의 결합, ② 성의 결정, ③ 새로운 개체 생성의 시작이라고 할 수 있는 접합자의 활성화 등이다.

분할과 포배형성

수정의 결과로 생긴 접합자(zygote)는 보통의 세포보다 상당히 크며 이 세포가 유사분열을 하여 세포증식이 이루어지는데 이 과정을 분할이라고 한다.

그리고 분할의 결과로 생긴 세포들을 할구(blastomere)라고 한다(그림참조). 접합자의 세포분할은 접합자가 난관의 위쪽에 있을 때 시작되며 주로 난관의 근육수축에 의해 아래쪽으로 이동하면서 자궁 속으로 들어가기 전 2일 정도 더 분열이 계속된다.

사람의 경우 접합자 및 할구가 유사분열을 하여 생긴 세포들의 크기와 구성성분이 같은 완전균등분할을 한다. 할구들은 처음 배란될 때 난자가 가지고 있던 투명대에 의해 둘러싸여 있는데 분할기간 동안 세포의 수는 증가하지만 전체 무게는 변하지 않는다. 연속적인 유사분열에 의해 접합자의 할구가 12~16개가 되었을 때를 상실배(morula)라고 하며, 배란 후 약 4일이 되면 12개의 할구로 된 상실배는 난관을 지나 자궁 속으로 들어간다. 할구가 30개쯤 되는 시기에는 안쪽에 투명한 액체로 채워진 포배강이 생기는데 이 시기의 배(胚)를 포배라고 한다.

포배의 안쪽에는 앞으로 태아가 될 속세포덩이(inner cell mass)가 있고 이것을 싸고 있는 바깥층의 세포는 태반을 형성할 영양막(trophoblast)이다. 포배가 자궁강 속에 머무르는 동안 투명대는 없어지고 배는 팽창하여 분할 초기의 접합자 크기의 2배 정도가 된다(지름 0.2㎜). 포배가 자궁에 착상될 무렵, 할구는 대개 수백 개 정도가 형성되어 있다.

착상과 태반형성

포배는 배란 후 6일쯤 되는 시기에 자궁세포층에 부착되는데 이 과정이 일어나기 전에 이미 자궁은 난소호르몬의 영향으로 포배를 받아들일 준비가 되어 있는 상태이다.

자궁세포층에 부착된 포배는 영양막에서 나오는 효소의 작용으로 자궁속막의 자궁상피조직과 세포결합조직을 뚫고들어가 자궁세포층 깊이 착상된다(그림참조). 이때 영양막은 많은 세포분열을 통해 상당수의 세포를 생성하는데 여기에는 세포막이 없다. 동일한 세포질 속에 여러 개의 세포핵이 존재하는 이른바 융합세포영양막(syncytial trophoblast)이 바깥층에 형성되고 안쪽에는 단일핵세포로 구성된 세포영양막이 생긴다.

이 2개의 영양막은 착상과정 중에 부딪치게 되는 자궁의 결합조직세포·모세혈관 등을 파괴하는데, 이것은 포배낭이 팽창되기 위해 필요한 영양분으로 사용되며 발생 3주 후반이 되면 이러한 침식성이 감소된다. 수정된 난자가 가끔 자궁에 도착하지 못하고 난관 등에서 착상을 하는 경우도 있는데 이것을 자궁외임신이라고 한다. 포배의 내벽을 둘러싸고 있는 결합조직과 영양막을 합하여 융모막이라 하며 여기에 혈관이 발달하게 된다.

발생 4주가 되면 융모막이 가장 깊이 파묻혀 있는 곳에서 융모막판이 생성되며 이 판으로부터 여러 갈래의 융모막 가지가 나온다. 이들 중 첨단에 있는 가지는 모체조직에 부착되어 태아를 지지해주는 역할을 한다(태반). 자궁의 동맥은 융모사이공간으로 통해 있어 융모가지에 영양물질을 제공하고 다시 정맥으로 연결된다.

태아의 동맥혈액은 탯줄의 혈관을 통해 융모막판으로 연결되어 모체혈관으로부터 확산되어 나온 영양물질·산소 등을 흡수한 후 다시 태아정맥을 통해 되돌아간다. 따라서 융모막을 지나는 태아의 혈관과 모체의 혈관은 완전히 분리되어 있으며 이것은 모체에서 유래될 수 있는 세균과 같은 해로운 물질을 차단시켜 태아를 보호하는 역할을 한다.

배

바깥쪽의 막 포배를 둘러싸고 있는 막은 융모막이 되고 자궁에 깊숙이 파묻힌 포배의 일부는 태반이 된다.

포배의 속세포덩이로부터 생성되나 배가 되지 않는 막으로 난황주머니·양막·요막·탯줄 등이 있다. 주머니포배의 속세포덩이에서 분리된 세포들이 원시난황주머니로 된다(그림참조). 난황주머니의 윗부분은 관으로 된 내장기관이 되고 나머지는 관성난황주머니로 된 후 발생 2개월쯤에 장(腸)으로부터 완전히 분리된다.

포배의 제일 바깥층 세포와 나머지 안쪽 부분 사이에 틈이 생겨(그림참조), 위쪽 부분은 양막이 되고 아래쪽 부분은 배반(embryonic disk)이 된다. 양막은 발생이 진행됨에 따라 융모막주머니를 채우는 비혈관성 투명막이 되고 임신 3개월쯤부터는 자궁세포층과 결합하게 된다. 이로써 자궁에 남아 있는 유일한 강은 액체로 가득 차 있는 양막주머니뿐이다.

양막주머니에 들어 있는 투명한 액체는 태아의 기관형성을 원활하게 하며 외부로부터의 충격을 완화시켜주는 역할도 한다. 탯줄은 양막의 가장자리에 부착되어 있다. 내배엽성 관인 요막은 초기 난황주머니로부터 생성되며 임신 2개월이 지나면 성장이 중단되고 곧 없어진다.

탯줄은 태아를 태반에 연결시켜주는 구조물로서 태아에게는 생명선과 같은 것이다. 성숙한 탯줄의 지름은 1.3cm, 길이는 50cm 정도이다.

배엽과 배의 형성

배엽의 형성

배자모체라고도 하는 속세포덩이는 포배기를 지나면서 편평해지며 낭배기로 진행된다(→ 낭배형성). 배엽은 낭배기에 형성되는데 포배의 강(腔) 쪽에 위치한 세포는 내배엽이 되고, 바깥포배판이라고 하는 나머지 두꺼운 세포층은 외배엽이 된다(그림참조). 낭배형성의 2차시기에 바깥포배판에 있는 일부의 세포가 중간지점에서 함입된 후 바깥포배판과 내배엽 사이에서 좌우 및 전후로 이동하여 중배엽이 형성된다(그림참조). 중배엽성 세포의 이동으로 함입된 바깥포배판에는 원조(primitive streak)가 생기며, 그 끝에는 두꺼운 매듭으로 된 원시결절이 나타나고 이것이 앞쪽으로 더 이동하여 척색이 형성된다(그림참조)

성장과 분화

세포분열이 크기가 증가하는 기본 조건이기는 하나 세포분열만으로 배가 성장할 수 없다.

음식물 섭취를 통한 새로운 생명물질의 합성, 수분의 흡수, 세포사이물질의 축적 등이 함께 일어남으로써 생명체는 성장하게 된다. 성장은 모든 부위에서 동시에, 일정한 속도로 일어나지는 않으며 시간적·공간적으로 분리되어 각기 다른 속도로 일어난다. 개체가 발생하는 과정에서 구조적·화학적 복잡성이 증가하는 것이 분화(differentiation)이며 형태발생과 조직발생의 두 종류로 구분된다.

형태발생을 유도하는 것으로는 세포의 이동, 세포의 집단화, 국소적 성장, 성장의 지연과 융합·분리·접힘 등이 있다. 조직발생이란 세포 내에 존재하는 물질이나 세포의 구조에서 일어나는 점진적인 변화를 말하는데, 최종적으로 구조나 기능면에서 상이한 여러 종류의 조직들을 생성하게 되는 과정이다.

배의 외형형성

배란 후 2주 말기에 배부분은 바깥포배판과 내배엽으로 된 배반이 되며 곧이어 바깥포배판의 세포이동으로 중배엽이 형성되면서 바깥포배판은 외배엽이 된다.

3주 초기에 배반은 둥근 배 모양이 되고 꼬리 쪽의 가운뎃부분에서 좁은 원조가 생기면서 낭배형성 기간이 끝난다. 3주 중기에는 원조의 머리끝에 위치한 원시결절로부터 척색이 형성되며 이것은 배의 앞쪽으로 이어진다. 3주 말기에는 배반이 길쭉한 형태가 되고 원조의 앞쪽에서 성장이 보다 왕성하게 일어난다. 중심에서 신경고랑(neural groove)이 형성되고 그 아래에서 중배엽성의 머리는 잠시 척추의 역할을 하는 척색 쪽으로 휘어진다.

신경고랑의 양쪽에서 신경습(neural fold)이 형성되며 중간지점에서 양쪽의 신경습이 결합됨으로써 신경관이 된다. 척색을 따라서 길게 위치한 중배엽은 짝을 이루면서 분리되어 체절(somite)을 형성하게 되며 근육·척추는 나중에 이 부분으로부터 생성된다. 임신 4주째의 배에는 가장 뚜렷한 변화가 있어 몸의 전체 윤곽이 드러난다.

초기 배의 머리는 원시결절의 앞쪽에 위치한 배반으로부터 생성되나 원조는 배가 성장함에 따라 뒤쪽으로 후퇴하고 대신 척색이나 신경관이 첨가되고 이어서 몸 분절이 생겨난다. 이 시기에 42개의 몸분절이 모두 생성되며 몸분절의 숫자는 발생의 정도를 측정하는 기준이 된다. 꼬리 쪽보다도 머리 쪽이 성장속도가 빠른 것이 특징인데 이것은 태아발생의 전기간에 걸쳐 나타나는 공통된 것이다.

따라서 신생아는 비교적 큰 머리와 긴 팔을 가지게 된다. 4주 초기까지는 머리 쪽과 꼬리 쪽의 신경관은 아직 열려 있으며, 머리 쪽의 신경습은 비교적 넓은데 이 부위는 뇌가 될 부분이다. 태반을 통한 혈액순환을 위해 머리 쪽 신경습의 바로 밑에서 심장융기가 생성된다. 4주 중기·후기에는 등쪽에서 급격한 성장이 일어나 배가 구부러지고 C자 모양이 된다.

머리·몸통·꼬리 부분이 확실히 구분되며 머리부분에서는 전뇌·중뇌·능뇌도 뚜렷하게 나타난다. 전뇌는 눈술잔(optic cup), 후뇌는 내이(內耳)가 될 귀소포(otic vesicle)가 생성되며 심장융기와 간융기는 더욱 뚜렷해지고 턱·목이 될 부위에서는 어류의 아가미궁에 해당하는 아가미 모양의 궁이 생성된다. 5주된 배의 길이는 8㎜, 6주가 된 것은 13㎜ 정도이다.

이 시기에는 구부러진 머리의 끝에서 후각오목(olfactory pit)이 나타나며 복부의 아래쪽에 있는 탯줄이 뚜렷히 관찰된다. 사지싹은 길어지면서 손원시판·발원시판이 나타나는데 상지가 하지보다 빨리 성장한다. 2개월 후반부터는 다른 포유류의 배와 사람의 배는 특징적으로 다르게 발달하며 2개월이 지나면서부터, 즉 배의 크기가 30㎜가 되었을 때부터는 배기(胚期)라는 용어 대신 태아기(胎兒期)라는 용어가 더 적절하다.

7~8주에는 태아의 머리는 점점 더 바로 세워지며 곡선으로 되었던 몸통도 더 일직선의 형태로 된다. 배의 1/5 정도였던 꼬리부분은 퇴화하거나 빨리 성장하는 엉덩이부분에 의해 가려져 눈에 거의 띄지 않게 된다. 눈·코·턱이 분명한 모습을 드러냄으로써 사람의 얼굴 형태를 띠게 된다. 사지에서는 관절이 나타나고 손가락·발가락이 손원시판·발원시판으로부터 분화된다. 원시바깥생식기관이 나타나지만 아직까지는 성(性)의 구분이 되지 않는다. 3개월이 되면 다른 부분에 비해 머리가 지나치게 크기는 해도 거의 사람의 모습을 갖추게 된다.

손톱·발톱이 생성되며 장차 뼈가 될 모든 부위에서 골화중심이 나타난다. 바깥생식기가 더욱 발달되어 성별의 구분이 가능하다. 4개월이 되면 다른 태아와의 구분이 가능할 정도로 독특한 얼굴 모습이 나타나며 얼굴은 넓어지나 눈 사이의 간격은 그다지 넓지 않다. 복부에서 아래로 처져 있던 탯줄은 복부의 위쪽에 부착되게 된다. 5개월째는 배냇솜털과 약간의 머리털이 생기며 산모는 태동을 느끼게 된다. 6개월째는 눈썹·속눈썹이 나오며 몸 전체가 가늘어지고 피부가 쭈글쭈글해진다.

이러한 피부주름은 9개월째가 되면 사라진다. 7개월된 태아는 바싹 마른 노인의 모습과 유사하며 붉고 주름진 피부에는 태아기름막이 생성된다. 8개월째는 피하지방이 축적되고 고환이 음낭으로 들어가기 시작한다. 9개월째의 태아는 피부에서 붉은색이 사라지고 몸통과 사지는 보다 둥글게 된다. 출산이 가까워지면 비록 머리가 여전히 크고 상지가 하지보다 길지만 전체적으로 통통하고 균형잡힌 몸매를 가진다.

배냇솜털은 사라지고 탯줄은 복부의 중앙에 위치한다. 남아의 고환은 음낭 속에 있고, 떨어져 있던 여성의 바깥생식기의 대음순이 서로 붙게 된다. 출산은 마지막 월경일로부터 280일 또는 수정일로부터 약 266일째(38주)에 일어나며, 27주 이내에 태어난 조숙아는 생존하기 힘드나 30주가 지나 출생하면 보통 생명에는 지장이 없다(→ 임신).

비정상적 발생

다자출산

이란성쌍생아는 1번에 여러 개의 난자가 배란되어 여러 개의 정자와 수정이 일어남으로써 생긴다. 각각의 난자는 서로 다른 난포 속에서 성숙하여 각각 다른 정자와 수정하며 또한 서로 다른 태반 속에서 자란다. 때때로 양쪽의 포배가 서로 가까운 위치에 착상하여 태반이 서로 결합되기도 하나 양쪽의 혈액이 섞이는 일은 없다.

따라서 이란성쌍생아는 성별이 다르거나 얼굴의 모습이 다를 수 있다. 그러나 일란성쌍생아는 하나의 난자가 수정이 된 1개의 수정란에서 생겨나 동일한 성염색체를 갖기 때문에 성별이 같고 육체적·기능적·정신적 특성까지도 비슷하다. 일란성쌍생아의 3/4은 동일한 융모막주머니와 태반에서 발생하며 1/4은 각기 다른 곳에서 발생하는데 이것은 착상 전의 분할세포들이 2개의 군으로 분리되어 각기 따로 착상을 하기 때문이다.

태아이상

사람의 태아는 질병에 걸리거나 비정상적인 발생 또는 성장을 하기 쉽다. 수정된 접합자의 반 정도는 출생하지 못하고 유산되는데 주로 임신 초기, 즉 2~3주 사이에 일어나기 때문에 모르고 지나가는 경우가 많다. 태아의 발달장애는 임산부가 임신 여부를 확실히 알지 못하는 시기인 처음 7주 안에 일어난다.

그러나 심각한 발달장애가 생겼을 경우에는 대부분 출생 전에 유산되므로 일단 태어난 아이의 기형(崎形) 정도는 그다지 심각하지 않은 편이다(→ 선천적 장애).

태아의 기형

신생아 14명 중 1명 정도가 기형으로 태어나며 그중 반 이상은 한 종류 이상의 기형을 나타내는 것으로 알려져 있다. 신체 외부로 드러난 기형보다도 신체 내부의 기형이 더 많으며 소아기가 되어서 나타나는 결함도 있다. 위(胃)와 소장 사이의 구멍이 좁아지는 유문협착 같은 기형은 남아(男兒)에게서 주로 나타나며 고관절탈구는 여아에게 주로 나타나는 등 성별에 따라 기형의 발생빈도가 달라지는 경우도 있다.

단백질·탄수화물·지방·색소의 대사과정에 관여하는 효소의 결핍으로 중간대사과정이 차단되어 생기는 선천성대사결함도 기형의 원인이 된다. 그러나 기형의 가장 큰 요인은 유전인자에 의한 것이며 환경적인 요인으로서 가장 심각한 것은 방사성물질이다.

인간의 외배엽성 기관

외피계

피부의 바깥층인 표피는 외배엽성이다.

초기에 단층으로 된 상피세포는 세포분열을 통해 여러 층으로 되며 가장 바깥층은 각질층으로 분화된다. 특히 손바닥과 발바닥의 표피는 다른 어느 부위보다 두껍고 분화되어 있으며 색소과립은 기저층에서 나타나기 시작한다. 표피의 바로 아래층인 진피는 중배엽성이며 임신 후반기에 진피와 표피의 결합이 일어나는데 이때 피부가 쭈글쭈글해진다. 손톱·발톱은 손가락·발가락 끝에 있는 주머니 모양의 피부주름에서 생성되는데 임신 5개월에 세포분열하는 외배엽세포로부터 각질이 분화됨으로써 손톱판·발톱판이 된다.

포유류에서는 임신 3개월에 배냇솜털이 형성되어 5개월째에 가장 많아졌다가 출생 전에 대부분 없어진다.

입과 항문

입은 원시코융기·상악융기·하악융기 사이에 위치한 구강오목(stomodaeum)으로부터 분화된 것이다.

구강오목의 바닥에는 내배엽과 외배엽이 합쳐지는 얇은 막이 있으며 임신 4주 중반이 되면 이 막이 터져 원시외배엽성 입과 내배엽성 인두가 된다. 이[齒牙]의 에나멜질은 외배엽, 상아질과 시멘트질은 중배엽에서 발생한다. 침샘은 외배엽으로부터 분화된 것이며, 구강오목의 외배엽성 천장에서 작은 주머니가 떨어져나와 뇌하수체전엽이 된다.

내배엽성의 후장관은 2개의 층으로 된 막에 의해 장차 항문관과 항문이 될 항문오목으로부터 분리되어 있는데 8주에 이 막이 터지면서 항문과 직장이 서로 통하게 된다.

중추신경계

뇌와 척수는 배반의 중앙에 위치한 외배엽이 길게 두꺼워진 부분에서 생겨난다.

신경판의 양쪽은 위로 융기해 신경습을 형성하고 그 아래는 신경고랑이 생기며 발생이 더 진행되면 신경습이 결합해서 신경관이 된다. 5주째에 신경관은 3개의 동심원층을 이루게 되는데 가장 안쪽층은 지지역할을 하는 뇌실막층이고 중간층은 신경세포로된 층으로 회백질(gray matter)이 되며 바깥층은 신경섬유로 된 층으로서 백질(white matter)이 된다.

신경관은 등부분과 배부분으로 구분되며 등부분은 감각기능, 배부분은 운동기능을 담당하게 된다. 신경관의 머리부분에서 왕성한 세포분열이 연속적으로 일어나 전뇌·중뇌·능뇌로 되며 전뇌는 다시 종뇌와 간뇌로 분리된다. 신경관의 척수부분은 척주의 끝으로 갈수록 점점 가늘어졌다가 4개월이 되면 신경얼기(nervous plexus)가 사지로 이어지는 부위에서 두꺼워지는데 이 부위를 각각 경수팽대와 요수천수팽대라 한다. 이때부터 척주는 척수보다 빨리 길어지며 그결과 척수의 꼬리부분은 가는 비신경성 조직인 종말끈이 된다.

뇌와 척수는 경질막·연질막·거미막으로 덮여 있으며 이들은 주위의 중배엽에서 기원한다.

말초신경계

일반적으로 뇌척수신경은 감각신경세포 및 그 신경섬유를 포함하고 있는 배근(dorsal root)과 운동신경섬유를 포함하고 있는 복근(ventral root)으로 이루어져 있다.

신경절은 신경습과 외배엽이 연결된 부분에서 분리된 신경능선(neural crest) 세포가 분화된 것으로 중배엽의 체절과 일치되는 덩어리로 나누어진다. 원시신경절에 있는 신경모세포에서 나온 하나의 신경돌기는 등쪽으로 성장하여 신경관의 등쪽부분에 연결되고 다른 신경돌기는 배쪽으로 성장한다. 운동신경세포의 신경모세포는 신경관회백질의 배쪽부분에서 수많은 수상돌기와 하나의 긴 축색을 낸다.

5주째에 운동신경세포의 축색과 감각신경세포의 축색이 결합해 신경몸통을 형성한다. 척수신경은 배근과 전근이 모두 있는 감각운동신경이며, 상지와 연관된 팔신경얼기와 하지와 연관된 요수천수신경얼기가 생성된다. 척주는 척수보다 빨리 길어지기 때문에 척수로부터 나온 신경뿌리는 척수 끝의 아래로 처지는데 이것을 말총(cauda equina)이라고 한다. 3차신경·안면신경·설인신경·미주신경은 아가미활으로부터 생성되고, 세포체가 후각상피에 있는 후각신경은 신경섬유를 뇌에 연결하고 있다.

동안신경·도르래신경·눈신경·외향신경·설하신경은 척수의 복근에 해당하는 운동만 담당하는 운동신경이다.

자율신경계

자율신경계는 교감신경과 부교감신경으로 되어 있으며 혈관수축과 같은 자율적 작용을 조절한다.

신경능선에 있는 일부 세포들은 대동맥을 따라서 분절된 신경세포덩이가 된다. 이 세포들 가운데 일부는 원심성의 다극신경절세포가 되며 나머지는 신경절세포를 둘러싼다.

감각기관

머리 끝의 외배엽이 두꺼워진 부분은 쌍으로 되어 있으며 안쪽으로 주름을 이루어 후각오목을 형성한다.

후각오목은 팽창하여 후각주머니가 되고 일부 상피세포는 지지기능을 하며 나머지는 방추형 모양의 후각세포가 된다. 각 후각세포의 한쪽 끝에는 상피세포의 바깥쪽까지 후각섬모가 나 있고 다른 끝에는 신경섬유가 발달하여 뇌와 연결된다(후각). 대부분의 미뢰는 혀에서 생성되며 각각은 키가 큰 세포덩이로서 일부는 분화하여 미각세포가 되고 나머지는 지지세포가 된다(미각). 전뇌의 양측에서 팽창되어 나오는 눈소포가 최초의 눈형성 기관으로 눈술잔이 되고 눈술잔은 가느다란 눈소포다리(optic stalk)에 의해 뇌와 연결된다.

눈술잔의 대부분은 망막이 되지만 가장자리는 홍채와 섬모체의 상피가 된다. 눈술잔의 두꺼운 속층은 망막의 신경층이 되는데 6개월째에 3개의 세포, 즉 원추세포와 간상세포로 된 시각세포와 중간에 위치한 쌍극세포, 그리고 눈소포다리에 의해 뇌로 연결된 신경절세포가 생성된다(안구). 눈술잔의 얇은 바깥층은 단순상피로 나중에 망막의 색소층이 된다.

수정체는 눈술잔에 인접한 외배엽이 두꺼워지면서 안쪽으로 들어가 수정체소포를 형성함으로써 생성된다. 외이(外耳)의 귓바퀴는 첫째·둘째 아가미활에 있는 둔덕으로부터 생성되며 두 아가미활 사이에 있는 고랑이 깊어지면서 외이관이 된다. 중이관과 고실은 첫째·둘째 아가미활 사이에 위치한 내배엽성의 작은 주머니가 확장된 것이다(청각).

인간의 중배엽성 기관

골격계

두개골을 제외한 대부분의 뼈는 막성뼈발생·연골성뼈발생·골성뼈발생의 세 단계를 거치게 된다.

짝을 이루고 있는 체절의 배쪽내측벽의 세포들은 축색 쪽으로 이동하여 축색을 둘러싸며 이 세포들이 분화·성장하여 척추뼈를 생성한다. 두개골은 기원에 따라 세 부분으로 나눌 수 있다. 기저부분은 뼈발생의 3단계를 모두 거치며, 측면이나 천장의 뼈는 막성뼈 발생과정을 거치고, 턱뼈는 연골성 아가미활의 첫번째 쌍에서 생긴 것이지만 막성뼈로 성장한다.

근육계

체절의 대부분은 근모세포로 분화하여 수의근 섬유가 된다.

이러한 근섬유가 모여서 몸통·목의 근육이 된다. 머리의 근육과 목의 일부 근육은 아가미활의 중배엽으로부터 생성된다. 사지근육은 중배엽에서 생성되는 것으로 알려져 있다. 모든 수의근은 가로무늬가 있으며 10주가 지나면서부터 저절로 운동을 하게 된다. 불수의근은 각 기관을 둘러싸고 있는 중배엽이 분화된 것으로 심장근을 제외하고는 모두가 민무늬근이다.

심장혈관계

심장이 머리 쪽을 향한 부분에 있는 동맥은 대동맥궁으로부터 생성된 것으로 배쪽대동맥과 짝을 이루고 있는 등쪽대동맥을 이어준다.

셋째대동맥궁은 총목동맥이 되며 넷째대동맥궁은 완성대동맥궁과 팔머리대동맥줄기가 된다. 그리고 다섯째대동맥궁은 폐동맥과 동맥관이 된다. 2개의 등쪽대동맥은 합쳐져 하나의 내림대동맥이 되는데 여기에서 3쌍의 마디동맥이 생성된다. 즉 쇄골밑동맥·늑골사이동맥·허리동맥이 등쪽에서, 횡격막동맥·부신동맥·신장동맥·성샘동맥이 외측에서, 그리고 배쪽에서는 복강동맥·장간막동맥·배꼽동맥이 생성된다.

원시정맥은 좌우대칭을 이루고 있으며 난황주머니에서 나온 난황정맥, 태반의 배꼽정맥, 머리부분과 꼬리부분의 앞기본정맥과 뒤기본정맥 등으로 이루어져 있다. 난황정맥에서는 문맥과 간정맥, 왼쪽배꼽정맥에서는 태반-간-심장으로 연결되는 정맥관이 형성되며, 앞기본정맥은 속목정맥으로 되어 상대정맥으로 연결된다.

3주째에 심장은 일직선의 관 모양으로 되고 박동을 시작한다. 머리 쪽에서부터 심장팽대·심실·심방·정맥동 등이 구분되며 빠른 성장을 하여 심장은 1개의 방에서 4개의 방으로 변형된다. 심방은 불완전한 중격에 의해 나누어지나, 심실은 완전한 심실사이중격에 의해 분할된다.

심방 사이의 불완전한 중격은 출생시에 결합되어 두 심방 사이에서의 혈액순환을 차단한다.

비뇨생식계

신장은 전신장·중간신장·후신장이라는 세 단계의 발생과정을 통해 형성되는데, 이것은 모두 체절과 체강을 둘러싸고 있는 중배엽판을 연결해주는 신장분절로부터 생성된다.

성샘은 장간막을 따라 배열된 1쌍의 생식기융기에서 유래된다. 원시성세포는 배설강의 벽에서 처음으로 나타나며 장과 장간막을 따라 위로 이동하여 생식기융기로 들어가서 세포증식을 한다. 난소에 비해 고환이 빨리 분화하며 고환은 아래로 이동하여 음낭 속에 위치한다.

인간의 내배엽성 기관

인두

혀는 4개의 아가미활로부터 생성된다. 인두주머니는 아가미활 사이에 위치한 내배엽이 외측으로 확장된 것으로 첫째쌍은 고실, 둘째쌍은 편도, 셋째쌍은 가슴샘, 그리고 셋째쌍과 넷째쌍은 부갑상샘을 형성한다. 갑상샘은 인두의 바닥에서 생성된다.

소화관

배가 구부러지면 내배엽이 안쪽으로 말려 들어가면서 앞장관과 뒷장관이 형성되며, 바로 중간장관이 생성된다. 식도는 단순한 일직선의 관으로 남아 있으나 위는 등쪽에서 빠른 성장을 하여 90° 회전을 함으로써 등쪽 부분이 왼쪽에, 배쪽 부분이 오른쪽에 위치한다. 장은 몸통보다 더 빠른 성장을 하여 고리를 형성하게 되며 나중에 소장과 대장으로 분화한다.

앞장관의 배쪽 부분이 과대증식하여 초기의 가로중격을 침입함으로써 간이 생성된다. 초기 간싹의 줄기는 총담관이 되며, 2차 과대증식이 일어나면 담낭관과 담낭이 생성된다. 췌장은 앞장관으로부터 나온 큰 등쪽싹과 작은 배쪽싹에서 발생한다.

호흡계

호흡계의 처음 부분은 외배엽에서 발생한다. 후각주머니는 원시구강오목과 연결되어 있으며, 이것은 구개에 의해 닫혀짐으로써 콧구멍에서부터 인두의 뒤까지 코의 통로를 형성한다. 폐싹은 인두주머니의 끝쪽 가운데에 있는 내배엽성인두의 바닥에서부터 성장한다.

이것은 끝이 팽창된 관 모양으로, 관의 입구는 성문(glottis)과 이를 둘러싸는 후두로 성장하고, 관 자체는 기관으로, 팽창된 끝부분은 기관지와 폐로 발생한다.

인간의 성장

개요

인체의 조직과 부위는 각기 다른 성장속도로 자라며 어린이의 성장과 발육은 매우 복잡한 과정을 거친다.

사람의 성장양상과 성장속도

성장하는 어린이의 키 변화는 나이에 따라 성장하는 키와 단위시간에 증가하는 키, 즉 성장속도라는 2가지 의미로 해석할 수 있다.

성장을 연속적인 운동으로 생각할 때 키는 운동한 거리가 되며 성장률은 속도가 된다. 어린이 키의 성장 정도보다는 성장속도가 어린이의 현재 상태를 잘 나타낸다. 따라서 나이가 들어감에 따라 변화가 생기는 혈액이나 조직의 농도는 키의 증가를 보여주는 거리곡선보다는 성장속도와 더 밀접한 연관이 있다. 일반적으로 성장속도는 출생 후부터 감소하기 시작하다가 13~15세에 급격한 증가를 보이는데 이 시기를 청소년기급성장이라 한다(→ 색인：청년기). 특히 출생 이후 4~5세 때까지는 성장속도가 급격히 감속하며 그 이후로 청소년기의 급성장기까지는 일정한 성장속도를 유지하게 된다.

이러한 일반적인 성장속도곡선은 태어나기 전부터 시작되었다. 마지막 월경 후 4개월이 지났을 때의 태아가 최고의 성장속도를 보이며 34~36주 동안 성장속도가 감소하는 것은 태아와 태반 사이의 공간이 좁아지기 때문인 것으로 알려져 있다. 일단 태어나면 이러한 공간적인 제약으로부터 벗어나게 되므로 출생 직후에는 얼마동안 성장속도가 증가하게 된다.

일반적으로 출생시 몸무게가 많이 나가는 아이는 느리게 성장하며 적게 나가는 아이는 빨리 자란다. 따라서 출생시의 크기와 성인이 되었을 때의 크기와는 연관성이 없으나 2세가 되었을 때의 크기는 연관성이 있는 것으로 알려져 있다. 영양상태가 나쁜 모체에서 태어난 아이는 몸무게가 적은 경향이 있는데 이는 임신 마지막 2~4주 사이에 성장속도의 감소가 그 주요원인인 것으로 추측된다. 또한 어렸을 때 열악한 환경에서 자라서 충분히 성장하지 못한 산모가 낳은 아이는 정상아보다 몸무게가 적은 경향이 있다.

태아기의 성장속도가 빠른 이유는 주로 세포분열에 의한 것이다. 따라서 태아가 성장함에 따라 이러한 세포분열은 점점 감소하여 6개월 이후부터는 신경세포에서는 거의 세포분열이 일어나지 않고 근육세포는 아주 제한적인 세포분열만 한다(유사분열).

성장일지

청소년기까지는 여아의 키가 남아보다 약간 작지만 여아에게서 2년 정도 먼저 청소년기 급성장이 나타나므로 11세 이후에는 여아가 약간 더 크게 된다.

그러나 14세가 되면 남아에게 급성장이 시작되는 반면 여아의 급성장기는 끝날 때이므로 이때부터는 남아가 더 크게 된다. 비슷한 방식으로 출생시는 여아가 남아보다 몸무게가 약간 덜 나가고 8세쯤 되면 비슷하게 되었다가 9~10세부터 조금씩 더 무거워지기 시작하여 14.5세까지 지속된다. 골격과 근육, 그리고 간·비장·신장과 같은 내부기관들도 키의 성장속도와 비슷한 성장곡선을 보이나 편도의 림프조직과 뇌·두개골·생식기·장·피하지방 등은 예외이다.

내부생식기나 외부생식기는 사춘기 이전에는 완만한 성장을 하다가 사춘기에 이르러 급성장을 한다. 뇌·두개골·눈·귀 등은 인체의 어느 부분보다도 일찍 발달한다. 특히 뇌는 출생시 이미 성인 뇌 무게의 25％ 정도이며 5세가 되면 90％, 10세가 되었을 때는 95％가 된다. 따라서 뇌는 청소년기급성장에 거의 해당되지 않으며 머리의 길이가 약간 성장하는데 이것은 두개골이나 두피가 약간 두꺼워지기 때문이다. 얼굴 면적의 성장은 키 성장곡선과 비슷한 양상을 보이며 하악골은 청소년기급성장을 하여 길어지면서 앞으로 돌출하게 된다.

눈은 청소년기에 약간의 급성장을 보이는데 이것은 사춘기에 흔히 발생하는 근시의 원인이 되기도 한다. 즉 여아는 11~12세 사이, 남아는 13~14세 사이에 근시가 되는 빈도가 가장 높은데 아마도 눈이 수직방향보다는 수평방향으로의 성장이 더 많이 일어나기 때문이라고 본다. 림프 조직은 특이한 성장곡선을 보이는데 청소년기 이전에 최고의 성장을 보이다가 그 이후에는 성호르몬의 영향으로 성인의 수준으로 감소한다.

사춘기의 성장

사춘기가 되면 성장속도에 큰 변화가 일어난다.

몸의 크기가 급격히 커지고, 몸의 구성성분·형태가 변하고 생식소와 생식선이 빠르게 발육한다. 사춘기의 남아는 근육의 크기나 근력(筋力)이 크게 증가함과 동시에 일련의 생리적 변화가 일어나서 육체적 노동을 하는 데 여성보다 더 적합하게 된다. 청소년기 급성장에서의 성장속도는 기존의 성장속도보다 거의 2배에 이르며, 최고 성장속도로 성장해 남아는 1년에 10.5cm, 여아는 9.0cm 정도가 된다. 청소년기에는 모든 골격·근육에서 급성장이 일어나지만, 키는 하지의 길이보다는 몸통의 급성장에 의해서 일어난다.

신체 각 부분의 급성장은 일정한 규칙성을 가지고 일어나는데 다리 길이가 가장 먼저 최고 성장속도에 이르며 그 다음은 몸의 면적이다. 어깨의 면적은 마지막으로 최고 성장속도에 도달한다. 또한 가장 먼저 성인의 크기에 이르는 부분은 손·발·머리이다. 심장·사지 근육의 급성장은 골격의 급성장과 동시에 일어나는데 이것은 동일한 호르몬에 의해서 성장이 일어나기 때문이다. 근육크기는 여아보다 남아의 최고 성장속도가 더 빠르다.

그러나 여아가 급성장을 먼저 시작하므로 12.5~13.5세의 여아의 근육은 동일한 나이의 남아보다 더 크다. 사춘기 이전에는 남아와 여아의 근력이 서로 비슷하나 사춘기 이후에는 남성의 근육이 더 크고 근육의 단위무게당 힘도 더 커서 여성보다 훨씬 강한 근력을 지니게 된다. 남아의 사춘기 첫 징후는 고환·음낭이 급격하게 성장하고 음낭피부에 주름이 생기며 약간 붉은색을 띠게 되는 것이다.

치모의 성장은 고환의 성장과 동시에 일어나거나 약간 늦게 일어난다. 키의 급속한 성장과 음경의 성장은 고환의 성장 후 약 1년 뒤에 일어나며 이와 동시에 전립선·정낭·요도망울샘의 성장이 일어나게 된다. 첫번째 사정이 일어나는 시기는 어느 정도 생물학적인 요소와 문화적인 영향에 의해 결정되나 대체로 음경의 급격한 성장이 일어난 지 1년쯤 뒤가 된다.

겨드랑이털은 치모의 성장이 시작된 지 2년 후에 생성되나 개인차이가 심해서 겨드랑이털이 먼저 나는 경우도 있다. 남자의 턱수염은 겨드랑이털이 나타나는 시기와 비슷한 때에 나타나기 시작하며, 그 이외의 털은 겨드랑이털의 생성시기부터 시작하여 사춘기 이후까지도 계속 생긴다.

변성은 청소년기 후반에 일어나는데, 남성호르몬인 테스토스테론이 후두연골에 작용하여 후두를 확장시켜 음의 고저를 변화시킨다. 변성에는 어린이의 목소리와 성인 남녀의 목소리를 구별짓는 음질의 변화도 수반되는데 이것은 입·코·상악이 급격히 성장해서 소리를 공명시키는 공간을 증가시키기 때문이다. 사춘기에는 피부, 특히 생식기부위·항문주위·겨드랑이에서 기름샘과 땀샘이 급격히 발달하여 독특한 냄새를 발산하는데 여성보다 남성이 더욱 심하다.

코뿌리에 있는 구멍의 확대와 여드름의 생성은 테스토스테론에 의한 것이므로 일반적으로 여성보다는 남성에게 많이 나타난다. 사춘기 전에는 남녀에게 별로 차이가 없던 젖무리가 여성에게서 급격히 성장하게 되며 남성도 어느 정도 성장한다. 비록 음모 생성이 유방이 커지는 것보다 약간 먼저 일어나기는 하지만 여아는 유방의 확대가 사춘기의 첫 징후이다.

자궁과 질도 유방과 함께 성장하며 소음순·대음순·음핵도 커진다. 초경은 일련의 성장과정에서 비교적 늦게 일어나는 현상으로, 자궁 발육이 어느 정도 성숙한 시기에 이르렀음을 나타내지만 완전한 생식기능을 갖춘 것은 아니다. 초기의 월경주기는 불규칙적이며 일부는 불편감이 수반되기도 한다.

흔히 초경 후 얼마동안은 배란을 하지 않는 경우가 있는데 이것을 청소년기불임현상이라고 하며 대개 초경 후 12~18개월 지속된다. 사춘기의 여러 단계를 거치는 데 있어서 사람에 따라 그 속도의 차이가 심하다. 예를 들면 극단적인 경우로, 키의 최고 성장속도가 2년 전에 일어났고 음모나 유방의 크기는 어른과 동일하며 건강하지만 초경을 하지 않은 소녀가 있는가 하면, 2년 만에 사춘기의 모든 과정을 마친 소녀도 있다.

즉 사춘기 시작에서 성숙이 끝날 때까지의 기간은 18개월에서 6년까지로 매우 다양하다. 유방싹이 처음 나타나기 시작하여 초경이 일어나기까지 걸리는 기간은 평균 2.5년이나 짧은 경우는 6개월, 길면 5.5년이 걸리는 경우도 있다. 사춘기의 지속기간과 사춘기가 시작되는 시기의 빠른 정도와는 무관하며, 초경은 반드시 키의 최고 성장속도가 지나간 뒤에 일어난다. 남아에 있어서도 이와 비슷한 개인 차이가 있으며 키의 급성장은 여아보다 늦게 일어난다.

따라서 여아는 남아보다 최고 성장속도에 이르는 연령이 2년 정도 빠르며 음모가 나타나는 연령은 1년 정도 빠르다. 실제로 여아에게서 키의 급속한 성장은 사춘기의 첫 징후가 되나 남아에게는 이것이 적용되지 않는다. 생식기발육이 이제 막 시작된 남아는 곧 키의 급속한 성장이 시작되지만, 비슷한 또래의 여아는 이미 키의 급성장이 끝난 상태 이다(→ 색인：청년기).

호르몬과 인간의 성장

성장과 관련있는 주요 호르몬으로는 뇌하수체에서 생성되는 성장호르몬·생식선자극호르몬·갑상선호르몬·테스토스테론·에스트로겐 등이 있다.

성장호르몬은 분자량이 2만 1,600인 단백질로, 성인에게는 어떤 기능을 하는지 정확히 알려져 있지 않지만 소년기의 성장에 필수적이며 결핍되면 난쟁이가 된다. 태생기에도 이 호르몬이 존재하지만 성장에 필수적인 것은 아닌 것으로 알려져 있다.

특히 성장호르몬은 지방을 감소시키며 근육이나 내장기관에 단백질을 축적시키는 역할을 하며 결핍된 어린이는 키가 작고 뚱뚱한데, 이 호르몬을 주입시키면 지방이 소실되면서 급격한 성장이 일어난다(→ 뇌하수체호르몬).

목에 있는 갑상선에서 분비되는 갑상선호르몬은 정상적인 성장에 필수적이지만 이 호르몬만으로는 성장을 촉진시키지 못하고 다른 호르몬과 함께 작용함으로써 그 기능을 나타낸다. 그러나 갑상선호르몬이 없으면 세포, 특히 뇌세포가 정상적으로 자라지 못하고 제 기능을 하지 못한다.

고환의 간질세포에서 분비되는 테스토스테론은 사춘기뿐만 아니라 그 이전에도 매우 중요한 역할을 하는데 태아의 고환세포에서 분비되는 테스토스테론은 남성생식기의 발생에 관여하며 만약 이 시기에 테스토스테론이 분비되지 않으면 여성생식기로 발생하게 된다(→ 성호르몬).

테스토스테론은 사춘기 이전까지는 아주 적은 양이 분비되는데 사춘기가 되면 뇌하수체호르몬의 영향으로 분비가 급격히 증가되며 사춘기에 일어나는 대부분의 변화를 유도한다.

여성호르몬인 에스트로겐은 사춘기에 난소의 세포에서 처음으로 다량 분비되며 자궁·질·유방의 성장을 촉진하고 권골의 성장을 일으켜 여성의 엉덩이가 넓어지게 한다. 성장과 관련되어 뇌하수체에서 분비되는 호르몬으로서 여포자극호르몬(Follicle Stimulating Hormone/FSH)과 황체형성호르몬(Luteinizing Hormone/LH)이 있다.

FSH는 난소의 세포 성장과 고환의 정자생성세포의 성장을 촉진하며 LH는 남성에서 테스토스테론분비세포의 성장을 촉진하고 여성의 월경주기를 조절하는 역할을 한다.

FSH·LH의 분비는 뇌의 시상하부에서 분비되는 호르몬에 의해 조절된다. 사춘기에 일어나는 일련의 변화는 뇌, 특히 시상하부에서 시작된다. 따라서 사춘기가 시작되기 전에 시상하부가 먼저 성숙해야만 한다(→ 청년기, 생리학).

수명

수명의 측정

어떤 개체에 대한 최대수명은 지금까지 알려진 지식으로는 측정할 수 없는 이론적인 수치이다.

따라서 어느 종(種)의 최대수명이라는 것은 그 종에서 가장 오랫동안 생명을 유지한 개체로부터 얻은 대략적인 수치일 뿐이다. 보다 의미있는 측정방법으로는 각 종의 집단에서 사망일을 분석하여 얻은 평균수명이 있으며 이와 비슷한 것으로 사람에게 적용하기 위해 보험회사에서 사용하는 수명기대치가 있다(생명보험). 유성생식을 하는 생물에서 한 개체의 시작은 수정란이 형성되는 시기로 정의할 수 있으며, 무성생식을 하는 경우에는 새로운 개체를 생성하기 위해 물리적인 분리가 일어나는 시기로 규정할 수 있다(군체). 일반적으로 동물은 출생을 수명의 시작으로 간주한다.

한 유기체의 종말은 그 개체에게 회복불능의 변화가 일어나 더 이상 조직체를 유지할 수 없을 때를 말한다. 대략 죽음의 원인은 내부적 요인(노화 등)과 외부적 요인(사고 등)으로 구분할 수 있다.

식물

식물도 동물과 마찬가지로 노화되지만 식물의 나이에 관해서는 일반적으로 공인된 정의가 아직 없다.

나이테가 1,000개 있는 영국떡갈나무의 나이는 1,000살이라고 할 수 있지만 북극의 동굴에서 1만 년 동안이나 씨로 있다가 발아한 북극식물인 루피너스의 나이를 측정하기란 쉬운 일이 아니다. 또한 밤 사이에 생겨난 버섯의 포자는 3~4일 정도만 지속되나 흙 속에 있는 균사(菌絲)는 400년 정도가 된 것이다(균사체). 따라서 고등식물의 수명은 그 구조적인 차이점으로 인해 고등동물의 수명과 비교할 수 없다.

동물

대부분 동물의 수명은 실험실이나 동물원에서 사육된 동물에게서 측정한 것이다.

많은 어류나 조개류에서는 계절적인 성장이 일어나 마치 나무의 나이테처럼 성장대가 형성되어서 나이 추측이 가능하다. 그러나 동물은 이동하므로 자연상태에서의 수명을 측정하는 것은 매우 힘들며 알려진 바도 별로 없다. 외부의 작용에 대한 개체의 반응을 결정하는 유전자계에 환경이라고 하는 수많은 인자가 작용함으로써 수명이 조절된다. 죽음에 이르게 할 수 있는 모든 환경적인 요소를 열거할 수는 없지만 분석을 목적으로 다음의 3가지 형태로 분류할 수는 있다. ① 어느 순간에 개체를 죽일 수 있는 가능성을 가진 모든 사건들, ② 치명적이 될 수 있는 기후의 변화나 서식처의 변화, ③ 성장·생식·발생·노화 등과 같은 개체의 내부요인에 의한 점진적인 변화 등이 있다(생태계, 개체군).

사람

사람의 최고 수명이 유전물질에 설정되어 있을 수는 있지만 아직까지 정확하게 알려진 바는 없다.

사람의 수명에 대한 지식은 귀족이나 지주의 족보를 통한 연구로 많이 얻어졌다(족보학). 이러한 연구를 통해 알아낸 사실은 수명이 길었던 부모(70세 이상)의 자녀는 수명이 짧았던 부모(50세 이하)의 자녀보다 오래 살았다는 것이다. 미국의 한 생명통계학자는 90세가 넘은 365명의 노인의 가계 기록과 나이에 상관없이 선택한 143명의 가계 기록을 비교했다. 그는 부모·조부모·증조부모의 나이를 합친 총직계조상수명이라는 개념을 도입했는데 90세가 넘은 집단에서의 총직계조상수명이 임의로 선택한 대조군보다 훨씬 높았다.

또한 같은 연구에서 아버지의 사망연령이 50세 이하, 50~79세, 그리고 80세 이상인 경우에 그 아들의 출생시 수명기대치는 각각 47.0년, 50.5년, 57.2년이었으며 그 아들이 40세가 되었을 때의 잔여수명기대치는 각각 27.3년, 28.9년, 32.0년이었다. 이러한 연구결과는 장수한 사람의 경우 자신의 부모·조부모가, 단명한 사람의 부모·조부모보다 더 오래 살았다는 것을 나타낸다.

사람의 수명과 유전성에 관한 연구는 생명보험업 종사자들이 보험기록서를 분석함으로써 이루어졌는데 보험에 가입할 당시 부모가 모두 생존한 보험계약자는 부모가 모두 사망한 보험계약자보다 오래 살았던 것으로 나타났다. 이러한 연구결과들은 수명은 어느 정도 유전적 요인에 의해서 결정된다는 것을 보여주고 있다. 실제로 수명은 바람직하지 못한 환경적인 요인의 영향을 받게 되므로 예상수명보다는 짧으며, 인간의 최대수명을 예측할 수 있는 생물학적인 자료가 없으므로 최대수명의 예측치는 가장 장수한 사람의 실제 수명에서 얻을 수밖에 없다.

수명의 측정은 큰 모집단으로부터 얻은 표본에 의해 측정되며 미국에서 일반모집단의 사망연령을 도표화해본 결과, 최고의 사망률을 나타내는 2개의 최고점이 비대칭적으로 나타나는 양상을 보였다. 즉 사망률의 첫번째 최고점은 1세 미만이었으며 2번째 최고점은 75~80세에서 나타났다. 100세 이상 산 경우도 많았는데 대표적인 사람들로는 152세의 토머스 파, 169세의 헨리 젠킨스, 140세의 캐서린 등이 있다. 그러나 이들은 모두 정확한 기록에 의한 것이라기보다는 소문에 기초한 것이 대부분이다. 보다 정확한 기록을 남긴 경우로는 1626~1772년의 145년 동안 살았다는 드라켄버그가 있으나 역시 의심스러운 점이 있으며, 비교적 사실로 인정되고 있는 최장수기록은 1701년 7월 15일에 출생하여 1814년 11월 16일에 사망한 113년 124일을 생존했던 피에르 주버이다.

기록에 의하면 108세 이상을 장수한 8명 중 7명이 여성이며 이 8명 중 6명은 110세 이상 생존했던 것으로 알려져 있다. 과거에는 비위생적인 환경 요소의 영향으로 사람들의 평균여명(平均餘命)이 짧았으나 문명이 발달함에 따라 이러한 요소들이 억제되거나 제거되어 실제의 수명이 점점 기대수명치와 비슷해지고 있다. 18세기말에 북아메리카와 서유럽에서의 평균수명은 35~40세였으나 1970년에는 70세를 넘었으며 미래에는 현재까지 알려진 최장수기록인 114세를 넘을 수도 있을 것이다. 역사가 시작된 이래 사람의 수명이 계속적으로 증가했다던가 100세 이상되는 사람들의 사망률이 감소했다는 증거는 없다.

100세 이상 사는 사람들이 증가할 것이라는 기대는 최대수명이 계속해서 연장될 것이라는 예상에서 나온 것이 아니라 단지 100세 이하의 사람들의 사망률이 감소하고 있다는 사실로부터 유추된 것이다. 지난 2,000년 동안 사람의 평균수명이 20~25세에서 70세까지 꾸준히 증가했다는 사실은 사람이 최대수명까지도 살 수 있다는 가능성을 더 증가시켜준다.

노화

개요

노화란 시간의 경과에 따라 세포 기관 또는 개체에 나타나는 진행적인 변화를 말하며 생명체가 살아 있는 동안은 계속 진행된다고 할 수 있다.

생명체의 유한성에 관여하는 모든 요인들을 이해하고 조절하는 것이 노화과정을 연구하는 학문인 노인의학의 주요과제라 할 수 있다.

노화에 관한 생물학적 이론

노화의 다양한 양상을 설명하는 많은 이론이 있으나 어떤 이론도 노화의 모든 현상을 설명하지는 못하고 있다.

유전학적 이론은 눈의 색깔이 유전적으로 결정되듯이 세포 혹은 생명체도 수명을 결정하는 유전자에 의해 결정된다는 것이다. 비록 오래 사는 것이 가계적인 특성이라고 인정되고 있고 또한 선택적 교잡에 의해 쥐·생쥐·파리 등에서 수명이 짧은 개체가 생산될 수 있을지라도 유전적 요소 이외의 다른 인자가 노화의 기본적인 유전적 틀을 변화시킬 수 있다. 노화에 관한 또 다른 유전학적 이론은 효소와 같이 생명체에 중요한 단백질의 형성과정이 잘못되어 세포를 죽게 한다는 것이다.

DNA에서 RNA로, 그리고 크고 복잡한 효소분자의 합성으로 이르는 정보전달 메커니즘에 아주 작은 차이가 발생하게 되면 제대로 작동하지 않는 효소분자가 생성된다. 이러한 이론은 아직 완전히 확립된 것이 아니며 연구중인 상태이다. 마지막으로 체세포 돌연변이 현상에 의해 노화를 설명하는 이론은 세포가 성장과 분열을 할 때 일부 아주 적은 세포가 돌연변이를 일으키고, 정상적으로 활동하지 못하는 이러한 돌연변이성 세포가 점진적으로 축적됨으로써 노화가 일어난다는 것이다.

노화현상을 설명하는 비유전학적 이론으로는 소모이론(wear-and-tear theory)·교차결합이론(crosslinking theory)·자가면역이론(autoimmune theory) 등이 있다. 소모이론은 세포나 동물도 기계와 마찬가지로 세월이 지나면 마모된다는 것이지만, 동물은 회복능력이 있으므로 이 이론은 생물계에는 적용되지 않는다.

교차결합이론은 섬유성 단백질인 콜라겐 분자들이 교차결합함으로써 힘줄·피부·혈관 등이 탄력성을 잃게 되며 생물학적으로 중요한 분자들, 특히 효소 등도 비슷한 교차결합을 하여 세포 내에서 정상적인 기능을 하지 못함으로써 노화가 일어난다는 것이다. 자가면역이론은 자기(self)와 비자기(non-self)를 구분하는 정상적인 면역체계가 손상됨으로써 노화가 진행된다는 이론으로서 실험적 증거에 의한 것이라기보다는 임상적 증거에 기초한 것이다.

이러한 모든 이론은 노화를 세포변화나 분자적 변화에 기초해서 설명하고 있지만 실제로 노화는 개체의 전반적인 활동에 뚜렷하게 변화가 생기는 것이다.

포유류의 노화

노화가 진행되면서 골격근이나 세포조직의 무게는 감소되기 시작하며 심한 노화상태에서는 청년기의 2/3까지 줄어든다.

그러나 체내 수분이나 지방의 축적으로 인하여 전체 몸무게는 오히려 증가하는 경향이 있다. 세포외액은 태아기나 출생 이후의 성장기간 동안 점점 줄어들다가 성인기 동안은 나이에 따라 증가하며 피부를 포함한 모든 조직은 노화의 결과로 많은 양의 수분을 함유하게 된다. 기초대사의 감소로 체내의 열 발생은 줄어들지만 피부로의 혈액흐름이 감소되어 체온의 손실이 방지되므로 체온이 일정하게 유지된다.

콜라겐과 엘라스틴은 척추동물의 구조적 통합성을 유지시켜주는 단백질이며, 특히 비용해성인 콜라겐은 전체 단백질의 1/3을 차지하며 용해성인 트로포콜라겐으로부터 합성된다. 콜라겐 합성률은 성인기에 최고치를 나타내며 그 이후에는 점점 감소하며, 노화가 진행됨에 따라 용해성 콜라겐에 비해 비용해성 콜라겐이 증가한다.

이러한 콜라겐은 노화가 진행됨에 따라 교차결합으로 인해 결정화되고 딱딱해져서 전체적으로는 몸의 유연성이 감소한다. 혈관벽의 탄력성에 관여하는 분자인 엘라스틴은 노화에 따라 분자가 분절되어 혈관의 탄력성이 감소된다. 세포나 조직은 재생되는 것과 재생이 되지 않는 것이 있다. 재생이 되지 않는 조직의 대표적인 것이 근육과 신경이며 재생이 되는 조직으로는 장(腸)의 상피, 혈액세포가 있다.

신경조직 중에서도 신경섬유의 수를 셀 수 있는 말초신경은 노화 연구의 중요한 대상이 되고 있는데, 사람의 경우 척수신경의 앞뿌리와 뒤뿌리는 30세에 비해 90세에 20％가 감소하고 후각신경은 출생직후에 비해 90세에 25％ 정도 감소한 것으로 나타났다. 특히 사람은 나이가 들면서 대뇌피질에서 살아 있는 세포의 수가 현격히 감소하며, 쥐와 사람의 소뇌피질에서도 비슷한 양상을 보이나 그 이외의 뇌 부위에서는 노화에 따른 차이점이 뚜렷하지 않다.

그러나 이러한 뇌의 퇴화가 뇌 내부적인 요인 때문인지 또는 혈액의 흐름이 감소되는 등의 외부적인 요인으로 생긴 것인지는 확실하지 않다. 신경세포를 둘러싸고 있으면서 신경세포에 영양물질을 공급해주는 신경교세포는 나이가 들어도 그 절대수가 줄어들지 않는 것으로 알려져 있다. 홍역에 걸린 후에도 홍역바이러스는 몸속에 그대로 남아 있게 되는데 때때로 이 바이러스가 대뇌피질을 급속히 퇴화시키기도 한다.

사람에게서 노망이 나타나는 시기에 차이가 있는 것은 이러한 바이러스들 때문일 것이라고 추측된다. 재생조직의 노화는 분열세포 수의 감소와 세포분열 속도의 감소, 그리고 피드백에 대한 반응성의 감소 등으로 나타난다. 정상적인 피부는 수주가 지나야 재생되고 상처를 입게 되면 세포분열속도가 일시적으로 증가하지만 노화가 진행될수록 상처 치료속도는 급격히 감소한다.

노화현상에서 가장 두드러진 것 중 하나는 가까운 물체와 멀리 있는 물체에 초점을 맞추지 못하는 것이다. 이것은 눈에 있는 섬모체근의 약화와 수정체의 굴곡성 감소 때문이기도 하지만 가장 큰 원인은 수정체의 상피세포가 계속 성장하여 수정체섬유로 분화되기 때문이다. 노년기에 빈혈이 자주 발병하거나 혈액손실을 제대로 보충하지 못하는 것은 혈구모세포가 부족하기 때문이다. 노화는 조직이나 세포의 형태에도 많은 변화를 초래하는데, 조직이 어느 정도 위축되는 것은 보통이나 면역계에서 중요한 역할을 하는 가슴샘(흉선)의 수축이 가장 뚜렷하게 나타나며 골수나 피부에서는 세포조직이 지방조직이나 결합조직으로 대체된다.

신장에서는 네프론이 소실되며 췌장·갑상선 등의 분비세포의 수가 감소된다. 심장의 근육세포에는 리포푸신(lipofuscin)이라는 색소가 침착되는데 10세에는 전연 검출되지 않으나 90세 정도가 되면 세포용적의 3％로 증가한다.

분자 및 세포수준에서의 노화

효소나 수축성단백질은 노화가 진행되는 1차적인 부위는 아닌 것으로 생각된다.

한 개체의 발생이나 기능에 근본적인 역할을 하는 DNA가 노화로 인한 1차적 피해를 받는 부위일 가능성이 있으며, 따라서 DNA에서의 돌연변이가 축적된 결과로 노화가 일어난다는 체세포 돌연변이론으로 관심이 집중되고 있다. 염색체수가 정상보다 많거나 적은 이수성(aneuploidy)의 염색체를 가진 세포의 빈도가 여성의 경우 10세에 3％에서 70세에 10~13％로 증가한다.

DNA는 2개의 나선이 꼬여 있는 이중나선구조로 되어 있으며 한쪽 나선이 손상을 입거나 끊어져도 효소에 의한 회복작용으로 원상으로 복귀된다. 따라서 돌연변이율은 DNA의 손상이 많고 적은 데 달려 있는 것이 아니라 손상을 입은 DNA의 회복능력이 주요한 변수가 된다. 이러한 사실은 돌연변이율이 높은 개체가 수명이 짧은 이유를 설명해줄 수도 있으나, 돌연변이율의 감소가 노화를 지연시키는지는 더 규명되어야 할 과제로 남아 있다.

DNA에 의한 유전적인 정보체계 이외의 또다른 중요한 분자정보체계는 면역계이다. 특히 흉선의존성 면역계에서는 노화에 따라 자가면역반응, 즉 정상적인 자기 자신의 조직을 외부물질로 인식하여 항체로 파괴시키는 양상이 일어나게 된다. 노화가 진행됨에 따라 심리학적·신경생리학적 능력이 감퇴되는 이유는 신경세포의 손실 때문일 수도 있으나 살아 있는 신경세포의 대사과정 결핍도 어느 정도 영향을 끼친다.

암순응(暗順應) 능력의 감퇴나 정신기능의 저하는 산소흡입으로 호전될 수 있다.

노화의 내부요인과 외부요인

전리방사선 때문에 수명이 단축되는 것은 생쥐·흰쥐·햄스터쥐류·개 등의 실험연구로 확인되었다(급성방사선증후군). 즉 이러한 연구는 방사선에 노출된 실험군과 노출되지 않은 대조군을 비교함으로써 시행되었는데, 방사선에 노출된 실험동물은 조기에 노화와 비슷한 양상을 보이면서 죽는 것으로 나타났다.

그러나 라듐이나 나트륨 등 방사선동위원소에서 나오는 체내의 자연방사선이나 지구나 우주선으로부터 나오는 자연방사선은 사람에게도 노화에 별 영향을 주지 않는다. 감염성 질환의 발병률이 높고 영양상태가 좋지 못한 열악한 환경에서 생활한 집단이 좋은 환경에서 자란 집단보다 사망률이 높다는 것은 알려져 있으나 노화의 속도가 빠르다는 증거는 없다.

흰쥐의 경우, 음식물의 칼로리를 제한하여 사육한 쥐가 오히려 마음껏 음식물을 섭취한 쥐보다 오래 살았고 암의 발병률도 낮았다. 특히 성적으로 성숙하지 못할 정도의 소량의 음식물이나 표준체중 이하의 체중을 유지할 정도만의 음식물을 제공했을 경우에 최대수명률을 보였다. 대사작용의 결과로 생성된 강력한 산화제는 반응성이 매우 높은 화학물질이나, 생명체에서 일어나는 대부분의 반응은 밀폐된 세포 내의 소기관에서 일어나고 또한 생성된 산화제를 중화시켜주는 효소인 퍼록시다아제가 있으므로 노화에는 큰 영향을 주지 않는다.

인간의 노화

노화가 인체에 미치는 영향

심장혈관계는 심장 노화에 의해 쉽게 질병에 걸릴 수 있는 기관이므로 65세 이상의 사람들에게 심장질환은 가장 큰 사망원인이다.

지방조직과 결합조직이 심장근으로 침입함으로써 근세포가 점점 소실되는 구조적인 변화가 일어난다. 또한 근세포에는 비용해성과립물질인 리포푸신이 침착되는데 이 물질은 단백질과 지방으로 되어 있으며 20세쯤에 처음 나타나기 시작하여 80세에는 섬유용적의 5~10％를 차지한다.

심장의 활동도 점점 줄어들어 심장에서 배출되는 혈액량도 20~90세 사이에 반으로 감소한다. 그러나 노화에 따른 이러한 변화에도 불구하고 심장에 특별한 질환이 없다면 인체의 각 부위에서 요구하는 혈액량을 충족시킬 수 있다. 동맥경화증은 나이가 들면 발병률이 증가하나 청년기·중년기에서도 흔히 나타나는 것으로 미루어보아 노화의 결과로 생기는 것인지 아니면 혈관계의 질병에 의한 것인지는 분명하지 않다. 일반적으로 나이가 들면 혈관의 탄력성이 감소하고 큰 혈관의 벽은 결합조직이 증가하기 때문에 두꺼워진다.

또한 결합조직이 콜라겐 분자들의 교차결합으로 인해 딱딱해진다. 탄력성의 감소는 혈액의 흐름에 저항력으로 작용하여 혈압을 높이므로 심장에 부담을 가중시킨다. 나이가 들면 심장 수축기압과 이완기압이 모두 증가하지만 수축기압의 증가율이 이완기압보다 더 크다.

소화계가 노화되면 위산이나 소화효소의 분비가 감소하나 전체적인 소화기능이 크게 떨어지지는 않는다.

당류·단백질·비타민·무기질 등의 장 내 흡수는 젊은이와 별로 차이가 없으나 지방흡수는 약간 감소한다. 그러나 이러한 감소가 실제적으로는 커다란 영향을 끼치지 않는다. 따라서 흡수기능의 저하 때문에 노인들이 비타민이나 무기질 같은 영양물질을 더 많이 섭취해야 한다는 주장을 뒷받침할 만한 증거가 없다.

노인에게 결핍되기 쉬운 영양물질로는 단백질, 칼슘, 철분, 비타민 A, 비타민 B₁ 등이 있다.

신경계는 뇌에서 노화로 인한 신경세포의 손실이 미미하기 때문에 정상적인 노화과정으로 인한 뇌의 구조적 변화는 크지 않다.

뇌의 신경세포의 기본적인 수는 10세에 이미 정해지며 그 수가 매우 많기 때문에 노화로 인해 약간의 손실이 있게 되더라도 행동에 크게 영향을 주지 않는다. 따라서 노인의 기억력 감퇴가 신경세포의 손실 때문은 아니다. 신경세포는 산소결핍에 매우 민감하므로 노화가 일어나면서 나타나는 신경세포의 손실이나 다른 뇌질환은 노화 그 자체에 의한 것이라기보다는 뇌로 가는 혈액흐름을 감소시키는 다른 질환이 직접적인 원인이라고 본다. 시력은 20~50대에 약간 떨어지며 50대 이후에는 급격히 떨어진다.

수정체가 굳어지기 때문에 가까운 물체를 보다가 멀리 보게 될 때 초점의 이동이 잘 안 되며 멀리 있는 물체가 더 잘 보인다. 조명이 흐린 상태에서 눈의 감응성이 떨어져서 밤눈이 어두워진다고 하며 번쩍이는 빛에 대한 감응성은 젊은이보다도 좋아진다(노안). 청력은 크게 변하지 않으나 50세가 넘으면 높은 주파수의 음을 듣는 능력이 점차 감소해 목소리만으로는 사람을 구별하지 못하게 되는 경우가 생긴다.

피부는 노화의 진행에 따라 피부의 엘라스틴이 감소하고 콜라겐의 교차결합이 증가하므로 피부는 탄력성을 잃게 되며 착색되고 주름이 생긴다.

얼굴 마사지가 주름이 생기는 것을 막아주는 작용이 있는지는 아직 규명되지 않았으며, 에스트로겐을 함유한 화장품이 피부재생 및 탄력성을 증가시키지만 계속해서 이러한 호르몬제를 사용하면 부작용이 심하다.

내분비계는 노화의 진행에 따라 기초대사가 감소하므로 인체에서 모든 세포의 활성도를 조절하는 갑상선호르몬인 티록신도 감소할 것이라고 추측했지만 실제로는 이 호르몬이 감소하는 것이 아니라 조직 내에서의 이용률이 감소하는 것으로 나타났다.

스트레스에 대한 적응력도 나이가 들면 감소한다. 부신피질에서 분비되는 호르몬이 이러한 적응력에 많은 역할을 하기 때문에 노화에 따른 부신피질의 기능 변화에 대한 많은 연구가 진행되었다. 50세 이후에 부신피질호르몬의 혈중농도가 감소되기는 하나, 뇌하수체호르몬으로 부신피질호르몬의 분비를 촉진하는 호르몬인 ACTH(부신피질자극호르몬)를 투여했을 때 호르몬을 생산하는 능력에는 변함이 없는 것으로 나타났다.

췌장은 혈중포도당 농도를 저하시키는 작용을 하는 인슐린을 분비한다. 노화의 특징 중의 하나가 증가된 혈중포도당 농도를 감소시키지 못하는 것인데 이러한 현상이 당뇨병의 초기 증상인지 아니면 노화에 따른 정상적인 변화인지는 분명하지 않으며 대부분의 정상노인에게는 당뇨병의 다른 증상들이 나타나지 않는다.

테스토스테론과 에스트로겐은 나이가 들면 감소하는 것으로 알려져 있는데, 특히 여성은 폐경기에 에스트로겐의 분비가 뚜렷이 감소하며 남성은 테스토스테론 분비가 50~90세에 점차적으로 감소한다. 성욕은 남녀 모두에게서 20~60세에 점차적으로 감소하는데 20대에 일주일에 4번이던 성교 횟수가 60대에는 일주일에 한 번 정도로 떨어지는 것으로 보고되고 있다(성적 행동). 20~45세의 모든 남성들은 성욕을 그대로 유지하고 있으며, 45~60세의 남성들 중에서는 5％만이 성욕을 잃는 것으로 보고되었다.

오래 전부터 남성의 회춘제(回春劑)로 동물의 고환추출물이나 테스토스테론이 사용되어왔으나 그 효과는 일시적이거나 거의 없는 것으로 나타났다.

나이가 들면 뼈에서 점차 칼슘이 빠져나가 작은 충격에도 쉽게 골절되며 또한 골절된 뼈의 회복속도도 젊은 사람보다 느리다. 칼슘이나 무기질의 감소로 생기는 골다공증은 남성보다도 폐경기가 지난 여성에게 더 많이 발병하고 주로 척추골에 심하게 나타나며 등의 통증이 주요증상이다(인간의 골격계).

호흡계는 노화가 진행됨에 따라 폐활량은 감소하고 폐로부터 방출되지 않는 공기의 양, 즉 잔기량은 증가하는데 이것은 흉골성곽이 굳어지고 호흡시 가슴을 움직이는 근육의 힘이 감소되기 때문이다.

공기에 의해 폐가 비정상적으로 팽창하는 병인 폐기종은 45~60세에 최고의 발병률을 나타낸다. 폐기종이나 기관지염은 흡연과 밀접한 관련이 있는 것으로 알려져 있다. 흡연자의 폐기능측정치는 비흡연자의 측정치보다 10~15년 정도 더 노화된 상태로 나타난다.

그러나 금연한 후 1~2년이 지나면 50~60대의 심한 흡연자의 경우도 정상적인 수치로 곧 회복된다. 신장은 인체의 노폐물을 혈액으로부터 분리하여 소변으로 농축시키는 역할을 하는데, 노화가 진행됨에 따라 노폐물의 농축기능이 저하되어 같은 양의 노폐물을 배설하는 데 더 많은 양의 물을 필요로 하게 된다.

혈액의 산성도, 혈당량과 같은 생리적 특성들은 정상이지만, 일단 비정상적인 변화가 일어났을 때 정상적인 수준으로 회복되는 데 걸리는 시간은 젊은 사람보다 오래 걸린다.

즉 혈액의 산성도가 증가되었을 경우 젊은 사람의 경우 정상적인 수준으로 회복되는 데 걸리는 시간이 6~8시간이나 노인은 18~24시간이다. 온도변화에 대한 적응력도 감퇴하여 노인은 일정한 온도나 약간 높은 온도를 좋아하게 된다. 적당한 운동은 생리적인 활력을 유지하는 데 좋은 자극이 되며 육체활동을 하는 노인이 심장혈관계와 관련된 질병에 걸리는 비율이 낮은 것으로 알려져 있다.

최대노동능력이 감소하는 것은 근육으로 가는 산소의 이동능력이 젊은 사람보다 떨어지기 때문이다. 즉 최대노동의 조건에서 젊은 사람은 심장이 1분에 200회까지 박동할 수 있으나 노인의 경우에는 150회 정도의 박동이 가능하다(심장박동). 조로(早老)는 대머리, 얇은 피부, 두피혈관의 돌출, 혈관계 질환을 수반하는 매우 희귀한 질병으로 대부분 15~18세 이전에 심장혈관계의 질병으로 사망한다.

노화의 심리학적 양상

노화로 인한 가장 두드러진 심리학적 특징은 단기기억이 손상되고 자극에 대한 반응을 하는 데 시간이 오래 걸린다는 것이다.

학습능력에 있어서 노인은 젊은 사람보다 느리기는 하지만 젊은 사람과 비슷한 수준으로 새로운 것을 습득할 수 있고 또한 그것을 기억해낼 수 있는 것으로 나타났다. 노인의 행동은 더욱 조심스럽고 엄격해지며 사회적 접촉을 기피하는 경향이 있는데 이러한 것은 노화에 의한 것이라기보다는 사회적 제도에 그 원인이 있는 것 같다. 성공적으로 노년기를 보내는 사람은 계속해서 배우려고 하고 젊은 사람과 빈번하게 접촉함으로써 항상 정신적인 민첩성을 유지하려고 의식적으로 노력하는 사람이다.