인체

화학적 구성

화학적으로 인체는 주로 수분·지질·단백질·탄수화물·핵산과 같은 유기화합물로 구성되어 있다. 수분은 세포외액(혈장·림프액·간질액)과 세포 내에 존재한다(→ 물). 수분은 생명의 화학작용에 반드시 필요한 용매로서 작용하며 인체 무게의 약 60％를 차지한다. 지방·인지질·스테로이드 같은 지질은 인체의 주요구성성분이다.

지방은 인체를 위한 에너지를 저장하며 보온·충격흡수의 역할을 한다. 인지질과 스테로이드화합물인 콜레스테롤은 각 세포를 둘러싸는 생체막의 주요성분이다. 단백질 역시 인체를 구성하는 주요구성성분이다. 지질과 마찬가지로 단백질도 세포막의 주요구성물질이다. 또한 털이나 손톱 같은 세포외물질도 단백질로 이루어져 있다. 피부·뼈·힘줄·인대(靭帶) 등 많은 부분을 구성하는 섬유질의 탄력있는 물질인 콜라겐도 단백질로 되어 있다. 또한 단백질은 인체에서 여러 가지 기능적인 역할을 수행한다. 특히 생명유지를 위해 필요한 화학반응을 촉매하는 효소라고 하는 세포단백질이 중요하다. 탄수화물은 인체에서 혈류를 통해 순환하는 단당류(單糖類)나, 간이나 근육에 저장되는 글리코겐의 형태로 존재하여 주로 에너지원으로 사용된다. 소량의 탄수화물이 세포막에도 존재하나, 식물이나 여러 무척추동물에 비해 인간에게는 생체구조에 사용되는 탄수화물이 거의 없다.

핵산은 인체의 유전물질을 구성한다. 디옥시리보핵산(DNA)은 주요유전암호를 포함하며 이에 따라 각 세포가 작동한다. 각 개인의 유전적 특징을 나타내도록 하는 것이 부모에게서 자식으로 전달되는 DNA이다.

리보핵산(RNA)은 여러 가지 형태가 있으며 DNA에 수록된 지시사항이 실행되도록 돕는다. 인체에는 수분, 유기화합물과 칼슘·인·나트륨·마그네슘·철 등 여러 가지 무기질이 있다. 칼슘과 인은 칼슘-인 결정체로 결합해서 뼈의 주요부분을 이룬다. 칼슘은 나트륨처럼 혈액과 간질액에서 이온형태로 존재한다. 반면 인·칼슘·마그네슘 이온들은 세포간액에 많이 존재한다. 이 모든 이온들은 인체의 대사과정에서 중요한 역할을 한다. 철은 주로 적혈구의 산소운반색소(酸素運搬色素)인 헤모글로빈의 일부로 존재한다. 그밖에 미량이지만 인체를 구성하는 데 필요한 무기질로는 코발트·구리·요오드·아연 등이 있다.

인체구조

인체구조

세포는 인체를 비롯한 모든 생물의 살아 있는 기본단위이다.

인체는 75조 개 이상의 세포로 되어 있으며 각 세포는 성장·대사·자극에 대한 반응을 할 수 있으며, 몇몇을 제외하고는 증식할 수 있다. 몸에는 200가지 정도의 서로 다른 종류의 세포가 있는데 4가지로 구분할 수 있다. 이 4가지 세포형은 세포외물질과 함께 인체의 기본조직을 이룬다. ① 상피조직(上皮組織)：체표면과 내장·체강·통로의 윤곽선을 이룬다. ② 근육조직(筋肉組織)：수축할 수 있고 인체의 근육구조를 이룬다.

③ 신경조직(神經組織)：전기충격을 전달하며 신경계를 이룬다. ④ 결합조직(結合組織)：서로 넓게 간격을 둔 세포들과 다량의 세포사이물질로 되어 있고 여러 신체구조물들을 서로 결합시키는 역할을 한다(뼈와 혈액은 세포사이물질이 각각 고체와 액체인 특수 결합조직임).

인체구조의 다음 단계는 기관이다.

기관은 독특한 구조와 기능적 단위를 형성하기 위한 조직들의 모임이다. 그러므로 심장은 4가지 조직으로 구성된 기관이고, 인체에 혈액을 공급하는 기능을 한다. 물론 심장은 인체와 분리해놓으면 기능을 못한다. 심장은 혈액과 혈관이 구성원의 일부로서 참여하는 계(系)의 일부이기 때문이다. 인체의 구조에서 가장 높은 단계는 기관계(器官系)이다.

인체에는 하나의 기능 단위를 형성하면서 함께 일하는 여러 기관과 조직으로 이루어진 9개의 주요기관계가 있다.

각 계의 주요구성원과 기능은 다음과 같다.

① 외피계：피부와 이의 관련구조로 되어 있으며 해로운 미생물과 화학물질의 침입으로부터 인체를 보호하며, 수분 손실을 막는다.

② 근육골격계：근육계와 골격계로 분리시켜 부르기도 하는데 골격근육과 뼈로 구성되어 신체를 움직이며 내장을 보호한다.

③ 호흡계：기도·폐·호흡근으로 구성되며 세포의 물질대사에 필요한 산소는 공기에서 얻는다. 또한 이러한 물질대사로 생기는 노폐물인 이산화탄소를 공기 중으로 내보낸다.

④ 순환계：심장·혈액·혈관으로 구성되며 혈액을 순환시켜 세포에 산소와 영양분을 지속적으로 공급하고 이산화탄소와 유독한 질소화합물 같은 노폐물을 밖으로 내보낸다.

⑤ 소화계：입·식도·위·장으로 구성되며 음식물을 사용 가능한 물질(영양분)로 분해하는 일을 한다. 분해된 물질은 혈액이나 림프액으로 흡수된다. 또한 이용이 불가능한 음식물을 변(便)으로 만들어 배설시킨다.

⑥ 배설계：신장·요관·방광·요도로 구성되며 유독한 질소화합물과 그밖의 노폐물을 제거한다.

⑦ 신경계：감각기관·뇌·척수·신경으로 이루어져 있으며 감각에 대한 정보를 전달·통합·분석하는 역할과 신경충격을 적절한 근육이나 분비기관에 보내어 반응이 일어나도록 한다.

⑧ 내분비계：호르몬을 분비하는 분비샘과 조직으로 구성되며 체내의 여러 가지 과정들을 조정하는 화학적 통신망을 형성한다.

⑨ 생식계：남성과 여성의 생식기로 구성되며 생식과 종의 존속을 담당한다.

기본구조와 발생

인체는 2개의 관과 1개의 막대가 들어 있는 원통으로 묘사할 수 있다. 이러한 구조는 배에서 가장 뚜렷하고 출생시기가 되면 몸통, 즉 흉부와 복부에서만 관찰할 수 있다.

체벽은 원통을 이루며, 2개의 관은 수직으로 놓여 있는 소화관과 등 쪽에 놓여 있는 신경관을 말한다. 이 2개의 관 사이에 막대 모양의 한 척색이 있는데 이것은 나중에 척추로 발달한다. 배를 구성하는 기본구조는 ① 배의 바깥을 싸고 있는 표피막(외배엽), ② 등쪽의 신경관, ③ 척색, ④ 위와 장이 될 배쪽[腹部]의 소화관(내배엽), ⑤ 중간물질(중배엽), ⑥ 공간을 채우는 다소 유동적인 조직(중간엽) 등이다. 인체를 구성하는 모든 부분은 이 6가지 구조 중 하나에서 기원한다.

중배엽은 대부분의 조직을 구성하며 체벽의 등쪽 끝에서 배쪽 끝까지 뻗어 있다. 체벽 안쪽에는 앞뒤 양쪽에 빈 공간이 나타나는데 이것이 체강이다. 등쪽 체강은 일시적이고 배쪽 체강은 영구적인데 나중에 폐가 놓이게 될 흉막강(pleural cavity), 복부장기들이 놓일 복막강(peritoneal cavity), 심장을 둘러싸게 될 심장막강(pericardial cavity)이 이에 해당한다.

등쪽의 중배엽은 배쪽 중배엽에서 떨어져나와 양쪽에 일렬로 늘어선 31개의 벽돌 같은 구조로 나뉜다. 이 중배엽 체절들은 등쪽, 배쪽, 가운데 쪽(척색 주위), 그리고 외배엽 막이 있는 바깥 쪽으로 자라나서 뼈, 근육, 피부 깊숙한 층의 질긴 부분 등이 된다. 등쪽으로는 골성의 아치 구조를 이루어 척수를 보호하고 배쪽으로는 소화관과 심장을 보호하는 늑골이 된다. 목과 몸통 부분의 체벽이 체절 구조를 이루므로 척수도 체절 구조를 갖게 된다. 배쪽 중배엽은 널리 퍼지지 않고 소화관 근처에 남아 있고 체절로 나뉘지도 않는다. 이들은 위와 장의 근육층, 체강의 벽, 부드럽고 광택이 나며 미끄러운 흉막과 복막이 된다.

중간엽은 혈관·림프관·심장과 느슨한 결합조직의 세포들을 형성한다. 신경관은 배 발달 초기에 외배엽에서 형성된다. 등쪽의 중앙선을 따라 함입되어 속이 빈 관 형태가 되었다가 등쪽에서 봉합된 후 표피와 분리된다. 배의 앞쪽 끝까지 확장된 신경관은 앞쪽 끝에서 확대되어 뇌를 형성한다. 등쪽 중배엽이 신경관과 뇌신경뿌리 주위를 덮기 때문에 신경관은 표피와 직접 맞닿지 않는다. 성인에서 신경관은 첫째 요추골 부위에서 끝난다. 원통 모양의 체벽은 머리 쪽으로 계속 자라나 배쪽에서는 혀, 등쪽에서는 두개골·귀·눈에서 끝난다. 눈과 혀 사이에 있는 공간에는 표피가 깊이 함입되는데 이것은 결국 소화관에 합해진다. 배쪽 체벽의 뒷부분이 미골에서 등쪽 부분과 봉합되므로 체강도 여기에서 끝난다.

소화관은 척색 앞부분을 지나 체벽 상부(혀)까지 올라가 표피의 함입과 연결되며 이 함입에서 이와 구강내막의 대부분이 형성된다. 소화관의 상부에서 인두·후두·기관·폐가 형성되며, 그 끝부위에서 세로로 등쪽과 배쪽의 2개의 관으로 갈라진다. 배쪽 소화관은 방광·요도·질 내막이 되어 외배엽의 함입부위와 연결되며 등쪽 소화관은 직장이 되고 미골의 바로 앞에서 끝나 또다른 외배엽 함입부(항문)와 연결된다. 척색은 앞쪽에서 뇌의 중앙, 밑쪽에서 뭉툭한 덩어리로 끝나고 뒤쪽에서는 미골 끝까지 뻗어 있다.

노화에 따른 인체 변화

평균수명의 증가로 인해 중년 이후의 인구비율이 날로 증가하고 있다.

인체는 나이가 들어감에 따라 여러 가지 변화를 보인다. 그러나 나이에 따른 인체변화는 사람마다 달라서 어떤 사람들은 75세에도 55세와 같은 능력을 지니기도 한다. 피부는 나이에 따른 변화가 가장 뚜렷한 부위 중의 하나이다. 영아기의 부드러운 피부는 나이를 먹으면서 딱딱해지고 주름이 지며 마른 양피지처럼 변한다. 신체의 다른 부위에 있는 털은 나이를 먹어도 여전히 풍성하고 때로는 증가되기도 하지만 머리카락은 나이가 들면서 점점 빠지고 색깔은 흰색으로 변한다.

상처가 회복되는 데에도 오래 걸리고 어떤 경우에는 60세가 되면 10세의 5배 정도의 기간이 걸리기도 한다. 척수의 감각섬유는 수가 줄고 신경절세포들은 색소가 침착되며 그 일부는 죽는다. 청각기관에서는 일부 신경세포와 섬유가 소실되고 따라서 청력이 감퇴되며 눈에서는 수정체가 탄력성을 상실한다.

뇌는 40세를 지나면서 크기가 다소 감소하고 75세 이후에는 현저하게 축소되며 특히 전두엽과 후두엽에서 그러한 현상이 현저하다.

그러나 이러한 축소가 정신능력의 감소로 직접 이어지지는 않으며 지적 능력의 감소는 알츠하이머병이나 뇌혈관계 질환에 의해 일어난다. 뼈는 가벼워지고 부서지거나 흠이 생기기 쉬워지며 파괴속도가 새로이 형성되는 속도를 앞지른다. 뼈가 칼슘을 방출하여 동맥·연골·인대·힘줄 등에 쌓인다. 따라서 관절에서는 뼈끝을 싸고 있는 연골이 점차 얇아지고 어떤 부위에서는 완전히 소실되어 뼈끼리 직접 맞닿게 되므로 관절이 삐걱거리고 화끈거린다.

근육의 강도도 감소하나 그 정도는 개인에 따라 다르다.

탄성조직은 마치 오래된 고무줄처럼 탄력성을 잃는다. 탄성조직은 인체 중에서 잠시도 쉬지 않고 끊임없이 일하는 조직으로서 피부에서는 틈을 벌어지게 하고 동맥에서는 혈압에 저항하며, 결합조직에서는 운동 후 원상태로 회복시키는 일을 한다.

따라서 탄성조직은 일찍 닳아 없어지는데, 어떤 가계에서는 45세에 이런 일이 일어나는가 하면 어떤 가계에서는 90세까지도 탄성조직이 남아 있다. 폐에서는 폐포의 벽 속에 들어 있는 탄성조직이 퇴화되어 폐포가 커져 폐의 크기도 커진다(노화에 의한 폐기종). 탄성조직은 25세에 최고조에 달하고 그이후 점차 소실되지만 다시 재생되지는 않는다. 동맥은 섬유화·경화 현상이 일어나며 탄력이 감소하여 점차 딱딱한 관으로 변한다.

동맥 내막에 있는 지방반점은 청년기에도 나타나는 수가 있지만 노년기가 되면 누구에게나 항상 존재한다. 림프 조직은 중년기 이후부터 전반적으로 위축되며 내분비샘에 있는 유조직도 위축되고 원형질은 유동성이 감퇴된다. 인체 각 부분의 회복이 점차 둔화되고 어떤 경우에는 회복과정에서 원래의 것과 다른 종류의 조직이 되기도 한다(metaplasia：[이형성]). 피부·심장근육·간·신장·신경절·중추신경계의 세포 내에 색소가 증가하며, 세포분열에 사용되는 세포 에너지가 감소한다.

어린 조직들은 완전히 분화된 늙은 조직보다 상황 변화에 따라 더 쉽게 스스로를 변화·적응시킬 수 있다. 따라서 나이가 들수록 안전장치가 사라지는 셈이다. 생체실험을 해보면 인체의 세포들은 정해진 횟수만큼만 분열하도록 프로그램되어 있고, 그이후에는 생산력을 잃게 된다. 신체의 잠재수명은 100세 정도이고 그것은 신체 내의 각 세포 안에 암호화되어 있는 것으로 보인다(아포토시스).

환경에 따른 인체 변화

인체의 기본구조는 인류의 조상인 유인원 때부터 이미 확립되어 있던 것이지만, 환경에 대해 서로 달리 적응한 사실을 여러 인류집단이 보이는 차이점을 통해 명백히 알 수 있다.

그러한 예를 극한의 기후, 습도가 높은 기후, 사막기후, 높은 고도 등에 대한 인체의 반응에서 볼 수 있다.

추위에 대한 적응에는 극한, 심하지 않은 추위, 밤추위에 대한 것 등 3가지가 있다. 극한의 환경에서는사지가 짧고, 동(洞 sinus) 위에 두꺼운 지방층이 덮인 편평한 얼굴, 좁은 코, 지방층이 두꺼운 키가 작고 둥근 체형의 사람이 적응을 잘한다. 부피에 대한 체표면적을 최소화시켜 사지에서의 열 손실을 극소화시키고(추위에 노출되는 동안 기민성을 유지시켜주고 동상으로부터 인체를 보호함), 비도 속의 차가운 공기로부터 폐와 뇌를 보호한다.

심하지 않은 추위에서는 적당한 양의 체지방과 좁은 코를 가진 키가 크고 보통의 체형을 가진 사람이 적응을 잘한다. 밤 추위는 사막에서 흔히 볼 수 있는데, 낮 동안의 덥고 건조한 환경뿐 아니라 밤 동안의 추위에도 견딜 수 있어야 하므로 수면시에 체온을 유지할 수 있도록 대사활동이 많은 사람이 적응을 잘한다(→ 추위적응).

더위에 대한 적응에는 습도가 높고 더운 기후에 대한 적응과 건조하고 더운 환경(사막)에 대한 적응 등 2가지가 있다. 더운 기후에서는 체온의 발산이 중요하다.

정상적으로 인체는 땀을 흘려 과도한 열을 제거하나 습도가 높고 더운 곳에서는 대기의 습도가 증발을 방해하므로 체온이 오른다. 따라서 그러한 기후에 적응한 사람들은 키가 크고 말라서 열을 복사시키는 표면적을 극대화한다. 체지방이 거의 없고, 비도 속의 더운 공기가 남아 있지 않도록 코가 넓은 경향이 있다.

또한 체색이 짙은데 이는 해로운 태양열 복사로부터 몸을 가려주고 발한의 역치를 낮추어주기 때문이다(→ 더위적응). 사막에 적응한 사람은 수분손실을 방지하기 위해서 보통 몸은 말랐고 키는 크지 않다. 이러한 적응은 수분의 요구량과 손실을 모두 최소화한다.

색소가 많으면 햇빛으로부터 보호는 되지만 열을 흡수하게 되어 다시 땀으로 발산해야 하기 때문에 수분손실을 초래하므로 피부의 색소분포 정도는 보통이다.

높은 곳에서는 추위에 대한 적응과 저기압, 즉 저산소에 대한 적응이 모두 필요하며, 이러한 적응으로 인해 보통 폐조직이 증가된다(→ 고도).

인체의 일반적인 모양과 크기는 유전적으로 결정되지만 환경에 따라 약간의 변화가 일어날 수 있다. 따라서 거주지를 해수면에서 높은 산으로 옮기면 적혈구의 수가 증가하게 되며 이러한 증가는 새로운 환경에서 부딪치는 저산소화 상태의 문제를 해결해줄 수 있다. 마찬가지로 피부색이 옅은 사람이 열대지방으로 이동하면 피부에 색소가 증가한다.

이렇게 적응을 통해 새로이 만들어지는 구조는 새 환경에 완벽하게 맞지는 않지만 에너지를 가장 적게 소비하면서 생명을 유지시킬 수 있는 최선의 것이다.