인간의 체온조절

Thermoregulation in humans

다른 포유류에서와 마찬가지로 인간에서의 체온 조절은 동종 요법의 중요한 측면이다. 체온조절에서 체온은 주로 깊은 기관, 특히 간, 뇌, 심장 등에서 발생하며 골격근의 수축에서 발생한다.[1] 인간은 습하고 건조한 기후를 포함한 다양한 기후에 적응할 수 있었다. 높은 온도는 인체에 심각한 스트레스를 주며, 인체는 부상이나 심지어 사망의 위험에 처하게 된다. 인간에게 있어서, 다양한 기후 조건에 대한 적응은 진화에 기인한 생리학적 메커니즘과 의식적인 문화적 적응에 기인한 행동적 메커니즘을 모두 포함한다.[2][3]

열손실에는 대류, 전도, 방사선, 증발 등 네 가지 방법이 있다. 피부 온도가 주변 온도보다 높으면 방사선과 전도에 의해 신체가 열을 잃을 수 있다. 그러나 주위 온도가 피부 온도보다 높으면 실제로 신체는 방사선과 전도에 의해 열을 얻는다. 그러한 조건에서 신체가 스스로 열을 제거할 수 있는 유일한 수단은 증발에 의한 것이다. 그래서 주변 온도가 피부 온도보다 높을 때 적절한 증발을 막는 것은 무엇이든지 내부 체온을 상승시키는 원인이 된다.[4] 스포츠 활동 중에 증발은 열 손실의 주요 수단이 된다.[5] 습도는 땀의 증발을 제한하여 열 손실에 영향을 미친다.[6]

인간은 35 °C(95 °F) 이상의 습구 온도에 장기간 노출되어서는 생존할 수 없다. 그러한 온도는 지구 표면에서는 발생하지 않는다고 생각되곤 했지만 인더스 계곡과 페르시아만의 일부 지역에서는 기록되어 왔다. 지구온난화로 인해 인간 생활에 너무 덥고 습한 상태의 발생이 앞으로 증가할 것으로 예상된다.[7]

제어 시스템

인간 체온 조절의 단순화된 제어 회로.[8]

인간의 핵심 온도는 주로 내분비계와 신경계를 연결하는 뇌의 한 영역인 시상하부에 의해 조절되고 안정되며,[9] 보다 구체적으로 전측 시상하부의 전측핵과 인접한 시상전측영역에 의해 안정된다. 노심 온도가 설정 지점부터 다르기 때문에 내분비 생산은 설정 지점 쪽으로 온도를 되돌리는 데 필요한 에너지 생산/분산을 증가시키거나 감소시키는 제어 메커니즘을 개시한다(그림 참조).[8]

더운 날씨에는

더운 날씨에 사용하는 선풍기
  • 피부 밑의 에크린 땀샘은 땀구멍(일부 용해 이온을 함유한 물이 대부분 함유된 액체)을 땀구멍을 통해 피부 표면으로 분비한다. 이것은 증발 냉각을 통한 열 손실을 유발하지만, 많은 필수 물이 손실된다.[10]
  • 피부의 털은 납작하게 누워서 머리카락 사이에 있는 정공기층에 의해 열이 갇히는 것을 방지한다. 이것은 피부 표면 아래의 작은 근육들이 부착된 모낭이 직립되지 않도록 이완되면서 발생한다. 이 납작한 털은 피부 옆에 있는 공기의 흐름을 증가시켜 대류에 의한 열 손실을 증가시킨다. 환경 온도가 노심 체온보다 높을 때, 땀을 흘리는 것은 인간이 열을 잃는 유일한 생리학적 방법이다.[10]
  • 동맥관절제술은 일어난다. 동맥의 매끄러운 근육벽이 이완되어 동맥의 혈류량이 증가한다. 이것은 혈액을 피부의 표면 모세혈관으로 유도하여 대류와 전도에 의한 열 손실을 증가시킨다.

덥고 습한 환경에서는

일반적으로 인간은 더운 건조한 환경에 생리적으로 잘 적응한 것처럼 보인다.[11] 그러나 홍해와 페르시아만(이상적으로 더운 여름 기온이 높은 증기압과 동반되는 적당히 더운 날씨), 열대 환경, 대기에 수분이 포화 될 수 있는 깊은 광산과 같은 덥고 습한 환경에서는 효과적인 체온 조절이 감소한다.[11][2] 뜨거운 습기 조건에서는 옷이 효율적인 증발을 방해할 수 있다.[3] 이런 환경에서는 땀은 잘 흘리지만 태양으로부터 나오는 복사열에는 잘 타지 않는 면화 등 가벼운 옷을 입도록 돕는다. 이것은 복사열의 획득을 최소화하는 동시에 환경이 허용하는 한 많은 증발이 일어날 수 있게 한다. 땀을 흘릴 수 없어 증발에 의한 열 손실을 촉진하지 않는 플라스틱 천과 같은 의복은 실제로 열 스트레스의 원인이 될 수 있다.[6]

추운 날씨에는

  • 열은 주로 손발을 통해 손실된다.
  • 땀 생산량이 감소하다.
  • 피부 표면 아래에 있는 미세한 근육은 지연기피근(개별 모낭에 붙어 있음) 수축(필리메이션)이라고 하며 모낭을 똑바로 들어 올린다. 이것은 털이 곤두서게 하고, 이것은 열을 가두는 단열층 역할을 한다. 인간은 털이 별로 없고 수축된 근육을 쉽게 볼 수 있기 때문에 소름이 돋기도 한다.
  • 피부 표면 아래 피상 모세혈관에 혈액을 운반하는 동맥류는 수축(강화)할 수 있으며, 따라서 혈액을 피부에서 멀리 떨어뜨려 체온이 더 따뜻한 신체의 중심부를 향해 재출혈할 수 있다. 이것은 혈액이 주변으로 열을 잃는 것을 방지하고 또한 심부 온도가 더 떨어지는 것을 방지한다. 이 과정을 혈관수축이라고 한다. 혈액에서 발생하는 모든 열 손실을 예방하는 것은 불가능하며, 단지 그것을 줄이기 위해서만 가능하다. 극도로 추운 환경에서는 과도한 혈관 수축이 무감각과 창백한 피부로 이어진다. 동상은 세포 내의 물이 얼기 시작할 때만 발생한다. 이것은 세포를 파괴하여 손상을 입힌다.
  • 근육은 또한 떨림을 유발하기 위해 뇌의 체온조절 중추로부터 메시지를 받을 수 있다. 이것은 호흡이 근육 세포의 발열 반응이기 때문에 열 생산을 증가시킨다. 동물(인간 포함)이 가만히 있기 때문에 몸을 떨면 열을 내는 데 운동보다 효과적이다. 대류를 통해 환경에 미치는 열 손실이 적다는 뜻이다. 떨림에는 저강도와 고강도의 두 종류가 있다. 낮은 강도의 떨림 동안, 동물들은 추운 날씨 동안 몇 달 동안 낮은 수준으로 끊임없이 떨린다. 고강도 떨림이 일어나는 동안 동물들은 비교적 짧은 시간 동안 심하게 떨린다. 두 과정 모두 에너지를 소비하지만, 고강도의 떨림은 포도당을 연료원으로 사용하고 저강도는 지방을 사용하는 경향이 있다. 이것은 동물들이 겨울에 음식을 저장하는 주된 이유다.[citation needed]
  • 갈색 지방세포는 또한 비흔들리지 않는 열생식이라고 불리는 과정을 통해 열을 발생시킬 수 있다. 이 과정에서 트리글리세리드가 열로 태워져 체온이 높아진다.

저체온증의 사용

특히 트라우마에 이어 신체를 안정시키는 방법으로 인체 온도를 하향 조정하는 것이 치료법으로 활용되고 있다. 시상하부의 아데노신 A1 수용체를 조절하면 인체가 체온이 저하된 동면상태로 들어갈 수 있어 장기 우주비행 등 응용에 유용할 수 있다는 의견이 제시됐다.[12]

관련시험

체온조절검사(TST)는 체온조절 이상과 체내 땀생성 결함을 유발하는 특정 상태를 진단하는 데 활용할 수 있다. 테스트를 수행하기 위해 환자는 서서히 온도가 상승하는 챔버에 배치된다. 챔버가 가열되기 전에 환자는 땀이 생성되면 색이 변하는 특별한 종류의 인디케이터 파우더로 코팅된다. 이 파우더는, 색깔을 바꿀 때, 어느 피부가 땀을 흘리는지, 땀을 흘리지 않는지를 시각화하는 데 유용할 것이다. 환자의 땀 패턴 결과는 디지털 사진으로 기록될 것이며, 이상 TST 패턴은 자율신경계에 이상이 있는지 여부를 나타낼 수 있다. 다한증, 소섬유 및 자율신경병증, 다계 위축증, 자율장애 파킨슨병, 순수 자율장애 등 TST(역사와 임상발표와 함께)에서 발견된 땀패턴의 종류에 따라 일정한 차이를 만들 수 있다.[13]

관련 질병 및 신드롬

참조

  1. ^ Guyton, A.C., & Hall, J.E. (2006). Textbook of Medical Physiology (11th ed.). Philadelphia: Elsevier Saunders. p. 890.{{cite book}}: CS1 maint : 복수이름 : 작성자 목록(링크)
  2. ^ a b 해리슨, G.A., 태너, J.M., 필빔, D.R., & 베이커, P.T. (1988) 휴먼 생물학: 인간 진화, 변화, 성장 및 적응성에 대한 소개(3차 개정) 옥스퍼드: 옥스퍼드 대학교 출판부
  3. ^ a b Weiss, M.L. & Mann, A.E. (1985) 인간 생물학과 행동: 인류학적 관점. (4차 개정) 보스턴: 리틀 브라운
  4. ^ 가이튼 & 홀(2006), 페이지 891-892
  5. ^ 윌모어, 잭 H, 앤 코스틸, 데이비드 L. (1999년) 스포츠와 운동의 생리(2차) 일리노이 주 샴페인: 인간 키네틱스.
  6. ^ a b 가이튼, 아서 C. (1976) 의학 생리학 교과서 (5차 개정). 필라델피아: W.B. 선더스
  7. ^ Raymond, Colin; Matthews, Tom; Horton, Radley M. (2020-05-01). "The emergence of heat and humidity too severe for human tolerance". Science Advances. 6 (19): eaaw1838. doi:10.1126/sciadv.aaw1838. ISSN 2375-2548. PMC 7209987.
  8. ^ a b 카노스에, K, 크로쇼, L. I, 나가시마, K, & 요다, T. (2009) 시스템 작동 방식에 대한 체온조절 및 신경생리학적 증거를 기술하는 데 활용할 개념. 유럽 응용 생리학 저널, 109(1), 5–11. doi:10.1007/s00421-009-1256-6
  9. ^ 로버트 M. 사르기스, 시상하부의 개요: 내분비계의 신경계 연계(2015년 1월 19일 접속)
  10. ^ a b Eva V. Osilla; Jennifer L. Marsidi; Sandeep Sharma (2020). "Physiology, Temperature Regulation". Statpearls. PMID 29939615.{{cite journal}}: CS1 maint: 작성자 매개변수 사용(링크)
  11. ^ a b Jones, S, Martin, R, & Pilbeam, D. (1994년) 케임브리지 인류 진화 백과사전" 케임브리지: 케임브리지 대학교 출판부
  12. ^ Jason Koebler, A Brief of Cryosleep, 마더보드, 2016년 1월 19일 (2015년 1월 19일 액세스)
  13. ^ Eva V. Osilla; Jennifer L. Marsidi; Sandeep Sharma (2020). "Physiology, Temperature Regulation". Statpearls. PMID 29939615.{{cite journal}}: CS1 maint: 작성자 매개변수(링크)CC-BY icon.svg를 사용한다. 텍스트는 이 출처에서 복사되었으며, Creative Commons Attribution 4.0 International License에서 이용할 수 있다.