제13장 에너지대사와 체온조절

  제13장 에너지대사와 체온조절
  
  생명체가 섭취하는 영양분이 소화 흡수되면 체내에서 여러 갈래로 이용된다. 
즉 신체 활동에 필요한 에너지를 공급하거나 조직 세포의 구축재료로 이용되면, 
내환경을 구성하는 성분으로도 쓰인다. 인체가 몸 밖으로부터 영양분을 
받아들여 이것을 신체의 구성성분으로 합성하고, 또 이를 분해하여 에너지를 
얻으며 우리 몸에 필요치 않은 잔여물질들은 간장 또는 신장을 통하여 몸 
밖으로 배출하게 된다.
  이러한 일련의 변화를 물질대사라 하면, 대사과정에는 물질합성적인 변화를 
일으키는 동화작용과 물질 분해적인 변화를 일으키는 이화작용의 두 가지가 
있다. 그런데 체내에서 유기물을 합성하거나 분해하는 데에는 반드시 에너지의 
전환이 뒤따른다. 이것을 에너지대사라 한다.
  우리의 생명 현상을 올바로 이해하기 위해서는 물질대사와 에너지 대사가 
서로 불가분의 관계가 있음을 알아야 한다. 생체는 자연계에 존재하는 음식물을 
체내에서 산화시킴으로서 에너지를 얻고 이를 사용하여 생명을 유지하고 있다.
  우선 소화.흡수된 영양 물질에서 에너지가 유리되는 에너지 대사과정에 
고나해서 설명하기로 한다.
  
  1. 탄수화물의 대사
  탄수화물은 다른 어떤 물질보다도 에너지원으로 이용이 잘 되는 물질이다. 
우리의 세포들은 에너지가 필요할 때 포도당을 우선적으로 이용한다. 포도당 
대사는 두 과정으로 나누어지는데, 첫 단계는 포도당을 2개의 pyruvic 
acid(C3H4O3)로 대사하는 과정으로서 세포의 원형질에서 산소없이 이루어지므로 
혐기성 과정이라고 말한다. 다음 단계는 피루빈산을 탄산가스까지 대사하는 
과정인데 mitochondria에서 산소를 이용하는 과정으로서 호기성 과정이라고 
말한다. 이러한 과정을 거치는 동안 1mol의 포도당은 산소 6분자를 이용해서 
6분자의 물과 6분자의 CO2 및 38mol의 ATP를 생성하는 것이다.
  C6H12O6^26^6CO2→6CO2^26^6H2O^26^38ATP
  포도당 대사가 이루어지는 동안에 포도당이 지니고 있는 에너지를 유리한다. 
이 때 유리된 에너지의 반 이상을 ATP에 저장하고 나머지는 열로 유리한다. 
우리의 세포는 음식물의 에너지를 직접 세포 활동에 이용할 수가 없기 때문에 
일단 ATP에 저장된 것을 이용하는 것이다. ATP의 에너지는 곧 유리되어 세포 
활동에 이용된다. ATP에 대해서는 잠시 후 좀 더 알아보자.
  탄수화물은 소화관에서 포도당과 같은 단당유로 흡수된다. 그러므로 식후에는 
혈중 포도당 농도가 다소 높아지게 된다. 사람의 혈당값은 대체로 
80∼100mmHg%인데 식후에는 120∼140mmHg%까지 상승한다. 건강한 
사람에서는 혈당량이 이렇게 높아지기 전에 간장 혹은 골격근 세포가 포도당을 
거두어 들여 당원질로 저장된다.
  혈당을 언제나 일정한 수준으로 유지하는 것은 매우 중요한 일이다. 즉 
혈당값이 200mg%이상이 되면 당뇨를 나타내기 시작하고, 혈당값이 
50mg%이하로서 저혈당이 계속되면 근육은 경련을 일으키고 혼수상태에 빠지면 
인체는 도저히 정상 기능을 유지할 수 없게 된다. 특히 대뇌는 저혈당에 
취약하다. 따라서 포도당은 체내의 내환경의 중요한 구성요소로서 정상적인 
세포기능을 위하여 항상 일정 수준을 유지해야 포도당을 끊임없이 각 기관에 
공급하여 주기 위함일 것이다. 포도당과 glycogen사이의 전환의 반응식을 
다음과 같이 간단히 표기할 수 있다. 즉, 포도당=글리코겐^26^수분
  위의 평형 반응식에서 나타난 바와 같이 포도당 농도가 높아지면 이 반응식은 
왼쪽에서 오른쪽으로 진행되어 상당량의 포도당이 당원질로 합성되고, 반대로 
포도당 농도가 낮아지면 반응은 왼쪽으로 진행되어 당원질이 포도당으로 
분해된다. 즉 이 반응식이 평형상태에 이르면 포도당 농도와 당원질 농도의 
비율이 일정함을 뜻한다. 그러므로 식사시간과 관계없이 언제나 비교적 일정한 
혈당 농도를 유지한다. 대체로 1gm의 포도당이 연소될 때 유리되는 에너지는 
시험관 내에서 포도당이 연소될 때와 같이 약4.1kcal의 에너지를 얻을 수 있다.
  한편 신체에서 필요한 양보다 많은 glucose는 glycogen이라는 다당의 상태로 
저장되며, glucose에서 glycogen이 형성되는 과정을 당원형성이라고 부른다. 
glycogenesis는 glucose-1-phosphate로부터 시작되며, glucose가 glycogen으로 
중합되는 데는 UDPG에서의 에너지가 필요하다. 포도당의 중합에는 췌장에서의 
insulin이 작용한다.
  glycogen은 당분해작용이라고 부르는 과정에 의해 glucose로 분해될 수 
있으며, 이 때 glucagin과 epinephrine이 작용한다.
  
  2. 지방의 대사
  지방은 장에서 지방산 및 glycerol로 소화되며, 흡수된 이 최종산물은 
임파관을 통해 운반된다. 장점막을 지나면서 3개의 지방산과 하나의 
glycerol분자는 triglyceride로 재합성되며, 유미지립이라 부르는 미세한 
지방과립의 상태로 유미관으로 들어간다. 지방이 많은 음식물을 먹은 후에 
혈장을 분리해 보면 흡수된 유미지립으로 지방량이 많아져 혈장은 4∼6시간동안 
우유빛으로 보인다. 이 작은 지방분자들은 지방조직 세포 속에 저장되는데, 
저장자방은 주로 피하지방으로 널리 퍼져 있으며 체온의 발산을 억제하는 
역할을 한다.
  지방된 지방물질도 glycogen과 같이 체내에서 연소되어 에너지로 유리한다. 
즉 체내에서 영양이 부족하게 되면 지방 조직의 지방이 에너지원으로 동원된다. 
그러나 저장지방을 동원하려면 glycogen을 동원하는 것보다 오랜 시간이 
걸린다. 다시 말해서 글리코겐은 식사와 식사 사이에 동원되고 보충되는 단기 
저장형인 반면에, 저장 지방은 며칠 또는 몇 주를 굶주리거나 영양이 부족할 때 
동원되어 이용되고 영양이 과잉할 때에는 오랜 시일에 걸쳐서 서서히 
저장지방으로 축적되는 장기저장형이라고 할 수 있을 것이다.
  1mg의 지방이 연소되면 9.3kcal의 에너지를 방출하게 되는데 전형적인 지방산
의 하나인 트리팔미틴의 연소 반응은 다음과 같다.
  2C51H98O6^26^145O2→102CO2^26^98H2O^26^에너지
  물론 이 반응의 중간 대사 과정에서 많은 효소가 촉매제로서 필요하다. 한편 
지방산은 저장소에서 중성지방으로 합성되거나 beta산화라 부르는 과정을 통해 
분해된다. 
  지방산이 분해되면 탄수화물의 산화에서 보다 더 많은 ATP가 생성되는데, 
이는 acetoacetic acid가 형성된다.
  
  3. 단백질의 대사
  소화 흡수된 아미노산들은 조직에서 단백질로부터 분해된 아미노산들과 함께 
새로운 단백질을 만들거나 다른 물질로 분해 혹은 전환된다. 전환되는 물질로는 
수종의 호르몬, 핵산의 재료, 헤모글로빈 핵, 효소들과 에너지 저장시킨바, 
아미노산은 실로 광범위한 물질의 전단계 물질이라고 할 수 있다.
  단백질은 연소되어 에너지를 유리하기도 하는데, 아미노산 분해의 첫 단계는 
탈아미노기반응이다. 즉, 아미노기가 아미노산에서 떨어져 나오는 과정으로서 이 
반응에서 아미노기는 암모니아로 변화하고 대부분의 암모니아는 곧 요소가 
된다.
  탈아미노기 반응과 요소 생산은 주로 간에서 이루어진다.
  한편 탈아미노 반응으로 아미노산은 암모니아를 유리하는데, 이것은 매우 
유독한 물질이므로 곧 요소로 변화하여 체외로 배설하여야 한다. 암모니아는 
오르니틴 사이클을 통해 요소로 된다. 이 반응식을 간단히 표기하면 다음과 
같다.
  체내 단백질의 저장량은 신체를 구성하고 있는 단백질을 제외하고는 보잘 
것이 없다. 탄수화물이나 지방의 섭취량은 비록 적더라도 단백질을 연소하여 
에너지를 공급하므로 크게 건강을 해치지는 않으나 단백질이 부족하면 체내 
단백질을 이용할 수밖에 없고 그 이용에는 한계가 있다. 포도당과 지방산이 
우리가 필요할 때 쓸 수 있는 에너지원이라면 피하지방은 저장지방이라고 할 수 
있으며, 단백질은 몸을 지탱하기 위한 마지막 수단일 것이다. 
  단백질은 매일매일 보충해 주어야만 하는데 그 량은 대략 1일 열량의 
권장량은 2700kcal정도이며, 3대 영양물질의 구성 비율은 단백질이 100gm, 
지방이 75gm 및 탄수화물이 400gm라고 하며, 이것을 가장 이상적으로 조화를 
이룬 식품이라 한다. 그러므로 영양물의 균형있는 섭취가 필요한 것이다. 1mg의 
단백질이 연소되면 4.1kcal의 에너지를 방출하게 된다.
  탄수화물, 지방, 단백질은 분자구조가 서로 다른 별개의 화합물이다. 그러나 
이들 분자의 원출기는 탄소로 된 사슬로서의 공통점이 있는데, 이들이 흡수 후 
대사과정에서 서로 다른 영양소로 상호전환될 수가 있다. 동물 실험에 의하면 
섭취한 단배질의 약 60%가 글리코겐으로 바뀌며, 지방은 약 10%가 
글리코겐으로 전환된다고 한다. 체내에서의 단백질, 탄수화물, 지방의 
상호전환은 다음과 같이 요약 될 수 있다.
  단백질-탄수화물-지방
(그림13-7)은 이러한 영양분들의 대사의 상호관계를 표시한 것이다.
  
  4. ATP
  인체는 탄수화물, 지방, 단백질이 연소될 때 유리된나 에너지를 직접 이용할 
수가 없다. 그러므로 이 에너지를 세포가 직접 이용할 수 있는 특별한 화합물로 
바꾸어 주어야만 한다. 이 화합물을 ATP라 하며 구조식은 (그림 13-8)과 같다. 
ATP는 하나의 뉴클레오티드이며, 염기성분 아데닌과 당성분 리보오스가 붙은 
아데노신에 인산기3개가 결합된 것이다. 
  여기에서 인산기 하나를 가진 것을 AMP, 둘을 가진 것을 ADP라 한다. 
<그림 13-8>의 구조식 마지막에 있는 인산기와 ADP와의 결합부위에는 
10-12Kcal의 에너지가 농축되어 있는데, 이 결합을 고에너지 인산기결합이라 
한다. 세포가 에너지를 필요로 할 때에는 맨 끝에 있는 인산기가 분리될 때 
생기는 에너지가 이용되는 것이다. 즉 이 때 마지막 인산기 하나가 떨어져 
ATP는 ADP와 무기인산염으로 분해되면서 막대한 에너지가 유리된다. 
  ATP - ADP^26^Pi - ATP로 된다. 이와 같이 ATP는 항상 되풀이하여 
재생산되면서 생체의 활동 에너지원으로 이용된다. 그러므로 ATP는 세포의 
활동에 필요한 에너지의 저장고 역할을 한다.
  한편 세포 내에서의 산화과정은 ADP의 양에 의해 조절된다. 즉, 세포 활동이 
있을 때 ATP가 분해되어 에너지를 유리한 후 ADP가 된다. 이것이 세포에서의 
산화과정을 촉진시켜 ATP가 존재해야만 일어나며, ADP의 양이 많을 때에는 
세포의 산화과정이 더욱더 촉진된다고 하겠다. 새포 내의 ATP가 분해하여 
ADP가 되면 이때의 에너지가 합성과 성장, 근수축, 선분비, 시력 활동, 중간 
대사 등의 여러 가지 세포 고유 기능을 나타내는데 쓰인다. 수초 이냉 
인산크레아틴이 분해되고 이 때 방출되는 에너지를 ADP - ATP반응을 일으켜 
ATP의 대부분을 재생산하게 된다. 그 후 음식물 중의 영양물질이 분해되어 
생긴 에너지로 나머지의 ADP와 분해된 크레아틴으로부터 ATP와 
인산크레아틴을 재생산 한다. 이러한 영양물질이 분해에서 생기는 약 10%는 
혐기성분해, 약 90%는 호기성분해과정으로 유리된다. 세포내 에너지 이용과정을 
총괄하여 나타내면 (그림 13-9)와 같다.
  
  5. 대사량
  생체는 자연에 존재하는 음식물을 체내에서 산화시킴으로써 에너지를 얻고, 
이를 사용하여 생명을 유지하고 있다. 
  위와 같은 과정을 거쳐 유리된 에너지는 외부에 대한 일, 열 및 
저장에너지등으로 나타내며, 에너지는 고에너지 화합물로서 저장되며, 필요시에 
사용되고 열이 방출되는 것이다. 따라서 저장에너지의 양은 공복시에는 거의 
없으므로, 사람이 공복시에 운동을 하지 않고 있으면 에너지는 전부 열로서 
방출된다. 또한 음식물을 체외에서 연소시킬 때에도 전부 열로서 소모되는데, 
일정한 시간에 신체에서 발생하는 열량을 대사량이라고 한다. 단위는 
칼로리인데, 1cal는 1g의 물을 15도에서 16도로 끌어 올리는데 필요한 열량에 
해당된다. 생리학에서는 보통 킬로 칼로리를 사용한다.
  음식물 1g에 들어있는 탄수화물, 지방 및 단백질의 열량가를 열량계로 
측정하면 각각 4.1Kcal, 9.3Kcal 및 5.6Kcal의 열량이 발생된다. 그러나 생체 
내에는 각각 4.1Kcal, 9.3Kcal 및 4.3Kcal가 된다고 한다. 따라서 섭취한 
음식물을 분석함으로써 에너지 소모량을 측정할 수 있다. 
  대사량은 신체의 활동 상태에 따라 변동하고 있는데, 그 대사량의 변동요인을 
알아보자.
  첫째로 신체 운동은 대사량을 크게 증대시킨다. 근육의 활동에 의해 대사량은 
크게 증가되는데, 심한 운동을 할 땐 안정상태의 대사량의 20-40배까지도 증가 
될 수 있다.
  둘째로 교감신경계의 흥분과 epinephrine의 작용이다. 운동할 때 또는 
정신적인 긴장상태에서 교감신경이 흥분하면 그 신경말단 및 부신수질에서는 
다량의 epinephrine이 분비되어 순환 혈액 내로 들어간다. 이것은 신체의 모든 
세포를 직접 자극하여 대사량을 증가시키는데, 주로 글리코겐을 분해하여 
포도당을 만들고 또한 몇가지 효소반응계를 자극하여 산화반응을 촉진시킨다. 
epinephrine은 대사량을 250%까지 증가시킬 수 있으나 그것은 epinephrine이 
없어지면 비로 소 설명된다고 한다.
  셋째로 갑상선 호르몬의 작용이다. epinephrine과 마찬가지로 이 호르몬의 
작용에 의해서도 대사량은 250%까지 증가시킬 수 있으나, 반대로 thyroxine이 
정상 때보다 감소하면 정상 대사량의 50%까지 감소될 수도 있다. thyroxine과 
epinephrine은 상호 협동적인 작용을 가졌으나 epinephrine은 지속적인 효과가 
없는데 비하여, 갑상선 호르몬의 효과는 지속적이어서 4∼8주 동안 지속되는 
점이다. 그러나, epinephrine과 갑상선 호르몬 이외의 호르몬이 전신 대사량에 
미치는 영향은 그렇게 크지 않은 것으로 보인다.
  넷째 요인은 체온이다. 일반적으로 대사량은 주위 온도의 변화에 따라서도 
크게 영향을 받는다. 인체에서도 체온이 1도 올라가면 화학반응의 진행속도가 
빨라져 대사량이 약 10% 증가한다. 또한 체온이 1도 오르는데 비하여 심장 
박동수는 10%가 증가한다. 고열환자는 건강할 때 대사량의 2배까지도 올라가서 
영향 물질의 소비가 현저히 커지게 된다.
  다섯째는 영양물질의 특수역원 작용이다. 특수역원 작용이란 식사시 그 
음식물이 갖는 열량보다도 더 많은 여분의 열량이 발생하는 것을 말하는데, 이 
작용은 영양소의 종류에 따라 달라진다. 즉 음식물 섭취 후에는 일정시간 
대사량이 증가하는데 그것이 2-10시간 동안 계속된다. 탄수화물과 지방이 주로 
된 식사를 한 후에는 대사량이 10-25% 증가하여 2-4시간 계속되고, 단백질을 
다량 섭취한 후에는 대사량이 30-60% 증가하여 7-10시간 동안 계속된다. 
SDA의 주된 원인은 음식물의 분해 산물(단백질에서는 아미노산등)이 
직접적으로 전신의 세포를 자극하기 때문으로 생각된다.
  
  6. 기초 대사량
  앞서 설명한 바와 같이 대사량은 여러 요인에 따라 변동되므로, 개인의 
대사량을 측정하려면 기초 상태에서 수행하여야 한다. 기초상태라 함은 다음과 
같은 조건을 말한다.
 식후 적어도 12시간 이상 경과한 후라야 한다(영양물질의 특수역원 작용의 
영향을 받지 않기 위해서).
 실내 온도가 적당하여야 한다.
 신체운동을 하지 않아야 한다(운동 후 1시간반 이상 경과되어 육체적으로 
완전히 이완된 상태).
 체온이 정상이어야 한다.
  기초 대사율은 깨어있는 사람이 생명을 유지하는데 필요한 최저 수주의 열 
생산량, 즉 1일간의 최저수준의 신진대사 수준을 말하며, 19세기 프랑스의 
화학자이며 생리학자였던 라보아체가 처음으로 사용한 용어다.
  기초대사량은 댁 체구가 큰 동물일수록 중가하지만, 체중 단위로 표시해 보면 
작은 동물일수록 큰 동물보다 크다. 그러나 기초 대사량을 체표면적으로 
표시하면 동물의 종류에 관계없이 거의 일정하다. 이것은 기초대사량이 체표 
면적과 비례하기 때문이다. 성인의 기초대사량은 1일 약 1200-1400kcal/ 
m2/day이다(표 13-1참조).
  따라서 사람의 기초대사량은 1m2의 체포면으로 환산하여 1시간 동안에 발생된 
열량 즉 Kcal/m2/hr로 표시하는데 한국인의 기초대사량을 표시하면 (표 13-2)와 
같다.
  한편 체포면적은 DuBois에 의하면 신장과 체중을 기초로 계산할 수 있는데, 
S=H0.725^26^W0.425×0.007184이다.
  여기서  -체　^26^ -표 면적은 m2, 신장은 cm, 체중은 kg으로 표시한 것이다. 
또한 기초대사량은 성장기의 어린이와 젖먹이에서는 높다. 이것은 성장기의 
어린이는 성장을 위한 에너지를 더 필요로 하기 때문이다. 사춘기를 지나면 
대체로 일정해지지만 그 후에도 나이가 들수록 조금씩 낮아진다. 즉 
기초대사량은 나이가 많아짐에 따라 감소하고 여성은 남성에 비하여 5%정도 
낮다. 그러나 해당 연령의 평균치보다 플러스 마이너스 10%이상의 차이가 
있으면 이상이 있는 것으로 보아야 할 것이다(그림 13-10 및 13-11참조).
  한편 기초대사량을 측정하는 방법은 직접법과 간접법이 있다. 직접법은 
신체에서 발생하는 열을 직접적으로 측정하는 방법으로서, 이는 조작이 
복잡하고 많은 장치가 필요하므로 연구목적 이외에는 잘 쓰이지 않는다.
  현재 일반적으로 널리 쓰이는 방법은 간접법인데, 호흡계를 사용하여 손쉽게 
측정할 수 있는 방법이다. 즉 간접법은 소비된 산소의 양으로부터 대사량을 
알아내는 방법이다. 즉 일정한 용적을 갖는 통 속에 100%산소를 채우고 환가가 
통속공기를 들이마시게 하고, 또 통 속으로 숨을 쉬게 한다. 흡입(들숨)공기는 
소오다 석회를 통과하는 사이 탄산가스가 흡수되어 없어진다. 그러므로 환자가 
한 번 호흡을 하면 소비된 산소량 만큼 통 속의 산소가 감소한다. 일정기간 
동안에 환자가 호흡한 산소의 양은 대사 측정기의 기록원통에 기록된 
호흡곡선으로 알 수 있고, 산소 소모량을 알면 이것을 4.8배 한 값이 곧 kcal로 
표현한 일 생산량이 된다. 
  에너지원은 앞에서 말한 것처럼 영양물질의 산화에서 얻어지므로 활동을 많이 
할수록 영양물질은 더 많이 필요하고 대사량은 증가된다. 또한 영양물질이 
산화되면 탄산가스가 발생한다. 그러나 탄산가스의 생성 비율은 물질에 따라 
다르다. 탄수화물의 경우 포도당의 산화대사에서 한 분자의 포도당에 대해 
6분자의 O2가 이용되며 6분자의 CO2가 생성된다. 즉 소모되는 O2에 대해 
생성되는 CO2의 양적 비율을 호흡상이라 한다. 탄수화물의 호흡상은 1.0이다. 
그러나 지방과 단백질은 탄산가스 생성비율이 낮아 지방은 0.71, 단백질은 
0.83이다. 혼합식을 하는 경우의 호흡상은 약 0.85이다.
  
  7. 에너지 수지
  에너지의 수입은 음식물의 섭취로 이루어지고, 지출은 외부에 대하여 하는 
자업과 세외로 방출되는 열로서 이루어진다. 이러한 수입과 지출이 평형을 
이루고 있을 때를 에너지 수지라 한다. 또한 섭취된 음식물의 열량이 지출된 
에너지량보다 적을 때를 음성수지라 하고, 이때는 체내의 글리코겐, 단백질 및 
지질성분 등 저장에너지원이 분해되어 유리되므로 체중의 감소가 일어난다. 
반면에 섭취되어 흡수된 음식물의 열량이 지출된 에너지량보다 클 때를 
양성수지라 하고, 이 경우 과잉한 영양 물질은 주로 지방질의 형태로 체내에 
저장됨으로서 체중이 증가한다.
  한편 간뇌의 시상하부에는 음식을 먹게하는 섭식중추와 먹기를 멈추게 하는 
포만중추가 있어서 음식물의 섭취를 조절하는데, 섭식중추는 혈당 농도가 
낮아지거나 체온이 내려가게 되면 더욱 더 흥분하는 것으로 보인다. 이로 
미루어 보아 음식물 섭취량은 식욕에 의해 조절되며 섭식중추는 음식의 섭취를 
위해 기본적 역할을 하는 것으로 보인다. 그러나 에너지 소비량과 식욕과의 
사이에 직접적인 연관성은 증명된 바 없다.
  하루에 섭취하는 에너지의 총량은 기초대사와 일상 생활의 활동 에너지를 
공급하고 여러 가지 스트레스에 의해 소비되는 열량을 보상할 수 있어야 한다. 
성
인 남자의 기초대사율은 약 40Kcal/m2/hr이므로 하루 동안의 
기초대사량은960Kcal/m2이다. 어떤 사람의 체표면적을 1.80m2이라고 한다면 
하루에 약. 1,728Kcal/24hr의 열량이 필요하게 될 것이다.
  만약 앉아서 일하는 사람이거나 학생, 교수들과 같이 신체 활동이 별로 없는 
사람에게서는 기초 대사량에 덧붙여서 약 1,000Kcal가 더 요구되므로 하루 약 
2,700Kcal가 필요하게 된다. 육체적인 운동을 하는 경우에는 개인의 운동의 
정도에 따라 다르지만 대략 하루에 1,000-2,000Kcal가 더 필요하게 되는 셈이다.
  
  8. 체온 조절
  동물은 체온에 의해 두 가지로 구별할 수 있다. 주위환경온도와 관계없이 
항상 일정한 체온을 유지하는 항온동물과 주위 환경의 온도변화에 따라서 
체온도 변화하는 변온동물이 있다. 항온동물은 온혈동물로서 포유류와 조류가 
속하고, 변온동물은 냉혈동물로서 어류, 파충류 및 양서류 등의 하등동물이 
여기에 속한다. 체온은 사람과 같은 항온동물이라고 하더라도 신체의 부위에 
따라 다소 다르다. 한 신체내에서도 구강온도와 직장온도가 차이가 있으며, 
더구나 신체의 마단부는 환경온도 변화에 따라 변동이 있다. 즉 손가락이나 
발가락과 같은 신체 말단 부위의 피부온도는 체간부, 전두부의 피부 온도에 
비해 낮으며, 또 외부온도에 따라 크게 변화한다. 그러나 중심부 온도라고 할 수 
있는 사람의 구강에서 체온을 측정하면 37.0도이고 직장 내에서 측정하면 
37.6도로서 주위 온도가 변해도 거의 일정하게 유지된다. 이와 같은 체온의 
변화가 있을 때 사람은 체열의 생산량 및 소실량을 변화시킴으로서 체온을 거의 
일정하게 유지조절한다. 예를 들어 임상적으로 고온에 시달리는 환자를 찬물로 
목욕시기거나 알코올로 마사아지를 시키기도 하는데, 이것은 많은 체열을 
소실시켜 체온을 하강시키는데 목적이 있다. 그러면 열생산과 열손실에 대하여 
알아보자. 
  1) 열생산 
  열은 신체의 모든 세포에서 신진대사 결과 생산되는 한 부산물이다. 다시 
말하면 신진대사라는 생화학 반응이 발열 반응이므로 여기에서 발생되는 
것이다. 인체의 주된 열생산기관들로써 간장, 심장, 뇌 및 모든 내분비선등이다. 
이들 기관들은 안정상태에서도 비교적 활발한 화학변화를 일으켜서 열을 
생상하며 체열의 약 50%를 생산하다. 또한 골격근의 하나하나는 그다지 
열생산이 크지 않은, 그 부피가 전신 체적의 약 1/2을 차지하고 있기 때문에 
전체 열생산의 약 40%를 담당하고 있다. 따라서 골격근은 단일 조직으로서는 
가장 많은 열을 생산하고 있다. 
  한편 근육이 운동을 할 때에는 안정시 열생산량의 10배까지도 증가할 수 있기 
때문에 체열의 생산량이 크게 변동될 수 있는 것이다. 이와 같이 골격근은 
체온을 조절한다는 점에서도 중요한 것이라고 하겠다.
  
  2) 열 방출
  열 방출은 신체 내에서 발생된 체열량이 많이 체온이 증가하면 체온보다 낮은 
외부환경을 향하여 복사, 전도, 방출 및 증발현상에 의해 체열 방출을 
증대시켜서 체온을 일정하게 해주는 물리적인 현상이다.
  이 중 복사라 함은 신체와 그 주위에 있는 물체 사이에서 서로 적외선으로 
주고 받는 현상이며, 온도가 높은 곳으로부터 낮은 곳으로 이동한다. 무더운 한 
여름 태양열을 받아 달아오른 아스팔트 길을 걸을 때 길바닥으로부터 뿜어 
올라오는 열이 복사열이다. 따라서 복사열은 주위 온도가 높을 때에는 체내로 
이동하고, 주위 온도가 체온보다 낮을 때는 체외로 방출된다. 실온에서 나체로 
있는 사람의 경우 복사에 의해서 방출되는 열량은 전체 열 손실량의 약 
60%정도를 차지한다. 
  전도는 신체 표면에 접촉된 물체로 열이 이동하는 것인데, 체온이 주위의 
온도보다 높을때 공기를 통한 열전도는 적으나, 물 속에 있을 때는 물의 
열전도도가 크므로 열의 손실이 크다. 전도에 의하여 손실되는 열량은 전체 
열손실량의 약 15% 정도가 된다. 한편 본질적으로는 전도의 결과로서 일어나는 
형상으로서 대류가 있다. 대류는 신체 표면에 접촉된 공기가 체열에 의하여 
가온되면 위로 올라가고 그 자리를 찬 공기가 이동하게 되는 현상이다. 즉, 
주전자에 물을 긁일 때 밑 부분의 더운 물 분자가 위로 이동되고 위의 찬 
물분자가 아래로 이동되는 현상이 대류이다. 도한 여름에 선풍기를 돌리면 
시원하여지는 것은 공기의 대류를 크게하여 주기 때문일 것이다. 그러므로 
대류는 전도에 의하여 가열된 공기를 이동시키는 효과를 나타내는 것이다.
  위의 과정으로도 체열의 방출이 충분하지 못하여 이의 축적이 오면 체열의 
방출은 증발에 의존된다. 즉 인체는 한선에서 땀을 분비하는데, 이 땀이 신체 
표면에서 증발할 때는 기화열이 필요하게 되고 주위로부터 열을 빼앗아 가므로 
결국 체열이 그만큼 방출하게 된다. 즉 물 1g이 증발할 때는 0.58Kcal의 
기화열이 필요하게 되므로 이와같은 양의 체온이 소실되는 셈이다. 또한 일부는 
호흡을 통해서도 수분을 잃어버리고 있는데, 이 두 경로를 통해서 증발하는 
수분량은 하루 약 600ml로서 전체 열 손실량의 약 25%가 증발에 의해 
방출된다.
  이와 같이 열 손실은 복사·전도 및 증발을 통하여 이루어지며, 그 비율은 
주위 온도에 따라 달라진다. 예를 들어<그림 13-15>에서 보는 것처럼 
21도에서는 복사가 60%, 증발이 25%, 전도가 15%(공기전도 12%, 물체전도 
3%)의 비율로 열 방출을 하게 되나, 31도에서의 열 방출은 증발에 의해서만 
이루어지는데 조용히 누워있는 사람의 몸은 땀으로 덮어지게 될 것이다.
  
  3) 체온 조절
  사람은 외계의 온도가 크게 높거나 낮지 안는 한 열생산과 열방출은 대개 
평형을 이루게 되어 열의 수지를 맞추고 체온이 일정하게 유지되는 것이다. 즉, 
추운 환경에 들어가면 신진대사율을 왕성하게 하여 열생산 및 산소소비율을 
최소로 감소시킨다. 이와 같은 체온 조절을 하는 중추신경기구는 뇌의 
시상하부에 있다. 시상하부의 체온조절 중추는 혈액의 온도에 민감하여 혈액의 
온도가 오르내램에 따라 체온을 낮추기도 하고 높이기도 한다는 것이다. 즉 
체온이 올라가려는 경향이 있을 때에는 시상하부를 관류하는 혈액의 온도상승이 
자극이 되어 시상하부의 전방부의 신경세포들이 흥분하여 피부의 혈관을 
확장시키고 땀을 분비시켜 체열의 방출을 증가시킴은 물론, 열생산을 적게하기 
위하여 골격근의 긴장도를 낮춘다. 따라서 이 부위를 열방출중추라고 할 수 
있을 것이다. 그러나 체온이 내려가는 경향이 있으면 주로 피부에 있는 
냉각수용기로부터 구심성 흥분이 시상하부에 전도되어 시상하부의 후부에 있는 
신경세포를 흥분시킨다. 이 결과 피부의 혈관을 수축시켜 혈류량을 억제하고 
땀의 분비를 감소시켜 체열의 방출을 최소로 감소시킨다. 또한 온몸의 골격근의 
긴장도를 증가시키고 더 나아가서는 떨림을 일으켜 골격근에서의 열생산을 
증가시킨다.
  이것을 종합해보면 시상하부는 마치 냉장고나 부란기의 항은 조절기와 같은 
구실을 한다. 즉, 사람의 체온을 37도로 꼭 맞추어 놓았다고 생각하면 될 
것이다. 다시 말해서 사람이 더운 환경에 노출되면 열생산이 감소하고 열방출이 
증가되면, 반대로 추운환경에 노출되면 열생산이 증대되고 열방출이 억제되는 
조절기전이 동원된다고 말할 수 있다. 예를 들면, 몹시 추울 때에는 우리의 
의사와는 관계없이 몸이 저절로 떨림으로서 체온을 높이려고 한다. 반면에 몹시 
더울 때에는 우리의 의사와는 관계없이 몸이 저절로 떨림으로서 체온을 
높이려고 한다. 반면에 몹시 더울 때에는 저절로 근육의 긴장이 풀려 맥이 
빠지고 축 틀어지는 것도 이 때문이다. 이리하여 자동적으로 민감하고 정확하게 
체온을 조절하게 되는 것이다.
  
  4) 발열
  체온의 이상 상태로서 발열 상태가 있다. 체온이 상승되어 43도 이상이 되면 
체내의 단백질이 응고되어 변성되므로 생명에 지장을 받게 된다. 이 열이 
생기는 원인은 대개는 세균성 감염 등으로 인하여 일어나고, 드물게는 X-선같은 
방사선을 다량으로 쬔지 2-3일 후에 나타나기도 한다. 세균에 감염되어 열이 
나게 되는 것은 주로 내독소에 의해 자극된 다형핵백혈구 등에서 내인성 
발열물질이 유리되고 이것이 체온조절 중추에 작용함으로서 체온을 조절하는 
기준온도를 올리기 때문이라고 생각하고 있다. 말하자면 평상시에는 체온조절 
중추가 조절하는 기준온도가 37도였는데 내인성 발열물질이 기준 온도를 39도 
혹은 40도로 올려잡게 한다. 이와같이 발열이 심할 때는 해열제를 사용하는데, 
이것은 시상하부의 항온조절기에 대한 발열물질의 작용을 약화시키는 효과가 
있으므로 올려잡은 기준 온도를 37도로 다시 환원시키는 약물이다. 해열제에 
의해서 병이 치유 과정에 들어가면 발열물질이 없어지고 시상하부의 항온 
조절기가 40도에서 다시 정상체온으로 맞추어지기 때문에 이때는 사람이 고온에 
환경에 노출된 것과 마찬가지로 피부혈관의 확장과 함께 체온을 낮추기 위하여 
열을 발산하려고 많은 땀을 흘리게 될 것이다. 이러한 것은 누구나 한 번쯤은 
경험으로 잘 알고 있을 것이다.
  발열이라는 것이 인체에 유리한 것인지 유해한 것인지에 대해서는 논란이 
많다. 세균이나 바이러스는 대개는 고온에 대한 저항력이 매우 약하므로 
이것들의 활동을 약화시키는 효과가 있을 것이다. 가령 임질이나 매독의 
병원균은 높은 체온에서는 죽는다. 발열은 또 세포에서의 화학 반응의 속도를 
바르게 진행시킴으로서 질병에 의해 파괴 혹은 손상된 것을 바르게 보수할 수 
있을 것이라는 점이다. 이와는 달리 발열이 신체에 오히려 유해한 영향을 
미치는 점도 있어서 확실치는 않다.