중력이 인간에게 미치는 영향

요즘 일반인들도 우주여행을 떠날 수도 있다고합니다.

우주여행은 인간에게 어떤 영향을 미칠까에 대한 것을 건강적인 측면에서 살펴보도록 하겠습니다.

중력에 대한 적응

인간은 지상에서 생활하는 한 지구 중력의 영향권에 있으며 그것을 피할 수 없습니다. 중력은 우리들의 심장, 골격, 뇌 그리고 세포까지에도 영향을 미치고 있습니다. 혈액 중에 떠다니는 적혈구조차도 중력의 작용으로부터 자유로울 수 없습니다.

인간은 1기압의 대기 하에 생존하며 그 중 21%를 차지하는 산소를 마시며 살고 있습니다. 인류가 이 세상에 나타난 이래 지금까지 이런 중력의 영향권에서 생활합니다.

그 결과 인간의 몸은 지구의 중력에 완전히 적응했습니다. 지구의 중력에서 합력적이고 원활하게 활동할 수 있는 몸이 되었습니다. 중력에 적응하고 있는 사이 중력의 존재를 의식하지 못하고 살고 있습니다. 산소가 없으면 1~2분도 살기 힘든 인간이 산소의 중요성을 잊고 사는 것과 같습니다.

 

중력과 무게

우리들의 몸의 구조와 기능 및 움직임에 결정적으로 중요한 의미를 알게 된 시작은 최근의 일입니다. 인류가 중력권을 벗어나 우주라고 하는 무중력 환경으로 나가기 시작하면서 중력의 의미를 자각하기 시작했습니다.

중력의 크기는 지구의 중력을 1로 한 단위 즉 G라고 하는 단위를 사용합니다. 중력 1G인 지구에서 체중이 60kg였다면 스페이스셔틀을 쏴 올릴 때(3G)는 180kg이 되며, 달에 가서 측정을 하다면 1/6인 10kg가 되는 것입니다. 만약 태양(28G)에서 측정을 한다면 1,680kg이 될 것입니다. 그리고 우주 공간에서(0G)에서 측정하면 0kg가 됩니다. 무게를 우주적 시야로 본다면 무게추를 어느 곳에 두느냐에 따라 무게 차이가 생기게됩니다.

 

기립내성의 저하

우주 여행을 끝내고 귀환했을 때 눈에 띠는 신체 증상은 기립내성의 저하입니다. 기립내성이 낮으면 앉은 자세 등에서 갑자기 기립했을때 뇌빈혈을 일으켜 안면 창백, 현기증, 실신 등을 일으킵니다.

기립내성을 검사하는 방법으로 두가지가 주로 이용됩니다.

하나는 회전 테이블을 이용해 신체를 수평위로부터 수직위로 회전할 때 심박수와 혈압을 측정하는 방법입니다. 기립내성이 낮으면 수직위로 바꼈을 때 심박수 증가와 혈압 저하가 나타납니다. 의식이 희미 또는 상실됩니다.

또 한가지 방법은 하반신 음압부하법입니다. 하반신을 밀폐된 기구안에 넣고 기구 안의 압력을 떠러뜨려 진공으로 만드는 방법입니다. 기립내성이 낮으면 심박수가 증가하며 하체의 정맥에 혈액이 몰려 다리 용적이 커집니다. 

아폴로 우주선에 의한 우주 비행을 조사한 결과 비행 후에 심박수 증가와 다리 용적이 증대를 확인할 수 있었습니다. 우주비행을 하면 왜 기립내성이 저하되는지 알아보도록 하겠습니다.

 

기립내성 저하의 원인

첫째로 심장 기능의 저하입니다. 우주에서는 체중을 지지한다든지, 무거운 물건을 든 다든지, 강한 힘을 낸다든지 할 필요가 없습니다. 좁은 우주선 내에서 생활하기 때문에 신체활동의 제한이 큽니다. 때문에 심장의 예비력이 줄고 펌프 기능도 저하됩니다. 우주여행은 운동부족 여행이라고 할 수 있습니다.

심장의 펌프 기능이 저하되면 기립이나 운동을 할 때 충분한 혈액을 박출 할 수가 없어 뇌까지 필요한 혈액을 순활 시킬 수 없어 뇌빈혈이 발생합니다. 같은 현상은 장시간 누워 있을 경우에 나타납니다.

우주비행이 인체에 미치는 영향을 실험하는 연구가 있었습니다. 3주간 침대에 누워있게 한 실험의 결과로 심장의 크기가 3주만에 현저히 작아졌습니다. 이것은 확실한 심장 기능의 저하를 나타냅니다. 그러나 실험 후 신체 트레이닝을 한다면 심장의 크기가 원래대로 돌아오며 전보다 더 커질 수 있습니다.

둘째로 혈관운동기능의 저하입니다. 지상에서 보통 인간은 낮에는 서서 활동을 하고 밤에는 누워서 수면을 취합니다. 서 있으면 중력의 작용으로 혈액이 하반신으로 많이 흘러가며 머무는 양이 그만큼 많아집니다. 상반신 특히 뇌에 혈액 공급이 충분하지 못하게 됩니다. 그것을 예방하기 위해 한반신의 혈관이 수축됩니다. 정맥도 따라서 수축이 되어 정맥계 혈액의 혈류를 막습니다. 그 결과 뇌에 혈액이 확보되게 됩니다. 

몸을 눕히면 중력의 방향이 신체의 축과 직각이 되어 하반신과 상반신 모두 혈류 흐름이 동등하게 좋아집니다. 일상생활을 반복하는 사이에 혈관은 수축과 이완을 반복하며 혈관운동성을 유지하는데 도움을 주고 있습니다.

우주에서는 중력이 없어 누워있건 서있건 혈관 운동은 일정 상태를 유지할 것입니다. 같은 상태가 계속되면 혈관운동성은 점점 그 기능을 상실합니다. 우주여행을 마치고 지구로 돌아오면 지구 중력에 대한 혈관운동이 일어나지 않아 혈액이 하반신에 몰리며 뇌빈혈을 이르기게 됩니다.

 

뼈의 칼슘 함량 감소

연구 결과에 의하면 우주 비행이 하루에 약 0.3g의 칼슘이 뼈로부터 소실된다고합니다. 이와 같은 상태가 장기적으로 간다면 다량의 칼슘을 잃게됩니다. 골연화증은 우주여행의 커다란 의학적 문제로 대두될 것입니다. 베드 레스트 실험으로 칼슘의 소실은 중력이 있다는 것이 발견되었습니다. 뼈를 튼튼하게 유지하기 위해서는 중력에 대항해서 생활하는 것이 필요합니다. 지구의 중력은 인간의 건강 유지에 중요한 역할을 하고 있습니다.

 

평형 감각이 떨어지는 이유

지상에서 직립자세를 취한다던지, 여러가지 자세를 취하거나 넘어지지 않고 걷는 다던지, 달린다던지 혹은 물구나무 서기 같은 행동을 할 수 있는 것은 평형 기능이 작용하기 때문입니다.

평형 기능은 눈과 근육, 건 등의 속에 있는 고유 수용기 및 내이의 전정이라고 하는 3개의 기관이 각각 협력하여 이루어집니다. 눈 이외의 기관은 중력의 영향을 받아 1G의 중력에서만 정상적으로 기능을 하게됩니다. 중력이 없는 우주에서는 정상적으로 기능을 하지 못해 신체의 평형을 유지하기 힘들게 됩니다.

 

전정 기관의 기능 상실

전정에는 이석이라고 하는 돌이있습니다. 중력 환경하에서는 돌의 무게로 인해 그 밑의 유모세포가 압박되고 압박의 방향에 따라 머리릐 자세에 관한 정보가 뇌에 전달되어 뇌가 정확한 판단을 하도록 도와줍니다. 우주에서는 이석의 무게가 0kg가 되어 전정이 정상적으로 기능할 수 없습니다. 따라서 우주에서 뇌는 눈으로부터는 정확한 정보를 얻지만 고유수용기와 전정으로부터 잘못된 정보를 얻게 됩니다. 그 결과 현기증, 구토, 두통 등의 증상이 나타납니다.