과학의 발전으로 인간은 정말 많은 것을 알아냈다. 미치오 카쿠는 최근 작 '인류의 미래'에서 행성 자체의 에너지를 모두 뽑아내는 단계가 1단계 문명, 행성이 속한 항성의 에너지를 모두 뽑아낼수 있는게 2단계, 더 나아가 소속 은하의 에너지를 모두 뽑아 쓸수 있는 문명을 3단계로 정의했다. 지구는 대충 0.5-6단계정도로 보았던 것 같다. 아마 정확친 않지만 지구와 우주에 대한 이해도도 이정도 수준일 것이다. 이해해야 활용할수도 있는 것일테니 말이다. 하여튼 이해도와 활용도, 양자는 비례할 듯 하다.
문명단계가 아직 낮아서인지 우린 자신의 몸에 대해서도 완전한 이해에 도달하지 못하고 있다. 그리고 아직까지 인간이 자신의 몸에 대해 알아낸 연구성과를 재미있는 문체와 센스로 집대성한 책이 빌브라
이슨이 낸 책 '바디'다.
빌 브라이슨의 책은 10년 전 '거의 모든 것의 역사'로 처음 접했다. 역사를 좋아하는 편이어서 역사에 대한 집대성인줄 알았는데 과학의 역사에 대한 집대성이라 다소 황당했었다. 하지만 그 책 덕에 과학에 대한 관심을 크게 갖는 계기가 되었다. 그 이전에 나의 독서 취향은 문과출신이라서인지 인문, 사회, 철학에 치우쳐 있었다. '거의 모든 사생활의 역사'는 그 이후에 나온 책이다. 변기부터 창문등 인간의 별 사소한 물건의 변천에 대한 역사였다. 거의 모든 것의 역사에 비하면 많이 가벼운 책이었다. 그리고 이번엔 나온 책이 바디다.
우리 몸 안내서란 부재만큼 인간의 몸 거의 구석구석을 뒤지며 최신의 연구성과와 발전상을 집대성했다. 인간의 몸은 생각보다 천문학적 수치를 갖고 있는 편인데, 하루에 무려 1만4천번 눈을 감거나(23분간 눈을 감는 셈이다.), 1초에 적혈구를 무려 백만개를 만들어내고, 그 적혈구 하나가 몸을 15만번이나 돌며, 인간을 만드는데 들어가는 원자의 수가 70억*10억*10억개나 필요하고, 모든 세포의 DNA 길이를 연결하면 160억km로 지구에서 명왕성까지의 길이란 점에서 그렇다.
인간의 세포수는 무려 37조개에 이르는데 대단한 것은 이 모든 세포를 총괄하는 관리자가 없다는 점이다. 그럼에도 각 세포들은 다른 세포가 보내는 성분에서 오는 신호에 반응하여 유기적으로 반응한다. 그리고 그 세포안엔 DNA가 들어있다. DNA는 매우 가늘어 200억 가닥이나 모여야 간신히 머리카락 하나의 굵기가 된다. 거기엔 염색체가 있고, 각 염색체 안에는 유전자가 있으며 유전자의 총합은 유전체다. DNA는 10억개당 1개꼴로 오류가 날 정도로 안정적이지만 이 오류가 있어야만 진화가 이루어진다. 세포분열 한번당 돌연변이 유전자가 3개정도 생겨난다. 지구상의 모든 인간은 과거의 병목현상으로 유전적으로 매우 유사하여 99.9%유전자가 일치한다. 개인당 3-4백만개의 유전자 차이가 나며 각 개인은 100개의 고유한 돌연변이를 갖고 있다.
1. 피부.
피부는 나쁜 것들이 들어오지 못하게 막고, 안의 나쁜 것을 배출하는 역할을 한다. 외부 충격 완화 기능도 있다. 촉감으로 쾌감과 온기, 아픔등 느낌을 일으키며 멜라닌을 생성해 햇빛을 가리고 스스로를 복구한다. 피부는 다 모으면 5-7kg에 달한다. 피부는 결코 고장나지 않는데 진피라는 안쪽과 표피라는 바깥층으로 이루어진다. 표피의 바깥쪽은 각질로 죽은 세포인데 이는 매달 교체된다. 1분에 2만5천개의 각질이 떨어져나가며 1시간이면 무려 100만개의 세포조각이 떨어져나간다. 우리가 하는 때목욕과, 창문을 닫아도 생겨나는 먼지들은 상당부분 이 각질로 보면 된며 이 각질은 연간 500g이나 된다. 진피 밑엔 피하층이 있는데 이 부분은 피부에 해당하진 않지만 피부와 몸을 부착하는 역할을 한다.
피부엔 구멍이 많다. 털집이 무려 200-500만개에 달하며 땀샘은 그 두배다. 피지는 땀과 섞여 피부에 기름층을 형성하여 보호한다. 하지만 간혹 죽은 피부와 피지가 말라붙어 구멍을 막는 경우가 있는데 이게 블랙헤드다. 털집에 감염이 일어나 염증까지 생기면 뾰루지가 된다. 그리고 이게 만성화하면 여드름이 되는데 사춘기 시절 피지샘활동이 활발하지기에 이 시기에 여드름이 많다.
우리 몸은 사실 온통 털로 덮여있는데 털이 없는 피부는 오로지 입술과 유두, 생식기, 손바닥, 발바닥 뿐이다. 인간의 털이 지금처럼 솜털처럼 얇아진 것은 120-170만년 전 정도로 추정된다. 왜냐하면 이 시기에 인간이 검은 피부를 얻었고, 피부색의 변화는 털이 없어야만 유의미하기 때문이다. 때문에 검은색의 피부와 털의 얇아짐은 같은 시기에 이루어졌을 가능성이 높다.인간의 털이 여전히 굵게 남은 곳은 머리 부분인데 통념과 달리 머리털의 보온, 보냉 효과는 생각만큼 크지 않다. 아무래도 성적인 매력을 위해 남은 것이 아닐가 추정된다.
피부에선 땀이 많이 아는데 땀은 99.5%가 물이고 나머지 중 절반이 소금이다. 더운 날씨면 하루에 12g이나 소금이 손실되므로 물과 함께 미네랄도 먹어줘야 한다. 몸의 다른 부위와 달리 손바닥은 신체운동이나 열과 상관없이 스트레스에도 반응한다. 거짓말 탐지기는 이를 이용해 손바닥의 땀을 검출하여 거짓을 탐지한다. 땀샘은 에크린 샘과 아포크린 샘으로 나눈다. 에크린 샘은 수가 많고 물기가 많은 땀이며 아포크린은 사타구니와 겨드랑이에 존재하고 진하고 끈적끈적한 땀을 생성한다.
2. 우리 몸의 미생물
인간의 몸에는 1.5kg의 미생물이 있으며 그 수는 30-50조개에 달한다. 무게는 가벼운데, 수는 오히려 많은 셈이다. 우리는 미생물 하면 오랜 감염의 역사로 공포와 혐오를 생각하지만 지구상에 발견된 약 100만종의 미생물 중에서 오직 1415종만이 인간에게 질병을 일으킨다.
바이러스는 산것도 죽은 것도 아닌 애매한 존재다. 세포 바깥에 있으면 먹지도 호흡도 이동도 없는 불활성'물질'이다. 하지만 세포안에 들어가면 돌변해 살아서 격렬히 증식한다. 바이러스는 매우 작은데 바이러스가 테니스공 정도라면 세균은 비치볼 크기다. 바이러스 역시 이름부터 무섭지만 미생물처럼 수십만종의 바이러스중 겨우 586종만 동물을 감염시키고 이중 263종만이 인간은 감염시킨다.
미생물중엔 균류도 있다. 균류 역시 수백종 가운데 300종이 우리에게 영향을 미친다. 우리는 균류는 세균이나 바이러스에 비해 우습게 여기는 경향이 있는데 균류로 전세계에서 매년 100만명이 사망하는 것을 감안하면 다시 봐야할 듯 하다.
이런 미생물의 공격에 대해 인간을 구한 것은 항생제다. 하지만 항생제는 표적 공격을 하지 않기에 우리 몸의 다른 이로운 미생물을 죽이는 역할을 하며 몸에 가장 내성이 강한 미생물만을 남긴다. 그 결과 항생제의 등장이후 세대를 거듭하면서 인간 미생물의 풀은 점차 줄어들고 있다. 실제로 비피도박테륨 인판티스란 미생물은 모유에 있는 중요한 미생물이다. 하지만 항생제 사용이 아마도 적을 개발도상국에선 아이의 90%에서 이 미생물이 발견되는 반면 선진국에서는 그 비율이 고작 30%에 불과하다. 더 큰문제는 항생제의 약발이 다 되어간다는 점이다.
1950-1990년대까지 미국에서는 연간 대략 3종류의 새로운 항생제가 나옸다. 하지만 지금은 2년에 한 종류로 줄었다. 그만큼 항생제와 개발이 어려워졌으며 항생제에 내성을 같는 미생물이 증가했다는 이야기다. 이는 항생제의 남용과 관련한다. 미국에선 한 해 항생제 처방 3/4가 항생제로 치효할수 없는 증상에 쓰였으며 항생제를 무려 80%의 가축에게도 먹이고 있다. 이는 가축을 살찌우기 위한 용도로 유럽연합에서는 이미 오래전에 금지된 조치다. 항생제 내성으로 앞으로 30년간 100조달러의 손실이 예상되며 연간 1000만명이 사망할 것으로 예측된다.
3. 감각
시각은 엄청나다.. 눈은 초당 무려 1000억개의 신호를 뇌로 보낸다. 그리고 이 엄청난 시각 정보중 시신경에 오는 건 10%에 불과하다. 하여튼 이렇게 정보다 크다보니 시각엔 무려 대뇌 겉질의 1/3이 시각에 관여한다. 우리는 보는걸 그대로 뇌가 해석한다고 생각하지만 사실 보는 것은 시각 이미지를 이해하는 것이다. 시각 입력이 시신경을 통해서 이를 처리하고 해석할 뇌로 전달하는데는 1/5초가 필요한데, 이 시간차를 해결하기 위해 뇌는 사실 보이는 세계를 예측해서 대응한다. 즉, 우리는 바로 이순간 세계를 보는게 아니라 잠시 뒤를 보고 예측하여 대응한다는 것이다. 이는 무척 놀라운 사실이다.
이 시각을 담당하는 눈은 사실 앞뒤가 뒤집힌 엉성한 구조다. 빛을 검출하는 세포들은 오히려 뒤에 있으며 세포에 산소를 공급하는 모세혈관이 앞쪽에 있다. 그래서 눈은 그걸 뚫어서 보아야 한다. 인간은 3종류의 색깔 수용기가 있는데 사실 조류나 어류, 파충류는 4종류의 색 수용기가 있다. 이는 아마도 과거 포유류의 조상이 야행성으로 진호하며 색깔 수용기가 퇴화되었던 것과 관련이 있어 보인다. 인간의 시야에는 중앙에서 15도 정도 쯤에 맹점이 있다. 신경섬유가 뒤쪽에 있는 하나의 통로로 눈을 빠져나가기 때문인에 이 안보이는 부분도 뇌가 상상으로 처리하므로 우리는 이를 인지하지 못한다.
청각엔 귓속뼈가 역할을 한다. 귓속뼈는 원래 턱뼈인 것이 오랜 세월동안 귀로 이동한 것이다. 귓속뼈는 소리를 증폭하여 달팽이처럼 생긴 달팽이관에 거쳐서 속귀로 전달한다. 달팽이 관안에는 부동섬모가 2700개 있는데 음파가 지나갈때마다 흔들거리며 전기신호를 발생시키고 이를 뇌가 해석한다. 이 부동섬모를 회복되지 않는데 앞쪽이 높은 주파수를 듣고 뒤쪽이 낮은 주파수를 듣는다. 앞쪽부터 닳게 되므로 나이가 들수록 높은 소리를 못듣게 된다. 인터넷엔 나이대로 가청가능한 소리가 있는데 이런건 이때문이다.
후각 상피는 약 35-400개의 냄새 수용기를 지닌 신경세포 집단이다. 알맞은 분자가 알맞은 수용기를 활성화하면 뇌로 신호가 전달되고 이를 냄새로 해석한다. 하지만 본질적으로 수용기는 분자의 모양이 아니라 진동하는 방식에 따라 자극을 받는다. 후각은 5감중 유일하게 시상하부를 거치지 않는다. 냄새는 후각 겉질로 향하는데 이는 기억 생성에 관련하는 해마 가까이에 위치한다. 그래서인지 후각은 기억과 밀접하다. 인간은 350-400개의 냄새 수용기가 있는데 이중 공통적인 것은 약 절반에 불과하다. 때문에 인간은 서로 같은 냄새를 맡고 있지 않게 된다. 냄새에 대한 개인차가 심한 것은 이때문일지 모른다.
4. 뼈
인간의 뼈는 206개라지만 사실 사람마다 다르다. 8명중 1명은 갈비뼈가 1쌍이 더 있는 13쌍이다. 즉, 뼈의 개수는 사람마다 조금 다를 수 있다. 그리고 이 뼈의 절반 이상이 작은 손과 발에 몰려있다. 손과 발의 엑스레이를 보라 조그만 뼈들이 잔뜩있다. 뼈는 몸을 지지하고 내부를 보호하며, 혈구를 생산하고, 화학물질을 저장한다. 소리를 전달하고 호르몬인 오스테도칼신을 생성하는데 이 호르몬은 혈당을 조절하고, 남성 생식력을 증진하며, 기분을 조절하고, 기억유지에 관여한다.
운동은 뼈를 튼튼히 하고, 튼튼한 뼈는 오스테도칼신을 많이 생성한다. 운동이 알츠하이머에 좋은 것은 운동 자체가 뇌를 활성화시키고 이 오스테도칼신의 생성에 관여하기 때문으로 생각된다. 뼈는 무기질이 70%, 유기물이 30%다. 뼈의 성분은 콜라겐인데 콜라겐은 인간 단백질의 무려 40%에 달한다. 이 콜라겐이 수산화인회석과 결합해 단단해져 뼈가되는 것이다. 뼈는 쓸수록 강해지며 크기도 커진다. 뼈는 강화콘크리트만큼 강하지만 무게는 무척 가볍다. 인간 뼈는 겨우 9kg이지만 무려 1t의 압력을 견딘다.
힘줄과 인대는 연결조직이다. 힘줄은 근육과 뼈를 연결하고 인대는 뼈와 뼈를 연결한다. 힘줄은 잘 늘어나지만 인대는 좀 덜 늘어난다. 힘줄은 본질적으로 근육이 연장된 것이다. 힘줄은 튼튼해서 잘 찢어지지 않는데 피가 거의 공급되지 않으므로 다치면 잘 낫질 않는다. 연골은 피가 전혀 공급되지 않아 치유능력이 거의 없다. 연골은 닳기만 하니 그래서 잘 써야 한다. 몸에는 총 600개의 근육이 있는데 일어나기만해도 100개의 근육이 사용된다.
인간의 발은 원래 움켜쥐는 일을 했다. 원숭이 발을 보라 잘 움켜쥔다. 그러다 보니 발에는 여전히 조각조각 뼈가 많다. 즉, 발은 애초에 무게를 지탱하도록 설계된게 아니라는 것이다. 그래서 오래 서거나 걸으면 아프다.
몸의 기본 구조 중에서 가장 문제를 많이 일으키는 곳은 엉덩이다. 엉덩이가 이동과 체중의 지탱이라는 모순된 역할을 해결하는 곳이기 때문이다. 대퇴골의 머리와 그 끝이 끼워지는 고관절 절구양쪽에 있는 연골은 마찰압력이 심하게 가해진다. 그 결과 매끄럽게 맞물리며 회전하던 이 둘은 점차 고통스럽게 갈리기 시작한다.
인간의 뼈는 해마다 1%씩 무게가 줄어든다. 그래서 고령인 75세 이상은 고관절이 부러지면 40%는 홀로 생활이 불가능해지며 10%가 30일이내에 사망하고, 30%는 1년 이내에 사망한다.
5. 통증
우리는 통증을 느끼지만 통증은 사실 미지수의 영역이다. 뇌에는 통증중추가 없으며 통증신호가 모이는 장소도 없다. 그런데 인간은 통증을 분명히 느낀다. 통증은 과거 안좋은 것으로만 여겨졌지만 지금은 몸의 위험과 회복을 위한 긍정적 역할로 해석하는게 지배적이다.
통증은 피부밑 통각 수용기에서 시작한다. 통각수용기는 열자극, 화학적자극, 기계적 자극의 세 종류에만 반응하는데 놀랍게도 기계적 자극에 반응하는 수용기가 아직 발견이 되지 않았다. 통각수용기는 열자극만 있으므로 우린 젖은 것에 대해 정확히 반응하지 못한다. 차갑게만 느꼈는데 의외로 젖은 경우가 많은 것을 뒤늦게 알아차리는 것은 이 때문이다.
통각 수용기에서 오는 신호는 두 유형의 신경 섬유로 뇌와 척수에 전달된다. A 델타는 미엘린으로 쌓여 절연되어 신호가 매우 빠르다. 망치에 손이 짓눌리는 순간 즉각적으로 다가오는 날카로운 통증이 이 체계다. 반면 C 섬유는 느리다. 망치에 짓눌린 후 살이 으깨져서 얼얼하고 지끈거리는 통증이 이 체계다. 통각수용기는 불쾌한 감각에만 반응하기에 걷거나 손에 무언가가 닿는 일상적인 신호엔 반응하지 않는다. 신경신호는 1초에 120m로 느린 편이다. 그래서 중간에 뇌로 가는 신호를 가로채는 반사가 존재한다.
신경계는 중추신경계와 말초신경계로 구분된다. 그리고 체성신경계는 생각에 따라 제어하고, 자율신경계는 자동으로 작동한다. 자율신경계는 교감신경과 부교감신경으로 나뉘는데 교감신경은 몸이 갑작스럽게 반응하는 것이고 부교감신경은 소화나 심장, 호흡, 성적 반응같은 것이다. 말초신경계는 손상시 치유되나 중추신경계는 회복되지 않는다.
통증은 4가지 종류다. 통각 통증은 자극을 받아 생기는 통증으로 부상후 쉬라는 의미의 신호이므로 좋은 통증이다. 염증통증은 조직이 붓거나 충혈될 때 생기는 것이며 기능장애 통증은 신경손상이나 염증을 일으키는 외부자극 없이 일어난다. 신경병 통증은 신경이 손상되거나 예민해져 생기며 외상의 후유증이나 아무 이유 없이 생기기도 한다.
통념과 달리 대부분 장기는 통증을 못 느낀다. 장기에서 비롯되는 것 같은 통증은 사실 대부분 연관통증이다. 즉, 몸의 다른 부위와 연관되어 생기는 통증인 것인데 심장동맥질환의 연관통증은 목, 팔, 턱에서 느겨지며 두통역시 머리 피부, 얼굴, 머리 부위의 신경말단에서 생겨난다.
통증은 인류가 해결하지 못하는 문제로 미국 성인의 약 40%가 만성 통증에 시달린다. 처방약물은 환자 4-7명중 겨우 1명꼴로 만 효과를 드러내며 최고의 진통제를 써도 환자 가운데 70-80%에겐 아무런 효과가 없다.