체온 조절 — 더우면 왜 땀이 날까

한여름 운동장에서도, 한겨울 눈밭에서도 체온계는 37 °C 근처를 가리킵니다. 바깥 기온은 40 °C 가까이 오르내리는데 몸속은 1 °C 도 잘 움직이지 않습니다. 더울 때 땀이 나는 것은 그저 불쾌한 일이 아니라 몸이 열을 내보내는 체온 조절의 한 수단이고, 추울 때 몸이 떨리는 것은 열을 만드는 수단입니다. 누가 체온을 재고 누가 명령을 내리는지부터 봅니다.

시상 하부가 재고, 두 갈래로 명령합니다

체온을 지키는 중추는 간뇌의 시상 하부입니다. 시상 하부는 뇌로 흐르는 혈액의 온도를 직접 재고, 피부의 온도 감각 신경에서 오는 신호도 받습니다. 체온이 기준보다 높아지면 열을 내보내는 쪽으로, 낮아지면 열을 만들고 지키는 쪽으로 명령을 내립니다. 명령은 자율 신경과 호르몬 두 길로 나갑니다(신경과 호르몬).

더울 때 일어나는 일은 두 가지입니다. 피부 가까운 혈관이 넓어져 따뜻한 피가 피부로 많이 흐르고, 그 열이 몸 밖으로 빠져나갑니다. 더운 날 얼굴이 붉어지는 것이 그것입니다. 그리고 땀샘이 땀을 냅니다. 추울 때는 반대입니다. 피부 혈관이 좁아져 피가 몸속 깊이 머물며 열이 새는 것을 막고, 골격근이 빠르게 수축하는 몸 떨림으로 열을 만듭니다. 털을 세우는 근육이 수축해 소름이 돋고, 갑상샘 호르몬과 아드레날린이 더 나와 세포의 물질대사를 올려 열 발생을 늘립니다. !더울 때와 추울 때의 피부 단면 — 더우면 피부 가까운 혈관이 넓어지고 땀샘에서 땀이 나며, 추우면 혈관이 좁아지고 털이 서서 소름이 돋는다

땀은 증발하면서 열을 가져갑니다

땀이 몸을 식히는 것은 땀이 차가워서가 아닙니다. 땀은 체온과 같은 온도로 나옵니다. 땀이 식히는 것은 증발할 때입니다. 물이 액체에서 기체로 바뀌려면 많은 열이 필요한데, 그 열을 피부에서 가져갑니다(물의 특성). 물 1 g 이 증발하면서 피부에서 가져가는 열은 같은 물 1 g 을 1 °C 데우는 열의 500배가 넘습니다. 그래서 흐르는 땀보다 마르는 땀이 몸을 식힙니다. 습한 날 더 덥게 느껴지는 것은 공기에 수증기가 많아 땀이 잘 마르지 않기 때문입니다. 바람이 불면 시원한 것도 피부의 수증기를 걷어 가 증발이 빨라지기 때문입니다.

음성 피드백이라 제자리로 돌아옵니다

체온이 오르면 열을 내보내는 반응이 커지고, 그 결과 체온이 내려오면 반응도 잦아듭니다. 결과가 원인을 되돌려 누르는 이 조절 방식이 음성 피드백입니다. 혈당을 인슐린과 글루카곤이 양쪽에서 조절하는 것과 같은 꼴입니다(혈당 조절). 그래프로 보면 체온이 기준보다 높을 때는 열 방출량이 열 발생량보다 많아 체온이 내려오고, 낮을 때는 열 발생량이 더 많아 올라옵니다. 두 양이 같아지는 한 점으로 늘 되돌아오니 체온이 일정하게 유지됩니다. 열이 날 때는 시상 하부의 기준점 자체가 잠시 올라간 것입니다 — 그래서 체온이 38 °C 인데도 춥고 떨립니다. 기준점이 다시 내려오면 땀이 나며 열이 내립니다.

시험에서는 이렇게 나옵니다

• 체온 조절의 중추는 간뇌의 시상 하부. 혈액의 온도를 직접 재고 피부의 온도 수용기에서 신호를 받습니다.
• 더울 때 — 피부 혈관 확장, 땀 분비 증가 → 열 방출량 증가. 물질대사 감소 → 열 발생량 감소.
• 추울 때 — 피부 혈관 수축, 땀 분비 감소 → 열 방출량 감소. 몸 떨림·갑상샘 호르몬·아드레날린 → 열 발생량 증가.
• 혈관의 수축·확장은 자율 신경이, 호르몬 분비는 내분비계가 맡습니다. 둘 다 시상 하부의 명령입니다.
• 땀의 냉각은 기화열 — 증발할 때 피부의 열을 빼앗습니다. 습도가 높으면 효과가 줄어듭니다.
• 음성 피드백 — 결과가 원인을 억제. 그래프에서 열 발생 곡선과 열 방출 곡선의 교점이 유지되는 체온.

자주 헷갈리는 것

• "땀이 차가워서 시원하다" — 땀은 체온으로 나옵니다. 시원한 것은 땀이 마르면서 기화열을 가져가기 때문입니다.
• "추우면 혈관이 넓어져 피를 더 보낸다" — 반대입니다. 추우면 피부 혈관이 좁아져 열이 새지 않게 합니다. 손발이 창백해지고 시린 까닭입니다.
• "열이 나면 몸이 체온 조절에 실패한 것이다" — 시상 하부가 기준점을 일부러 올린 것입니다. 조절은 그대로 돌아갑니다.
• "체온 조절은 신경만 한다" — 혈관과 땀샘은 신경이 빠르게 움직이고, 열 발생을 올리는 것은 호르몬이 느리고 길게 맡습니다. 둘이 함께입니다.

정리합니다. 체온은 간뇌의 시상 하부가 재고 조절합니다. 더우면 피부 혈관을 넓히고 땀을 내어 열을 내보내고, 추우면 혈관을 좁히고 몸을 떨며 호르몬으로 열을 만듭니다. 땀은 증발하면서 기화열로 몸을 식히고, 결과가 원인을 되누르는 음성 피드백 덕에 체온은 늘 37 °C 근처로 돌아옵니다.