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인체의 첨단기술, 근육 이야기
 
들어가는 말
마땅한 근육을 마땅...
한 걸음 내딛기까지...
움직임을 만드는 어...
인체를 위한 최적의...
들어가는 말
최대 10,000m의 빙상을 질주하는 스피드스케이팅 선수, 90분간 운동장을 종횡무진 뛰어다니는 축구 선수, 곤봉·리본 등의 기구를 자유자재로 움직이며 연기하는 리듬체조 선수. 운동선수들의 폭발적이고 유연한 움직임은 물론, 일상적인 활동까지 가능하게 하는 힘의 원천은 다름 아닌 근육이다. 그래서 근육을 ‘힘이 나오는 살’이라는 뜻에서 힘살이라고도 한다.

근육은 인체를 구성하는 조직 중 가장 많은 비율을 차지한다. 우리 몸에는 크고 작은 650여 개의 근육이 있으며, 몸무게의 약 40%가 근육이다. 인간이 태어나서부터 숨이 멎을 때까지 쉼 없이 움직이는 근육, 그 세계를 자세히 들여다보자.

마땅한 근육을 마땅한 자리에
인체를 구성하는 근육은 크게 골격근, 내장근, 심근이 있다. 그중 골격근은 뼈에 붙어서 몸의 운동에 직접 관여하는 근육이다. 가지런히 정렬되어 선명한 가로무늬를 이루는 골격근은 대뇌의 명령에 따라 움직이는 수의근이다. 힘이 좋고 빠르게 움직이며, 수축과 이완이 상호 작용하며 움직임을 조절한다. 대뇌로부터 팔을 굽히라는 명령이 내려오면 팔 앞쪽의 이두박근은 수축하고 뒤쪽의 삼두박근은 이완하여 팔을 굽히는 식이다.

장기(臟器)의 벽에 분포된 내장근은 골격근과 달리 자율신경의 지배를 받기 때문에 의지와 관계없이 움직인다. 따라서 장이나 대장의 활동을 특별히 신경 쓰지 않아도 음식을 계속 소화할 수 있다. 뚜렷한 무늬가 없는 내장근은 느리면서도 꾸준히 움직인다. 자궁 안에 있는 태아를 힘있게 밀어내고, 소화관을 따라 음식물을 이동시키고, 소변과 대변을 밀어내는 일들 모두 내장근이 담당한다.

심장은 강한 펌프질로 혈액이 온몸을 순환하도록 하는데, 그 세기는 권투 선수가 모래주머니를 힘껏 두드리는 힘에 맞먹는다. 이를 단 한 번도 쉬지 않고 힘차게 해낼 수 있는 것은 심장을 둘러싼 심근 덕분이다. 심근은 골격근과 내장근의 특성을 모두 가지고 있어서 강도 높은 운동을 계속해도 지치지 않으며, 자율신경에 따라 움직인다.

만약 심근이 수의근이라면 어떤 일이 일어날까? 심장 박동을 대뇌가 지배한다면? 심장을 쉼 없이 뛰게 하느라 다른 일을 못 하는 것은 물론 잠을 자기도 힘들 것이다. 반면 골격근이 자율신경계의 지배를 받는다면 원하는 대로 움직일 수 없어 적잖이 난감할 것이다. 이처럼 근육들은 인간이 활동하는 데 더할 나위 없이 알맞은 기능을 갖추고 있다. 우리는 마땅히 있어야 할 곳에서 제 역할을 묵묵히 하는 근육 덕분에 순탄한 하루하루를 살고 있다.

한 걸음 내딛기까지
아침에 일어나서 씻고, 밥을 먹고, 걸어서 집 밖으로 나가는 데 인체는 얼마나 많은 근육을 사용할까? 간단한 말 한마디를 하려 해도 얼굴과 입술, 혀, 턱, 후두 등에서 최소 백여 개의 근육이 사용되며, 가볍게 걸을 때 쓰이는 근육의 개수도 백 가지를 훌쩍 넘는다. 일상적인 활동도 수많은 근육이 연쇄적으로 수축과 이완을 반복해야 하는 정교하고 복잡한 동작이다.

움직일 때 가장 많이 사용되는 골격근은 근섬유라는 가는 실 모양의 근육세포가 다발 형태로 모인 기관이다. 이때 근섬유는 다시 1000여 개의 미세한 근원섬유로 구성된다. 한 개의 근원섬유는 여러 개의 근세사로 되어있으며, 근세사는 액틴과 미오신이라는 단백질 성분의 잔섬유(필라멘트, filament)로 구성되어 있다. 액틴과 미오신은 깍지 낀 손처럼 서로 어긋나며 포개진 구조를 이룬다.

‘걷자’라고 생각하면 뇌에서 출발한 신경세포가 순식간에 다리 근육까지 전해진다. 신경세포의 전달 속도는 매우 빨라서 1초에 100m가량 이동할 수 있다. 키가 180cm인 사람의 경우, 머리에서 발가락 끝까지 0.018초 만에 신호가 전달되는 셈이다. 신호를 받은 근육은 수축하기 위해 ATP1라는 물질을 만든다.

ATP① 분자는 미오신에게 에너지를 공급하고, 미오신은 나란히 있는 액틴을 반복해서 잡아당기기 시작한다. 둘은 양손을 번갈아 가면서 밧줄을 잡아당기듯 엇갈리게 미끄러지며 점점 더 가까워진다. 이로써 근육이 수축한다. 근육이 이완할 때는 두 잔섬유가 반대 방향으로 미끄러져서 멀어진다.

이 같은 일이 다리, 발바닥, 골반의 근육까지 차례로 반복되면 비로소 한 발을 내디딜 수 있다. 이중 어느 한 부분이라도 수축과 이완이 일어나지 않으면 걸음걸이가 이상해진다. 수많은 근육이 쉼 없이 상호작용하는 일이 익숙해지기까지는 많은 훈련이 필요하다. 막 걸음마를 시작한 아기들이 완전히 두 발로 걷기까지 수십 수백 번 넘어지는 데는 이유가 있다.

움직임을 만드는 어울림
종이 한 장을 주울 때와 두꺼운 책을 옮길 때 필요한 힘의 세기는 다르다. 따라서 골격근은 필요한 힘의 세기에 따라 운동단위별로 근섬유를 움직인다. 하나의 운동신경세포②와 그 세포가 지배하는 근섬유들을 통틀어 운동단위라고 하는데, 하나의 운동신경세포가 지배하는 근섬유는 2~3개에서 2000~3000개로 다양하다.

운동단위에 들어있는 근섬유의 수가 적을수록 정밀하고 섬세한 동작을, 많을수록 큰 힘이 필요한 동작을 할 수 있다. 예를 들어 손가락이나 눈과 같이 미세한 움직임이 필요한 부위에는 하나의 신경섬유③에 적은 수의 근섬유만이, 강한 힘을 내는 종아리 뒤의 장딴지근에는 약 2000개의 근섬유가 연결되어 있다.

한 운동단위에는 같은 종류의 근섬유가 모여있는데, 크게 적색근과 백색근으로 나뉜다. 미오글로빈이라는 색소단백질을 함유해 붉은색을 띠는 적색근은 운동속도가 느리지만 쉽게 지치지 않는다. 반면 백색근은 빠르고 강한 수축력을 가진다. 마라톤 선수가 오래 달릴 수 있는 것은 적색근 덕분이고, 역도 선수가 순간적으로 무거운 바벨을 들어 올릴 수 있는 것은 백색근 덕분이다.

근육은 다른 기관과도 어우러져 우리 몸에 필요한 많은 기능을 한다. 몸의 지지대 역할을 하는 뼈를 잡아서 관절을 안정되게 해주며, 횡격막, 대흉근, 승모근의 경우 수축과 이완을 통해 폐에 공기가 들어오고 나가는 일을 돕는다. 정교한 동작을 해내는 손의 능력은 손가락과 손목을 움직이는 37개의 근육과 뼈의 조화로 이루어진다. 80여 개에 달하는 얼굴 근육은 인간만이 가질 수 있는 다양한 표정을 지을 수 있게 해주는 것은 물론, 음식물을 효과적으로 섭취할 수 있도록 돕는다.

인체를 위한 최적의 동력장치
기초대사량의 약 40%를 소모하는 근육은 에너지를 태우는 공장 역할을 한다. 근육은 우리 몸에서 열을 가장 많이 발생시키는 기관으로, 전체 열 생산의 절반 가까이 담당한다. 급격하게 체온이 떨어지면 오한이 들면서 근육이 떨리는 것도 부족한 열을 발생시키기 위한 몸의 작용이다.

근육은 유연성을 갖춘 우수한 운동기관이다. 근육으로 인해 사람은 접고 펴고 비트는 등의 3차원적 움직임이 가능하다. 인간의 신체와 유사한 모습을 갖춘 ‘휴머노이드(humanoid)’가 부드럽게 움직이지 못하는 이유도 관절을 붙들고 있는 근육이 없어서다. 근래에 인공 근육을 개발하기 위한 연구가 계속되고 있으나 인간의 것처럼 수축과 팽창이 신속하면서도 내구성과 에너지 효율이 높은 근육을 만들려면 풀어야 할 난제가 적지 않다. 아직까지 인간이 발명한 어떤 기계도 이 놀라운 운동성을 쫓아오지 못했다.

우리가 하는 일 가운데 근육이 관련되지 않은 일을 생각해 내기란 어렵다. 자궁근의 수축으로 태어나서 생명이 끝날 때까지, 일생의 모든 움직임은 근육 운동의 산물이다. 일상적인 활동뿐 아니라 우리가 의식하지 않는 부분까지도 즉각 반응해 생명을 유지하게 해주는 소중한 기관이 바로 근육이다. 살아있다는 것은 곧 근육이 움직이고 있다는 의미이기도 하다.

인체를 위한 최적의 동력장치, 근육. 단순히 가느다란 물질의 조합이라고 하기에는 너무도 정교하고 유연한 이 ‘첨단기술’을, 인류는 어떻게 태어날 때부터 장착하고 있었을까.

시 139편 14절 “내가 주께 감사하옴은 나를 지으심이 신묘막측하심이라 주의 행사가 기이함을 내 영혼이 잘 아나이다”


① adenosine triphosphate. 물 분자가 작용한 분해반응을 통해 다량의 에너지를 방출하는 유기화합물.
② 뇌와 척수에서 일어난 운동 자극을 근육 등에 전달하는 신경세포.
③ 신경세포의 돌기 부분에 있는 줄 또는 실 모양의 섬유 물질로, 자극 전달을 담당한다.

참고
마츠무라 조지, 『재미있는 우리 몸 이야기』, 홍성민 역, 북스캔, 2003.
DK 『인체 원리』 편집 위원회, 『인체 원리』, 김호정·박경한 역, 사이언스북스, 2017.

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