Doctor of Public Health 전상훈입니다
생물·생명
Q. 삼투압현상과 반투압 현상에 대해 궁금합니다
안녕하세요. 두 현상 모두 용액의 물리적 성질과 관련되어 있으며, 생물학적 시스템에서 매우 중요한 역할을 합니다. 여기에서 '농도'라 함은 용액 중에 용질(ex : 소금, 설탕 등)의 양을 말합니다. 즉, 용액의 농도가 높다는 것은 용질이 많이 포함되어 있다는 의미입니다. 삼투압(osmotic pressure)은 용질이 투과할 수 없는 반투막을 통해 용매(보통은 물)가 농도 높은 쪽으로 자연스럽게 이동하려는 현상을 말합니다. 이 때 발생하는 압력을 삼투압이라고 합니다. 예컨데, 소금물과 순수한 물이 반투막으로 분리되어 있을 때, 순수한 물에서 소금물 쪽으로 물이 이동하려고 합니다. 이는 물 분자는 더 많은 곳에서 덜 많은 곳으로 이동하여 두 용액의 농도를 균등하게 만들려는 자연스러운 경향 때문입니다. 반투압(Reverse Osmosis)은 삼투압 현상을 역전시키는 과정입니다. 즉, 물이 농도가 높은 쪽에서 낮은 쪽으로 이동하게 하기 위해 외부에서 압력을 가하는 것을 말합니다. 이 기술은 주로 물을 정화하거나 염분을 제거하는 데 사용됩니다. 예컨데, 해수를 담수로 전환할 때 사용되는 역삼투(Reverse Osmosis ; RO) 시스템은 해수의 소금을 제거하기 위해 고압을 사용하여 물 분자만을 반투막을 통과시키고 소금은 걸러냅니다. 이 두 현상은 모두 반투막이라는 공통적인 요소를 사용하지만, 적용하는 압력의 방향과 목적에서 차이가 있습니다. 삼투압은 자연 현상으로 물이 농도 차이를 균형으로 만들려는 성질을 이용한 것이고, 반투압은 인위적으로 압력을 가해 물의 이동 방향을 제어하는 기술입니다. 이 두 과정은 수처리, 의료, 생물학적 시스템 등 다양한 분야에서 중요한 역할을 합니다.
생물·생명
Q. 질병을 앓게 되면 열이 나는 이유가 무엇이죠?
안녕하세요. 발열은 인체가 감염과 싸우기 위한 복합적이고 조율된 면역 반응의 일부로, 이 과정은 주로 열을 조절하는 뇌의 부위인 시상하부(Hypothalamus)에 의해 주도됩니다. 병원체의 침입을 감지하면 면역계는 여러 종류의 사이토카인(cytokines)을 분비하여 염증 반응을 촉진하고, 이는 뇌에서 체온을 높이는 신호로 작용합니다. 먼저, 사이토 카인은 감염에 대응하여 면역계는 인터루킨-1(IL-1), 인터루킨-6(IL-6), 종양괴사인자(TNF-alpha)와 같은 사이토카인을 방출합니다. 이들 사이토카인은 체온을 조절하는 시상하부에 영향을 미치며, 체온 설정점을 상향 조정하여 발열을 유발합니다. 체온이 상승하면 바이러스나 박테리아와 같은 병원체들의 성장과 번식이 억제될 수 있습니다. 또한, 열은 면역계의 세포들이 더 효과적으로 작동하도록 돕는데, 특히 T림프구(T lymphocytes), 대식세포(macrophages)의 활동이 촉진됩니다. 이러한 세포들은 병원체를 파괴하고 감염을 제거하는 데 중요한 역할을 합니다. 발열은 에너지 소비를 증가시키며, 이는 추가적인 대사적 부담을 요구합니다. 시상하부는 체온, 식욕, 수분 균형 등을 조절하면서 에너지 사용의 최적화를 도모합니다. 발열이 지나치게 높아질 경우, 해열제를 통한 개입이 필요할 수 있으며, 이는 프로스타글란딘(prostaglandin)의 합성을 억제하여 체온 설정점을 원래대로 하향 조정합니다. 이처럼 발열은 감염에 대한 인체의 자연스러운 방어 메커니즘으로, 병원체의 제거 및 면역계의 최적화된 기능 유지를 돕습니다. 그러나 발열이 지속되거나 과도하게 높은 체온이 관찰될 경우, 의학적 조치가 필요할 수 있으므로 적절한 평가와 치료가 요구됩니다.
화학
Q. 왜 산화칼슘과 물이 반응하면 열이 나나요?
안녕하세요. 산화칼슘(CaO), 일명 생석회와 물(H₂O)이 반응하여 열을 발생시키는 현상은 화학 반응 중에서도 특히 발열 반응에 속합니다. 이 반응에서 열이 방출되는 구체적인 이유를 설명하기 위해서는 엔탈피(Enthalpy) 변화와 분자 구조에서 일어나는 변화를 살펴볼 필요가 있습니다. 산화칼슘과 물이 반응하는 화학 반응식은 다음과 같습니다 : CaO + H₂O → Ca(OH)₂ 이 반응에서 생성된느 화학물은 수산화칼슘(Ca(OH)₂), 소석회 입니다. 모든 화학 반응은 에너지의 변화를 수반합니다. 이 경우, 산화칼슘과 물의 반응은 엑소서믹(exothermic) 반응입니다. 즉, 반응 과정에서 시스템(반응물)이 주변 환경으로 에너지를 방출합니다. 엔탈피는 에너지의 일종으로, 이 반응에서 엔탈피 변화가 음수(-)임을 의미하는데, 이는 시스템이 에너지를 잃어버린다는 것을 뜻합니다. 산화칼슘(CaO)은 격자 구조를 갖는 고체 상태의 화합물입니다. 물과 반응할 때, 이 격자가 붕괴되면서 CaO 분자 간의 강한 이온 결합이 끊어집니다. 수산화칼슘(Ca(OH)₂)으로 전환되면서 새로운 화학 결합이 형성되는 과정에서 에너지가 방출됩니다. 새로 형성된 Ca-OH 결합은 원래의 Ca-O 결합보다 에너지가 낮은 안정된 상태를 가지므로, 에너지가 방출됩니다. 반응 초기와 최종 제품 간의 결합 에너지 차이 또한 열을 방출하는 주된 이유 중 하나입니다. 즉, 생성물인 수산화칼슘이 원래의 산화칼슘과 물보다 더 낮은 에너지 상태를 가지게 되어, 이 차이만큼의 에너지가 주변으로 방출되어 열로 나타납니다. 이러한 과정을 통해 산화칼슘과 물의 반응은 주변으로 열을 방출하며, 이것이 우리가 관측할 수 있는 발열 반응의 원인입니다. 이 반응은 건축자재 제조, 화학 실험, 긴급 상황에서의 열원 제공 등 다양한 산업에서 활용될 수 있습니다.
화학
Q. 메탈올로 술을 만들면 안되는 건가요?
안녕하세요. 메탄올(methanol)을 이용한 술 제조는 매우 위험하며, 이를 섭취할 경우 실명, 중독, 심지어 사망에 이를 수 있습니다. 메탄올이 인체에 해로운 이유는 그 대사 과정에서 생성되는 독성 물질 때문입니다. 메탄올이 인체에 섭취되면, 간에서 알코올 탈수소효소(alcohol dehydrogenase)에 의해 포름알데히드(formaldehyde)로 대사됩니다. 이 포름알데히드는 매우 독성이 강하며, 이후 또 다른 효소인 알데히드 탈수소효소(aldehyde dehydrogenase)에 의해 포름산(formic acid)으로 전환됩니다. 포름산은 중추신경계에 심각한 손상을 입힐 수 있는 물질로, 이는 실명 및 기타 신경학적 손상을 일으킬 수 있습니다. 포름산은 뇌와 시신경에 손상을 주어 실명, 발작, 혼수 상태를 유발할 수 있습니다. 시신경에 미치는 영향 때문에 메탄올 중독은 특히 실명과 직결됩니다. 메탄올 중독은 또한 신체 내에서 산성도가 높아지게 만들어 산증(metabolic acidosis)을 유발합니다. 이는 호흡 곤란, 혼란, 궁극적으로는 장기 기능 장애를 초래할 수 있습니다. 심한 경우, 메탄올 중독은 치료가 늦어질 경우 사망에 이를 수 있습니다. 메탄올을 함유한 술은 극도로 위험하며, 절대로 섭취해서는 안 됩니다. 메탄올 중독은 심각한 건강 문제를 초래하므로, 술 제조 및 소비 시 안전한 원료와 방법을 사용하는 것이 중요합니다. 메탄올 중독 사례가 의심되는 경우 즉시 의료 도움을 받아야 합니다.
화학
Q. 인체에서 분비되는 호르몬 중 가장 중요한 호르몬은 무엇일까요?
안녕하세요. 인체에서 분비되는 호르몬 중 가장 중요한 호르몬을 특정하기는 어렵습니다. 이는 각 호르몬이 신체의 다양한 기능에 필수적인 역할을 수행하기 때문입니다. 그러나 몇ㅁ쳐 호르몬은 인체의 핵심적인 생리적 과저에 깊숙이 관여하며, 이들의 조절 불균형은 건강에 심각한 영향을 미칠 수 있습니다. 인슐린(Insulin)은 혈당 조절에 필수적인 호르몬으로, 췌장의 베타 세포(Beta cells)에서 분비됩니다. 이 호르몬은 혈액 중의 포도당(Glucose)이 세포 내로 들어가 에너지로 사용될 수 있도록 돕는 역할을 하며, 이 과정을 통해 혈당 수치가 안정적으로 유지됩니다. 인슐린 분비의 이상은 당뇨병(Diabetes mellitus)과 같은 대사 질환을 유발할 수 있으며, 이는 세계적으로 수많은 인구에게 영향을 미치고 있는 주요한 건강 문제 중 하나입니다. 코티솔(Cortisol)은 부신 피질(Adrenal cortx)에서 생성되며, 스트레스에 대응하는 신체의 능력을 조절하는 데 중요한 역할을 합니다. 이 호르몬은 에너지 대사를 증가시키고, 염증 반응을 억제하며, 스트레스 상황에서 신체가 적절히 반응할 수 있도록 돕습니다. 코티솔의 과다 분비는 쿠싱 증후군(Cushing`s syndrome)과 같은 질환을 초래할 수 있으며, 반대로 분비 부족은 애디슨 병(Addison`s disease)과 같은 상태를 일으킬 수 있습니다. 갑상선 호르몬(Thyroid hormones), 특히 티록신(T4)과 트리요오도티로닌(T3)은 갑상선에서 분비되며, 신체의 대사율을 조절하는 데 중요한 역할을 합니다. 이 호르몬들은 체온 조절, 심장 박동, 소화 과정 등 다양한 신체 기능의 조절에 관여합니다. 갑상선 호르몬의 생산이 너무 적으면 갑상선 기능 저하증(Hypothyroidism)이, 너무 많으면 갑상선 기능 항진증(Hyperthyroidism)이 발생할 수 있습니다. 이처럼 각 호르몬은 신체의 특정 기능과 밀접하게 연결되어 있으며, 이들 각각의 균형이 건강 유지에 필수적입니다. 따라서 한 호르몬을 가장 중요하다고 평가하기보다는 모든 호르몬이 조화롭게 작용할 때 인체가 건강하게 기능한다고 보는 것이 적절합니다.