우주로 가면 우리 몸은 어떻게 변할까?

　　◇우주에서의 신체변화=
지구와 우주의 가장 큰 차이는 중력의 존재입니다. 중력의 존재는 근력에 중요한 영향을 미칩니다. 예를 들면 우주에서는 중력의 존재유무로 인해 우주인의 신체에도 큰 변화가 일어납니다.

　우선 압력이 약해져 키가 5㎝ 가량 커집니다. 키가 커지는 것은 장점이지만, 뼈와 근육이 약해지는 단점도 발생합니다. 또 압력이 약해져 얼굴이 붓고 방향감각을 상실하는 부작용도 발생할 수 있습니다.

　운동감각도 둔화됩니다. 자세를 잡거나 운동할 때 균형을 유지하는 것은 귀 안쪽에 있는 반고리관, 근육, 피부의 통각세포 등이 있기 때문입니다. 그런데 중력이 약해지면 이 기관들이 받아들이는 감각 신호 역시 달라집니다. 그 결과 뇌에서 신호를 보내도 얼마만큼 움직여야 할지 모르고, 심하면 좌우가 바뀌는 듯한 환상을 경험하기도 한답니다.

◈ 우주에서의 신체변화 ◎ 무중력 상태에서 우주비행사가 겪는 신체 변화는 다양하다. 몸 아래로 흘러야 할 체액이 그 자리에 멈추거나 혹은 머리 쪽으로 역류하는 일들이 일어나며, 코가 막힌 것 같은 증상, 얼굴이 붉어지는 증상, 심한 두통 등의 증상이 나타나게 된다. ＊우주멀미 : 멀미가 심한 사람은 우선적으로 우주비행사에서 제외되지만, 무중력 상태에서 살아가는 법에 적응한 우주비행사의 35% 정도가 ‘우주적응 증후군'인 멀미 같은 증상을 경험하기도 한다. 하지만 특별한 치료가 필요하지 않은 이 증상은 2~3일 후면 자연히 사라지게 된다. ( 우주선에는 멀미약이 기본적으로 구비되어 있다 )

＊키가 커진다: 키가 좀 더 크기를 바란다면 우주비행사가 되는 것도 좋은 방법이다. 무중력 상태에서 척추는 몸무게를 지탱할 필요가 없기 때문에 관절의 간격이 벌어지므로, 우주비행사들은 키가 지구에서보다 2~5㎝ 정도 더 커진다. ( 물론 지구로 귀환한 후에는 원래 상태로 되돌아간다 ) ＊뼈 밀도 손실, 칼슘과 질소 단백질 손실, 적혈구 감소, 심장의 약해짐 등의 변화가 있기는 해도 지구 귀환 후에는 신속하게 회복되며, 혈압, 생리작용, 근육상태 등은 거의 변화가 없다. 하지만 우주정거장에 장기간 체류했던 우주비행사들의 증언에 의하면 내장이 위로 올라 붙어 허리둘레가 6~10㎝ 정도 줄어들며, 혈압의 변화와 운동감각의 둔화로 인해 뼈 및 근육이 약해지는 다양한 우주병을 경험했다고 한다.

◎ 우주에서 화장실 사용하기 우주 화장실에는 중력 대신에 공기를 이용하는 「배설물 조절장치」가 있다. - 소변은 전기선풍기로 빨아들여 호스 아래로 내려 보내며, 나중에 우주선 밖으로 버려지게 된다. - 대변은 몸을 고정시키고 변기 위에 앉으면 변기통이 밀폐되어 바닥이 열리게 된다. 선풍기가 작동하여 공기와 대변을 빨아들여 저장탱크로 보내지며, 냉동 건조되어 보관되다가 지구대기에 진입하면서 화물우주선과 함께 불 타 버린다.

◎ 우주비행사는 언제 잘까? 90분 간격 (45분: 어둠 / 45분: 빛) 으로 태양이 나타나는 우주 공간에서는 빛과 소음이 차단된 「수면실」에서 잠을 잔다. 우주여행 초기에는 절반은 자고, 절반은 일하는 2교대 근무였지만, 오늘날 현재에는 함께 자고 함께 일하는 체제로 공동작업을 수행한다.

이들이 자는 동안 지상 관제소에서는 우주선을 관찰한다. ( 침낭은 자동으로 사람의 체중과 체온을 감지하여 체형과 자세에 맞게 모양을 변화시키며, 침낭 위에 몸이 똑같은 힘으로 닿기에 깃털처럼 가볍게 가라앉는 느낌을 갖는다고 한다 ) ◎ 우주비행사들이 느끼는 중력 우주선이 이륙하는 동안에는 4G, 우주공간에서는 0G의 중력가속도를 경험한다. ( 1G는 지구를 걷고 있는 동안에 우리에게 가해지는 중력의 힘이나 가속도이다) 그러므로 무중력 상태와 4G의 중력가속도를 이겨내는 훈련이 필요하다. ( 중력이 높거나 낮아지면 피가 발이나 머리 쪽으로 쏠리기 때문이다 ) 6 ◎ 무중력 상태에서는 음식을 삼킬 수 있을까? 무중력 상태에서 음식을 씹고 삼키는 느낌은 지구에서 느끼는 것과 별반 다르지 않다고 한다. 하지만 음식물을 입으로 가져가는 일은 결코 쉽지 않은 일이다. 우주선은 부족한 공간과 한정된 전력 사용량 때문에 모든 음식이 실온에서 저장된다. 식사 시간에는 냉동 건조된 우주식량에 수분을 재공급 한 뒤 데워서 먹으며 (물을 부은 뒤 손으로 반죽하여 섞어서 짜먹는다 ), 음료수 또한 수분을 재공급하여 마신다. 예전과 다르게 이제는 나이프, 포크, 스푼 등을 자기화 하지 않고, 각 음식 접시에 자석 성분의 띠를 부착하여 냉동건조식품, 과일 캔, 푸딩 캔, 군대의 야전식량을 포함한 즉석 「열 안정화 음식」을 먹을 수 있게 되었으며, 다양한 음식들이 개발되어 우주인들의 식사시간이 즐거워졌다. ( 만약 실수로 음식 부스러기를 흘린다면? 이것들이 우주선 안 이곳저곳을 떠다니면서 우주선의 정밀기기 사이로 들어가 돌이킬 수 없는 장애를 일으킬 것이며, 음료수를 쏟는다면 비눗방울처럼 우주선 곳곳을 둥둥 떠다니는 통에 한바탕 곤욕을 치르게 될 것이다 ) 우주 장애증이란? 영화 아마겟돈에서는 소행성에 도착한 대원들이 드릴로 구멍을 뚫기 시작한다. 하지만 생각같이 쉽게 작업이 되지 않는다. 뿐만 아니라 정신 이상 증세를 보이는 락하운드는 대원들을 향해 총을 난사한는데 윌리엄 피치너는 그가 우주 장애증에 걸렸다고 한다. 그러면 우주 장애증이란 무엇인가? 우주 장애증이란 우주 환경은 지구와 다르기 때문에 나타나는 이상 증세를 말한다. 그러면 무중력 환경에서 사람은 어떤 신체 변화가 일어날까? 1. 운동 감각이 둔화된다. 자세를 잡거나 운동을 할 때 균형을 유지하는 것은 귀 안쪽(內耳)에 있는 반고리관 덕택이다. 멀미를 할 때나 술에 취하면 반고리관이 제대로 작용하지 못해 비틀거리게 된다. 이밖에 근육과 힘줄, 관절과 피부의 통각세포도 몸의 움직임을 인식한다. 이 기관들은 지구의 중력이 맞게 적응돼 있어 갑자기 중력이 줄어들면 받아들이는 감각 신호들 또한 달라진다. 그 결과 뇌에서 지시를 내려도 얼마만큼 움직여야할지 알지 못하고 심하면 좌우가 뒤바뀌는 듯한 환상을 경험하기도 한다. 우주비행사들은 자유낙하하는 항공기 내에서 무중력에 대한 적응훈련을 한다. 2. 허리는 줄고 얼굴은 커진다. 지구에서는 머리에서 발끝까지 혈압이 다르다. 보통 머리의 혈압은 약 70㎜Hg. 심장은 약 100㎜Hg 그리고 다리는 심장의 두배인 약 200㎜Hg다. 그러나 우주에서는 아래로 당기는 중력이 없기 때문에 몸 안의 혈액이 균등하게 분포하게 돼 혈압이 모두 약 100㎜Hg로 유지된다. 머리의 혈압이 높아짐에 따라 얼굴은 부풀어오르며 허리의 혈액이 가슴으로 이동함에 따라 허리둘레가 약 6∼10㎝ 줄어든다. 양쪽 다리의 혈액도 각각 1/10 정도인 1ℓ가 줄어든다고 한다. 혈액이 상체로 몰리게 되면 심장은 과다한 혈액을 오줌으로 배출하려고 시도한다. 그러나 콩팥의 혈액이 이동할 수 있도록 도와주는 압력이 줄기 때문에 실제 오줌양은 오히려 20%에서 많게는 70% 줄어든다. 3. 키는 커지나 뼈와 근육이 약해진다. 우주에서는 척추가 중력을 받지 못해 5㎝정도 키가 커진다. 반면 뼈 속의 칼슘은 한달 평균 1%씩 줄어든다. 뼈에서 줄어든 칼슘이 신체의 다른 곳으로 퍼져나가면 콩팥 결석과 피부의 각질화를 일으킬 수 있다. 또 과학자들은 지구에 돌아온 우주비행사들의 뼈가 잘 부러지는 것도 칼슘이 빠져나갔기 때문일 것으로 추정하고 있다. 중력을 받지 못한 근육에서는 단백질도 빠져나간다. 러시아의 우주정거장 미르에 탑승했던 우주인들은 1년 뒤 약 20%의 근육 단백질이 감소했다고 한다. 단백질 감소는 수축속도가 느린 지근과 접혀진 관절을 펼 때 사용하는 신근에서 더욱 두드러진다. 4. 우주인들은 뼈와 근육의 손상을 막기 위해 정기적인 운동을 한다. 이 때 중력과 같은 효과를 내기 위해 아래로 당기는 번지점프용 밧줄을 몸에 매달고 러닝머신 위를 달린다. 그러나 이러한 러닝머신은 1996년 188일 동안 미르에 탑승했던 미국의 넌 루시드가 "미르에서 가장 불편했던 것은 밧줄을 매고 러닝머신을 달린 것"이라고 말했을 정도로 매우 불편한 장치다. 최근 이 장치를 한국인 대학원생이 획기적으로 개선했다. 캘리포니아 대학 버클리 분교의 장영희씨는 화성의 중력 정도에서 체중의 20%에 해당하는 힘으로 앞으로 당기면 아래로 당기는 줄이 없어도 지구에서 달릴 때와 같은 운동효과를 낸다는 것을 실험을 통해 증명했다. 이 연구결과는 미국 [생체역학지] 5월호에 게재됐다. 우주에서 인간이 겪는 신체변화에 대한 책을 준비중인 이대택 박사(한국체육과학연구원)는 [무조건 달리는 것보다는 특정 근육 부위에 특정 부하를 주는 운동이 우주에서는 더 효과적]이라고 말했다. ◆ 우주에서 신체는 어떻게 반응할까? * 머리= 전정기관의 혼란으로 방향감각을 상실할 수 있다. * 얼굴= 얼굴이 부풀어오르고 목 정맥이 불거진다. * 허리= 둘레=6∼10㎝ 줄어든다. * 척추= 키가 5㎝가량 커진다. * 콩팥= 신장결석 가능성이 있고 오줌량은 감소한다. * 뼈= 한 달만에 질량 1%씩 감소한다. * 근육= 중력을 받지 못해 퇴화된다. * 다리= 체액이 줄어 움츠러든다. * 온몸= 우주방사선에 노출돼 암 유발 가능이 높아진다.

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　◇식물에는 어떤 영향을=
중력은 동물뿐만 아니라 식물에도 큰 영향을 미칩니다. 여러분은 ‘굴중성’이라는 말을 들어봤을 겁니다. 식물의 기본 축인 뿌리와 줄기가 중력 방향으로 자라는 것을 말합니다. 그럼 중력의 작용이 거의 없는 우주에서는 식물이 어떻게 자랄까요?

　식물은 일정한 방향 없이 줄기와 뿌리가 사방으로 뻗으면서 자랍니다. 또 땅에 뿌리를 박고 몸을 지탱할 필요가 없어, 세포벽이 점점 얇아집니다.

　이처럼 식물은 지구에서와 다른 성장을 보이지만, 우주에서도 생장과 번식은 가능합니다. 지난 1997년 마이클 폴이라는 우주비행사는 ISS에서 심은 배추에서 수확한 씨앗을 심어 싹을 틔우는 데 성공했습니다. 이를 통해 우주에서 자란 식물도 다음 세대로 번식할 수 있음을 증명했습니다.

　◇우주와 중력 연구의 중요성=
인류가 각종 위험과 어려움을 무릅쓰고도 우주개발에 적극적인 이유는 무엇일까요? 가장 중요한 이유는 지구를 대체할 새로운 행성 발굴을 위해서입니다.

　우주의 크기는 연구를 거듭할수록 무궁무진한 것으로 조사되고 있습니다. 아직까지 이 중에서 인류가 갈 수 있는 곳 역시 제한적입니다. 하지만 우주관련 기술이 급속도로 발전하면서 태양계 외부로 탐사선을 보내기도 하고, 태양계에서 엄청나게 떨어진 곳에 있는 비슷한 은하계를 발견하기도 했습니다. 새로 발견된 은하계 중에는 지구와 비슷한 환경을 가진 행성들이 존재할 가능성이 높은 곳도 있습니다.

　바로 여기에 우주개발의 이유가 있습니다. 우주에는 지구에 없는 각종 천연광물과 자원이 존재합니다. 이는 고갈되고 있는 지구의 석유와 석탄을 대체할 중요한 에너지원이 될 수 있습니다. 지구의 환경변화 역시 마찬가지입니다. 물 부족과 공기오염, 온난화가 가속화되고 있는 지구를 대체할 새로운 땅이 될 수도 있습니다.

　때문에 우리나라도 자체 기술로 만든 인공위성을 쏘아올렸고, 최초의 우주인 이소연씨를 배출했습니다. 오는 9월에는 우리나라 땅에 설립된 최초의 우주기지인 나로우주센터를 완공하고, 12월에는 한반도에서 최초로 인공위성을 쏘아올립니다. 우리나라는 앞으로도 꾸준히 우주개발에 나서 2020년에는 유인우주선을, 2026년에는 달에 탐사 위성을 보낼 계획입니다.

◆우주에선 어떻게 운동할까

　중력이 없는 우주에서는 지구에 있을때 보다 근육 사용이 눈에 띄게 줄어듭니다.

　힘들여 서 있지 않아도 되고, 중력의 작용이 없어 움직일 때도 훨씬 쉽게 움직일 수 있습니다. 때문에 우주에서 생활하면 근력이 약해지는 근무력증이 발생할 수 있습니다. 국제우주정거장(ISS)에서 오랫동안 생활한 미국과 러시아의 우주비행사들은 신체조직이 우수한 상태였음에도 불구하고, 무중력하에서 근육조직과 근력이 약 15% 정도 감소했다는 연구결과가 이를 뒷받침해줍니다.

　그래서 우주인들은 뼈와 근육의 손상을 막기 위해 꾸준한 운동이 필수입니다. 이 때 중력과 같은 효과를 내기 위해 아래로 당기는 밧줄을 몸에 매달고 러닝머신 위를 달리거나 인공 중력을 주는 특수 우주복을 착용하고 운동합니다. 이 운동장치는 우주인의 건강을 위해 필수이지만, 매우 불편한 것으로 알려져 있습니다.

　이 장치를 한국인 대학원생이 획기적으로 개선해 관심이 쏠리고 있습니다. 지난 2001년, 당시 캘리포니아대학 버클리 분교에 재학하던 장영희씨는 화성의 중력 정도에서 체중의 20%에 해당하는 힘으로 앞으로 당기면 아래로 당기는 밧줄이 없어도 지구에서 달릴 때와 같은 운동 효과를 낸다는 것을 실험을 통해 증명했습니다.

　최근에는 우주에서 무조건 달리는 것보다 특정 근육부위에 운동량을 주는 것이 더 효과적이라는 연구결과도 나왔습니다.
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