글 / 이종삼 (대구대학교 체육학과 교수)


한여름 뜨거운 환경에 노출된 가운데 운동을 하는 것은 인체 내 생리적 반응을 크게 만들어 전반적으로 대사의 혼란을 초래하며 그에 따른 부상의 위험을 증가시킨다. 열 스트레스(heat stress)란 환경 조건, 대사율(metabolic rate), 및 착용하는 복장 등의 상호작용에 의해 심부 체온(core temperature)을 상승시키게 하는 자극을 의미한다. 운동 중 지나친 열 스트레스는 생리적 항상성을 파괴해 열로 인한 경련(cramps), 실신(syncope), 탈수(dehydration), 탈진(exhaustion), 및 열사병(stroke)을 일으키게 해 응급상황에 직면할 수 있게 하며 심한 경우 생명을 위협할 수도 있으므로 체온 상승이 급격하게 혹은 과다하게 나타나지 않도록 주의를 기울여야 한다.
 
인체는 에너지 대사작용에 의해 인체 내부로부터 생성되는 열에 의해 주로 열을 획득한다. 대사적 에너지 소비의 약 25%만이 움직임을 위한 기계적 일(mechanical work)에 사용될 뿐 나머지 75% 가량은 수축중인 근육에서 열로 방출된다. 운동 강도의 증가에 맞춰 대사율이 증가함에 따라 인체 내부의 열 생성율도 함께 증가하게 된다. 


 

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더운 환경에서의 운동 중 인체는 피부 표면으로부터 발한을 통한 증발 작용(evaporation)으로 체온의 증가를 억제시킨다. 이와 같은 발한 작용은 열 스트레스에 반응해 외분비선(eccrine sweat gland)을 통해 피부표면위로 수분을 분비해 냄으로써 일어난다. 만일 발한량이 빠른 시간 안에 충분하게 일어난다면 증발에 방해를 일으키지 않으므로 인체 내 열평형이 유지되고 심부온도의 상승은 일어나지 않게 된다.

 
하지만 인체는 몇 가지의 이유로 발한량에 한계를 나타낸다. 환경에 순응(acclimation)된 정도, 유산소 신체적성(aerobic fitness), 그리고 유전적 요인 등을 대표적으로 들 수 있다. 환경에의 순응은 운동 중 열 스트레스 상황에 반복적으로 노출됨에 따라 자연스럽게 나타나는 생리적인 적응 상태를 의미한다. 순응은 발한율을 증가시키고 발한 시작 시간을 단축시키며 소디움(Na+) 배출을 감소시켜 동일한 열 스트레스에 대해 심혈관의 긴장을 감소시키고 심부 체온을 더 낮게 유지시켜준다.

발한량의 한계를 나타내는 또 다른 이유로 환경 조건과 의복 착용으로 인한 증발율의 한계를 들 수 있다. 피부내의 수증기압과 공기 내 수증기압의 차이가 증발에 의한 냉각을 일으키는 기본 원리가 된다. 만일 공기압의 차가 적은 경우라면 증발에 의한 냉각율도 감소하며 공기압간의 차이가 커지면 체내 대사작용에 의한 열의 생성율이 높을지라도 평형을 유지할 수 있을 만큼의 충분한 증발율을 보이게 된다.

피부내의 수증기압은 대체적으로 일정하므로 기본적으로 공기 내 수분 증기압의 변화가 열 스트레스로 작용하는 환경 조건이라 할 수 있다. 이것이 열 스트레스를 고려할 때 습도(humidity)가 중요한 요인이 되는 이유이기도 하다.

또한 공기의 흐름도 증발율을 변화시키는데 중요하게 작용한다. 공기의 움직임이 초당 2~3미터를 보일 때 증발에 의한 냉각 효과가 가장 크게 나타난다. 또한 착용하는 의복도 증발에 의한 냉각율의 억제에 유의한 요인으로 작용한다. 매우 건조하거나 대사율이 낮은 경우 착용하고 있는 의복이 있더라도 냉각 증발이 충분히 일어날 수 있으므로 문제가 되지 않지만 습하고 대사율이 높은 상황에서는 신체 표면을 덮는 정도에 따라(가능한 신체 표면을 적게 덮고 있는 것이 좋음), 직물의 성질(가벼우면서 촘촘히 짜지지 않은 것이 좋음), 몇 겹의 의복을 입는가(여러 겹이 있어 겹 사이에 공기의 흐름을 방해하는 것은 좋지 않음) 그리고 얼마나 몸에 달라붙게 입는가(가능한 헐렁하게 착용하는 것이 좋음)에 따라 증발에 의한 냉각 효과에 많은 차이를 보인다.

발한량에 한계를 갖는 또 다른 요인으로 대류(convection)와 방사(radiation)를 들 수 있다. 기온이 피부 온도(일반적으로 35℃)를 초과하는 경우 대류에 의해 열이 더해진다. 반대로 기온이 35℃보다 낮은 경우에는 대류로 인한 인체 열의 소실이 생기게 된다. 대류율은 공기의 흐름에 의해 증가되며 착용하는 의복의 절연상태에 따라 감소한다. 태양이나 덥고 뜨거운 지면으로부터의 적외선 방사(infrared radiation)는 열 스트레스를 증가시키는 반면 차가운 표면은 열 스트레스를 감소시킨다. 착용복이 절연체인 경우 방사에 의한 열 흐름율은 감소한다. 대류와 방사를 합쳐 운동 중 열 스트레스로 작용하는 것은 총 열 획득과 소실의 20% 이하인 것으로 알려져 있다.
 
열 스트레스에의 생리적 반응이 체온(body temperature), 심박수(heart rate), 및 발한율의 변화로 나타난다. 대사작용을 통해 생성되는 열은 사용하는 근육의 온도를 상승시키며 순환하는 혈액은 열을 인체의 중심기관으로 전달해 심부온도의 상승을 야기시킨다. 혈류량의 증가는 과다하게 생성되는 열을 피부로 옮겨 주는 역할을 하며 사용하는 근육으로부터 생성되는 열을 피부로 옮기기 위해 심박출량이 증가하며 또한 내장과 신장으로부터 다른 기관으로 혈류량이 변화해 순환하게 된다.

지나친 열스트레스를 예방하기 위해서는 운동 중 수분 섭취를 충분히 하며 1.5% 이상의 체중 소실이 발생하는 경우 휴식을 취하고 한 낮(오후1~4시 사이)에 직사광선하에서 운동하는 것을 삼가야 한다. 

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Comment +1

  • 이도원 2010.07.21 16:30 신고

    좋은 정보 잘 알았습니다.
    참고해서 운동해야겠군요. 좋은 정보 감사합니다.