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참으면 병난다? - 소변 목록

조회 : 8632 | 2009-02-23

‘한 방울이라도 더!’


1970년대에 학교나 버스터미널의 남자 화장실에는 이런 안내문과 함께 소변을 모으는 플라스틱 통이 있었다고 합니다.
가난했던 당시에는 소변에서 뇌졸중 치료제인 ‘유로키나아제’를 추출하여 1 kg에 2,000 달러에 수출하였답니다.
그래서 애국하는 마음으로 한 방울의 소변이라도 더 모으려고 노력했던 것이지요.

95%의 물, 2%의 요소, 0.6%의 소금과 함께 미량의 황산이온, 인산이온, 요산, 아미노산, 무기염류 등으로 구성된 소변은
몸속에서 다양한 신진대사 결과로 생긴 단백질의 노폐물인 암모니아가 요소로 바뀌어 배출되는 생리 현상입니다.
소변은 체내의 삼투압이나 수분 함량을 조절하는 등 매우 중요한 기능을 하지요.
이러한 소변에는 어떠한 과학이 있을까요?



1) 소변과 성냥


소변에서 발견한 가장 중요한 과학은 인이라는 원소의 발견입니다.
고대 연금술사들은 값싼 금속을 비싼 금으로 바꿀 수 있는 신비한 물질인 ‘현자의 돌’을 찾기 위해서 많은 실험을 했지요.
그러던 1669년에 독일의 ‘브란트’는 공기를 차단하고 소변을 가열하던 중에 인을 발견하였습니다.

인은 어두운 곳에서 빛을 내는 성질로 인해 ‘phosphorus’라 불렸어요.
그리스어로 ‘phos’는 빛, ‘phorus’는 운반자이기 때문에 인은 ‘빛을 운반하는 물질’이란 뜻이지요.
즉 자연계에서 발견되는 92가지 원소 중에 원자번호가 15번인 인이 사람의 소변에서 최초로 발견되었던 것입니다.
물론 인으로 금을 만들 수는 없지요?



성냥은 어떻게 만들까요?


그렇다면 인은 어디에 사용되나요?
바로 성냥입니다.
인에는 흰인(노란인), 붉은인, 검은인이 있는데, 흰인은 발화점이 약 60 oC로서 반응성이 매우 크고 독성이 있기 때문에
발화점이 230 oC인 붉은인으로 성냥을 만듭니다.
이처럼 인은 금 대신에 세상을 밝혀주는 성냥을 만들 때 사용한답니다. 성냥은 어떻게 만들까요?

먼저 나뭇개비에 불이 잘 붙도록 파라핀을 바릅니다.
그리고 연소를 돕는 황이나 송진과 같은 가연제와 산소를 공급해주는 염소산칼륨, 그리고 붉은인과 유리 조각 등을 섞어서 성냥의 머리를 만들고 있습니다.

그런데 유리 조각은 왜 넣을까요? 연소가 잘 되려면 세 가지 조건이 필요합니다.
첫째, 탈 물질인 연료인데, 그것은 바로 나뭇개비이지요.
둘째, 산소가 있어야 합니다. 성냥은 순간적으로 타기 때문에 공기 중의 산소만으로는 부족하지요.
따라서 높은 온도에서 염소산칼륨이 분해되면서 산소를 공급합니다.
셋째, 발화점 이상의 온도로서 성냥개비를 성냥 상자에 마찰시킬 때 유리 조각 등에 의해 생기는 마찰열에 의해서 가능한 것입니다.



그림. 성냥의 머리 부분(30배)




그림. 연소 후의 성냥의 머리 부분(50배)

 

 





예전에는 이사한 집에 집들이할 때 성냥을 선물하던 풍습이 있었어요.
이것은 활활 타오르는 성냥불처럼 부자가 되라는 의미가 있어요.
두루마리 휴지도 선물했었는데, 사용해도 계속 나오는 휴지처럼 오래 살라는 의미가 있다고 합니다.
서로를 위하는 정을 확인할 수 있지요?

지금도 소변에서 인을 분리하나요? 아니요.
18세기 중반에 ‘셸레’는 뼈에 함유된 인을 황산으로 처리하여 인을 분리하였어요.
현재는 인광석을 1,500 oC도 높은 온도로 가열할 때 발생하는 인의 증기를 응축시켜서 얻고 있습니다.



2) 소변과 요소


소변과 관련된 또 다른 중요한 과학적 발견은 1828년에 독일의 ‘뵐러’가 소변에 포함된 요소를 최초로 인공적으로 합성한 것입니다.
이것이 화학의 역사에서 왜 중요한가요?

예전에는 물질을 분류할 때 생명체에서 만들어진 것은 유기물, 그렇지 않은 무기물로 분류하였지요.
따라서 사람의 소변에 들어있는 요소는 인공적으로 합성하는 것은 불가능한 유기물로 생각했어요.
그러나 ‘뵐러’는 시안산암모늄이라는 무기물을 가열하여 유기물인 요소를 합성했던 것입니다.

이후로 메탄올, 에탄올과 같은 많은 유기물들이 합성되었으며,
생명체에서 생성되는 물질을 연구하는 학문이었던 유기화학은 탄소를 포함한 화합물을 다루는 학문으로 바뀌었어요.
그리고 유기화학은 제약, 화장품, 세제, 고분자 등 많은 산업의 발달에 지대한 공헌을 하고 있습니다



그림. 다양한 유기 화합물. 글루탐산나트륨, 수크로오스, 아스피린(200배), 비타민C(50배)


3) 소변과 혈액
소변은 어떻게 만들어질까요?
바로 혈액으로부터 생성됩니다.
온 몸을 순환하는 혈액은 폐에서 공급받은 산소와 간장에서 공급받은 영양소를 온 몸에 운반하지요.
따라서 식물의 관다발과 인체의 혈관은 비슷한 역할을 하고 있어요.

체중의 약 7.5%를 차지하는 혈액은 혈구와 혈장이 4대 6으로 구성됩니다.
적혈구, 백혈구, 혈소판 등으로 구성된 혈구는 뼈의 골수에서 생성되며,
약 120일을 주기로 새로운 혈구로 교체됩니다.
그리고 오래된 혈구는 간장이나 비장에서 파괴되지요.
90%의 수분과 10%의 단백질로 이루어진 혈장은 혈액 속의 담황색 액체 성분이에요.



그림. 혈액 속의 적혈구(500배)





인체의 모든 혈액이 신장을 통과하려면 시간이 얼마나 걸릴까요?
불과 5분입니다.
따라서 주사를 맞으면 약효가 온 몸으로 퍼지는 데 5분이면 충분하지요.
60 kg인 사람의 경우 하루에 신장을 통과하는 혈액의 양은 약 2,000 L입니다.
이때 신장에서 혈액이 여과되어 생기는 배설물이 수분과 함께 배출되는 것을 소변이라고 합니다.



4) 소변과 건강


이처럼 소변에는 신체의 대사활동의 결과로 생기는 노폐물들이 섞여 있어요.
소변의 성분과 혈장의 성분을 비교해 보면, 소변에는 사람에게 유용한 성분은 거의 없으며, 불필요한 성분들이 높은 농도로 농축되어 있습니다.

따라서 건강에 이상이 생기면 소변의 성분에 변화가 나타나기 때문에 이로부터 각종 질병을 진단할 수 있습니다.
예를 들어 소변의 비중은 존재하는 염과 노폐물의 양에 따라 다르지요.
수시로 방출되는 소변의 비중을 측정했을 때, 1.003∼1.030의 범위에 있으면 정상이며,
더 정확히 하려면 24시간 동안 수집한 소변의 비중이 1.015∼1.025일 경우 정상입니다.
그러나 소변에 염과 노폐물이 많이 녹아 있다면 소변은 비중이 커지기 때문에 질병을 의심할 수 있어요.



그림. 건강검진표에서 뇨화학적 검사 결과의 일부 항목
화학검사


또한 소변 1 mL 당 적혈구가 8,000개, 현미경으로 검사할 경우 고배율에서 3~4개 이상일 때를 혈뇨가 있다고 합니다.
또한 적혈구의 모양으로도 다양한 병을 예측할 수 있습니다.



5) 혈액과 세포의 기능
생명체에서 물질은 세포막을 경계로 끊임없이 이동하는데, 이러한 이동의 원리는 확산입니다.
즉 물질은 농도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 확산되지요.
뿌리에서 물이 흡수되거나 배추를 소금에 절였을 때 물이 빠지는 것 등이 그 예입니다.

그러나 동물세포와 식물세포는 구조적 차이로 인해 다른 형태로 확산이 진행됩니다.
예를 들어 세포를 증류수에 넣으면 세포 밖의 물의 농도가 세포 안보다 훨씬 더 높기 때문에 물은 세포 안으로 확산됩니다.
물론 세포 안의 거대분자는 세포 밖으로 빠져 나올 수 없습니다.
이처럼 세포막과 같은 선택적 투과성 막을 통하여 확산되는 용매의 이동을 삼투라고 하지요.

물이 세포 안으로 확산될 때,
식물세포는 단단한 세포벽이 있으므로 단지 세포가 팽창하지만 적혈구와 같은 동물세포는 세포벽이 없기 때문에 터지게 됩니다.
따라서 적혈구를 농도가 낮은 저장액에 넣으면 삼투 현상에 의해 세포가 터지는 용혈현상이 일어납니다.
반대로 농도가 높은 고장액에 넣으면 삼투 현상에 의해 물이 세포 밖으로 빠져나가 수축하는 것입니다.



그림. 동물세포의 용혈과 식물세포의 수축
세포

 



그림. 고장액과 저장액에서의 적혈구의 변화(500배)




6) 우주선에서는 오줌을 마신다?


우주에서 가장 필요하면서도 부족한 것은 물과 산소입니다.
따라서 우주정거장에서는 우주인의 소변이나 샤워한 물 등을 버리지 않고 정화하여 사용하지요.
뿐만 아니라 호흡에서 발생한 이산화탄소도 수소와 반응시켜 물과 메탄가스를 만듭니다.
그리고 이 물을 전기분해하여 산소를 발생시킵니다.

이처럼 우주정거장에서는 가능한 모든 것을 재활용합니다.
예를 들어 무중력 상태인 우주정거장 안을 구슬처럼 떠다니는 땀도 에어컨으로 빨아들여 정화해서 다시 사용합니다.
그리고 모든 쓰레기는 바짝 말려서 쓰레기의 양은 줄이고 수분은 회수하지요.



7) 계산해 볼까요?


1. 체중의 7.5%가 혈액이라면 60 kg인 사람의 혈액의 양은 얼마인가요?
2. 온 몸의 혈액이 신장을 통과하는데 5분이 걸린다면 혈액이 하루에 신장을 지나는 횟수는?
3. 하루에 신장을 통과하는 혈액의 무게는?
4. 혈액의 비중이 1.06이라면 하루에 신장을 통과하는 혈액의 부피는?



Quiz. 이것은 무엇일까요?


학교에서 어떤 반찬이 나올 때 가장 행복한가요?
튀김, 쏘시지, 돈가스? 예전에는 최고의 도시락 반찬은 계란이었어요.
보리밥 위에 엄마의 정성으로 얹혀진 계란!
친구들에게 빼앗기지 않으려면 ‘마파람에 게눈 감추듯’ 눈 깜짝할 사이에 먹어치워야 했답니다.

그러나 지금은 고기나 인스턴트식품을 많이 섭취하고, 운동 대신에 컴퓨터와 TV를 많이 보기 때문에 소아 비만에 잘 걸리지요.
건강을 위해서는 채소나 과일 등을 골고루 섭취해야 합니다.
‘콩 심은데 콩 나고 팥 심은데 팥 난다’는 속담처럼 섭취하는 음식에 따라서 건강 상태가 다른 것입니다.
물론 적당한 운동도 해야겠지요!






그렇다면 이것(×10)은 무엇일까요?


이것은 우리 건강의 적으로 불리는 것입니다.
그렇지만 맛이 있는 것을 어떻게 하나요?
그런데 자세히 보면 까만 털 하나와 갈색 털 두 개가 양 옆으로 숭숭 붙어 있답니다. 신기하지요?
왜 그런 것일까요?

이것으로 매우 다양한 요리를 만들 수 있습니다.
그러나 이 녀석은 성질이 게으르고 무엇이든 닥치는 대로 먹기 때문에 사람에게 병을 옮길 수 있다는 주장도 있으며,
유대교나 이슬람교를 믿는 사람들은 먹지 않는답니다



주제!
,생물
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