생명체의 몸에는 왜 소금이 필요한가?

물에는 영양소가 전혀 없다. 인체는 음식을 먹지 않고 1달 이상 살기도 하지만, 물을 마시지 않고는 1주일도 견디기 어렵다. 물이 부족할 때 생존이 불가능하게 하는 가장 큰 이유는 탈수(脫水)에 의해 체내(혈액과 세포)의 소금 농도가 지나치게 높아졌을 때 일어나는 생리적 이상현상 때문이다.

소금(NaCl)은 물에 녹으면 나트륨 이온(Na+)과 염소 이온(Cl-)으로 전리(電離)된다. 몸속에 들어간 소금은 그대로 존재하지 않고 나트륨과 염소로 나뉘어 각각 다른 생리화학적 기능을 하게 된다. 생명체를 구성하는 세포의 안팎은 물로 가득하다. 그 물은 너무 많아도 적어도 안 된다. 고맙게도 모든 생명체의 체내 수분 양을 적절하게 조절해주는 것이 나트륨 이온(나트륨)이다.

식물체의 수액에는 나트륨이 적게 포함되어 있지만, 동물체는 많은 양이 필요하다. 그 이유는 식물과 달리 동물은 근육을 움직이고, 신경활동을 해야 하는데. 이때 나트륨이 중요한 작용을 하기 때문이다.

성인은 하루 1.2-1.5g의 소금을 섭취하면 된다고 알려져 있다. 그러나 동서양을 막론하고 대부분의 사람들은 이보다 더 많은 양을 섭취하고 있다. 물론 땀을 많이 흘려야 할 때는 염분도 더 공급해주어야 한다. 인체가 가진 전체 나트륨 양의 85-90%는 혈액과 림프액 속에 있다. 체중 70kg인 사람이 가진 혈액 15리터 속에는 약 50g의 나트륨이 포함되어 있는 것이다.

인간을 포함한 동물의 신경은 뇌와 척수를 중심으로 마치 전화선처럼 연결되어 있다. 이 전화선을 따라 활동에 필요한 정보가 전류 상태로 흐르는데, 이때 전선 역할을 주로 하는 것이 Na+이다. spinal cord : 척수(脊髓), central nerve system : 중추신경계 , peripheral nerve system : 말초(末梢) 신경계, ganglion : 신경절, nerve : 신경

인체의 체액(혈액 등)에 포함된 나트륨(이온)의 농도는 135-145mmol/L이다. 인체는 이러한 나트륨 농도를 자율적으로 일정하게 조절한다. 이보다 농도가 낮으면 저염(底鹽 hyponatremia) 상태라 말하고, 125보다 더 낮으면 생명이 위독해진다. 저염상태가 되면 의식이 흐려지고 두통이 나며 균형을 잘 잡지 못한 증세를 보이며, 최후에는 의식을 잃는다.

심하게 땀을 흘리거나 설사, 구토, 배뇨(排尿)가 지나치면, 몸에서 나트륨이 대량 빠져나가기 때문에 저염상태가 될 수 있다. 물이나 맥주를 과량 마실 경우, 혈액 중의 나트륨 이온 농도가 낮아진다. 저염 위험에 처한 사람에게는 농도가 진한(3%) 생리적 식염수를 주사한다.

반대로 장기간 물을 섭취하지 못하면 수분이 빠져나감에 따라 나트륨 농도가 145보다 높은 고염(高鹽) 상태(hypernatremia)가 된다. 소금을 과량 섭취해도 위험하다. 고염 상태가 되면 갈증, 구역질, 식욕상실 등의 증세가 나타난다. 나트륨 농도가 160보다 높다면 치명적이다. 이런 사람에게는 5% 덱스트린과 0.9%의 소금이 포함된 생리적 식염수(normal saline)를 혈액에 직접 공급한다.

인체의 혈액과 세포 속의 평균 염분 농도는 0.9%이므로, 증류수 1리터에 9g의 NaCl을 용해한 수액을 ‘정상 생리적 식염수’(normal saline solution)라 한다. 안약(眼藥)도 정상 생리적 식염수를 사용한다. 일반적으로 알려진 링거액(생리적 염류용액, Ringer’s solution)은 0.9%의 소금 외에 칼슘과 칼륨 이온 등도 포함되어 있으며, 필요에 따라 영양물질, 치료약 등을 용해한 상태로 주사한다.

나트륨 이온의 생리적 역할

인체 내에서 염분의 농도가 일정하게 유지되도록 하는 생리적 현상은 매우 복잡하다. 인체는 신기하게도 체내의 물이 부족해지면 갈증을 느낀다. 만일 목마름을 모르는 사람이 있다면 그는 언제 생명을 잃을지 모른다. 인체가 갈증을 느끼도록하는 곳은 뇌의 ‘시상하부’이다. 이곳에서 수분 부족을 감지하여 목이 마르도록 자극(경고)하는 것이다. (염분과 관련된 더 자세한 생리적 현상에 대해서는 본사 블로그에서 <병원의 링거액은 어떤 물인가?>를 참고하자.

생명체의 에너지는 ATP가 ADP로 될 때 나온다. 세포 내에서 이 반응이 일어날 때는 Na+와 K+가 중요한 역할을 한다.

염소 이온의 생리적 역할

NaCl이 녹으면 Na가 가진 전자 1개가 염소(Cl)로 건너가 Cl-(염소 이온) 상태가 된다. 이 염소 이온은 화학작용이 매우 강한 원소이다. 물의 성분인 수소와 만나면 HCl(염소)이 될 수 있다. 위장에 들어온 음식을 1차적으로 분해시키는 물질이 염산(소화액의 주성분)이다. 만일 염분이 충분히 공급되지 않는다면 인체는 소화액을 충분히 분비하지 못하게 될 것이다.

삼투현상을 조절하는 소금

Na와 Cl은 인체는 물론 모든 생명체에서 삼투압을 조절하는 역할을 한다. 생 야채를 소금물에 절이면, 야채 속의 물이 소금물 속으로 빠져나가 시들시들해진다. 이런 현상은 배추의 세포막을 경계로 안과 밖의 물의 농도 차 때문에 일어난다. 즉 물의 농도가 높은 쪽인 세포 속의 물이 세포막을 투과(透過)하여 물 농도가 낮은 소금물 속으로 들어간다. 이런 현상을 ‘삼투 현상’(osmosis)이라 하고, 삼투(滲透 스며들어감)하는 힘의 정도를 ‘삼투압’(滲透壓)이라 한다. 삼투현상은 야채 속의 물의 농도와 소금물의 농도가 같아질 때까지 계속된다.

​생물의 세포막은 물만 통과시킬 뿐, 분자가 큰 소금 성분은 투과시키지 않는다. 그래서 생물체의 세포막은 ‘물만 투과시키는 성질을 가진 막’이라 하여 반투성막(半透性膜 semipermeable membrane)이라 부른다. 식물의 뿌리세포 속으로는 땅속의 물이 삼투되어 들어간다. 염분이 진한 흙이나 바닷물에서 식물을 키운다면, 뿌리세포의 물이 흙으로 빠져나가기 때문에 식물은 생존할 수 없게 된다.

진한 설탕이나 소금물에 절인 음식이 썩지 않는 것은, 세균의 세포 속에 있던 물이 탈수(脫水)되어 버리기 때문이다. 식물의 경우, 세포 속의 물이 빠져나가면 그 세포에서는 세포벽과 세포막이 분리되는 ‘원형질 분리’라는 현상이 일어나 세포가 파괴된다.

해수담수화 시설은 역삼투 현상을 이용

합성수지를 이용하여 만든 ‘인조(人造) 반투성막’은 정수기, 해수담수화 시설에 이용된다. 소금물을 반투성막으로 막아두면 물이 빠져나오지 않는다. 그러나 소금물이 담긴 구역에 높은 압력을 주면, 소금물 속의 물이 반투성막을 투과하여 나오게 된다. 삼투현상이 반대쪽으로 일어나는 현상이기 때문에 이를 ‘역삼투 현상’(reverse osmosis)이라 한다. 역삼투압 정수기 중에는 등산가나 병사들이 사용하도록 휴대용으로 만든 것도있다.

물 분자가 반투성막을 투과하여 소금물 속으로 들어가는 현상을 설명한다. pressure : 압력, semipermeable membrane : 반투성막, contaminants : 오염물질, salt water : 소금물, fresh water(pure water) : 담수, direction of water flow : 물이 이동하는 방향

식품을 저장하고, 발효식품을 만들어주는 것이 소금이다. 소금과 관련된 식품의학적 내용은 무수히 많다. 소금은 분명히 공기와 물처럼 모든 생명체에게 필수적인 생명의 물질이다. – YS

​