[선생님이 쓰는 신나는 과학] 운동중 몸속 pH농도는?

‘우리 혈액 속의 pH(수소이온농도)는 항상 일정할까?’

요즈음 운동을 통해 건강에 신경쓰는 사람들이 부쩍 늘었다. 특히 걷기나 달리기 같은 가벼운 운동을 선호하는 사람들이 증가하는 추세다.

이론적으로는 걷기나 달리기를 오랫동안 하면 몸 속에 젖산이 많이 생겨 혈액 속으로 녹아 들어가기 때문에 pH가 낮아지게(산성화) 된다.

●완충용액, 체내 pH 유지

우리 몸의 pH는 조금이라도 변하면 생명에 지장을 줄 수 있어 위험하다.pH가 낮아진다는 것은 세포 안에 수소 이온이 많아진다는 것을 의미하며, 수소 이온이 많아져서 항상성이 깨지면 세포가 죽음에 이르기 때문이다. 따라서 혈액 속의 pH를 일정하게 유지하는 것이 중요하며, 이같은 역할을 하는 것이 바로 ‘완충용액’이다.

그렇다면 완충용액이란 무엇일까. 완충용액은 pH를 일정하게 유지시켜 주려는 성질 때문에 용액에서 이온의 용해도를 조절하거나, 생화학적·생리적 과정에서 pH를 일정하게 유지시켜 주는 용액을 말한다.

완충용액의 원리는 약한 산에 그 짝염기를 넣거나 반대로 약한 염기에 그 짝산을 넣어 중화시키는 것이다. 예컨대 약한 산인 아세트산(CH3COOH)과 그 짝염기인 아세트산 이온(CH3COO-)을 넣은 수용액에서는 다음과 같은 평형 상태를 유지하게 된다.

CH3COOH + H2O ↔ CH3COO- + H3O+

이러한 완충용액에 산을 넣어주면 새로 생긴 옥소늄 이온(H3O+)이 용액 속에서 아세트산 이온과 반응하여 아세트산으로 되기 때문에 pH가 낮아지지 않는다. 반대로 염기를 넣어주면 아세트산과 반응하여 옥소늄 이온을 내놓기 때문에 pH가 높아지지 않는다.

●체내 적정 pH는 7.35∼7.45

이와 같은 원리로 우리 몸 속의 혈액에서도 세포에서의 산화반응의 결과로 이산화탄소가 녹아서 만들어지는 탄산수소 이온(HCO3-)이 다음과 같은 평형을 이룬다.

HCO3- + H2O ↔ CO32- + H3O+

심한 운동으로 유기산인 젖산이 생성되면 젖산의 수소 이온(H+)이 혈액 속에 녹아 들어간다. 이어 수소 이온이 탄산 이온(CO32-)과 반응해 약한 산인 탄산수소 이온을 생성하므로 혈액 속의 수소 이온 농도는 감소하게 된다.

따라서 젖산이 생겨서 혈액 속에 녹아 들어가더라도 혈액의 pH는 거의 변하지 않게 된다.

또 혈액 속 수산화 이온(OH-)의 농도가 증가하면 탄산수소 이온이 해리(解離)하여 옥소늄 이온을 생성시켜 역시 pH가 일정하게 유지된다. 결국 우리 몸은 이와 같은 반응을 통해 증가하는 수소 이온과 수산화 이온을 곧바로 제거함으로써 완충작용을 하게 된다.

이렇듯 정상적인 성인의 경우 4.5ℓ 정도의 혈액은 스스로 완충용액의 기능을 유지하여 항상 pH를 7.35∼7.45 정도의 약한 알칼리성을 유지하도록 한다. 만약 이 값이 ±0.2 이상 변한다면 사람은 생명을 잃을 수도 있는 것이다.

이러한 완충용액의 기능은 우리 몸의 곳곳에서 일어나고 있다.

우리 몸의 구성 성분인 단백질도 수용액의 액성에 따라 다양한 형태로 변하면서, 세포의 안팎에서 일정한 농도를 유지하게 하는 완충제 역할을 하고 있다.

배준우 숭문고 과학교사