땀 많은 사람에게 여름은 참 불쾌한 계절이다. 조금만 움직여도 옷이 젖어 민망한데, 냄새까지 더해져 곤란할 경우가 한두 번이 아니다. 그렇다고 솟구치는 땀방울을 막을 수도 없으니 그저 묵묵히 참아내는 방법뿐이다.
그런데 이런 땀이 사실은 인체의 정교한 냉각 시스템이라면 어떨까. 심지어 '땀 방울'이 아니라 '땀막'이라면? 최근 영국 왕립학회 학술지 ‘로얄 소사이어티 인터페이스 저널(Journal of the Royal Society Interface)’에 발표된 연구 결과는 땀에 대한 새로운 시각을 우리에게 제시해 준다.
동글동글 ‘방울’ 아닌, 얕고 넓은 ‘막’
애리조나주립대 기계항공공학과 코라드 리카제프스키 교수팀은 사람의 땀이 피부 위에서 어떻게 생성되고 증발하는지를 정밀하게 관찰했다. 이를 위해 건강한 성인 6명을 대상으로 체온을 반복적으로 올렸다가 내리며 중적외선(MWIR) 열화상 카메라와 광간섭단층촬영(OCT) 현미경을 활용해 피부를 관찰했다.
관찰 결과, 땀은 모공 안에 조금씩 고이다가 한계점에 달하면 주변으로 넓게 퍼진다. 그 이후 이웃한 모공에서 나온 땀들과 하나로 이어졌다. 이렇게 퍼져나간 땀은 피부 전체를 덮는 얇은 ‘땀막(Sweat film)’을 형성했다. 이마에 맺혀 떨어지는 물기는 방울 형태로 솟아난 것이 아니라, 넓게 펴 발라진 땀막이 무게를 못 이겨 아래로 뭉쳐 떨어진 흔적이었던 셈이다.
사진 2. 연구진이 참가자 이마 위에서 땀의 형성 과정을 관찰한 모습. 중적외선 카메라(상단)는 땀(검은 점)이 피부 위로 퍼지는 과정을, 단면 촬영(OCT)(하단)은 피부 층 위에 수분막이 쌓이는 양상을 보여준다. ⓒJournal of the Royal Society Interface
얇고 넓게 퍼지는 이유… ‘증발 냉각’의 마법
그렇다면 우리 몸은 왜 굳이 ‘막’이라는 형태를 택했을까. 해답은‘증발 냉각(Evaporative Cooling)’에 있다. 수분이 공기와 닿는 표면적이 넓을수록 증발이 빠르고 효율적으로 일어나는데, 이 증발 과정에서 엄청난 열이 소모된다. 즉, 우리 몸은 더위를 빠르게 식히기 위해 땀막을 만드는 것이다.
연구진은 땀막 형성을 돕는 조력자들도 발견했다. 첫 번째는 피부 가장 바깥층인 각질층이다. 땀이 분비된 직후, 각질층은 수분을 가득 흡수해 포화 상태가 된다. 마치 흡습포처럼 말이다. 그 후 밖으로 흘러넘친 땀이 피부 위에 넓은 막을 형성할 수 있게 돕는다. 두 번째 조력자의 정체는 잔털이다. 잔털은 각각의 가닥이 땀을 흡수해 표면적을 넓혀 증발 속도를 크게 높인다.
마지막 조력자는 바로 소금이다. 땀이 나기 시작한 직후, 각질층이 수분을 흡수하려면 시간이 소요된다. 그사이 땀은 표면적이 좁고 작은 웅덩이처럼 모공 주변에 고인다. 표면적이 좁으면 증발도 느려, 냉각 효율이 낮을 수밖에 없다. 헌데, 땀을 한 차례 흘리고 나면 피부에는 소량의 소금기가 남는다. 이 소금기는 두번째 땀이 분비될 때 활약하기 시작한다. 땀이 모공 밖으로 나오자마자, 피부에 남아있던 소금 결정들이 땀을 강하게 끌어당겨 사방으로 분산시킨다. 즉, 땀을 흘려 피부에 소금기가 많이 남을수록 체온을 더 빨리 식힐 수 있는 셈이다. 결국 불쾌하게 느껴졌던 소금기는 그저 노폐물이 아니라 체온 조절을 위한 장치였던 셈이다.
땀막을 알면 미래 기술이 바뀐다
현재 스포츠 의류는 대부분 땀을 빠르게 흡수해 옷감으로 이동시키도록 설계돼 있다. 착용자가 끈적함을 덜 느끼게 하기 위해서다. 하지만 이렇게 되면 증발이 피부가 아닌 옷감 위에서 일어나, 정작 체온을 직접 낮추는 냉각 효과는 줄어든다.
하지만 애초에 땀방울이 아니라 땀막을 가정하고 이 딜레마를 바라보면 어떨까. 땀막의 생성과 확산, 증발 메커니즘을 감안해 피부 위 냉각을 최대화하는 방향으로 소재를 설계한다면, 획기적으로 스포츠 의류 성능을 개선할 수 있을지 모른다. 피부에 밀착해 땀 속 생체 데이터를 읽어내는 웨어러블 센서의 정확도를 높이는 데도 이번 연구가 큰 도움이 될 전망이다.
여태 땀은 냄새와 소금기 그리고 끈적끈적함을 전해주는 불쾌한 존재로 주로 인식돼 왔다. 하지만 땀은 우리도 모르는 사이 여름철 체력 소모를 막아주는 냉각장치로 기능해왔다. 비록 생리적 불쾌감을 어쩔 수 없겠지만, 이마에 흐르는 땀의 존재에 한 번 정도는 감사함을 느껴보는 것은 어떨까.
글 : 김청한 과학칼럼니스트, 일러스트 : 유진성 작가
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