[KISTI 과학향기]건강검진기에 담긴 과학원리

‘내가 비만일까? 아닐까?’ 이 같은 궁금증이 생길 때 대부분은 ‘브로카 지표’라는 공식을 사용해 비만 여부를 계산한다. 브로카 지표는 바로 자신의 키(㎝)에서 100을 뺀 뒤 0.9를 곱해 표준체중을 구하는 공식이다. 예를 들면 키가 180㎝일 경우, 180에서 100을 뺀 80에 0.9를 곱했을 때 나오는 값인 72㎏이 표준체중이 된다.

이처럼 공식으로 비만 여부를 판단하는 방법은 자신의 몸무게와 키만 알면 되므로 간편해서 좋다. 하지만 정확성면에서 보면 문제가 있다. 이들 지표를 그대로 적용하면 보디빌더처럼 근육량이 많은 사람도 비만으로 나올 수 있기 때문이다.

따라서 최근에는 몸속 지방량을 정확하면서도 손쉽게 측정할 수 있는 체성분분석기가 널리 사용된다. 인체를 구성하는 성분은 크게 체수분과 체지방, 단백질, 무기질의 네 가지로 구분된다. 맨발로 체성분분석기 위에 올라가 손잡이를 양손으로 1~2분 정도 잡고 있었을 뿐인데 어떻게 그 짧은 시간 안에 내 몸 속의 성분들을 분석할 수 있을까.

체성분분석기는 저항이 크면 전류가 적게 흐른다는 ‘옴의 법칙’과 관련 있다. 우리 몸은 70% 정도가 물로 이뤄져 있지만 지방에는 수분이 없어 전류가 흐르기 어렵다. 지방이 많다는 것은 저항이 크다는 의미다. 반면에 지방을 뺀 근육은 73%가 수분이어서 저항이 작다.

이런 원리로 체성분분석기는 우리 몸에 600마이크로암페어(μA) 정도의 약한 전류를 흘려서 발생하는 저항값으로 체지방 등을 분석해낸다.

체지방 외에도 체성분분석기는 흘려주는 전류 주파수를 다양하게 해 세포내 수분과 세포외 수분을 구분할 수 있다. 저주파 전류는 세포막을 잘 통과하지 못하지만 고주파 전류는 세포 속까지 흐른다. 이때 저주파와 고주파 전류가 흐르면서 나타나는 저항값 차이를 이용해 세포 안팎에 있는 수분량 비율을 구할 수 있다. 세포외 수분이 비정상적으로 많아져 전체의 40% 이상이면 부종으로 판단하는데 부종은 신부전이나 심부전, 간경변 등의 원인이 되는 증상이다.

체성분분석기 외에 우리가 자주 접하는 건강검진기 중 안압측정기나 폐활량측정기는 어떤 원리일까.

안압이 생기는 원인은 안구 안에 차있는 방수액이 잘 배출되지 않기 때문이다. 방수액은 원래 새로 생성되고 배출되는 과정을 끊임없이 반복하는데, 배출시스템에 문제가 생기면 안압이 올라간다. 안압측정기는 이 현상을 이용해 안압을 측정한다. 카메라로 눈을 촬영해 자동으로 각막 가운데 쪽으로 노즐을 맞춘 뒤, 압축공기를 순간적으로 분사한다. 이때 공기압력이 각막의 일정 면적을 눌러 안구를 평평하게 만들 때 걸리는 시간을 측정한 뒤, 계산식에 넣어 안압을 산출하는 것이 안압측정기 원리다. 방수액 순환 장애로 가득 차 있는 경우, 시간이 오래 걸리기 때문에 안압도 높다.

반면 폐활량 검사는 폐의 크기를 재는 것이다. 원래는 들이쉬는 숨의 양을 측정해야 하지만, 폐 속에 기기를 넣을 수 없기 때문에 반대로 내쉬는 숨의 양을 측정해 추정한다.

숨을 크게 들이쉰 뒤 7~8초까지 계속 내쉰 공기 양으로 측정하는 것이 기본적인 검사 방법이다. 정상 상태에서는 처음 1초 동안 전체 날숨의 70% 이상이 나오지만, 천식이나 만성폐쇄성폐질환 등 질환이 있는 경우에는 70%가 채 안 된다.

내 몸의 상태를 검사하는 것은 매우 중요하다. 모르던 병을 알 수 있고, 또 병을 예방할 수 있기 때문이다. 과학원리가 가득한 건강검진으로 나와 가족의 건강한 삶을 지키자.

김준래 과학칼럼니스트