우리 몸에 꼭 필요한 물! 물도 영양소다!

물은 무색투명하며 무취무미하다. 열량도 없고 영양분을 제공하지 않지만 생명을 유지하는 데 없어서는 안 되는 물질이다. 음식물을 먹고 소화작용을 할 때 만들어지는 소화액인 침과 위산의 주된 성분도 물이라서 물이 없으면 소화가 불가능하다. 신체 내에서 근육이나 혈액 등에 필요한 것도 물이다. 그만큼 사람을 포함한 모든 생물에게 가장 중요한 것이고, 인체 약 60~85%가 물로 되어 있을 만큼 많은 부분을 차지하는 성분이기도 하다.(나이와 성별 따라 조금씩 달라진다. 주로 알려진 60% 수치는 성인 남성이 기준이며, 성인 여성은 그 수치보다 낮다고 한다.) 물이 아무리 중요하더라 해도 과하면 독이 된다. 과량 섭취 시에 흡수 지연으로 인한 두통이나 경련 등을 일으킬 수 있으니 주의해야 한다.

물

물 분자의 구조와 성질

물 분자는 한 개의 산소에 두 개의 수소가 결합각 105 º로 공유결합된 구조를 가진다.물 분자에서 산소는 수소보다 전기음성도가 커 공유결합된 전자 분포가 산소 쪽으로 치우쳐 있어 부분 음전하-를 띠고 수소는 양전하+를 띤다. 물은 끓는점, 녹는점, 기화열, 융해열 등이 분자량이 비슷한 다른 물질에 비해 매우 높은데 그것은 물 분자가 분자 간 수소결합이 가능하기 때문이다. 물은 대기압 하에 0~100℃에서 액체로 존재하며 수소결합에 의해 연결되어 있으나 자유롭게 움직이는 특성이 있다. 냉각되면 분자의 움직임은 느려지고 부피는 감소해 4℃에서 가장 작아진다. 물의 온도가 4℃보다 낮아지면 분자 간 거리가 늘어나 부피가 조금 증가한다. 물이 얼게 되면 물 1g당 80 cal의 열이 방출되고 부피는 9% 정도 증가한다. 즉 얼음은 물보다 비중이 낮아져 물 위에 뜨게 된다는 것이다. 반대로 물을 가열해 온도가 높아지게 되면 물 분자의 활동이 활발해진다. 100℃에서 끓을 때 물 1g당 540 cal의 기화열이 흡수된다. 이때 공급되는 열은 기화되며 생기는 거라 물의 온도에는 영향을 주지 않는다.

• 자유수/결합수

물은 과일이나 식물 등의 식품 구성성분으로 단단히 결합되어 있는 결합수와 자유롭게 움직일 수 있는 자유수가 있다. 결합수는 0℃ 이하에서도 얼지 않으며 자유수에 비해 밀도가 높고, 증기압이 낮아 가열, 건조 등에 의해 쉽게 제거되지 않는다. 용매로도 작용할 수 없고, 미생물 생육에도 이용될 수 없다. 화학반응에 관여하지도 않는다. 반면 자유수는 대기압 하에 있을 때 0℃ 이하에서 쉽게 동결되며, 100℃ 이상 가열하거나 건조하면 쉽게 제거가 된다. 용매로 작용할 수 있고, 미생물의 생육에 이용되거나 화학반응에도 관여한다.

• 수분활성

식품의 저장 수명은 수분함량이 높고 낮음에 의한 영향을 받는 것이 아니라 수분활성(Aw)의 영향을 받는다. 수분활성은 일정 온도에서 식품이 나타내는 수증기압(P)과 순수한 물의 수증기압(P0)의 비로 나타내고, 용해된 용질의 종류와 양에 따라 다른 값이 나타난다. (Aw=P/P0) 또, 수분활성은 평형상대습도(ERH)와도 관계가 있다.(ERH=P/P0 ×100=Aw×100)

• 등온흡습곡선

식품은 일정온도에서 상대습도가 다른 밀폐용기에 넣어두면 식품의 수분 함량이 용기 내의 상대습도와 평형을 이루게 되며 이때 식품은 평형수분함량에 도달한다. 그 평형수분함량(%)과 수분활성과의 관계를 나타낸 것을 등온흡습곡선이라 하며 역 S자형으로 식품이 수분을 흡수할 때 생기는 곡선이다. 반대로 식품이 수분을 방출할 때 생기는 곡선도 존재하며 등온탈습곡선이라 한다. 등온흡습곡선은 기울기가 다른 세 영역으로 나눌 수 있고 각 영역의 물 또한 다른 특성을 갖는다. 첫 번째 수분함량과 수분활성이 적은(Aw 0.25 정도 된다.) 영역에서는 물이 식품 구성성분과 단단하게 결합되어 단분자층을 형성하며 용매로 작용할 수 없다. 예를 들면 분유, 비스킷, 결합수 같은 것을 말하며 이온결합으로 존재한다. 두 번째 영역(Aw 0.8 정도)에서는 히드록시기(하이드록시기), 아미드 기와 결합해 용매로서 작용을 거의 할 수 없다. 예를 들면 빵이나 케이크, 준결합수 같은 것을 말한다. 수소결합으로 존재한다. 세 번째 영역(Aw 0.8 이상)에서는 물이 식품 구성성분에 약하게 결합되어 용매로 작용하며 화학반응을 촉진하고 미생물 생육에 이용될 수 있다.(부패될 수 있다.) 식품 내 수분의 95% 이상 차지하는 것이 이 영역이다. 예를 들면 육류, 어류, 과즙, 자유수를 말한다. 결합이 거의 되어있지 않다. 등온흡습곡선과 등온탈습곡선은 완전히 일치하지 않는데, 같은 수분활성에서의 수분함량이 탈습 때보다 흡습 때 더 높기 때문이다. 이걸 이력현상(히스테리시스)라고 한다.

• 수분활성과 식품의 안정성

대부분의 효소는 단분자층에서 활성을 나타내지 않지만 리파아제는 0.1~0.3에서 활성을 나타낸다. 비효소적 갈변반응은 0.6~0.7에서 가장 잘 일어나고, 유지의 산화는 단분자층 수분활성인 0.2~0.3에서 반응속도가 가장 낮고 가장 낮은 수분활성에서 반응속도가 가장 크다. 미생물이 생육할 수 있는 최저 수분활성은 세균 0.90~0.94, 효모 0.88~0.90, 곰팡이 0.7~0.75이며 내건성 곰팡이는 0.65, 내 삼투압성 곰팡이는 0.6이다. 잼을 만드는 것도 수분활성을 낮춰 보존성을 높인 것이다.

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체내에서의 역할

인체의 60~70%가 물로 구성되어 있으므로 물은 단일 화합물로서 인체 내에서 함유량이 가장 많은 물질이다. 물은 신체 내에서 수송의 역할을 담당하는 혈액의 주요 성분으로, 각종 영양소와 대사물질을 필요에 따라 세포 안으로 또는 혈액을 통해 운반하여 세포 안에서 사용되거나 저장되도록 돕는다. 또, 세포 안에서 대사작용이 일어나는 동안 생성되는 반응물질이기도 하다. 신체의 2/3을 구성하고 있는 물은 다른 어떠한 용매보다도 비열과 증발열이 크기 때문에 체온조절을 하는 데 있어서 가장 이상적인 용매라고 할 수 있다. 더운 환경에서 땀을 흘려 신체의 체온을 조절하는 것이 이것이다. 눈, 코, 입, 피부 등의 상피세포 조직은 수분이 부족하면 점액의 분비가 원만하지 못하고 표면에 균열이 생기며 세균의 침입에 쉽게 노출되어 면역력의 저하로도 연결된다. 특히 인체의 피부는 가장 기본적인 면역기능을 담당하는 조직이며 이 일에 물이 중요한 역할을 담당한다. 위장관 · 호흡계 및 관절 등의 점막을 부드럽게 해 주며, 특히 위장관에서 영양소의 흡수를 용이하게 해 준다. 세포 내에서 일어나는 소화, 흡수, 화학반응 등의 다양한 대사반응들이 효율적으로 진행되려면 반응의 대상이 되는 화합물질들이 물에 용해되어 있는 상태가 아니면 불가능하다. 물은 대사반응을 가능하게 하는 용매의 역할을 하는데, 용질을 녹이는 능력이 다른 어떠한 용매보다 뛰어나다.

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체내의 수분평형은 어떻게 유지될까?

신체는 다양한 생리적 상태 또는 외부환경의 변화에도 체내 수분의 항상성(수분 섭취량과 손실량의 균형)을 이루도록 조절하는 능력을 자체적으로 지니고 있다.

수분 섭취량 = 수분 손실량

• 수분 섭취

체내로 수분이 유입되는 과정을 살펴보면 음료수와 식품으로부터 1일 총 수분 공급량의 거의 대부분을 제공받으며, 이외에도 체내에서 일어나는 영양소의 대사과정을 통해 약간의 대사수가 생성된다.

• 수분 손실

체내의 수분은 소변, 땀, 폐를 통한 기화 및 대변을 통해 배설된다. 총 수분 손실량에 있어서 각각의 수분 손실 경로가 차지하는 비율은 육체적 활동 정도, 신체의 생리적 상태 또는 외부온도 및 습도에 따라 달라진다. 일반적으로 소변을 통해 총 수분 손실량의 약 50~60%가 배설되고 나머지 40% 정도가 땀 · 피부 및 폐를 통한 수분의 기화로 손실되며, 대변을 통한 손실은 극히 미량이다.

음료수로 1,300mL, 식품으로 800mL의 수분을 섭취했을 경우 폐를 통한 기화로 400mL, 땀으로 500mL가 나가고 대사수로 250mL가 생성되며, 소변으로 1,300mL, 대변으로 150mL가 손실된다.

수분 섭취량과 손실량이 균형을 이룰 때 체내의 수분 평형이 이루어지게 된다.

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체내에 물이 저장되는 공간

• 세포내액 intracellular fluid, ICF

세포 내부에 함유되어 있는 수분으로, 체내 총수분량의 약 65%를 차지하며, 단백질과 무기질 등의 영양소가 용해되어 있다.

• 세포외액 extracellular fluid, EDF

세포 외부에 존재하는 수분으로 대부분 혈액에 해당된다. 체내 총 수분량의 약 35%를 차지하며 단백질 · 무기질 · 탄수화물 및 지질 등이 함께 용해되어 있다.

• 세포 내외의 수분균형

세포 내외의 수분이동은 세포막을 중심으로 형성된 세포 내외의 삼투압의 차이에 의해 일어난다. 배추를 소금물에 담그면 배추 세포의 내부에 비해 외부의 삼투압이 더 커서 세포 내의 수분이 소금물 쪽으로 이동하여 소금물을 희석시킴으로써 삼투압 차이를 줄이게 된다. 결과적으로 배추의 수분이 빠져나와 배추가 절여지는 것이다. 마찬가지로 신체도 짠 음식을 먹으면 세포외액의 나트륨 농도가 증가하게 되고, 이에 따라 세포내액의 수분을 세포외액으로 이동시키게 된다. 세포내액의 수분 함량이 일정 수준 이하로 낮아지면 두뇌에 신호를 보내 갈증을 느끼게 하고, 물을 마시게 함으로써 신체를 탈수로부터 보호한다. 반대로 수분을 너무 많이 섭취하여 세포외액의 전해질 농도가 낮아지면 두뇌는 신장에 신호를 보내 더 많은 양의 소변을 내보내게 한다.

*식품에 소금을 뿌려서 저장하는 것은 소금이 박테리아 세포에 함유된 수분을 세포 밖으로 끌어냄에 따라 탈수현상에 의해 박테리아를 사멸시키기 때문에 소금이 소독 및 보존제의 기능을 하게 되는 것이다.

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부종현상

장기간 단백질 섭취가 부족하여 혈장의 단백질 농도가 저하되면 혈액 중의 수분이 세포와 세포 사이의 틈으로 새어나가 부종을 유발하게 된다. 즉 혈액(ECF)에 수분을 보유할 수 있도록 충분한 전해질 또는 단백질이 존재하지 않아서 혈액 중의 수분이 혈액을 빠져나가게 되는 것이다.

물을 많이 마시면 몸이 붓는다는 말이 있는데, 오히려 물을 너무 적게 마시면 신체가 수분대사의 항상성을 유지하기 위해 수분을 보유하려는 경향이 커진다. 반면, 건강한 상태에서 필요 이상 섭취한 과량의 수분은 소변으로 배설되면서 세포의 수분균형이 이루어지기 때문에 몸이 붓지 않는다.

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탈수현상

더운 날 수분을 보충해 주지 않은 채 심한 육체운동을 오랫동안 하거나 수분 섭취가 부족한 상태에서 감염에 의해 고열이 발생하는 경우 또는 장기간 설사가 지속되면 탈수현상이 일어날 수 있다. 체내 총 수분량의 2%를 손실하게 되면 신체는 갈증을 느끼게 되는데, 이때 물을 섭취하면 곧바로 회복된다. 총 수분량의 4% 정도를 손실하게 되면 근육피로를 느끼게 되고, 운동 중인 경우 지구력이 급격하게 저하된다. 탈수가 진행되어 체내 총 수분량의 12%가 손실되면 외부의 높은 기온에 신체가 적응하는 능력을 상실하여 무기력 상태에 빠지게 되는데 이쯤 되면 갈증을 느껴 물을 마심으로써 수분을 보충하는 것만으로는 체내의 수분균형을 되찾기가 어렵다.

신체는 소장의 80%, 허파나 신장 중 반 쪽, 간의 75%를 떼어 내고도 생명을 유지할 수 있지만 체내 총 수분 함량의 20%를 상실하면 의식을 잃고 곧 사망하게 된다.

일단 심각한 탈수증세가 나타난 상태에서 수분을 다시 공급해 줄 경우, 수분균형은 회복할 수 있다 하더라도 탈수가 진행되는 동안 생성된 노폐물이 신장에 영구적인 손상을 입힐 수 있다.

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물은 얼마나 마셔야 할까

인체는 계절에 상관없이 탈수를 방지하기 위해 많은 양의 수분이 필요하다.

여름에는 땀을 통한 수분 손실을 막기 위해 다량의 물을 마시는 것이 필요하다. 겨울에는 난방으로 인해 실내공기가 건조해지므로 피부와 폐를 통한 수분 손실량이 증가한다. 따라서 갈증을 느끼지 않더라도 수시로 물을 마셔주는 것이 좋다. 또, 비행기 여행 시에는 건조한 공기가 비행기 내에서 재순환될 뿐만 아니라 고도가 높은 곳에서는 기화를 통한 수분 손실이 크기 때문에 우리가 느끼지 못하는 사이에 수분균형이 깨지기 쉽기 때문에 비행기 여행을 하는 동안에는 한 시간마다 물을 한 컵씩 마시도록 권장하고 있다.

갈증이 날 때 물을 마시는 것만으로는 인체의 수분평형을 충분히 유지하기 어렵다. 특히 어린이나 노인, 운동선수, 건조한 기후에서는 갈증에 대한 예민도가 저하될 수 있다. 따라서 갈증을 느끼지 않더라도 습관적으로, 의도적으로 물을 충분히 마셔주는 것이 바람직하다. 만일 낮 동안 자신의 소변 색이 항상 진하고 단 한 번도 연한 색의 소변을 보지 못했다면 수분 섭취량이 부족하다는 증거가 된다. 수분 섭취가 부족할 때 인체는 수분을 절약하기 위해 농축된 진한 색의 소변을 배설하기 때문이다.

한국의 경우 하루 수분 섭취 기준은 성인은 남자 19~29세의 경우에는 2,600mL, 30~49세의 경우 2,500mL, 50~64세 2,200mL이며 여자의 경우 19~29세 2,100mL, 30~49세 2,000mL, 50~64세 1,900mL를 제시하고 있다. - 2020 한국인 영양 섭취 기준 참고

1~2세의 영유아의 경우 해당 연령의 1일 에너지 추정량 900kcal × 섭취 에너지 당 수분 필요량 계수 1.075로 968mL가 나오는데 이를 반올림해서 1,000mL을 권장 섭취 기준으로 삼는다. - 2021 한국인 영양 섭취 기준 수정표 참고

유아 · 어린이 · 노인의 경우 일반 성인에 비해 단위체중당 더 많은 양의 수분을 섭취해야 하는데, 특히 유아의 경우 체중에서 수분이 차지하는 비율이 약 70%로 성인의 50~60%보다 높다. 또, 유아는 신체의 크기(부피)에 비해 체표면적이 성인보다 상대적으로 더 크기 때문에 피부를 통한 수분 손실이 더 크며, 신장에서 소변을 농축하는 능력이 미숙해서 성인에 비해 다량의 희석된 소변을 배설한다. 그 외에도 유아는 갈증이 날 때 이를 표현하거나 스스로 물을 마시는 등 갈증에 대한 대처 능력이 부족하기 때문에 유아의 수분 섭취가 부족하지 않도록 주의가 필요하다. 노인의 경우에도 유아와 마찬가지로 갈증을 제대로 느끼지 못해 탈수가 되기 쉬우므로 노인의 수분 섭취량을 유심히 살펴보고 의도적으로 수분 섭취를 증가시키도록 해야 한다.