생리학의 이해

생리학은 몸이 세포로부터 조직, 조직으로부터 기관, 기관으로부터 기관계에 걸쳐 어떻게 작용하는지 그리고 생명체가 생명을 유지하기 위해 필수적인 활동을 어떻게 수행하는지 등의 총체적 기능을 연구하는 학문이다. 생리학에서 중시되고 있는 것 중 하나는 인과관계에 관련된 문제들을 규명하는 것으로, 여기에는 해부학, 물리학, 화학, 생화학 등이 연관되어 있다. 생리학 연구의 궁극적 목적은 세포, 기관 그리고 시스템의 정상적 기능이 어떻게 이루어지는가를 이해하는 것이다. 이와 관련된 과학인 병태생리학은 질병이나 상해가 일어났을 때 생리 과정이 어떻게 변하는가를 연구하는 학문이다. 병태생리학과 정상 생리학 연구는 상호보완적 관계에 있다. 예를 들어 기관의 기능을 연구하는 표준 기술은 외과적 수술로 실험동물에서 한 기관을 제거했을 때 또는 그 기능이 특이하게 변화했을 때 나타나는 현상을 조사하는 것이다. 이러한 연구는 특정 기관의 생리적 기능에 특정 장애를 초래하는 질병을 통해 도움을 받을 수 있다. 질병이 일어나는 과정을 연구함으로써 정상적 기능을 이해할 수 있고, 정상 생리 연구는 현대의학의 과학적 기초를 구축하였다. 이러한 학문적 관련성은 생리학 및 의학 분야로 노벨상을 수여하는 노벨상 위원회로부터 공인받고 있다. 척추동물과 무척추동물을 비교하는 비교생리학은 인체생리학 연구에 도움이 된다. 그 이유는 인간을 비롯한 동물은 서로 다른 점보다는 오히려 비슷한 점이 많기 때문인데, 특히 인간과 다른 포유류를 비교할 때 더욱 그러하다. 그리고 인간과 다른 포유류 사이의 작은 생리학적 차이점은 의약품 개발에 매우 중요한 정보를 제공한다. 새로운 약물 개발은 과학적 방법이 생리학과 건강 문제에 어떻게 응용될 수 있는가를 보여주는 한 실례가 된다. 보통 개발 과정은 세포 및 분자 수준에서의 기초생리 연구로부터 시작한다. 새로운 약은 세포배양기술을 이용하여 개발할 수 있는데, 예를 들어 세포막 운반 연구를 통해 특정 계열의 약물이 칼슘에 대한 막 통로를 봉쇄한다는 것을 발견하게 되었다. 약물의 효과 가능성은 주로 쥐나 생쥐 같은 실험동물을 이용해 철저히 검증되어야 한다. 실험동물에서 검증된 90% 이상의 약물들은 추후 실험에서 독성이 있는 것으로 알려졌다. 따라서 독성이 매우 낮은 소수의 경우 인체 임상실험을 통해 개발될 수 있다. 1단계 임상시험에서는 약물을 건강한 지원자에게 시험한다. 이 시험은 약물이 인간에게 미치는 독성을 검증하는 것으로 약물이 어떻게 대사되고, 얼마나 빠른 속도로 간과 콩팥으로부터 제거되고, 어떻게 가장 효과적으로 투여될 수 있는가를 연구하는 것이다. 독성 효과가 관찰되지 않으면, 다음 단계의 시험으로 넘어간다. 2단계 임상시험에서는 표적 인간 집단에 약물을 시험한다. 약물이 효과적이면서 최소한의 독성을 갖고 있는 예외적인 경우에만 다음 단계로 넘어간다. 3단계 시험은 시험 대상 수를 최대로 하기 위해 전국의 많은 연구소를 통해 이루어진다. 다른 인종뿐만 아니라 수많은 여성과 남성들을 시험대상으로 한다. 그리고 한 질병 이외에 또 다른 질병을 앓고 있는 환자도 포함하는데, 예를 들어 고혈압을 앓고 있는 당뇨병환자가 그 예이다. 3단계 시험이 통과되면 식품의약품국으로부터 최종 승인을 얻어야 한다. 4단계에서는 다른 용도의 가능성을 시험한다. 과학적 방법에 사용되는 많은 기술은 모두 공통으로 세 가지 속성을 갖고 있다. 즉, 자연계는 우리가 이해하는 용어로 설명이 가능하다는 점, 실제 관찰을 토대로 한 그리고 다른 관찰에 의해 변조될 수도 있거나 반증 될 수도 있는 자연계에 대한 서술과 설명, 우리가 틀릴 수 있다는 사실을 겸허히 받아들이는 자세 등이다. 연구를 통해 개념의 문제가 발생하면 그에 따라 적절히 변조되어야 한다. 과학적 방법은 우리의 이성적 능력, 정직과 겸허한 자세에 기초하고 있다. 과학적 방법에는 특정 단계가 있다. 우선, 자연계에 일어나는 현상에 대해 관찰한 다음 가설을 설정한다. 가설이 과학적인 근거를 가지려면 실험이나 관찰에 의해 반증 될 수 있어야 한다. 예를 들어 규칙적으로 운동하는 사람은 그렇지 않은 사람보다 더 낮은 맥박수를 가진다고 가정하자. 그 후 실험을 실시하거나 관찰하고 결과를 분석하여 얻은 새로운 결과가 그 가설을 지지하는지 아니면 반증하는지 결론을 내린다. 가설이 이러한 검증을 거치게 되면 일반적인 학설로 정립될 수 있다. 과학적 학설이란 증명된 가설에 대한 진술이다. 그리고 학설은 이 가설들이 상호 관련되어 있다는 논리적 체제로 작용하고 아직 검증되지 않은 예상에 대한 기초적 정보를 제시한다. 앞에 열거한 예시는 검증받을 수 있기 때문에 과학적이다. 즉, 100명의 운동선수와 100명의 앉아서 지내는 사람의 맥박수가 통계적으로 유의한 차이가 있는지 확인해 보고 만약 차이가 있다면, 운동선수가 앉아서 지내는 사람보다 더 낮은 평균 맥박수를 가진다는 진술이 정당화될 수 있다고 볼 수 있을 것이다. 그러나 이 결론이 틀릴 수도 있다는 사실을 염두에 두어야 한다. 어떤 발견이 하나의 사실로 일반화되기 전에 다른 과학자들이 지속해서 똑같은 결과를 반복할 수 있어야 하는데, 과학적 학설이란 이처럼 반복될 수 있는 자료에 기초해야 한다. 다른 과학자들이 실험을 반복해서 시도할 때 결과가 약간 다르게 나올 수 있는데 그때 맥박수의 차이가 또한 다른 인자, 예를 들어 운동의 내용과 종류에 따라 변할 수 있다는 가설을 설정할 수 있다.