마스터즈와 존슨 부부는 성행위중 인간의 몸 전체에 어떤 변화가 일어나고 어떻게 이행되고 있는지를 276쌍의 부부, 106명의 독신여성, 36명의 독신남성 등의 지원자를 통한 실험을 거쳐 과학적인 결과를 발표하였다. 흥분기 남성은 음경의 발기, 여성은 질의 윤활화가 일어나는 시기로 성적 자극으로 인해 전신적으로 혈관의 충혈과 근육의 긴장이 일어나며 혈액양이 8배로 증가하여 호흡이 분당 15번에서 40 ~ 50회로 증가하고 맥박은 72회에서 170회로 증가한다. 음경이 발기되고 음낭은 치켜 올려진다. 여성은 유방이 커지고 유듀가 단단하게 발기되고 피부가 충혈되며 질액의 분비가 증가되고 질의 깊이가 깊어지고 넓어져서 발기된 음경이 들어올 수 있도록 준비한다.
흥분 지속기(상승기) 흥분의 상태에서 정체기로 이어지면 심장의 박동이 더욱 빨라지고 혈압이 지속적으로 상승되어 남성의 경우 음경이 100%로 발기되고 여자는 성기주변 (대음순, 소음순, 음핵)이 부풀어오르고 분홍색이 짙은 자주색으로 변하게 된다. 남녀 모두 피부혈관 충혈로 전신에 반점이 생긴다. 여성의 자궁은 골반으로부터의 상승을 끝내고 경관 쪽 질 부분이 크게 부풀어올라 정액을 받을 준비를 끝낸다.
오르가즘기 성감각 중 최고의 쾌감을 느끼는 단계로 남성은 0.8초 간격으로 3 ~ 7회 정액을 사출하게 된다. 남성은 두 단계를 거치는데 처음은 전립선의 정액 주머니에 정액이 가득 차게 되면 더 이상 참을 수 없다는 느낌이 들고 이어서 방광의 출구를 폐쇄하여 오줌과 섞이는 것을 방지한 뒤 음경과 회음부의 근육을 주기적으로 수축시켜 요도를 통해 정액과 정자를 분출하게 된다. 오르가즘이 있은 후의 남성은 자극에 반응하지 않아(무반응기라고 한다) 일정한 시간이 지날 때까지 음경이 발기하지 않는다. 여성도 성흥분이 극한에 달하면 성기 주변의 회음근과 질 부분이 0.8초 간격으로 리드미컬하게 수축하며 강렬한 쾌감은 느낀다. 성행위를 할 만큼 충분히 몸과 마음이 준비되어 있지 않으면 성적 자극에 반응하지 않고 성행위에 몰두할 수 없거나, 성에 대해 무지하거나, 어렸을 때 가정과 사회의 영향으로 인해 죄악감을 느끼거나 수치심을 같게 되면 불감증이 오게 된다.
해체기 이제까지 일어나고 있던 생리적 반응이 완만하게 평상 상태로 돌아간다. 음경은 서서히 부드러워지고 크기는 발기했을 때의 반으로 위축된다. 여성의 위로 향해 있던 음핵은 원 위치로 돌아오고, 자궁경관은 오르가즘 후 20~30분 동안 열려 있고 자궁도 제자리로 돌아간다.
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