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'사람의 하루는 24시간이 아니라 24.5시간이다' '심장발작은 아침에 빈번하게 발생한다.' 하루안에 벌어지는 생체리듬의 다양한 모습이 속속 밝혀지고 있다. 생체리듬을 잘 유지하는 것이 장수의 비결로도 여겨진다.

인간은 끊임없이 변화하는 자연 속에서 살아가고 있다. 예를 들어 지구는 매일 자전하고, 달은 지구를 중심으로 매달 공전한다. 또 지구는 태양을 중심으로 1년에 1회 공전한다. 그 결과 지구에는 낮과 밤, 4계절, 그리고 밀물과 썰물이 규칙적으로 반복되고 있다. 어찌 보면 우주의 삼라만상은 일정한 리듬을 가지고 규칙적으로 움직이고 있다.

오래 전부터 학자들은 자연의 일부인 인간에게도 독특한 ‘생체리듬’이 존재하지 않을까에 대해서 호기심을 가져왔다. 즉 계절별로 또는 한달에 한번 꼴로 인체의 생리기능이 규칙적으로 변화할 것이라는 추측이 제기돼 왔다.

낮과 밤을 조절하는 호르몬

하지만 현재까지 과학적으로 어느 정도 메커니즘이 밝혀진 생체리듬은 '일주기'(circadian)리듬 한가지 뿐이다. 이 용어는 '하루'를 뜻하는 라틴어(dies) 앞에 '약'을 의미하는 단어(circa)가 합성돼 만들어졌다. 즉 '약 하루' 동안 일어나는 규칙적인 생체현상을 가리킨다.

일주기리듬에 가장 중요한 영향을 미치는 요인은 햇빛이다. 사람은 지구의 자전주기에 맞춰 햇빛이 많은 낮에는 활발히 움직이고 밤에는 수면을 취한다. 이 ‘수면-각성 주기’가 현재 과학적으로 많이 연구되는 대표적인 일주기리듬이다.

그렇다면 사람이 햇빛이 없는 곳에 산다면 어떨까. 즉 외부 환경과 전혀 접촉이 안되고 시간을 알 수 없는 상태로 며칠 간 어두운 동굴 속에 지낸다면 사람은 계속 잠만 잘까. 그렇지 않다.

1994년 독일의 막스플랑크연구소 연구원 아쇼프는 격리된 14명의 자원자를 대상으로 흥미로운 실험을 수행했다. 자원자들은 격리된 공간에서 밝은 빛에 노출되지 않은 곳에서 며칠 동안 지냈다. 관찰 결과 자원자들은 평소처럼 약 하루를 주기로 자고 깨어난다는 점이 밝혀졌다. 그래서 과학자들은 인체 내 어딘가에 몸의 주기적인 기능을 조절하는 생체시계(biological clock)가 있다고 생각해 왔다.

하지만 문제가 간단치 않았다. 이들이 반드시 24시간을 주기로 잠을 자지 않는다는 사실이다. 즉 14명 중 7명은 24.5시간의 주기를 가진다는 점이 관찰됐다. 다시 말해 첫날 취침시간이 12시였다면 다음날은 12시30분, 그 다음날은 새벽 1시의 방식으로 30분씩 늦춰지는 양상을 보였다. 더욱 흥미로운 사실은 나머지 7명은 28-33시간의 주기를 보였다는 점이다.

맹인을 대상으로 행한 실험에서도 비슷한 결과가 나왔다. 맹인 20명을 대상으로 한 연구에 따르면 17명이 비정상적인 리듬, 즉 24.5시간을 주기로 생활한다는 점이 밝혀졌다.

일반인들은 대체로 매일 정해진 시간에 잠들고 깨어나는 생활을 반복한다. 즉 24시간을 주기로 취침시간과 기상시간을 정해놓고 생활하는게 보통이다. 아쇼프의 실험 결과에 따른다면 이런 생활은 생체리듬상 다소 ‘부자연스러운’ 일로 보인다.

생체시계는 몸의 어느 부위에 존재할까. 학자들이 주목한 곳은 뇌였다. 햇빛은 인간의 동공을 통해서 들어와 눈 뒤쪽의 망막에 존재하는 세포를 자극한다. 이 자극은 신경다발을 타고 뇌에 전달된다. 그렇다면 뇌의 특정 부위에서 햇빛에 대해 반응하고 있지 않을까.

1940년대 한 학자는 생쥐를 대상으로 뇌의 시상하부를 절단하자 생쥐의 수면-각성 주기가 엉망이 된 사실을 발견했다. 그래서 시상하부 주위에 생체시계가 존재한다는 학설이 제기됐다.

최근에는 뇌의 송과선에서 분비되는 멜라토닌이라는 호르몬이 생체시계를 관장하는 주인공이라는 점이 받아들여지고 있다. 송과선은 시상 주변에 존재하는 콩알만한 크기의 뇌조직이다.

햇빛이 어떤 방식으로든 우리 눈을 통과해 들어올 때 멜라토닌의 분비가 중단된다. 반대로 햇빛이 없는 어두운 곳에서 잠을 잘 때 멜라토닌은 분비되기 시작한다. 즉 인간의 수면시간과 멜라토닌이 분비되는 시간은 대체로 일치한다. 따라서 멜라토닌을 낮과 밤을 구별하는 호르몬이라고 할 수 있다. 또 계절에 따라 분비가 달라진다. 빛의 양이 적은 겨울에는 분비가 줄고 여름에는 증가한다.

1백개 리듬 존재

하지만 멜라토닌 만으로는 일주기리듬을 모두 설명할 수 없다. 인간의 각 조직에서는 하루를 주기로 수많은 변화가 발생하기 때문이다. 예를 들어 잠을 잘 때 혈압이 떨어지고 체온이 식으며 호흡이 길어지는 현상은 누구라도 상식적으로 아는 사항이다.

학자에 따라서는 인체에 존재하는 생리기능의 리듬을 1백개 정도로 추산하기도 한다. 하지만 일주기리듬을 관장하는 곳이 뇌라는 점, 그리고 뇌에서 분비되는 호르몬의 양에 따라 생체 기능이 바뀐다는 점 외에는 정확한 메커니즘이 밝혀지지 않았다.

한 예로 뇌에서 분비되는 성장호르몬을 생각해보자. 이 호르몬은 사람의 성장기에 뼈를 크게 만들어 키가 자라게 하고, 성인의 경우 근육을 강하게 키운다. 그런데 이 호르몬은 일단 잠이 들면 낮이든 밤이든 상관없이 분비되기 시작해 잠든 후 2시간 내에 최고량에 이른다. 반대로 잠을 안자면 분비되지 않는다. 따라서 밤잠을 설치며 무리하게 공부하는 어린이들이 흔히 키가 작은 이유를 어느 정도 설명할 수 있다.

세포의 활동을 자극하는 코티손 역시 대표적인 주기성 호르몬이다. 신장 옆에 달린 부신에서 분비되는 이 호르몬은 잠자는 동안 이른 새벽에 분비량이 증가해 아침 6-8시가 되면 최고량에 도달한다. 그리고 저녁에는 코티손의 농도가 가장 낮아진다. 아침에 깨어나면 몸에서 활기가 넘치고 저녁에 이르면 컨디션이 ‘가라앉는’현상을 이해할 수 있는 대목이다.

최근에는 생체리듬을 이용해 인간을 효과적으로 치료하려는 시도가 의학계의 일각에서 대두되고 있다. 시간약물학이란 분야다. 시간에 따라 병의 상태가 달라지는 점을 활용해 적절한 순간에 약을 투여함으로써 효과를 최대로 올리는게 목적이다.

질환 가운데에는 하루중 특정 시간대만 되면 증상이 더 심해지거나 발생률이 높아지는 병들이 있다. 나이가 지긋한 사람들이 주로 아침에 심장발작으로 응급실에 실려오는 경우가 한 사례다. 일반적으로 아침에는 부신에서 몸의 전반적인 기관을 수축시키는 아드레날린이라는 호르몬이 많이 분비된다. 그 결과 혈압이 급상승하고 맥박도 최고로 올라간다. 그러나 오후가 되면 혈압은 20% 정도 내려가고, 밤에 이르면 가장 낮은 수치를 기록한다. 그렇다면 낮에 약을 먹기보다 아침을 대비해 잠들기 전에 복용하는 것이 심장발작을 피하는데 효과적이다.

한편 동맥경화증을 일으키는 지질의 일종인 콜레스테롤은 주로 간에서 만들어지는데 저녁시간에 왕성하게 합성된다. 따라서 콜레스테롤 수치를 낮추는 약은 초저녁에 투여하는 것이 좋다. 또 위궤양환자에게 위산분비를 억제하는 약을 쓸 때 저녁식사 후 투여하는 것이 효과적이다. 위산은 밤에 활발하게 분비되기 때문이다.

생체리듬에 대한 연구는 단순히 약물 치료를 넘어 인간의 수명을 결정짓는 뇌의 비밀을 밝히기 위한 목적으로 행해지기도 한다. 지난 4월 캐나다 토론토대학의 한 연구팀이 쥐의 일종인 햄스터의 뇌에 생체시계를 이식함으로써 수명을 연장시켰다고 밝혀 세계 과학계가 떠들썩했다. 일반적으로 햄스터는 노화로 인해 생체시계의 기능이 떨어지면 3개월 이내에 죽는 것으로 알려졌다. 그런데 노화된 햄스터의 뇌에 젊은 햄스터의 생체시계 부위를 이식한 결과 예상보다 평균 4개월 정도 더 살게 된 것이다.

불로장생의 평범한 비결

물론 사람에게 이런 이식 실험을 할 수는 없다. 다만 나이가 들어도 인간의 생체리듬을 제대로 유지한다면 건강하게 장수할 수 있다는 점을 암시하는 것은 분명하다.

불행하게도 현대인들은 대부분 직접 햇빛에 접할 기회를 점점 박탈당하고 있다. 고작해야 사무실 안에서 실내에 비치는 햇빛을 받을 뿐이고, 집으로 퇴근하는 시간은 캄캄한 밤이기 일쑤다. 제때 일어나 먹고 자는 일상적인 활동이 하찮아 보이겠지만, 이 일을 평생 규칙적으로 실천하는 것이 어쩌면 불로장생의 한 비결일지도 모른다.