[집중리포트] 뇌운영시스템 B.O.S

송과체 이야기 

17세기 프랑스의 철학자 르네 데카르트는 송과체가 영혼이 위치하는 장소라고 표현하였고 송과체는 역사적으로 많은 관심을 받아왔다. 이 기관이 인식에 중요한 역할을 하는지 과학적 증거는 많이 부족하지만, 인체에서 중요한 기능을 하는 점에 대해서는 현대 과학에 의해 많은 부분들이 증명되어 왔다.

송과체는 해부학적으로, 뇌의 정중선에 있는 세 번째 뇌실 뒤에 위치하며, 두 개의 대뇌반구 사이에 위치하고 있다. 뇌의 중앙에 위치하지만, 재미있게도 혈관 뇌 장벽 바깥에 위치하여 있어, 송과체로부터 분비되는 호르몬은 직접 혈류로 들어가게 된다. 송과체(pineal gland)란 이름은, 이 기관의 모양이 솔방울(pinecone, Latin pinea)을 닮았다는 것에서 유래한다. 성인 어른의 송과체는 길이가 0.8cm정도, 무게는 약 0.1그램 정도이다. 물리적으로 아주 작은 이 기관은 우리 몸에서 어떤 작용을 하는 것일까?

# 송과체, 어떤 기능을 할까?

송과체는 척추동물에서 발견되는 내분비샘인데, 주로 멜라토닌의 공급을 담당한다. 멜라토닌은 호르몬의 한 종류이고, 필수 아미노산인 트립토판으로부터 우선 세로토닌이 합성되며, 멜라토닌은 다시 이 세로토닌으로부터 생성된다.

트립토판이 음식물로부터 섭취되어야 하는 필수 아미노산이기 때문에 세로토닌, 멜라토닌의 원활한 합성을 위해서는, 우선 골고루 음식물을 잘 섭취하는 것이 필요하겠다. 트립토판은 초콜릿, 귀리, 우유, 요구르트, 치즈, 붉은 고기, 계란, 생선, 참깨, 땅콩 등에 많이 함유되어 있다. 세로토닌은 중추신경계에서는 뇌간의 Raphe nuclei의 세로토닌성 신경세포에서 합성이 되며(Frazer 1999), 기분, 식욕, 수면 조절, 기억과 학습을 포함한 인지기능 등 다양한 기능을 한다.

척추동물에서 멜라토닌은 이러한 세로토닌이 전환되어 화학기가 약간 바뀌어지는 과정을 통해 어두울 때, 즉 주로 밤에 송과체에서 생산이 된다 (Reiter 1991). 다른 내분비 호르몬과는 다르게, 사람의 멜라토닌 농도는 매우 다양하며 (타액 샘플에서, 2~84 pg/ml, Burgess 2008), 혈청 멜라토닌 레벨은, 생후 1년 이후에는 송과체의 사이즈가 더 이상 자라지 않기 때문에, 어린 시절 두드러지게 감소한다.

멜라토닌은 24시간 주기리듬의 조절에 중요한 역할을 한다. 24시간 주기리듬은, 빛과 어둠의 자연적 주기와 연동하는 생물학적 활성의 24시간 주기를 의미한다. 우리 몸에 내재한 생체 시계라고 생각할 수 있다. 밤이면 송과체로부터 멜라토닌 분비가 높아져 자연스럽게 졸음이 밀려오고, 아침이면 빛에 의해 멜라토닌 분비가 줄어들어, 눈이 떠지는 몸의 자연스러운 작용을 가능하게 만드는 호르몬이다. 이렇게 자연의 밤-낮의 주기와 우리 몸의 수면-각성의 사이클이 송과체가 생산하는 멜라토닌에 의해 맞물려 돌아가고 있는 것이다.

# 빛과 송과체

우리 몸의 생체시계라 할 수 있는 송과체는, 빛과 밀접한 연관을 맺고 있다. 어떤 종에서는 송과체의 세포가 빛에 직접적인 감수성을 가지고 있다. 하지만 인간을 포함한 고등포유동물은 빛에 의해 조절되는 내분비 ‘시스템’을 가지고 있으며 송과체는 이 광내분비 시스템의 마지막 부위에 위치하고 있다. 광 내분비 시스템은, 우리의 눈에 있는 망막에서 시작하여, 시상하부의 시교차상 핵을 지나, 노르아드레날린성 교감 신경섬유를 거쳐 송과체에서 끝난다. 광내분비 시스템은 빛과 일주기 정보를 제공하며, 송과체에서 멜라토닌의 분비를 조절한다. 아침의 빛은 멜라토닌을 고요하게 하며, 저녁의 어둠은 멜라토닌의 활발한 생산을 도와 우리가 편안한 잠을 잘 수 있게 만든다.

# 다재다능 송과체 <1> -“생체 시계 멜라토닌”

사랑스러운 아기가 밤에 잠을 자지 않는다고 충혈된 눈으로 많은 사람들이 호소한다. 유일한 위로는 3개월 정도 지나면 괜찮아 질 것이라는 점이다. 유아의 멜라토닌 레벨은 생후 약 3개월이 지나야만, 자정과 아침 8시 사이에 최고 피크가 관찰되는, 규칙적인 사이클로 변화한다 (Ardura 2003). 물론 아이들마다 차이가 있겠지만...

초등학교 때는 항상 9시만 되면 잠이 들곤 했다. 그런데 중고등학교에 들어가면서 점점 수면시간이 늦추어져 11시~12시에 잠을 자던 것이 기억난다. 아이들의 성장기에는 이러한 수면시간의 변화는 어떻게 설명이 되어지는 것일까? 연구에 따르면, 아이들이 10대에 들어서면서 멜라토닌 방출의 야간 스케쥴이 지연된다고 한다. 이것이 아이들의 수면, 각성시간의 지연을 유도한다고 한다 (Hagenauer 2009). 아이들이 잠을 안 잔다고 너무 뭐라고 할 일이 아닐지도 모르겠다. 잠 잘 수 있는 호르몬이 예전만큼 같은 시간대에 방출이 안 되어서 아이들도 어쩔 수 없는 상황인 것일 수 있기 때문에.

사람의 멜라토닌 생산은 나이를 먹을수록 줄어든다고 한다 (Sack 1986). 나이가 들면 새벽잠이 줄어든다고 하는 이야기를 많이 듣는데, 멜라토닌 생산이 줄어들면 수면에서 각성으로 몸의 변화가 일어날 것이기 때문에 새벽잠이 줄어드는 현상의 생물학적 설명이 될 수 있겠다.  하지만, 잠이 줄어들어 깨어있는 시간에 피곤해지는 것이 문제라면, 조금 후 이야기에 등장하게 되는 멜라토닌 생산을 증가시킨다고 알려진 명상이나 운동을 하면 도움이 될 수 있을 것이다.

# 다재다능 송과체 <2> -“항산화 멜라토닌”

멜라토닌은, 수면을 촉진시킬 뿐만 아니라, 강력한 항산화 물질이기도 하다 (Tan 1993). 멜라토닌은 스스로 항산화 물질로서 작용할 뿐만 아니라 다른 항산화 물질과 협력하여 시너지를 내기도 한다 (Arnao 2006). 가장 효과적인 지방친화성의 항산화제로 알려진 비타민 E보다 두배나 활성이 있다(Pieri 1994). 멜라토닌이 다른 항산화 물질과 구별되는 중요한 특징은 이것의 대사산물도 항산화효능을 가지고 있다는 점이다 (Tan 2007). 산화가 세포 노화에 주요한 원인이 되는 점을 생각할 때 (Bonomini 2015) 멜라토닌의 이러한 강력한 항산화 작용은, 노화 현상, 노화관련 질병에 관심이 고조되는 고령사회에 들어선 우리사회의 이목을 집중시키지 않을 수 없다.

# 다재다능 송과체 <3> -“면역계와 소통하는 멜라토닌”

멜라토닌은 혈액을 통해 순환하기 때문에 순환계의 면역시스템과 소통할 기회가 많다. 멜라토닌이 면역계와 반응한다는 것은 알려져 있지만 (Carrillo-Vico 2005) 그 상호작용의 세부내용은 잘 알려져 있지 않다. 멜라토닌은 암 발달을 줄이는데 효과적이며 암 사망률의 위험을 줄이는데 효과적이라는 점이 보고되어져 왔다 (Sanchez-Barcello, 2005; Srinivasan 2007; Mills 2005).

이렇게 항산화, 노화, 면역과 관련이 깊은 멜라토닌 호르몬을 명상 등의 비약물적 방법에 의해 조절할 수 있다면 얼마나 좋을까? 과학자들은 이 점을 또한 연구하여 보고하여 왔다. 늦은 밤, 60분간 초월명상을 수행 후에, 열명의 명상자 그룹에 대해 멜라토닌을 측정하였고, 그 값은 이들이 명상을 안 하는 다른 밤에 측정한 값보다, 22% 높게 나타났다. 즉, 명상이란 행위에 의해 혈액의 멜라토닌 농도가 달라진 것이다. 이 연구는, 잠들기 전에 명상을 하는 것이 멜라토닌 농도를 높여 수면을 잘 취하게 도와주며, 따라서 수면을 잘 취하는 것으로부터 얻을 수 있는 많은 알려진 혜택을 증가시키는데 도움을 줄 수 있음을 시사한다 (Tooley 2000).

# 명상 중 뇌의 변화-송과체의 활성화

국립 타이완 대의 전기공학부 리시첸 교수, 첸지혼 교수 그룹에 따르면, 명상 수행 중에 송과체의 활성화가 기능적 자기공명영상법에 의해 보여졌다 (Liou 2005). 이들은 후속 연구에서, 송과체의 활성화가, 이 기관의 주된 생성물인 멜라토닌 분비 (Guyton 2005)를 변화시키는지 알기 위해, 밤중 타액 멜라토닌분석을 수행하였다. 그 결과, 멜라토닌 레벨이 명상 후에 명상그룹에서 유의미하게 향상되었고 컨트롤 그룹에서는 거의 변화가 없음을 보였다 (Liou 2010). 이것은 송과체가 명상과정 중에 활성화 되어 있을지도 모름을 시사한다.

Massion 교수 연구팀은 마음챙김 명상의 일반적인 수행이 멜라토닌의 증가한 생리학적 레벨과 연관이 있는지를 조사하여 긍정적 결과를 얻었으며 (Massion 1995), Ramesh 교수 연구팀은 하타요가와 옴카 명상이 심폐 수행과 멜라토닌 분비에 미치는 영향을 조사하였다. 이들은 혈장 멜라토닌 레벨이 3개월간의 요가 후에 증가한다고 보고하였다 (Harinath 2004). 반대로, Sandvik 교수 연구팀은 ACEM 명상(노르웨이 오슬로에 기반을 둔 명상 기관) 동안 멜라토닌 분비를 조사하였고, 그들은 명상수행자가 비명상자보다 더 높은 멜라토닌 레벨을 가진다는 점을 발견하였지만, 멜라토닌이 장기 명상동안에는 줄어든다고 보고하였다 (Solberg 2004). Carlson 교수 연구팀은 마음챙김 기반 스트레스 감소 명상프로그램이 초기 유방암, 전립선암 환자에 미치는 효과를 조사하였고, 멜라토닌 레벨에서의 변화를 찾지 못하였다 (Carlson 2004).

# 명상과 멜라토닌-명상에 의한 수면의 질 향상

75분의 뇌파진동 명상을 주 2회 5주간 실시하여 다른 심신 관리법과 비교한 연구에 따르면,  뇌파진동명상에 의해 수면잠복기의 감소가 두드러졌으며 (Bowden 2012), 8-12주간 실시하여 다른 요가와 비교한 연구에 따르면 특히 수면의 효율, 길이가 증가하였다 (Bowden 2014).

위의 연구결과들은, 멜라토닌 분비가 명상 스타일에 의존한다는 점을 시사한다. 따라서 목적에 맞는 명상/운동법의 활용으로, 원하는 호르몬을 비약물적으로 자체 생산할 수 있다는 점이 시사되어진다. 약물의 혜택도 활용할 수 있어야겠지만, 신체를 활용한다면 우리의 몸을 바꿀 수 있다는 큰 가능성을 암시하는 연구결과가 아닐 수 없다. 자신의 뇌와 친해지고 몸과 친해져 건강하게 장수해서 평균수명과 건강수명이 일치하는 진정한 두뇌강국 코리아를 기원한다.

글. 양현정 국제뇌교육종합대학원 뇌교육학과/융합생명과학과 교수

양현정 교수는 일본에서 생명정보 분야 박사학위를 받고 세계적인 생명공학 연구소인 이스라엘 와이즈만연구소에서 연구를 했다. 2017년 국제뇌교육종합대학원대학교 교수로 부임했으며 한국뇌과학연구원 부원장을 겸직하며, 신경과학 측면에서 명상의 효과, 뇌에 미치는 영향 등을 연구하고 있다.

Reference

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