세상살이의 다양한 이슈를 ‘뇌’의 관점에서 풀어보는 브레인셀럽.
국제뇌교육종합대학원대학교 뇌교육학과 심준영 교수를 브레인셀럽으로 초대해 운동과 뇌에 관한 이야기를 들었습니다. 뇌건강과 운동, 뇌파 및 생체신호 분야를 연구해온 심준영 교수는 운동이 뇌를 최적화하고 뇌의 대웅력을 높이는 필수 조건이기 때문에 규칙적으로 꾸준히 운동을 해야 한다고 강조합니다.
▲ 심준영 국제뇌교육종합대학원대학교 뇌교육학과 교수
운동을 꼭 해야 하는 이유
우리 뇌와 신체는 하나의 신경계로 연결되어 있습니다. 하버드대 존 레이티 박사는 ‘뇌의 대응력을 높여주는 최고의 예방 접종은 운동이다’라고 이야기합니다. 운동을 하면 근육이 발달하고 심장과 폐의 기능이 좋아지는데, 이는 운동의 부가적인 효과이고 그보다 더 근본적인 것은 뇌 기능을 향상시키는 것입니다.
가벼운 조깅만 하더라도 우리 몸에서는 스트레스 호르몬인 코티졸이 나옵니다. 이 코티졸이 신진대사를 높여 주죠. 그런데 중요한 것은 규칙적으로 계속 운동을 하면 코티졸이 처음 운동했을 때보다 점차 감소해요. 이는 운동도 하나의 스트레스라고 볼 때, 규칙적으로 운동 스트레스 자극을 주면 그에 따른 스트레스 반응이 점점 개선되어 결과적으로 스트레스에 강해진다는 의미입니다. 이렇게 되면 운동뿐 아니라 다른 스트레스 상황에도 더 잘 대처하는 내성이 생깁니다.
우울증에도 운동이 효과가 있을까?
우울증이 심한 경우에는 세로토닌 재흡수제라고 하는 항우울제를 처방하거나 전기 경련 치료를 합니다. 전기 경련 치료는 뇌세포에 미세한 전기 자극을 주는 치료법인데 우울증 치료에 매우 효과적이라고 알려져 있습니다. 그런데 많은 연구에서 운동은 항우울제나 전기 경련 치료와 동일한 효과가 있는 것으로 나타났어요. 약물에 따른 부작용도 없고, 추후 재발율도 낮습니다.
우울증 환자의 뇌는 비대칭 상태예요. 뇌파 측정을 해보면 좌뇌에서는 느린 리듬이 나타나고 우뇌에서는 빠른 리듬이 나타나죠. 간단한 뇌파 측정으로 이 사람이 스트레스를 얼마나 받았는지, 우울증이 어느 정도인지 대략 알 수 있다고 봅니다.
앞으로는 집에 뇌파 측정 기기를 두고 스스로 자신의 뇌파를 찍어 자가 진단하는 것도 가능해요. 스트레스가 심할 때 지금 뇌의 건강 상태는 어떤지 점검해 보는 것이죠.
우울증 개선에 도움이 되는 운동
운동에는 저강도, 중강도, 고강도 운동이 있습니다. 저강도 운동은 산책하면서 걷는 정도의 활동이에요. 100m를 있는 힘을 다해 뛸 때를 최대 심박수라고 합니다. 최대 심박수는 220에서 자기 나이를 빼면 됩니다. 최대 심박수의 60퍼센트 이하를 저강도 운동이라고 하고, 60~75퍼센트 정도를 중강도 운동이라고 합니다. 고강도 운동은 최대 심박수의 75퍼센트 이상이고요. 그 정도면 호흡이 가빠서 옆 사람하고 대화하는 게 힘들어집니다.
우울증 개선을 위한 운동은 55~65퍼센트 정도의 저•중강도 운동을 매일 30분에서 1시간 정도 합니다. 꾸준한 운동은 트립토판 합성에 의해 세로토닌 생성을 촉진하고, 이는 우울증을 완화하는 효과로 이어질 수 있습니다.
1시간 정도의 운동을 강도를 높여 30분 하면 두 가지 다 동일한 효과를 나타냅니다. 평균적으로 운동 시간은 30분~1시간 정도가 적정합니다. 이 이상 하면 오히려 피로도가 올라가고 컨디션이 떨어질 수 있습니다. 처음에는 운동 시간을 짧게 하고, 점차 체력이 오르는 정도에 따라 시간을 늘려나가는 것이 안전합니다.
근력과 인지 기능의 상관관계
2021년에 74세 가량의 남녀 노인 66명을 대상으로 악력과 뇌파를 측정하는 실험을 했습니다. 악력은 근감소증이나 노쇠 정도를 측정하는 도구로 활용이 많이 되고 있어요. 우리나라 소방공무원 시험에서도 남녀의 악력 기준을 정하고 이를 통과해야 합격할 수 있습니다.
실험에서는 66명의 악력을 측정해서 아시아근감소증위원회가 정한 기준에 따라 악력이 높은 집단과 낮은 집단으로 나눴어요. 두 집단에 우울 정도와 주관적 인지 감퇴에 관한 설문 검사를 하고 뇌파를 측정했습니다.
그 결과, 악력이 낮은 집단에서 우울증과 주관적 인지 감퇴가 높은 것으로 나타났습니다. 또한 악력이 낮은 사람은 뇌파 중에서 마음을 편안하게 하고 정서적으로 안정되게 하는 알파파가 현저히 적게 나왔습니다.
결론적으로 악력이 높을수록, 체력이 좋을수록, 근육이 많을수록 우울감을 적게 느끼고 인지 감퇴도 덜하고 정서적으로도 안정된다는 사실을 확인했습니다.
근력 운동은 우리 뇌의 인지 기능과 매우 밀접한 관련이 있습니다. 다리 근력이 튼튼하면 인지 기능도 좋다는 논문이 있는데, 43세~73세의 여성 쌍둥이 324명을 대상으로 한 실험입니다. 이란성과 일란성은 6 대 4 비율이었어요.
연구팀은 이들의 다리 근력과 민첩성을 측정했습니다. fmri로 뇌의 부피를 측정하고, 뇌 활성도를 알아보기 위해 질문에 답하는 테스트도 진행했는데, 연구 결과가 아주 흥미롭습니다.
연구를 1999년에 시작해 10년 후에 324명의 쌍둥이를 10년 전과 똑같은 방법으로 측정한 결과 10년 후의 다리 근력이 튼튼한 사람일수록 인지 기능 상태가 좋고, 약하면 약할수록 인지 기능도 여러 측면에서 떨어져 있었어요. 유전적 환경을 다 보존해도 근력과 인지 기능의 관계는 변하지 않을 정도로 뚜렷했습니다.
특히 일란성 쌍둥이 20명을 대상으로 MRI를 찍어 뇌 활성도 검사를 한 실험에서도 10년 전에 다리가 더 튼튼했던 쌍둥이 중 한 사람이 10년 후에 뇌 인지 기능이 더 좋은 것으로 나타났습니다.
그러니까 내가 10년 후에 좋은 인지 기능을 유지하려면 지금 다리 근력이 튼튼해야 한다는 결론이죠. 다리 근력이 튼튼하면 치매나 인지 감퇴를 예방할 수 있다는 믿음을 강화해준 연구라고 생각합니다.
운동의 치매 예방효과
건강하려면 산소와 포도당이 세포로 잘 들어가고 노폐물은 잘 빠져나오는 순환 시스템이 원활하게 작동해야 하는데 그 통로가 혈관이죠. 모세혈관까지 1만 킬로미터에 달하는 혈관 주변에는 신경과 근육이 있습니다. 이 혈관의 탄력성을 유지하는 것이 매우 중요합니다. 탄력성이 떨어지면 흐르는 혈액의 압력을 이기지 못하고 터져버리게 되죠.
운동을 하면 근육에서 이리신irisin이라는 운동 호르몬이 나옵니다. 치매 환자들은 이리신 수치가 굉장히 감소해 있고, 운동을 많이 하는 노인들은 이리신이 전체적으로 많이 분비돼 혈관 건강이 좋다는 것이 연구 논문으로 나와 있습니다.
운동은 치매 예방에 효과가 있고, 치매 증상이 나타난 뒤에라도 신체 활동과 운동을 꾸준히 하면 이리신 분비를 활성화해 증상의 악화를 어느 정도 막을 수 있을 것이라 봅니다.
운동이 뇌 구조에 미치는 영향
운동 전후, 뇌 부피의 변화를 비교한 연구가 있습니다. 이 연구에서는 기존에 수행된 52개의 연구로부터 4천7백 명 정도의 MRI 측정 데이터를 모아서 운동 전후에 뇌의 부피가 얼마나 차이 났는지를 비교했습니다.
우리 뇌에는 뇌의 건강 상태를 반영하는 회백질이라는 부분이 있는데, 연구 결과 전체 회백질의 82퍼센트에서 운동 후에 부피가 증가된 것으로 나타났습니다. 운동을 하면 뇌에서 운동에 관여하는 부위의 혈류량이 25~30퍼센트 정도 늘어나는데, 운동과 무관한 뇌 부위에서도 광범위하게 변화가 나타난다는 것을 보여준 결과입니다.
인간은 나이가 들면 노화와 함께 뇌가 좀 축소됩니다. 키도 조금 줄 듯 뇌의 부피가 줄어드는것인데, 운동을 꾸준히 하면 뇌의 위축을 예방해 인지 기능을 유지할 수 있다는 근거로서 매우 의미 있는 연구라고 할 수 있습니다.
뇌건강에 도움이 되는 운동법
일상적인 노동과 운동은 차이가 있습니다. 운동이라 함은 심장 박동수가 어느 정도 올라가고 혈관에 혈액 공급이 증가하면서 세포 속으로 영양분과 산소가 충분히 들어가게 하는 신체 활동입니다.
운동은 유산소 운동과 무산소 운동으로 나뉘는데, 당뇨나 고혈압 같은 생활습관병을 예방하고 개선하는 데는 무산소 운동보다 유산소 운동이 더 도움이 됩니다. 건강에 적신호가 켜지기 시작하는 40대에는 남성의 경우 심장 박동을 올리는 유산소 운동 위주로 하는 게 좋고, 여성은 갱년기와 함께 골밀도가 약해지기 쉬우므로 중량으로 근력을 올리는 무산소 운동을 추천합니다.
다시 말하지만, 운동의 핵심은 혈관을 확장시키고 심박수가 증가하면서 혈액순환을 왕성하게 하는 것입니다. 미국의 잭 부시라는 의학 박사는 운동의 핵심 효과를 매우 가성비 높게 실현하는 ‘산화질소 덤프 운동’이라는 것을 개발했습니다. 네 가지 동작을 빠른 속도로 4분 안에 실시하는 간단한 운동법인데 운동 효과가 좋아서 요즘 적극 추천하고 있습니다.
산화질소란?
산화질소는 우리 몸의 혈관 내벽에서 자연 분비되는 기체 분자입니다. 질소가 공기 중에 있으면 공해 유발 물질이자 암 유발 물질이지만, 우리 몸에서는 혈관을 확장시키는 아주 유익한 기능을 합니다. 이 산화질소의 존재를 밝힌 사람은 23년 전에 노벨 의학상을 받았습니다.
산화질소는 우리 몸에서 자연 분비하지만 나이들수록 분비량이 감소하여 20대에 비해 40대가 되면 절반으로 줄고, 60대에는 15퍼센트로 줄어듭니다. 혈관 확장 기능이 떨어지면 점차 여러 질환에 노출되고, 특히 뇌에 영향을 미쳐 인지 감퇴와 치매 증상을 부를 수 있습니다.
그래서 산화질소 분비가 잘 되게 하는 것이 중요한데, 그렇게 하는 가장 좋은 방법이 운동입니다. 운동을 하면 2~3시간 뒤에 산화질소가 생성되므로 약 3시간 간격으로 하루에 3번 정도 운동을 하면 최적의 효과를 얻을 수 있습니다.
저강도•중강도•고강도 운동 각각의 이점
굳이 저강도•중강도•고강도로 나눈 것은 운동학자들이 만들어 놓은 개념이기는 합니다. 고강도 운동이라는 것은 젖 먹던 힘까지 내서 달릴 때의 심박수를 기준으로 75퍼센트 이상의 심박수가 나올 때를 말합니다. 산화질소 덤프 운동 같은 경우에는 고강도 인터벌 운동이면서도 남녀노소 누구나 할 수 있는 특성을 갖고 있지만, 100m 달리기를 한다거나 정해진 시간 이내에 아주 큰 힘을 쓰는 운동은 나이가 많은 분에게는 상해의 위험성이 있을 수 있어요.
10~30분 이상 운동하는 저•중강도의 유산소 운동은 우리 몸에 세로토닌 분비 같은 호르몬의 변화를 일으켜 기분이 좋아지는 이득을 얻죠. 그런데 짧은 시간 안에 하는 고강도 운동은 호르몬의 변화를 유도하는 데는 조금 부족함이 있어요. 그렇게 볼 때 운동은 30분~1시간 정도 여유 있게 저•중강도 운동을 꾸준히 하는 게 고강도 운동보다는 이점이 더 많다고 할 수 있겠습니다.
고강도 운동의 가장 큰 효과는 위에서 말한 것처럼 산화질소를 우리 몸에서 많이 만들어 낼 수 있도록 자극을 준다는 점입니다. 또 한 가지, 고강도 운동은 인슐린의 리셉터 수용체 민감도를 높여 세포에서 에너지를 원활하게 만들 수 있게 합니다. 그러므로 한 번에 3~4분, 하루에 3~4번 고강도 운동을 하는 것은 인체의 활력을 높이는 데 매우 큰 도움이 됩니다.
그 밖의 운동
의학자와 운동 전문가들이 모이는 미국 심리의학회에서 건강관리를 위한 운동의 기준을 제시했습니다. 첫 번째는 유산소 운동. 30분 정도 걷기나 달리기 같은 유산소 운동을 할 것을 권장했습니다. 두 번째는 근력 운동. 근력운동을 할 때는 하체의 큰 근육부터 단련하고 작은 근육을 움직이는 운동으로 순서를 잡아야 안전하고 효과적입니다. 세 번째는 유연성 운동. 일상 생활 중에 틈틈이 스트레칭을 해주면 좋습니다. 물론 가장 이상적인 것은 이 세 가지를 함께 하는 것이죠.
근력 운동을 더 효율적으로 하는 방법
근력 운동을 꼭 40대부터 하라는 것은 아닙니다. 십대, 이십대에도 근력 운동을 많이 해주는 게 좋아요. 근육은 에너지 저장 창고라고 할 수 있습니다. 음식을 먹으면 소화 과정에서 분해되어 영양소가 글리코겐 형태로 저장되는데 보통 근육에 많이 저장됩니다. 그래서 근육량이 많을수록 에너지를 더 많이 축적할 수 있는 것이죠.
에너지를 만드는 미토콘드리아도 근육 세포 속에 제일 많습니다. 근육이 큰 것보다 중요한 것은 근육 속에 미토콘드리아 숫자가 많은 것입니다. 마라톤 선수는 일반 선수에 비해 미토콘드리아 수가 2배 이상 많아요. 똑같은 열량을 섭취해도 우리 몸에 에너지를 만들어내는 공장이 많으면 피로를 더 빨리 회복할 수 있고, 회복하는 능력도 굉장히 빨라지겠죠.
기초 대사량을 높이는 데도 근력 운동이 필수적입니다. 기초 대사량이라고 하는 것은 생명 유지를 위한 최소한의 에너지를 말합니다. 보통 잠자고 있을 때 기초 대사량 측정을 많이 하는데, 보통 하루에 섭취하는 칼로리의 60~70퍼센트가 기초 대사량으로 사용됩니다. 그 외에 30~40퍼센트가 일상생활 하는 데 쓰이는 거예요. 그래서 평소에 기초 대사량의 70퍼센트 정도가 유지되는 분들은 잠자기 전에 음식을 먹더라도 수면 상태에서 그날 활동할 때 손상된 근육세포를 회복하고 복구하는 데 에너지가 쓰이고 지방으로 저장되지 않습니다. 그래서 기초 대사량을 높일 필요가 있고, 그렇게 하는 데 근력 운동이 매우 필수적인 겁니다.
물론 달리기 같은 운동도 좋지만 근력 운동을 꼭 같이 해주어야 합니다.
근력 운동을 할 때는 하체 운동부터 시작하세요. 하체에는 우리 몸에서 가장 큰 근육인 대퇴사두군을 비롯해 큰 근육들이 몰려 있기 때문에 하체 근력부터 강화하는 것이 효율적입니다. 그다음에는 대흉근 운동. 팔굽혀펴기를 하면 가슴의 대흉근과 상완의 삼두박근이 단련됩니다.
근력 운동을 효율적으로 하기 위해서는 큰 근육부터 순차적으로 단련해야 한다는 것을 꼭 기억하세요.
연령대별로 적합한 운동
연령대의 구분 없이 운동의 기본적인 메커니즘은 다 비슷합니다. 다만 신체적 활력이 높은 시기와 활력이 떨어지는 시기에 따른 차이가 있는 정도죠. 신체적 활력이 굉장히 높은 20대라면 좀 모험적인 운동을 해봐도 좋겠고, 바쁜 일이 많아 운동할 시간을 내기 어려운 30대에는 짧은 시간에 어디서든 할 수 있는 고강도 운동을 선택해 틈틈이 하는 습관을 들이는 것도 좋겠습니다.
40대가 되면 서서히 근육량이 줄고 지방이 쌓이기 시작하죠. 대사성 질환이 발생하는 시기이기도 하고, 여성에게는 갱년기가 시작됩니다. 신체적 변화가 굉장히 많을 때여서 우리 몸의 신진 대사를 원활하게 하는 데 도움이 되는 운동, 특히 유산소 운동을 많이 하는 것이 좋습니다. 유산소 운동은 하루에 30분~1시간씩 일주일에 3~5일 정도 하는 것이 가장 효과가 높다고 이야기합니다. 규칙적으로 유산소 운동을 하면 대사성 질환 같은 생활습관병을 예방하고 개선하는 데 매우 효과를 보실 수 있습니다.
50대에는 근력 약화와 함께 근육 속의 미토콘드리아의 숫자가 적어집니다. 지방이 쌓이고 질병에 더 노출되기 쉬운 시기이죠. 여성은 특히 호르몬 변화로 골밀도가 급격히 떨어질 수 있으므로 더욱 운동 관리가 필요합니다. 골밀도를 높이는 데는 체중이나 기구를 이용해 뼈에 중량 자극을 주는 운동이 좋습니다. 유산소 운동보다 중량 운동의 비중을 높이세요.
50대 남성은 신진대사 능력이 현저하게 떨어져 고혈압, 당뇨, 고지혈증 위험이 올라가므로 혈관을 확장시키고 혈액순환을 원활히 하는 심폐 지구력 강화 운동을 하는 것이 좋습니다. 등산이나 조깅, 빨리 걷기 같은 중강도 운동 위주로 하는 것이 생활습관병을 예방과 대사성 질환 개선에 도움이 됩니다.
60대 이상은 노화로 인한 근감소증을 막는 것이 매우 중요합니다. 20대에 비하면 30퍼센트 이상의 근 감소가 일어나죠. 이 시기에는 남녀 할 것 없이 근력 유지에 굉장히 힘써야 합니다. 걷기 운동으로 유명한 일본 아사이현에서 연구한 바에 따르면, 걷기 운동을 하면 질병을 예방하고 건강해질 것이다 했는데 실제 검사해보니 그렇지 않았다고 하죠. 그래서 이후에 근력 운동 붐이 나타났습니다. 유산소 운동과 근육 강화 운동을 같이 했더니 건강이 눈에 띄게 향상하는 효과가 있더라는 겁니다. 그래서 지금은 노년층에 걷기보다 근력 운동을 더 권장합니다. 다리 근육이 튼튼할수록 인지 기능도 좋아지지 않습니까.
노인이 되면 질병의 여부보다 자립할 수 있는 보행 능력이 건강의 더 중요한 척도가 됩니다. 스스로 잘 걸으려면 근육을 강화해야 하고, 근력 운동은 적어도 50대부터는 꾸준히 하는 습관을 들이기를 권합니다.
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