생명체는 지구의 시간과 대단히 조화로운 체내의 일상적 리듬을 유지하도록 유전자와 세포, 시스템을 발달시켰다. 우리 몸 안의 경로들 또한 체내 리듬과 태양일(Solar day)을 일치시키는 데 도움이 되도록 빛 감각기관에서 이러한 24시간 주기 시계로 진화했다. 태양일은 태양의 중심점이 자오선을 경과하고 나서 또다시 자오선을 통과할 때까지의 시간으로 길 때가 24시간 30초, 가장 짧을 때가 23시간 59분 39초이다. 쉽게 말하면 태양일은 지구가 1번 자전하는 데 걸리는 시간이다. 이렇듯 우리 몸은 체내 시계에 맞춰 살고 있다.
이렇게 해서 24시간 주기의 속도 조정 장치들은 외부 세계를 반영하는 유기체의 낮과 밤을 만든다. - 생물학자 토마스 베어
인간은 1시간의 오차를 조절하고 있다.
생물은 체내 시계라는 것을 갖고 있다. 곰이나 개구리의 동면도 체내 시계에 기준을 두고 있다. 인간의 여성이 1개월 주기로 배란하는 것도 마찬가지이다. 그리고 수면도 체내 시계를 따르고 있다. 이것이 있기 때문에 1일을 주기로 하여 매일 규칙적으로 수면을 취할 수 있다. 주기적으로 반복되는 리듬을 서캐디언 리듬(Circadian Rhythm, 활동일 주기)이라고 한다. 'circa'는 about를, 'dian'은 a day를 나타내는 라틴어이다. 수면뿐만 아니라 순환 기능이나 체온, 혈액, 부신피질호르몬 등이 서캐디언에 따라 작용하고 있다.
1일은 24시간인데 인간의 체내 시계의 주기는 평균 25시간이다. 그러니까 하루 1시간씩 오차가 생기게 되는 것이 된다. 인간을 격리하여 시간을 알 수 없도록 하면 25시간을 하루로 느껴 12일 후에는 낮과 밤이 뒤바뀐다는 연구도 있다. 물론 실제 생활에서는 그 같은 일은 없다. 이것은 우리가 자기의 체내 시계를 24시간에 맞춰 생활하고 있기 때문으로, 이것을 '동조(Entrainment)'라고 한다(내인적인 생물 리듬이 다른 리듬의 영향을 받아 그것과 동조하는 현상).
24시간 주기의 속도 조정 장치 즉, 체내 시계는 빛에 너무나 민감해서 아주 낮은 조도에도 적응하고 재설정된다. 햇빛은 이 체내 시계의 '차이트게버(Zeitgeber, 1일 광주기), 즉 자연 시계다. 햇빛은 그 리듬을 조정하여 변화하는 빛과 어둠의 패턴과 조화시키거나 사이클을 바꾸는데, 그래서 생물학적 하루가 여름에는 길고 겨울에는 짧다. 아침에 커튼을 걷으면, 특히 빛에 민감한 망막 세포가 밝기를 측정하고 두뇌에 해가 떴음을 기록해 당신의 체내 시계를 자연의 리듬에 맞춘다.
하지만 이 체내 시계의 리듬은 너무나 확고하고 정확해서 환경의 단서가 없을 때에도 계속해서 흘러가고 지속된다. 이러한 사실은 몇 주 동안 피실험자들에게 환경의 단서를 차단한 연구에서 밝혀졌다. 낮과 밤의 변화에 대한 단서가 없어지자 그들의 몸은 태양주기와는 분리되기 시작했지만 기상과 수면, 그 외 신체 리듬의 24시간 주기는 고수했다(이 불변하는 일상적 패턴은 자발적 리듬으로 알려져 있으며 종의 게놈에 내재되어 있다).
이 체내 시계 시스템은 두 가지 커다란 장점이 있다. 체내에서 적절한 시간에 적절한 일을 하고, 또한 일상적인 변화를 예측하여 그에 따라 환경에 맞춰 행동할 수 있다. 체내에 이러한 우주의 원형을 지님으로써 몸은 주위에서 일어나는 변화에 앞서 보조를 맞추며 음식, 배우자, 포식자, 낮과 밤에 일어나는 온도 차 등에 대비한다.
시상하부에 있는 체내 시계
서캐디언 리듬이 무너지면 어떻게 될까?
많은 사람이 해외 여행에서 경험하는 시차증(Jet Lag)이 전형적인 예이다. 시차증이 되면 밖은 밤인데도 잠이 오지 않고 반대로 낮에 졸리게 된다. 또 두통, 불안, 위장 장애 등 사람에 따라서 여러 증상이 나타난다. 원래 상태로 돌아오는 데에는 1시간의 시차당 하루가 필요하다고 한다. 7시간의 시차가 나는 곳에 갔다면 원래 상태로 돌아오기까지 1주일이나 걸리는 것이다.
그럼 체내 시계는 어디에 있는 걸까?
뇌의 시상하부에 위치하는 1만 개의 신경 다발로 이루어진 시신경교차상핵(Suprachiasmatic nucleus, SCN)이 체내 시계이다. 이것은 망막에서 뻗어나온 시신경이 교차하는 곳으로, 여기에서 망막을 통해 들어온 빛의 정보를 감지한다. 그 정보가 송과선(Epiphysis cerebri, 송과체)이라고 하는 솔방울처럼 생긴 뇌의 기관으로 간다. 여기에서는 멜라토닌(Melatonin)이라는 호르몬이 만들어진다. 멜라토닌은 빛이 없는 밤에 많이 만들어져서 온몸으로 운반된다. 이 호르몬의 영향으로 체온이 떨어져 쉽게 잠드는 것이다.
시신경교차상핵은 24시간 주기 패턴에 의해 특수 단백질을 생산하고 이용함으로써 하루의 경과를 측정한다. 그렇게 해서 신체의 큰 리듬을 통제하고 조직화하는데, 수면기능이 밤에 최상이고 각성기능이 낮에 최상인 것도 시신경교차상핵의 기능 때문이다. 연구에 의하면 이 시신경교차상핵이 파괴된 실험동물의 달리기, 먹기, 마시기, 잠자기 등의 활동은 전형적인 24시간 패턴을 따르지 않고 하루 종일 무작위로 분포된다.
실내 조명 잘못 사용하면 신체 ‘서캐디언 리듬’ 깨진다 - 한국일보 2017.3.23
...이는 빛의 종류와 형태에 따라 인간의 신체가 서로 다른 영향을 받기 때문이다. 빛은 인간의 ‘서캐디언 리듬’(Circadian Rhythm)에 관여하는데 서캐디언 리듬은 우리 몸이 언제 자고 일어나야 할지, 언제 식사를 해야 할지를 알려주는 신체 내부 시계다. 최근 스마트 폰 사용이 늘면서 스마트 폰이 뿜어대는 블루 라이트에 대한 경고가 많다.
스마트 폰과 같은 전자 기기에서 방출되는 블루 라이트를 장시간 쳐다 볼 경우 뇌에서 우리 신체에 멜라토닌 호르몬 생산을 중지하라는 신호를 보낸다. 멜라토닌은 잠을 잘 수있도록 유도하는 호르몬인데 이 호르몬이 부족하면 불면증에 시달리기 쉽다. 잘못된 조명 사용으로 만약 서캐디언 리듬이 깨지게 되면 체중 감소, 성욕 감소, 불면증, 우울증 등 여러 부작용이 나타난다.
만약 만성 불면증으로 발전할 경우 심장계 질환은 물론 암 발병률까지 높인다. 스마트 폰 등 디지털 기기의 블루 라이트에 대한 경고만 강조되고 있지만 최근 에너지 절약형으로 많이 사용되고 있는 LED 전구가 방출하는 블루 라이트 양에 대한 경고는 찾기 힘들다. 인테리어 디자이너들에 따르면 창백한 흰색 불빛의 LED전구가 실내를 차갑고 우울한 분위기를 만드는데 이는 단순히 조명의 색상 때문만이 아니라 바로 블루 라이트가 원인일 수 있다.
이럴 땐 과감히 실내 전구를 교체해야 할 때다. 실내 조명과 주거 환경에 대한 연구가 많이 이뤄지면서 건강에 도움이 되는 이른바 ‘스마트 전구’가 잇달아 출시되고 있다. 애플사가 지난해 봄 출시한 ‘나이트 시프트’(Night Shift)는 디지털 기기 스크린이 무차별적으로 뿜어대는 블루 라이트 양을 잡아주는 기능이 있다.
참고: <뇌력 사전>, <내 몸의 사생활>
인체도 자연의 시계인 체내 시계가 있다는 것을 생각해보면 참 신기하다는 생각이 듭니다. ^^ 벌써 목요일이네요. 오늘은 날씨가 맑으니 햇빛 잘 쬐어 멜라토닌이 잘 나오록 하는 하루 되시길 바랍니다. (^▽^) 이상 푸샵이었습니다. ┌(ㆀ_ _)┐
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