손상된 인체조직 회복 위한 에너지 저장이 기본 역할
Anabolism 수행 위해 충분한 영양과 편안한 휴식 필요

잠 또는 수면(睡眠)은 자연스럽게 반복되는, 무의식 상태에서 휴식을 취하는 행위를 말한다. 의식은 없거나 줄어들고, 감각 기관이 상대적으로 활동을 중단하며, 거의 모든 수의근의 움직임이 없는 특징이다.

자극에 대한 반응이 줄어드는 것으로 각성과 구별되며, 쉽게 의식을 되돌릴 수 있다는 점에서 동면이나 혼수상태와는 구별된다.

수면 중에는 동화 상태가 고조되며, 성장과 면역, 신경, 뼈, 근육 계통의 회복이 두드러진다. 수면은 모든 포유류와 조류, 다수의 파충류, 양서류, 어류에서 발견된다.

지구상에 사는 대부분의 생명체는 낮에 활동을 하고 밤이 되면 잠을 잡니다. 그 반대로 야행성 동물은 낮에 휴식을 취하고 밤에 움직이기도 합니다. 또 물속에 사는 포유류인 고래는 숨을 항상 쉬어야 하기 때문에 한쪽 뇌만 수면을 취하는 단일반구수면을 합니다.

생명체가 수면을 취하는 이유에 대해서는 많은 의견이 있고 확실하게 밝혀진 것은 없습니다. 현재 가장 많은 설득력이 있는 이론이 뇌신경 휴식설과 호르몬 주기설입니다. ‘뇌신경 휴식설’은 깨어있는 동안 아무 활동이 없어도 감각을 통해서 들어온 정보를 뇌가 움직이면서 처리하고 있는데 이걸 재정리하는 과정이라는 것입니다.

‘호르몬 주기설’은 육체의 성장과 복구에 관련된 호르몬(growth hormone, GABA 등)은 운동능력 등을 떨어뜨리는데 이걸 주기로 나눠서 깨어있을 때는 활발하게 움직이고 잠들었을 때는 기상 후 활발하게 움직일 수 있도록 돕는다는 것입니다.

수면에 대해서 왜 자는지 모르지만 수면을 취하지 못하게 되면 인체는 많은 문제가 나타납니다. 수면이란 인체가 죽었다가 다시 살아나는 것이 아니라 외부 감각이 둔화된 상태와 무의식 상태일 뿐이며, 수면 중에도 인체는 끊임없이 호흡을 하고 인체의 내부에서는 많은 물질대사가 일어납니다.

1) 수면의 기능
수면의 기능은 크게 아래와 같이 몇 가지로 나눌 수 있습니다.

1) 회복의 기능(Restoration): 잠을 자고 나면 피로가 회복되며, 특히 비렘수면(NREM Sleep)기에는 뇌 대사와 뇌 혈류의 감소가 확인됩니다.

2) 에너지 보존(Energy Conservation): 8시간의 수면 동안 오직 120칼로리만 소모합니다.

3) 면역(Immunity) 증강의 효과

4) 체온조절의 항상성 유지 기능(Thermoregulation)

5) 신경세포의 성숙과 기능 유지(Neural Maturation & Maintenance of Neuronal Integrity)

출처: 대한수면학회(저자 주 ; 다른 글에는 수면은 깨어있을 때 휴식보다 8~10%만 에너지가 절약이 된다는 내용도 있습니다)

수면은 각성상태(낮에 활동시기)와 다른 대사를 가지고 있습니다. 수면상태가 외관적으로 볼 때 주위에서 발생하는 자극에 대한 감각과 상호 반응이 감소되어 육체의 움직임이 적은 무의식 상태입니다. 이런 무의식 상태에서도 중추신경계의 신경세포에서는 많은 신호를 인체에 보내고 인체는 중추 신경계에서 오는 신호를 통해서 많은 대사를 수행합니다.

비렘(Non-rapid Eye movement, NREM) 수면시기에 성장 호르몬(Growth Hormone)이 방출되고 Cortisol의 분비는 최저 상태가 되며 신체 조직의 회복이 일어납니다.

렘(Rapid Eye Movement, REM) 수면시기에는 중추신경계의 단백질 합성이 증가하고 뇌 조직의 기능 회복이 발생합니다. 렘수면은 학습과 기억에도 많은 영향을 줍니다. 렘수면 시기에는 뇌의 산소 소비량, 뇌 혈류량이 증가하며 뇌피질 및 망상계 신경들이 강한 활성도를 보여 기능적으로 활성화된 시기입니다.

또 수면시 일어나는 중요한 기능은 뇌의 대사산물 청소입니다.(출처 ; 로체스터대학교 보도자료, 사이언스) 인체에서 치매와 같은 퇴행성 신경질환을 일으키는 β-amyloid를 수면 중에 더 많이 청소합니다.

2) 성장호르몬
(1)성장호르몬의 분비
뇌하수체에서 분비되는 성장호르몬(Growth Hormone, GH)은 시상하부의 신경분비 핵(Neurosecretory Nuclei)에 분비되는 성장호르몬방출호르몬(Growth Hormone-releasing Hormone , GHRH)과 성장호르몬억제호르몬(Growth Hormone-inhibiting Hormone, GHIH)에 의해서 조절이 됩니다.

GHRH, GHIH는 신경호르몬(Neurohormone)으로 인체의 많은 자극에 의해서 시상하부에서 분비를 조절합니다. 혈중 아미노산 증가, 혈중 지방산 감소, 혈당 감소, 운동, 적절한 스트레스, 적절한 수면이 나타나게 되면 시상하부와 뇌하수체를 통해서 성장호르몬이 박동성분비를 합니다(성장호르몬은 다른 호르몬과 다르게 지속적인 분비가 일어나지 않습니다).

(2)성장호르몬의 기능
성장호르몬의 기능은 성장호르몬이 직접 세포에 작용하는 것과 간에서 IGF-1의 분비를 촉진시켜서 작용을 하는 2가지 방법으로 나타납니다. 성장(Growth)에 대부분의 기능은 성장호르몬에 의해서 분비된 IGF-1에 의해서 나타나고 세포의 많은 대사변화는 성장호르몬에 의해서 기능이 나타납니다.

① 성장호르몬의 직접 작용
성장호르몬의 직접 작용은 Target Cell의 Receptor(Growth Hormone Receptor, GHR)에 작용한 결과입니다. 예를 들면 지방세포(Adipose Tissue)에 작용을 해서 지방을 분해해서 유리지방산(Free Fatty Acid)을 혈중으로 보내는 것입니다.

② 성장호르몬의 간접작용
성장호르몬은 간이나 다른 조직을 자극해서 IGF-1을 분비시킵니다. IGF-1은 세포에 작용을 해서 인체를 성장시키는 역할을 수행합니다.

③ 성장의 변화 (주로 IGF-1)
IGF-1은 Osteoblast(뼈)와 Chondrocytes(연골조직)의 분화를 촉진합니다. IGF-1은 또한 Myoblasts의 성장과 분화도 자극을 합니다. 이러한 자극을 통해서 뼈의 성장과 석회화(Mineralization)를 촉진하고 근육량을 증가시킵니다.

④ 대사의 변화 (주로 성장호르몬)
성장호르몬은 단백질, 지질, 탄수화물 대사에 영향을 줍니다.

단백질대사 : 성장호르몬에 의해서 자극을 받은 세포는 아미노산을 흡수해서 단백질의 합성이 증가하고 단백질의 산화반응이 줄어듭니다.

지방대사 : 지방세포에 작용을 하여서 중성지방(Triglyceride)을 분해해서 유리지방산(Free Fatty Acid)의 분비를 촉진합니다.

포도당대사 : 성장호르몬은 포도당을 정상범위로 조절하는 역할도 수행합니다. 또 성장호르몬은 항인슐린효과(Anti-insulin Effect)도 있습니다. 포도당이 근육으로 들어가는 것을 막으며 대신 근육에서 유리지방산을 에너지로 사용하게 합니다. 그리고 간에서 포도당신생반응(Gluconeogenesis)도 촉진합니다.

3) 수면과 성장호르몬
성장호르몬의 분비는 수면과 밀접한 관계를 가지고 있습니다. 또한 수면의 기능인 인체의 동화작용(Anabolism)도 성장호르몬과 많은 관계를 가지고 있습니다. 아이들의 성장기에는 많은 성장호르몬이 분비됩니다. 그리고 성인이 되어서도 성장호르몬은 분비가 됩니다.

수면과 성장호르몬의 가장 기본적인 역할은 인체의 에너지 저장입니다. Insulin의 에너지 저장은 인체에 필요한 ATP를 생성하기 위한 저장이라면 성장호르몬의 에너지 저장은 인체의 조직을 만드는 에너지 저장입니다.

성장호르몬의 작용은

① Cortisol의 분비가 줄어들어야 합니다(Cortisol은 Catabolism대사를 높임).

② Cortisol의 분비가 줄어들기 위해서는 외부 자극에 대한 반응이 줄어야 합니다(Stress Response가 줄어야함).

③ GABA에 의해 자극에 대한 감각이 줄어듬.

④ 혈중 Amino Acid가 충분하다는 신호가 전달이 되면 성장호르몬이 분비됨.

⑤ 성장호르몬은 지방세포에 작용해서 Free Fatty Acid의 분비를 증가시킴.

⑥ 성장호르몬의 항인슐린 효과는 신경세포에는 안정적인 포도당 공급과 다른 조직에는 에너지로서 Fatty Acid를 공급함(만약 혈중 Fatty Acid가 높으면 성장호르몬 분비가 줄어듬).

⑦ 성장호르몬과 IGF-1은 다른 호르몬(Sex Steroid, Thyroid Hormone 등)과 협력을 하여서 세포의 단백질합성, 결합조직합성, 뼈의 Mineralization 등을 통해서 인체 조직의 회복과 성장을 함.

⑧ 만약 Hyperglycemia(고혈당)이 되면 신경세포막의 GLUT3(포도당수송단백질)가 줄어들게 되면서 뇌에 안정적인 포도당 공급에 문제 발생이 되고 인체는 비상상태로 인식을 하여서 Cortisol이 분비되면서 성장호르몬과 길항작용을 하게 됨.

인체는 열역학 제2법칙에 의해서 모든 조직은 항상 손상을 받습니다.(지난 호 열역학 제2법칙과 생명 참조) 수면과 성장호르몬은 손상된 조직을 다시 복구하는 아주 중요한 작업입니다.

그런데 불행히도 인체의 성장호르몬 분비는 나이가 먹어감에 따라 줄어듭니다. 그리고 이것과 더불어 수면시간도 줄어들면서 손상된 조직의 복구가 점점 줄어들고 손상된 조직이 늘어나면서 인체에 하나씩 문제가 나타나게 됩니다.

4) 영양소와 성장호르몬
성장과 영양소는 많은 상관관계를 가지고 있습니다. 과거 60년대에 먹을 것이 부족했을 때와 지금 현재를 살펴보면 그 차이를 확실히 알 수 있습니다.

신장이 과거에 비해서 많이 커진 이유는 유전자가 다르기 때문이 아니라 먹는 영양소의 차이 때문입니다.

특히 성장호르몬을 분비하는 가장 중요한 영양소는 Amino Acid입니다. 그 중에서 Arginine과 Ornithine은 Somatostatin을 억제해서 성장호르몬의 분비를 증가시켜줍니다. Arginine과 Ornithine의 많은 기능(체지방 감소, 뼈 및 조직손상 회복, 면역기능강화, 피로회복 등)은 바로 성장호르몬의 분비와 Urea Cycle에서 암모니아 제거 효과를 통해서 나타나는 것입니다.

5) 맺음말
인생을 살면서 큰일을 당하는 경우가 있습니다. 그럴 때 어른들이 하시는 말씀이 있습니다.

“이거 먹고 기운 좀 차리고 좀 쉬고 있어”

“일단 오늘은 푹 자고 내일 다시 알아보자”

또 아이들에게는 이런 말을 합니다.

“잘 먹고 잘 자면 쑥쑥 크니까 얼른 이거 먹고 자”

이 말은 생명의 기본을 이해해서 나오는 말입니다. 생명이란 항상 외부의 자극에 대해서 손상을 받게 되어있습니다. 그리고 생명을 유지하기 위해서는 성장을 해야 하고 성장을 하고 난 다음에도 인체는 항상 손상을 받습니다. 인체의 손상을 회복하기 위해서는 반드시 성장호르몬과 수면이 필요합니다.

생명의 유지를 위해서 가장 기본적인 Anabolism을 수행하기 위해서는 충분한 영양과 편안한 휴식처가 반드시 필요합니다. 그리고 Anabolism은 Catabolism을 바탕으로 움직입니다.

출처

위키피디아검색, 수면 / Growth Hormone
나무위키검색, 수면
로체스터대학의 Maiken Nedergaard연구팀, Sleep Drives Metabolite Clearance from Adult Brain
Korean Journal of Pediatrics, 수면의 생리, 채규영
대한수면학회 홈페이지
파마코세라피 임상약학백과사전, 조윤커뮤니케이션

신창우 약사
▲충청북도 청주 출생 ▲1995년 충북대학교 약학대학 졸업 ▲現충청북도 단양군 시장약국 대표약사 ▲PAACM 정회원