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종달새와 올빼미의 허상
[LIFE] 생체시계- ① 우리는 시계 인간이다
[134호] 2021년 06월 01일 (화) 외르크 블레히 economyinsight@hani.co.kr

몸 안 시계를 무시하는 사람은 중증질환에 걸릴 수 있다. 시간생물학(Chronobiology)은 세포 속 미세한 시계가 어떻게 신체를 제어하고 어째서 시간대 변환이 중앙 프로세스를 방해하는지 연구하는 학문이다.

외르크 블레히 Jörg Blech <슈피겔> 기자

   
▲ 표준시를 1시간 앞당기는 서머타임은 사람들이 좀더 여가를 즐기게 하지만, 생체시계 교란을 일으켜 건강에 해로운 문제도 낳는다. 아이들이 저녁 노을이 지는 가운데 수영장에서 놀고 있다. REUTERS


봄이 되면 매일 아침 해 뜨는 시간이 3분씩 빨라지지만, 갑자기 그 전날보다 해가 약 1시간 늦게 뜨는 것으로 표시되는 날이 있다.
독일 정부는 매년 3월 마지막 주말에 표준시를 1시간 앞당긴다. 서머타임이다. 이 제도는 독일 제국 시대에 만들어졌다. 제1차 세계대전 중인 1916년, 독일 제국은 저녁에 점등 시간을 늦추기 위해 이를 도입했다. 서머타임은 에너지 절약에 도움이 됐다. 이 평가는 오래전에 방증됐다. 그러나 생체시계 교란은 많은 사람에게 해가 된다. 대다수 사람이 인지하는 것보다 그 피해는 훨씬 크다.
오스트리아 인스브루크대학병원 신경병학과의 수면의학자 아나 하이트브레더 교수는 “수면 시간 1시간을 잃는 건 미니 제트랙(Jet Lag·시차증)을 겪는 것과 비교할 수 있다”며 “서머타임 제도는 실제 이득이 되기보다 오히려 건강상 위험을 증가시킨다”고 말한다. 독일 뤼베크대학 내분비학 및 당뇨병 연구소장 제바스티안 슈미트도 “개인적으로 서머타임 제도는 불필요하다고 생각한다. 1년에 두 번 인간의 체내 시계가 교란되는데, 그것이 건강에 부정적 영향을 미칠 가능성이 충분하다”고 말한다.

   
▲ 과학자들은 세포 하나하나마다 자체 생체시계가 있고 이 모든 세포 시계가 함께 하루를 단위로 유지되는 고유한 일주기 생체리듬을 형성한다고 말한다. USA TODAY SPORTS 제공

생체시계 교란의 기원
연구에 따르면 시간 변환은 면역체계를 방해하고 뇌졸중, 심장마비 또는 우울증 위험을 높인다. 뤼베크대학 연구팀은 1천만 명 이상의 독일 의료보험 가입자 데이터를 분석해 다음과 같은 결과를 도출했다. 가을에 서머타임 종료 뒤 30일간 만성 장염, 크론병, 궤양성 대장염 증상이 급격히 악화해 병가를 낸 피보험자 수가 눈에 띄게 늘었다는 것이다.
시간 변환이 건강에 타격을 주는 이유는 사람이 자기 몸속 시계를 빠르게 맞출 수 없기 때문이다. 국외 여행자는 시차 문제를 알고 있다. 하지만 다른 시간대로 비행기를 타고 날아가는 일은 역시 신체와 정신을 지치게 한다. 발광다이오드(LED) 전등을 비추건 스마트폰을 켜건 마찬가지다. 인공적 광원은 인간의 생체리듬을 어지럽힌다. 저녁 시간에 식사하면 소화기관은 끊임없이 활동하고, 밤에 일하면 회복 시간을 뺏긴다.
뤼베크대학 신경생물학연구소 책임자인 시간생물학자 헨리크 오스터는 “현대사회에서 정해진 일상 리듬이 점점 더 약화하고 있다. 이는 신체의 생리학적 과정을 시간상으로 조정하는 데 방해된다. 그 결과로 생기는 비동기화는 많은 질병의 발생을 촉진한다”고 말했다.
점점 더 많은 연구자가 체내 시계가 건강에 얼마나 중요한지 인식하기 시작했다. 쾰른대학병원 산업환경예방의학연구소와 종합외래진료소를 이끄는 토마스 에렌 교수는 이렇게 확언한다. “수많은 중요한 생리학적 과정과 일치하는 우리의 24시간 타이밍 시스템을 무시하면 정신질환, 비만, 당뇨병, 심혈관 질환, 심지어 암까지 악화할 수 있다.”
시간 변환 뒤에만 이런 현상이 나타나는 것은 아니다. 다른 부분에서도 놀라울 정도로 많은 사람이 생물학적 리듬 교란으로 고통받고 있다. 독일 노동자의 약 80%가 수면 문제를 호소하고, 독일 성인 중 50% 이상이 과체중이거나 질병을 보유하고 있다. 그러나 그 연관성을 아는 사람은 많지 않다. 의학자 에렌은 이 상황에 대해 “대부분 사람은 체내 시계에 거의 신경 쓰지 않고, 너무 자주 시계 성능을 초과해 몸을 사용한다”고 표현했다.
생체시계 기능은 특정한 장기에 있는 것이 아니다. 어쩌면 이런 이유로 생체시계 기능이 지속해서 무시되는 것일 수도 있다. 아직 상세히 연구되지 않았지만 신체의 거의 모든 부분에서 생체시계가 작동한다는 것은 확실하다.
세포 하나하나마다 자체적인 생체시계가 있는데 인간은 수십조 개의 세포로 이뤄졌다. 일명 ‘시계 유전자’는 수명이 대략 하루인 특정 단백질을 생성한다. 이 모든 세포 시계가 함께, 하루를 단위로 유지되는 고유한 일주기 생체리듬을 형성한다. 하지만 생체리듬 주기는 정확히 24시간이 아니라 밝혀지지 않은 이유로 약간 더 길어서 대략 24.7시간이다. 따라서 생체시계가 점점 더 빨라지지 않도록 매일 다시 맞춰야 하는데 태양 빛이 그 기준이 된다.
망막의 특정 감각세포가 생체시계를 조절한다. 이 세포는 태양의 청색광에 반응하는 멜라놉신을 생성한다. 신호는 망막에서 뇌 속 시신경교착상핵(SCN·Suprachiasmatic Nucleus)으로 이동한다. 뉴런 2만 개로 구성된 작은 숨겨진 구조다. 시간 신호 송신기가 전파수신 시계에 시간 신호를 보내는 것처럼, 시신경교착상핵이 시간 신호를 신체 세포에 있는 시계로 전달한다. 그러면 이들 세포는 특정 임무를 적시에 수행할 수 있다. 예를 들어 대뇌피질 세포는 밤에만 멜라토닌 호르몬을 분비해야 한다. 그 결과 체온이 떨어지고 사람은 피곤함을 느끼게 된다. 혈압이 내려가고 근육이 이완되면 이제 편안히 잠들 수 있다.
햇빛을 이용한 동기화는 특정 안구 질환이 있는 시각장애인에게도 효과가 있다. 망막의 간상체와 추상체가 기능하지 않아 대부분의 스펙트럼 색상을 인식하지 못하지만, 청색광에 반응하는 멜라놉신 세포는 아직 손상되지 않은 상태일 수도 있기 때문이다.
청색광을 인식하지 못하는 사람은 극소수인데, 이들의 생체시계는 동기화되지 않는다. 우연히 생체리듬이 현지 시각과 딱 맞을 때도 있고 그렇지 않을 때도 있다. 생체리듬과 시간이 맞지 않을 때는 한밤중에 깨어 어떻게 해도 잠들지 못한다. 과학자들은 이 특이한 증상을 ‘비24시간 수면-각성 장애’ 혹은 줄여서 ‘비24’라고 한다.

   
▲ 망막의 특정 감각 세포가 생체시계를 조절한다. 이 세포는 태양의 청색광에 반응하는 멜라놉신을 생성한다. 따라서 수면은 빛과 매우 관련이 크다. 게티이미지뱅크 제공

몸 안 모든 것엔 때가 있다
성경에도 ‘하늘 아래 모든 것에는 때가 있다’고 쓰여 있다. 이 진리는 생리 과정에도 적용된다. 세포의 폐기물 처리가 그 예라고 생리학자 사친 판다 교수는 저서 <생체리듬의 과학>(The Circadian Code)에 썼다. 판다 교수는 현재 미국 캘리포니아주 라호이아에 있는 솔크생리학연구소에 소속돼 있다. 세포 안에선 활성산소 같은 유해 물질이 계속 생성된다. 그래서 세포는 ‘특정 시간에 폐기물을 처리하고 청소하는’ 메커니즘을 가지고 있다. 이 중요한 세포 복구 작업은 우리가 자고 있을 때 진행된다. 또 다른 예는 에너지 대사다. 음식에서 섭취한 포도당을 글리코겐 또는 지방으로 전환하면서 동시에 지방층에서 지방을 분해할 수 없다. 시간생물학자 오스터는 “체내에서 상반되는 프로세스는 시간상으로 분리해야 한다”고 말했다.
일부 연구자는 진화가 서로 다른 시간형 인간을 만들어냈다고 확신한다. 그들의 주장에 따르면 어떤 사람은 태어날 때부터 일찍 일어나는 아침형 인간(종달새)이고, 또 어떤 사람은 늦잠을 자는 저녁형 인간(올빼미)이다.
정말 그럴까? 이런 진화에 어떤 장점이 있기에? 영국과 오스트레일리아의 심리학자들은 답을 찾았다고 믿는다. 상당히 대담한 주장이다. 연구를 위해 그들은 학생 260여 명에게 선호하는 수면리듬을 물었다. 이들을 대상으로 나르시시즘(자기애), 마키아벨리즘(계산적임), 사이코파시(타인에 대한 배려심 없음) 정도를 조사했다. 심리학에선 이 세 성격의 특성을 ‘어둠의 3요소’(Dark Triad)라고 한다.
연구 결과, 스스로 저녁형 인간이라고 분류한 학생들은 선천적으로 더 교활하고 이기적인 것으로 나타났다. 저녁형 인간은 밤에 오래 깨어 있기 때문에 순진한 아침형 인간을 쉽게 이용할 수 있다고 한다. “간단히 말하면, ‘어둠의 3요소’ 특성이 강하게 나타나는 사람은 밤의 창조물”이라는 것이 그들의 주장이다. 이 가설이 사실인지는 의문이다. 추정이지만, 대부분의 과학자는 아침형 인간이나 저녁형 인간으로 정해져 태어나는 사람은 없다고 생각하기 때문이다. 개별적 수면리듬은 오히려 환경에 주로 영향받으며 충분히 달라질 수 있다는 게 과학자들의 견해다.
이는 미국의 수면 연구자인 켄 라이트의 실험으로도 입증됐다. 라이트는 밤늦게까지 깨어 있고 아침에 늦게 일어나는 사람들을 연구했다. 이들은 수면 호르몬인 멜라토닌을 밤 10시가 돼서야 생산하기 시작했다. 라이트는 실험 대상자들이 야외에서 텐트 치고 숙박하게 했다. 결과는 불과 이틀 만에 저녁형 인간이라던 사람들의 수면 주기가 자연의 리듬에 맞춰졌다. 그들의 신체가 갑자기 저녁 7~8시에 멜라토닌을 생산했고 얼마 지나지 않아 그들은 잠들었다. 저녁형 인간이 아침형 인간으로 바뀌었다.
이처럼 일주기 시스템은 바뀔 수 있다. 이는 코로나19 대유행 와중에도 입증됐다. 스위스 바젤대학의 시간생물학자 크리스티네 블루메는 동료들과 함께 스위스, 오스트리아, 독일에 거주하는 남녀 435명에게 설문조사를 했다. 과학자들은 대부분 홈오피스에서 일하는 설문 대상자에게 첫 록다운(이동 제한) 시기에 수면이 어떠했는지를 물었다. 설문 대상자의 75%가 수면의 질은 나빠졌지만 수면 시간은 록다운 이전보다 최대 50분까지 늘었다고 답했다. 이 결과는 통근이 없고 약속이나 사회활동이 줄어들면 인간은 다시 생체시계에 따라 더 많이 자게 된다는 것을 시사한다.
팬데믹을 일단 제외하면 많은 사람, 특히 14~19살 청소년이 사회적 시차증에 고통받고 있다. 미국 캘리포니아주는 이런 우려를 심각하게 받아들인다. 새로운 법에 따르면 2022년 여름부터 고등학교 수업을 아침 8시30분 전에 시작할 수 없다.
코로나19가 대유행하기 전에 비슷한 시도가 독일에서도 있었다. 아헨 인근에 있는 알스도르프 인문고등학교에서는 상급반 학생들에게 1교시와 2교시 중 자신이 등교하고 싶은 시간을 선택하게 했다. 학교 운영상의 문제는 없었다. 어차피 수업은 전부 2교시부터 시작하기 때문이다. 일찍 오는 사람은 1교시에 자율 프로젝트를 할 수 있다. 2교시에 등교하는 사람은 이 과제를 자율학습 시간이나 방과 후에 보충해야 한다.

   
▲ 생체시계는 특히 빛에 반응한다. 시간생물학자들은 이제 서머타임을 끝내고 1년 내내 겨울 시간을 유지하는 것이 좋다고 주장한다. 게티이미지뱅크 제공

무의미한 서머타임 이제 끝내야
이 모델은 정말 효과가 있을까? 독일 뮌헨대학 연구팀은 이를 알아내기 위해 자율등교제도가 시작되기 3주 전, 그리고 시작 후 6주 뒤에 청소년들에게 수면 기록을 하게 하고, 설문지로 그들이 어떻게 지냈는지를 조사했다. 그 결과 학생들은 닷새 중 사흘을 일찍 일어나 1교시에 등교하는 것을 선호했다. 이는 아침형 인간으로 추정되는 학생뿐 아니라 스스로 저녁형 인간이라고 생각하는 학생도 마찬가지였다. 연구에 따르면 “등교 시간이 정해졌던 이전 시기와 비교하면 수면 시간은 그리 많이 증가하지 않았다”는 것이다.
그래도 학생들은 예전보다 수업 시간에 더 집중할 수 있었다고 답했다. 연구에 참여한 과학자 에바 비네베크는 그 이유를 이렇게 설명했다. “자유롭게 결정할 수 있고 자명종의 독재에서 벗어날 수 있었던 것만으로도 많은 매듭이 풀렸던 것 같다.”
그러나 알스도르프에서의 경험은 인간이 수면리듬을 조절하고 바꿀 수 있음을 말한다. 이는 현대 산업사회의 생활이 생체시계에 큰 혼란을 가져오지만 충분히 대처할 수 있다는 뜻이다.
첫 번째 조처는 무의미한 서머타임 제도를 끝내는 것이다. 유럽연합 집행위원회가 약 500만 명에게 실시한 설문조사에 따르면 유럽연합 시민의 80% 이상이 그것을 원한다. 유럽 의회에선 2년 전 다수의 찬성으로 2021년을 마지막으로 서머타임 제도를 폐지하기로 결의했다. 다만 회원국들은 그 뒤 어떻게 진행해야 할지 합의하지 못하고 있다. 그래서 당분간 모든 것을 유지하게 된다. 시간생물학자 오스터는 1년 내내 겨울 시간을 유지하는 방법이 좋다고 주장한다. 서머타임 시간대를 연중 적용하면 겨울철에 사람들이 더 오래 어둠 속에 일해야 하므로 이는 독일에서 장기적인 해결책이 될 수 없다.
유럽의 노동자 가운데 약 20%가 교대노동자다. 이는 산업혁명 이후 노동자 수백만 명에게 통상적인 일이었다. 쾰른대학병원 산업환경예방의학연구소·종합외래진료소 소속 의사 발레리 그로스는 연구팀과 함께 이 문제를 추적했다. 그사이 증명된 생체시계에 미치는 유해한 영향을 고려했을 때 오늘날 입법자가 야간노동을 허용해도 되는 것일까.
지금까지 모든 사람이 일광에서만 일했다고 가정해보자. 이제 산업계는 인공조명 아래 야간노동을 도입하고 장기적인 실험으로 이것이 건강에 해가 되지 않음을 증명하려 할 것이다. 하지만 윤리위원회는 의학적 연구 결과를 근거로 이를 거부한다. 빛이 일주기 시스템에 영향을 미친다는 것이 입증돼 대규모 실험이 더는 필요하지 않고 위험성도 크다.
물론 쾰른의 산업의학자들이 그들의 사고실험(思考實驗)으로 야간노동과 인공조명을 다시 폐기할 수는 없다. 그러나 이들은 최소한 야간 교대노동으로 인한 부담을 더는 간과해서는 안 된다고 주장한다. 진화론적 관점에서 보면 “시간생물학적으로 비정상적인 시기의 노동과 빛은 자연스러운 것도 좋은 것도 아니다”라는 것이다.
실제 프랑스 리옹의 국제암연구소(IARC)는 2007년에 야간작업을 ‘암을 유발할 수 있음’으로 분류했다. 인간의 몸은 세포분열시 우발적으로 생길 수 있는 암세포를 무력화하는 데 잠을 이용한다. 야간노동자는 이러한 수리 시간이 너무 짧아질 수 있다.
이 시나리오는 최종적으로 입증되지는 않았다. 국제암연구소는 일주기 시스템 교란이 암 발생에 어느 정도 영향을 미치는지 알 수 없다고 했다. 역학 연구로 야간노동과 암의 연관성에 대한 단서를 모았지만, 조사의 대부분은 방법론적으로 잘못 수행됐다는 것이다. 예를 들어 그들은 야간노동이 노동자의 생체시계를 어느 정도 교란할 수 있는지 연구했지만, 야간노동자들이 여가에 어떻게 행동하는지는 조사하지 않았다.

야간노동의 암 유발 아직 입증 못해
“이는 담배 소비와 건강의 연관성에 대한 초기 역학 연구에서 사람들이 노동시간 동안 얼마나 많은 담배를 피우는지만 고려하고 여가 시간에 피우는 담배는 빼놓는 것과 마찬가지”라고 쾰른의 의학자 에렌은 말했다. 만일 그렇게 했다면 흡연이 암을 유발한다는 사실을 전혀 알아차리지 못했을지도 모른다. 야간노동자에 ​​대한 지금까지 연구에선 실제로 미치는 악영향의 일부만 측정됐다.
교대노동자는 어쩌면 노동시간 외에 계속 생체시계에 어긋나게 생활하고 그런 생활이 자주 강제되기 때문에 통계적으로 볼 때 암에 더 잘 걸리는 것일 수도 있다. 이들은 정상적인 식사 시간이 아닌 시간에 식사한다. 그리고 이를 통해 스트레스가 더욱 악화한다.

ⓒ Der Supigel 2021년 제13호
Wir Uhrmenschen
번역 황수경 위원

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