일주기리듬이란 24시간의 주기성을 갖는 인체의 모든 생리현상을 말한다. 그러니까 수면-각성 리듬, 소화기, 내분비, 심혈관계도 일주기 리듬을 갖게 된다. 일주기 리듬을 조절하는 요인으로는 인체내부의 '생체시계'라고 일컫는 시상하부, 시신경교차상핵(SCN)과 외부환경요인 두 가지가 있다.
수면-각성 리듬과 체온, 호르몬 등을 담당하는 생체시계는 약 24시간 이상의 주기가 있지만, 낮과 밤의 온도, 사회적 요인 등의 영향을 받아 환경 사이클에 동조해 24시간(1일) 맞추게 된다. 여기에 환경 인자인 빛과 매일 규칙적으로 수행하는 일, 가족, 식사 등의 사회적 동조인자들이 힘을 실어주게 된다.
일주기 리듬과 '수면-각성'
일주기 리듬 중 하나인 인간의 수면-각성 리듬의 매커니즘은 다음과 같다. SCN에서 발생시키는 각성 신호는 시간이 지남에 따라 커지면, 밤 10시 경부터 감소하기 시작하여 새벽 6시 경에 가장 낮아진다. 각성상태가 지속되면 수면에 대하 욕구가 증가하게 되어, 일주기 페이스메이커와 상반되는 기능을 갖는다. 렘수면은 원칙적으로 일주기 리듬에 의해 조절되며 정상적으로 수면주기의 후반부에서 가장 최고치를 이룬다.
각성도란 집중을 유지할 수 있는 능력을 말하며, 작업 기억력, 복잡한 집행성, 논리적 사고 등을 성공적으로 할 수 있는 능력을 수행성이라고 한다. 이 두 능력은 새벽 4~6시에 체온과 같이 가장 낮게 측정된다. 정상적인 젊은이의 경우 멜라토닌이 분비되는 동안, 그리고 체온이 떨어져 있는 동안 잠을 자게 된다. 수면은 멜라토닌 분비가 증가하고, 체온이 떨어지면서 유도되며, 멜라토닌 분비가 감소하고 체온이 증가하면서 잠에서 깨어난다. 수면은 광자극에 의해서도 영향을 받는데, 체온의 최저점 이전에 광자극을 받으면 일주기 위상이 지연되고 peak time 이후에 빛을 받으면 일주기 위상이 앞당겨진다.
‘빛’은 일주기 리듬을 좌우하는 가장 큰 요인
다른 하나의 요인은 바로 환경적 인자라고 한다. 빛-어둠 주기, 사회적 접촉 및 관계형성, 하루 시간의 개념, 식사시간, 수면-각성 스케줄과 전자기장이 포함된다.
이 중 밝은 빛은 가장 강력하고도 중요한 환경요인. 햇빛의 조도는 10만lux 이상이며, 이에 반해 실내의 조도는 대개 500lux이하다. 무려 200배 차이다. 실험에 따르면 광대역 스펙트럼 빛에 노출되었을 때 혈장 및 타액의 멜라토닌과 심부체온, 스트레스 호르몬인 코티솔과 수면의 질 등의 위상변환이 발생했다. 반면 수면- 취침 주기는 요인들에 영향을 끼치지 못했다.
실험에 따르면 각성상태를 유지시키면서 일정시간 밝거나 어두운 빛을 지속시키는 상황에서 밝은 빛은 체온을 모든 상태에서 유지하거나 증가시켰다. 그리고 어두운 빛에 비해 졸음이 감소했고 각성도와 야간 작업수행 능력이 향상되었다. 100 lux의 어두운 빛에 비해 1000 lux의 밝은 빛을 쪼였을 때 야간 작업 능률이 훨씬 증가했다. 나아가 인공적인 밝은 빛을 이용한 광치료는 계절성 정동장애, 일주기 수면장애, 시차, 교대근무에 의해 수면장애를 겪는 환자들에게 도움을 줄 수 있다는 것도 실험을 통해 확인됐다.
멜라토닌 및 내분비계 호르몬의 동기화
세로토닌으로부터 생성되는 수면을 유도하는 물질로 알려진 멜라토닌도 일주기리듬과 긴밀하게 영향을 주고 받는다. 인간과 설치류에서는 SCN에 멜라토닌 수용체가 위치하며 주로 야간에 생성된다. 정상인에서는 수면을 취하는 동안 멜라토닌이 분비된다. 멜라토닌은 일주기 위상에 미치는 영향은 빛의 작용과 정반대이다. 빛은 멜라토닌 생성을 억제하며, 이른 아침 밝은 빛은 일주기 위상을 앞당긴다. 멜라토닌은 수면장애의 연구와 치료에 많이 이용되고 있다.
이 밖에 내분비계에서도 일주기리듬이 작용한다. 혈중 코티솔은 대개 잠든 지 몇 시간이내에 빠르게 증가하며, 오전 7~8 시 이른 아침에 최고치에 다다른 후 낮 동안 감소하게 된다. 밤 12시 무렵에 코티솔 농도는 낮게 유지된다. 성장호르몬은 정상적인 젊은 남성의 경우 잠든 직후 분비되기 시작하며, 젋은 여성에서는 낮 동안 빈번하게 분비가 되며, 전체 24시간 분비의 대부분을 차지한다. 나이가 들수록 수면의 델타 수면이 감소하듯 성장호르몬 분비로 감소하게 된다.
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