일상 활동 외에 운동이 왜 더 필요한가 

우리 현대인의 먼 조상들은 수백만 년 동안 수렵, 채집 생활을 활발하게 했고 그와 함께 뇌를 발달시켰다. 동물을 사냥하기 위한 몸놀림을 위해 뇌가 진화했고, 뇌는 몸에 더욱 복잡하고 효율적인 움직임을 명령했다. 이것이 바로 뇌가 운동을 통해 최적화될 수 있는 근본적 이유라고 할 수 있다. 

최근 우리 생활을 보면 컴퓨터와 스마트폰 앞에서 시간을 보내느라 신체 활동이 점점 줄어들고 있다. 우리의 뇌는 스마트폰이나 컴퓨터를 통해 새로운 것을 경험하도록 진화하지 않았다. 인간의 몸은 생존을 위한 움직임에 가장 적합하게 진화하면서 발달된 것이다. 그런데 끊임없이 먹을 것을 찾아 활발하게 돌아다니던 생활방식에서 농업 사회와 산업 사회를 거쳐 디지털 사회로 바뀌게 되었다. 

휴대폰의 앱을 열고 클릭 몇 번만 하면 음식이 바로 배달되는 편리한 생활이지만 스트레스, 불안, 우울 등 정신적 문제는 더욱 증가하고 있다. 신체 활동이 줄어든 생활방식이 우리 뇌의 대응능력을 감소시키고 있음을 말해주는 것이다. 건강한 신체와 정신을 위해, 앉아 있는 시간을 늘리는 것은 지금 우리의 선택지가 아니다. 

운동은 최고의 예방접종

지금까지 축적된 많은 연구들에서 과학자들은 뇌의 대응력을 높여주는 최고의 예방접종은 ‘운동’이라고 강조한다. 건강한 몸에 건강한 정신이 깃든다는 말은 곧 신체 활동이 뇌 건강에 중요한 영향을 미친다는 것을 의미한다. 

운동이란 일상생활에서 발생하는 모든 신체의 움직임을 포함하는 신체 활동의 한 범주에 속하며, 체력을 유지하고 향상시키기 위해 계획적으로 반복 수행하는 구조화된 활동이라고 할 수 있다. 우리가 운동을 규칙적으로 해야 하는 이유는 뇌를 최적화하고 뇌의 대응력을 높이기 데 반드시 필요한 조건이기 때문이다. 

나이가 들어도 다리가 튼튼하면 뇌의 기능을 건강하게 유지하는 데 도움이 된다는 연구가 있다. 영국 킹스 칼리지 런던 연구팀(Steves et al., 2016)은 324명의 여성 쌍둥이(43~73세)들을 대상으로 10여 년간 연구를 진행한 결과, 걷기 등의 활발한 신체 활동을 통해 튼튼한 다리를 가진 대상자들은 운동하지 않은 사람들에 비해 인지 능력이 더 뛰어나고 노화와 관련된 뇌 변화도 훨씬 적었다. 이는 운동을 규칙적으로 하여 다리를 튼튼하게 유지하면 치매를 예방하는 데 큰 도움이 될 수 있음을 의미한다(그림 1). 

우리의 뇌 속에는 뇌유래 신경영양인자(Brain-derived Neurotrophic Factor:BDNF)라는 뇌의 천연비료와 같은 물질이 있다. 나이에 상관없이 BDNF는 뇌 건강에 매주 중요한 것으로 밝혀져 있다. 우울증 환자나 자살자의 뇌에는 BDNF 수치가 낮고, 스트레스를 받으면 즉각적으로 BDNF의 생산량이 줄어든다. 이러한 BDNF 생성에는 규칙적인 운동이 가장 효과적인 방법으로 알려져 있다. 이상과 같은 내용만 보더라도 운동의 효과는 뇌 건강과 밀접한 관련이 있음을 알 수 있다. 

우리 몸에서 가장 큰 장기인 모세혈관, 길이는 10만km

우리 몸이 건강하려면 영양소와 산소를 운반하는 혈관의 역할이 중요하다. 혈관이라 하면 가장 먼저 떠오르는 것이 동맥과 정맥이다. 그러나 혈액의 영양분과 산소를 온몸 세포에 전달하고 불필요한 이산화탄소나 노폐물을 회수하는 것은 전체 혈관의 99%를 차지하고 길이가 약 10만km나 되는 ‘모세혈관’이다. 혈액순환의 주역인 모세혈관은 생명과 연관된 물질을 크기별로 구분하고 여과하는 천연 혈액 필터이며, 우리 몸에서 가장 큰 장기라고 할 수 있다. 

미세한 혈관 내에서 이루어지는 모세혈관의 혈류 활동은 인체 건강을 파악하는 데 매우 중요한 요소이다. 이러한 건강을 좌우하는 모세혈관도 나이와 함께 노화한다. 고혈당이나 고혈압 등 생활습관병은 모세혈관 내벽에 노폐 물질이 쌓여 혈관의 탄력을 잃게 만들고, 유령 혈관이 되면 그 기능을 잃게 된다. 40대부터는 신진대사가 점차 감소하여 사멸하는 혈관 내피세포가 증가하며, 60대에는 모세혈관의 수가 40% 정도 감소한다. 

노화로 모세혈관의 수가 줄어들면 불필요한 노폐물을 제대로 배출하지 못하고 체내에 쌓이게 하여 주요 장기의 신진대사 정체를 유도함으로써 다양한 질병과 증상을 초래하게 된다. 또한 뇌에서 모세혈관의 탄력성이 저하되고 혈관 수가 감소하면 인지기능 저하나 치매 유발로 이어질 수 있다고 알려져 있다. 
 

혈관 건강 촉진제, 산화질소

이렇게 인체 혈관은 우리의 건강과 생명에 밀접하게 관련되어 있다. 혈관 건강은 산화질소(Nitric Oxide:NO)의 역할과 깊은 관련이 있다. 산화질소는 신체에서 자연적으로 생성되는 기체 분자로 심혈관계, 신경계, 면역계의 조절에 관여하며, 노화를 예방하고 개선하는 기적의 물질이자 생명 물질로 알려져 있다. 

산화질소가 우리 몸에 존재하고, 혈관이 확장하기 전 신호전달물질로 작용한다는 기전을 밝힌 것은 20여 년 밖에 되지 않는다. 1998년 루이스 이그나로Louis Ignarro 박사팀은 산화질소가 혈관을 이완시키고 확장시키기 위해 혈관 내피세포에서 생성된다는 사실을 발견하고 산화질소의 신호전달 메커니즘을 규명한 공로로 노벨생리의학상을 수상했다. 이후 전 세계적으로 산화질소에 관한 연구 논문은 단일물질로는 가장 많은 15만 편에 달하고 있다. 

산화질소는 혈관 내피세포에서 주로 생성되어 즉각적으로 혈관을 확장시키고 혈액순환을 촉진하는 역할을 한다. 이로 인해 인체의 60조 개 세포에 산소와 영양소를 효율적으로 공급해줌으로써 세포 내 에너지 대사가 효율적으로 일어나게 한다. 

이러한 산화질소는 혈관 내피세포에서만 생성되는 것이 아니라 뇌와 폐의 신경세포에서도 생성이 되어 뇌 질환이나 기관지 및 폐 질환 치료에 활용되고 있다. 그 외에 산화질소는 생식기의 신경세포에서 생성되어 성기능 장애를 개선하고, 백혈구에서 생성되어 면역기능을 조절하는 역할을 한다. 

혈관은 나이와 함께 노화하고 기능도 저하됨으로써 혈관 내피세포에서 생성되는 산화질소의 생성량도 노화에 의해 감소될 수밖에 없다. 산화질소 생성을 돕는 효소의 분비가 20대에 비해 40대에는 절반으로 줄어들고, 이후 나이가 들수록 산화질소 생성이 급격하게 줄어든다. 나이 들어도 산화질소 생성을 촉진시킬 수 있다면 노화를 지연시키고 각종 질병을 예방함으로써 젊음을 유지하는 데 도움을 줄 것이다. 

최근 특정 부위 활동이 증가했을 때 뇌가 어떻게 해당 혈관에 확장 신호를 보내 뇌의 모세혈관을 제어하는지 그 메커니즘을 밝힌 연구 논문이 2021년 7월 <사이언스 어드밴시스Science Advances>에 실렸다. 

이 연구에서 모세혈관 내벽 세포에 유입하는 칼슘이 늘어나면 산화질소가 생성되어 모세혈관을 확장하고 혈류량도 늘어나는 것을 확인했다. 혈류량이 늘어야 하는 뇌의 특정 영역에 필요할 때 혈액이 공급되지 않으면 신경세포가 스트레스로 손상되어 인지기능 저하와 기억장애를 유발할 수 있다. 
 

▲ 여성 쌍둥이를 대상으로 한 연구(출처 : Gerontology, 2016)

규칙적 운동이 산화질소 생성을 촉진한다

인체 내에 산화질소 생성을 촉진하는 가장 좋은 방법은 규칙적인 운동이다. 녹황색 채소 같은 식품을 섭취하는 것도 산화질소 생성을 촉진하는 데 도움이 된다. 온전한 식품 섭취에 한계가 있다면 산화질소 생성을 촉진하는 산화질소 대사체와 같은 건강기능식품 섭취도 효율적인 방법이 될 수 있다. 

산화질소 생성을 촉진하기 위해 의학박사 잭 부시Zach Bush는 짧은 시간 동안 신체의 16개 주요 근육을 운동시켜 전신의 산화질소 레벨을 높이고, 이로써 혈액순환을 촉진하는 ‘산화질소 덤프운동(Nitric Oxide Dump)’을 개발했다. 산화질소 덤프운동은 스쿼트, 번갈아 팔 들어 올리기, 뛰지 않고 하는 팔 벌려 뛰기, 숄더 프레스 등 네 가지 동작으로 구성되어 있다. 세트당 10회씩 3~4세트를 실시하며, 하루 세 번 최소 두 시간 간격으로 하기를 권한다. 어느 정도 체력이 붙으면 반복 횟수를 20회까지 늘릴 수 있으며, 호흡은 입이 아닌 코를 통해서만 해야 하는 것이 특징적이다. 

이 운동은 장소의 구애 없이 자세와 속도에 초점을 두고, 움직이는 관절과 근육 단위에 산소 부족을 발생시켜 산화질소 재생성을 촉진하는 고강도 인터벌 운동법이다. 다양한 연구에서 제2형 당뇨병 환자들의 심혈관계 합병증 위험을 줄일 수 있고, 노화로 인한 심혈관대사증후군 위험 요소를 줄이며, 복부와 내장 지방 침착물들을 줄이는 데 매우 효율적인 운동 방법임을 입증하고 있다.

우리 몸의 혈관은 상처가 나도 통증을 느낄 수 없기 때문에 혈관은 침묵의 장기라 불리기도 한다. 뇌졸중, 심근경색, 협심증 등은 대표적인 혈관질환이지만 진행되는 정도를 알아차리기가 쉽지 않기 때문에 평소에 건강한 생활습관과 규칙적인 운동을 생활화하여 혈관질환을 예방할 필요가 있다. 

식사를 매일 규칙적으로 해야 하듯 운동도 그렇다. 일회성 운동이 아닌, 평생 꾸준히 하는 생활습관으로 만들어야 건강을 유지하고 증진하는 효과를 얻을 수 있다. 일상적인 활동을 할 때도 산화질소가 발생되어 혈관 확장이 일어나지만, 온몸의 모세혈관까지 자극하기에는 한계가 있다. 적극적인 운동으로 전신의 혈관과 신경계를 자극하고 단련시킬 때 건강은 한층 업그레이드 될 것이다.  
 

뇌 건강을 보장하는 근육 테크

모세혈관을 늘리는 가장 효과적인 방법은 걷기 같은 유산소 운동과 근육 운동을 병행하는 것이다. 많은 양의 산소를 몸속에 공급하는 유산소 운동으로 단련된 근육을 적색근(red muscle)이라고 한다. 이 적색근은 모세혈관이 잘 발달되어 있고 미토콘드리아가 많이 분포되어 있기 때문에 빠르게 걷기와 같은 유산소 운동은 산소와 영양소를 공급받기 위한 새로운 모세혈관을 생성하게 한다. 

운동을 하면 동맥에서 모세혈관, 정맥까지 전체 혈관의 혈류속도가 증가한다. 특히 마라톤과 같은 격렬한 유산소 운동은 활성산소를 생성하기 때문에 역효과가 날 수 있다. 모세혈관의 혈류가 과도하게 빨라지면 물질교환 역할을 제대로 수행하지 못하고 다시 정맥으로 되돌아갈 수도 있다. 정맥은 근육의 움직임에 의해 압력을 받아 혈액이 심장으로 흘러가도록 되어 있기 때문에 걷기나 달리기 같은 운동은 정맥에 있는 혈액을 심장으로 돌려보내면서 모세혈관의 혈류 순환을 개선하는 데 도움이 된다. 

또한 웨이트트레이닝 같은 무산소적 근력운동을 통해서도 근육세포가 산소를 대량으로 원하기 때문에 새로운 모세혈관을 생성할 수 있다. 근육량은 40세부터 매년 0.5% 정도 감소하기 시작한다. 특히 신체에서 가장 큰 근육인 허벅지 앞쪽 대퇴사두근의 근육량 감소가 두드러진다. 그러므로 가장 큰 근육인 대퇴사두근과 두 번째 큰 근육인 엉덩이 대둔근의 근육량 감소가 일어나지 않도록 스쿼트와 같은 운동이 필수적이다. 

우리 몸의 근육은 약 2/3가 하체에 집중되어 있다. 하체의 근육이 튼튼할수록 치매나 알츠하이머 같은 인지장애를 예방하고 뇌 건강을 지킬 수 있다. 뇌 건강을 보장하는 근육테크, 당장 시작해보자.  

출처:브레인미디어

글. 심준영 (국제뇌교육종합대학원대학교 뇌교육학과 교수)