운동의뇌과학

[박대선]

운동의뇌과학을 읽었다. 저자는 결혼생활이 파탄이 나면서 철인3종경기에 도전하여 회복하게 되었다. 그 경험과 박사후연구를 운동과 뇌의 관련에 대해 정리한 것이 이 책이다. 철인3종경기(Ironman Triathlon)는 수영, 자전거, 마라톤을 연속해서 하는 다단계 스포츠로, 체력과 정신력의 극한을 시험하는 종목이다. 이 대회는 세계에서 가장 어려운 마라톤 중 하나로 꼽히며, 전 세계에서 수천 명의 참가자들이 도전하는 인기 있는 스포츠다. 수영 (Swimming)은 일반적으로 2.4마일(3.86km) 거리다. 보통 개방수역(호수, 바다 등)에서 이루어지며, 참가자들은 전문적인 수영 능력이 요구된다. 자전거 (Cycling)는 112마일(180.25km) 거리를 달린다. 경사진 도로나 강한 바람을 맞으며 라이딩을 하게 된다.    
        
마라톤 (Running)은 26.2마일(42.195km)의 풀 마라톤이다. 수영과 자전거를 모두 마친 후의 마라톤은 지구력과 정신력을 요구하는 매우 힘든 과정이다. 철인3종경기의 전체 거리는 약 140.6마일(226.31km)이다. 이 거리는 선수들에게 완전한 체력 소모와 멘탈의 강도를 요구한다. 아이언맨 대회(Ironman)는 철인3종경기의 가장 대표적인 형식으로, 세계적인 대회다. 이 대회는 아이언맨 시리즈로 알려져 있으며, 전 세계 여러 도시에서 Ironman이라는 이름으로 열린다. Ironman World Championship은 하와이 카이와이섬에서 매년 10월에 개최되며, 세계 최고의 철인 선수들이 모이는 대회로 유명하다.
  
철인3종경기를 준비하려면 매우 체계적이고 긴 훈련이 필요하다. 세 가지 종목을 모두 고루 훈련해야 하며, 지구력 훈련과 체력 관리가 중요한 요소로 작용한다.
- 수영 훈련: 수영은 전신 운동이기 때문에 지구력과 기술 모두 중요. 다양한 수영 훈련과 체력 훈련을 병행해야.
- 자전거 훈련: 자전거는 장거리 훈련과 함께 다양한 경로와 지형에서 훈련해야. 특히 강한 바람이나 경사로에서의 훈련이 중요.
- 마라톤 훈련: 마라톤 훈련은 달리기 거리와 속도 조절에 초점을 맞추어야 하며, 지속적인 훈련과 체력 관리가 핵심. 11
 
시상하부는 후각을 제외한 시청촉통각 등을 모아 시상에서 처리하여 피질로 전달하며 감각정보를 바탕으로 생리적 반응을 조절한다. 통증이나 온도변화에 대해 호르몬 분비나 체온조절 등의 반응을 한다. 내장을 담당하는 자율신경계의 조절에도 중요한 역활을 한다. 예를 들어 땀을 흘리거나 떠는 반응이라는 조치를 취한다. 강한 소리는 불안이나 스트레스 반응을 시상하부에서 유도될 수있다. 또한 식욕, 갈증, 수면, 각성을 유도한다. 문제는 시상하부가 100만년전의 환경에서 고정되어 현대에도 작동하기 때문에 운동량이 절대적으로 부족한 현대에는 식욕이 너무 강하게 반응한다는 것이다. 13

그래서 뇌는 사냥이 아닌 운동이라는 자발적 움직임에 저항한다. 에너지를 얻지않고 단지 사용하기에 보존생산성이 낮기 때문이다. 사냥이 목축으로 바뀌면서 게으른 것보다 성실한 것이 더 유리하게 되었지만 사냥할 때가 아닌 일상 생활에서 게으른 것이 더 생존에 유리했다. 반대로 현대에는 게으름보다 성실함이, 일상 생활에서 운동을 하는 것이 게으름 보다 더 유리하다. 14 해답은 음악들으면서 운동하기, 당으로 입가심해서 뇌를 설득하는 것이다. 이렇게 주3일 걷기부터 꾸준하게 시작하면 된다. 26

미주신경(Vagus Nerve)은 뇌에서 몸의 여러 기관으로 신호를 전달하는 주요 뇌신경 중 하나로, 10번 뇌신경(Cranial Nerve X)에 해당한다. "미주"라는 이름은 라틴어로 "방랑자"라는 뜻으로, 미주신경이 뇌에서 시작하여 목, 가슴, 복부까지 넓게 퍼져 나가기 때문에 붙여진 이름이다. 미주신경은 자율신경계의 일부로, 신경계에서 중요한 역할을 하고 시각 청각 후각 촉각 통각에 이은 내부 호르몬 등의 상태를 뇌에 전달하기에 육감으로 불리우기도 한다. 자율신경계는 우리가 의식적으로 조절하지 않아도 자동으로 기능하는 신경계로, 심장 박동, 소화, 호흡 등 다양한 생리적 기능을 조절한다. 미주신경은 특히 부교감신경계의 중요한 부분을 차지하며, 이 신경이 몸에 미치는 영향은 다음과 같다:
1. 심장: 심박수를 낮추는 역할. 미주신경이 활성화되면 심장박동이 느려지며, 심장의 활동을 억제하는 부교감 신경의 주요 부분이다.
2. 소화기계: 위장, 장, 간 등 소화기관과 연결되어 있어, 소화 과정에 중요한 영향. 예를 들어, 소화액 분비, 장 운동을 촉진하고, 식도와 위의 수축을 조절하여 소화 기능을 돕는다.
3. 호흡: 호흡을 조절하는 역할. 호흡 속도와 심장 박동의 조화를 맞추는 데 중요한 역할을 하며, 호흡을 느리게 하고, 이완 반응을 촉진한다.
4. 면역 체계: 면역 반응에 관여. 특히, 염증 반응을 조절하는데 중요한 역할을 하며, 염증이 과도하게 일어나지 않도록 도와주는 항염증 기능을 가지고 있다.
5. 두뇌와의 연결: 뇌에서 발생한 신호를 신체의 여러 부위로 전달. 또한, 뇌와 장의 연결을 통해, 위장관의 상태가 뇌에 영향을 미칠 수 있도록 한다. 이 연결은 장-뇌 축(Gut-brain axis)이라고 불리며, 소화와 감정, 스트레스 반응 등의 상호작용을 설명하는 중요한 개념이다.

미주신경은 뇌에서 시작하여 목, 가슴, 복부로 이어지는 긴 경로를 가진다:
1. 뇌에서 출발: 미주신경은 뇌의 연수(Medulla Oblongata)에서 시작되며, 뇌에서 신호를 받아 신체 각 부위로 전달한다.
2. 목: 목을 지나면서 여러 가지 기관과 연결된다. 예를 들어, 인두, 후두, 목 부위의 근육을 제어한다.
3. 가슴: 가슴에 이르러서는 심장, 폐, 식도와 연결되어 있으며, 심장박동과 호흡을 조절한다.
4. 복부: 복부로 내려가면서 위, 장, 간, 췌장 등 소화기관과 연결되어, 소화 및 대사 활동에 영향을 미친다.

미주신경은 신체의 여러 중요한 기능에 영향을 미치기 때문에, 이 신경에 문제가 생기면 다양한 증상이 나타날 수 있다. 미주신경에 이상이 있을 경우 나타날 수 있는 증상은 다음과 같다:
1. 호흡 곤란: 호흡이 불규칙하거나 어려워질 수 있다.
2. 소화 문제: 위장 운동이나 소화액 분비가 원활하지 않으면 소화 불량, 복통, 변비 등이 발생할 수 있다.
3. 심장 문제: 미주신경의 기능 저하로 심박수 조절이 어려워질 경우 심박수 불규칙, 저혈압 등이 나타날 수 있다.
4. 염증과 면역 문제: 염증이 과도하게 발생하거나 면역체계의 이상 반응이 나타날 수 있다.

미주신경 자극 (Vagus Nerve Stimulation, VNS)은 미주신경을 자극하여 치료에 활용하는 방법이다. 주로 우울증, 간질(발작 장애) 등의 치료에 사용되며, 최근에는 만성 통증, 소화기 질환, 염증성 질환 등에도 연구되고 있다.
1. 간질 치료: 간질 환자에서 발작을 감소시키는 데 효과적일 수 있다. 미주신경 자극기를 피부 아래에 이식하여 일정한 간격으로 미주신경을 자극한다.
2. 우울증 치료: 약물치료와 함께 미주신경 자극을 사용하면 우울증 환자에게 긍정적인 영향을 미칠 수 있다는 연구 결과가 있다. 이는 뇌에서 기분 조절과 관련된 영역에 영향을 미칠 수 있기 때문이다.
3. 염증 및 통증: 염증 반응을 줄이는 효과가 있어, 류마티스 관절염, 염증성 장 질환(IBD)과 같은 질환에 대해 연구되고 있다.

미주신경을 자극하는 방법은 다양한데, 일부는 자연적인 방법을 통해 미주신경을 자극할 수 있다:
1. 깊은 호흡: 심호흡이나 복식호흡을 통해 미주신경을 활성화하고, 신체를 이완시킬 수 있다.
2. 명상과 요가: 명상이나 요가와 같은 이완 기법을 통해 자율신경계를 균형 있게 조절할 수 있으며, 미주신경을 자극할 수 있다.
3. 노래 부르기: 노래를 부를 때 목과 목소리의 근육을 사용하여 미주신경을 자극할 수 있다.
4. 찬물에 얼굴을 담그기: 찬물이 얼굴에 닿으면 미주신경이 자극을 받아 심박수가 느려지고 이완 반응을 유도할 수 있다. 이를 서프라이즈 반응(diving reflex)이라고도 한다. 45

운동과 항우울제는 모두 우울증 치료에 효과적인 방법으로 알려져 있지만, 그 작용 방식과 장기적인 효과는 다르다. 운동은 신경화학적 변화를 일으켜 기분을 좋게 만드는 호르몬(세로토닌, 도파민, 엔돌핀 등)의 분비를 촉진한다. 또한 스트레스 호르몬인 코르티솔 수치를 낮추고, 수면의 질을 개선하는 데도 도움을 준다. 규칙적인 운동은 우울증 증상의 완화와 기분 개선에 긍정적인 영향을 미치며, 장기적인 심리적 안정감을 줄 수 있다. 운동은 부작용이 적고, 자아 존중감을 향상시킬 수 있는 점이 큰 장점이다. 다만 효과를 보려면 일관된 운동 습관이 필요하고, 심한 우울증에서는 운동에 대한 의욕 부족이 있을 수 있다.

항우울제는 신경전달물질(세로토닌, 노르에피네프린 등)의 불균형을 조절하여 뇌의 화학적 상태를 개선한다. 대표적으로 SSRI(선택적 세로토닌 재흡수 억제제)나 SNRI(세로토닌-노르에피네프린 재흡수 억제제)가 있다. 우울증의 빠른 개선을 도울 수 있으며, 심한 우울증에 효과적인 치료법으로 사용된다. 또한 약물 조정을 통해 보다 개인화된 치료가 가능하다. 다만 항우울제는 부작용(구토, 두통, 성욕 감소 등)이 있을 수 있으며, 장기 복용 시 의존성이나 내성 문제가 발생할 수 있다. 또한 효과가 나타나기까지 시간이 걸릴 수 있고 30%정도는 효과가 없다.

운동은 즉각적인 기분 개선에는 한계가 있을 수 있지만, 지속적인 장기적인 효과가 있다. 반면, 항우울제는 빠른 증상 완화가 가능하지만, 부작용과 장기적인 의존성 문제가 있을 수 있다. 운동은 부작용이 거의 없고, 신체 건강에도 이로운 영향을 미친다. 항우울제는 부작용과 약물 의존성이 있을 수 있다. 우울증 치료에서 운동과 항우울제는 상호 보완적인 역할을 할 수 있다. 운동은 항우울제의 효과를 증강시킬 수 있고, 두 방법을 병행하면 보다 좋은 결과를 낼 수 있다. 결론적으로, 운동은 자연적이고 부작용이 적은 치료법으로 경증~중등도의 우울증에 유익하고, 항우울제는 심한 우울증에 더 효과적일 수 있다. 두 방법을 병행하는 것이 이상적일 수 있다. 47

운동이 정신을 치유하는 이유는 여러 가지 생리적, 심리적 메커니즘에 기반한다. 운동은 단순히 신체 건강을 증진시키는 것뿐만 아니라, 정신 건강에도 깊은 영향을 미친다. 운동이 정신을 치유하는 주요 이유는:
1. 호르몬과 신경전달물질의 변화; 운동은 뇌의 화학적 구성을 변화시켜 기분을 개선하고 스트레스를 완화하는 데 중요한 역할을 한다. 특히 운동은 다음과 같은 호르몬과 신경전달물질을 증가시킨다:
- 엔돌핀: 운동을 할 때 뇌에서 분비되는 엔돌핀은 자연적인 진통제 역할을 하며, 행복감을 증진시킨다. 이는 운동 후 상쾌하고 기분 좋은 상태를 만들어준다. 엔돌핀은 흔히 "행복 호르몬" 또는 "자연의 진통제"라고 불리운다.
- 세로토닌: 운동은 세로토닌의 수치를 증가시켜 기분을 안정시키고, 불안과 우울증을 완화하는 데 도움을 준다. 세로토닌은 또한 수면의 질을 개선하고, 집중력과 정서적 안정감을 향상시킨다.
- 도파민: 운동은 도파민 수치도 증가시키는데, 도파민은 보상 시스템과 관련이 있다. 운동 후 성취감을 느끼거나 목표를 달성한 후에 도파민이 분비되면, 이는 기분 전환과 자기 만족을 증가시킨다.
- 노르에피네프린: 운동은 스트레스를 처리하는 데 중요한 역할을 하는 노르에피네프린을 분비시키기도 한다. 이는 긴장과 불안을 줄여주고, 집중력을 향상시킨다.
2. 스트레스 해소; 운동은 스트레스 호르몬인 코르티솔의 수치를 낮추는 데 도움을 준다. 스트레스 상황에서 높은 수준의 코르티솔이 지속되면, 면역 시스템이 약화되고, 정신적, 신체적 피로감을 느끼게 된다. 운동은 적당한 강도에서 스트레스를 해소하고, 긴장을 풀어주며, 상쾌한 느낌을 준다. 운동은 또한 스트레스 반응을 조절하는 자율 신경계를 안정시키고, 심박수와 호흡을 정상화시켜 스트레스에 대한 신체의 반응을 개선한다.
3. 자기 효능감과 자아 존중감 향상; 운동을 꾸준히 하면 자기 효능감(자신의 능력을 믿고 목표를 성취할 수 있다는 믿음)이 높아진다. 운동을 통해 목표를 설정하고 달성하는 경험은 자아 존중감을 향상시키고, 자신감을 키우는 데 도움이 된다. 이는 우울증과 불안감을 줄이는 데 긍정적인 영향을 미친다.
4. 명상적 효과; 운동, 특히 유산소 운동(달리기, 수영, 자전거 타기 등)은 심리적 정화와 명상적 효과를 가져올 수 있다. 운동 중에 집중력을 기르고, 현재 순간에 몰입함으로써 불안감이나 부정적인 생각에서 벗어나게 된다. 운동의 일관된 리듬과 반복적인 동작은 마음의 평온을 찾는 데 도움이 되며, 명상과 유사한 효과를 줄 수 있다.
5. 사회적 상호작용; 운동은 사회적 상호작용을 촉진할 수 있는 기회를 제공한다. 그룹 운동(예: 요가, 팀 스포츠 등)을 통해 타인과의 연결을 경험할 수 있고, 이는 외로움이나 고립된 감정을 완화하는 데 도움이 된다. 사람들과의 교류는 사회적 지지를 받고 있다는 느낌을 주어 정신 건강에 긍정적인 영향을 미친다. 단체 운동이나 운동을 함께 하는 사람들과의 사회적 관계는 사람들에게 소속감을 제공한다. 이러한 상호작용은 긍정적인 감정을 불러일으키며, 정신적 치유를 돕는다.
6. 수면 질 개선; 운동은 수면의 질을 개선하는 데 중요한 역할을 한다. 규칙적인 운동을 통해 수면의 깊이가 증가하고, 불면증과 같은 수면 장애가 개선될 수 있다. 운동은 몸을 피로하게 만들어 더 빨리 잠에 들게 하고, 깊고 회복적인 수면을 유도한다. 수면이 개선되면, 기분이 안정되고 정신적 피로가 해소된다. 반대로, 수면 부족은 우울증과 불안을 악화시킬 수 있기 때문에 운동은 정신 건강을 유지하는 데 중요한 역할을 한다.
7. 인지 기능 향상; 운동은 뇌의 혈류를 증가시키고, 인지 기능을 향상시킬 수 있다. 특히, 유산소 운동은 뇌에서 새로운 신경 세포가 생성되는 것을 촉진하고, 기억력과 집중력을 개선하는 데 도움을 준다. 이는 정신적으로 더 맑고 집중력 있는 상태를 만들며, 우울증의 증상 완화에도 긍정적인 영향을 미친다. 48

소염효과도 있는데 마이오카인(myokine)은 근육에서 분비되는 신경호르몬(호르몬과 유사한 단백질)으로, 근육의 수축에 의해 생성된다. 운동 중 근육이 활성화되면서 분비되어 여러 신체 시스템에 긍정적인 영향을 미친다.
1. 마이오카인의 정의와 역할; 마이오카인은 근육뿐만 아니라 다른 기관이나 조직에 신호를 보내 대사, 염증 반응, 면역 기능 등을 조절하는 역할을 한다. 마이오카인은 주로 근육 세포에서 생성되며, 운동 중에 분비량이 증가한다. 운동 후에도 마이오카인은 혈액을 통해 다른 기관에 전달되어, 지방 세포, 간, 심장, 뇌 등 다양한 부위에서 작용한다.
2. 마이오카인의 주요 기능; 마이오카인은 다양한 생리적 작용을 통해 신체 건강에 많은 혜택을 준다. 주된 기능은 다음과 같다:
1) 항염증 효과; 마이오카인은 염증을 억제하는 역할을 한다. 운동 후 마이오카인의 분비가 증가하면, 염증 반응이 감소하고, 염증성 질환(예: 류마티스 관절염, 심혈관 질환)의 위험을 줄이는 데 도움이 될 수 있다. 동시에 마이오카인은 염증을 유발하는 사이토카인(염증성 단백질)의 분비를 억제하거나 감소시킨다.
2) 대사 촉진; 마이오카인은 지방 대사를 촉진하고, 체중 관리에 중요한 역할을 한다. 마이오카인 중 일부는 지방세포의 활동을 조절하여 지방의 축적을 방지하고, 지방 분해를 촉진하는 역할을 한다. 예를 들어, IL-6(인터루킨 6)와 같은 마이오카인은 지방산 산화를 촉진하여 체지방 감소에 기여할 수 있다.
3) 인슐린 감수성 개선; 운동 후 마이오카인은 인슐린 민감성을 증가시킨다. 이는 당뇨병 예방과 혈당 조절에 중요하다. 마이오카인은 근육 세포에서 포도당을 흡수하도록 촉진하여, 혈당 수치를 낮추고 인슐린 저항성을 개선하는 데 도움을 준다.
4) 심혈관 건강 증진; 마이오카인은 심장 건강에도 긍정적인 영향을 미친다. 마이오카인 중 일부는 혈관 건강을 촉진하여 혈압을 낮추고, 심혈관 질환 예방에 기여할 수 있다. 예를 들어, IL-6와 같은 마이오카인은 혈관 확장을 돕고, 심혈관 질환의 위험을 감소시킬 수 있다.
5) 뇌와 정신 건강에 미치는 영향; 마이오카인은 뇌와의 상호작용을 통해 우울증과 같은 정신 건강 문제에 긍정적인 영향을 미칠 수 있다. 운동 중 분비되는 마이오카인은 신경보호 역할을 하며, 기분 개선과 스트레스 해소에도 기여한다. 마이오카인은 뇌 신경세포의 성장을 돕고, 인지 기능을 향상시키는 데 도움을 줄 수 있다.
6) 면역 기능 강화; 마이오카인은 면역 체계에도 영향을 미친다. 운동을 통해 분비되는 마이오카인은 면역 세포의 활성화와 면역 반응을 조절하여, 감염과 질병에 대한 저항력을 높인다.
3. 대표적인 마이오카인; 몇 가지 주요 마이오카인을 소개하면 다음과 같다:
- 인터루킨-6 (IL-6): 운동 중에 중요한 역할을 하는 마이오카인으로, 염증을 조절하고, 지방산 산화를 촉진하여 체중 관리에 기여한다. 또한, 인슐린 감수성을 개선하고, 면역 반응을 활성화한다.
- BDNF (뇌유래신경영양인자, Brain-Derived Neurotrophic Factor): 마이오카인 중 하나로, 운동이 뇌에 미치는 긍정적인 영향을 통해 인지 기능과 기억력을 향상시키는 데 기여한다.
- FGF21 (Fibroblast Growth Factor 21): 운동 후 분비되는 마이오카인으로, 대사 조절과 지방산 산화에 중요한 역할을 하며, 체중 관리와 혈당 조절에 기여한다.
- IL-15: 근육에서 분비되는 마이오카인으로, 지방산 산화를 촉진하고, 근육 성장과 체중 감소에 도움을 준다.
- Klotho: 운동을 통해 분비되는 마이오카인으로, 노화 방지와 관련이 있으며, 심혈관 건강에 긍정적인 영향을 미친다.
4. 마이오카인의 운동 효과; 운동의 종류에 따라서 마이오카인의 분비가 다를 수 있다. 예를 들어:
- 유산소 운동(달리기, 수영, 자전거 타기 등)은 지방 연소를 촉진하고, 심혈관 건강과 관련된 마이오카인들을 증가시킬 수 있다.
- 근력 운동(웨이트 트레이닝 등)은 근육 성장과 관련된 마이오카인들을 활성화하여, 근육량을 늘리고, 대사율을 높이는 데 도움을 줄 수 있다.
- 고강도 인터벌 운동 (HIIT)은 지방 연소와 근육 성장을 동시에 촉진하는 마이오카인을 방출하는데 효과적이다. 48
 
운동의 강도는 중요하지 않다. 일주일에 한시간이상만 운동하면 효과가 있다. 51 약물은 뇌를 손상시키지만 운동은 뇌를 치유한다는 측면에서 정 반대의 효과를 가진다. 표면적인 모습은 비슷하지만 그 근본이 정 반대라는 의미다. 55 도파민을 증가시키는 것은 암페타민이 1100%로 최고다. 코카인 350, 니코틴 225, 알콜 200, 섹스 160, 운동 130, 그리고 맛있는 식사 130순이다. 앞의 4개는 약물효과이나 뒤의 3개는 운동과 비슷한 효과를 지닌다. 다만 섹스나 식사, 그리고 운동도 지나치면 좋기 어렵다. 좋은 점은 약물과는 달리 통제가능하다는 것이다. 56

약물에 중독되면 불행하게도 전전두엽을 집중적으로 파괴한다. 약물중독에서 해방되려면 도파민수용체가 활성화되어야 하고 이는 운동으로 가능한데 운동을 하려는 의지를 꺽게되는 것이다. 그래서 중독되면 본인 혼자만으로는 해결하기 어렵고 그 것이 많은 사람들이 약물중독으로 사망하게 되는 이유이기도 하다. 63 저자는 코로나로 철인3종경기가 취소되자 홀로 철인3종경기를 했다. 테리처럼 자신과 같이 우울증으로 고생하는 사람들을 위한 기금까지 모금하면서 103  

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부록 하루 10분 트레이닝 동작 설명; 감사의 말; 참고문헌