[과학카페] 고혈압 예방에 유산소운동이 좋은 진화론적(進化論的) 이유

[黑面書生]

2019. 12. 17

이제 2019년도 보름이 채 안 남았다. 필자는 지인들과 점심을 하는 약식 송년 모임을 주로 갖는데 지난주 금요일에도 나이 지긋한 네 사람이 만났다. 그런데 내년에 환갑인 한 분이 최근 고혈압 진단을 받았다며 말을 꺼냈다.

수축기 혈압이 140㎜Hg로 고혈압 단계에 들어서 의사가 약을 복용하라고 권했다는 것이다. 이분은 생활습관을 개선해 낮춰보겠다고 했고 3개월을 지켜본 뒤 내려가지 않으면 복용하는 걸로 타협을 봤다. 그 뒤 운동을 하고 식사량과 소금 섭취를 줄이고 좋아하는 커피도 하루 한 잔으로 참았더니 다행히 혈압이 130 초반까지 내려갔다고 한다.

갈치조림이 너무 맛있어서 자기도 모르게 밥 한 그릇을 다 비웠다며 계면쩍게 웃더니 카페에서는 늘 마시던 아메리카노 대신 녹차를 시켰다. 부디 이런 변화가 이어져 이분 바람대로 내년에도 혈압약을 복용하지 않길 바란다며 다들 덕담을 나눴다.

사실 이 분의 경우는 전형적인 사례라고 할 정도로 나이가 들면서 고혈압이 되는 사람들이 많다. 최근에는 30~40대 청장년층에서도 고혈압인 사람들이 늘고 있다고 한다. 그 결과 우리나라 30대 이상 사람들 가운데 3분의 1이 고혈압이라고 한다. (자세한 내용은 동아사이언스 11월 19일자 [이정아의 닥터스] “젊다고 고혈압 안심하면 안됩니다” 참조)

모임을 마치고 집으로 가는 길에 문득 얼마 전 본 한 논문이 생각났다. 심장과 혈압의 관계를 진화의 관점에서 밝힌 연구결과로 재미있을 것 같아 시간 날 때 읽어보려고 다운로드 받았는데 잊고 있었다. 귀가해 프린트해 읽으면서 그 심오함에 감탄했다. ‘미국립과학원회보’ 10월 1일자에 발표된 이 논문의 이론이 맞다면 오늘날 고혈압의 만연은 인간 심장이 침팬지화된 결과이기 때문이다. 이게 무슨 소리인가.

▲ 침팬지(왼쪽)와 사람(오른쪽)은 심장(좌심실) 구조도 꽤 다르다. 이는 인류의 조상이 수렵채취인이라는 새로운 생활양식을 선택한 결과다. 그러나 사람도 정적인 생활을 하는 사람은 심장이 침팬지화 돼 벽이 두꺼워지고 용량이 줄어든다(가운데). 침팬지 좌심실 아래에 비대해진 근육이 섬유화된 조직인 육주가 묘사돼 있다. / ‘미국립과학원회보’ 제공

인간은 독특한 유인원

대형유인원(사람과(科))의 진화 과정을 보면 공통조상에서 오랑우탄이 먼저 떨어져 나가고 그다음에 고릴라와 인간/침팬지 공통조상이 갈라졌다. 인간은 오랑우탄은 물론 고릴라보다도 침팬지에 더 가깝다. 게놈서열 비교에 따르면 그렇다.

그럼에도 우리가 전혀 그렇게 생각하지 않는 건 불과 수백만 년 동안 인류가 독특한 진화를 겪었기 때문이다. 다른 유인원들과는 달리 숲에서 벗어나 사바나를 돌아다니는 수렵채취 생활을 잘 할 수 있게 몸이 바뀌었기 때문이다.

▲ 수컷 고릴라로는 처음 수화를 할 줄 알았던 마이클(Michael. 사진)은 지난 2000년 27살 한창 나이에 비대성 심근증으로 죽었다. 마이클의 단짝이자 수화를 유창하게 구사했던 암컷 고릴라 코코(Koko)는 47살인 지난해 자다가 죽었다(자세한 설명은 없으나 심장마비로 보임). 사람을 제외한 포유류는 굶주림이나 천적을 피해 용케 살아남아도 몸이 노쇠해지기 전에 심혈관계질환으로 죽을 가능성이 높다. / 고릴라재단 제공

유인원은 정적인 존재다. 예를 들어 침팬지는 하루에 걷는 거리가 4㎞가 안 되고 대부분의 시간을 먹거나 쉬면서 보낸다. 그럼에도 종종 엄청난 힘을 쓰는 행동을 한다. 나무를 오르거나 싸울 때다. 다 자란 침팬지는 장정 셋이 달라붙어도 쩔쩔맬 정도로 근력이 엄청나다.

반면 인간은 동적인 존재‘였다’. 수렵채취인은 하루에 9~15㎞를 이동해야 했는데 2~4시간은 걷거나 땅을 파는(뿌리를 캐기 위해) 중간 강도의 지구력 활동을 했고 20~72분은 뛰는 고강도의 지구력 활동을 했다. 또 하루 3~6시간은 식사를 준비하는 것 같은 저강도의 지구력 활동을 했다. 한마디로 늘 분주해야 먹고 살 수 있었다. 농사를 짓게 된 뒤에도 인구 대부분에서 상황은 그다지 변하지 않았다.

그러나 산업화가 진행되면서 오늘날은 소수의 사람만이 이런 생활을 하고 있고 다수는 침팬지 이상으로 정적인 삶을 살고 있다(나무를 탈 일은 없으므로(물론 오를 수도 없지만)).

아무튼 몸은 수백 만년에 걸쳐 열대지역 수렵채취인의 삶에 맞게 적응했고 그 결과는 근육과 털, 땀샘에서 쉽게 볼 수 있다. 순간적으로 큰 힘이 필요한 유인원은 속근 위주인 반면 지구력이 필요한 인간은 지근의 비율이 높다. 또 지속적인 활동으로 발생하는 열을 효율적으로 발산하기 위해 털이 사라지고 전신에 땀샘이 고밀도로 분포한다. 반면 유인원은 털북숭이에 땀샘의 밀도도 낮다. 침팬지가 수렵채취동물로 살려다간 얼마 못 가 체온조절에 실패해 사경을 헤맨다는 말이다.

좌심실 길쭉하고 벽 두께 얇아져

▲ 평생 몸을 쓰며 살아가는 자급자족 농민인 타라우마라족 사람들은 나이가 들어도 수축기(systolic) 혈압이 거의 높아지지 않는다(파란 선). 반면 다수가 정적인 생활을 하는 미국인들은 50대에 젊은 침팬지 수준(왼쪽 빨간색)이 되고 그 뒤로도 상승세가 이어진다(녹색 선). / ‘미국립과학원회보’ 제공

브리티시컬럼비아대를 비롯한 캐나다와 미국, 영국, 콩고의 공동연구자들은 인간의 심장도 독특한 행동에 맞춰 다른 유인원의 심장과는 다르게 진화했는지 알아보기로 했다. 그리고 최근 100여 년 사이 유인원보다도 더 정적인 생활을 하게 된 변화가 심장에 어떤 영향을 미쳤는지도 살펴봤다.

연구자들은 젊고 건강한 침팬지 43마리(평균 21살)와 사람 164명(평균 25살)을 대상으로 심장의 구조와 기능에 관한 데이터를 얻어 분석했다. 사람은 생활양식에 따라 네 그룹으로 나뉜다. 수백만 년에 걸친 진화에 맞게 살아가는 자급자족(생필품을 스스로 조달하는) 농민 그룹(멕시코 타라우마라족 42명)과 정적인 생활을 하는 그룹(미국인 40명. 이하 도시인), 90일 동안 강도 높은 장거리 달리기 훈련을 받은 그룹(42명)과 미식축구 수비수(linemen) 훈련을 받은 그룹(40명)이다.

평균 수축기 혈압은 침팬지가 138이고 사람이 116으로 꽤 차이가 났다. 사람을 그룹별로 보면 자급자족 농민이 113, 도시인이 115, 장거리선수가 110으로 비슷했고 미식축구선수만 127로 다소 높았다.

미식축구 수비수는 돌진하는 상대 공격수에 맞서 순간적인 힘을 내 온몸으로 막아내는 역할을 하므로 훈련도 저항(근력)운동 위주다. 한마디로 침팬지의 행동양식에 가깝다. 따라서 혈압도 침팬지화됐다고 볼 수 있다. 반면 정적이면서 힘쓸 일이 없는 도시인은 혈압이 높지 않다. 아마도 실험 참가자들이 건강한 젊은이(평균나이가 27세)이기 때문일 것이다.

그런데 심장의 구조를 살펴보자 자급자족 농민과 도시인 사이에 뚜렷한 차이가 드러났다. 먼저 심장의 구조를 잠깐 들여다보자. 포유류의 심장은 네 개의 구획으로 나뉘는데, 혈액이 들어오는 곳은 심방이고 내보내는 곳은 심실이다. 이를 혈액의 흐름에 따라 살펴보자.

몸을 돌며 산소를 내놓고 이산화탄소를 실은 정맥혈이 우심방으로 들어온 뒤 우심실로 건너가 폐로 이동한다. 기체 교환을 통해 산소를 머금은 동맥혈로 바뀌어 좌심방으로 들어오고 좌심실로 건너가 다시 온몸으로 이동한다. 이때 좌심실은 피를 내보내기 위해 강하게 수축해야 하고 그 진동이 동맥 전체로 퍼진다. 한의사가 심장이 아닌 손목으로도 맥을 짚을 수 있는 이유다.
동맥혈은 좌심실에서 동맥, 세동맥을 거쳐 모세혈관에 이르러 주변 조직에 산소를 내놓고 이산화탄소를 흡수해 정맥혈로 바뀌어 세정맥, 정맥을 거쳐 우심방으로 들어가 위의 주기가 반복된다.

흔히 심장을 펌프에 비유하므로 심장의 주인공은 좌심실인 셈이다. 흥미롭게도 침팬지와 사람(진화에 맞는 삶을 사는)은 좌심실의 구조가 꽤 다르다. 침팬지의 좌심실은 용적이 작은 대신 벽이 두껍다. 그리고 육주(apical trabeculation)라고 부르는, 근육이 비대해져 섬유화된 조직이 보인다. 반면 사람의 좌심실은 용적이 큰 대신 벽이 얇고 위아래로 약간 길쭉하다.

이런 차이는 좌심실이 낼 수 있는 압력과 혈류량의 차이로 이어진다. 침팬지는 높은 압력으로 수축할 수 있지만 한 번에 내보내는 피의 양은 적은 반면 사람은 압력이 좀 떨어져도 한 번에 내보내는 양은 많다. 고릴라의 심장 구조가 침팬지와 비슷하므로 이런 차이는 침팬지와 사람의 공통조상이 사람으로 진화하는 과정에서 심장 구조가 바뀐 결과라고 볼 수 있다.

침팬지의 좌심실이 고압 저용량인 건 피를 보내야 하는 동맥의 압력이 높기 때문이다. 순간적인 힘을 낼 때 세동맥이 좁아지면서 치솟는 동맥의 압력 이상의 압력을 내지 못하면 피를 내보낼 수 없다. 좌심실이 수축할 때 들어가는 힘(벽의 장력)은 압력과 내부 공간의 반지름의 곱에 비례하므로 압력이 높아지려면 용량이 줄어들 수밖에 없다.

반면 사람은 오랜 시간 육체적 활동을 해야 하므로 혈류량(1회 분출량에 심박수를 곱한 값)이 커야 지속적으로 다량의 산소를 공급할 수 있다. 그 결과 좌심실이 내는 힘에서 압력을 희생하는, 벽이 얇아지는 쪽으로 진화했다. 그리고 이에 맞춰 동맥의 압력도 낮게 조정됐고 대신 근육이 왜소해졌다.

우리가 측정하는 혈압은 동맥의 압력변화다. 혈압을 결정하는 주된 요인은 전체 혈액량과 혈류저항이다. 순대에 속을 꽉 채우면 탱탱해지듯이 혈액량이 많아지면 혈관의 압력이 높아질 수밖에 없다. 짜게 먹는 게 고혈압을 유발하는 이유다(삼투압 때문에 물이 유입돼 혈액량이 늘어나므로).

한편 좌심실에서 동맥으로 들어온 피가 제때 빠져나가지 않으면 동맥에 피가 늘어나 역시 혈압이 높아진다. 이를 혈류저항이라고 부르는데 세동맥(가는 동맥)의 영향이 60%를 차지한다. 어떤 이유로 세동맥이 좁아지면 고혈압이 된다.

정적인 생활하면 심장 구조 달라져

그렇다면 문명 이전에는 존재하지 않은 삶을 사는 도시 젊은이의 심장 구조는 어떨까. 이들의 혈압은 아직 자급자족 농민과 차이가 없지만 심장의 구조는 자급자족 농민과 침팬지의 중간 형태였다. 침팬지의 좌심실 벽 두께가 3.76㎜이고 수렵채취인의 벽 두께가 2.64㎜인 반면 도시인은 3.23㎜였다.

한편 19~20세 청년 82명 가운데 90일 동안 고강도로 속성 장거리 육상(수렵채취인 생활양식) 훈련을 받은 그룹은 좌심실 두께가 2.74㎜로 자급자족 농민과 비슷했지만 속성 미식축구 수비수(침팬지 생활양식) 훈련을 받은 그룹은 두께가 3.72㎜로 도시인을 넘어 침팬지에 육박했다.
이에 대해 연구자들은 사람의 심장은 유전자뿐 아니라 환경에 따라 구조가 결정되는 유연한 장기라고 설명했다. 이를 ‘표현형 가소성(phenotype plasticity)’이라고 부른다. 느긋하다가도 종종 큰 힘을 쓰는 침팬지처럼 살면 침팬지의 좌심실에 가까운 구조가 되고 평소 몸을 쓰며 살면 사람 본연(수렵채취인)의 구조가 되고 정적으로 살면(도시인) 그 중간이 된다는 것이다.

한편 근육이 순간적으로 큰 힘을 쓰는 일이 반복될수록 심장뿐 아니라 혈관(동맥)도 높은 압력에 견딜 수 있게 점점 딱딱해지면서 혈압이 더 높아지는 악순환이 일어난다. 그 결과 나이가 들수록 고혈압이 심해진다. 정적인 생활 역시 혈관의 퇴행을 불러와 혈압이 높아진다.
반면 평소 몸을 움직이는 유산소운동을 많이 하는 사람에서는 이런 일이 일어나지 않는다. 꾸준한 유산소운동은 세동맥의 성장을 촉진하고 탄력성을 유지해 혈류저항이 커지지 않게 한다.

실제 구성원 대다수가 수렵채취인 생활을 하는 타라우마라족 103명(14~94세)과 대다수가 정적인 생활을 하는 미국인 3495명(8~80세)의 나이에 따른 혈압 분포를 보면 타라우마라족은 차이가 거의 없는 반면 미국인은 나이가 들수록 혈압이 높아지는데 50대에 침팬지(젊은 성체) 수준에 이른다.

▲ 유인원의 계통수. 먼저 소형유인원인 긴팔원숭이과(hylobatids)와 대형유인원인 사람과(hominids)로 갈라진 뒤 사람과의 공통조상에서 오랑우탄(Pongo), 고릴라 계열이 나뉜 뒤 약 600만 년 전 침팬지(Pan)와 사람(Homo)이 결별했다. 그럼에도 유독 사람만 50%가량 더 오래 사는 건 독특한 생활방식에 맞춰 심장과 혈압이 진화한 결과의 부수적인 효과라는 해석이 최근 나왔다. / ‘네이처 교육지식’ 제공

사람이 침팬지보다 오래 사는 이유

논문 말미에서 연구자들은 흥미로운 가설을 하나 내놓았다. 사람이 침팬지보다 수명이 긴 주된 이유가 심장 구조와 혈압의 변화라는 것이다. 순환계가 지구력이 필요한 삶에 적응하면서(물론 수렵채취인 얘기다) 혈압이 다소 떨어졌고 나이가 들어도 높아지지 않게 되면서 심장이나 혈관 문제로 죽을 위험성이 크게 줄었다. 반면 침팬지를 포함해 대다수 포유동물은 원래 다소 높았던 혈압이 나이가 들수록 더 높아지면서 심혈관계에 문제가 생겨 일찍 죽는다고 한다.

영장류는 덩치가 비슷한 다른 포유류보다 50%쯤 더 오래 살고 유인원은 다른 영장류인 원숭이보다 50% 더 오래 산다. 그리고 인간은 다른 유인원보다 또 50%를 더 산다. 공통조상에서 침팬지와 갈라진 게 약 600만 년 전이므로 이 사이 이런 차이가 생겼다고 볼 수 있는데, 그 주된 원인이 심장과 혈압의 변화라는 것이다.

지속적인 중간 강도의 지구력 신체 활동인 유산소운동이 심장의 구조에 영향을 주고 혈압을 안정적으로 낮게 유지할 수 있게 해 그 결과 수명이 늘어났다는 시나리오다.

이번 연구로 밝혀진 심장 구조의 표현형 가소성은 이런 진화의 역사를 반영한다. 이전까지는 심장이 두꺼워지는 게 동맥의 혈압이 높아지는 데 대한 대응이라고 여겨졌다. 그런데 아직은 정상 혈압인, 정적인 생활을 하는 젊은이의 심장이 이미 침팬지화가 진행된 것으로 드러났기 때문이다.

필자가 지난주 금요일에 만난 지인처럼 처음 고혈압으로 진단돼 약을 먹으라는 권고를 받으면 많은 사람들이 주저하기 마련이다. 심지어 평생 약을 먹게 해 돈을 벌려는 제약업계의 음모라며 강한 거부감을 보이기도 한다. 물론 고혈압 입구에 막 들어선 상태에서 생활습관을 바꿔 다시 밑으로 내렸다면 약을 먹을 이유는 없다. 그러나 지속적으로 140을 넘는다면 약을 먹는 게 나을 것이다.

미국 텍사스대 디 언그로브 실버톤 교수가 쓴 대학 교재 ‘생리학’을 보면 수축기 혈압이 20 높아질 때마다 심혈관계질환이 생길 위험성이 2배 높아진다고 한다. 만에 하나 135이면 이미 115의 2배라는 말이다. 만일 175라면 115의 8배가 된다. 이때 혈압약을 복용해 135까지만 낮춰도 위험성을 4분의 1로 뚝 떨어뜨릴 수 있다는 말이다.

의사 출신인 조선일보 김철중 의학전문기자는 지난 2013년 출간한 책 ‘내망현’에서 오늘날 인류의 수명이 늘어난 데는 혈압약을 비롯한 약물이 큰 기여를 했다고 평가했다. 정적인 생활과 칼로리 및 소금 섭취 과다로 침팬지화된 심장과 혈압 패턴으로 들어간 사람들이 약물의 힘으로 어느 정도 수렵채취인에 가깝게 되돌릴 수 있었고 그 결과 장수하게 된 것이다.

물론 가장 좋은 방법은 어릴 때부터 수렵채취인과 비슷한 삶을 살아가는 것이다. 유감스럽게도 우리나라 교육풍토에서는 어려운 일이다. 따로 운동할 시간을 내기 어려운 사람들은 가까운 거리는 걸어 다니고 저층일 경우 계단을 오르내리는 습관을 들이는 게 어떨까. 그리고 심장과 혈압을 생각한다면 헬스장에서도 저항(근력)운동보다 유산소운동에 좀 더 신경을 쓰는 게 좋을 것이다.

몸이 게을러지려고 할 때마다 내 왼쪽 가슴에 침팬지의 심장이 뛰고 있다고 상상해 보라는 건 좀 잔인한 제안일까.

강석기 / 과학 칼럼니스트 kangsukki@gmail.com

동아사이언스