학문
인체의 생체 시계가 빛이나 식사, 수면 패턴에 따라 조절된다는 생물학적 원리는?
안녕하세요.
시차 적응이나 야간 근무에서 리듬이 깨지면 건강에 큰 영향을 줄 수 있다고 합니다. 시상하부나 호르몬, 유전자 등 어떤 변화가 일어나게 되나요?
3개의 답변이 있어요!
안녕하세요.
빛, 식사, 수면 패턴에 따라 인체의 생체 시계가 조절되는 원리는 생리학, 신경과학, 분자생물학이 결합된 일주기 생체리듬으로 설명할 수 있습니다. 인체의 중심 생체 시계는 시상하부에 의해 조절되는데요 이 구조는 눈으로 들어오는 빛 정보만을 전문적으로 감지하는 신경 회로와 직접 연결되어 있으며, 우리가 의식적으로 빛을 인지하지 않아도 주변 환경의 밝고 어두움을 실시간으로 감지합니다. 특히 망막에는 시각 형성에는 거의 관여하지 않지만, 빛의 존재 자체를 감지하는 특수한 광수용체가 있어, 이 정보가 바로 시상하부로 전달됩니다. 이 과정에서 중요한 점은 빛이 지금이 낮인지 밤인지를 판단하는 가장 강력한 시간 신호라는 것입니다. 이 주 생체시계는 단순히 시간을 인식하는 데 그치지 않고, 전신의 생리 기능에 동기화 신호를 보내는데요 그 대표적인 매개체가 호르몬입니다. 밤에 빛 자극이 줄어들면 송과선에서 멜라토닌 분비가 증가하여 체온을 낮추고 졸음을 유도하며, 반대로 아침에 빛을 받으면 멜라토닌 분비가 억제되고 코르티솔 분비가 증가하여 각성과 에너지 동원을 촉진합니다. 즉, 빛 → 시상하부 → 호르몬 분비 변화 → 전신 생리 리듬 조절이라는 일방향 흐름이 형성됩니다.
이외에 식사와 수면 패턴은 빛과는 다른 경로로 말초 생체 시계에 영향을 주는데요 특히 식사는 간, 췌장, 지방 조직의 시계를 재설정하는 강력한 신호로 작용합니다. 밤늦게 먹는 식사나 불규칙한 식사 패턴은 빛이 알려주는 지금은 밤이라는 정보와, 대사 기관이 받는 지금은 에너지를 처리해야 할 시간이라는 정보가 충돌하게 만들고, 이로 인해 혈당 조절 이상, 인슐린 저항성 증가, 지방 축적 증가가 발생할 수 있습니다. 야간 근무자에서 대사 질환 위험이 높아지는 이유가 여기에 있습니다. 또한 수면 패턴 역시 중요한데요, 수면 자체가 생체 시계를 만드는 원인은 아니지만 이미 형성된 리듬을 안정화시키는 역할을 합니다. 수면 시간이 계속 바뀌거나 낮잠과 각성이 반복되면, 시계 유전자 발현의 위상 정렬이 무너지고, 그 결과 면역 기능 저하, 염증 반응 증가, 기분 조절 장애 등이 동반될 수 있으며 실제로 만성적인 리듬 교란은 우울증, 심혈관 질환, 일부 암 위험 증가와도 연관된 것으로 보고되고 있습니다. 감사합니다.
채택된 답변무엇보다 먼저 생체 리듬이 깨지면 뇌의 시상하부가 빛과 실제 시간 사이에서 혼란을 겪으며 자율신경계 조절 능력을 잃습니다. 그래서 수면을 돕는 멜라토닌 분비는 억제되고, 스트레스 호르몬인 코르티솔과 식욕을 자극하는 그렐린 수치가 비정상적으로 높아져 종국적으로는 비만과 고혈압을 유발할 가능성이 높아집니다.
또한 세포 단위로 본다면 시계 유전자의 발현 주기가 어긋나면서 DNA 복구와 노폐물 제거 시스템이 제대로 작동하지 않게 됩니다.
결국 몸 안의 장기들이 각기 다른 시간대를 사는 것처럼 따로 노는 불일치가 발생하며 면역력이 급격히 떨어질 수 있습니다. 잠시라면 회복이 가능하지만, 이런 상태가 지속되면 당뇨나 심혈관 질환은 물론 암 발생까지 높아질 수 있습니다.
인간의 생체 시계는 시상하부의 시교차상핵이 빛 신호를 감지하여 멜라토닌과 코르티솔 같은 호르몬 분비 주기를 조절함으로써 전신의 대사를 통제하는 원리로 작동합니다. 망막에 들어온 빛 정보는 시교차상핵에 전달되어 밤에는 멜라토닌 수치를 높여 수면을 유도하고 낮에는 코르티솔 분비를 늘려 각성 상태를 유지하게 만듭니다. 세포 단위에서는 Period 및 Cryptochrome과 같은 특정 시계 유전자가 24시간 주기로 단백질을 합성하고 억제하며 생체 리듬을 형성하는데 시차나 야간 근무로 이 균형이 깨지면 인슐린 저항성이 높아지고 면역력이 저하됩니다. 또한 식사 시간은 간이나 근육 등 말초 조직의 생체 시계를 동기화하는 독립적인 신호로 작용하므로 불규칙한 식습관은 뇌의 시계와 신체 기관의 시계 사이에 불일치를 초래하여 만성 질환의 원인이 됩니다. 이처럼 빛과 식사 패턴이 어긋나면 호르몬의 정상적인 파동이 평탄해지거나 역전되어 신체 기능 전반에 부정적인 영향을 미칩니다.