운동을 할수록 뇌는 더 발달한다 운동은 뇌에 어떠한 영향을 미칠까?

뉴욕 타임즈에 소개된 글

 운동이 뇌에 미치는 영향

운동하는 뇌

 몸을 움직려면 뇌에서 수 많은 활동이 필요 합니다. 특히 운동을 할 경우 중추신경계로 부터 오는 빛처럼 빠른 메세지를 반복적으로 받고 해석하는 신경세포를 셀수 없을 정도로 활성화 시킵니다. 

 이렇게 운동을 해서 뇌 활동을 증가 시키면 뇌에 필요한 영양도 자연스럽게 증가 합니다. 최근까지도 과학자들은 운동중에 어떻게 운동신경이 스스로 영양을 공급하는지 완벽하게 이해 하지 못했었습니다. 최근 일본에서 실시한 몇가지 동물 실험에서 뇌 운동은 스스로 영양 공급을 유지 하는 독특한 방법이 있다고 밝혔습니다. 게다가 운동 중 뇌 기능을 얼마나 잘 하는가 뿐만 아니라 얼마나 잘 생각하고 기억 하는지에도 영향이 있다는것을 밝혔습니다.

 수년동안 과학자들은 뇌는 오직 포도당(glucose) 혹은 지나가는 혈류에서 흡수하는 혈당(blood sugar)만 가지고 살아가는 것으로 알고 있었습니다. 하지만 10년전 신경과학자들은 뇌에서 성상세포(astrocytes)라고 하는 전문적인 세포를 발견했습니다. 이 세포는 신경세포를 위해 세포 보조 역할을 하는데 소량의 글리코겐 혹은 탄수화물을 저장하고 있습니다. 이 글리코겐은 나중에 밝혀진 것처럼 뇌 전반에 있는 세포 건강에 아주 중요합니다.

 실험용 접시로 실험을 하면 에너지를 스스로 저장하지 못하는 신경세포가 혈당이 필요 할 때 근처의 성상세포(astrocytes)가 복잡한 생리학적 작용을 통해 쉽게 연소 될 수 있는 형태로 분해 되고 신경세포가 이를 흡수하게 되어 에너지 레벨을 유지하게 됩니다.

 과학자들은 뇌가 이러한 에너지 저장소를 이용 할 수 있다는것은 알고 있었지만 실험용 접시가 아닌 실제 살아있는 환경에서 뇌의 저장된 에너지가 언제 사용 되는지 연구 할 수가 없었습니다. 왜냐하면 뇌 글리코겐은 너무 빠르게 대사작용이 이루어 지거나 연소 해버려서 측정하기 전에 모두 사라져버렸기 때문 입니다. 

 여기서 일본 연구원들이 참여하게 됩니다. 이들은 새로운 방법을 개발하여 성상세포 속에 글리코겐이 얼마나 남아 있고 얼마나 사용 됐는지 정확하게 측정 할 수 있었습니다. 

 츠쿠바 대학 생화학&신경과학 연구실 연구원들은 다자란 쥐를 두 집단으로 모았습니다. 한 집단은 런닝 머신을 시키고 다른 집단은 움직이지 않는 런닝머신에 똑같은 시간동안 앉혀 두었습니다. 이 연구의 목표는 운동 중과 운동 후에 뇌 글리코겐 수치가 얼마나 변하는지 알아내는것 이었습니다.

 실험 결과 연구원들은 장기적인 운동은 뇌에 저장된 에너지를 급격하게 감소 시킨 다는 것을 발견했습니다. 에너지 손실은 특히 뇌의 특정 부분에서 두드러지게 나타났는데 바로 생각과 기억 그리고 움직임 역학에 관여하는 전두엽(frontal cortex)과 해마(hippocampus)였습니다.

 반면 차후 연구에서 나온 발견은 더욱 흥미로웠습니다. 연구원들은 동물을 가지고 일회성 운동과 4주동안의 중간 강도의  규칙적인 달리기 운동을 조사 했습니다.

 일회성 달리기가 끝나고 연구원들은 피실험 동물을 휴식시키고 먹이를 먹인 후 뇌 글리코겐 수치를 조사 했습니다. 먹이는 곧바로 머리로 직행하여 뇌 글리코겐 수치가 운동 전 수준으로 회복 됐을 뿐만 아니라 운동 전 수치를 초과하기 까지 했습니다. 전두엽과 해마에서는 약 60%가 증가 했고 뇌의 다른 부분은 그 보다 덜 증가 했습니다. 성상세포가 과잉회복을 하여 뇌의 탄수화물 로딩(carbo-loading)이 이루어진 것입니다.

 반면 증가한 수치는 24시간 이내에 정상으로 돌아 왔습니다만 만약 이 동물이 계속해서 운동을 했었다면 이야기가 달라지게 됩니다. 

 4주동안 규칙적인 운동을 한 쥐는 초과회복(supercompensation) 현상이 새로운 정상치가 되었고 활동이 없는 쥐와 비교하여 글리코겐 수치 기준치가 상당량 증가하는것으로 나타났습니다. 이 증가는 뇌에서 생각과 기억에 매우 중요한 부분인 전두엽과 해마에서 크게 나타났습니다. 

 이것이 단순히 쥐가 아니라 잠재적으로 사람에게 상당한 의미가 있는 발견인 이유 입니다.

 뇌에 영양을 더 많이 저장 할 수록 잠재적으로 더 오래동안 신체를 움직일 수 있기 때문에 운동은 인지 기능을 증가시키는 근복적인 핵심적 영향이 될 수 있다고 말할 수 있습니다. 왜냐하면 운동을 할 수록 생각하고 기억하게 해주는 뇌의 특정 부위에서 초과회복이 가장 크게 일어나기 때문 입니다. 우리는 운동을 통해서 뇌 전두엽과 해마의 글리코겐 저장량을 증가 시키면 뇌 발달을 향상 시킬 수 있다고 시사 할수 있습니다.

 따라서 학생들은 쉬는시간에 책상에 엎드려 자는 것보다 잠시라도 일어서서 조금이라도 걷는것이 좋고 직장인들은 매 시간마다 잠시동안 의자에서 일어나서 활동을 하는 것이 좋습니다. 에스컬레이터보다 계단이 좋으며 차를 타는것보다 걷는게 좋습니다. 단순한 움직임이라도 조금이라도 더 움직이는 것이 뇌에 더 좋은 것일 수 있습니다.

 그런데 저는 의문점이 생겼습니다. 단순히 유산소 운동으로 모든 운동신경 동원없이 에너지만 소비했을때와 스트랭스 훈련으로 모든 운동신경을 동원했을때 뇌 글리코겐 수치에 어떠한 영향을 미치는지가 의문 입니다.

참고 문헌

Brain glycogen supercompensation following exhaustive exercise.

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22063629