[Chronobiology] 인간의 일주기 리듬을 측정하는 방법

인간의 일주기 리듬을 측정하는 방법

 

인간의 일주기 리듬에 대한 과학적 연구는 호기심 많은 수면 연구자가 기발한 질문을 던지고 직접 테스트를 진행하면서 시작되었다. Nathaniel Kleitman은 1938년에 어두운 지하 동굴에서 한 달을 보내면서 "수면 중 운동성 (motility)과 직장 온도 (rectal temperature)를 결정하고 기록하는 장치"를 개발했다. 마이크로 전자 공학의 발전으로 인해 최근에야 실용화된 활동 예상 측정 기술이다. 그는 지속적으로 어두운 환경 조건에서 수면이 24시간 패턴을 유지하지 않고 매일 늦게 바뀌는 것을 분명히 보여주었다. 또한,  그는 보통의 24시간 주기가 단순히 외부 세계에 대한 반응인지 아닌지를 시험하기 위해 "28시간 하루"를 살기 위해 노력했다. "28시간 하루"는 수면-각성 주기 (긴 하루를 어느 정도 따라갈 수 있는)를 내생적인 생체 주기 (긴 하루를 따라갈 수 없는)로부터 분리하기 위해 사용되는 기술이다.

 

20년 후, Jurgen Aschoff와 Rütger Wever는 인간의 일시적 격리 실험, 측정된 운동성 (침대와 바닥의 센서), 직장 온도, 소변량 및 기타 여러 생리학적 및 행동 변수를 위한 보다 편안한 지하 "벙커"를 만들었다. 그리고 인간에게는 식물, 생쥐, 파리와 같은 내인성 일주기 주기가 있다고 결론지었다. 또한, 그들은 다양한 기간의 날에 피험자를 배치하고 생물학적 시계가 주어진 주기성과 어느 정도 동기화될 수 있는지 테스트했다. 25년이 넘는 연구를 통해 그들은 Pittendrigh와 Daan이 설치류를 대상으로 개발한 것과 유사한 인간 일주기 시스템의 형식적 특성에 대한 기초를 마련했다.

 

수면과 각성의 시기와 구조는 생물학적 생체 주기 간의 상호 작용에서 발생하는 것으로 간주된다. 시계 또는 일주기 심장박동기 및 이전에 깨어 있던 시간에 따른 수면 항상성 과정 모델은 수면-기상 주기에만 적용 가능한 것이 아닐 뿐만 아니라 거의 모든 신경내분비, 생리학적, 심리적 기능의 시간적 패턴을 이해하는 데도 도움이 된다. 이 모델은 다양한 수면 장애를 이해하는 데 매우 유용한 것으로 입증되었으며, 우울증의 명백한 리듬 이상을 해석하고 특정 치료 접근법을 위한 틀을 제공하는 데 사용될 수 있다.

 

인간은 시간의 지배를 받지 설명하기 위해서는 시간생물학 (chronobiology)의 이론적 뒷받침이 필요하다. 시간생물학은 개체 내에서 일어나는 여러 변화들 중에서 시 간에 따른 변동성을 갖는 현상들을 다루는 학문이다. 하루를 주기로 변동하는 리듬을 일주기 리듬 (circadian rhythm)이라 칭하는데, 몸에서 관찰되는 많은 현상들이 일주기 리듬을 갖는다. 특히, 수면-각성 주기나 체온의 변화 등과 같이 주야간 및 빛-어둠에 의하여 영향을 받는 현상들은 주로 일주기 리듬의 특성을 보인다. 일주기 리듬 이외에도 하루 중에 여러 번 변동하는 주기를 갖거나 몇 달에 걸쳐 변동하는 주기를 갖는 경우도 있다. 식사 시간의 주기나 뇌파 변화의 주기와 같이 24시간보다 짧은 주기를 갖는 경우를 ultradian rhythm이라 하며, 생리 주기와 같 이 24시간보다 긴 경우는 infradian rhythm이라 칭한다.

 

 

인간을 포함한 포유류의 경우, 일주기 리듬을 조정하는 시계 역할을 하는 부위는 시상하부의 상시각교차핵 (suprachiasmatic nucleus, SCN)으로 알려져 있다. SCN은 개체가 잠을 자고 일어나는 것, 혈압 및 체온의 일중 변화, 호르몬 분비, 생활 패턴 등을 조절하는 중추 역할을 담당한다. 다만, 인간의 일주기 리듬은 24시간보다는 약간 더 긴 24.2 ~ 24.5시간에 맞춰져 있기 때문에 24시간의 하루 주기에 생체 리듬을 맞추기 위해서는 외부 자극의 도움을 받아 재조정 (circadian entrainment) 및 동기화 (synchronization) 하는 과정이 필요하다. 활동 시간, 외부 온도, 시계, 식사 시간 등과 같이 재조정 및 동기화 과정을 도와주는 외부 자극을 zeitgeber라고 부르며 그 중 가장 효과적이고 중요한 zeitgeber는 빛으로 알려져 있다. 빛은 눈을 통해서 뇌의 SCN을 자극하고 SCN은 이 자극을 받아 생체 내의 리듬을 조절한다.

 

객관적 방법

 

https://www.philips.com.au/healthcare/product/HC1046964/actiwatch-spectrum-activity-monitor

 

인간의 일주기 리듬을 객관적으로 평가하기 위해 체내에서 일어나는 일주기 리듬을 갖는 모든 변화들은 일중 변동 양상을 측정할 수 있고 이를 바탕으로 체내의 일주기 리듬을 평가할 수 있다. 임상적으로 적용할 수 있는 평가 방법은 멜라토닌 및 코티솔 농도를 측정하거나 체온의 변화를 평가하거나 평가용 설문지를 이용하는 방법 또는 활동기록계 (actigraphy)를 이용하는 방법 등이 대표적이다.