수면

사람이 환경에 대한 반응을 일시적으로 감소시키며, 어떤 자극으로 인해 완전히 깨어날 수 있는 무의식상태를 수 면(sleep)이라 말하며, 반대로 어떤 자극에도 깨어날 수 없는 상태를 혼수(coma)라 한다. 우리는 인생의 1/3을 수면하고, 그 중 14를 꿈을 꾼다. 연구에 의하면 모든 동물은 잠을 자며, 심지어 파리의 일종인 Drosophila도 잠을 잔다고 한다. 왜 잠을 자야 하는지에 대한 과학적 해답은 아직 정확하지 않지만 잠이 꼭 필요한 것만은 사실인 것 같다.
거친 조류를 타는 돌고래는 길을 잃지 않기 위해 대뇌반구 중 순서대로 한 쪽씩만 수면 상태에 들어가는 형태로 진화하면서까지 수면은 꼭 필요하다. 물론 하루 3시간을 자는 말처럼 적게 자도 되는 동물도 관찰이 된다. 사람에 있어 서는 평균적으로 7.5시간의 수면을 하는 사람이 가장 많다고 한다. 수면의 적당량은 각성 시의 업무효율을 해치지 않는 것으로 보는 것이 타당하며, 정해진 수면량은 없는 듯 보인다. 수면의 종류를 뇌의 활성도에 따라 보면 두 가지 형태로 나눌 수 있다.
1) 서파수면
깨어 있을 때 빠르고, 작은 진폭의 B 파가 주로 나타나다가, 서서히 잠이 들기 시작하면서, 뇌파는 점차 느려지고 커진다. 느린 뇌파의 수면을 서파수면(slow wave sleep) 혹은 빗속 파 수면(non-REM sleep)이라 한다. 대략 성인 수면의 75%가 서파수면이다. 또 뇌전도 상의 파형 진폭과 진동수의 변화로 볼 때, 서파수면을 4단계로 나눌 수 있다. 잠을 자면서 각 단계는 밤새 3~5번 정도 순서대로 반복된다. 1 단계는 0파가 사라지면서, 낮은 진폭의 7~10Hz의 파가 나타나는 시기로, 장르로의 이행단계라 할 수 있으며, 수용 간만 지속된다. 2단계는 잠이 들면서 뇌파는 점점 느려져 13~7H의 파가 되고, 여기에 8~14 Ha, 50 AV 정도의 작고 빠른 파가 섞여 나타난다. 이를 수면방 추(sleep spindlara 하며 시상에서 유래한 파이다. 또한 큰 진폭의 K 복합제 (K-complex)가 나타날 수 있다. 3단계부터는 8파가 나타나고, 4단계에서는 8파가 50 % 이상이 된다. 처음 잠이 들고 45분간은 이 단계들을 거치고, 이 시기에는 부교감신경계가 항진되는 시기로 말초혈관저랑, 호흡수, 혈압, 심박수, 기초대사율이 감소하고, 피곤할수록 서파수면의 비율은 커진다. 그러나 위장관 운동은 증가하고, 몸을 뒤척이며, 체위를 변동시키는 시기이다. 꿈이나 가위눌림(악몽,mighunare)도 나타나나 깨어났을 때 그 내용을 기억할 수 없이 모호한 것이 특징이다. 성장호르몬의 분비는 수면 도입기의 서파수면에서 가장 크게 나타나며, 이때에는 뇌 혈류량과 포도당 이용률이 40%까지 감소하므로 뇌가 쉬는 시기라고 볼 수 있다. 육체적 피로를 풀어줄 수 있는 잘 자지 않고 온전히 쉬는 것과는 다르다.
2) REM 수면
Paradoxical sleep, de synchronized sleep이라고도 하며, 잠든 후 80~100분 후에 처음 나타나며 5~30분간 지속되고, 수 면 중 약 90분 주기로 반복해서 나타난다. 이 시기는 뇌전 도상 각성 시와 같은 형태의 beta 파형(de synchronized)이 나타난다. 거의 꿈을 동반하며, 자극에 의해 깨어나기가 서파 수면보다 어렵고, 깨어난 후 꿈 내용을 기억할 수 있을 정도로 꿈 내용이 구체적이다. 대부분의 근육운동은 완전히 억제되어 몸을 움직이지 못하나(Tonia), 호흡근 및 중이든 은 활성 감소가 적고, 안구운동은 매우 빠르게 불규칙한 운동을 한다. 뇌의 대사율이 오히려 증가하며(paradoxical), 교감신경계의 항진으로 혈압, 심박수가 빨라지며, 위장관 운동은 감소한다. 그러나 체온 증가는 없고, 음핵이나 음경 시기이다.
REM 수면의 또 다른 특징은 중간중간에 뇌전 도상 3~5 개의 큰 파고의 파형이 나타나게 되는데 이를 PGO(onto-geniculo-occipital) spike라 한다. 결국, 뇌 활성이 증가하는 시기로서 REM 수면은 뇌가 쉬는 시간이 아니며, 어떤 일을 하는 것으로 보인다. 최근의 연구는 REM 수면만을 일부러 방해한 사람 및 동물에서 다음날 업무의 수행 능력이 현저히 떨어지며, 힘든 학습 후에는 REM 수면의 기간이 길어짐으로써, REM 수면, 그리고 꿈꾸기가 기억 기전을 돕는 것이 아닌가 한다. 깨어날 시간이 가까워질수록 REM 수면은 길어지며, 꿈을 꾸는 횟수도 증가하고, 서파수면의 3, 4단계 수면은 서서히 짧아진다. REM 수 명시 꿈과 함께 이갈이(bruxism)가 나타나기도 한다. REM 수면은 포유류와 조류에서만 나타나는 것으로 알려져 있다. Barbiturate는 REM 수면을 감소시킨다.
3) 수면과 나이
전체 수면시간은 나이가 들면서 점차 감소하고, 30대 이후부터는 완만한 경사를 보인다. REM 수면은 유아에서 수 면의 50%로 높고, 이후 20세 이전까지 급격히 감소한다.
이후 유지되다가 나이가 들수록 REM 수면은 더욱 짧아지고, 4단계 수면은 60세 이후에는 나타나지 않을 때도 있다.
4) 수면의 신경 기전
외교의 중간부위가 절단되면 잠을 자지 못한다. 즉 수면은 뇌세포나 망상활성화계의 단순한 피로에 의해 수동적으로 나타나는 현상이 아니라, 능동적인 기전으로 일어남을 할 수 있다(active theory). 중뇌 수준 이하의 특정 감각 신 경을 자극하면 마취 동물의 뇌파의 파형을 진폭이 작고, 진 동수는 빠르게 바꿀 수 있다. 그러나 중뇌를 넘어 시상의 intralaminar nudlei나 대뇌피질을 직접 자극하면 뇌전도 파 형을 바꿀 수 없고, 수면 동물이라면 깨지 않는다. 또한 뇌 간에서 특정 감각신경 전달경로가 파괴되더라도, 말초감 각 신호에 의해 뇌파 활성의 증가가 가능하나, 특정 감각계는 완전한데 망상활성화계를 파괴하면, 뇌파는 외부 자극 에 대해 전혀 반응하지 않는다. 즉 망상활성화계가 파괴된 경우 혼수에 빠지나, 혼수는 특정 감각계와는 상관이 없다.
따라서 각성상태란 망상활성화계의 활성이 전제되어야 할 고, 이는 뇌전도의 활성 파로 나타난다. 마찬가지로 REM 수면 시 일어나는 뇌파의 활성 증가는 뇌간 망상활성화계의 의도에 달렸다 하겠다 (그림 9-6).
시상과 신피질 간에는 상호 연결 회로가 존재하는데 각성시에는 시상에서 긴장성 활동 전압이 빠른 빈도로 발생하여 뇌활 성도를 유지한다. 이 뇌 각성상태는 망상 활성 화계가 시상으로 정보를 보내기 때문이다(그림 9.7). 수면에 들어가면서 시상의 뉴런(신경세포)들이 억제되어 긴장성 활동 전압에서 낮은 빈도의 파열전압(bursting spike potential)을 간헐적으로 발생시키는데 이것이 수면 2단계에 나타나는 수면방추이다. 이때에는 외부로부터의 감각 정보가 뇌로 들어가는 것이 상당히 여제 되기 시작한다. 이후 수면이 깊어지면서 시상의 흥분 파도 사라지고, 대뇌피질 고유의 파만 나타나는 것이 6파이다.
그림 9.6에서 나타난 것처럼 수면의 기전에는 다음의 신경핵들이 중요한데, 먼저 외교의 choline 성 뉴런은 각성 시와 REM 수면 시 활동이 증가한다. 그러나 서파수면에서는 활성이 감소한다(wake-on/REM-on)