조절과 방어 1강. 몸을 지휘하는 전기 신호
뜨거운 냄비에서 손을 떼기로 결정한 것은 뇌가 아닙니다. 뇌는 그 일이 다 끝난 뒤에 보고를 받습니다.
풀고 시작
사령부와 회선망
몸의 신호망은 크게 두 덩어리로 나뉩니다. 뇌와 척수를 묶은 중추신경계(central nervous system), 그리고 거기서 뻗어 나와 온몸을 훑는 말초신경계(peripheral nervous system)입니다. 말초는 다시 두 갈래인데, 내 뜻대로 팔다리를 움직이고 감각을 올려보내는 체성신경과, 내 뜻과 무관하게 심장과 혈관과 소화관과 땀샘을 돌보는 자율신경입니다. 이 문장을 읽는 지금 이 순간에도 후자는 한 번도 쉬지 않고 일하는 중입니다.
여기서 흔한 오해 하나를 짚고 갑니다. 척수는 뇌로 올라가는 케이블 다발이 아닙니다. 척수는 자체 판단 회로를 갖춘 하위 사령부이고, 뇌가 손대지 않는 결정을 혼자 내립니다. 뉴런 하나가 전기 신호를 어떻게 만드는지는 생물학 서가의 신경과학 1강에서 다뤘으니, 의학 서가에서는 그 뉴런들이 엮여 만든 회로가 몸을 어떻게 지휘하는지를 봅니다.
액셀과 브레이크는 늘 함께 밟혀 있습니다
자율신경계는 교감신경과 부교감신경이라는 두 페달로 굴러갑니다. 발표 직전을 떠올려 보세요. 심장이 빨라지고 손바닥에 땀이 나고 입이 마르고 동공이 커집니다. 교감신경이 몸을 비상 태세로 끌어올린 결과인데, 생리학자 캐넌(Walter Cannon)은 이 반응 묶음에 투쟁 또는 도피(fight or flight)라는 이름을 붙였습니다. 반대로 든든하게 먹고 나면 나른해지고 배 속이 바빠집니다. 부교감신경이 잡은 휴식과 소화 모드죠.
중요한 것은 이 둘이 스위치가 아니라는 점입니다. 한쪽이 꺼져야 다른 쪽이 켜지는 구조가 아니라, 두 페달이 언제나 동시에 반쯤 밟힌 채로 밟는 세기의 비율만 바뀝니다. 심장에서 박동을 만드는 굴심방결절이 스스로 내는 리듬은 분당 100회 안팎인데, 안정 시 심박수가 70회 언저리에 머무는 것은 부교감신경이 늘 브레이크를 걸고 있기 때문입니다.
뇌를 건너뛰는 지름길
무릎 아래를 고무망치로 두드리면 다리가 툭 튀어 오릅니다. 의사가 이 우스꽝스러운 검사를 굳이 하는 이유는, 그것이 신경 회로 한 구간을 몇 초 만에 점검하는 방법이기 때문입니다. 이 회로를 반사궁(reflex arc)이라고 부릅니다. 감각을 받는 수용기에서 감각뉴런으로, 척수 안에서 곧바로 운동뉴런으로, 그리고 근육으로 이어지는 짧은 고리입니다.
반사궁의 설계 원리를 정리한 사람은 영국의 셰링턴(Charles Sherrington)입니다. 시냅스라는 용어를 만든 그 사람이고, 1932년 노벨 생리의학상을 받았죠. 그가 밝힌 핵심은 반사가 단순한 자동 반응이 아니라 굽히는 근육을 켜는 동시에 펴는 근육을 끄는 통합 계산이라는 점이었습니다. 굳이 뇌를 건너뛰는 이유는 시간입니다. 신호가 대뇌까지 올라가 판단을 받아 내려오면 수백 밀리초가 걸리지만, 척수에서 끊는 회로는 그 몇 분의 일이면 끝납니다. 화상의 깊이는 그 시간 차이에서 갈립니다.
통증은 손상 계량기가 아닙니다
부딪힌 자리를 문지르면 왜 덜 아플까요. 1965년 멜잭(Ronald Melzack)과 월(Patrick Wall)이 내놓은 관문 통제 이론(gate control theory)이 그 답을 바꿔 놓았습니다. 척수에는 통증 신호를 위로 올려보낼지 결정하는 관문 같은 지점이 있고, 굵은 촉각 섬유의 입력과 뇌에서 내려오는 신호가 그 문을 좁힐 수 있다는 것입니다. 통증은 손상 부위에서 뇌로 일방 통행하는 계량기 눈금이 아니라는 뜻이죠.
오늘날의 이해는 여기서 더 나아갑니다. 통증은 조직에서 올라온 입력에 뇌가 맥락과 주의와 기억과 감정을 얹어 만들어 내는 출력입니다. 그래서 팔다리를 잃은 사람이 없는 손가락의 통증을 생생히 겪는 환상지통이 생기고, 같은 크기의 상처가 전장에서와 일상에서 전혀 다르게 아픕니다. 반대로 통증이 오래가면 신경계 자체가 예민해져서, 손상이 아문 뒤에도 통증이 남는 중추 감작이 일어납니다. 영상 검사에서 이상이 보이지 않아도 그 통증은 꾸며 낸 것이 아닙니다. 다만 원인을 가리는 일은 이 글이 아니라 진료실의 몫이니, 오래가거나 갑자기 성격이 달라진 통증은 의료인의 진찰을 받으시기 바랍니다. 다음 강에서는 이 빠른 전기 신호와 완전히 다른 속도로 몸을 조종하는 두 번째 통신망, 호르몬을 만납니다.
인출 문제
생각해볼 질문 (정답 없음)
- 통증이 뇌가 만드는 출력이라면, 통증을 줄이는 개입은 다친 곳과 뇌 중 어디를 겨냥해야 할까요. 두 방향은 서로 대체하는 관계일까요, 보태는 관계일까요.