만성 스트레스가 당신의 뇌에 하는 일

1935년 몬트리올. 맥길 대학교의 젊은 내분비학자 한스 셀리에는 유리 주사기가 담긴 쟁반을 들고 동물 사육실을 가로질러 걷는다. 각 쥐에게는 서로 다른 자극 물질이 주어질 예정이다. 한 무리에게는 조잡하게 추출한 난소 추출물이, 다른 무리에게는 포르말린이, 세 번째 집단에게는 단순한 추위 노출이 주어진다. 셀리에는 서로 다른 화학 물질이 서로 다른 손상을 일으킬 것이라 예상했다. 그러나 몇 주 뒤 동물들을 열어 보았을 때, 그는 무엇을 주사했든 관계없이 우리마다 똑같은 세 가지를 거듭 발견했다. 부신은 커져 있었고, 흉선과 림프 조직은 쪼그라들어 있었으며, 위 점막에는 궤양이 생겨 있었다. 모든 자극 물질에서 동일하게 나타난 하나의 삼징후였다.

그 거듭 나타난 삼징후가 한 아이디어의 씨앗이 되었고, 셀리에가 결국 그것을 묘사하기 위해 물리학과 공학에서 빌려 온 단어는 당시에는 아직 지금의 의미를 갖고 있지 않았다. 그가 선택한 단어는 "스트레스"였고, 이후 수십 년에 걸쳐 그것은 20세기를 지배한 의학적 비유가 되었다. 그의 쥐들이 제기한 수수께끼는 바로 이 글이 답하려는 것이다. 어떤 도전에도 맞설 준비가 된 단 하나의 조율된 신체 반응이 있다면, 어째서 너무 오래 작동한 바로 그 반응이 결국 그것을 통제하는 바로 그 장기를 부식시키게 되는 걸까?

거의 모든 도전에 대한 일반적 반응

셀리에의 핵심 주장은, 그가 일반 적응 증후군이라 부른 것으로, 신체가 지속적인 도전에 맞서 위협의 구체적 성격에는 별로 개의치 않는 정형화된 반응을 보인다는 것이었다. 그는 이를 세 단계로 나누었다. 첫째는 경보 단계로, 위협이 나타난 지 수 초에서 수 분 안에 교감 신경계와 호르몬성 스트레스 회로가 즉각적으로 동원되는 것이다. 둘째는 저항 단계로, 스트레스 요인이 지속될 경우 유지되는 적응 상태이며, 이 동안 신체는 높아진 설정점에서 작동하며 대처해 나간다. 셋째 단계는 소진으로, 스트레스 요인이 적응 체계가 따라잡을 수 있는 한계를 넘어 지속될 때에만 찾아오며, 이때 유기체를 보호하던 기제가 무너지기 시작한다.

핵심적이면서도 흔히 놓치는 점은, 처음 두 단계가 병리가 아니라는 것이다. 그것은 설계된 대로 작동하는 신체의 모습이다. 위험, 그리고 셀리에의 연구에서 자라난 이 분야 전체의 임상적 관심사는 바로 그 셋째 단계, 즉 지나치게 길어지거나 끊임없이 반복되어 체계의 회복 능력을 넘어서는 활성화에 있다. 어째서 소진이 특히 뇌를 손상시키는지 이해하려면, 이 전체 과정을 추동하는 호르몬 연쇄를 따라가야 한다.

위협에서 호르몬까지, 네 단계

스트레스 반응의 호르몬 엔진은 HPA 축이라 불리는 중계 장치로, 시상하부, 뇌하수체, 부신이라는 세 정거장의 이름을 딴 것이다. 이것은 네 단계의 연쇄로 작동하며, 이야기의 뒤에 나오는 모든 결과가 이에 달려 있으므로 그 논리를 주의 깊게 따라갈 가치가 있다.

신체적 부상이든 순전히 심리적 걱정이든, 스트레스 요인은 시상하부 실방핵이라 불리는 작은 세포 무리에 등록된다. 이 세포들은 신호 분자인 부신피질자극호르몬방출호르몬(CRH)을, 시상하부와 바로 아래 뇌하수체를 직접 연결하는 전용 혈관망인 시상하부-뇌하수체 문맥계로 분비한다. CRH는 뇌하수체 전엽을 자극해 두 번째 호르몬인 부신피질자극호르몬(ACTH)을 방출하게 하는데, 이번에는 일반 혈류로 내보낸다. ACTH는 각 신장 위에 얹힌 작은 분비샘의 바깥 껍질인 부신 피질까지 내려가, 이 모든 이야기의 중심에 있는 호르몬, 즉 코르티솔을 방출하라고 지시한다.

코르티솔은 이 연쇄가 만들어 내려는 바로 그것이다. 그것은 스테로이드로, 지용성이라는 뜻이며 따라서 신체 전반의 세포막을 통과할 수 있고, 결정적으로 혈액뇌장벽을 넘어 뉴런에 직접 작용할 수 있다. 그 단 하나의 속성, 즉 뇌에 도달할 수 있는 능력이야말로 신장 근처의 분비샘이 만든 호르몬이 결국 기억과 기분과 주의를 다시 빚어내는 이유다.

뇌 자신의 제동 장치, 그리고 그것이 닳아 버리는 이유

켜는 법밖에 모르는 체계라면 치명적일 것이다. HPA 축에는 내장된 차단 스위치가 함께 있으며, 그 스위치를 이해하는 것이 만성 손상을 이해하는 열쇠다. 코르티솔이 뇌에 도달하면 중요한 세 곳, 즉 전전두피질, 연쇄를 시작한 실방핵, 그리고 무엇보다도 새 기억을 형성하는 데 필수적인 해마 모양의 구조물인 해마의 뉴런 안 수용체에 결합한다.

해마와 실방핵에서의 결합은 체계에 멈추라고 알린다. 사실상 코르티솔은 본부에 보고를 올려 더 이상의 CRH와 ACTH 방출을 줄이라고 명령하는 셈이어서, 코르티솔이 오를수록 자신을 만들어 낸 바로 그 신호들을 억제한다. 이것이 음성 되먹임으로, 방이 따뜻해지면 보일러를 끄는 온도 조절기와 똑같은 공학 원리다. 해마는 그 회로에서 가장 중요한 감지기, 즉 코르티솔 수치를 읽어 제동을 거는 구조물이다.

여기에 만성 스트레스의 핵심에 자리한 잔혹한 비대칭이 있다. 해마는 체계의 제동 장치이면서 동시에 그것이 제동을 거는 바로 그 대상에 가장 취약한 뇌 영역이다. 차단 스위치를 쥐고 있는 뉴런들은 코르티솔 수용체로 빽빽이 들어차 있는데, 바로 그것이 코르티솔이 너무 오래 높게 유지될 때 그 뉴런들을 그토록 노출되게 만드는 요인이다. 제동 장치 자체가 손상되면 그것은 압력을 가하기를 멈추고, 축은 덜 제어된 채 돌아가며, 코르티솔은 더 높이 치솟고, 해마는 더 심하게 손상된다. 본래 스스로를 제한하도록 설계된 되먹임 고리가 만성적 부하 아래에서는 스스로를 증폭하는 것으로 바뀔 수 있다.

짧은 스트레스의 분출이 당신에게 이로운 이유

손상을 목록으로 정리하기에 앞서, 이 모든 장치가 애초에 왜 존재하는지 정확히 짚어 둘 가치가 있다. 단기적으로 보면 스트레스 반응은 우아한 생존 공학의 산물이기 때문이다. 급성 위협에 직면하면 코르티솔과 그보다 빠른 동반자인 아드레날린은 위험에 처한 동물에게 필요한 바로 그 일을 한다. 코르티솔은 간에서 포도당을 동원해, 근육과 뇌가 즉시 사용할 수 있는 연료로 혈류를 가득 채운다. 혈압이 올라 산소가 일하는 조직에 도달한다. 주의가 날카로워지는데, 이는 부분적으로 청반이라 불리는 작은 뇌간 핵에서 뻗어 나온 노르아드레날린성 투사 덕분이며, 청반은 뇌의 각성 증폭기 역할을 한다. 심지어 면역계조차 잠시 감시 기능이 강화되는데, 이는 싸움이나 도주가 가져올 상처에 대처하기 위해 분별 있게 배치된 것이다.

이것이 작동 중인 셀리에의 경보 단계와 저항 단계이며, 여기에는 아무런 잘못이 없다. 이 반응을 일으킬 수 없는 유기체라면 모든 포식자와 모든 감염에 무방비로 휘둘릴 것이다. 문제는 결코 급성 반응 그 자체가 아니다. 문제는 똑같은 호르몬이 똑같이 높은 수치로, 실제로는 어떤 포식자도 존재하지 않는데도 몇 주, 몇 달씩 지속될 때, 즉 위협이 적대적인 받은 편지함이나 신체가 달아날 수 없는 만성적 금전 불안일 때다. 기제는 동일하며, 다른 것은 오직 지속 시간뿐인데, 지속 시간이 모든 것을 좌우한다.

알로스타틱 부하의 해부학

신경과학자 브루스 매큐언은 이 대가를 명료하게 사고할 수 있도록 이 분야에 필요한 개념을 제공했다. 1998년 뉴잉글랜드 의학 저널에 실린 영향력 있는 에세이에서 그는 알로스타틱 부하라는 개념을 정식화했는데, 이는 신체가 스트레스 체계를 거듭 켜고 끄며 높은 상태로 유지하는 데 치르는 누적된 마모의 대가다. 알로스타시스란 변화를 통한 안정의 달성, 즉 요구에 맞춰 설정점을 끊임없이 조정하는 것을 뜻하며, 알로스타틱 부하는 그 조정이 결코 완전히 원래로 되돌아가지 못할 때 날아오는 청구서다.

만성적으로 높아진 코르티솔이 뇌에 하는 일은 이제 상당히 잘 밝혀져 있으며, 그 변화는 단지 화학적인 것이 아니라 구조적이다. 해마에서는 뉴런의 정교한 가지 뻗기(수상돌기)가 움츠러드는데, 이를 수상돌기 위축이라 한다. 그리고 성인의 해마가 본래 해낼 수 있는 새 뉴런의 탄생, 즉 신경 발생이 억제된다. 판단과 계획, 충동 조절의 자리인 전전두피질도 움츠러든다. 뇌의 위협 탐지 중심인 편도체는 반대 방향으로 움직여 더 커지고 더 반응적으로 변하는데, 이 변화를 비대라 한다. 그 종합적 결과는, 두려움과 반응성으로 치우치고 본래 그것을 조절했을 바로 그 영역들이 약해진 뇌다. 기억과 제동을 담당하는 구조물은 쪼그라드는 반면, 경보 종소리는 더 크게 울린다.

손상은 두개골 안에 국한되지 않는다. 알로스타틱 부하는 면역 조절 장애, 복부 장기 주변에 쌓이는 내장 지방, 그리고 높아진 심혈관 위험으로도 나타나며, 그래서 만성 스트레스는 한낱 비유적 표현이 아니라 심장 질환의 진정한 원인이 된다.

개코원숭이 무리와 병원의 쌍둥이 연구

두 갈래의 증거가 이 그림에 현대적 형태를 부여했다. 신경과학자 로버트 새폴스키는 1970년대 후반부터 수십 년 동안 세렝게티의 올리브개코원숭이 무리를 추적하며, 그 무리의 사회적 위계를 만성 스트레스의 자연 실험으로 삼았다. 안정된 무리 속 야생 개코원숭이는 하루에 몇 시간만 먹이를 찾는 데 쓰고 나머지 시간은, 새폴스키의 인상적인 표현을 빌리면, 서로에게 사회적 스트레스를 만들어 내며 보내는데, 이는 인간을 괴롭히는 심리적이고 지위에 좌우되는 만성 스트레스의 유난히 좋은 모형이 된다. 그의 대중적 종합서 얼룩말은 왜 위궤양에 걸리지 않는가(1994)는 이 글이 딛고 선 핵심적 구분을 폭넓은 독자에게 전했다. 사자를 피해 달아나는 얼룩말은 엄청난 급성 스트레스 반응을 일으키지만, 살아남은 뒤에는 코르티솔이 기준선으로 다시 떨어지면서 풀을 뜯는 일상으로 돌아간다. 결코 물리적으로 실현되지 않는 위협을 두고 몇 달씩 속을 끓이는 인간은 그 반응을 켜진 채로 유지하며, 그 대가를 치른다.

외상 후 스트레스 장애의 사례는 코르티솔과 손상 사이의 관계가 "스트레스가 많을수록 코르티솔이 많아진다"보다 더 미묘하다는 것을 보여 준다. PTSD는 비전형적인 HPA 양상을 보이는데, 기저 코르티솔이 높기보다 흔히 낮거나 정상이며, 여기에 강화된 음성 되먹임, 과활성화된 편도체, 그리고 확립된 경우에는 줄어든 해마 부피가 동반된다. 명백한 해석은 외상이 해마를 쪼그라뜨린다는 것이겠지만, 2002년 길버트슨과 동료들의 면밀한 연구는 그 이야기를 복잡하게 만들었다. 그들은 한 사람은 전투에 노출되고 다른 한 사람은 그렇지 않은 일란성 쌍둥이 쌍들을 조사했는데, 더 작은 해마 부피가 외상에 노출된 쌍둥이의 증상과 연관될 뿐 아니라 노출되지 않은 그의 형제에게서도 함께 나타난다는 것을 발견했다. 이는 더 작은 해마가 순전히 외상이 남긴 흉터라기보다 부분적으로 이미 존재하던 위험 요인임을 시사한다. 다시 말해 인과관계는 양방향으로 흐를 수 있다.

코르티솔을 올바르게 읽기: 하루의 곡선

마지막으로 한 가지 교정이 흔한 오해를 막아 준다. 코르티솔은 위험이 나타날 때까지 0에 머물러 있는 단순한 스트레스 호르몬이 아니다. 그것은 어떤 스트레스 요인과도 무관하게 그 자체의 강한 하루 리듬을 따른다. 수치는 깨어난 뒤 첫 30분 동안 치솟는데, 이는 코르티솔 각성 반응이라 알려진 믿을 만한 급등으로 하루를 위해 몸을 동원하는 데 도움을 준다. 그런 다음 오후와 저녁 내내 꾸준히 낮아져 자정 무렵 최저점에 이른다. 급성 스트레스 반응은 이 곡선을 대체하는 것이 아니라 그 위에 올라탄다. 그 실질적 결과는, 측정한 시각을 모른 채로는 단 한 번의 코르티솔 측정값이 거의 아무 의미가 없다는 것이다. 오전 7시에는 건강한 기능을 알리는 수치가 밤 11시에는 경고 신호가 될 것이기 때문이다. 연구자들의 표현대로, 시계를 무시한 채 코르티솔 값을 읽는 것은 범주 오류다.

핵심 정리

1935년 셀리에의 기이하게 똑같았던 쥐들에서 시작된 이야기는 하나의 일관된 그림으로 정리된다. 신체는 경보, 저항, 소진의 일반 적응 증후군을 통해 도전에 맞서며, 이는 시상하부 실방핵의 CRH에서 뇌하수체 전엽의 ACTH로, 다시 부신 피질의 코르티솔로 이어지는 네 단계 HPA 연쇄가 추동한다. 그리고 음성 되먹임은 주로 해마와 전전두피질의 코르티솔 수용체를 통해 작용한다. 급성 스트레스는 연료를 동원하고 주의를 날카롭게 하는 진정으로 적응적인 것이며, 해는 오직 길어지거나 반복되는 활성화에서만 온다. 매큐언은 1998년 이를 알로스타틱 부하라 이름 붙였고, 이는 해마의 수상돌기 위축과 억제된 신경 발생, 전전두피질의 움츠러듦, 편도체의 비대, 그리고 실제 심혈관 비용으로 나타난다. 해마는 체계의 제동 장치이면서 동시에 가장 취약한 표적이기에 만성 스트레스는 스스로를 증폭할 수 있다. 새폴스키의 개코원숭이들과 그의 얼룩말은 왜 위궤양에 걸리지 않는가는 이 급성 대 만성의 구분에 지속적인 형태를 부여했고, PTSD 쌍둥이 연구는 원인과 결과가 양방향으로 흐를 수 있음을 일깨우며, 코르티솔의 강한 하루 리듬은 측정한 시각을 모르고서는 단 한 번의 측정값도 해석할 수 없음을 뜻한다.