오태광의 바이오 산책 <94> 스트레스(Stress) > News Insight

스트레스(Stress)는 한국어로는 “긴장” 또는 “짜증”이라고 표현하는데, 라틴어인 “Stringer”에서 유래되어 “팽팽하게 죄다”라는 의미이다. 외부환경 변화인 스트레스 요인(Stressor)이란 압력을 받으면, 긴장, 흥분, 각성, 불안, 우울, 초조, 심리적 고통 등과 같은 정신적 반응과 땀 흘림, 숨 가쁨, 식욕 저하, 떨림 등과 같은 신체적 반응을 일어나는 현상이다. 심리적이나 생물학적인 스트레스 요인으로부터 신체를 보호하기 위해서 뇌에서는 급격한 변화를 경계하고자 신경과 호르몬으로 대항하여 일어나는 심신(心身)이 변화하는 과정이다. 자극되는 신체 또는 정신적 스트레스 종류와 관계없이 뇌에 인지하여 작용하는 신경과 호르몬 내용은 항상 일정하다는 것은 신기하다. 

캐나다 한스 셀리에(Hans Selye)는 스트레스 종류에 관련 없이 일정한 신경과 호르몬 반응이 작용한다는 사실을 일반 적응 증후군(General Adaptation Syndroms; GAS)으로 표현하였다. 즉, 생체의 생존과 번식에 관련하여 신체나 정신 등 모든 범위에서 일어나는 “일반(General)”적인 과정으로 스트레스에 대응하거나 수용하여 인체가 “적응(Adaptation)”하면서 일어나는 생체반응 증후(Syndrome)로 정의하였다. 초기 원시인류가 살아가던 고온, 높은 이산화탄소 농도, 유독한 아황산가스와 같은 극단적인 지구환경은 인간에게 굉장한 스트레스 상황이었고, 인간이 지구에 등장했을 때는 인간보다 먹이사슬에 상위에 있는 무서운 동물이 많아서 언제든지 긴장을 해야 생존할 수 있었다. 생존과 관련된 위협이 발생하면 인체는 자율신경계 중 교감신경을 흥분시켜서 신체를 각성(覺醒)하여 마치, 전쟁을 준비하듯이 긴장을 하고 먼저 공격하거나 아니면 재빨리 도망을 가는 2가지 행위를 결정하였다. 이런 투쟁과 도피(Fight and Flight)가 인류 생존에 큰 도움이 되어서 어쩌면 현생인류가 살아남아서 현재의 지구의 되었다고 추정한다. 위급한 순간에 인간 개체의 생존율을 높이기 위해서는 느긋한 음식물을 소화하는 활동은 줄이기 위해서 소화기관의 혈액량을 줄이고, 심장박동과 혈압을 상승시켜서 혈액을 빠르게 신체의 활동 부위로 보내었다. 즉, 신체 말단의 근 골계(筋骨系)로 혈액량을 많게 하여 영양분과 산소공급을 높여서 많은 에너지를 만들어 투쟁과 도피를 빠르게 할 수 있게 준비한다. 아울러, 땀샘을 활성화하여 강력한 신체활동으로 생긴 열을 제거할 준비를 하면서 동공을 크게 하여 위급한 상태의 추이를 경계할 수 있게 준비하였다. 위급한 상황에서 뇌가 극심한 스트레스를 느끼게 되는 것은 뇌가 직간접적으로 경험하지 못하여 기억된 바가 없는 행위로 이유 없이 갑자기 공격을 받아서 올바른 판단을 하지 못할 때 가장 많은 스트레스를 받는다. 실제로 예기치 못하게 배우자가 갑자기 사별하는 것과 같은 심한 급성 스트레스를 받으면, 심장근육 수축력이 완화하여 기능 저하로 심한 가슴 통증과 호흡이 곤란한 “아픈 마음 증후군(Broken heart syndrome)”이 발병하기도 한다. 스트레스가 인간 건강을 나쁘게 한다고 생각하여 반대로 스트레스가 전혀 없는 상태에서는 건강할 것으로 생각했는데, 사실은 그렇지 않다. 스트레스가 전혀 없는 상태에서 인간 행위를 연구한 캐나다 맥길대학교(McGill University) 심리학 실험에서 스트레스가 전혀 없는 상황에서 대부분 참여자는 지루함을 견디지 못하여 결국 실험을 계속할 수 없을 정도로 심리적 스트레스를 받았다. 

결국, 사람은 본래 끊임없이 자극을 추구하는 본능을 지녀서 끊임없이 일어나는 작은 스트레스를 극복하여 나가면, 더 건강하게 생활하고 수명도 늘어날 것으로 생각한다. 직장에서 정년퇴직하고 경제적 여유가 있는 사람이 일한 보수의 고저(高低)에 관련 없이 다시 일거리를 찾아 나서는 사람들을 많이 보는데, 이는 인간의 본성인 끊임없는 자극을 느끼면서 건강하게 사는 방법이라고 생각한다. 과도한 스트레스로 고통받는 사람들에게는 도저히 이해할 수 없는 일이지만, 주어진 일도 없이 긴 세월을 무의미하게 보내는 유유자적(悠悠自適)한 사람도 대부분 건강하지 못하다는 이야기와 재미있고 즐거운 자극적인 취미생활을 하더라도 스트레스를 벗어날 수 없다면, 건강하지도 행복하지 않다는 사실은 스트레스가 가지는 역설(Paradox)이다.

<투쟁과 도피(Fight and Flight) 시 HPA 축 반응>

 응급하거나 생명이 위급한 상황에서 스트레스를 느끼게 되면, 인체 생리학적 반응이 일어나면, 스트레스 지각(知覺)인 자율신경계의 교감신경을 활성화하여 직접적 관련이 적은 신체 기관의 활동을 최소화하고 신체의 공격, 방어, 혹은 도피에 필요한 에너지 동원에 주력한다. 이런 반응을 월터 캐넌(Walter Cannon, 1932)은 “투쟁-도피반응(Fight-Flight Response)”이라고 명명(심리학 용어사전, 2014.4.)하였다. 헤스(Hess, W.R, 1969)가 발견한 고양이 실험에서 외부환경에서 위급한 상황을 감지하는 뇌의 시상하부에 전기 자극을 주면 분노하는 표정으로 투쟁과 도피에 필요한 활동 부위인 골격근 혈류가 증가하고, 직접적으로 활동과 관련이 적은 소화기관에 혈류가 감소하여, 실제로 분노했을 때와 같게 자율신경과 신체활동 반응이 일어나는 것을 알 수 있었다. 즉, 스트레스 종류가 다른 긴급한 신체적 자극과 심리적 자극은 같은 투쟁과 도피에 필요한 인자로 인지하였고, 자신을 방어하는 전신반응이라는 의미로 “방어반응”으로 헤스(Hess, W.R,)는 명명하였다. 결국, 스트레스로 일어나는 투쟁과 도피는 첫 번째로 신체적 또는 심리적 위해 자극인지 여부를 평가하여 자동으로 싸우거나 달아나는 투쟁과 도피반응을 유발하는 동시에 부정적 감정이 일어난다. 

두 번째로  위협이 된다고 지각될 때 이러한 스트레스에 대한 평가는 그림 1 (a) 과 같이 뇌의 한 부분인 시상하부(Hypothalamus)를 자극하고 시상하부는 뇌하수체(Pituitary gland)로 하여금 스트레스에 대항하여 싸우는 호르몬인 ACTH (Adreno Cortico Tropic Hormone) 라는 부신피질자극호르몬을 분비하도록 명령하며 동시에 자율신경계의 교감신경을 활성화하는 HPA(Hypothalamus-Pituitar-Adrenal Axis, 시상하부-뇌하수체-부신 축)이 작동하여 부신피질에서 그림 1 (b)처럼 스트레스 호르몬인 코르티솔(Cortisol)이 분비되어서 교감신경계를 활성화하여 여러 인체 기관에 작용하여 스트레스를 발생하게 한다.

<투쟁과 도피(Fight and Flight) 시 교감신경과 카테콜아민 호르몬 반응>

자율신경계(Autonomic nervous system)는 교감신경(Sympathetic nerve)과 부교감신경(Parasympathetic nerve)의 2개의 신경이 존재하는데, 스트레스를 지각할 때는 시상하부에 의해 활성화되는 교감신경은 스트레스를 유발하여 신체 혹은 심리적인 위협에 맞서 문제를 해결할 수 있도록 투쟁-도피반응인 생리적 각성 반응을 일으킨다. 

부교감신경 역시 같은 뇌의 시상하부에서 자극되지만, 평온하고 안정된 상태로 되돌려 신체를 균형 상태에 이르게 하는 작용을 한다. 외부의 위협적인 자극을 지각하면 투쟁 및 도피반응, 즉 뇌하수체가 스트레스와 싸우는 부신피질자극호르몬(ACTH)을 분비하고 동시에 교감신경이 활성화된다. 호흡은 스트레스를 지각하면 교감신경이 활성화되고 이에 따라 호흡이 빨라지며 얕은 숨을 쉬게 되어서 가슴으로 숨을 쉬어서 짧은 시간 내에 많은 양의 산소를 공급할 수 있게 한다. 마찬가지로 교감신경은 심장박동 수를 증가시켜서 혈류속도를 높여서 에너지(포도당)와 산소의 공급을 많게 하고 대사 폐기물과 이산화탄소를 제거하여 움직이는 골격근을 최상의 상태로 만든다. 

심장 박동 수는 보통 1분에 70∽90번인데, 스트레스를 자각하면 1분에 200~220번으로 치솟기도 한다. 간과 위장 기능은 스트레스 상황에서 간은 비축하고 있던 포도당을 혈액에 분비하여 즉, 투쟁-도피반응에서 신체가 위협에 빠르게 대처할 수 있도록 에너지를 공급하는 것이다. 스트레스를 경험한 후 흔히 지치고 피곤함을 느끼는 것은 신체의 에너지원인 포도당이 많이 소비되었기 때문이다. 특히, 스트레스를 받으면 위장의 소화 기능이 현격히 떨어지는데, 그 이유는 스트레스를 지각할 때는 위장에서 사용될 혈액까지 근육이나 신체 중요 기관으로 보내지기 때문이다. 스트레스 상황에서는 근육긴장을 높여서 위협에 맞서 싸우거나 도망가기 위해 몸을 민첩하게 움직여야 하므로 근육의 긴장도가 높아지는데, 마치 100m 육상선수가 경기 출발을 기다리듯이 긴장을 한다. 이런 이유로 스트레스가 장시간 지속되어 근육의 긴장도 오래 지속되면 근육통에 시달리게 된다. 

또한, 스트레스를 인지하고 뇌하수체에서 분비된 부신피질자극호르몬은 그림 1의 (a))에 보듯이 부신피질에서 두 종류의 카테콜아민(Catecholamines)계 호르몬인 노르에피네프린(nor-Epinephrine)과 에피네프린(Epinephrine)을 분비하게 한다. 에피네프린과 노르에피네프린은 우리 몸이 만들어 내는 강력한 흥분제로서, 이들 호르몬은 식욕 부진, 불면증, 그리고 정신적인 도취감을 느끼게 하는 물질이고 에피네프린은 부신피질에서만 분비되는 호르몬으로, 대표적인 스트레스의 생리적 지표로 알려져서 혈액 속의 에피네프린 수치를 측정하면 스트레스를 어느 정도를 알 수 있다. 스트레스 상황에서 부신피질에서 분비된 에피네프린과 노르에피네프린은 심장박동과 혈압을 상승시키고 땀샘을 활성화하며, 혈액을 골격으로 많이 흐르게 하여 혈관에 포도당(glucose)을 증가시켜 신진대사를 증진하도록 에너지를 공급한다. 이런 생리적 각성 반응은 위협이 되는 스트레스 상황에 맞서 문제를 해결하도록 신체적으로 준비를 시키는 것이라 할 수 있다. 신체의 각 부분에서 스트레스로 인해 나타나는 생리적 반응은 상반 반응으로 신경은 길항작용을 하고 동시에 분비되는 호르몬은 되먹임(Feedback) 반응으로 조절하여 인체는 아주 정밀하게 항상성을 유지할 수 있게 한다. 피부 혈관도 수축하는데, 투쟁과 도피반응 중 상처에 대비하여 혈액 유출을 최소화하고, 혈액을 골격근으로 더 많이 공급하기 위해서이다. 또한 동공을 크게 확장 시켜 위급 상황에서 시각 정보를 더 잘 얻게 한다. 한편 땀샘에서는 땀의 분비가 증가하여 활동으로 인한 골근 계에서 발생하는 열을 외부로 발산시켜서 활동 증가에 따른 체온 증가에 대처할 수 있다. 또한 폐의 기관지가 확장되며 호흡률이 증가시켜서 산소공급과 이산화탄소 배출이 더욱 신속하게 이루어진다. 아울러, 위급 반응에 대처하다가 생길 수 있는 상처로 인한 혈액 유출을 막기 위해서 혈액의 응고도 쉽게 이루어지게 한다.

<투쟁, 도피(Fight or Flight) 시 장기별 호르몬 영향과 신체 반응>

투쟁과 도피반응은 급성 스트레스반응(Acute Stress Response)으로 생명을 위협받는 급성 스트레스에서 생존을 위해 대항할 것(Fight)인지 달아날 것(Flight)인지를 자동적이면 즉각적으로 반응하는 인체생리 반응으로 교감신경이 관여하고 주요호르몬은 부신수질에서 분비되는 카테콜아민계 호르몬 에피네프린과 노르에피네프린이 작용하는데 표 1과 같이 구체적으로 작용한다. 

위기 상황이기 때문에, 전체적으로 꼭 필요하지 않은 인체 생리적 활동은 감소시키고, 스트레스에 대항해서 싸우거나 피해서 달아나는데 가장 적합 상태를 만드는 것을 알 수 있고, 100m 달리기 선수가 출발선에 발을 대고 가장 빠른 속도로 달릴 준비를 하는 것과 비슷하다. 음식물을 소화하는 위장이나 생식기관은 급하게 반응하는 스트레스에 반응할 필요가 없어서 혈류량을 감소하고, 대소변을 배출하고 콩팥에서 소변을 많이 만들지 않아서 몸을 가볍게 하여 투쟁/도피를 쉽게 한다. 장시간이 걸리는 치료에 사용하는 면역은 감소시키고, 단시간에 염증을 제거하는 면역 활성은 높여서 근육의 움직임을 편하게 한다. 통증 신경에 혈액 공급을 줄이면 통증에 둔감하여 싸우거나 도주에 유리하게 한다. 에너지와 산소를 많이 공급하여 강한 힘을 얻기 위해서 심장과 폐의 활성을 높인다. 뇌도 쓸데없는 기억을 하지 않고 다가오는 위협에 대한 기억을 좋게 하고, 눈을 크게 떠서 위험물을 빨리 찾는다, 땀샘을 자극하여 움직이면서 발생하는 열을 제거하여 과열로 인한 근골계의 효율 저하를 막아 준다. 

혈액의 순환은 투쟁과 도피반응에 매우 중요하여 기관의 혈액량을 조절하여 표 1.과 같은 장기 내의 신체 반응을 유도하는데, 호르몬과 교감신경의 작용이 매우 중요하다. 에피네프린과 노르에피네프린과 같은 아드레날린계 호르몬은 장기 내에 있는 아드레날린 수용체와 결합하여 혈관을 확장 또는 수축하여 혈류량을 증가하거나 감소시킨다. 골격근의 혈류는 부신수질에서 분비된 에피네프린이 골격근에 있는 β2 아드레날린 수용체와 결합하여 골격근의 혈관을 확장하여 혈류량을 증가시킨다. 부신수질의 경우는 교감신경이 부신수질을 자극하여 에피네프린을 분비하고, β2 아드레날린 수용체와 결합하여 근육 혈관을 확장하여 포도당과 산소공급을 증가시키고, α1 아드레날린 수용체와 결합하여 콩팥과 복강 장기 혈관을 수축하여 소변량을 줄인다. 피부는 교감신경이 땀 분비를 자극하는 것 이외는 혈류량이 큰 변화는 없지만, 아세틸콜린(Acetylcholine)이라는 신경전달 물질이 땀을 분비하여 키닌(kinin)을 국소적으로 생성하여 모세혈관 투과성을 높이고, 소동맥(Arteriol)을 확장, 소정맥(Venule)은 수축시킨다. 이렇게 되면 피부 모세혈관에서 간질(Interstitium)로 체액의 여과가 증가하여 피부를 팽윤시킨다. 정맥은 교감신경으로 수축하고 심장은 교감신경 항진과 미주신경 저하는 심박수와 수축력을 증가시켜서 심장에 혈액 배출량을 증가시킨다. 평균 동맥압은 혈관 수축 또는 확장의 균형으로 말초 부위 혈관 저항을 증가 또는 감소시키지만, 심박출량이 증가하고 저항의 변화로 동맥압은 증가하고 혈액량으로 소변 배출을 조절하여 유지한다. 

<맺 는 말>

스트레스에 대해서 자주 이야기하면서도 스트레스가 무엇인가? 라는 질문에는 쉽게 답하지 못하고 있다. 정신적이나 신체적으로 비정상 아니지만, 약한 불편함은 있다고 정도로 생각하고 있다. 즉, 질병에 걸린 것처럼 심각하게 생각하지는 않고, 단지 일상적인 “불편함” 정도로 이해하고 있지만 모든 질병은 스트레스에서 출발한다는 것을 잊지 말아야 한다. 스트레스를 너무 많이 받거나 만성적으로 받으면 인간은 호르몬을 분비하는 내분비계, 신경계, 면역시스템 등이 이상이 생겨서 신체에 큰 문제점이 생길 수도 있다는 점은 매우 중요하다. 보통, 스트레스는 3단계로 설명하는데, 초기 경보단계에서는 자극으로 여겨 교감신경계가 활성화되어서 에피네프린(아드레날린)과 노르에피네프린이란 호르몬이 분비되어서 신체에 집중력을 높여 주지만, 지속시간은 길지 않다. 경보단계의 스트레스는 사람을 활성화하여 오히려 긍정적인 영향을 미친다고 한다. 실제, 전혀 스트레스가 전혀 없으면 사람은 오히려 심심해서 지루함을 느껴서 신체활동이 저하되기 때문에 경보단계 스트레스는 인체 활력을 불어넣어 준다는 연구 결과도 있다. 두 번째는 경보단계가 오래 지속되면 신진대사가 바뀌고, 교감신경계가 흥분하고 호르몬을 분비하여 신체 장기에 부정적인 영향이 미치게 된다. 세 번째 고갈단계에는 스트레스로 인하여 신체의 항상성이 깨어지면서 다양한 질병이 생긴다. 특히, 스트레스는 신체적, 정신적 건강을 완전히 파괴할 수 있어서 주의를 가지고 생활습성과 스타일을 고치고 돌보아야만 한다. 과중한 업무나 업무 스트레스로 신체와 정신을 심하게 긴장하면 생체에너지를 만드는 포도당과 산소를 소진하여 탈진하는 “번아웃 증후군(Burnout sydrome)”는 독일의 심리학자 허버트 프로이덴버거(Herbert Freudenberger)가 발표하였고 국제보건기구(WHO)는 11차 국제질병분류(개정판)에 작업장 만성 스트레스에 의한 주요건강상 문제점이라고 기술하였다. 육체적으로 전혀 움직이지 않는데도 불구하고 입시 시험이나 상사로부터 질책을 받으면 굉장한 피로감을 느끼는 번아웃 증후군을 많이 경험 했을 것이다. 흥분을 유도하는 공격적인 교감신경을 자극하는 것을 완화하는 방법은 긴장을 풀어주는 부교감신경을 활성화하는 명상, 요가 등을 활용하여 스스로 스트레스를 풀면서 긍정적으로 자신을 사랑하는 방법을 생활 습관으로 실천하여야 한다. 하지만, 스트레스가 약간 있는 것은 오히려 건강에 도움이 될 수 있다고 하니 스스로 신체적 정신적 스트레스를 확장하지 않은 생활 스타일 확립은 매우 중요하다. 과도한 스트레스로 고통을 받는 사람들도 행복하지 못하지만, 주어진 일도 없이 긴 세월을 스트레스 없이 유유자적한 생활을 하는 사람들도 결코 행복하지 못하다는 사실에서 경보단계의 약한 스트레스를 극복하면서 항상성을 유지하면서 사는 생활 습관이 건강 유지에 매우 중요하다고 생각한다. 우리나라도 2024년 12월 24일로 이미 65세 이상인 인구가 20%가 넘는 초고령화 시대로 이미 바뀌고 있어서, 평균수명 60~70세 시대에 만들어진 정년퇴직 기간을 합리적인 방법으로 변화할 필요가 있다고 생각한다, 나이가 65세 이상인 사람도 적어도 20년 이상 남아 있는 인생 후기의 생활도 무기력하게 살아가지 않고 최소한의 스트레스를 느끼면서 자기 성취를 할 수 있는 방안을 만들기 위한 연구가 필요하다고 생각한다. 

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