[잠깐과학]한숨의 메커니즘

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한숨은 얕은 숨을 쉬다가 일시적으로 깊은 숨을 쉬는 현상이다. 보통 걱정이 있거나 탈진했을 때 한숨을 쉬지만 위험에서 벗어나 안도할 때도 한숨이 나온다. 그렇다면 한숨이 꼭 감정을 동반할까? 한숨의 생리적 기능은 뇌의 기체 교환 효율을 높이는 활동이다. 즉 반복된 얕은 호흡으로 찌그러진 채 있는 폐포에 공기를 가득 넣어 다시 펴지게 한다. 폐는 가끔 한숨을 쉼으로써 조직을 재정비해 호흡의 효율은 높이는 것이다.

미국 하워드휴즈의학연구소 잭 펠드먼 교수 연구팀은 지난 2016년 생쥐 뇌간의 유전자 발현 패턴을 분석해 한숨이 일어나는 메커니즘을 알아냈다.  

과학자들은 호흡리듬은 생쥐의 연수에 있는 전뵈트징어복합체가 관장하고 있다고 보고 있다. 전뵈트징어복합체는 작은 조직으로 생쥐의 경우 뉴런이 3000여개에 불과하지만 호흡조절에 핵심 역할을 한다. 전뵈트징어복합체에서 호흡의 리듬을 발생시키면 그 신호가 VRG전 운동뉴런을 통해 근육으로 전달돼 들숨과 날숨을 쉬게 된다.

연구팀은 이 전뵈트징어복합체와 RTN/pFRG에서 한숨을 조절하는 회로를 발견했다. 두 가지 뉴런이 한숨을 쉬라는 생리적 또는 감정적인 입력신호를 받으면 신경펩티드를 분비하고, 이를 전뵈트징어복합체의 뉴런이 감지해 호흡리듬을 변화시켜 한숨을 쉬게 된다는 것이다.  전뵈트징어복합체에서 한숨에 관여하는 뉴런은 200여 개로 전체 뉴런의 7%에 이르는 것으로 파악했다.

연구팀은 한숨을 쉴 때는 전뵈트징어복합체의 뉴런의 활동 패턴이 평소와 다르게 나타난다는 사실을 알아냈다. 즉 들숨 뉴런이 켜졌다가 꺼진 뒤 바로 다시 켜지는 ‘이중 발화(double burst)’가 일어나며 숨을 깊이 들이쉬게 된다. 그 결과 평소보다 두 배나 많은 공기가 폐로 들어온다. 이렇게 꽉 찬 공기를 내보내다 보니 날숨도 길어지고 때로 "후~"와 같은 추임새도 동반된다.

생쥐에게 이런 뉴런만 골라 죽이는 약물을 주입하자 평소는 물론이고 산소부족(공기 중 산소 농도 8%) 상황에서도 한숨을 거의 쉬지 않았다. 연구자들은 사람에게서도 한숨을 쉬는 메커니즘이 비슷할 것으로 추정하고 있다. 

*원문: 동아사이언스 2018년, [강석기의 과학카페] 호흡은 어떻게 감정을 조절할까

http://dongascience.donga.com/news.php?idx=22199

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