잠은 뇌 배수로를 확장시킴
저는 며칠 전에 “잠은 치매 예방 그리고 완화에 도움” 제목의 글을 여기에 올렸습니다. 이번 글은, 왜 잠자는 일이 우리 뇌 속에 쌓이는 단백질 쓰레기들―일테면, 알츠하이머 병의 주범인 베타 아밀로이드 beta-amyloid, 그리고 신경퇴행성 질환들인, 일테면 파킨슨 병, 노인성 치매 Lewy body disease 그리고 다중 시스템 위축 multisystem atrophy 에서 나타나는 시누클레인 단백질들 synuclein proteins 처럼, 질병에 연루된 다른 단백질 쓰레기들도 낀―을 우리 몸통바깥으로 내보내는 한 통로를 발견했던, 그들이 쓴 한 논설을 소개합니다. 저는 그것을 [한 한글버전]으로 옮겨 제 블로그ㅡ주승환마당/치매자료/뇌의 배수ㅡ에 올려놓았습니다.
http://blog.naver.com/juga6261/220653346161

그 논설의 주요 내용을 간추려 소개합니다.

우리 뇌 세포의 무게 그리고 그것의 소비 에너지
한 사람이 살아가려면, 반드시 그 몸통을 이룬 장기나 조직들이 활동하는 데 필요한 에너지를 외부로부터 그 몸통 안쪽으로 섭취를 해야 됩니다. 그런 음식물들이 그의 위 안으로 들어오는 길목인 입에서부터 항문에 이르기까지 소화계통의 통로를 거치는 동안 그 몸통 장기들이 가지고 있는 여려가지 효소들을 분비하여 그 음식물에 그것을 버무려 잘 삭이게 합니다. 그 음식물이 그런 과정을 거치게 되면, 우리 몸통을 이룬 세포들이 먹고 살아갈 20 가지 필수 아미노 산들의 분자들로 각기 나눠지게 됩니다. 생물들의 몸통을 이룬 단위를 우린 세포라고 합니다. 포유동물들의 몸통들에서, 어떤 장기나 조직을 이루면, 뇌 세포, 근육세포, 골수 세포, 피 세포…들이라 이름을 붙입니다.

사람의 뇌는, 비록 그것의 무게가 달랑 우리 통째 몸무게의 약 2 퍼센트인, 약 3 파운드 (1.35 킬로그램) 이긴 하지만, 우리 몸통이 하루에 소비하는 통째 에너지의 약 20-25 퍼센트를 뇌 활동에 쓰고 있습니다. 그리고 매일, 성인의 뇌는 단백질을 화학작용으로 잘게 쓸어 그 때 생겨나는 에너지를 뇌 활동의 동력으로 활용합니다. 그때 생겨날, 자그마치 하루에 닳고 닳은 단백질의 약 1/4 온스(1 온스 = 28.35 그램)의 쓰레기는 그 몸통 바깥으로 뱉어내야 합니다. 한 달이면, 약 절반 파운드쯤이고, 한 해 동안이면, 약 그 뇌의 통째의 무게 정도에 이르게 됩니다.

“글라임패틱 시스템 glymphatic system”
최근까지 그 쓰레기들이 어떻게 몸통바깥으로 내버려지게 되는지를 알지 못했던 겁니다. 이 논설을 쓴 이들은 지난 다섯 해들 남짓 연구를 하여 그 통로―이름하여 “글라임패틱 시스템 glymphatic system” 이라 부름―을 발견해냈던 겁니다. 그 새롭게 주조된 낱말은 “신경 교질 glia”―그 혈관주위 세포가 하나의 예가 되는 어느 것의 뇌 세포의 한 모양새―그리고 “림패틱 lymphatic 림프계” 와 합친 한 낱말입니다. 이에 따라 글라임패틱 시스템은 뇌의 신경교질 세포들의 이런 새롭게 발견된 통로의 기능을 참조로 나타냅니다.

살기 위하여, 그 뇌는 그런 쓰레기들을 몸 바깥으로 내버려야 하는 일부 방식을 반드시 가지고 있어야 합니다. 하지만 아주 최근까지, 그 두뇌의 급배수 시스템 plumbing system 이 네댓의 방식들에서 미스터리로 남아있었던 겁니다. 그 의문들은 뇌세포들이 쓰레기를 얼마큼이나 만들어내게 되는 건지 또는 그들이 버린 폐기물이 그 신경 시스템의 바깥으로 어떻게 수송이 됐던 건지의 연구들은 끈질기게 계속돼왔던 겁니다.

뇌척수액 (CSF) 은 단백질 쓰레기를 걸러냄
실제로, 노화로 생긴 알츠하이머 병 Alzheimer’s, 파킨슨 병 Parkinson’s 그리고 다른 신경 퇴행성 질병들의 병리학 pathology 은 이것들의 단백질 골재들 protein aggregates 의 강제된 (유전자 조작 같은 기법들을 써서) 과잉 생산에 의하여 동물 모델들에서 재현될 수 있었다고 합니다.

그 몸통의 대부분의 영역들에서, 이름하여 림프계 lymphatic system 라 부르는 것으로 알려진, 한 복잡한 유체 운반 도관들 intricate fluid-carrying vessels 은 몸통 조직들로부터 나오는 단백질 쓰레기를 배출시킵니다. 쓰레기 건네주기를 하는 유체―두개골 그리고 뇌 사이인, 거미막밑 공간 subarachnoid space 중추신경계의 지주막과 연질막 (pia mater) 사이의 공간을 말한다/건강사전 으로부터 나오면서 유입하는 뇌척수액 (CSF)―은 세포들 사이의 여러 곳에 있는 이런 망을 옮겨 다니게 되고, 그 유체는 그때 더 큰 것들 그리고 결국엔 혈관들 속으로 잇대주는 작은 도관들로 연결됩니다.

그 두뇌의 혈관들은 이름하여 혈관주위 공간들 perivascular spaces 이라 부르는 뭔가로 둘러싸이며, 그들은 모든 혈관을 둘러싸는 터널들의 모양새인 도넛모양새를 이룹니다. 각 공간의 내부 벽체는, 대부분이 내부겉껍질 세포들 endothelial cells 그리고 유연하고 평평한 근육 세포들 smooth muscle cells 평활근 세포들 인, 혈관 세포들 vascular cells 의 겉껍질로 만들어집니다. 하지만 그 가장 바깥 벽체는 그 뇌 그리고 척추 쪽에 독특하고 그리고 이름하여 별모양 세포 astrocyte 성상세포 라 부르는 한 특화된 세포 모양새로부터 나오는 가지를 쳐서 확장들을 하게 됩니다.

별 모양새 세포들은 그 뇌 곳곳으로 신호들을 중개하는 신경씨알들의 서로 연결망 interconnected network 에 대한 다수의 기능들을 수행하는 지원 세포들이며, 별모양새 세포들의 연장선들 extensions―별모양새 끝단의 발들―은 완전하게 동맥들 arteries, 모세관들 그리고 뇌 그리고 척추 속의 도관들을 둘러싸고 있습니다. 그 움푹 꺼진 hollow, 튜브처럼 생긴 구멍은 거대하게 장애물과는 자유롭게 분리되게 하여, 그 뇌를 통해 그 유체의 재빠른 수송을 허용하는 한 배수로 spillway 를 태생시킵니다.

우리가 잠들 때, 클라임 패틱 시스템이 크게 열리면서 활성화되고, 이에 따라 뇌척수액 (CSF)의 흐름을 좋게 해준다고 합니다.

ㅡ본문에서ㅡ
“알츠하이머 병 그리고 다른 신경퇴행성 질환과 동반하는 한 증상은 진행하는 방법의 한 힌트를 대주었다. 알츠하이머 병을 가진 많은 환자들은 자신들의 치매가 드러나기에 앞서 오랫동안 수면 장애들 sleep disturbances 을 경험한다. 나이든 개인들에서, 잠은 더욱 단절되게 fragmented 되며 그리고 얕아지고 그리고 한 더 짧은 시간 잠들기가 계속된다. 질병학 연구들 epidemiological studies 은 중년 나이에서 빈약한 잠을 보고했던 환자들이 25 해들 후에 시험되었던 때 대조군들 control subjects 보다도 인지력 감소 cognitive decline 에 대한 더 큰 위험이 있었던 것임을 보여주었다.

심지어 깨어있게 강요를 당하는 건강한 개인들은 신경 질환 neurological disease 그리고
정신 질환 mental illness―빈약한 집중력 poor concentration, 기억력 쇠퇴들 memory lapses, 피로 fatigue, 과민성 irritability, 그리고 감정의 기복 emotional ups and downs―의 더 모범적인 증상들을 나타낸다. 숙면 박탈 profound sleep deprivation 은, 잠재적으로 간질성 발작들 epileptic seizures 그리고 심지어 죽음으로 잇대주는, 혼동 confusion 혼란 그리고 환각들 hallucinations 을 만들어낼지도 모른다. 실제로, 실험실 동물들은 네댓일 만큼 적은 날 동안 잠을 빼앗겼을 때 죽게 될 것이다. 그리고 사람은 더 이상 탄력성 resilient 회복력 이 없어진다. 사람들에서, 치명적인 가족성 불면증 fatal familial insomnia 은 한 유전병이며 그 병은 그들이 죽을 때까지 환자들을 점차적으로 progressively less 잠을 못 이루게 하며, 대체로 진단 18 개월 동안 안에 .  죽음에 이른다.“
/주승환 2016/03/18 02:10

[그림.2. 설명]
천연 쓰레기 처리 NEURAL WASTE DISPOSAL
머리를 맑게 하기 Clearing the Head
An intricate system of vessels—the glymphatic system—snakes throughout the brain, carrying fluid that rids the organ of discarded proteins and other wastes that can clump together and turn toxic if left in place. The protein fragments known as beta-amyloid peptides, which are present in Alzheimer’s disease, are examples of the cellular detritus cleared through the drainage system, mostly during sleep.
한 복잡한 시스템인 도관들―글라임패틱 시스템―은 그 뇌 도처로 꾸불꾸불 가서, 만일 장소에 남아있는 독극물을 덩어리로 만들어 다른 방향으로 돌릴 수 있는 쓸모없는 단백질들 그리고 다른 쓰레기들을 가진 그 몸통 장기를 자유롭게 해주는 유체를 건네준다. 그것들이 알츠하이머 병 속에 들어있는, 이름하여 베타 아밀로이드 펩티드들이라 부르는 것으로 알겨진 그 단백질 조각들이며, 대부분이 잠자는 동안에, 그 배수 시스템을 통해서 깨끗이 청소된 그 세포 폐기물들의 예들이다.    

들어오는 유체 Incoming Fluid
Cerebrospinal fluid (CSF) from the subarachnoid space, between the skull and the brain, travels through a cavity (the periarterial space) surrounding an artery, propelled along by the pulsing of blood flow. This fluid enters tiny channels that extend from the cavity into cells called astrocytes, whose end feet form the periarterial space by encircling blood vessels. The CSF then moves out of the astrocytes and travels by convective flow through brain tissue.
두개골 그리고 뇌 사이인, 거미막밑 공간 subarachnoid space 중추신경계의 지주막과 연질막(pia mater) 사이의 공간을 말한다ㅣ건강사전 으로부터 나온 유입하는 뇌척수액 (CSF) 은 피 흐름의 박동들에 따라 나왔던, 한 동맥을 감싸고 있는 한 구멍 (동맥주위 공간)을 통해 옮겨간다. 이런 유체는 그 구멍으로부터 이름하여 별모양새 세포들이라 부르는 세포들 속으로 확대하는 아주 엷은 통로들로 들어간다. 별모양새의 발 끝단들은 혈관들을 순환시킴으로써 동맥주위의 공간의 모양새를 이룬다. 그 CSF는 그때 그 별모양새 세포들의 바깥으로 움직이고 뇌 조직을 통해서 대류하는 흐름으로 옮겨단다. 

밖으로 나가는 쓰레기들 Outgoing Wastes
The fluid, having picked up wastes from brain tissue, is transported to the perivenous space, which surrounds a network of veins that drains blood from the brain. In this cavity, the fluid passes around progressively larger veins that eventually reach the neck (detail of brain above). The wastes then move into the lymphatic system and eventually the bloodstream.
뇌 조직으로부터 쓰레기들을 잡아챈 그 유체는, 정맥을 둘러싸고 있는 공간 쪽으로 보내진다. 그것은 그 뇌로부터 나오는 피를 배출하는 정맥들의 한 망을 감싸고 있다. 이런 구멍에서, 그 유체는 그 병목 (위의 세부적인 뇌) 에 결국 와 닿는 계속적으로 더 큰 정맥들 주위를 통과한다. 그 쓰레기들은 그때 림패틱 시스템 속으로 움직이고 결국은 그 피 흐름줄기 속으로 들어간다.

ㅡ그림 속에서
Artery 동맥
Astrocyte 별모양 세포
Channel 통로
Cerebrospinal fluid 뇌척수액체
Convective flow 대류흐름
End foot 발 끝
Periarterial space 동맥주변 공간
Perivenous space 정맥주변 공간
Skull 두개골
Subarachnoid space 거미막 밑의 공간
Vein 정맥
Waste material (black dots) 쓰레기 물질
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