뇌와 에너지

안녕하세요! 닥터재활맨입니다.
오늘은 우리의 뇌가 얼마나 많은 에너지를 사용하는지에 대해 알아보는 시간을 갖도록 하겠습니다.

뇌

뇌의 대사량

일반적으로 뇌는 ‘에너지를 가장 많이 사용하는 장기’라는 타이틀을 가지고 있습니다. 무게는 1.3kg도 나가지 않지만 무려 하루에 300kcal 이상을 소모하지요. 이는 기초 대사량 (Basal metabolic rate)의 20퍼센트에 해당하는 수치입니다. 남성에서 근육이 전체 체중의 40퍼센트 이상을 차지하지만 하루에 소모하는 칼로리는 보통 300kcal 전후인 것을 생각하면 신체의 3퍼센트밖에 차지하지 않는 뇌가 소모하는 열량은 정말 어마어마합니다.

이렇듯 뇌 조직의 높은 에너지 비용은 다른 동물들에게서 뇌가 크지 않는 이유이기도 하지요. 에너지를 주로 생존과 생식에 사용해야 한다는 걸 고려할 때 뇌에 에너지를 사용하는 건 진화적으로 불리할 수 있기 때문입니다. 그렇기에 인간이 정말 대단하지요. 인간은 그 뇌의 고위 지능을 극대화시켜 생존의 도구로 사용하게 되었으니까요.

사고(Thought)와 학습(Learning)의 대사량

뇌가 많은 에너지를 사용하고 있다는 건 은근히 많이 알려진 사실입니다. 그렇기 때문에 공부하면 유난히 배고픈 건 뇌를 많이 사용했으니 에너지 소모가 많이 되었다고 생각하는 사람도 있지요. 하지만 사실 뇌가 사용하는 대부분의 에너지는 의식적 활동이 아닌 무의식적 활동에 사용됩니다. 뇌는 우리가 인지하지 못하고 있더라도 끊임없이 신호를 주고 보내 받고 항상성 유지를 위해 모든 부분을 조절하고 조정합니다. 즉 공부하고 생각하는 고위 기능의 경우는 에너지면에서는 아주 작은 부분이죠.  실제로도 지적 활동 전후 에너지 소비량을 측정했을 때 그 영향이 미미하다는 결과가 있습니다. 체스를 두는 선수, 어려운 과제를 해결하는 실험 대상자를 대상으로 신체 대사량을 측정하는 실험을 했을 때 해당 실험자는 시간당 4kcal 정도 대사율이 높아지는 것을 확인되었습니다. 그런데 4kcal는 콜라 한 모금도 안 되는 아주 작은 열량입니다.

이러한 고위기능과 관련된 사고와는 다르게 학습, 즉 learning은 상당한 에너지를 씁니다. 자전거 타는 것을 배우고 젓가락질을 사용하는 것을 배우는 이러한 학습은 뇌에서 많은 반응이 일어납니다. 뇌 안 뉴런들이 새로 시냅스를 만들고 신경 회로를 만들어내죠. 이렇게 만들어진 신경 회로는 다음번에는 쉽게 다시 자전거를 타고 젓가락질을 할 수 있게 하는 것이죠. 즉 이러한 학습은 상당한 에너지를 사용합니다. 이러한 학습이 가장 활발하게 일어나는 시기는 바로 주변 모든 것을 스펀지처럼 흡수하는 어린 시절입니다. 미취학 어린이의 뇌는 전체 대사량의 60퍼센트 이상을 차지합니다. 정말 어마어마한 에너지 소모량이라고 할 수 있겠습니다. 그래서 오히려 3-7세 시기에는 생장이 느립니다. 상당한 에너지를 뇌에서 사용하니 신체 발육이 일어나는데 에너지를 투자하지 못하기 때문입니다. 초기 신생아, 영유아 시절 급성장기가 있다가 어린이 시절 뇌가 폭발적으로 학습하는 시기에는 성장 속도가 다시 느려지고 뇌의 발달이 모두 이루어진 완연한 사춘기가 맞이했을 때 다시 폭발적으로 키와 몸무게가 크는 2차 급성장기가 있는 것을 떠올리시면 될 것 같습니다.

뇌의 연료

뇌는 앞서 말씀드렸듯 상당한 에너지를 사용하면서 또 그 사용할 에너지 연료를 아주 까탈스럽게 이용하는 장기입니다. 뇌는 다른 장기, 근육과 다르게 거의 포도당만을 연료로 사용합니다. 물론 극한의 저탄 상황에서는 케톤을 사용할 수 도 있지만요. 따라서 다량영양소인 탄수화물, 단백질, 지방에서 탄수화물이 섭취가 너무 낮아지면 뇌가 사용할 연료가 부족하게 됩니다. 이 상황에서는 우리 몸은 단백질과 지방에서 역으로 당을 합성하는 당신생과정을 만들게 됩니다. 바로 뇌가 사용해야 하는 필수 연료인 포도당을 공급하기 위해서입니다.
공부하거나 업무에 집중하다 보면 ”아 당 떨어지는 것 같아“ 라는 표현 사용하거나 들어보셨을 겁니다. 정말 딱 맞는 표현이 아닐 수가 없습니다.