운동하는 근육이 뉴런 성장에 도움을 준다는 새로운 연구 결과

 (news.mit.edu)
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  • MIT 연구진은 운동 중 일어나는 근육 수축이 생화학 신호뿐 아니라 물리적 힘을 통해서도 운동 뉴런 성장을 촉진할 수 있음을 세포 실험에서 확인함
  • 운동한 근육이 분비한 마이오카인(myokines) 혼합물에 노출된 운동 뉴런은 노출되지 않은 뉴런보다 4배 더 멀리 성장함
  • 뉴런을 근육 운동처럼 반복적으로 앞뒤로 당기는 기계적 자극만으로도 마이오카인 노출과 비슷한 수준의 성장이 나타남
  • 유전자 분석에서는 운동 자극을 받은 뉴런에서 뉴런 성숙, 근육·다른 신경과의 소통, 축삭 성숙과 관련된 발현 변화가 관찰됨
  • 표적 근육 자극이 손상되거나 퇴화한 신경의 회복과 이동성 개선을 돕는 운동 관련 치료법으로 이어질 가능성이 있음

운동과 뉴런 성장의 직접 연결

  • 규칙적인 운동은 근육뿐 아니라 뼈, 혈관, 면역계에도 이로운 효과가 있으며, 이번 실험은 그 효과가 개별 뉴런 수준에도 닿을 수 있음을 보여줌
  • 근육은 운동 중 수축할 때 마이오카인이라는 생화학 신호 혼합물을 분비하고, 이 신호가 뉴런 성장에 영향을 줌
  • 마이오카인에 노출된 뉴런은 노출되지 않은 뉴런보다 4배 더 멀리 성장함
  • 뉴런은 생화학 신호뿐 아니라 운동의 물리적 영향에도 반응함
    • 근육의 수축·이완처럼 뉴런을 반복적으로 앞뒤로 당겼을 때도 마이오카인 노출과 비슷한 성장 효과가 나타남
  • 결과는 Advanced Healthcare Materials에 게재됨

이전 근육 이식 연구에서 출발한 질문

  • 2023년 Ritu Raman 연구팀은 외상성 근육 손상을 입은 쥐에 근육 조직을 이식하고, 빛으로 반복 자극해 운동시키면 이동성이 회복될 수 있음을 보고함
  • 시간이 지나면서 운동한 이식 근육은 쥐의 운동 기능 회복을 도왔고, 활동 수준은 건강한 쥐와 비교 가능한 수준에 도달함
  • 이식 조직 분석에서는 규칙적 운동이 신경과 혈관 성장을 촉진하는 것으로 알려진 생화학 신호 생성을 자극한 것으로 나타남
  • 연구팀은 동물 안의 면역계 같은 다른 세포 유형이 아니라, 운동한 근육 자체가 신경 성장에 직접 영향을 주는지 확인하기 위해 근육과 신경 조직만 분리해 실험함

근육 조직을 운동시키고 분비물 수집

  • 연구팀은 쥐의 근육 세포를 긴 섬유로 키운 뒤 융합시켜 동전 크기의 성숙한 근육 조직 시트를 만듦
  • 이 근육은 빛에 반응해 수축하도록 유전적으로 변형됨
    • 빛을 반복적으로 비춰 근육이 쥐어짜듯 수축하게 만들고, 이를 운동 행위와 비슷하게 재현함
  • 근육 조직은 Raman이 이전에 개발한 젤 매트 위에서 성장·운동함
    • 이 젤은 근육 조직을 지지하고, 자극 중 조직이 떨어져 나가지 않도록 설계됨
  • 운동한 근육 주변 용액에는 성장인자, RNA, 여러 단백질을 포함한 마이오카인이 들어 있을 것으로 봄
    • 근육은 평소에도 마이오카인을 분비하지만, 운동하면 더 많이 만들어짐

마이오카인이 운동 뉴런 성장을 촉진

  • 연구팀은 마이오카인 용액을 별도 접시에 담긴 운동 뉴런에 옮김
    • 운동 뉴런은 자발적 움직임에 관여하는 근육을 제어하는 척수의 신경임
    • 뉴런은 쥐에서 유래한 줄기세포로부터 키웠고, 근육 조직과 비슷한 젤 매트 위에서 배양됨
  • 마이오카인 혼합물에 노출된 뉴런은 빠르게 성장하기 시작함
    • 생화학 용액을 받지 않은 뉴런보다 4배 더 멀리 성장함
    • 성장 거리가 더 길고 속도도 더 빨랐으며, 효과는 거의 즉각적으로 나타남
  • RNA 분석에서는 운동 자극을 받은 뉴런의 유전자 발현 변화가 확인됨
    • 상향 조절된 많은 유전자는 뉴런 성장뿐 아니라 뉴런 성숙과도 관련됨
    • 근육 및 다른 신경과의 소통, 축삭 성숙과 관련된 유전자 변화도 나타남
  • 운동의 생화학적 효과는 뉴런을 더 성숙하고 기능적인 상태로 이끄는 과정과도 연결될 수 있음

물리적 운동 효과도 생화학 신호만큼 중요

  • 연구팀은 근육에서 나온 생화학 신호 없이도 운동의 기계적 힘만으로 뉴런 성장이 달라지는지 확인함
  • 별도의 운동 뉴런 세트를 작은 자석이 들어간 젤 매트 위에서 키움
    • 외부 자석으로 매트와 뉴런을 앞뒤로 흔들어, 뉴런을 하루 30분씩 “운동”시킴
  • 기계적 운동을 받은 뉴런은 마이오카인에 노출된 뉴런만큼 성장함
    • 아무 운동 자극도 받지 않은 뉴런보다 훨씬 멀리 성장함
  • 생화학적 효과와 물리적 효과가 모두 뉴런 성장에 중요한 축으로 확인됨
  • 다음 단계는 표적 근육 자극을 이용해 손상된 신경을 성장·치유하고, ALS 같은 신경퇴행성 질환을 겪는 사람의 이동성을 회복할 수 있는지 연구하는 것임
  • 논문: “Actuating Extracellular Matrices Decouple the Mechanical and Biochemical Effects of Muscle Contraction on Motor Neurons”

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GN⁺   [-]
Hacker News 의견들

  • 여러 댓글이 “근력 운동이 뇌를 강하게 만든다”로 읽고 있어서 정리하자면, 이 연구는 뇌의 뉴런이 아니라 운동 뉴런을 다룬 것임
    운동 뉴런은 척수와 근육세포 사이에 있는 뉴런으로, 뇌에서 온 신호를 근육 수축·이완으로 전달함
    운동하면 근육의 신경지배, 즉 한 근육에 연결된 뉴런 수의 해상도가 늘어나고, 이것이 피아니스트 같은 사람들이 가진 정교한 운동 제어의 메커니즘이라는 점은 이미 알려져 있었던 듯함
    이 연구는 그 과정을 더 밝히고, 그 메커니즘에 대한 더 강한 실증적 근거를 제공하는 것으로 보임. 신경 손상이나 척수 손상 회복에 활용될 수 있다면 매우 기대됨

    • 덧붙이면, 별개의 메커니즘을 통해 고강도 인터벌 운동이 실제로 뇌를 더 강하게 만든다는 근거도 일부 있음
      HIIT 운동은 근육이 젖산을 만들게 하고, 이 젖산이 혈액-뇌 장벽을 지나 뇌유래신경영양인자 발현을 유도함
      BDNF는 뉴런 성장과 복구에 중요하고, 일주일에 몇 번 강하게 전력질주하는 것만으로도 꽤 올릴 수 있음. 운동할 시간이 주 몇 시간뿐인 사람들에게는 좋은 소식임
      역기 운동도 같은 효과가 있는지는 잘 모르겠음. 한동안 찾아보지 않아서 자료가 최신 연구보다 뒤처졌을 수도 있음
      https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC6246624/
      https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC6435829/
    • 관련해서 특이한 문제가 있음. 왼쪽 종아리 근육이 오른쪽보다 거의 1인치 작다는 걸 올해야 알아차렸고, 느낌이 정말 이상했음
      종아리 근육 성장에 왜 이렇게 극단적인 불균형이 생기는지 모르겠어서 왼쪽 다리로 한 발 종아리 들기를 해봤는데 못 했고, 6~7개월이 지난 지금도 못 함
      왼쪽 종아리를 따로 훈련하지는 않고, 평소처럼 달리기와 가끔 스쿼트만 하는 상태임
      운동 뉴런이 제대로 발화하지 않는 것과 관련이 있을 수도 있겠다는 생각이 듦. 물리치료사는 종아리와 발가락 스트레칭을 권했는데, 기대대로 작동하지 않는 근육이나 뼈를 운동시키면 오히려 악화되는 것 아닌가 싶어서 말이 안 된다고 느꼈음
      설득력 있는 답은 못 들었지만, 이 논문을 보니 그가 정확히 짚었을 수도 있겠다고 생각하게 됨. 종아리 근육을 고립해서 운동시키면 그 뉴런들이 발화하는 데 도움이 될지도 모르겠음
      지금 당장 장애 수준은 아니지만, 20~30년 뒤 균형감각에 어떤 영향을 줄지 모르겠음. 현재 47세임

  • 근육을 제어하려면 뉴런이 필요하니, 어떤 피드백 루프가 존재한다는 건 타당해 보임
    근육 성장과 골밀도 사이에도 비슷한 피드백 루프가 있다는 글을 읽은 기억이 있음. 더 강해지면 뼈도 더 높은 하중을 견디는 쪽으로 이득을 본다는 식임
    이해하기로는 운동 사슬이 신경계 → 근육 → 힘줄 → 뼈로 이어짐. 이 모든 요소가 어떤 방식으로든 서로를 강하게 만든다고 보는 게 자연스러움

  • 정신적 선명함과 수면을 개선하는 두 가지는 금주와 근력 운동임

    • 쓴 문장을 세 번 읽고서야 이해했음. 처음엔 “근력 운동을 안 하는 것”이 정신적 선명함과 수면을 개선한다는 뜻인 줄 알았음
    • 근력 운동도 좋아하고 술 마시는 것도 좋아함
      정신적 선명함이나 수면에 문제가 있었다면 더 줄였을 것 같고, Dry January도 해봤는데 생각보다 몸이 크게 달라지지 않아 놀랐음. 30일은 충분히 길지 않은 걸 수도 있음
    • 좋은 수면은 정신적 선명함과 근력 운동을 개선하고, 술을 안 마시면 좋은 수면과 근력 운동이 개선됨
      전부 서로 영향을 줌
    • 동의하지만, 인생에서 가장 잠을 잘 잤던 때는 Ashtanga yoga를 규칙적으로 하던 때였음
      매우 신체적인 운동이기도 하지만, 어깨·엉덩이·햄스트링처럼 수면 문제의 원인인데 자주 알아차리지 못하는 근육 긴장을 많이 풀어주는 것 같음
      Ashtanga를 할 때는 잠도 더 잘 잤고, 덜 자도 몸이 더 좋았음. 정말 놀라웠음. 몇 가지 이유로 지금 생활에는 다시 넣는 데 어려움을 겪고 있음
    • 두 달 동안 술도 안 마시고 담배도 안 피웠더니 수면이 엄청나게 좋아졌음. 정말 말도 안 될 정도임
      헬스장에도 다시 가야 하는데, 자신감이 별로 없을 때는 갈 힘을 짜내기가 너무 어렵다. 사실 그게 다시 운동하려는 이유라서 좀 바보 같은 일이긴 함

  • 빠르게 한 시간 걷거나 언덕을 오르거나, 10~15파운드짜리 역기를 몇 번 드는 것만으로도 불안 감소, 뻣뻣함과 통증 완화, 머리 회전에 놀라운 효과가 있음
    몸 전체가 신경과 근육을 가진 사고 시스템이고, 잘 작동하려면 피드백이 필요함

    • 그중 얼마나 많은 부분이 답답한 사무실에 앉아 있는 것보다 야외에 있어서 이산화탄소가 줄어든 효과일까?

  • 운동을 시작해본 사람은 다 알아차림. 첫 몇 주 동안은 신경 신호 개선 때문에 힘과 지구력이 아주 빠르게 늘고, 이후에는 근육 증가가 주도하면서 속도가 느려짐

    • 이런 말을 자주 보는데, 직접 겪어본 적이 없어서 답답함. somehow 다들 제대로 하고 있는데 나만 뭔가 잘못하고 있는 것처럼 느껴짐
    • 근육은 게으르고, 중추신경계는 필연적으로 훨씬 더 게으름

  • 좋아, 거의 역기 운동을 시작할 마음이 생겼음
    머리카락이 자란다는 연구까지 나오면 100% 시작하겠음

    • 머리카락 얘기는 공감됨. 이제 “탈모” 시기에 들어서기 시작했고, 신경쇠약이 올 정도였음
      예전에는 외모에 별로 신경 쓰지 않았는데 탈모는 정말 크게 다가옴. Finasteride는 우울하게 만들고 Minoxidil은 너무 번거로움. 이런 댓글을 보면 덜 혼자인 것 같아짐
    • 할 수 있다면 바로 시작하는 게 좋음. 친구들 사이에서 늘 가장 앉아만 있고, 게으르고, 노력하기 싫어하는 사람으로 알려져 있었는데 5개월 전 바뀌었고, 더 일찍 시작하지 않은 걸 후회함
      시작하고 나서야 이해할 수 있는 자기 도전 요소가 생기는 것 같음
    • 부정적인 효과가 없는데, 왜 안 하겠음?

  • 여기서 어느 부분이 새롭다고 주장하는지 잘 모르겠음. 마이오카인이 뉴런 성장과 건강에 미치는 효과는 잘 알려진 현상 아닌가?
    아니면 MIT 보도자료가 또 연구를 과장한 사례인가?

  • 그렇다면 왜 척수 손상 환자는 가만히 있어야 하나?

    • 아마 그 상황에서는 움직였을 때 생길 수 있는 치명적 손상 위험이 이득보다 훨씬 크기 때문일 것임
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