수면 단계 분류

N1 단계는 NREM 수면의 첫 번째 단계로, 깨어 있는 상태에서 수면으로 들어가는 과도기적 단계이다. 이 단계는 일반적으로 전체 수면 시간의 약 5%를 차지한다.

뇌파상으로는 깨어 있을 때 지배적인 빠른 베타파와 알파파가 사라지고, 느리고 낮은 진폭의 세타파가 나타나기 시작한다. 이 시기의 수면은 매우 가볍아서, 외부의 작은 자극(예: 작은 소리)에도 쉽게 깨어날 수 있다. 일부 사람들은 이 단계에서 갑작스러운 근육 수축과 함께 떨어지는 느낌을 경험하기도 하는데, 이를 입면 전 근육 경련이라고 한다.

N1 단계의 주요 특징은 다음과 같다.

이 단계는 짧게는 1분에서 길게는 7분 정도 지속되며, 수면이 진행되면서 점차 더 깊은 N2 단계로 넘어간다. 낮잠이나 불규칙한 수면 패턴에서는 N1 단계의 비중이 상대적으로 높아질 수 있다.

N2 단계는 NREM 수면의 두 번째 단계로, 입면기인 N1 단계를 지난 후 도달하는 본격적인 수면 상태이다. 일반적으로 전체 수면 시간의 약 45~55%를 차지하여 가장 많은 비중을 차지하는 단계이다. 이 단계에서는 의식이 완전히 사라지고 외부 자극에 대한 반응이 현저히 줄어들어 진정한 의미의 수면이 시작된다고 볼 수 있다.

이 단계의 가장 특징적인 뇌파 현상은 수방추와 K-복합파의 출현이다. 수방추는 0.5~2초 동안 지속되는 12~14Hz의 빠른 뇌파 파형으로, 뇌가 외부 자극을 차단하고 수면을 유지하려는 메커니즘으로 해석된다. K-복합파는 느린 고진폭의 파형으로, 주로 갑작스러운 소리 같은 외부 자극에 대한 반응으로 나타난다. 이 두 가지 특징적인 파형은 다원수면검사를 통해 N2 단계를 판별하는 주요 지표가 된다.

N2 단계는 신체가 본격적인 휴식 상태에 들어가며, 심박수와 호흡수가 안정되고 체온이 서서히 하강한다. 서파수면 단계로의 진입을 위한 준비 단계 역할을 하며, 기억의 통합과 처리에도 일정 부분 관여하는 것으로 알려져 있다. 특히 절차적 기억과 같은 암묵적 기억의 정립에 N2 단계가 기여한다는 연구 결과가 있다[2].

N3 단계는 NREM 수면의 세 번째이자 가장 깊은 단계로, 서파수면 또는 깊은 수면으로도 불린다. 이 단계는 느린 뇌파 활동이 지배적이며, 신체적 회복에 가장 중요한 역할을 한다. 일반적으로 수면 시작 후 약 30~45분 후에 처음 나타나며, 수면 시간의 약 15~25%를 차지한다. 전반적인 수면 시간이 길수록 N3 단계의 총량도 증가하는 경향을 보인다.

이 단계의 가장 두드러진 특징은 뇌파에서 고진폭의 느린 델타파가 나타나는 것이다. 델타파는 주로 0.5~4 Hz의 주파수를 가지며, 전체 뇌파 기록 중 20% 이상을 델타파가 차지할 때 N3 단계로 분류한다[3]. 이 시기의 근전도는 매우 낮은 긴장도를 보여 근육이 완전히 이완된 상태이며, 안전도는 안구 운동이 거의 또는 전혀 관찰되지 않는다.

N3 단계는 신체의 물리적 회복과 관련된 핵심적인 생리적 과정이 일어나는 시기이다. 성장 호르몬의 분비가 최고조에 달하며, 세포 복구와 조직 재생이 촉진된다. 또한 면역 체계가 강화되고 에너지 저장이 이루어진다. 이 단계에서 각성을 시키는 것은 매우 어려우며, 깨어나더라도 일시적인 정신 혼탁 상태를 경험하는 경우가 많다. 나이가 들수록 N3 단계의 지속 시간과 비율은 현저히 감소하는 것이 일반적이다.

각 수면 단계는 뇌파, 근전도, 안전도에서 특징적인 패턴을 보인다. 이 세 가지 생리 신호는 다원수면검사의 핵심 측정 항목으로, 수면의 깊이와 질을 객관적으로 평가하는 기준이 된다.

뇌파는 수면 단계를 구분하는 가장 중요한 지표이다. N1 단계에서는 깨어 있을 때의 알파파(8-13Hz)가 감소하고 느린 안구 운동과 함께 세타파(4-7Hz)가 나타난다. N2 단계로 진입하면 뇌파에 수면 방추[5]와 K-복합체[6]가 기록된다. N3 단계에서는 서파 또는 델타파(0.5-4Hz)가 전체 뇌파의 20% 이상을 차지하는 깊은 수면 상태가 된다. 반면 REM 수면에서는 뇌파가 각성 시와 유사한 저진폭 고빈도의 베타파와 세타파가 혼합된 패턴을 보이지만, 근육은 이완된 상태를 유지한다.

근전도와 안전도의 변화는 뇌파 패턴을 보완하여 수면 단계를 명확히 한다. 근전도는 턱이나 다리의 근육 활동을 측정한다. NREM 수면 단계가 진행될수록 근육 긴장도는 점차 감소하지만, REM 수면에서는 급속 안구 운동이 일어나는 동안 근육 긴장이 거의 완전히 소실되는 특징적인 긴장 저하 현상이 발생한다. 안전도는 안구의 움직임을 기록한다. N1 단계에서는 느린 안구 운동이 관찰되며, REM 수면에서는 이름에 걸맞게 빠르고 급격한 안구 운동이 동반된다. N2와 N3 단계에서는 일반적으로 눈 움직임이 거의 없다.

이러한 생리 신호들의 조합을 분석함으로써 수면 구조를 정량화하고, 다양한 수면 장애를 진단하는 데 결정적인 정보를 제공한다.

수면 단계에 따라 체내 호르몬 분비와 자율신경계 활동은 뚜렷한 변화를 보인다. 이러한 변화는 신체의 회복, 에너지 저장, 내분비 균형 조절 등 다양한 생리적 기능을 지원하는 데 핵심적인 역할을 한다.

NREM 수면, 특히 서파수면(N3 단계) 동안에는 성장 호르몬의 분비가 최고조에 달한다. 이 호르몬은 단백질 합성을 촉진하고 세포 재생을 돕는 등 신체 조직의 성장과 회복에 관여한다. 반면, 스트레스 호르몬으로 알려진 코르티솔의 분비는 수면 초기에는 억제되다가 수면 후반부, 특히 REM 수면이 증가하는 시점부터 서서히 상승하기 시작하여 각성 직전에 최고치를 보이는 경향이 있다. 이는 각성에 필요한 에너지를 동원하기 위한 준비 과정으로 해석된다. 또한, 식욕을 조절하는 호르몬인 렙틴과 그렐린의 균형도 수면의 영향을 받아, 수면 부족 시에는 그렐린 분비가 증가하고 렙틴 분비가 감소하여 식욕이 증가할 수 있다[7].

자율신경계의 측면에서, NREM 수면은 주로 부교감신경 활동이 우세해지는 시기이다. 이로 인해 심박수와 혈압이 감소하고 호흡이 느려지며 안정된 상태를 유지하여 심혈관계에 휴식을 제공한다. 반면, REM 수면 중에는 교감신경 활동이 간헐적으로 증가하는 현상이 관찰된다. 이 시기에는 심박수와 혈압이 불규칙하게 변동하며, 각성 시와 유사한 수준까지 상승할 수 있다. 이러한 REM 수면기의 활성화 현상은 생생한 꿈을 꾸는 경험과도 연관이 있다.

다원수면검사는 수면 단계를 객관적으로 측정하고 평가하는 임상적 표준 검사법이다. 수면의 질과 구조를 분석하며, 다양한 수면 장애를 진단하는 데 필수적인 도구로 사용된다.

이 검사는 일반적으로 수면 전문 클리닉이나 병원의 수면실에서 진행되며, 검사 대상자는 밤새 검사 장비를 부착한 채 수면을 취한다. 기록되는 주요 생리학적 신호는 다음과 같다.

수면 기술사가 밤새 기록된 데이터를 수집한 후, 전문의는 이를 분석하여 수면 잠복기, 각 수면 단계의 비율과 분포, 각성 횟수, 호흡 및 산소 포화도 이상, 사지 운동 등을 종합적으로 평가한다. 이를 통해 불면증, 수면 무호흡증, 기면증, 렘 수면 행동 장애 등 특정 수면 단계와 연관된 질환의 정확한 진단이 가능해진다.

가정용 수면 측정 장치는 다원수면검사(PSG)와 같은 병원 기반의 정밀 검사에 비해 접근성과 편의성이 높아, 일반인의 수면 패턴 모니터링과 수면 위생 개선에 널리 활용된다. 이 장치들은 주로 착용형 기기나 비접촉식 센서를 통해 데이터를 수집하며, 수면 시간, 수면 단계의 대략적인 분포, 심박수, 호흡, 움직임 등을 측정한다.

일반적인 장치 유형은 다음과 같다.

이러한 장치들은 공식적인 진단 도구로 승인되지 않았으며, 측정 정확도는 병원용 장비에 비해 제한적이다. 특히 NREM 수면의 세부 단계(N1, N2, N3)를 정확히 구분하는 것은 기술적 한계가 있다. 따라서 주로 수면의 양적 지표(총 수면 시간, 취침/기상 시간)와 대략적인 수면 질(깊은 수면/REM 수면 비율 추정)을 파악하는 데 유용하다.

사용 시에는 측정 데이터를 절대적인 진단 기준으로 삼기보다, 개인의 수면 패턴 변화 추이를 관찰하고 생활 습관 개선의 동기 부여로 활용하는 것이 바람직하다. 데이터 해석 시 장치마다 사용하는 알고리즘이 다르므로, 동일한 조건에서 측정된 결과를 비교하는 것이 의미 있다.

NREM 수면의 N3 단계는 느린 뇌파 활동이 특징이며, 이 단계에서 해마에 일시적으로 저장된 기억이 대뇌 피질로 이동하여 장기 기억으로 통합되는 과정이 활발히 일어난다. 특히 서술적 기억, 즉 사실과 사건에 대한 기억의 정립에 이 단계가 결정적인 역할을 한다는 연구 결과가 많다[10].

반면, REM 수면은 절차적 기억(운동 기술 습득)과 정서적 기억의 처리, 그리고 창의적 문제 해결과 깊은 연관이 있다. REM 수면 동안 뇌는 낮 동안 학습한 정보의 패턴을 재구성하고, 불필요한 정보를 걸러내며, 새로운 아이디어 간의 연결을 강화한다. 이는 꿈의 내용이 종종 비논리적이고 변형된 형태로 나타나는 현상과도 관련이 있다.

수면 단계별 기억 처리의 중요성을 보여주는 대표적인 연구는 다음과 같다.

수면 부족이나 수면 단계의 불균형은 이러한 기억 정립 과정을 방해한다. 예를 들어, 깊은 수면(N3)이 충분하지 않으면 새로운 사실을 학습하고 기억하는 능력이 저하된다. 마찬가지로 REM 수면이 부족하면 복잡한 운동 기술을 습득하거나 정서적으로 중립적인 관점에서 기억을 재평가하는 능력에 문제가 생길 수 있다. 따라서 충분하고 질 좋은 수면은 학습 효율성을 높이는 필수 조건이다.

NREM 수면, 특히 N3 단계인 서파수면은 신체의 물리적 회복에 가장 중요한 역할을 한다. 이 단계 동안 성장 호르몬의 분비가 최고조에 달하며, 이 호르몬은 세포 재생, 조직 복구, 근육 성장을 촉진한다. 또한 단백질 합성이 증가하고 에너지 저장소가 보충되어 낮 동안 소모된 신체 자원을 회복한다. 심박수와 호흡수가 느려지고 혈압이 하락하여 심혈관계에 휴식을 제공하는 것도 이 단계의 특징이다.

수면은 면역 체계의 기능 조절에 핵심적이다. 수면 부족은 염증을 유발하는 사이토카인[11]의 생성을 증가시키는 반면, 충분한 수면, 특히 깊은 수면은 이러한 염증 반응을 억제한다. 수면 중에는 면역 기억을 형성하는 데 관여하는 T세포 등의 활동이 활발해지며, 감염에 대항하는 항체 생산도 촉진된다. 따라서 만성적인 수면 박탈은 감염에 대한 취약성을 높이고, 당뇨병, 심혈관 질환과 같은 만성 질환의 위험을 증가시킨다.

수면 단계의 균형, 즉 NREM 수면과 REM 수면의 적절한 순환은 전체적인 건강 유지에 필수적이다. N3 단계의 깊은 수면이 신체 회복을 담당한다면, REM 수면은 정서 조절과 관련이 깊지만, 두 단계 모두 면역 기능에 기여한다. 수면 구조가 교란되면 이러한 회복 과정이 차단되어 피로 누적, 상처 치유 지연, 면역력 저하 등의 문제가 발생할 수 있다.

수면 단계, 특히 렘 수면과 서파수면은 정신 건강을 유지하는 데 핵심적인 역할을 한다. 렘 수면 동안에는 감정을 처리하고 통합하는 뇌 영역인 편도체와 전전두엽 피질 사이의 연결이 활성화된다. 이 과정은 낮 동안 경험한 감정적 사건들을 정리하고 장기 기억으로부터 감정적 요소를 분리하는 데 기여하여 정서적 회복을 돕는다. 반면, 서파수면(N3 단계)은 신체적 회복과 더불어 기억의 고정을 담당하며, 이는 인지 기능의 안정성에 기여한다.

수면 단계의 이상, 특히 렘 수면의 양이나 질의 감소는 여러 정신 질환과 강한 연관성을 보인다. 주요 우울장애 환자는 종종 렘 수면의 조기 발현(수면 시작 후 빠른 시점에 렘 수면이 나타남)과 렘 수면 밀도의 증가를 경험한다. 또한 불안장애나 외상후 스트레스 장애(PTSD)를 앓는 사람들은 생생한 악몽이나 렘 수면 중 각성 횟수가 증가하는 경우가 많다. 이는 감정 조절 과정의 방해로 이어질 수 있다.

수면 구조의 교란은 정신 질환의 원인이 될 수도, 결과가 될 수도 있으며, 대개는 양방향적인 관계를 가진다. 예를 들어, 만성 불면증은 우울장애나 불안장애 발병의 주요 위험 인자로 작용한다. 반대로, 심한 불안이나 우울 증상은 수면에 들거나 서파수면과 렘 수면을 충분히 취하는 것을 방해하는 악순환을 초래한다. 따라서 수면 단계를 평가하고 개선하는 것은 정신 건강 치료의 중요한 한 축이 된다.

수면 무호흡증은 수면 중 호흡이 반복적으로 멈추거나 현저히 감소하는 수면 장애이다. 이는 주로 상기도의 폐쇄로 인해 발생하는 폐쇄성 수면 무호흡증과, 뇌의 호흡 조절 중추 이상으로 호흡 명령이 제대로 전달되지 않는 중추성 수면 무호흡증으로 구분된다. 폐쇄성 유형이 가장 흔하다[12].

이 질환은 모든 수면 단계에서 발생할 수 있으나, 특히 근긴장도가 감소하는 렘 수면 중에 더 심해지는 경향이 있다. 무호흡 또는 저호흡 사건은 혈중 산소 포화도를 떨어뜨리고, 뇌를 각성시켜 수면 구조를 파편화시킨다. 이로 인해 서파수면과 렘 수면 같은 깊은 수면 단계에 도달하기 어려워지고, 수면이 자주 중단된다.

수면 무호흡증의 주요 증상과 결과는 다음과 같다.

치료는 원인과 중증도에 따라 다르다. 가장 일반적인 1차 치료법은 양압기(CPAP)를 사용하여 수면 중 기도를 지속적으로 열어주는 것이다. 그 외에도 구강 내 장치, 체중 감량, 수술 등의 방법이 상황에 따라 적용된다.

렘 수면 행동 장애(RBD)는 렘 수면 중에 근육 이완이 정상적으로 일어나지 않아 꿈의 내용을 그대로 행동으로 나타내는 이상수면증(파라솜니아)의 일종이다. 환자는 꿈속에서 싸우거나 도망치는 등의 생생한 꿈을 꾸면서 실제로 소리를 지르거나, 팔을 휘둘러 치거나, 침대에서 뛰어내리는 등 폭력적이고 복잡한 신체 움직임을 보인다. 이러한 행동으로 인해 본인이나 침대를 함께 쓰는 사람이 부상을 입을 수 있어 임상적으로 중요한 질환으로 간주된다.

이 장애의 핵심 병리 기전은 뇌간에 위치한 뇌교의 기능 이상에 있다. 정상적인 렘 수면 중에는 뇌교에서 하행성 억제 신호를 보내 척수를 통해 근육의 활동을 차단하여 몸이 움직이지 않도록 한다. 그러나 렘 수면 행동 장애에서는 이 억제 기전이 손상되거나 결여되어 근육 긴장이 유지되거나 갑작스러운 근육 수축이 발생한다. 이는 종종 시누클레인병[13]의 전구 증상으로 나타나며, 특히 파킨슨병 환자의 약 40%에서 렘 수면 행동 장애가 선행한다는 보고가 있다.

진단은 주관적인 증상 보고와 객관적인 검사를 통해 이루어진다. 핵심 진단 도구는 다원수면검사(PSG)로, 수면 중 뇌파, 안전도, 근전도를 측정한다. 진단 기준은 렘 수면 중에 턱 근육의 근전도 활동이 정상보다 현저히 증가하는 '렘 수면 중 근긴장 항진'이 관찰되고, 동시에 환자가 꿈을 연기하는 복잡한 행동(말하기, 움직임 등)의 병력이 있어야 한다. 다음은 주요 진단 기준을 정리한 표이다.

치료의 주된 목표는 안전을 확보하고 증상을 억제하는 것이다. 가장 효과적인 약물 치료는 벤조디아제핀 계열의 클로나제팜이다. 이 약은 근긴장 항진을 줄여 꿈 행동의 빈도와 강도를 감소시킨다. 대체 약물로는 멜라토닌이 사용되며, 특히 신경퇴행성 질환과 연관된 경우에 선호된다. 약물 치료와 병행하여 수면 환경을 안전하게 조성하는 것이 필수적이다. 침대 주변의 날카로운 물체를 치우고, 바닥에 매트를 까는 등 환자와 동침자가 부상을 입지 않도록 예방 조치를 취해야 한다.

불면증은 충분한 시간을 할애하고 수면할 수 있는 적절한 환경이 있음에도 불구하고, 수면을 시작하거나 유지하는 데 어려움을 겪거나, 너무 이른 시간에 깨어나 다시 잠들지 못하는 상태를 말한다. 이로 인해 낮 시간에 피로, 집중력 저하, 기분 변화 등의 기능 장애가 발생한다. 불면증은 단기적(급성)으로 나타날 수도 있고, 3개월 이상 지속되는 만성 불면증으로 발전할 수도 있다.

불면증은 수면 단계의 시작과 진행에 광범위한 영향을 미친다. 입면 지연, 즉 N1 단계로 진입하는 데 어려움을 겪는 경우가 흔하다. 또한, 수면 중 자주 깨어나 N2 단계와 N3 단계 사이를 오가며 수면이 단편화되고, 특히 회복에 중요한 서파수면의 양과 질이 감소할 수 있다. 일부 불면증 환자에서는 REM 수면의 타이밍이 변하거나, REM 수면 중 각성 역치가 낮아지는 현상이 관찰되기도 한다.

불면증의 원인은 매우 다양하며, 다음 표와 같이 정리할 수 있다.

불면증의 치료는 근본 원인에 따라 달라진다. 인지행동치료(CBT-I)는 잘못된 수면 신념과 행동을 교정하는 데 초점을 맞춘 일차적 치료법으로 권장된다. 이와 병행하여 수면 위생 개선, 이완 훈련, 수면 제한 요법 등이 활용된다. 약물 치료는 단기적으로 보조적 역할을 하나, 내성과 의존성 문제로 인해 장기 사용은 일반적으로 권장되지 않는다.

수면 위생은 수면의 양과 질을 개선하기 위해 실천할 수 있는 행동 및 환경적 습관을 의미한다. 이는 불면증과 같은 수면 문제를 예방하거나 완화하는 데 도움을 준다.

수면 환경을 최적화하는 것이 중요하다. 침실은 어둡고, 조용하며, 시원한 온도를 유지하는 것이 좋다. 침대는 오직 수면과 성관계를 위한 공간으로 사용하여, 침대와 각성을 연결하는 심리적 연관을 줄여야 한다. 침구와 매트리스는 편안해야 한다.

규칙적인 생활 습관이 수면 단계의 안정화에 기여한다. 매일 같은 시간에 기상하고 취침하는 것이 수면-각성 주기를 규칙화한다. 낮 시간에 충분한 햇빛을 쬐는 것은 멜라토닌 분비 리듬을 조절하는 데 도움을 준다. 취침 전 몇 시간 동안은 카페인, 니코틴, 알코올 섭취를 피하고, 과도한 음식 섭취도 삼가는 것이 좋다. 규칙적인 운동은 수면을 촉진하지만, 취침 시간 가까이는 피하는 것이 일반적이다.

또한, 취침 전 30분에서 1시간은 이완 시간으로 설정하는 것이 좋다. 따뜻한 목욕이나 명상, 가벼운 독서와 같은 활동은 신체와 정신을 진정시키는 데 도움을 준다. 반면, 스마트폰, 태블릿, TV 등에서 나오는 청색광은 멜라토닌 분비를 억제하여 수면 시작을 어렵게 만들 수 있다.

수면 주기 조절 기술은 개인의 수면 패턴을 조정하여 수면의 질을 향상시키거나, 교대 근무나 시차 적응과 같은 상황에서 생체 리듬을 조절하기 위해 사용되는 방법들을 포괄한다. 이러한 기술들은 서파수면과 렘 수면을 포함한 각 수면 단계의 균형과 타이밍에 영향을 미친다.

가장 널리 알려진 방법은 빛 치료이다. 아침에 밝은 빛(특히 청색광 스펙트럼)에 노출되면 멜라토닌 분비가 억제되고 각성이 촉진되어 생체 시계가 앞당겨진다. 반면, 저녁에 밝은 빛을 피하고 어두운 환경을 조성하면 멜라토닌 분비가 촉진되어 수면 시작이 용이해진다. 시간대 변화에 따른 시차 부적응을 줄이기 위해 도착지의 시간대에 맞춰 빛 노출을 계획적으로 조절하는 방법도 효과적이다.

수면 시간을 체계적으로 조정하는 방법도 있다. 교대 근무자나 만성적인 수면 시작 지연을 겪는 사람들을 위해, 수면 시간을 매일 1-2시간씩 점진적으로 앞당기거나 미루는 '시간 요법'이 적용되기도 한다. 또한, 수면 제한 요법은 총 침대 시간을 실제로 자는 시간 정도로 일시적으로 제한함으로써 수면 효율을 높이고, 이후 점진적으로 시간을 연장하여 수면 구조를 공고히 하는 데 도움을 준다. 일관된 기상 시간을 유지하는 것은 어떤 기술보다도 생체 리듬을 안정시키는 기본적인 방법이다.