'심봉사 눈이 번쩍' 말도 안된다고? 과학적 근거 있다

[한겨레] [토요판] 하리하라 눈을 보다

(7) 수정체와 백내장

▶ 하리하라

본명 이은희. 생물학을 전공해 연구원으로 사회생활을 시작했으나, 우연히 인터넷 블로그에 썼던 글들이 <하리하라의 생물학 카페> 등 책으로 묶여 나오면서 과학언론학으로 전공을 바꾸었다. 현재는 과학작가이자 강연자로 살고 있다. '하리하라'라는 인터넷 아이디를 필명으로, 세상에 퍼져 있는 과학에 대한 선입견과 오해를 걷어내는 이야기를 통해 사람들과 소통하고 있다. <한겨레> 토요판에서 격주로 '인간의 눈'과 본다는 것의 의미를 탐구한다.

하얀 어둠 대신 파란 세상을 얻은 모네

대학교 때의 일이다. 여느 때와 마찬가지로 공강 시간에 과방에서 날적이를 끄적이고 있던 내게 한 선배가 손을 내밀었다. 그의 손바닥 위에서 처음 보는 작고 투명한 구슬이 또르르 굴렀다. 이슬방울을 그대로 굳혀 놓은 듯 티끌 하나 없이 투명하게 맑은 구슬. 그런데 손가락을 대자 뜻밖에도 탄성이 느껴졌다. 그 낯선 느낌에 어리둥절하고 있자니 선배는 장난스러운 얼굴로 이렇게 말했다. 이게 뭔지 아냐고, 맞히면 선물로 주겠다고.

사실 이 에피소드의 끝은 그다지 로맨틱하지 않다. 그날은 동물 해부학 실습이 있는 날이었고, 선배가 내게 내민 것은 해부용 토끼의 눈에서 추출한 수정체였다. 수정체를 선물로 내밀다니 이게 웬 엽기호러스러운 행동이냐고 놀랄 수도 있겠지만, 생물학을 전공하던 우리 과에서는 동물 해부학 실험 시즌이 시작되면 짓궂은 선배들이 후배들-특히 이성 후배-에게 많이 치는 일종의 장난 같은 일과였다. 그리고 솔직히 말해서 그런 걸 받았다고 그다지 기분이 나쁜 것도 아니었다. 어쨌든 수정체는 생각 외로 예뻤고, 거기서 죽음의 냄새 따윈 느껴지지 않았으니까.

결코 저절로는 낫지않는 '하얀 어둠'

카메라가 렌즈를 통해 빛을 굴절시킨다면, 눈에서는 수정체가 같은 구실을 한다. 카메라의 렌즈는 두 가지 역할을 수행해야 한다. 렌즈의 첫번째 구실은 빛을 굴절시켜 필름 혹은 망막에 상을 맺히게 하는 것이다. 하지만 시야에 잡히는 물체들이 모두 동일한 거리에 있는 것이 아니므로, 렌즈의 역할은 단순히 빛을 일괄적으로 굴절시키기보다는 필름에 상이 정확히 맺히도록, 즉 초점이 잘 맞도록 조절할 필요가 있다. 이러한 굴절률 보정을 위해 카메라는 렌즈의 위치를 앞뒤로 움직여서 초점을 맞추지만, 안구 내에 위치해 위치 이동이 어려운 수정체는 두께를 변화시켜서 이를 보정한다. 수정체와 붙어 있는 조직들이 가까운 곳을 볼 때는 느슨해져 수정체가 두꺼워지고, 먼 곳에서 오는 빛을 받아들일 때는 한껏 수정체를 잡아당겨 얇게 만들어서 빛의 굴절률을 조절한다. 시시각각으로 변화하면서도 원래의 모양을 잃지 않으려면 질기면서도 신축성이 좋아야 한다. 손끝에 닿은 수정체에서 탄성이 느껴진 이유는 이 때문이었다.

이렇게 렌즈가 빛을 굴절시킬 수 있기 위해서는 렌즈는 반드시 투명해야 한다. 렌즈란 빛을 굴절시키는 것이지, 빛을 왜곡하는 존재가 아니기 때문이다. 카메라 렌즈에 먼지가 묻거나 손자국이 나기만 해도 사진은 얼룩진다. 수정체도 마찬가지다. 애초에 수정체(水晶體)라는 이름이 의미하는 바가 '물처럼 맑다'는 뜻인 것은 실제로 수정체를 본 사람이라면 다른 이름은 생각할 수 없을 정도이기 때문이다. 수정체가 이토록 투명한 것은 수정체는 크리스탈린(crystalline)이라는 투명한 단백질이 매우 정교하고 균질하게 배열된 구조를 가지고 있기 때문이다. 매우 투명한 두 장의 유리를 겹쳤을 때, 둘의 크기가 같다면 이들이 하나가 아니라는 사실이 가장 분명히 드러나는 부위는 어긋나는 가장자리일 것이다. 이는 반대로 유리 가장자리를 맞춰 겹치게 되면 두 장의 유리는 한 장처럼 투명하게 보인다는 말이 된다. 수정체가 수많은 크리스탈린 단백질이 모여 있음에도 물처럼 맑을 수 있는 것은 이들 자체가 투명하기도 하지만, 각각이 매우 균일하고 조밀하게 배열되었기 때문이다.

수정체의 투명성이 이토록 엄격하게 유지되는 것은 수정체의 얼룩짐과 혼탁함은 바로 시력 저하로 이어지기 때문이다. 수정체가 투명성을 잃는 대표적인 현상이 백내장(白內障)이다. 백내장을 유발하는 원인은 매우 다양하지만, 가장 흔한 이유는 나이가 들면서 나타나는 노인성 백내장이다. 카메라를 자주, 오래 사용하면 아무리 조심해도 렌즈에 생기는 미세한 흠집을 막을 수 없는 것처럼 눈으로 세상을 보는 시간이 늘어갈수록 그에 비례하여 크리스탈린 단백질은 변성이 일어나고, 구조 역시도 느슨해지면서 수정체는 원래의 투명함을 잃으면서 눈에 뿌연 안개 같은 그림자를 드리우게 된다. 백내장이란 눈 내부(內)에 하얀색(白)의 장벽(障)이 드리워져 시야를 가리는 것으로, 옛 어른들은 '눈에 백태가 끼었다'는 표현을 쓰곤 했다. 또한 영어로 백내장은 캐터랙트(cataract)라고 하는데 이는 '폭포'를 뜻하는 라틴어에서 유래된 말로, 떨어지는 폭포가 하얀 포말을 만들듯 눈 안에 흰 물보라가 이는 현상이라는 뜻을 담고 있다.

백내장은 인간의 노화에 따라 발병률이 높아지는 질환이기 때문에, 사람들에게 감지된 역사도 꽤 오래전으로 거슬러 올라간다. 이집트의 카이로 박물관에는 제5왕조(기원전 2457~기원전 2467)에 만들어진 남성의 목재 입상이 전시되어 있는데, 그 얼굴을 자세히 살펴보면 왼쪽 눈동자에 백내장의 특징인 흰색 눈동자를 볼 수 있다. 이처럼 예전부터 백내장은 그리 낯설지 않은 질환이었고, 한번 나타난 백내장은 결코 저절로 낫는 법이 없어서 시야가 점점 흐려지다가 결국에는 하얀 어둠에 갇혀버리며 시력을 잃기 마련이었다. 따라서 백내장에 대한 치료법 역시도 아주 오래전부터 연구되어 왔다. 현대에도 백내장은 약물로는 치료가 어려운 질환이니 당시에는 더욱이나 속수무책이었을 것이다. 그래서 그들이 생각해낸 유일한 방법은 눈 속의 하얀 어둠을 문자 그대로 '걷어내는 것'이었다. 즉, 눈을 절개해 하얗게 변해버린 수정체를 아예 제거하는 수정체 적출술이었다.

수정체의 얼룩짐과 혼탁함이시력 저하로 이어지는 백내장의료기술 낮던 옛날엔 속수무책유일한 방법은 눈을 절개해수정체를 아예 적출하는 것다채로운 빛의 향연 담던프랑스 화가 클로드 모네노년에 찾아온 백내장으로세상이 온통 파랗게 보여말년의 화풍 변화에 영향

심봉사의 눈이 번쩍한 비밀은?

눈을 절개해 수정체를 적출한다고? 이는 외과학이 발달한 근대 이후의 이야기일 듯싶지만, 이미 이집트에서는 기원전 1200년쯤에 환자의 눈에서 수정체를 적출하는 의사의 모습을 그린 그림이 남아 있을 정도로 이는 전통 있는(?) 치료법이었다. 그리고 다소 엽기적인 수정체 적출술이 치료법으로 공인된 것은 인간의 눈은 수정체를 적출해도 볼 수 있다는 사실 때문이다.

사실 인간의 눈은 수정체가 없다고 해도 세상을 볼 수는 있다. 비록 거리에 따라 빛의 굴절 조절이 되지 않기 때문에 심한 원시가 되고, 수정체가 상당 부분 흡수하는 푸른빛이 망막에 그대로 닿기 때문에 시야가 온통 푸르게 보이기는 하지만 그래도 보이긴 보인다. 하얀 수정체를 가지고 있을 때는 앞이 전혀 보이지 않지만, 수정체를 제거하면 불완전하게 보이긴 해도 보이긴 한다는 뜻이다. 그래서 거짓말 같은 이야기 속에서 진실을 찾아내기를 좋아하는 이들은 '심청전'에 등장하는 심봉사가 갑자기 눈이 뜨이는 이유를 이로써 설명하기도 한다. 심봉사의 실명은 심한 백내장이 원인이었기에, 죽은 줄 알았던 딸 청이를 만나서 너무 기쁜 나머지 달려나가다가 어딘가에 눈을 세게 부딪치며 그 충격으로 수정체가 터지거나 자리를 이탈하면서 오히려 빛이 들어갈 자리가 생겨났다는 것이다. 그렇다면 애초에 심청이가 상인들에게 팔려갈 때, 누군가 공양미 삼백석에 딸 팔아먹은 파렴치한이라고 얼굴에 한 방 먹여주었더라면 이야기가 어떻게 전개되었을까 궁금해진다.(물론 이건 상상일 뿐이니, 눈이 안 보인다고 진짜로 펀치를 날리면 큰일난다!)

수정체가 없어도 볼 수 있다는 사실은 오랫동안 백내장 치료에 마지막 대안이었다. 고대 이집트 시대 이후 수많은 사람들이 수정체 적출술을 받았지만, 그중 가장 유명한 사람은 프랑스의 인상주의 화가였던 클로드 모네(1840~1926)일 것이다. '빛이 보여주는 세상의 피부'에 주목해 세간으로부터 '빛의 화가'라 불렸을 만큼 모네의 그림은 눈부실 정도로 다채로운 빛의 향연을 고스란히 담고 있다. 그런 모네였기에 노년에 찾아온 백내장이 그에게 미친 영향은 매우 컸다. 일단 가장 큰 변화는 그가 더 이상 다양한 빛과 색을 화폭에 담아낼 수 없었다는 것이다. 모네를 비롯해 안과 질환이 환자에게 미친 영향을 연구한 미국 스탠퍼드대학교의 안과의사 마이클 마머 교수는 같은 장소를 전혀 다르게 그린 모네의 화풍 변화를 심리적이거나 예술적인 변화가 원인이 아니라, 백내장이라는 생물학적이고 의학적인 변화 때문으로 분석했다.

나이가 들수록 점점 진행되는 백내장 앞에서는 대화가의 예술적 혼도 타격을 입기 마련이었다. 그는 결국 실명에 가까운 상태가 되었고, 의사의 권유로 수정체 적출술을 받게 되었다. 하지만 마지막 희망이었던 수정체 적출술은 모네의 눈에서 안개를 걷어냈지만, 그의 눈에 비친 세상의 느낌은 이전과는 완전히 달랐던 모양이다. 그나마 이집트 시대와는 달리 안경이 발달했기에 수술 이후 느껴지는 심각한 원시는 볼록렌즈 안경으로 교정할 수 있었지만, 당시로서는 수정체 적출로 인해 세상이 온통 파랗게 보이는 것만은 어쩔 수 없었기 때문이었다. 실제로 수정체 적출술을 받은 사람은 마치 파란 선글라스를 낀 것처럼 세상이 파랗게 보인다고 말한다. 빛은 색에 따라 파장의 길이가 다른데, 빨간색에 가까울수록 파장이 길고 파란색에 가까울수록 파장이 짧다. 모든 파장이 섞인 빛이 눈으로 들어오면 수정체 내에서 굴절되는 과정에서 파장이 짧은 파란색 빛이 크리스탈린 단백질 구조물들 사이에서 더 큰 각도로 꺾이면서 일부는 눈의 뒤쪽, 즉 망막 쪽으로 빠져나가지 못하고 수정체 내부에 갇히는 현상이 일어난다. 눈 내부에 파란색이 갇히는 현상은 파란 색소를 만들지 못하는 홍채가 파랗게 보이는 이유도 설명한다. 홍채의 색은 대개 멜라닌 색소가 결정한다. 즉, 노란색에서 갈색, 검은색 눈동자들은 홍채 속에 든 멜라닌 색소의 다소(多少)에 따라 나타나는 현상이다. 하지만 홍채 속에 든 멜라닌 색소가 극히 적어 색소만으로는 색을 나타내기 어려운 경우에는 눈의 앞쪽에서 망막으로 나가지 못하고 갇힌 파란색이 상대적으로 두드러져 눈동자가 파랗게 보이게 된다.

조종사의 불행에서 빛을 얻다

만약에 모네가 50년쯤 뒤에 태어났더라면 어땠을까? 모네의 백내장은 노년에 발병한 것이라 노화 현상의 일종이어서 백내장 자체를 막을 수는 없었겠지만, 모네가 그토록 오랫동안 백내장으로 인한 시력 저하와 수정체 적출술로 인해 '파란 세상'에 갇히는 것은 막을 수 있었을 것이다. 현대에서도 가장 확실한 백내장 치료는 수정체 적출술이지만, 수정체를 적출하고 그대로 각막을 덮어 꿰맸던 과거와는 달리 제거한 수정체 대신에 렌즈의 일종인 인공수정체를 삽입해 원시와 색채 이상을 최소한으로 줄이는 것이 가능해졌기 때문이다. 이쯤 되면 렌즈와 수정체의 비유는 더 이상 은유가 아니게 된다.

인간의 눈에 이물질을 넣어도 괜찮다는 것은 우연한 사고로 인해 알려진 사실이다. 1949년, 영국의 안과의사였던 해럴드 리들리(1906~2001)는 우연히 부상당한 전투기 조종사를 접하게 된다. 당시 그가 탄 전투기의 덮개창이 산산이 부서지면서 수없이 많은 파편이 그를 덮쳤고, 그의 눈도 예외는 아니었다. 의사들은 가능한 대로 그의 몸에서 파편들을 제거했지만, 조각이 너무 많고 작았기에 눈에 박힌 일부는 제거하지 못하고 남겨 두게 된다. 그런데 의료진의 걱정과는 달리 시간이 지나도 조종사의 눈은 애초부터 그 파편들이 자신의 일부인 양 그것들에 별다른 거부반응이나 면역반응을 보이지 않는 것이 관찰된다. 당시 그를 덮쳤던 파편들은 대부분 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA: polymethyl methacrylate) 재질의 플라스틱으로, 이것은 투명도가 유리보다 뛰어나고 단단해서 주로 자동차나 비행기의 창문의 재질로 쓰이는 물질이었다. 사람의 눈이 이 성분을 거부하지 않으며, 이것이 유리보다 투명도가 높다는 사실에서 리들리는 '그럼 문제가 생긴 수정체 대신 이것으로 수정체를 만들어 눈에 넣으면 어떨까?'라는 생각을 떠올리게 된다. 그의 이런 발상은 이후 개량과 보정을 거듭해 1970년대부터는 수정체 적출술과 인공수정체 삽입술을 묶은 효과적인 백내장 치료법을 등장시키기에 이른다. 물론 인공수정체는 진짜와는 달리 탄성이 없기에 거리에 따라 자동 두께 조절은 되지 않지만, 다초점렌즈로 만든 백내장용 안경과 함께 사용하면 큰 문제 없이 세상을 볼 수 있으며 세상이 파랗게 보이는 현상도 완화되어 훨씬 자연스러운 시야를 되찾게 된다. 자료에 따르면 표준적인 절차에 따라 인공수정체 이식술을 받은 환자들의 95%는 백내장 발병 이전의 시력을 되찾을 정도로 효과가 있음이 입증되었다.

검은 것은 어둡다. 하지만 어둡다고 모두 검지는 않다. 붉거나 파랗거나 노랗거나 희어도 눈앞을 가리고 빛을 통과시키지 않으면 우리 눈엔 모두 어둠으로 비치게 된다. 눈에 하얀 어둠을 가져다주는 질환인 백내장은 생활습관의 개선(자외선 차단 선글라스 착용, 금연, 혈당 관리 등)으로 상당 부분 지연시킬 수 있고, 임계점을 넘어간다고 하더라도 인공수정체 이식으로 다시 시력을 되찾을 수 있는 질환이다. 하지만 백내장을 방치하여 합병증으로 녹내장, 망막 이상, 포도막염 등이 발생하면 완전한 실명에 이를 수도 있다. 2011년 '세계 시력의 날' 행사에서 제시된 자료에는 전세계 70억 인구 중 실명 상태에 놓인 사람이 약 3900만명이며, 이들 중 47.9%가 제때에 치료받지 못한 백내장으로 말미암아 시력을 잃고 있다는 안타까운 사실이 실려 있다. 누군가의 삶에 드리워진 하얀 그림자가 완벽한 어둠으로 고착되는 것을 막는 방법을 알고 있음에도 그것을 막지 못하는 것은 과연 누구의 책임일까?

이은희 과학 작가

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