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간헐적 단식이 인체의 대사와 건강에 미치는 영향 II


간헐적 단식이 건강에 미치는 영향에 대한 기전
그림 1은 간헐적 단식이 건강에 미치는 영향에 대한 기전을 도식화 한 것이다. 간단히 정리하면 간헐적 단식방법은 일주기의 생물학, 위장관내의 미생물의 종류와 다양성 및 생활습관에 따라 부가적으로 대사기능을 조절할 수 있다. 이러한 시스템에 부정적 방해요소가 생기면 대사환경이 나빠지면서 비만, 당뇨병, 심혈관계 질환 및 암 등이 생길 수 있다. 
 

일주기 생물학 Circadian Biology

주간에 음식 섭취를 제한하는 간헐적 단식방법은 일주기 생물학에 영향을 줌으로서 대사적인 면에서 건강하게 해준다. 생명체는 주간이나 야간에 활동을 제한함으로써 몸 안에 있는 생체시계가 생리적인 면에서 가장 잘 적응할 수 있는 최적의 시간대에 작동할 수 있게 진화해 왔다. 낮 동안에 에너지 대사뿐만 아니라 시간대에 따라 다르게 분비되는 호르몬의 정도, 육체적 활동의 조정과 수면 등에 있어서 서로 통합적으로 연결되어 작용해 왔다(그림 2 참조).
포유류에서 생체시계를 총괄하는 부위는 시상하부의 시교차 상핵(suprachiasmatic nuclei)에 위치하며 빛과 어두움의 자극에 따라 반응한다. 말초 조직에서 생체 시계 진동자와 비슷한 역할을 하는 것은 간으로 알려져 있는데, 이것은 음식을 먹음에 따라 동조화 기능(Zeitgeber)을 가지고 있다. 2009년에 Scheer 등은 시교차 상핵의 생체시계와 말초의 일주기 시계 사이에 비동기화(desynchronization)에 의하여 에너지 균형이 깨지면서 만성질환의 위험이 증가될 수 있다는 가설을 제시하였다. Hatori등은 시간을 제한한 단식을 하면서 일주기 리듬에 따라 음식을 섭취하게 하면 일주기 시계 유전자가 발현되면서 진동자가 개선되어 에너지 대사와 체중을 조절하는 기전에 대한 프로그램을 다시 만들게 된다고 하였다.

영양소가 신호자가 되어 음식을 먹는 시간적 타이밍이 일주기의 동기화 장치가 된다는 증거는 대부분이 동물실험에 근거한 것이다. 그러나 인간에서도 일주기 리듬이 깨지면 비만, 당뇨병, 심혈관계 질환 등이 증가되며, 암중에서는 특히 유방암의 위험도가 증가된다는 연구 결과가 많이 보고되고 있다. 비슷하게도, 하루 중에 이른 시간에 사용된 대부분의 에너지는 체중을 감소시키고 건강을 개선시킬 수 있다는 많은 전향적인 코호트 연구 결과들이 보고되고 있다.

위장관 내의 미생물들
위장관의 여러 가지 많은 기능 중에 하나는 일주기의 변화와수면-각성의 리듬에 있어서 중요한 역할을 한다는 것이다. 예를 들면, 밤보다는 낮에 음식을 먹으면 음식물이 위에서 십이지장으로 넘어가는 시간이 더 빠르고, 위장으로 공급되는 혈류량이 더 많다. 반면에 포도당을 섭취한 후에 대사되는 정도는 아침보다는 저녁때가 더 느리다. 그러므로 일주기의 리듬에 만성적인 교란이 오게 되면 위장관 기능에 부정적인 영향을 줄뿐만 아니라 대사 및 건강에 나쁜 영향을 준다. 간헐적 단식은 위장관 내에서 복잡하고 다양한 미생물의 환경에 직접적으로 영향을 줄 수 있다. Ridaura박사와 Turnbaugh박사는 위장관내 미생물의 구성 비율과 대사기능의 변화를 비교한 연구에서, 비만한 사람이 마른 사람이 가지고 있는 미생물보다는 섭취한 음식물에서 더 많은 에너지를 흡수할 수 있는 장내 미생물을 가지고 있고, 전체적인 에너지의 흡수, 소모 및 저장을 함에 있어서도 영향을 줄 수 있다고 Science(2013)와 Nature(2006)에 각각 발표하였다. 또한 비만하게 되면 위장관내의 미생물의 조성 비율이 바뀌면서 위장관 벽의 투과도와 세균의 전좌(轉座, translocation)에 영향을 줌으로서 전신적인 염증이나 비만의 지표와 비만과 관련된 질환들의 진행을 촉진한다. 마지막으로 쥐와 인간을 이용한 최근의 실험결과는 시차적응을 함에 있어서 비정상적으로 미생물의 일주기의 변동과 장내 이상세균의 증식이 일어나서 혈당의 불내성과 비만을 초래한다고 보고하였다.

생활 습관의 변화 에너지 섭취
변형된 간헐적 단식에 대한 연구결과는 전반적으로 에너지 소비량이 감소되었다. 그러나 일반인 들이 스스로 섭취한 음식을 직접 써서 제출한 에너지 섭취량은 정확하지가 않다. 그래서 간접적인 방법이긴 하지만 간헐적 단식이 제대로 되고 있는지는 체중의 변화를 계측해야 한다. 간헐적 단식을 하는 경우에 약 85%에서 통계적으로 유의하게 체중이 감소한다. 간헐적 단식을 할 때는 먹는 것이 가능한 시간을 전체적으로 줄이게 하여 포괄적인 에너지 섭취와 비만의 위험도를 줄일 수 있다. 그 뿐만 아니라, 근무 시간이 자주 변경되거나 야간근무자들에서는 식욕을 조절하는 호르몬인 leptin, ghrelin 및 xenin 등에 변화가 와서 전체적인 에너지 섭취가 증가될 수 있다. (참고: xenin이란? 십이지장의 점막에 있는 내분비 세포에서 분비되는 펩타이드로 migrating motor complex의 3rd phase때 최대로 분비되고, 췌장에서 소화효소의 분비를 촉진하며 가스트린에 의하여 자극된 위산의 분비를 억제한다)

수면
여러 관찰자 연구에서 야간에 음식을 먹으면 정상적인 일주기 리듬이 비동기화되고 정상적인 수면 패턴이 깨지면서 수면시간이 단축되고 수면의 질도 나빠진다. 그 결과 인슐린 저항성이 생기고 비만, 당뇨병, 심혈관계 질환 및 암의 위험도가 증가된다.

간헐적 단식이 각종 질병에 미치는 영향
1. 류마티스 질환들

류마티스 환자들은 특정한 영양소를 빼거나 단식하면 증상이 호전된다는 보고들이 있다. 몇 가지 연구에서 류마티스 환자에서 단식을 했더니 증상의 호전과 검사 상에 염증 지표들이 좋아졌다고 보고하였다. Kjeldsen-Kragh 등이 류마티스 환자에서 시행한 무작위 비교연구에서 7일에서 10일 동안 단식을 시키고 채식위주의 식사를 시켰더니 질병의 활성도의 감소와 혈액 검사 결과의 호전이 1년 이상 유지되었다. 또 다른 체계적 문헌 고찰에서도 비슷한 결과를 보였다. 단식요법은 류마티스 관절염뿐만 아니라 퇴행성관절염에서도 비슷한 결과를 얻을 수 있었다. 

2. 만성 통증 증후군
단식을 하면 전반적으로 통증이 감소되는 효과가 있다는 것이 잘 알려져 있기 때문에, 단식을 통증치료방법으로 사용하는 치료자들에 의하여 그 결과가 자주 보고되고 있다. 칼로리를 제한하였을 때 진통효과의 기전과 자극에 대한 반응에 대한 여러 실험 연구가 있었는데, 이때 작용기전은 내인성 아편 유사물질의 변화와 연관되어 통증에 대한 반응이 감소된다고 하였다. 단식을 하게 되면 신경내분비적 기전이 작동하여 통증이 감소되는 것으로 알려져 있다. Michalsen 등은 섬유근육통 환자에 있어서 단식 치료가 정상적인 칼로리를 섭취하는 경우보다 통증의 치료에 있어서 도움이 된다는 결과를 보고하였다. Lipecki 등이 시행한 연구에 따르면 단식을 하면 두통의 빈도와 편두통의 강도도 감소되었다고 발표하였다. 단식을 하면 통증에 대한 치료 성공률뿐 만 아니라 환자의 만족도가 훨씬 높았으며 만성통증의 개선 정도도 더 좋았다. 단식을 하면서 건강한 생활 습관을 유지한 환자에서는 통증의 정도를 퇴원 후 3개월 및 6개월 때 평가해 보아도 더 잘 회복되었다. 이러한 소견들은 단식이 기분을 좋게 해주는 효과가 있어서 만성통증증후군의 치료에 있어서 꼭 추천되는 방법이다. 향후에 단식이 만성통증을 치료하는데 도움이 될 수 있는지에 대한 무작위 대조군 연구가 필요하겠다.

3. 고혈압, 심혈관계 질환의 위험도
실험적 연구와 관찰자 연구에서 보면 단식을 하면 혈압이 떨어진다고 보고하였다. 68명의 경계성 고혈압 환자에서 물만 먹은 단식을 10~14일간 시행한 결과 평균 혈압이 20/7mmHg 정도 감소하였다. 또한 입원환자 174명에 대하여 의학적인 감독 하에 10~11일간 단식을 한 고혈압 환자에서 평균혈압이 37/13mmHg 정도 감소하였고, 3기고혈압에서도 평균적으로 60/17mmHg 정도 감소하였다. 비록 처음에 단식을 하면 HPA-axis가 활성화 되어 나트륨이 소변으로 많이 빠져나가게 되고, 그 결과 natriuretic peptide의 농도와 감수성이 증가되고 염분의 섭취가 부족하게 된다. 이때 인슐린의 감소가 동반되면서 포함한 단식에 의한 조화로운 내분비 효과에 의하여 혈압이 감소하게 된다. 단식을 하면서 혈압이 낮아지면 혈압 약을 줄이거나 중단할 수 있는데, 저혈압 증상이나 저나트륨 혈증을 예방하기 위하여 전문가의 지시를 따르는 것이 반드시 필요하다. 간헐적 단식을 중지하고 음식을 먹기 시작하면 혈압이 다시 올라 가는 것은 흔한 일이다. 그러나 물론 단식 후 영양상태나 생활습관의 차이에 따라 다르겠지만 간헐적 단식을 하기 전보다는 수주에서 수개월 동안 혈압이 낮은 상태로 유지된다. 뿐만 아니라 단식 후 체중감량과 건강한 식사를 하면 혈압강하 효과가 지속되는데 많은 도움을 준다. 주목할 만한 것은, 역학연구를 보면 종교적인 이유로 주기적으로 단식을 하는 경우에 관상동맥질환의 위험도가 감소하였다.

실험적 연구에서 열량 제한과 간헐적 단식을 하면 심장과 혈관에서 나이에 따른 변화도 감소되었다. 이러한 나이에 따른 퇴행의 감소는 체중이 줄어서 일어난다기 보다는 단식과 직접적으로 관련되어있는 세포내의 어떤 기전에 영향을 주기 때문이라고 추정된다. 실험동물에서 허혈성 손상을 주고 격일제 단식을 시키면 세포사멸의 정도가 감소되는 결과를 보여주었다. 간헐적 단식을 하면 심장 박동수가 감소되는 현상도 관찰된다. 대사증후군 환자에서 3주간 단식을 시켰더니 운동 후 카테콜아민의 증가도 둔화되었다. 변형된 간헐적 단식은 2형 당뇨병이나 대사증후군 환자에서 성공적으로 적용할 수 있는 경우가 많다. 당뇨병을 앓고 있는 비만한 여자에게 3일간만 단식을 시켜도 당의 조절이 개선되는 것을 알 수 있었다는 연구결과도 있다. 30명의 외래환자에서 Otto Buchinger 단식을 1주간 시행한 결과 중성지방, LDL-콜레스테롤, 인슐린 및 렙틴의 농도가 의미 있게 감소하였을 뿐만 아니라, 혈압과 심장 박동수도 감소하였으며 아디포넥틴의 농도는 증가되었다. 25명의 입원환자에서 Buchinger 단식을 적용한 결과 인슐린 감수성이 호전되었다. Schubmann 등이 Buchinger 단식의 장기적인 효과는 독일의 재활 센터에서 599명의 비만 환자를 대상으로 연구한 결과를 보면, 12개월까지 관찰한 결과 55%에서 체중 감소가 지속되고 심혈관계 질환의 위험도가 감소되었다.

4. 간헐적 단식과 대사증후군
대사증후군은 내장비만, 인슐린 저항성, 중성지방의 증가, 고혈압, 심혈관계, 당뇨병, 뇌졸중 및 알츠하이머 치매 등의 위험성이 증가시킨다고 알려져 있다. 쥐를 이용한 실험에서 지방과 단순당으로 된 음식을 마음껏 먹게 하면 대사증후군환자처럼 되었다. 간헐적 단식을 하면 내장비만, 염증 및 혈압이 내려가고 지방분해가 증가되어 대사증후군을 예방하고 정상상태로 회복될 수 있다. 뿐만 아니라 인슐린 감수성이 증가되고 신경계, 신경 근육계 및 심혈관계의 기능이 좋아진다. 간헐적 단식을 하면 당뇨가 있는 쥐에서 고혈당이 감소되며 심근경색 모델에서 허혈성 손상으로부터 심장을 보호한다. 신장과 간의 허혈성 손상에 대해서도 1~3일간 단식을 하면 기능의 회복이 좋아지고 조직손상과 사망률이 감소된다. 또한 6일간 음식물에서 필수 아미노산인 트립토판을 제거해도 대사와 스트레스에 대한 저항능력이 단식을 했을 때와 비슷한 결과를 볼 수 있었다.

인간의 대사증후군에서 특징적으로 보이는 다양한 호르몬의 변화가 실험쥐에게 고지방 및 고탄수화물 식이를 줌으로서 비슷한 결과를 얻을 수 있었다. 즉 인슐린과 렙틴의 증가, 아디포넥틴과 그렐린의 감소소견을 보였다. 렙틴이 증가한다는 것은 염증이 촉진되는 상태를 반영하는 반면에, 아디포넥틴과 그렐린은 염증을 억제할 수 있고 인슐린 감수성을 증가시킨다. 에너지의 섭취와 소모를 조절하는 시상하부의 핵에 국소적 염증이 일어나면 대사증후군이 생기면서 지속적으로 과다한 영양상태가 된다.

단식을 하면 인슐린과 렙틴이 감소되고 아디포넥틴과 그렐린이 증가된다. 인슐린과 렙틴의 감수성이 증가되면서 염증이 감소되고 자가포식 기능이 자극되기 때문에 단식을 하면 대사증후군에서 보이는 많은 이상소견을 바람직한 쪽으로 역전시킨다. 마지막으로 단식은 신체와 뇌를 통하여 많은 영향을 나타낼 뿐만 아니라 대사증후군으로부터 몸을 보호해 주는 위장관 내의 미생물의 조성에도 변화가 일어난다. 대사증후군을 치료함에 있어서 자연스런 방법으로 단식을 기반으로 하는 방법이 바람직하지만, 일부의 비만 환자에서 장기간 단식하는 것은 여러 가지 어려움이 뒤따른다.

Harvie등의 연구를 보면 과체중의 환자에서 6개월 동안 하루에 500~600칼로리 정도의 식사를 하는 단식을 일주일에 2일간씩 하게 하면, 복부 지방이 없어지고 인슐린 감수성이 호전되고 혈압이 감소되었다고 보고하였다. Heilbronn 등은 정상체중의 남녀에서 격일제로 단식을 하면서 3주간 지속했더니 체지방과 혈중 인슐린이 감소되었다. Horne등의 보고한 결과는 단식을 하지 않은 경우에 비하여 규칙적으로 단식을 한 경우에 당뇨병의 발병률이 감소하였다. Halberg 등의 연구를 보면 체질량 지수가 25정도인 젊고 건강한 남자에서 15일 동안 격일로 단식을 하게하면 대사증후군의 예방효과가 있었다. 즉 몸 전체에서 인슐린에 의한 포도당의 흡수율이 의미 있게 증가되고 뚜렷한 체중 감소 없이 혈중 케톤체와 아디포넥틴은 증가되었다.

이때 신체가 지방을 분해하고 케톤체에 의한 대사로 바뀌게 될 정도로 장시간 단식을 한다면, 더 오래 지속되며 더 강력한 효과를 나타낼 것이다. 여러 연구논문에서 단식에 대한 반론이 있기는 하지만, 고혈압, 2형 당뇨병의 치료와 심혈관계 질환의 위험도를 감소시키는 효과가 있는 것으로 추정되며 생활 습관의 개선이 같이 이루어진다면 더 좋은 결과를 얻을 수 있을 것으로 사료된다.

<다음호에 계속>

최세환  emd@mdjournal.net

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