두뇌와 장의 관계(Gut-Brain Axis) : 뇌와 마이크로바이옴(Microbiome) 연결 고리

뇌는 흔히 우리 몸의 중추라고 합니다. 뇌는 중추 신경계라고 하는 초고속 정보 통신망을 통해 메시지를 전달하는 역할을 합니다. 이 메시지는 신경 충격과 사고를 움직임과 행동으로 변화시킵니다. 뇌는 마치 “오즈의 마법사(Wizard of Oz)”에 나오는 커튼 뒤의 마법사처럼 우리의 인지 과정과 신체의 움직임을 뒤에서 조종합니다.

최근 연구에서 과학자들은 뇌가 이전에 믿었던 것만큼 독립적으로 작용하지는 않는다는 사실이 발견되었습니다. 뇌 이외에도 중요한 역할을 하는 또 하나의 시스템이 있다는 것이 밝혀졌습니다. 이것은 매우 흥미로운 존재입니다. 실제로 이 중요한 시스템은 단일 기관이 아니라 수조 개의 미시적인 유기체가 결합된 커뮤니티입니다. 이것은 수조 개의 박테리아와 다른 미생물로 구성된 시스템으로 소화 기관의 마이크로바이옴으로 알려져 있습니다.

더욱 쉽게 설명하자면 다음과 같습니다. 우리 뇌를 회사의 대표 이사라고 한다면, 회사는 우리 몸과 같습니다. 마이크로바이옴은 회사에 종사하는 다양한 부서의 직원들이라고 할 수 있습니다. 직원들과 대표 이사 사이에 훌륭하고 긴밀한 업무 관계가 형성되어 있다면 회사는 틀림없이 성공할 것입니다. 그러나 직원들로부터 어떠한 의견 수렴도 없이 두뇌로만 운영되는 회사는 필수적인 메시지와 신호를 전달하지 못하게 되어 이상적으로 기능하지 못하게 될 것입니다.

이러한 불균형을 해소하기 위하여 우리 몸은 장 박테리아 및 기타 미생물도 함께 진화하였습니다. 따라서 마이크로바이옴과 뇌는 서로 긴밀한 관계가 되었습니다. 이 두 가지 체계는 정기적인 통신을 이루며 호혜적인 관계를 유지하고 있습니다. 이 두 가지 체계는 다양한 메커니즘을 통해 통신하여 우리 몸을 건강하고 균형 있게 유지해줍니다. 이러한 통신 내용에는 배고픔, 소화 및 포만감뿐만 아니라 면역 반응 및 정신 건강까지 포함됩니다.

마이크로바이옴이 뇌에 어떤 영향을 미치는지 이해하려면 먼저 마이크로바이옴이 무엇인지 알아보아야 합니다. 그 다음 마이크로바이옴이 뇌와 함께 어떻게 작용하는지 알아보겠습니다. 먼저 박테리아와 기타 미생물들에 초점을 맞추어 보겠습니다. 이를 통해, “소화 기관에는 어떤 미생물들이 왜 살고 있나?”라는 질문에 대답할 수 있을 것입니다.

마이크로바이옴(Microbiome): 우리 몸에 사는 박테리아와 미생물

우리 소화 기관은 수조 개의 미세한 생물이 살고 있는 서식지이며 이를 통칭하여 마이크로바이옴이라고 합니다. 이러한 미생물들(박테리아, 곰팡이, 바이러스, 원충 및 기타 유기체 포함)은 장기 내에서 커뮤니티를 형성합니다.

마이크로비오타(Microbiota)는 흔히 마이크로바이옴과 같은 의미로 사용되는 용어입니다. 마이크로바이옴은 단순히 미생물 자체만을 의미하는 것만이 아니므로 이 글에서는 마이크로바이옴이라는 용어를 주로 사용합니다. “마이크로바이옴”은 장에서 살고 있는 미생물 커뮤니티 전체와 그들의 기능 및 활동을 모두 의미하는 용어입니다.

마이크로바이옴의 대부분 역할은 대장과 소장에서 이루어집니다. 그러나 이러한 미생물들과 신체 다른 기관들은 상호작용을 통해 뇌에 메시지를 전달하는 통신 메커니즘 역할 또한 수행합니다. 이제는 장-뇌축을 구성하는 상호작용에 관해 더욱 자세히 알아보겠습니다.

뇌와 미생물 사이—장-뇌축 기본 지식

앞서 언급한 바와 같이 우리 뇌와 마이크로바이옴은 계속해서 통신합니다. 이러한 커뮤니케이션 링크는 장-뇌축(GBA)이라고 합니다. 이러한 통신 라인은 생체 항상성 또는 균형을 유지하는 데 필수적인 요소입니다. GBA를 구성하는 통신 경로는 다양합니다. 그러나 가장 두드러진 통신 경로는 미주 신경(vagus nerve)입니다. 이것은 여러 가지 생체 과정 및 반응들 중에서도 소화와 장 면역 반응 등에 관여합니다.

소화

미주 신경은 뇌간에서 시작되어 대장까지 이어지는 뇌 신경의 하나입니다. 이 신경은 체내에 매우 광범위하게 분포하고 있으므로 미주 신경이 우리 체내의 많은 기능을 조절하는 것은 당연하다고 할 수 있습니다. 이러한 기능에는 소화, 호흡 속도, 심장 박동, 혈압, 일부 면역 반응은 물론 몇 가지 내부 생리 반사 작용(예: 재채기 및 삼킴) 등이 포함됩니다.

먼저 소화에 관해 살펴보겠습니다.

연구 결과에 따르면 소화 기관의 기능은 단순히 소화와 영양 흡수만이 아닙니다. 소화 기관은 또한 마이크로바이옴과 뇌 사이의 매개자 역할을 합니다. 소화 기관은 우리가 섭취하는 음식물의 소화 과정을 목격하고, 해당 소화 과정과 관련된 정보를 미주 신경을 통해 뇌로 전달하는 것입니다.

소화 기관은 음식물 소화의 메카이므로 무엇이 섭취되었는지 즉시 알 수 있습니다. 소화 기관은 이러한 영양 정보 및 에너지 정보를 수집합니다. 미주 신경은 이러한 감각 신경으로부터 뇌에 최신 정보가 제공되도록 하여 배고픔과 포만감과 같은 신호를 놓치지 않게 합니다.

뇌에서 다음과 같은 역할을 수행하기 위해서는 이러한 정보가 중요하게 사용됩니다.

1. 연관된 충동 조절(예: 배가 부르니 먹기를 중단하라는 신호를 뇌에 전달)
2. 기분 조절(예: 배가 고프면, 짜증이 나는 현상).
3. 에너지 배분(예: 추울 때, 가장 중요한 장기의 온도를 유지하기 위해 에너지 집중).

면역 반응 연계

미주 신경은 또한 소화 기관에서 발생하는 다른 생체 과정에 관한 정보도 뇌에 전달합니다. 음식물을 섭취할 때는 알레르기 항원이나 기타 병원균 등이 함께 체내에 유입될 수 있고 이로 인해 소화 기관에서 면역 반응이 일어날 수 있습니다. 이것은 일상적이고 건강한 생체 반응이지만 때때로, 또한 일시적으로 정상적인 소화 기관의 기능에 영향을 줄 수 있습니다.

이 경우 뇌는 이러한 경미한 불편함을 인지해야만 합니다. 따라서 소화 기관에서 경험하게 된 이러한 “감각” 정보는 장-뇌축 초고속 정보망을 이루는 미주 신경에 의해 뇌까지 전달됩니다. 이상에서 설명한 정보 전달 방식은 “구심성” 경로라고 합니다. 이것은 감각이 말초 신경에서 중추 신경으로 이동함을 의미합니다.

장-뇌축 통신은 우리 뇌가 적절하고 건강한 반응을 유발 및 유지하는 데 필요한 정보를 제공하는 데 도움을 줍니다. 이를 통해 우리 몸 전체가 건강한 균형을 유지할 수 있습니다. 한편, 뇌에서 소화 기관으로 이동하는 통신은 “원심성” 경로라고 합니다. 이러한 통신은 건강한 면역 반응을 위해서 뇌의 원심성 신경섬유에서 미주 신경을 따라 메시지가 전송되는 것을 의미합니다.

식습관의 중요성

장-뇌축 사이의 통신을 효율적으로 유지하려면 소화 기관과 뇌를 건강하게 유지하는 것이 중요합니다. 가장 쉬운 방법은 음식과 영양소를 통해 건강을 유지하는 것입니다. 우리는 최소한 하루 세 번 소화 기관에 영향을 줄 기회를 갖게 됩니다.

마이크로바이옴은 우리가 선택하는 라이프스타일을 반영하는 매개체라고 할 수 있습니다. 우리가 섭취한 음식물은 체내에 들어와 소화 기관 내의 마이크로바이옴을 변경시킬 수 있습니다. 그 결과 소화 과정에 긍정적이거나 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다. 따라서 우리의 건강 또한 좋아지거나 나빠질 수 있습니다. 조금 더 자세히 살펴보도록 하겠습니다.

식물성 단백질과 식이섬유가 풍부한 식단은 비피더스균(Bifidobacteria)과 젖산간균(Lactobacillus) 같은 유익한 박테리아를 증식시키는 경향이 있습니다. 이러한 박테리아는 인체에 이로운 것으로 소화 기관 건강을 유지하는 데 도움을 줍니다. 반대로, 동물성 단백질과 포화 지방산이 풍부한 식단은 박테로이디즈균(Bacteroides)과 알리스티페스균(Alistipes) 같은 유해 박테리아를 증식시키는 경향이 있고 이들은 심장혈관 및 장 건강 문제와 관련이 있는 것으로 여겨지고 있습니다.

또한, 채소를 많이 섭취하고 지방을 적게 섭취하는 사람들은 수많은 이로운 박테리아로 구성된 매우 다양한 마이크로바이옴을 형성하는 경향이 있다는 사실이 연구를 통해 밝혀졌습니다. 한편, 고지방 식단을 고수하는 사람들은 소화 기관에 박테리아의 다양성이 부족한 경우가 많은 것으로 알려졌으며 이는 소화기 건강을 유지하는 데 적합하지 못합니다.

소화 기관에 존재하는 박테리아 커뮤니티는 복잡하게 구성되어 있으나, 이를 건강하게 유지하기는 비교적 간단할 수 있습니다. 이로운 박테리아는 “건강” 식품으로 여겨지는 유형의 식품을 좋아하기 때문입니다. 해로운 박테리아의 경우는 그 반대입니다. 이러한 박테리아는 포화 지방과 같이 많이 섭취해서는 안 되는 식품을 좋아합니다. 그렇다면 다음번에 식탁에 앉았을 때, 어떤 박테리아에 좋은 음식을 섭취하는 것이 좋을까요?

다음 기준을 참고하여 결정해보세요.

• 포화 지방산 섭취는 최소화합니다. 올리브유나 아보카도에 함유된 불포화 지방산은 비피더스균(Bifidobacteria)과 젖산간균(Lactobacillus) 같은 이로운 박테리아를 증식시켜 유익하지만 동물성의 포화 지방산은 소화 기관 건강에 해로운 영향을 미치는 박테로이디즈균(Bacteroides)을 증식시키는 경향이 있습니다.
• 식이섬유가 풍부한 채소를 더 많이 섭취합니다. 이러한 식품은 우리 몸에서 자체적으로는 완전히 분해할 수 없는 다당류와 식이섬유를 많이 함유하고 있습니다. 일부 식이섬유는 소화 기관에 존재하는 박테리아의 도움을 받아 분해됩니다. 그러한 과정에서 박테리아는 소화 기관 건강을 촉진하는 단쇄 지방산을 생성합니다. 이처럼 식이섬유가 풍부한 식품은 마이크로바이옴의 먹이가 되는 프리바이오틱스(prebiotics)와 같은 역할을 합니다.
• 식단에 프로바이오틱스(probiotics) 식품을 추가합니다. 프로바이오틱스는 소화 기관에 이로운 박테리아의 균형을 유지해주는 성분입니다. 요구르트를 좋아한다면, 달콤한 맛을 즐기는 동시에 장 건강을 챙길 수 있습니다! 유제품을 좋아하지 않는다면, 양배추를 절인 사우어크라우트나 김치 및 된장 같은 발효 식품을 섭취할 수 있습니다. 또한, 프로바이오틱스 건강 기능 식품을 섭취하는 것도 장 건강을 유지하는 훌륭한 방법입니다.

내 마이크로바이옴 관리

마이크로바이옴은 복잡한 시스템이나 우리가 최고의 인생을 살 수 있게 하는 데 큰 도움을 주는 것이 분명합니다. 이 시스템은 소화 과정에 매우 큰 영향을 미치고 뇌에 중요한 메시지를 전달하는 역할까지 합니다. 소화 기관 건강을 유지하는 방법은 장-뇌축 통신을 원활하게 하는 것입니다. 마이크로바이옴과 장-뇌축은 함께 우리 몸 전체를 건강하게 해주기 때문입니다.