📝 한눈에 보는 정보
- 골다공증(osteoporosis)은 1,000만 명이 넘는 미국인에게 영향을 미치고 있으며, 새로운 연구에 따르면 뼈의 분해가 생체리듬을 따른다는 사실이 밝혀져 수면 부족과 골손실 촉진 사이의 연관성이 입증됨
- 과학자들은 골흡수(bone resorption, 신체가 오래된 뼈를 제거하는 과정)가 생체시계와 연관된 24시간 주기에 따라 증감한다는 것을 발견
- 식단과 운동 루틴이 아무리 건강하더라도 수면 부족, 교대 근무, 인공조명 노출 등으로 인해 생체리듬이 무너지면 골손실이 증가
- 뼈 단백질 속의 미세한 화학적 스위치가 생체 유전자에 의해 제어되어 세포 수준에서 뼈의 재생과 회복을 조절한다는 것을 보여줌
- 멜라토닌(melatonin) 수치가 자연스러운 야간 주기와 일치할 때, 생체리듬을 회복하고 골밀도를 높이며 산화 스트레스를 줄여 뼈를 강화하는 데 도움을 줄 수 있음
🩺 Dr. Mercola
오늘날 골다공증은 1,000만 명이 넘는 미국인에게 영향을 미치고 있으며, 약 4,400만 명이 골밀도가 낮은 상태인 것으로 추정되어 해당 질환의 고위험군에 속해 있다는 것을 의미한다. 이 질환은 뼈가 약해져 부러지기 쉬운 상태가 되는 것이 특징이다. 골절이 발생하기 전까지는 아무런 증상이 나타나지 않기 때문에 '소리 없는 질병'이라고도 불린다.
많은 사람이 뼈 건강이 칼슘이나 비타민D 같은 특정 영양소를 섭취하는 것에만 달려 있다고 생각하지만, 뼈 건강 역시 일정한 일정을 따른다는 사실을 알고 있나? 최근 연구에 따르면 뼈가 분해되는 속도의 빠르고 느림은 신체의 내부 리듬에 달려 있고, 이 리듬이 무너지면 뼈의 손상이 촉진된다.
이번 연구는 일상 습관과 장기적인 골격 강도 사이에 숨겨진 연관성을 밝혀냈다. 신체의 내부 타이밍이 골대사를 어떻게 지배하는지 이해하는 것은 골손실을 예방하고 생리적 균형을 회복하는 새로운 길을 열어준다.
뼈의 분해는 24시간 일정을 따른다
사이언티픽 리포트(Scientific Reports)에 발표된 최근 연구에 따르면, 신체가 뼈 건강을 유지하는 방식에 관한 흥미로운 사실이 밝혀졌는데, 바로 뼈의 분해 과정이 생체리듬을 따른다는 점이다. 서리 대학교(University of Surrey)와 셰필드 대학교(University of Sheffield) 연구진이 공동으로 진행한 이번 연구에서 연구팀은 혈액 샘플을 분석하여 골대사와 관련된 핵심 생물학적 지표를 측정했다.
•생체리듬이란 무엇인가? 연구의 세부 내용을 알아보기 전에 생체리듬이 무엇인지 아는 것이 중요하다. 쉽게 말해, 이는 신체의 수많은 과정을 지배하는 24시간 주기이다. 이는 신체의 모든 기능이 동기화되어 조화롭게 작동함으로써 건강과 정상적인 기능을 유지하도록 돕는다.
오케스트라를 이끄는 지휘자라고 생각하면 되는데, 피로감과 깨어 있는 시간을 느끼는 것부터 호르몬이 분비되는 시점까지 신체의 모든 것에 영향을 미친다. 생체리듬은 체온, 소화, 대사뿐만 아니라 이번 연구에서 나타났듯 뼈의 재생까지 조절한다.
•연구 설계 및 참가자 — 대상자는 19세에서 33세 사이의 건강한 젊은 성인들이었다. 연구에 참여하기 전, 참가자들은 7일 동안 매일 밤 8시간씩 잠을 자며 고정된 수면 일정을 유지했다. 또한 생체리듬을 안정시키기 위해 매일 아침 최소 15분 동안 야외에서 시간을 보냈다. 이후 연구팀은 26시간 연속으로 2시간마다 참가자들의 혈액 샘플을 채취했다.
•데이터 수집 — 연구진은 뼈의 발달과 관련된 특정 생체지표를 추적했다. 예를 들어 뼈의 형성을 알리는 혈청 제1형 프로콜라겐 N-단단 프로펩타이드(sPINP)와 오래되거나 손상된 뼈 조직이 분해되어 신체에서 제거되는 과정인 골흡수를 나타내는 제1형 콜라겐 C-텔로펩타이드(sCTX) 등이 이에 해당한다.
•발견한 내용 — 연구 결과에 따르면, 하루 종일 일정하게 유지된 골형성과 달리 골흡수는 명확하게 생체리듬을 따르고 있었다. 단순히 말해, 신체가 뼈를 분해하는 속도는 24시간 주기에 따라 증감하며 생체시계의 통제를 받는다.
•골개조(bone remodeling) — 타이밍에 달려 있다. 골개조가 어떻게 일어나는지 더 잘 이해하려면, 먼저 뼈 세포인 파골세포(osteoclast)와 조골세포(osteoblast)의 차이를 아는 것이 필수적이다. 파골세포는 골흡수를 담당하고, 조골세포는 새로운 뼈를 생성한다.
내부 시계가 동기화되어 있을 때는 이러한 과정이 조화를 이루며 작동한다. 그러나 리듬이 깨지면 하루 중 부적절한 시간대에 파골세포의 활동이 증가하여 골손실 쪽으로 저울추가 기울어질 수 있다. 연구진이 언급한 내용은 다음과 같다.
"연구진은 남성과 여성 모두에게서 골형성 지표인 sPINP가 아닌 골흡수 지표인 sCTX가 고유의 생체리듬을 나타낸다는 것을 발견했다. 이러한 발견은 파골세포에 의한 골흡수의 생체시계 조절은 강력한 반면, 조골세포에 의한 골형성의 생체시계 조절은 미미하다는 것을 시사한다."
•그렇다면 이것이 건강에 의미하는 바는 무엇인가? 기본적으로 이는 식단과 운동이 아무리 훌륭하더라도 만성적인 수면 부족과 야간 교대 근무가 뼈가 얇아지는 것을 촉진하는 주요 원인이 될 수 있음을 가리킨다.
•이번 연구 결과는 치료 타이밍에도 중요한 시사점을 준다. 골손실이 하루의 리듬을 따른다면 특정 뼈 건강 영양소나 약물을 복용하는 타이밍이 그 효능에 영향을 미칠 수 있기 때문이다. 예를 들어 야간에 골흡수가 정점에 달한다면, 잠들기 전에 뼈의 분해를 억제하는 보충제를 섭취하거나 보조 요법을 시행하는 것이 더 큰 도움이 될 수 있다.
시간요법(chronotherapy)으로 알려진 이 개념은 치료 타이밍을 신체의 생물학적 리듬과 일치시켜 결과를 최적화하는 방식이다.
그러나 이 연구의 한 가지 한계는 골다공증 위험이 상대적으로 낮은 젊은 연령층을 대상으로 했다는 점이다. 그럼에도 불구하고 연구진은 이러한 결과가 내부 신체 시계가 대사성 골질환 진행에 어떤 영향을 미치는지 탐구하는 추가 연구로 이어져, 궁극적으로 더 나은 골다공증 예방 및 치료 전략을 위한 길을 열어줄 것으로 믿고 있다. 서리 대학교 영양과학과 박사후연구원이자 이번 연구의 제1저자인 앤드리아 달링(Andrea Darling)은 다음과 같이 말했다.
"이번 연구는 뼈의 무결성을 유지하는 핵심 과정인 생체리듬과 골흡수(분해) 사이의 명확한 연관성을 입증했다. 이번 연구는 건강한 젊은 층에 초점을 맞췄기 때문에, 향후 연구를 통해 고령층이나 특히 골다공증 환자들이 생체리듬 교란을 보이는지 확인하는 것은 흥미로운 과제가 될 것이다."
뼈 건강은 세포 수준에서의 타이밍에 달려 있다
바이오메디신(Biomedicines)에 발표된 논문은 뼈가 내부 시계와 동기화되어 어떻게 스스로 재형성되는지 더 자세히 보여준다. 피츠버그 대학교(University of Pittsburgh)의 빈센트 G. 유안(Vincent G. Yuan) 박사가 저술한 이 연구에 따르면, 단백질의 미세한 화학적 변화가 생체리듬과 뼈 세포 간의 소통을 돕는다는 사실이 밝혀졌다.
•신체의 내부 시계는 졸음이나 깨어 있음을 느끼는 시점만 조절하는 것이 아니다. 이는 뼈 단백질이 제대로 작동하는 시기까지 지시한다. 이러한 단백질은 과학자들이 번역후변형(posttranslational modification, PTMs)이라 부르는 과정을 거치는데, 이는 단백질이 만들어진 후 화학적으로 조정됨으로써 이들을 활성화하거나 안정시키는 스위치를 켜는 것과 같다.
•흔한 변형으로는 인산화(phosphate group 추가)와 아세틸화(acetyl group 추가)가 있다. 이러한 미세한 화학적 변화가 뼈 관련 단백질의 작동, 휴식, 또는 분해 여부를 결정한다. 연구에 따르면, 이 미세 조정 과정은 매일의 리듬 속에서 일어나며, 특정 시간대에 골흡수가 정점에 이르고 이후 골형성이 뒤따라 균형을 유지하도록 돕는다.
•생체리듬 교란은 이러한 스위치들을 망가뜨린다. 불규칙한 수면, 교대 근무, 지속적인 빛 노출 같은 요인으로 인해 일상 리듬이 깨지면 번역후변형이 잘못된 위치에서 멈추게 된다. 새로운 골형성을 촉진하는 RUNX2나 뼈 생성 활동의 지표인 오스테오칼신(osteocalcin)처럼 뼈 회복에 관여하는 단백질들이 정상적인 타이밍 신호를 잃어버리게 된다. 이는 뼈의 성장을 더디게 하고 회복 주기를 약화하는 결과로 이어진다.
•또한 이 연구는 두 가지 핵심 생체 단백질이 분자 수준에서 뼈 세포 대사를 어떻게 조절하는지 탐구했다. BMAL1과 CLOCK으로 불리는 이 단백질들은 마스터 조절자로 함께 작동하며, 세포에게 뼈 관련 단백질을 언제 생성하거나 변형해야 하는지 지시하는 유전자를 켜고 끈다. 이들은 에너지 활용부터 단백질 회복에 이르기까지 모든 과정이 제시간에 맞추어 진행되도록 보장하는 피드백 루프를 형성한다. 이 루프가 차단되면 골개조는 그 리듬을 잃게 된다.
골격이 시간 자체에 의존한다는 점을 인식하는 것은 골격을 보호하기 위한 새로운 틀을 제공한다. 몸에 영양을 공급하는 것만큼 신중하게 생체리듬을 보살펴야 한다. 일과를 생체시계에 맞춤으로써, 평생 동안 뼈를 탄력 있게 유지하는 동일한 분자 메커니즘을 활성화할 수 있다.
멜라토닌 역시 더 강한 뼈를 만드는 열쇠를 쥐고 있다
프론티어스 인 셀 앤 디벨롭멘탈 바이올로지(Frontiers in Cell and Developmental Biology)에 발표된 검토 논문은 멜라토닌을 이러한 내부 리듬을 회복하는 핵심 요소로 지목했다. 멜라토닌은 생체리듬을 일정대로 유지하는 호르몬으로, 모든 세포에게 휴식, 회복, 재건의 시간임을 알리는 야간 신호 역할을 한다. 이번 연구는 멜라토닌이 뼈의 생성과 분해 사이의 조화를 어떻게 유지하는지 밝혀내어, 골다공증에 대항하는 가치 있는 치료법이 될 수 있음을 보여준다.
•해당 논문은 건강한 상태와 질병이 있는 상태 모두에서 멜라토닌이 뼈를 어떻게 보호하는지 탐구했다. 골손실 고위험군인 당뇨병 및 폐경기 모델에서 멜라토닌은 골밀도와 미세구조를 개선하고, 뼈 조직을 손상시키는 산화 스트레스를 감소시켰다. 멜라토닌은 부갑상선호르몬(PTH), 칼슘, 글루타티온 같은 호르몬 및 성분을 조절하고, 뼈의 노화를 촉진하는 말론디알데하이드(MDA)와 같은 유해 부산물의 수치를 낮춤으로써 이러한 효능을 발휘했다.
•멜라토닌은 운동과도 시너지 효과를 냈다. 당뇨병성 골다공증 모델에서 멜라토닌과 유산소 운동을 병행했을 때, 운동만 했을 때보다 뼈의 강도가 훨씬 더 개선되었다.
•또한 해당 논문은 멜라토닌이 여러 신호 전달 경로를 통해 골흡수를 어떻게 직접적으로 예방하는지 보여주었다. 멜라토닌은 파골세포에게 증식 및 활성화를 지시하는 두 가지 화학적 연쇄 반응인 NF-κB 및 ERK1/2 경로를 차단한다. 이러한 경로를 억제함으로써 멜라토닌은 과도한 골흡수를 막아준다.
또한 파골세포의 활동을 억제하는 천연 '브레이크'인 오스테오프로테게린(OPG)의 수치를 높이는 동시에, 뼈 파괴를 유발하는 단백질인 RANKL을 감소시킨다. 이러한 보호 효능은 멜라토닌 수치가 자연스러운 야간 정점과 일치할 때 가장 강력하게 나타나며, 복용량만큼이나 타이밍이 중요하다는 점을 뒷받침한다.
•인체를 대상으로 한 증거 역시 마찬가지로 고무적이었다. 폐경기 여성을 대상으로 한 1년간의 임상 시험에서 멜라토닌, 비타민D3, 비타민K2, 스트론튬의 복합제인 'MSDK'를 복용한 이들은 위약 대조군에 비해 척추 골밀도가 4.3%, 고관절 골밀도가 2.2% 유의미하게 증가하는 경험을 했다. 이들은 기분과 수면 상태도 개선되었다고 보고했다.
"멜라토닌은 생체리듬을 조정 및 회복하고 수면을 깊게 하며, 수면의 질과 신체의 기능적 상태를 모두 개선하는 데 도움을 주는 것으로 보인다. 뼈 조직에는 생체리듬 관련 단백질이 존재한다. 따라서 멜라토닌은 골형성을 촉진하고 골흡수를 억제한다"라고 연구진은 결론을 내렸다.
그러나 멜라토닌이 흔히 송과선 및 야간 수면 주기와 연관되는 것과 달리, 신체 멜라토닌의 95% 이상은 실제 미토콘드리아 내부에서 생성되며, 이 과정은 자연 햇빛에 대한 노출에 의존한다. 따라서 멜라토닌 생성을 촉진하고 생체리듬을 최적화하기 위한 핵심 전략 중 하나가 바로 아침 시간에 자연 햇빛을 쬐는 것이라는 점은 당연한 이치이다.
뼈와 전반적인 건강을 위해 생체리듬을 바로잡는 더 많은 팁
뼈를 보호하는 것이 목표라면 문제가 시작되는 곳, 즉 신체의 타이밍 시스템부터 시작해야 한다. 생체리듬은 뼈의 생성과 분해가 일어나는 시기를 지시하므로, 이 리듬이 깨지면 식단이나 보충제 루틴이 아무리 건강하더라도 골손실이 촉진된다.
좋은 소식은 빛, 어둠, 움직임, 휴식과 조화를 이루어 살아가기 시작하면 신체는 스스로를 재설정하도록 설계되어 있다는 점이다.
1. 잠에서 깬 후 30분 이내에 밖으로 나간다. 신체는 매일 내부 시계를 재설정하기 위해 이른 아침의 직사광선을 필요로 한다. 기상 후 첫 한 시간 이내에 밖으로 나가는 것을 습관화한다. 아침 햇빛을 쬐는 것은 멜라토닌 생성을 조절하여 수면-각성 주기의 균형을 유지하는 데 도움이 된다. 매일 10분에서 15분 동안 안경을 쓰지 않은 채 아침 직사광선을 쬐는 것을 목표로 삼는다.
2. 일정한 수면 및 기상 일정을 유지한다. 수면은 단순한 휴식이 아니며, 뼈가 재건을 가장 활발히 진행하는 시간이다. 불규칙한 수면 패턴은 내부 시계를 혼란스럽게 하여 골흡수 세포가 필요 이상으로 오랫동안 활성화되도록 유발한다.
주말을 포함하여 매일 거의 같은 시간에 잠자리에 들고 일어나는 노력을 기울인다. 늦게 자는 버릇으로 힘들다면 자연스러운 리듬에 맞추어질 때까지 며칠마다 잠자리에 드는 시간을 15분씩 점진적으로 조절해 본다. 수면 패턴을 예측할 수 있게 되면 신체의 회복 신호가 다시 동기화되어 뼈의 분해와 생성 사이의 균형을 회복하는 데 도움이 될 수 있다.
3. 잠들기 2시간 전에는 인공조명을 어둡게 한다. 인공조명, 특히 화면과 LED 전구에서 나오는 청색광(blue light)은 신체에 아직 낮이라는 신호를 보내 멜라토닌 생성을 즉각 중단시킨다. 리듬을 보호하기 위해 일몰 후에는 집안 조명을 어둡게 하고 잠들기 직전에는 화면을 보는 일을 피한다.
기기를 사용해야 한다면 야간 모드를 활성화하거나 청색광 차단 안경을 착용한다. 어둠은 신체가 회복 모드를 시작하라는 신호이며, 이때 뼈는 낮 동안의 마모와 손상으로부터 자연스럽게 강화되고 회복되며 재건된다.
4. 하루의 리듬에 맞추어 먹고 움직인다. 대사와 골전환(bone turnover)은 밀접하게 연관되어 있으며, 두 가지 모두 매일의 주기를 따른다. 불규칙한 시간에 식사를 하거나 아침을 거르는 것은 칼슘과 뼈의 재생을 조절하는 데 도움이 되는 호르몬 신호를 교란한다. 낮 시간대에 가장 비중이 큰 식사를 하고, 저녁 식사는 최소한 잠들기 3시간 전에 마치는 것이 좋다.
낮 동안에는 걷기, 스트레칭, 또는 가벼운 무게 들기 등으로 규칙적으로 움직여 뼈가 튼튼함을 유지하는 데 필요한 기계적 자극을 제공한다. 저녁에 운동을 하는 편이라면 멜라토닌 수치 상승 방해를 피하기 위해 최소한 잠들기 2시간 전에는 운동을 끝내는 것을 목표로 삼는다.
5. 마음챙김 기법을 실천한다. 생체시계 기능은 신체의 스트레스 반응 시스템과도 밀접하게 연결되어 있다. 스트레스를 관리하기 위해 마음챙김, 명상, 요가 같은 이완 기법을 실천하는 것은 생체리듬을 동기화하는 데 도움이 될 수 있다.
생체리듬과 뼈 건강에 대해 자주 묻는 질문들(FAQs)
질문: 생체리듬은 뼈 건강에 어떻게 영향을 미치는가?
답변: 생체리듬은 골개조를 포함하여 거의 모든 생물학적 과정을 조절한다. 이는 파골세포와 조골세포가 활성화되는 시기를 조절한다.
이 리듬이 동기화되면 뼈의 분해와 생성이 균형을 유지하게 된다. 그러나 수면 부족, 불규칙한 일정, 과도한 야간 빛 노출 등으로 인해 내부 시계가 교란되면 그 균형이 무너져 골손실이 골생성을 앞지르게 되고, 시간이 지남에 따라 전반적인 골격 구조가 약화될 수 있다.
질문: 연구진은 뼈의 분해와 타이밍에 대해 무엇을 발견했는가?
답변: 연구진은 뼈의 분해가 24시간 주기에 따라 정점에 도달했다가 떨어지는 생체리듬 패턴을 따른다는 것을 발견했다. 혈액 샘플을 분석한 결과, 골형성 지표는 하루 종일 일정하게 유지된 반면, 골흡수 지표는 하루 동안 예측 가능한 방식으로 증감하는 모습을 보였다. 이는 뼈가 재생에 최적화된 특정 시간을 가지고 생물학적 일정을 따르고 있음을 의미한다.
