호흡을 통해 비만 여부를 알 수 있다?

사람의 호흡을 통해 나오는 가스를 분석하면, 미래에  그 사람이 비만한 몸을 갖게 될지의 여부를 예측할 수 있다는 연구결과가 발표돼 의료계의 비상한 관심을 끌고 있다.

과학 전문 매체인 '라이브사이언스(Livescience)'는 온라인 판을 통해, 미국 세더스 시나이(Cedars-Sinai) 의학센터 연구진이 사람의 장에 서식하면서 가스를 분출하는 미생물의 호흡 테스트 프로파일을 분석하여, 사람들이 비만으로 발전할 가능성을 알려줄 수 있다는 연구 결과를 발표했다고 최근 보도했다.

라이브사이언스는 이번 연구의 초점이 메탄을 생성하는 박테리아에 맞춰져 진행되었다고 보도하면서, 호흡할 때 수소와 메탄이 다량 함유된 가스를 내뿜는 사람은 자기 신체의 체질량지수(BMI, body mass index) 및 체내 지방 비율이 높다는 사실을 보여주는 것이라고 설명했다.

장내 미생물과 사람 간의 상호 관계

장내 미생물과 사람 간에 형성된 상관관계는 상호 간의 혜택을 주고 받는 관계다. 미생물은 사람의 적합한 체온과 영양소 그리고 적합한 장소들을 제공받는 반면에 숙주인 사람은 미생물이 만드는 효소를 통해 체내의 소화력을 올리는 등, 신체가 스스로 만들 수 없는 다양한 물질들을 미생물로부터 제공받는다.

또한 장내 미생물은 질병의 원인이 되는 병원균의 서식 가능성을 줄여 병원성 미생물들이 정상 미생물과 같이 체내에 존재하는 것을 방해하기 때문에, 신체의 면역력을 높여주는 역할도 수행한다.

따라서, 장기간에 걸쳐 형성된 장내 미생물과 신체의 적응면역은 공생 관계를 유지하지만, 여러 가지 원인들로 인해 이러한 균형이 깨지게 될 경우 비만이나 대장염, 그리고 당뇨병 등의 질병을 유발하게 된다.

수소 수치가 낮아지면 장내 발효 촉진돼

신체와 장내 미생물의 상관관계에 주안점을 둔 세더스 시나이 의학센터 연구진은 우선 체내 발생 가스 중에서도 메탄에 초점을 맞춰 총 792명에 대한 호흡 생성물을 관찰했다. 그 결과 호흡할 때 발생하는 메탄은 장내에 기생하는 ‘메타노브레비박터 스미시(Methanobrevibacter smithii)’라는 박테리아와 관계가 있는 것으로 나타났다.

▲ 장내 미생물과 사람은 상호간에 혜택을 주고 받는 관계다.  ⓒfree image

이번 연구의 책임자인 내분비학과의 루치 마더(Ruchi Mathur) 박사는 “일반적으로 소화기관에서 사는 미생물은 섭취한 음식을 에너지로 바꾸는데 도움을 주지만, M.smithii 같은 박테리아의 수가 너무 많을 경우 이런 균형이 깨지면서 체중을 증가시키도록 만들 수 있다”고 말했다.

마더 박사는 “이 박테리아는 장내의 다른 미생물이 만드는 수소를 먹어치운 뒤 메탄을 만들어낸다”며 “수소의 수치가 낮아지면 장내 발효가 촉진돼 신체는 섭취 음식으로부터 더 많은 영양분과 에너지, 그리고 칼로리를 얻으려 하기 때문에 비만을 불러오는 것”이라고 덧붙였다. 

마더 박사는 “이 연구는 간단한 호흡을 통해, 체내 가스 생성과 체중의 상관관계를 보여주는 최초의 대규모 임상 연구로서, 비만의 수많은 원인 중 하나를 이해할 수 있는 중요한 근거를 제시할 것으로 기대한다”고 밝혔다.

현재 연구진들은 계속해서 박테리아와 비만의 관계를 규명하는 연구를 진행하고 있다. 연구진은 호흡에 메탄 성분이 있는 환자에게 정상적인 급식을 시킨 뒤 음식물의 체내 이동을 추적할 수 있는 알약을 복용하고, 이들로부터 대변을 채취하여 소화를 통해 얼마만큼의 칼로리를 뽑아냈는지 분석하고 있는 것으로 알려졌다.

체지방 감소는 체내의 대사변화가 원인

이처럼 비만을 촉진시키는 미생물이 있는가 하면 반대로 비만을 억제하는 미생물도 체내에 존재하는 것으로 나타났다.

과학전문 매체인 '네이처(Nature)'는 위우회술(gastric bypass surgery)을 받은 환자가 체중이 감소하는 것은 수술 자체 때문이 아니라, 수술로 인해 위장관에 서식하는 미생물(gut microbe)의 구성에 변화가 일어났기 때문이라고 최근 보도했다.

위우회술이란 위의 일부분을 잘라내고 나머지 부분을 소장(小腸)에 직접 연결하는 수술을 말한다. 위우회술 시술을 받은 환자들은 배고픔을 덜 느끼고, 포만감을 쉽게 느끼며, 기초 대사량이 높아지는 것으로 알려져 있다.

네이처의 보도에 따르면, 일반적으로 위장의 크기가 줄어드는 위우회술의 결과로 인해 체지방이 감소하는 것으로 생각하기 쉽지만, 놀랍게도 많은 위우회술로 인한 체지방 감소 효과는 수술로 인해 체내의 대사(metabolism)가 변화했기 때문인 것으로 나타났다.

▲ 위우회술을 받은 쥐들의 장내에 서식하는 미생물들의 분류표  ⓒMassachusetts Hospital

매사추세츠 병원 비만·대사·영양연구소(Obesity, Metabolism and Nutrition Institute)의 연구진은 12마리의 뚱뚱한 쥐에게 위우회술을 실시한 결과, 예상했던 대로 위우회술을 받은 쥐들의 몸무게는 평균보다 29%나 감소했으며, 그 후 고지방식을 먹이더라도 감소한 체중은 유지되었다.

나아가 쥐의 대변을 검사해 보니, 쥐의 장내에는 종전과 다른 종류의 미생물들이 서식하는 것을 발견했다. 그 미생물은 대부분 감마프로테오박테리아(Gammaproteobacteria)와 베루코마이크로비아(Verrucomicrobia) 들로 구성되어 있었다.

연구진은 다음 단계로, 위우회술을 받은 마우스들로부터 대변 샘플을 채취한 다음, 그 속에서 세균을 분리하여 무균 쥐에 이식했다. 그 결과 원래 비만하지도 않았고 먹이를 바꾸지도 않았던 무균 쥐의 체중이 5%나 감소한 것으로 나타났다.

이와 관련하여 연구소장을 맡고 있는 리 캐플런(Lee Kaplan) 박사는 "위우회술의 체중감량 효과를 초래하는 일등공신은 장내 미생물의 변화"라며 “이번 연구결과가 앞으로 유망한 비만치료 방법을 제시할 것으로 기대한다”고 전망했다.

김준래 객원기자 | joonrae@naver.com 저작권자 2013.04.16 ⓒ ScienceTimes