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[건강칼럼] 광 치료 (Photobiomodulation(PBM)) 메커니즘과 효과
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[건강칼럼] 광 치료 (Photobiomodulation(PBM)) 메커니즘과 효과
  • 편집국
  • 승인 2019.09.23 08:30
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(사진제공=Hue Light 면역생리학 연구소)
(사진제공=Hue Light 면역생리학 연구소)

필자는 “Photobiomodulation” (한국어로 ‘광생물변조’ 라고도 하며 PBM 으로 통칭) 즉, LED를 이용한 저레벨 레이저 치료법을 연구하면서 이 치료법이 매우 넓은 범위에서 치료효과가 있음을 확인 해왔습니다.

PBM이라는 용어는 미국 국립보건원 의학 학술정보 분류체계 MeSH (Medical Subject Heading)에 미래 치료수단의 주요 키워드로 2016년부터 등장한 의학 용어입니다.

이번 호에는 이 PBM 치료 메커니즘을 알아 보고자 합니다.

이 PBM치료를 제대로 설명하려면 특정 파장대역의 광 에너지에 의해 세포의 미토콘드리아에서 작용하는 효소(사이토크롬 C산화효소), 신경전달 메커니즘등 분자 내지 원자 단위의 작용을 파악하고 설명해야 합니다. 하지만 지면상 그 내용을 개괄적으로 언급 하고자 합니다.

(사진제공=: Hue Light 면역생리학 연구소)
(사진제공=: Hue Light 면역생리학 연구소)

미토콘드리아는 세포 내에 여러 개 존재하는 에너지 (ATP) 생산 공장입니다.

바로 미토콘드리아가 PBM (광생물 변조) 작용의 핵심 기관입니다

미토콘드리아에는 특정 파장대역의 적색 가시광선 및 근적외선을 흡수할 수 있는 사이토크롬 C산화제(cytochrome C oxidase)라는 효소 물질을 가지고 있으며, 이 효소가 광원과 산소, 영양소를 이용, ATP라는 생물학적 에너지를 만들어 냅니다.

 

◇광 생물학

광생물학(Photobiology)은 특정 파장 대역의 광원(비이온화 된 방사선)이 생물학적 시스템에 미치는 영향을 연구하는 학문입니다.

광생물학적 효과는 파장 영역에 따라 달라집니다.

특정 파장대역의 광원은 조직 DNA, 단백질 또는 피부에 사용된 특정 약물과 같은 분자를 통해 흡수되기도 하지만 미토콘드리아의 사이토크롬 C산화효소에 의해 흡수되어 화학적으로 생화학 반응을 일으키는 물질로 바뀌게 됩니다.

광화학 반응에는 수많은 사례들이 있습니다.

피부의 비타민 D 합성도 이 광화학 반응의 한 예입니다.

자외선 B (UVB)가 우리의 피부에 부딪힐 때 햇빛의 강도는 105mW/cm2에 불과하지만 이때 보편적으로 존재하는 콜레스테롤 형태 인 7-디하이드로 콜레스테롤(Dehydrocholesterol)을 비타민 D3로 전환시킵니다.

또한 사람의 시력은 감광성을 가진, 눈 속 망막에 빛이 들어와서 우리가 볼 수 있도록 화학 반응을 일으킵니다.

진화 과정에서부터 光子는 세포에 광화학적으로 에너지를 공급하는 데 중요한 역할을 해왔습니다.

 

◇Photobiomodulation(PBM)

미토콘드리아 ATP의 생산 과정은 호흡을 통한 산소와 섭취한 영양소 그리고 시토크롬 C산화효소는 par 또는 phAR (photosynthetic active radiation) 이하에서 기능을 할 때 광 에너지를 받아들이면서 더 많은 ATP를 만들어냅니다.

(사진제공=Hue Light 면역생리학 연구소)
(사진제공=Hue Light 면역생리학 연구소)

경로

• NO (질산염)

• ROS (Reactive Oxygen Series) → PKD (유전자) → IkB (억제인자 κB) + NF-κB (핵인자 κB) → NF-κB (핵인자 또는 κB는 유전자 전사를 자극함)

• ATP (Adenosine Triphosphate) → cAMP (catabolite activator protein) → Jun/Fos (발암성 전사인자) → AP-1 (활성화 단백질 전사 인자는 유전자 전사를 자극함)

 

◇메커니즘

그동안의 수많은 연구에 의하면 특정 파장대역의 적색등 가시광선과 근적외선의 광 에너지가 미토콘드리아에 의해 흡수되면 세포에서 사용될 ATP로 더 많이 변환된다는 것입니다.

또한 이 과정은 유전자 전사 (gene transcription)로 이어져 세포의 보수 및 치유를 유도하는 활성산소 종(ROS)를 생성합니다.

또한 산화 질소 (NO) 생성에 의해 막혀 있는 신경사슬을 뚫어줍니다,

산화 질소는 우리 몸의 100 조개의 세포가 전신을 통해 신호를 전달함으로써 서로 통신하도록 돕는 분자이며, 혈관을 확장시키고 혈액 순환을 개선합니다.

이로인해 모세혈관과 신경이 살아나 각종 질환에 큰 영향을 미치는 것입니다.

(사진제공=: Hue Light 면역생리학 연구소)
(사진제공=: Hue Light 면역생리학 연구소)

 

◇매개 변수

• 표적 세포(target cells) 또는 발색단(chromophores)에는 정확한 파장대역이 흡수되어야 합니다.

파장대역이 정확하지 않으면 시토크롬 C산화효소에 의해 최적의 흡수가 일어나지 않으며, 또한 광생물학의 첫 번째 법칙인 그로토스 드레퍼 (Grotthus-Draper) 법칙에 의해 흡수 없이는 반응이 일어나지 않습니다.

• 광자 강도(photon intensity), 즉 스펙트럼 조도(spectral irradiance) 또는 출력 밀도 (W/cm2)가 충분해야 합니다. 그렇지 않으면 광자의 흡수가 충분하지 않아 원하는 결과를 얻을 수 없습니다.

하지만 강도가 너무 높으면 광자 에너지가 표적 조직에서 과도한 열로 변환되어 이 또한 바람직하지 않을 수 있습니다.

• 마지막으로 도스(dose) 또는 플루언스(fluence)도 충분해야 하지만 (J/cm2), 출력이 너무 낮으면, 이상적인 에너지 밀도 또는 도스(dose)를 얻기 위해 방사 시간을 길게 가져가야 하므로 인해 적절한 결과를 얻지 못할 가능성이 높습니다.

왜냐하면 분젠 로스코 상호법칙 (Bunsen-Roscoe), 광생물학의 제2 법칙은 낮은 출력 밀도에 대해서는 적용이 되지 않기 때문입니다.

글 : Hue Light 면역생리학 연구소장 이윤성
글 : Hue Light 면역생리학 연구소장 이윤성

 

 



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