대한소아소화기영양학회(회장 박재옥)가 지난 3일 서울아산병원 6층 대강당에서 춘계학술대회를 개최했다. 이날 학술대회에는 모두 3개의 주제로 나뉘어 진행됐으며 최근 이슈가 되고 있는 생균제의 전반적인 내용, 소아에 필요한 영양소에 대한 내용, 비만의 유전학적 요인 및 일차진료의의 역할 등을 중심으로 진행됐다. 이번호에는 이날 발표된 내용중 생균제와 관련된 내용을 중심으로 발표연자들이 제공한 내용을 게재한다.

장내 면역높이는 생균제
복합 생균제 지속섭취 중요


Probiotic(사람에게 유익한 유산균)은‘for life’를 의미하는 그리스어에서 유래하였으며, 항생제(antibiotics)의 ‘against life’와는 반대 의미를 가진다. 

1908년  발효된 유제품을 먹는 불가리아 농부들의 수명이 긴 것을 관찰한 러시아 과학자 Eli Metchnikoff에 의하여 처음으로 그 개념이 도입되었다. Stillwell과 Lilly(1965년)가 probiotic 용어를  처음 소개하였으며 장내 세균 균형에 도움을 주는 미생물이나 물질들을 말한다. 생균제의 일반적인 조건은 [표1]과 같다.

[표1] 생균제의 일반적 조건
① 병원성이 없고, 무독성이어야 한다.
② 원래 인간에 존재하는 균이어야 한다.
③ 소화효소, 위산, 담즙 산에 파괴되지 않아야 한다.
④ 병원성미생물이 장관 수용체나 영양소와 부착하는 것을 경쟁적으로억제하여야 한다.
⑤ 장내에 단기간 정착, 빠른 증식이 가능해야 한다.
⑥ 유기산이나 항균물질을 생산할 수 있어야 한다.
⑦ 장관 내  유용한 균의 발육증식 및 정상 세균총을 유지해야 한다.
⑧ 유전적으로 병원성 미생물과 교잡 가능성이 없어야 한다.
⑨ 항생제나 화학요법제와 같이 사용하여도 길항작용이 없어야 한다.
⑩ 실온에서 사멸이 적고 안정성이 있어야 한다.

유익산물 생성촉진시켜

Prebiotics(생균제)은 장내 세균을 위한 보조 물질 개념으로서  소화가 되지 않고 장내 세균의 성장과 활동을 선택적으로 자극 촉진하여  인체에 이로운 효과를 주는 물질을 말한다.

투여된 prebiotics가 장내 유익한 세균의 성장을 촉진하게 되면 병원성 미생물의 성장은 억제된다.

현재 이용되고 있는 prebiotics는 탄수화물로서 크기가 이당류로부터 다당류에 이르기까지 종류가 다양하다. 생균제를 prebiotic과 함께 투여하는 것을 synbiotic이라 한다.

생균제와 이들이 이용할 수 있는 prebiotic을 같이 공급해 줌으로서 투여된 생균제의 장내 정착 능력을 더욱 강화시켜 주게 된다.

Probiotics 작용기전은 비면역학적인 장 방어벽과 면역학적 방어벽을 증진시켜,  장관의 투과성 증가와 미세 생태환경의 변화를 정상화시킨다. 생균제는 유기산, 항생물질, 소화효소 등 유익산물을 생성하고 비타민을 합성하며, 소화와 영양소 흡수를 촉진한다.

또한 병원성 미생물의 증식 억제, 가스배출 효과, 혈중 콜레스테롤 감소, 장내 pH의 조절, 면역기능의 촉진, 장내 유익균 증식 촉진, 생성된 독소물질의 중화작용, 항암효과 등이 있다고 알려져 있다. 

생균제의 작용기전은 아직까지 정확히 밝혀지지 않은 부분이 많다. 현재까지 밝혀진 생균제 작용기전은 [표2]와 같다.

[표2] 현재까지 밝혀진 생균제 작용기전
① 장관의 면역계를 자극하여 면역항상성을 조절한다. 
② 병원성 미생물과 영양소에 대한 경쟁을 한다. 
③ 성장 억제물질을 생산한다.
④ 독소 결합 수용체를 분해한다.
⑤ 병원성 미생물의 장상피세포,  점막에 부착을 억제한다. 
⑥ 장점막 발달을 촉진한다.
⑦ 장의 기능을 조절한다.

장내 생균제 생존율 20∼40%

생균제의  장에서의 생존율은 대략 20∼40%정도이며, 생존율을 막는 장애인자는 위산과 담즙산이다. 생균제는 대부분은 장 점막에 부착하거나 증식되지 못하고 곧바로 변으로 배출되어버리므로 효과를 얻기 위해서는 지속적으로 섭취해야 한다. 

장관 내 부위에 따라 산소 농도, pH 등의 조건이 다르므로 한 가지 생균제보다 부위별로 적합한 복합생균제가 더욱 효과적이다.

대표적 생균제는 유산균

생균제는 항생제만큼 장내 세균총에 대하여 강력한 작용을 하지 않지만 장내 세균총을 교란시키지 않고 정상적인 구성이 되도록 도와준다.

생균제의 사용에 대한 반응의 차이는 각종 스트레스 정도와 생균제의 적정사용 수준과 관련이 깊다. 가장 대표적인 생균제는 유산균이다. 가장 많이 이용되고 있는 유산균으로는  Lactobacillus와 Streptococcus이다.

Lactobacillus spp 중에는 L. aci-dophillus, L. bulgaricus, L. plan-tarum, L. casei,  Stre-ptococcus spp 중에서는 S. faecium, S. thermo-philus, S. diacetilactus가 주요 균종이다.

최근 Streptococcus 속에 속하는 유산균를 Enterococcus라 바꿔 명명하고 있다.  E. faecium E. faecalis가 생균제으로 사용되는데 당을 분해하여 젖산을 생산하는 homo-fermentative 성격을 갖고 있다. 

Lactobacillus 속의 유산균은 가장 대표적인 생균제로 당을 분해하여 젖산을 생산하는 homo-fermentative type의 발효를 하는 것이 있고, 젖산과 아세트산을 생산하는 heterofermentative 형식의 발효균으로 분류된다.

젖산, 아세트산, 과산화수소, diacetyl, bacteriocin,  phenyllactic acid, indolelactic acid, methylvaleric acid 등 다양한 형태의 유기산과 항생물질의 생산능력에 따라 병원성 미생물의  억제능력이 크게 좌우된다.  L. acidophilus, L. sali-varius, L. reuterii , L. plantarum 등이 생균제로 이용된다.

Bifidobacterium는 다양한 모양을 하고 있기 때문에 정형화된 모양이 없어 무정형 균으로 명명됐다. 편성혐기성의 균으로 산소가 있는 경우 성장하지 못한다.  당을 분해하여 젖산과 아세트산 및 에탄올을 생산한다. 

생균제의 올바른 이용을 위해서는 현재 임상에서 흔히 사용되는 생균제의 작용기전과 효과 및 유용성을 밝히기 위한 더 많은 연구 및 지식 축적이 필요하다.

[자료제공 : 조선의대 소아과 문경래]

다양화되는 생균제 임상적용

설사발생 3.5배 줄여

항생제 사용과 관련된 가장 흔한 합병증으로 설사의 기전은 정확히 알려져 있지 않지만, 정상 세균총의 파괴와 Clostridium difficile의 비정상적 증식과 관련이 있다고 보고 있다. Probiotics 투여 환자에서 투여하지 않은 환자에 비해 설사의 발생이 3.5배 감소되고, 입원 환자에서 설사의 발생이 50% 정도 줄어든다고 하였다.

여행자 설사는 장내 환경이 여행으로 인해 급격히 변하면서 장내 세균총의 변화가 일어나서 발생한다.

여행자 설사에서 probiotics는 항생제에 의한 설사에서처럼 탁월한 효과를 보이지 않지만, Lactobacillus GG와 S. boulardii가 비교적 효과적이다.

바이러스성 급성 설사에서 정장제를 경구 수액제와 병용 투여시 현저하게 임상 경과를 단축시킨다.

급성 설사에서 통상적으로 권유되는 probiotics의 투여 방법은 1X1010 CFU Lactobacillus GG를 하루 1~2번 투여하여 최소 5일간 치료를 하거나 Saccharomyces boulardii 200 mg을 하루 세 번 투여한다.

특정 균주가 설사의 예방에 있어 유의한 효과가 있으나 이들의 장기 투여는 비용-효과 측면을 고려해 투여해야 한다.

과민성 장질환이 있는 환자에게 probiotics의 투여로 복통 및 복부 팽만감을 유의하게 감소시키며, 가스의 배출을 줄이고 원활하게 하였다.

광범위한 사용은 자제

이는 기능성 장질환의 한 원인으로 생각되는 내장계의 과감작성에 대한 예민도를 조절하여 증상을 완화하는 것으로 보인다. 또한 일부 균주는 성인의 변비 증상을 완화시킬 뿐 아니라, 분변 내 효소의 활성도 감소시킨다고 하였다.

일부 probiotics의 투여가 궤양성 대장염, 크론병, pouchitis에서 증상을 완화시키고 염증을 경감시키며, 관해를 유지하고 크론병에서 수술 후 재발을 방지하는 효과가 있다고 한다.

그러나 일차 치료제로써 또는 면역 억제제와 같은 다른 치료의 보조제로써 광범위한 사용은 좀 더 많은 연구 결과가 나올 때까지 유보할 것을 권한다.

궤사성 장염에서 probiotics의 사용은 probiotics가 장내 pH를 낮추고 병원성이 강한 균의 성장을 억제하고 염증 매개 물질의 자극을 약화시킨다는 가설에 근거하여, 동물 실험에서 궤사성 장염의 빈도를 의미있게 감소시켰고, 염증 반응 역시 감소시켰다.
 
미숙아에게 투여했을 때 궤사성 장염의 발생이 전혀 없었고, 위 잔류량이 감소하고 체중 증가가 향상되었다는 보고도 있다.

아토피 질환에도 효과적

미숙한 장 방어벽은 장내로 항원의 유입과 면역 반응을 일으켜 정상적인 경구 관용(oral tolerance)의 형성을 방해할 수 있다.

출생 초기에 음식물의 섭취에 따른 항원의 유입은 음식 알레르기 반응을 일으킬 수 있다.

장내 세균은 경구 관용을 유도하는 T helper 세포의 생성을 촉진한다는 것이 밝혀져, 과민성 질환에서 probiotics의 특정 균주의 사용이 새로운 치료로 제안되었다. 게다가 probiotics는 생체 내 및 생체 외 실험에서 과민성 반응을 일으킬 수 있는 음식 항원의 면역성을 감소시키고 항원의 구조를 변화시키는 작용을 하였다.

이러한 효과는 probiotics가 첨가된 elimination diet 치료를 받은 영아에서 아토피 피부염의 임상 경과를 의미있게 향상시켰고, 장 및 전신 알레르기 염증 반응 물질을 의미있게 감소시켰다.

알레르기 질환에서 probiotics의 잇점은 장에서 비면역학적 장벽을 형성하여 장 투과성을 정상화하고 장내 세균총의 균형을 유지한다는 점이다.

또한 분비성 IgA 반응을 유도하여 장내 면역학적 장벽 형성에도 기여한다고 밝혀졌다.

향후 여러 방면에서 probiotics의 사용이 증가할 것으로 예상되며, 특정 질환을 대상으로 한 새로운 probiotics의 개발될 것으로 기대되고 있다.

[자료제공 : 부산대의대 소아과학교실 박재홍]

전통발효음식 Synbiotics 효과보여
Prebiotics와 Synbiotics의 임상적용과 음식

대장에서 영양분 발휘하는 Synbiotics

Prebiotics에는 모유의 fructo-oligosaccharides(FOSs)와 oligo-saccharides 복합체(transgalactosy-lated oligosaccharides, soybean oligosaccharides) 등이 있다.

Fructooligosaccharides는 짧은 기간 사용하여도 내인성 bifido-bacteria의 성장을 촉진시켜 대변에서 우세 군총을 이루게 한다.

Synbiotics는 probiotics와 pre-biotics가 함께 포함된 생산물을 말한다. 소화관 상부에서 분해되지 않고 무사히 통과하여 대장에서 영양 성분을 발휘하는 식품, 기능성 식품 요소 등이 해당된다. 좁게는 oligofructose와 probiotic bifidobacteria에 국한되어 사용하기도 하나 논란의 여지가 있다. 

다양한 효과보여

Prebiotics는 배변습관을 개선시키고 미량원소의 흡수를 좋게 하고 면역증진 효과, 지질 대사 개선, 항암 효과 등이 보고되고 있다.

짧은 사슬 fructooligosa-cchari-des는 소장에서는 분해되지 않고 장내에서 삼투압을 증가시키며 대장의 세균에 의해 장에서 발효되어, 짧은 사슬 지방산과 가스로 전환되어 흡수된다.

이러한 과정을 통해 짧은 사슬 fructooligosaccharides는 변비를 완화시키고 장내세균총을 개선시켜 면역반응에 관여한다.

주로 bifidobacteria를 증가시키며, 장의 산도를 낮추게 된다.  또한 짧은 사슬 fructooligo-saccharides에서 생성된 짧은 사슬 지방산의 도움으로 대장에서 칼슘과 마그네슘의 흡수를 개선하며, 지방대사에 관여하여 혈청 지질을 감소시킨다. 

고용량 사용 시에 지나친 가스배출과 꾸르륵 소리, 복통, 설사 등의 부작용이 있다.
뚜렷한 부작용은 없어 비교적 안전하고, 여러 효과와 기전이 제시되고 있지만 보다 안전한 사용을 위해서는 그 효과가 분명히 규명되어야 한다.

또한 용량, 개인의 민감한 요소, 장기간 사용 시에 적응 정도 등이 평가되어야 할 것이다. 앞으로 임상 지침과 많은 연구가 필요하리라 생각된다.

전통발효음식에 다량함유

대부분의 시판 조제 분유에 prebiotics가 첨가되어 있다. Boehm 등은 분유에 galactooligo-saccharides와 fructooligosaccha-rides를 첨가 시에 만삭아와 미숙아에서 장내세균총이 모유수유아와 유사해지며, E. coli와 clostridia 같은 병원체가 감소하는 것을 보고하여, prebiotics가 영아의 장관 면역과 관련 있다고 하였지만 더 많은 연구가 필요할 것이다.

유산균(lactic acid bacteria, LAB)의 사용은 오랜 역사를 가지고 있으며, 인체의 장관과 전통 발효식품이나 유제품에서 발견되는 유산균은 안정성에 문제가 된 적이 없어 대부분의 Lactobacillus 속은 ‘Generally Recognized as Safe(GRAS) status’로 인정받고 있다.

음식에서 작용할 때는 probiotic 균의 생리적인 상태, 보관 온도 등의 상태, 첨가되는 물질, 과정의 상호작용 등의 여러 요소가 관여한다.

Synbiotics 개념과 관련된 음식으로는 유산균 음료와 치즈, 김치, 된장, 청국장, 간장, 고추장 등의 전통적인 발효식품이 있으며, 과즙 및 와인과 빵을 만들 때의 발효 등이 관여한다.

사스로 우리나라의 김치가 주목을 받았으며, 웰빙을 선호하는 사람들로부터 발효식품의 섭취가 늘었다고 한다.

김치 발효에 주로 관여하는 유산균은 Lactobacillus plantarum, Lactobacillus brevis, Leuconostoc mesenteroides, Streptococcus faecalis, Pediococcus pentosaceus가 있다.

적숙기의 김치(pH 4.3)에는 약 108 CFU/mL의 유산균이 있고 항암효과, 면역조절 작용, 항균작용, 지사 작용, 항알레르기 작용이 있다.

항균작용은 유산균이 장관의 병원체를 대체하여 나타난다. 항암작용은 생성된 짧은사슬지방산과 histone의 deacetylation을 저해하는 butyrate에 의한다.

항알레르기 작용은 Th2 세포의 싸이토카인 분비 저해, Th1 세포 싸이토카인 분비 증진, 면역 글로불린 E 생성의 저하 등이다.

된장, 간장, 청국장에는 발효과정에 의해 대두에는 없는 미생물, 효소, 활성물질 등이 존재한다.

청국장에는 소금이 사용되지 않아서 과도한 염분 섭취가 없어서 유용하다. 대두의 발효에는 주로 Bacillus속의 유산균이 관여한다. Bacillus subtilis, Bacillus licheniformis 등이다.

이들은 alkaline protease를 생성하여 혈전용해 효과를 가져 혈류를 개선시킨다. 발효된 대두음식은 유방암과 전립선암을 줄이고, 항산화물질들이 있어 암, 염증, 노화를 막는데 도움이 된다고 한다.

된장의 펩타이드는 안지오텐신전환효소 저해제로 작용하여 혈압을 낮추는 효과가 있다. 고추장의 숙성에는 Saccharomyces 효모가 관여한다. 

[자료제공 : 한림의대 소아과교수 정지아]

Probiotics 사용시 문제점
작용기전, 대조군 통해 적정연구 필요

과학적 근거바탕 규제 필요

Probiotics는 우리나라에서는 김치, 서구에서는 요구르트 같은 발효식품에 포함되어 인류가 이미 오래 전부터 섭취하고 있었다.

현재에는 probiotics가 요구르트 형태의 식품뿐 아니라 냉동건조된 분말로 제조된 건강기능식품 또는 치료 목적의 약물로서 허가되고 판매되고 있다. Probiotics는 식품, 건강식품, 약품 산업의 광범위한 분야에서 새로이 발전하고 시장 규모도 커지고 있다.

그러나 식품, 건강기능식품은 느슨한 규제로 인해 과장된 광고, 부정확한 학명 표시가 이루어지고 있어 성분에 대한 조사, 과학적 자료에 근거한 label 표시가 필요하다.

맞춤형 균주 선택해야

Probiotics가 어린이의 급성 설사, 항생제와 연관된 설사 등에 효과적이라고 보고되지만, 어느 한 균주가 다양한 질병에 모두 효과적인 것은 아니다.

서로 다른 균주를 특정 질병에 투여하여 효과를 비교하여 가장 적절한 균주를 선택해야 한다.

여러 종류의 probiotics의 용량, 복용 횟수, 투여 방법 등이 명확히 정립되어 있지 못 하다. 대부분 하루 108-10 colony forming units가 효과를 보인다고 보고된다.

효과적 용량은 얼마나 위를 통과하면서 위산으로부터 살아 남아 대장에서 정착하고 번식하느냐에 영향을 받게 된다. probiotics의 장내 정착에 대한 명확한 자료를 구하기 어렵기 때문에 섭취한 probiotics가 대변에서 얼마만큼 동정되는지 통해 유추할 수 있다.

한 개 균주 vs 혼합제

치료제로 하나의 균주를 사용하는 것이 좋은지, 여러 균주를 혼합하여 쓰는 것이 좋은지 알려지 있지 않다. 다양한 적응증과 개인 차이를 고려하면 여러 균주의 혼합제가 편리할 수 있다.

그러나 lactobacillus가 bifidobac-terium에 길항적일 수 있다는 실험 결과가 있으며, 혼합제를 사용하기 전에 각 개별 균주의 효과, 적정량에 대한 연구가 필요하다.

Probiotics 평가 지침

전 세계적으로 식품에서 probio-tics을 사용하기 위해 필요로 하는 최소한의 기준을 제시하기 위하여 2002년 5월에 FAO(Food and Agriculture Organization of United Nations)와 WHO는 전문가 회의에서 probiotics 평가를 위한 지침을 만들었다.

균주 확인

Probiotics의 속(genus)과 종(species)을 먼저 알아내고 균주(strain)을 확인해야 한다. Probiotic 효과가 균주 특이적(strain specific)이다.

In vitro 시험

Probiotics의 가능성을 선별하기 위해서 시행하며, 위산, 담즙산에 대한 저항성, 인간 상피세포와 점액에의 부착, 병원성 균에 대한 항균 효과, 병원균의 부착을 줄이는 능력을 조사한다.

안전성

기저질환이 있는 환자에서 probiotics 투여와 연관된 L. GG에 의한 패혈증, 간농양, L. rhamnosus에 의한 심내막염이 보고되었고, 면역억제 환자에서 Bacillus subtilis에 의한 패혈증이 보고되었다. 중심정맥 catheter를 가진 환자에서 Saccharomyces boulardii가 fungemia를 일으킨 보고가 있다.

과거에 streptococcus로 분류되다가 이름이 바뀐 enterococcus는 장에 많이 존재하고 일부가 pro-biotics로 사용되고 있는데, entero-coccus가 최근 병원내 감염의 중요한 원인이 되고, vancomycin 내성 균주가 증가하고 있다. entero-coccus를 probiotics로  분류하지 말 것을 권장한다.

항생제 내성 양상, 대사 활동 평가, 독소 생산, 용혈성 여부, 면역억제된 동물에서의 감염력, 인체 연구에서 부작용, 시판 후 부작용 감시 등이 필요하다.

In vivo 연구

임상 1상 연구는 안전성에 대한 것이며, 2상 연구는 무작위 맹검, 위약 대조군 연구로 위약과 비교하여 효과와 부작용을 검증하는 것으로 필수적이다. 임상 3상 연구는 특정 질병에 대한 효과를 표준 치료와 비교한다.

라벨

특별한 질병에 효과가 있다고 표시하기 위해서는 임상 3상 연구를 통해 과학적 근거를 제시해야 한다.

라벨(label)에는 속, 종, 균주를 표기하며, 보존기간 끝의 최소한의 생균의 수, 건강효능을 보이는 용량, 건강 효능, 적절한 보관방법, 소비자 정보를 위한 회사 연락처를 표기하도록 권장한다.

서울의대 소아과 고재성 교수는 “개별 균주의 특성과 다른 질병 상태에서 작용 기전에 대한 연구가 이루어지고 대조군 이용한 임상시험이 진행되어야 probiotics 사용의 걸림돌들이 해결될 것”이라고 설명했다. 

[자료제공 : 서울의대 소아과 고재성]