광생체조절과 우울증

광생체조절, photobiomodulation(PBM)은 적색광에서 근적외선 영역의 빛을 LED나 저출력 레이저로 조사하여 생리 반응을 조절하는 치료 방식이다. 저출력 레이저 치료, LLLT와 같은 개념으로 쓰인다. 이 논문은 그 적용 대상을 뇌와 우울증으로 좁혀, 광생체조절이 뇌혈류를 개선하고 신경염증과 신경세포 사멸을 줄이며 신경 생성을 촉진하는 기전을 정리하고, 동물실험과 임상연구에서 확인된 항우울 효과와 치료 조건을 종합한 종설 논문이다.

우울증은 2020년 기준 전 세계 약 2억 2,100만 명이 겪은 것으로 추정된다. 기존 치료는 약물과 심리치료가 중심이지만 관해에 이르는 비율은 약 50% 수준이고, 약효가 나타나기까지 시간이 걸리며 부작용과 재발 문제도 남아 있다. 기기 기반 치료는 시술이 복잡하고 반복적인 내원이 필요하다. 논문은 이런 배경에서 안전하고 사용이 간편하며 가정에서도 적용할 수 있는 비침습적 대안으로 광생체조절에 주목한다.

파장과 빛의 성질

광생체조절에는 가시광선(400~700nm)과 근적외선(700~1,100nm)이 사용된다. 청색광(400~500nm)은 진피층까지, 녹색광(500~600nm)은 진피와 기저층까지 도달해 주로 표층 조직을 대상으로 한다.

뇌를 대상으로 하는 경우에는 침투 깊이가 큰 적색광(600~750nm)과 근적외선(750~1,100nm)이 사용되며, 피부·두개골·뇌척수액·뇌막을 통과해 약 1~3cm 깊이까지 도달할 수 있다. 다만 사람의 두개골은 실험동물보다 훨씬 두꺼워 800nm 광의 투과율이 4.18~4.24%에 그친다. 쥐 40.10%, 랫드 21.24%, 토끼 11.26%와 비교하면 크게 낮은 수치다. 830nm 광의 투과율은 부위에 따라서도 달라 측두부 0.9%, 전두부 2.1%, 후두부 11.7%로 보고됐다.

주요 작용 원리

세포에 조사된 빛은 미토콘드리아 전자전달계의 최종 효소인 시토크롬 c 산화효소, Cytochrome c oxidase(CCO)에 흡수된다. 흡수된 빛은 촉매 부위에서 전자의 가용성을 높여 산소 환원을 촉진하고, 그 결과 미토콘드리아 막전위와 함께 ATP, 활성산소종(ROS), 산화질소(NO), 칼슘이온, cAMP 등이 증가하며 세포 대사가 전반적으로 활성화된다.

• 산화질소: 산화질소는 시토크롬 c 산화효소에 결합해 산소를 밀어내고 호흡을 억제할 수 있는데, 빛이 이 결합을 분리시키면 산소가 다시 결합해 호흡이 회복된다. 분리된 산화질소는 혈관 확장과 림프 순환 개선에 작용하며, 광생체조절은 혈관내피 산화질소 합성효소(eNOS)의 활성도 높인다.
• 산화 스트레스: 빛 조사 후 일시적으로 늘어난 활성산소는 항산화·항세포사멸 방향의 신호전달을 활성화한다. 다만 이는 저용량에서의 이야기로, 고용량에서는 과도한 활성산소가 오히려 세포자멸사 경로를 개시한다.
• 칼슘 신호전달: ATP 증가가 P2X 수용체를 자극해 칼슘 유입을 늘리고, TRP 채널과 소포체를 통한 칼슘 방출도 함께 조절되어 세포 복구와 항염, 신호전달 개선으로 이어진다.
• 전사인자와 유전자 발현: 이러한 변화는 NF-κB, CREB, ERK 등의 경로를 통해 유전자 발현을 조절한다. 한 연구에서는 빛 조사로 활성화되는 전사조절인자와 신호분자가 최소 14종 확인됐다.

뇌에서 나타나는 변화

우울증에서는 해마 위축, 해마-전전두엽 연결성 감소, 전전두엽 혈류 저하, 산화 스트레스 증가, 신경염증, 세포자멸사, BDNF 감소 등이 관찰된다. 논문은 광생체조절이 이 각각에 개입할 수 있다고 정리한다.

• 뇌혈류: 근적외선 조사 후 뇌혈류가 30% 증가한 동물 연구, 건강한 고령 여성 25명 대상 경두개 LED 조사 후 국소 뇌혈류가 상승한 임상 연구.
• 신경염증: 780nm 조사(20 J/cm²)가 뇌경색 부피와 미세아교세포 활성을 줄였고, 808nm 조사(133.3 J/cm²)는 해마의 신경염증과 별아교세포·미세아교세포 증식을 억제했다.
• 신경세포 사멸: 저용량 레이저(0.156, 0.312, 0.624 J/cm²)가 Bax/Bcl-xl 비율을 낮춰 세포자멸사를 되돌렸다.
• 신경 생성과 시냅스 형성: 632.8nm 조사가 칼슘을 높여 ERK/CREB 경로를 거쳐 BDNF 발현을 증가시켰고, 670nm 조사(4 J/cm²)는 랫드 후두피질의 BDNF 발현을 유의하게 늘렸다.

이상성 용량 반응 — 많이 쬔다고 좋은 것이 아니다

광생체조절은 아른트-슐츠 곡선을 따르는 이상성 용량 반응을 보인다. 배양 대뇌피질 신경세포 실험에서 25mW/cm²·3 J/cm² 조건에서 ATP 생성 효율과 막전위, 칼슘 수준이 가장 높았던 반면, 더 낮은 0.03·0.3 J/cm²와 더 높은 10 J/cm²는 미미한 자극 효과에 그쳤고, 30 J/cm²에서는 미토콘드리아 기능 저하로 인한 억제 효과가 나타났다.

파장별 작용점도 다르다. 산화형 시토크롬 c 산화효소는 600~680nm와 800~870nm를, 환원형은 730~770nm를 주로 흡수한다. 810nm는 시토크롬 c 산화효소 활성에, 980nm는 온도 민감성 칼슘 채널에 작용하는 것으로 보고됐다. 조사 방식에서는 연속파보다 펄스파가 발열이 적고 침투가 깊으며, 광원으로는 레이저가 정확도와 침투 깊이에서, LED가 조사 면적과 비용·가정용 편의성에서 유리하다.

적용 방식

• 뇌 직접 조사: 경두개 방식이 가장 많이 연구됐으나 심부 구조 도달이 어려워 비강·외이도·구강 접근이 함께 제안된다.
• 원격 조사: 골격근, 복부, 등, 림프절 등에 조사해 전신 반응을 통해 뇌에 간접적으로 영향을 주는 방식이다.
• 전신 조사: 몸 전체에 빛을 쬐는 방식으로, 머리를 가린 상태에서도 유의한 개선이 관찰된 파킨슨병 모델 연구가 인용된다.

치료 효과

동물 실험에서는 810nm·10Hz 펄스 조건에서 항우울 효과가 반복 확인됐다. 만성 경도 스트레스 랫드에서 810nm·14.4 J/cm² 조사는 항우울제 시탈로프람에 필적하는 효과를 보였고, 808nm·41.4 J/cm² 조사는 전전두엽의 ATP 생성과 시토크롬 c 산화효소 활성을 높이며 우울 행동을 유의하게 줄였다. 논문은 동물 연구를 종합해 808~830nm, 8~36 J/cm², 10Hz 펄스 조건이 효과적이었다고 정리한다.

사람 대상 연구에서는 810nm·60 J/cm² 경두개 조사가 우울·불안 증상을 줄이고 효과가 4주까지 유지된 사례, 808nm·84 J/cm² 조사가 우울 점수를 크게 낮춘 사례, 810/980nm 이중 파장·55~81 J/cm² 조사에서 대상자의 92%가 반응하고 82%가 관해에 도달한 사례가 보고됐다. 임상 연구 종합으로는 808~830nm 파장에 일반적으로 60~84 J/cm², 특정 집단에서는 3 J/cm² 수준의 낮은 용량이 적정 범위로 제시된다.

다만 조사강도와 에너지가 지나치게 낮으면 효과가 없어 최소 유효 용량이 존재하며, 고령자는 두개외 조직이 두꺼워 연령에 맞춘 용량 조정이 필요하다는 한계도 함께 지적된다.

안전성

전반적으로 안전하고 내약성이 좋은 것으로 평가된다. 보고된 이상반응은 불면, 과민, 감각 이상, 복부 팽만 등이며 대부분 경미하고 하루 이내에 소실됐다. 주된 불편은 피로감과 두통, 구강 건조였다. 열 손상 위험은 피부에 국한되며, 강한 조사 시에는 펄스파 사용이 권장된다. 레이저 기기를 잘못 다뤄 빔이 황반에 직접 조사될 경우 망막병증 위험이 있다는 점은 명시돼 있다.

핵심 결론

광생체조절의 빛은 미토콘드리아 시토크롬 c 산화효소에 흡수되어 ATP와 산화질소, 낮은 수준의 활성산소 생성을 늘리고, 전사인자와 유전자 발현을 조절함으로써 뇌혈류 개선, 신경염증 감소, 신경세포 사멸 억제, 신경 생성과 시냅스 형성 촉진으로 이어질 수 있다. 이는 우울증에서 관찰되는 에너지 대사 저하와 세포 수준의 기능 이상을 되돌리는 방향의 작용이다. 다만 효과는 용량에 비례하지 않으며 파장, 에너지밀도, 조사강도, 펄스 주파수, 조사 부위, 대상자의 연령과 조직 두께에 따라 결과가 달라진다.

이 논문은 하나의 임상시험 결과를 제시한 연구가 아니라, 2014년 1월부터 2024년 9월까지 발표된 문헌과 등록 임상시험을 체계적으로 검색해 작용기전과 치료 조건을 정리한 종설 논문이다. 미국 오거스타대학교 조지아 의과대학 신경과 연구팀이 작성했으며, 2025년 학술지 Theranostics에 게재됐다.