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카페인, 현대인의 필수품

바쁘다 바빠 현대 사회. 도시의 풍경을 떠올리면 바쁘게 움직이는 사람들과 피곤을 쫓기 위한 아이스 아메리카노가 그려진다. 하루 24시간이 부족한 직장인, 학생 등 많은 사람들은 커피를 마시면서 잠을 깨기도 하고, 어떤 사람들은 커피 특유의 향과 맛을 즐기기 위해 마시기도 한다. 한국에서는 성인 1인당 1년 평균 약 350잔의 커피를 마신다고 하는데, 전세계 평균을 훌쩍 넘는 수치이다. 그만큼 커피는 우리 생활에서 뗄 수 없는 기호식품이 되었다. 특히 최근에는 커피 외에도 다양한 카페인 음료가 나와 많은 사람들이 잠을 깨고 각성상태를 유지하기 위해 찾고 있다.


카페인이 잠을 깨우는 원리

많은 사람들이 커피 등 카페인 음료를 마시는 가장 큰 이유는 잠을 깨기 위해서이다. 각성 작용을 하기 때문이다.


카페인의 구조를 보면 아데노신에서 당을 제외한 부분과 매우 유사하다는 것을 알 수 있다. 카페인은 우리 체내에서 아데노신 수용체에 결합할 수 있게 된다. 다르게 표현하면, 카페인은 아데노신의 경쟁적 저해제이다.


카페인과 아데노신의 구조. 유사한 부분을 발견할 수 있다.

아데노신 수용체는 체내 다양한 기관에 분포되어 있는데, 각 기관에서 아데노신 수용체는 다양한 반응을 유도한다. 아데노신 수용체에는 크게 4가지가 있는데, A1, A2A, A2B, A3가 있다.


이 중에서 잠과 관련된 수용체는 A2A인데, A2A 수용체는 중추신경계에서 도파민의 활성을 억제하는 역할을 한다. 즉, 중추신경계에서 피곤함을 느끼고 졸림을 유도하는 것은 아데노신이 신경전달물질로 분비되면서 아데노신 수용체를 활성화시키고, 이는 도파민의 활동을 억제하기 때문이다. 또한 뉴런의 흥분을 억제하는 신경전달 물질이다. 전반적으로 아데노신은 신체 활동을 저하시키고 휴식에 들어가게끔 유도하는 것을 알 수 있다.


이때 카페인은 아데노신의 경쟁적 억제제로서 아데노신이 아데노신 수용체 A2A에 결합하는 것을 막고, 아데노신의 작용을 억제하게 된다. 그 결과, 졸음을 유발하는 효과 등이 억제되니까 잠이 깨는 효과가 발생하는 것이다.


뉴런의 아데노신 수용체에서 카페인 작용의 모식도

카페인의 부작용은?

카페인은 중추신경계에만 영향을 주는 것이 아니라 전신에 다양한 증상을 유발한다. 가장 대표적인 것은 위산 분비를 증가시켜 위장 질환을 발생시킬 수 있는 것이다. 카페인이 어떻게 위산 분비를 증가시키는지 아직 완전하게 파악된 것은 아니지만, 2017년 연구에서는 TAS2RS 수용체의 기능과 관련이 있을 것이라는 결과가 나왔다. 카페인은 쓴 맛을 내는 화학물질로, TAS2RS(Type 2 Bitter Receptors)라는 수용체들을 활성화시킨다. 이 수용체들의 기능은 불분명하지만 입과 위장관 세포 등에 분포되어 있고, 이 수용체들이 위산 분비와 연관된 기능을 가질 수 있는 가능성이 있다. 어쨌든 카페인은 임상적으로 위산 분비를 촉진시킨다는 것이 알려져 있기 때문에 이러한 부분에서 유의해야한다.


두번째는 심장이 두근거리는 부작용이 있을 수 있다. 이 역시 흔하게 발생하는 부작용으로, 아데노신 수용체 A1은 심장에도 분포되어 있는데, 이 수용체에 아데노신이 결합할 경우 심장의 박동원세포에 영향을 미쳐서 심장 박동을 늦추는 효과가 있다. 카페인은 이러한 작용을 억제하기 때문에 심장 박동이 느려지는 것을 막아 심장이 두근거리는 현상이 발생할 수 있다. 또한 카테콜아민 분비를 촉진시킴으로써 자율신경계에 작용하여 교감신경을 활성화시킬 수 있고 이 역시 심장을 두근거리게 만들고 혈압을 증가시킨다.

이뇨 작용 역시 많은 사람들이 불편을 겪는 부작용이다. 카페인이 많이 든 음료를 섭취하면 화장실을 자주 가게 된다. 카페인은 방광의 근육에 직접적으로 영향을 미쳐서 방광 수축을 유도하게 되어 화장실을 자주 가게 만든다.


카페인을 장기적으로 복용할 경우에는 골밀도에도 영향을 미칠 수 있는 것으로 보인다. 아데노신 수용체 A2B와 A3는 뼈의 골밀도를 조절하는 세포 중 파골세포 억제에 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 카페인을 장기적으로 복용할 경우 아데노신 수용체의 억제가 이러한 파골세포 조절에 영향을 미치고 골밀도를 낮추는 부작용이 있을 수 있다.


카페인에도 의존성이 생길까?

카페인을 지속적으로 섭취하면 예전보다 더 많은 양이 있어야 잠이 깨는 것을 느낄 수 있을 것이다. 많은 사람들은 카페인 의존성을 걱정하기도 한다. 실제로 카페인에는 의존성이 발생할 수 있다. 카페인이 각성효과를 나타내고 잠을 깨우는 원리는 위에서 설명했듯이 아데노신 수용체를 억제하기 때문이다. 그런데 우리 몸에서는 아데노신을 계속 분비하는데 수용체가 억제되어 기능을 하지 못하기 때문에 두 가지 작용을 하게 되는데, 우선 아데노신의 분비가 증가할 수 있으며, 아데노신 수용체의 발현 또한 증가하게 된다. 즉, 카페인으로 일정량의 아데노신 수용체가 억제된 상태에 몸이 적응하는 것이다. 이런 상태에서 카페인을 갑자기 끊게 되면 전보다 훨씬 큰 피로와 졸음을 느끼게 되는데, 카페인을 지속적으로 섭취할 때 추가적으로 발현된 아데노신 수용체로 인해서 더 낮은 농도의 아데노신에도 큰 신체 반응을 보이게 되기 때문이다. 반대로, 카페인 섭취를 장기간 제한하게 되면 우리 몸은 다시 아데노신 분비 농도와 아데노신 수용체 발현을 줄이게 된다. 이때 카페인을 섭취하게 되면 지속적으로 카페인을 섭취하던 때보다 더 적은 양의 카페인에도 큰 효과를 볼 수 있다. 아데노신 수용체가 적어졌기 때문에 적은 양의 억제제로도 큰 억제 효과를 볼 수 있기 때문이다.


카페인 섭취를 어떻게 해야할까?

카페인은 위에서 작용 원리를 보면 알겠지만 궁극적으로 피로를 회복해주는 물질이 아니라 피로를 가려주는 물질에 불과하다. 즉, 카페인을 마시면 단지 “졸리지 않게 느끼는” 것일 뿐, 실제 몸은 에너지를 잃고 휴식이 필요한 상태에 가고 있다. 그렇기 때문에 부득이한 상황이 아니라면 카페인 섭취를 피하는 것이 좋을 것이다. 하지만, 카페인을 섭취해야하는 상황에서는 최소량을 섭취하고, 장기간 일상적으로 복용할 경우 카페인 의존성이 생겨 진짜 필요할 때 각성 효과를 제대로 볼 수 없게 되니 평소에는 카페인을 자제하는 것이 좋을 것이다.


카페인의 대체품은?

카페인의 부작용이 있어도, 의존성이 있어도 우리는 하루 하루가 부족한 바쁜 삶을 살아가면서 불가피하게 카페인에 의존하게 된다. 그럼 과연 카페인의 대체품은 없을까?

우선 대표적으로는 당이 있을 수 있다. 특히 포도당을 섭취하면 뇌에 많은 에너지를 공급할 수 있어 순간적으로 잠을 깨울 수 있고, 대사 활동이 촉진되면서 피로를 덜 수 있다. 단, 혈당이 높아지는 것 역시 건강에 치명적인 영향을 미칠 수 있기 때문에 조심해야 할 것이다.

두 번째로는 다양한 에너지드링크에 카페인과 함께 들어있는 타우린이 있다. 타우린 역시 피로회복에 효과가 있다고 알려져 있다. 다만 아직까지 이에 대한 학술적인 근거는 부족한 것으로 보인다.


카페인은 비록 부작용이 있지만, 확실한 각성 효과를 나타내는 물질이다. 다만 위에서 언급했듯이 의존성이 있으니, 적절히 활용하여 부작용은 최소화하고, 효과를 최대화 할 수 있게 너무 일상적으로 섭취하지 않도록 하자.



김보현│Biology│지식더하기


참고자료

[1] https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5544304/

[2] https://en.wikipedia.org/wiki/Adenosine_receptor


첨부 이미지 출처

[1] https://www.smithsonianmag.com/science-nature/this-is-how-your-brain-becomes-addicted-to-caffeine-26861037/

[2] https://www.bbc.co.uk/teach/does-caffeine-really-make-me-more-alert/zkd4f4j



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