카페인 - 커피를 마시며 생각해 보는 과학

커피 속 카페인

 

 #1 커피의 기작

커피는 휴식의 의미와 동시에 일의 능률을 올리기 위해 전세계적으로 가장 많이 소비되는 음료입니다. 과연 커피가 어떤 기작을 통해 인체에 어떤 효과를 미치기에 소비량이 많은 것일까요? 

 

 

 

 

 #2 카페인이란?

카페인은 하얀 고체입니다. 카페인은 60종의 다양한 콩류, 잎류, 과일류에 존재하며, 그것들을 먹는 곤충을 마비시키거나 죽이는 자연 살충제로서의 역할을 하죠. 간에서 시토크롬 P450 산화효소계의 1A2 Isozyme에 의해 일어나는 카페인의 아주아주 복잡한 대사 경로를 간단하게 결과물로만 요약해보면 아래 그림과 같습니다.

 

 

 

 

 

Paraxanthine (84%): 근육의 연료 역할을 하는 글리세롤과 지방산을 혈관으로 분비하는 과정(지질합성) 증가하게 함. 즉 커피를 마시면 살빠진다는 말은 궁극적으로 맞는 말입니다.

 

Theobromeine(12%): 혈관을 확장시켜 뇌와 근육으로 흘러들어가는 산소와 양분의 양 증가하게 함. 소변의 생산속도를 높임으로서 소변량이 증가합니다. 초콜릿에도 들어있는 성분입니다.

 

Theophyline(4%): 기관지의 편활근을 이완시켜 천식 치료, 심장자극제로써 역할을 합니다. 커피를 마시면 심장이 강하게 뛰는 이유죠.

 

카페인이 소모되는 속도는 나이, 간의 건강 상태, 임신 여부, 섭취 중인 약품 등에 따라 개인차가 있습니다. 

 #3 아데노신과 도파민

카페인이랑 구조가 비슷한 아데노신이라는 물질이 있습니다. 세포에서 이 놈이 분비되면 그 뒤에 있는 세포에 결합되어 더 이상 어떠한 신경전달물질이 분비되지 않도록 합니다. 즉, 중추신경을 불활성화 시킵니다.

 

모양이 비슷한 덕에 카페인은 세포에 아데노신이 결합되게 하는 수용체들(GPCRs, cADPR, cAMP-PDE)이나 아데노신의 표적(RyR)을 상대로 자신이 아데노신인 양 행동할 수 있습니다. 이를 생물학에서는 '경쟁적 억제'라고 합니다. 아데노신이 결합되어야할 자리에 카페이 결합하면 아데노신에 의한 현상들이 일어나지 않아 카페인은 결과적으로 중추신경계를 흥분시킵니다.

 

아데노신이 감소하면 도파민이 증가합니다. 카페인과 도파민은 '흥분하라'는 메세지를 전달하는 신경전달물질인 아세틸콜린, 에피네프린, 아드레날린을 많이 만들도록 합니다. 각성과 운동능력을 증가시키는 어떤 분위를 자극하게 됩니다. 그리고 카페인은 세로토닌의 양도 증가시켜 기분을 좋게 합니다.

 

어른들이 '커피를 못 끊겠어' 하는 보편적인 이유는 이런한 신경전달물질 분비의 변화 때문에 아주 미세한 환각 증세를 보이기 때문입니다.

 

 

 

 #4 카페인의 기작

아데노신이 결합해야 제 기능을 하는 효소인 cAMP-PDE에 카페인이 결합하여 아데노신이 더 이상 못 붙도록 방해하면, 포도당 합성이 잘 이루어지지 않습니다. 위에 있는 세포에서 cAMP-PDE가 방해를 받으면 결과적으로 위산 분비량이 증가합니다. 커피를 마시면 속이 쓰린 주된 이유가 이것입니다. 심하면 위궤양까지도 발전합니다.

 

 

 

 #5 적당한 카페인 양은?

카페인의 효과를 보기 위한 '적당한' 카페인의 양은 개인차가 있습니다.

 

카페인은 잠을 쫓는 역할이 아니라 일시적으로 피곤한 느낌을 없애주는 역할을 합니다.

 

위에서 말했듯 기관지 질환에 좋은 효과가 있기 때문에, 카페인은 무호흡증과 기관지폐이형성증의 치료에 위험성 없이 효과가 있습니다.

 

카페인은 항문괄약근을 이완하기 때문에 배변활동에 도움을 줍니다.

 

 

 

 #6 카페인의 부작용

카페인을 끊을 때의 부작용도 많습니다.

 

아까 카페인이 아데노신을 '경쟁적으로 억제한다'고 하였습니다. 아데노신에 의한 효과 중 한가지는 혈관을 눌려 혈압을 조절하는 것이었습니다. 카페인을 꾸준히 먹다가 안 먹으면 여태껏 카페인 때문에 안보이던 아데노신이 갑자기 보여서 한동안 제 역할을 못하던 아데노신 수용체들이 갑자기 일을 하게 되는데, 안하던 일을 다시 하게 되어 혈관을 비이상적으로 많이 확장시킵니다. 뇌혈관의 확장은 뇌혈류량을 증가시켜 두통과 구역질을 초래합니다.

 

카테콜아민 활성의 감소로 피로와 졸음을 느끼기도 합니다.

 

카페인 복용이 멈춰서 세로토닌이 감소하면 불안, 신경과민, 집중력 저하, 활동력 감소 등을 야기하기도 하고 극단적인 경우에는 우울증이 찾아오기도 합니다.

 

 

 

 #7 카페인의 효능

소량의 카페인은 아스피린과 같은 진통제처럼 통증을 완화하는 작용을 하는데, 가장 효과적인 소염작용은 진통제와 소량의 카페인을 함께 복용하는 것입니다.

카페인은 진통제의 효과를 40%정도 높이고, 인체에 진통제가 흡수되는 속도를 더 높여줍니다. 이러한 이유로 두통을 치료하는 일반의약품의 구성성분에는 카페인이 포함되어 있습니다.

 

 

 

 #8 카페인 중독

카페인의 급성 과다복용은 '카페인 중독'이라는 CNS 과도 자극상태를 유발합니다. 카페인 중독 증상은 흥분, 불면증, 안면 홍조, 배뇨 증가, 위장 장애, 근 연축, 산만함, 신경과민, 불규칙한 심장박동 등을 포함합니다.

더 극단적으로 복용할 경우에는 죽을 수도 있습니다.

 

 

 

 #9 카페인과 뇌의 관계

카페인은 기억과 학습에 대한 영향은 부정적인지 긍정적인지 명백하게 판명이 나지 않고 있습니다.

 

어떤 연구에 따르면 장기간 소량의 카페인을 섭취하였더니 해마(hoppocampus) 신경발달과 학습능력을 방해하였습니다. 반면에 기억력 손상을 억제하기도 하였습니다. 좋은 것도 아니고 나쁜 것도 아니었습니다.

 

다른 연구에서는 뇌에서 '기억활동'과 '주의력'에 관련한 부분 활동량이 증가한다고 보고하였습니다. 그러나 다른 연구에서는 카페인이 단기기억력에 악영향을 주고 생각은 나지만 말로 못 내뱉는 현상인 설단현상을 증가시킨다고 보고했습니다.

 

 

 

 #10 카페인의 기대

Parkinson's disease에서 도파민 생성 세포의 사멸을 억제하는 기작을 카페인이 매개한다는 연구결과가 있습니다. 어쩌면 카페인이 원인도, 치료방법도 모르는 파킨슨 병 치료에 어떠한 영향을 미칠지 기대가 됩니다.