NO: 산화질소(nitric oxide, •NO; nitrogen oxide 혹은 nitrogen monoxide라고도 함)

무색의 가스로, 질소가 산화된 형태의 화합물입니다.
기본적으로 산화질소는 자유 라디칼로, 화학 구조 내에 짝을 이루지 않은 전자(unpaired electron)를 포함하고 있습니다(•NO에서 점은 이를 의미합니다).
또한, 산화질소는 이종핵 이원자 분자로서, 화학적 원자 결합의 현대 이론 발전에 중요한 역할을 한 분자입니다.
세포 내에서는 아미노산인 아르기닌으로부터 형성되며, 면역 작용, 혈관 확장, 신호 전달 등의 다양한 생리 활동에서 신호전달 물질로 작용합니다.

ROS: 활성산소

활성산소종(ROS)에는 과산화수소(H2O2), 슈퍼옥사이드 이온(O2-), 일중항 산소(¹O2), 수산화 라디칼(•OH) 등이 있습니다.
이들은 우리 몸에서 병원균을 공격하는 역할을 하지만, 과도하게 생성되면 정상 세포까지 공격할 수 있습니다.

특정 스펙트럼의 광 조사에 의해 활성산소종(ROS)이 증가할 수 있습니다.
이때, ROS는 체내 염증이나 세균 침입 시 활성화되는 NF-kB 및 AP1과 같은 산화 환원 민감성 전사 인자들을 활성화할 수 있습니다.
이 전사 인자들은 산화 스트레스에 대한 보호 반응을 유도하는 유전자의 전사를 촉진합니다.

즉, 광 조사로 인해 생성된 ROS는 이러한 과정을 통해 산화 방지제 역할을 할 수 있습니다.
이 과정에서 적절한 파장 대역, 광량, 그리고 표적 세포나 발색단에 맞는 정확한 파장과 강도가 매우 중요합니다.
이 원리는 광 생물학의 제1 및 제2 법칙에 기반하고 있습니다.

이 두 가지 조건이 정확하지 않으면 최적의 흡수가 이루어지지 않으며, 광생물학의 첫 번째 법칙인 그로토스-드레퍼(Grotthus-Draper) 법칙에 따르면, 흡수가 이루어지지 않으면 반응도 일어나지 않습니다.
또한, 광자 강도(photon intensity), 즉 스펙트럼 조도(spectral irradiance) 또는 출력 밀도(W/cm²)가 충분히 높아야 합니다. 그렇지 않으면 원하는 결과를 얻기에 충분하지 않을 수 있습니다.

그러나 강도가 너무 높으면, 광자 에너지가 표적 조직에서 과도한 열로 변환되어 바람직하지 않은 결과를 초래할 수 있습니다.
두 번째로, 선량(dose) 또는 플루언스(fluence)가 충분해야 하지만(J/cm²), 출력이 너무 낮으면 이상적인 에너지 밀도 또는 선량을 얻기 위해 조사 시간을 길게 하는 것이 바람직하지 않습니다.
이는 분젠-로스코(Bunsen-Roscoe) 호혜주의 법칙, 즉 광생물학의 두 번째 법칙이 낮은 출력 밀도에서는 적용되지 않기 때문입니다.

식물은 햇빛을 이용한 광합성을 통해 생명을 유지합니다.
이 과정에서 식물은 토양에서 흡수한 물과 영양분, 공기 중의 이산화탄소를 활용해 산소를 방출하고, 엽록소, 미네랄, 비타민 등 다양한 영양소를 생성합니다.

동물도 광화학 작용을 통해 빛의 영향을 받습니다.
오래전부터 빛이 몸의 순환 과정과 질병에 중요한 역할을 한다는 것이 알려져 있었습니다.

2002년, NASA의 Harry Whelan 박사는 LED 광에 대한 연구를 발표했습니다.
이 연구는 위스콘신 의과대학과 NASA가 후원한 프로젝트로, 발광 다이오드(LED)를 사용해 건강을 증진하는 방법에 중점을 두었습니다.

연구 결과, 심각한 화상, 치유가 어려운 상처, 근육 및 힘줄 염좌, 손상된 신경, 그리고 눈 부상이 매우 빠르게 치료될 수 있다는 사실이 밝혀졌습니다.
NASA는 원래 상업용 식물 성장 연구를 위해 개발된 강력한 LED가 다양한 질환의 치료에도 효과적일 수 있다는 사실을 발견했다고 발표했습니다.

특히, 이 연구는 세포 내 미토콘드리아의 사이토크롬 씨 옥시다제(CCO) 단백질 효소가 특정 파장의 빛을 흡수해 생명체의 에너지원인 ATP(아데노신 삼인산) 생성을 촉진한다는 사실을 밝혀냈습니다.
이는 생명이 빛에 의존하고 있다는 중요한 생물학적 발견입니다.

인간을 포함한 동물들은 눈과 피부를 통해 빛을 흡수하며, 이를 통해 생명 활동을 유지합니다.

광이 인체에 침투하는 깊이는 파장에 따라 크게 달라집니다.
예를 들어, 620~750nm의 적색 가시광선은 청색이나 녹색 가시광선보다 더 깊게 투과합니다.
NASA 연구에 따르면, 940nm의 근적외선 파장은 최대 약 23cm까지 피부 속을 침투할 수 있다고 밝혀졌습니다.
이러한 침투 깊이는 치유 효과와 밀접한 관계가 있습니다.

Pankratov 박사팀은 경락이 신체의 경직을 일으킨다는 사실을 발견했고, 특정 스펙트럼의 광을 피부에 조사할 때, 그 광이 피부 아래에서 경락을 따라 약 10cm 떨어진 지점까지 전달된다는 것을 밝혔습니다.
이 과정에서 광이 이동하는 경로가 침술점과 일치한다는 점에 놀라움을 표했습니다.
박사는 “우리 몸은 광섬유 시스템과 유사한 ‘광 분배 시스템’을 이루고 있으며, 가시광선과 근적외선이 신체 특정 부위에 노출되면 광이 경락을 따라 먼 거리를 이동할 수 있다”고 결론지었습니다.

Photobiomodulation (PBM) 요법의 치유 유발 근거
PBM 요법은 인체의 세포 재생 기능을 지원하며, 광 자극이 제거된 후에도 일정 기간 동안 그 효과가 지속됩니다.
러시아의 Tiina Karu 교수의 연구에 따르면, PBM 요법은 세포 내 미토콘드리아의 광 흡수 효소가 ATP 생성을 촉진함으로써 신진대사를 크게 개선하는 화학적, 생물학적 과정을 설명합니다.

PBM 요법의 주요 효과는 다음과 같습니다

– 세포 재생 촉진
– 혈액순환 개선
– 노폐물 효율적 배출

신진대사는 건강에 매우 중요한 과정으로, 이 과정이 활성화됨으로써 광범위한 치유 효과를 얻을 수 있습니다. PBM 요법은 세포 내에서 이러한 치유 과정을 촉진합니다.

사이토크롬 C 옥시다제 효소 (Cytochrome c Oxidase)

특정 파장대역의 가시광선과 근적외선 광원이 조직 세포에 조사되면, 이 광원은 미토콘드리아의 광 흡수 효소인 사이토크롬 C 옥시다제에 의해 강하게 흡수됩니다.
이는 미토콘드리아 내 전자 전달을 증가시켜, 치유에 필요한 에너지인 ATP 합성을 촉진합니다.
미토콘드리아는 세포 내에서 산소, 광, 영양분을 사용하여 에너지로 전환하는 중요한 역할을 합니다.

ATP

ATP는 신체 에너지의 주요 원천으로, 사이토크롬 C 효소의 활성 증가는 더 많은 ATP(Adenosine-Tri-Phosphate) 생성을 촉진합니다.
ATP가 많다는 것은 신체에 에너지가 풍부하다는 의미이며, 이는 치유 과정을 더 빠르고 효율적으로 진행시키고, 면역력의 균형을 유지하는 데 중요한 역할을 합니다.

Dr. Whelan 박사의 연구는 NASA의 후원을 받아 수행된 것으로, 그 핵심 내용은 다음과 같습니다.
“근적외선은 세포의 에너지를 증가시키는 데 최적이며, 조직에 에너지를 공급하고 치유를 가속화합니다.”

비슷하게, Tiina Karu 박사도 ATP의 중요성을 강조하며, “ATP는 세포 내부의 에너지원일 뿐만 아니라, 체내의 세포와 조직 간의 상호 통신을 가능하게 하는 중요한 신호 분자”라고 설명합니다.

DNA

세포의 성장과 소멸은 DNA에 의해 결정됩니다.
각 세포는 DNA와의 소통을 통해 빈틈없는 신호 프로그램을 유지하고 있습니다.
Whelan 박사는 특정 파장대역의 가시광선과 근적외선이 세포와 DNA에 어떻게 작용하는지 설명하며, 다음과 같은 결과를 제시했습니다.

“NASA에서 가시광선의 적색과 근적외선 스펙트럼을 사용하여 섬유 α 세포와 근육 세포의 DNA 합성을 연구한 결과, 근육 세포의 형성이 평소보다 5배 증가했습니다.”

이 연구는 특정 광 스펙트럼이 세포 재생과 조직 형성에 긍정적인 영향을 미칠 수 있음을 보여줍니다.

참고 문헌LLLT (Low Level Laser Therapy), PBM요법