과학(Science)/생명 과학 (Life Science)

'가려움'이란 무엇인가?

SURPRISER - Tistory 2023. 3. 4. 18:34

 '아토피성 피부염 '등에 의한 가려움으로 고생하는 사람이 늘고 있다. 만성적이고 심한 가려움은 수면, 업무, 학습 등의 질을 크게 떨어뜨려, 해당자 본인은 물론 사회와 경제에도 커다란 손실을 끼치고 있다. 가려움이란 과연 무엇일까?

0. 목차

  1. 가려움 연구의 역사
  2. 피부의 구조
  3. 가려움의 메커니즘
  4. 가려움의 악순환
  5. '말초성 가려움'과 '중추성 가려움'
  6. 아토피성 피부염
  7. 긁고 있는 사람을 보면 자신도 가려워진다.

1. 가려움 연구의 역사

1-1. 가려움을 느끼는 위치는 비교적 일찍 파악되었다.

 가려움에 대한 연구의 역사를 돌아보면, 20세기에 들어서야 비로소 세밀하게 연구되기 시작했음을 알 수 있다. 현재까지 이어지는 가려움 연구의 원점은 미국의 피부과 의사 '윌터 셰리(1917~2009)'가 1950년대에 실시한 조사다. '윌터 셰리'는 동남아시아를 여행할 때 현지 사람들이 '카우헤지(Cowhage, 학명: Mucuna pruriens)'라는 콩과 식물의 가루를 피부에 발라 쾌감을 얻는다는 사실을 알고, 피부 반응에 대해 자세히 조사했다. 그 결과 다음과 같은 사실 등을 밝혀냈다.

  1. '카우헤지' 가루를 피부에 발라 얻는 쾌감은 가려운 자극에 의한 것이다.
  2. 가려움을 유발하는 물질은 식물의 가시에 포함된 '프로테아제(Protease)'라는 단백질이다.
  3. 표피와 진피의 경계 영역을 가시로 자극했을 대 가장 가려워, 이 부위가 가려움을 느낀다.

 나중에 피부에서 오는 가려운 신호는 'C섬유(C Fiber)'라는 아주 가는 신경을 통해 전달된다고 밝혀졌는데 '윌터 셰리'가 제시한 '표피와 진피의 경계'에 말단이 있는 신경이 바로 'C섬유'였다. 결국 가려움을 느끼는 위치에 대해서는 비교적 일찍 정확하게 이해되었다.

1-2. '가려움은 약한 통증'이라고 오해했었다.

 그렇지만 '가려운 감각'에 대해서는 최근까지 커다란 오해에 싸여 있었다. 독일의 생리학자 '막시밀리안 폰 프레이(Maximilian von Frey, 1852~1932)'는 지금으로부터 약 100년 전인 1922년에 '가려움은 약한 통증이다.'라는 가설을 발표했다. 그 후, 가려움을 더 자세히 밝힌 사람은 미국 시카고 대학 의학부의 '스티븐 로스먼(1894~1963)'이었다. '스티븐 로스먼'은 1941년에 '가려움은 긁고 싶은 욕망을 일으키는 불쾌한 감각'으로 정의하고, 머리카락으로 피부를 문지르면 가려움이 일어난다고 보고했다. 1943년에는 미국 워싱턴 대학 의학부의 '조지 비숍(1889~1973)'이 피실험자의 피부에 전기 자극을 주어 피부와 같은 위치에 가려움과 통증을 일으키는 데 성공했다.

 이런 과정에서 '가려움은 약한 통증'이라는 인식이 정착되었다. 하지만 통증만을 전달하는 C섬유가 있고, 그것이 가려움의 C섬유와 가까이 있기 때문에 오해였는데, 둘은 전혀 다른 것이다. 그 사실이 밝혀진 것은 1997년 이후의 일로, 가려움의 C 섬유는 마취과 의사인 '마틴 슈메르츠(1964~)'가 발견했다. 2007년에는 중국의 연구자들이 C섬유 안의 특수한 인자 GRP가 가려운 신호를 전달하는 열쇠임을 밝혀냈다.

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2. 피부의 구조

 가려움의 자세한 메커니즘을 설명하기 전에 먼저 피부의 기본적인 구조를 알아보자. 성인의 피부를 모두 펼치면 평균 1.6m2정도의 널빙가 된다. 피부는 인체에서 가장 큰 기관이라고 할 수 있다.

 인간의 피부는 1~4mm 정도의 두께로, 바깥쪽부터 '표피(Epidermis)', '진피(Dermis)', '피하 조직(Subcutaneous)'의 3개 층으로 이루어져 있다. 이 가운데 표피는 0.1~0.2mm로 아주 얇으며 바깥쪽부터 '각층(Stratum Corneum)', '과립층(Granular Layer)', '유극층(Excited Layer)', '기저층(Basal Layer)'의 4개 층으로 나누어진다. 또 손바닥과 발바닥의 각층과 과립층 사이에는 '투명층(Transparent Layer)'이 있다.

 최하층인 '기저층(Basal Layer)'에는 매일 새로운 세포가 만들어지며, 그들이 분화하면서 위로 점차 밀려 올라가 각층에 이르고, 나중에는 때의 형태로 벗겨져 떨어진다. 나이와 부위에 따라 다르지만, 새로운 세포가 생겨나 벗겨져 떨어질 때까지 40~50일 정도가 걸리며, 이 주기를 피부의 '턴 오버(Trun Over)'라고 한다.

 피부에는 가는 털과 땀구멍이 있다. 참고로 손바닥과 발바닥에는 가는 털이 없다. '진피'는 '표피'의 몇 배에서 몇십 배의 두께로 탄력성이 강하다. '혈관', '신경', '림프관', '피지샘', '땀샘', '모낭', '모근' 등이 있으며, 가려움과 깊은 관련이 있는 '면역 세포(비만 세포나 T 세포 등)'도 많이 있다. 그 아래의 피하 조직에는 지방을 저장한 세포인 '지방 세포(Adipocyte)'가 많다.

피부의 구조

3. 가려움의 메커니즘

3-1. 가려움은 이상을 알리는 경보 장치

 통증은 몸의 곳곳에서 느끼지만, 가려움을 느끼는 곳은 피부, 눈, 입, 목구멍 등에 있는 일부 점막뿐이다. 머릿속이 가렵다거나 위가 가려운 일은 일어나지 않는다. 그러면 '가렵다는 감각'은 왜 있는 것일까? 생체가 가려움과 통증을 갖추고 있는 이유는 같으며, 둘 다 이상을 알리는 '방위 반응(Defense Reaction)'이다. 다만 경보의 질과 역할은 상당히 다르다.

  1. '가려움'의 목적: 피부와 일부 점막은 건조함을 막거나 이물질의 침입을 막는 '방벽'의 기능을 가지고 있다. 가려워서 긁는 현상은 독이나 병원체를 삼켰을 때 일어나는 구토나 설사 등의 현상과 같은 의의를 갖는 것으로 밝혀졌다. 가려움은 몸 표면의 방벽에 이상이 있음을 알리는 동시에, 긁는 행위를 유발시켜서 물리적으로 이물질을 제거하도록 하는 것이 목적이다. 가려운 감각이 없으면 유해 물질이 피부에 달라붙어도 제거하지 못하고 몸속으로 들어와, 생명을 위협하는 사태가 일어날 수 있다.
  2. '통증'의 목적: 반면 통증은 몸증의 염증 등으로 인해 유발되며, 몸을 움직이지 않게 함으로써 염증의 확대를 방어하는 것이 목적이다.

 또 가려움의 신호는 C섬유를 통해 전달되지만, 통증의 신호는 C섬유만이 아니라 'A섬유'로도 전달된다. A섬유는 C섬유보다 굵고 신호의 전달 속도도 C 섬유보다 빠르다.

 '스티븐 로스먼(1894~1963)'이 내린 가려움의 정의는 '가려운 감각'과 '긁는 행위'가 일체를 이루고 있다. '소양감(搔癢感, itchy sense)'이라는 말이 있는데, '가려워서 피부를 긁고 싶은 느낌'을 말한다. '소(搔)'는 '긁는다'는 뜻이고 '양(癢)'은 '가렵다'는 뜻인데, 이 용어에서도 '가려운 감각'과 '긁는 행위'가 서로 다른 것이 아니라 하나임을 알 수 있다.

3-2. 가려움의 정보는 어떻게 전달될까?

 그러면 피부에 붙은 이물질의 정보가 어떻게 뇌에 전달되어 가려움을 느끼고 긁는 행위를 일으키는 것일까? 그 개략적인 내용은 다음과 같다.

  1. 이물질에 의해 피부가 자극을 받으면, 특정 세포에서 '가려움 물질(가려움을 유발하는 물질)'이 방출된다. '가려움 물질을 '메디에이터(Mediator)'라고도 한다.
  2. '가려움 물질'이 C 세포의 말단에 있는 '수용체(Receptor)'와 결합해 전기 신호가 발생한다.
  3. 전기 신호 C 섬유를 타고 '척수 후각(脊髓 後角)'으로 들어가서 '척수 전각(脊髓 前角)'으로 나와 뇌까지 이른다.
  4. 신호가 대뇌의 다양한 부위를 활성화 함으로써 가려움이 생기고, 긁는 행위를 일으킨다.

 '가려움 물질'로 가장 잘 알려진 것이 '히스타민'이다. '히스타민(Histamine)'은 모기에 물리거나 진드기나 꽃가루 등의 알레르기 물질에 노출되었을 때 '비만 세포(Mast Cell)'에서 방출된다. 그 밖에 '트립타아제(Tryptase)', '사이토카인(Cytokine)', 'RNA 조각', '신경 성장 인자(NGF: Nerve Growth Factor)' 등 약 30종의 '가려움 물질'이 있는 것으로 알려져 있다. 각각의 가려움 물질은 특정 세포에서 분비되며, C섬유에 있는 '특정 수용체'와 결합해 가려움 신경을 흥분시킨다. '병적(정상을 벗어난 것)'이 아닌 가려움인데, 상처가 나아가면서 가려운 이유는, 손상된 피부 세포에서 나온 'RNA 조각'이 '톨 유사 수용체(Toll-Like Receptor)'과 결합해 가려움 신경을 흥분시키기 때문으로 알려졌다. 아래의 표는 '가려움 물질' 가운데 주요한 것을 그것의 '수용체'와 함께 정리한 것이다.

 정상인 경우는 가려움을 느껴 긁으면 가려움이 가라앉는다. 긁으면 통증 신경도 흥분하기 시작하고, 거기에서 나오는 물질인 'GABA(γ-Aminobutyric Acid)', '글리신(Glycine)' 등이 가려움을 억제하기 때문이라고 생각된다. 이물질이 붙어 가려워지고, 긁어서 이물질이 제거되면서 가려움이 억제되면 해결되는 것이다.

가려움 물질 C섬유의 수용체 가려움 물질 방출 세포
RNA 조각 톨 유사 수용체 [손상된 피부]
신경 성장 인자 수용체형 티로신키나아제 케라티노사이트
트립타아제 프로테아제 수용체 비만 세포
히스타민 히스타민 수용체 비만 세포
인터류킨-31 인터류킨-31 수용체 T세포
담즙산 G단백 공역 담즙산 수용체 간
TRPV3    
... ... ...

4. 가려움의 악순환

 하지만 긁어도 가려움이 억제되지 않는 경우도 있다. 그것은 바로 '긁으면 긁을수록 가려워진다'는 악순환을 뜻하는 '이치 스크래치 사이클(itch scratch cycle)'이다. itch는 '가렵다'는 뜻이고 scratch는 '긁다'는 뜻이다. 방벽이 무너진 피부 조직에서는 '표피 세포(Keratinocyte, 케라티노사이트)'가 '사이토카인(Cytokine)'을 방출해 가려움을 일으킴과 동시에, 사이토카인이 다른 가려움 물질의 방출을 촉진한다. 방벽에 이상이 생기면 외부로부터 이물질이 침입하기 쉬워지고, 가려움 신경도 자극을 받기 쉬워진다.

 이와는 별도로 '긁으면 통증을 느껴 가려움이 사라지는 메커니즘'이 붕괴되는 경우도 있다. 어느 연구에서는 긁어서 방벽이 파괴되면, 표피와 진피의 경계에 존재해야 할 C섬유가 표피 쪽으로 올라가는 경우도 발견되었다. 신경이 표피 근처까지 뻗으면, 더 작은 자극으로도 가려움을 느끼게 된다. 이 현상도 itch scratch cycle과 깊은 관련이 있다고 한다.

 '이치 스크래치 사이클(itch scratch cycle)'에 빠지게 되는 배경에는 '가려움이 쾌감과 깊게 연결되어 있다는 점'도 있다. 피실험자의 손목에 가려움을 일으키고 긁고 있을 때의 뇌 활동을 '기능적 자기공명영상(fMRI)'로 조사해 봤더니 '쾌감을 느낄 때 활덩화하는 부위(중뇌와 선조체 등 이른바 보상계)'의 활동이 활발해진다는 사실을 발견했다. '이치 스크래치 사이클(itch scratch cycle)'은 '가려운 것은 불편하지만 긁는 것은 쾌감'이라는 상반된 감각의 사이클이 진행되고, 더 진행될수록 가려움을 더 잘 느끼는 '무한 고리'라고 할 수 있다.

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5. '말초성 가려움'과 '중추성 가려움'

 벌레에 물리거나 이물질이 침입했을 때 가려워지는 것은 정상적인 반응이다. 하지만 질병이나 피부 상태에 따라서는 이물질이 피부가 붙지 않았는데도 피부가 가려워지는 경우가 있다. 가려움은 피부에 원인이 있는 '말초성 가려움'과 피부 이외의 원인으로 일어나는 '중추성 가려움'이 있다.

  1. 말초성 가려움(Peripheral Itching): '말초성 가려움'으로는 '만성 두드러기', '접촉성 피부염', '화분증(꽃가룻병)'에 동반된 가려움 등이 알려져 있다. 벌레에 물리거나 식물의 독으로 생기는 가려움 등도 '말초성 가려움'이다. 대부분의 '말초성 가려움'은 비만 세포에서 방출되는 히스타민이 계기가 되므로, 먹는 항히스타민제로 완화시킬 수 있다.
  2. 중추성 가려움(Central Itching): '중추성 가려움'은 주로 내장의 질병에 동반되어 가려워지는 것이다. '만성 신부전(콩팥 기능 부족)', '간 질환', '혈액 투석', '암', '혈액 질환', '교원병', '내분비 질환' 등이 '중추성 가려움'의 원인이 되는 것으로 알려져 있다. '중추성 가려움'에는 항히스타민제가 듣지 않아 '난치성 가려움'이라고도 한다.

5-1. '말초성 가려움'은 '항히스타민제로 완화시킨다.

 '항히스타민제(Histamine Antagonist)'란 말초 신경 말단부에 있는 '히스타민 수용체(Histamine Receptor)'에 결합하는 약품이다. 항히스타민제가 먼저 결합하면서, 비만 세포에서 방출된 '히스타민'은 '히스타민 수용체'와 결합할 수 있게 된다. 꽃가루 알레르기에 대한 치료제로 널리 알려져 있다. 1990년대 이후 보급되기 시작할 당시의 항히스타민제는 졸음이나 구강 건조 등의 부작용이 컸다. 그래서 현재는 이들 부작용이 개선된 히스타민제로 많은 종류가 판매되고 있다. 꽃가루 알레르기로 인한 가려운 증상의 대부분은 항히스타민제로 극복할 수 있게 되었다.

5-2. '중추성 가려움'은 항히스타민제로 해결되지 않는다.

 한편, 항히스타민제가 듣지 않는 '중추성 가려움'은 보통 방법으로는 해결되지 않는다. 예컨대 '신장 질환'이나 '간질환'의 가려움에는 '오피오이드(Opoid)'라는 물질이 관여하고 있다. '오피오이드'에는 몇 가지 종류가 있으며, 그 가운데 '베타 엔도르핀(β Endorphin)'은 '뮤 리셉터(μ receptor)'라는 수용체와 결합해 가려움을 일으킨다. 또 '다이노르핀(Dynorphin)'이라는 오피노이드에는 '카파 리셉터(κ Receptor)'라는 수용체와 결합해 가려움을 제어하는 작용이 있다.

 정상적인 생체에서는 두 종류의 오피오이드가 균형적으로 작용하지만, 신장 질환이나 간 질환에 걸리면 '베타 엔도르핀'이 '다이노르핀'보다 우위를 차지하면서 가려움증이 생긴다. 그래서 이런 가려움증에는 '카파 리셉터(κ Receptor)'의 활동이 우위를 차지하게 함으로써 가려움을 억제하는 약품이 널리 사용되고 있다.

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6. 아토피성 피부염

 '아토피성 피부염(Atopic Dermatitis)'에 대해서는 히스타민에 의한 '말초성 가려움'과, IL-31 등의 히스타민 이외의 가려움 물질에 의한 '중추성 가려움이 혼재한다고 알려져 있다. 증상이 무거운 아토피성 피부염 환자에게는 항히스타민제가 거의 듣지 않을 뿐만 아니라, 원래 치료를 위한 '내복약(먹는 약)'이 없다. 그래서 우선 보습제를 사용해 피부를 관리하면서 가려움과 염증에 따라 스테로이드 연고를 바르는 것이 치료의 기본이다. 중증인 경우에는 자외선을 비추거나 먹는 스테로이드제나 '면역 억제제(Immunosuppressive Drug)', '생물 제제(화학적 합성보다는 생물학적 과정으로 생산된 의학적 품목)' 등이 사용된다.

 '스테로이드(Steroid)'는 신장 위에 있는 '부신(Adrenal Gland)'에서 분비되는 호르몬으로, 면역 반응과 염증을 강력하게 억제하는 효과가 있다. 이것을 인공적으로 만든 것이 '스테로이드제'인데, 연고로 바르면 그 부위의 면역 세포의 활성화가 억제되기 때문에 가려움도 억제된다. 다만, 면역 세포 이외의 세포의 활성화와 정상적인 면역 반응도 억제되기 때문에, 장기간 계속 사용하면 피부가 얇아져 감염되기 쉬워지는 부작용이 생긴다. 그래서 '스테로이드제'를 대신할 치료제의 개발이 요구되고 있다.

6-1. 'Sena3A'라는 단백질 부족이 '난치성 가려움'을 일으킨다.

 실험용 쥐 등을 이용한 기초 연구 결과 '세마포린 3A(Sema3A)'라는 단백질의 부족이 '난치성 가려움'을 일으킨다는 사실이 알려졌다. 그리고 'Sema3A'가 어디서 언제 어디서 만들어지며, 어떻게 가려움 신경을 자극하는지에 대해서도 연구되고 있다. 'Sema3A'는 '표피 세포(케라티노사이트)'에서 분비되며, 신경 섬유가 자라는 것을 억제하고 신경을 억제시키는 작용을 한다. '아토피성 피부염' 환자의 피부에서는 'Sema3A'가 거의 만들어지 않는다는 사실이 밝혀졌으며, '아토피성 피부염'과 같은 상태를 보인 실험용 쥐에게 'Sema3A'를 발라주면 증상이 개선된다는 사실도 밝혀졌다.

 그리고 2020년에는 Sema3A의 유전자 'Sema3A'가 표피의 '기저층'에서부터 '유극층'에서 보이는 '칼슘 이온의 농도 차'에 의해 조절된다는 사실도 밝혀졌다. 아토피성 피부염'과 '피부의 건조'로 인해 '칼슘 이온의 농도'에 이상이 생기면 'Sema3A'가 발현하는 스위치가 꺼지면서 신경이 뻗는 것을 억제하는 Sema3A가 만들어지지 않게 된다. 결국 신경이 표피 부근까지 뻗게 되어 가려움을 더 쉽게 느끼게 된다.

6-2. 아토피에는 척수의 '글리아 세포'도 관여한다.

 '아토피성 피부염' 모델 실험용 쥐의 척수에서 '글리아 세포(Gliacyte)'의 하나인 척추의 '아스트로사이트'가 장기간에 걸쳐 활성화되어 있음이 발견되었다. 활성화된 '아스트로사이트(Astrocyte)'에서는 '리포카인(LCN2)'라는 가려움을 증강하는 물질이 만들어진다고 한다. 그래서 '아스트로사이트의 활성화'와 'LCN2 생산'을 억제하는 약을 개발하려는 시도도 이어지고 있다.

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7. 긁고 있는 사람을 보면 자신도 가려워진다.

 '기능적 자기공명영상(fMRI)'에 의한 연구에서는 '가려워서 긁고 있는 사람'을 보는 것만으로도, 뇌의 가려움 반응이 높아져 자신도 가려움을 느끼는 것으로 밝혀졌다. 그리고 스트레스 때문에 가려움이 생기는 경우도 밝혀져 있다. 사실은 다양한 이유로 가려움이 생긴다.

 하지만 어떤 가려움이든 기본적인 대책은 피부의 보습일 것이다. 보습을 통해 방벽 기구를 유지하면 좀처럼 '가려움의 악순환'에 빠지지는 않기 때문이다. 가려움의 공통적 특징으로는 차게 하거나 약한 자외선에 닿으면 억제되고, 매운 음식이나 고온 목욕 등으로 체온이 올라가면 심해진다는 점을 들 수 있다. 의복도 '면(Cotton)' 등 자극이 적은 소재를 사용하는 것이 가려움 억제에 도움이 될 것이다.

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