일반적으로 의사들은 환자의 안전을 위해 수술 전에 금식을 시킨다. 최근 쥐를 이용한 새로운 연구는 수술 전 금식의 이점에 대해 논하고 있는데, 수술 후의 장기 손상을 방지할 수 있다는 것이다. 이에 대한 기전 연구 결과들이 있기는 하지만, 본 연구는 짧은 기간 동안 금식을 하는 것이 인체가 수술로 인해 받는 스트레스 극복을 돕고 의학적으로 유용하다는 증거를 기반으로 하는 점에서 의미를 가진다.

정확한 이유는 아직 잘 모르지만, 수십 년간 과학자들이 연구한 결과 칼로리를 상당량 줄이는 것이 동물이 장수하는데 도움을 줄 수 있다는 사실을 알고 있다. 이에 대해 가장 널리 알려진 추론으로 칼로리를 억제하면 몸이 영양분 결핍 상황에 적응하여 일반적으로 스트레스에 대한 더 큰 저항을 가진다는 것이다. 장기간 칼로리를 제한한 동물을 이용한 실험 연구는 인간에게 적용하기에는 너무 극단적인 방법이지만, 일부 과학자들은 몇 일 정도의 짧은 기간 동안 칼로리 섭취를 제한하는 것이 인체에 어떤 효과를 줄 수 있을지에 대해 의문을 가졌다.

하버드 보건대학원(Harvard School of Public Health)에서 스트레스 저항력에 대해 연구하는 제임스 미첼(James Mitchell)은 특히 심장 및 혈관 수술 중 발생하기도 하고 종종 심장마비와 뇌졸중을 일으키는 허혈성 재관류시 조직손상(ischemic reperfusion injury)에 관심을 기울였다. 동맥이 막혀 심장마비가 온 사람들의 경우, 허혈(ischemia)이라고 불리는 효과에 의해 심장에 산소가 공급되지 않아 세포는 괴사한다. 반직관적 관점에서 볼 때, 재관류(reperfusion)라는 작용으로 혈류가 재충전되더라도 염증에 의해 심장은 손상될 수 밖에 없으며, 이러한 이중 타격은 다른 장기의 손상을 유발할 가능성이 매우 높다.

미 첼은 인체의 장기 중 상대적으로 기능을 측정하기 용이한 신장과 간에 초점을 맞추고 연구를 진행하였다. 미첼과 동료 연구원들은 4주간 30%의 칼로리만 공급했던 쥐 실험에서, 혈액 공급을 끊은 뒤 다시 공급했을 때 쥐들의 신장 기능이 정상적으로 작동한다는 연구 결과를 2년 전 에이징 셀(Aging Cell)지에 보고한 바 있다. 또한 다른 연구팀에서 짧은 기간 쥐에게 칼로리 공급을 제한했을 때 심장의 기능이 유지되는 결과를 얻어 이를 뒷받침하고 있다.

그러나 엄청난 양의 당 또는 모든 칼로리를 제한하는 것처럼 단지 음식물을 제한하는 방법이 본 현상을 설명하지는 못한다. 일부 연구들은 당과 지방 섭취를 억제하는 것은 수술 후 외상 호전에 있어 전혀 중요하지 않다고 보고하고 있으며, 따라서 미첼은 단백질에 초점을 두고 연구를 수행하였다. 다양한 경우의 수를 포함하는 실험에서, 미첼은 수많은 쥐들을 두 개의 그룹으로 나누었는데, 한 그룹은 쥐들이 원하는 만큼 음식물을 섭취할 수 있게 하고, 다른 그룹은 첫 번째 그룹과 같은 양의 칼로리를 섭취하기는 하지만 단백질이 없는 음식물을 섭취하게 하였고, 실험 쥐들은 이러한 방법으로 6~14일 정도 사육되었다. 연구진은 쥐의 혈류가 신장으로 들어가기 전 잠시 혈류를 차단한 후, 신장의 기능을 측정하였다. 개별적인 실험에서, 연구진은 단백질로 구성된 트립토판(tryptophan)이 결핍된 식단을 쥐들에게 먹인 후 쥐의 간 기능을 같은 방법으로 측정하였다.

실험 결과에서 단백질이 없는 식단으로 사육된 쥐들의 장기 기능이 자유롭게 음식물을 섭취한 그룹보다 약 50% 정도 더 나은 것을 발견하였고, 미첼 연구팀은 본 결과를 2012년 1월 25일 사이언스 병진의학(Science Translational Medicine)지에 게재하였다. 단백질이 없는 식단을 이용하여 장기를 보호하는 효과는 기존 연구자들이 제시한 칼로리를 제한하는 방법보다 뛰어난 성과이며, 이 두 가지 방법을 혼용한다면 수술 후 장기 손상을 방지하는 가장 좋은 방법이 될 것이다.

미첼은 아직 확답할 수는 없지만, 일반적으로 칼로리 섭취를 금하는 것과 같이 단백질 섭취만을 제한한다면, 세포에서 일부 기능을 계속 수행할 수 있게 되어 환자가 수술에 따른 스트레스를 덜 받게 될 가능성을 제안하였다. “실험을 통해 단백질만을 섭취하지 않은 쥐들은 장기에 산소 공급이 차단됨으로 발생하는 에너지 소모를 잘 조절하여 더 좋은 컨디션을 보였다. 이는 무작정 굶기는 것보다 나은 방법으로 염증도 덜 발생하였는데, 단백질을 제한한 것이 아마도 염증 반응을 억제하였을 것으로 보인다.”라고 미첼은 말했다.

현재까지 미첼의 연구 결과는 가설로 남아있다. “본 현상에 대한 정확한 메커니즘, 즉 체내에서 실제로 어떤 일이 발생하는지에 대해 아직 밝혀지지 않았기 때문에 우리는 미첼 연구팀의 가설을 완전히 받아들일 수는 없다.”라고 미국 국립노화연구소(National Institute on Aging, NIA) 심혈관 연구자 마크 테일런(Mark Talan)은 말했다. (NIA는 미첼의 연구를 지원하고 있지만, 테일런은 본 연구에 참여하지 않았다.)
미 첼 팀의 다음 연구 단계 중 하나는 식이요법이 인간의 수술 후 장기 보호에도 도움이 되는지에 대해 밝히는 것이다. 미첼은 현재 심혈관계 수술을 앞둔 환자들에게 짧은 기간 동안 단백질을 제한한 음식물을 섭취하게 하여 상기의 연구 결과를 검증하고자 브링험 여성 병원(Brigham and Women`s Hospital)의 혈관계 의사들과 논의 중이다. “당신은 수술 후 빠른 회복을 위해 수술 전에 잘 먹고 잘 쉬는 것이 최선이라고 생각하겠지만, 사실은 그렇지 않다. 하지만 수술을 앞둔 환자에게 적절한 식이요법을 적용하기 위해서는 환자의 안전을 위해 환자에 대한 보다 정밀한 사전 조사가 반드시 필요하다.”라고 미첼은 말했다.

1. 출처: ScienceNOW (Jan. 25, 2012)
2. 그림 설명: 수술 전 식이요법. 쥐를 이용한 실험 연구는 일주일간 단백질 섭취를 금지하면 수술 후 손상이 우려되는 장기의 손상을 방지할 수 있다고 말한다.