HRV가 낮으면 장내 세균도 달라질까? — 미주신경, 코르티솔, 장내 미생물의 삼각관계

기본 정보

제목: Heart rate variability, daily cortisol indices and their association with psychometric characteristics and gut microbiota composition in an Italian community sample
저자: Ravenda S, Mancabelli L, Gambetta S, Barbetti M, Turroni F, Carnevali L, Ventura M, Sgoifo A
저널: Scientific Reports (Nature)
출판연도: 2025
DOI: 10.1038/s41598-025-93137-8
PMID: 40074815
근거 수준: 횡단 연구 (Cross-sectional)

건강한 성인 75명에서 안정 시 HRV(RMSSD), 일일 타액 코르티솔, 심리적 특성(우울, 불안, 스트레스), 장내 미생물 구성을 동시에 측정한 최초의 연구다. 낮은 HRV 그룹에서 우울 증상이 유의하게 높았고, 장내 미생물 구성도 유의하게 달랐다. 특히 염증 관련 세균인 Prevotella copri가 3.2배 높고, 항염증 세균인 Faecalibacterium prausnitzii가 감소하는 패턴이 관찰되었다. HRV와 코르티솔이 미생물-장-뇌 축의 서로 다른 측면을 반영한다는 점도 새로운 발견이다.

1. 이 연구는 왜 필요했을까

미생물-장-뇌 축(microbiota-gut-brain axis)은 신체적, 정신적 건강에 영향을 미치는 복잡한 양방향 소통 시스템이다. 미주신경(vagus nerve)은 구심성(장에서 뇌로)과 원심성(뇌에서 장으로) 경로를 통해 뇌와 장을 연결하는 핵심 통로로서, 이 축의 양방향 소통에서 결정적 역할을 수행한다.

기존 연구에서 낮은 미주신경 매개 HRV는 우울증, 심혈관 위험, 만성 스트레스와 연관되어 있었고, 장내 미생물 구성의 변화(dysbiosis, 장내 세균총 불균형)도 우울증 환자에서 반복적으로 보고되어 왔다. 그러나 HRV, 코르티솔, 심리적 특성, 장내 미생물 구성을 모두 동시에 측정하여 이들 간의 연관성을 조사한 연구는 건강한 성인 집단에서 아직 수행된 바가 없었다. 이 연구는 HRV와 코르티솔 각각을 미생물-장-뇌 축 기능의 잠재적 바이오마커로 평가하고자 했다.

2. 어떻게 연구했을까

이탈리아 파르마 도시 지역에서 건강한 성인 75명(여성 38명, 남성 37명, 평균 연령 36세)을 Parma Microbiota 프로젝트를 통해 모집했다. 정신과적/심장 질환, 염증성 장질환, 최근 항생제 사용자는 제외했다.

HRV 측정은 Firstbeat Bodyguard 2(ECG 기기)를 사용하여 오후 2~5시 사이 실험실에서 10분간 앉은 자세로 안정 상태에서 기록했다. 측정 2시간 전부터 신체 활동, 카페인, 흡연을 금지했으며, Kubios HRV 소프트웨어로 분석했다. 핵심 지표는 RMSSD로, 호흡과 움직임 아티팩트에 덜 민감하기 때문에 선택되었다. 참가자들은 RMSSD 중앙값(34.07 ms)을 기준으로 LOW HRV(37명)와 HIGH HRV(38명) 그룹으로 분류되었다.

타액 코르티솔은 ECG 기록 다음 날 4회(기상 직후, 기상 후 30분, 정오, 오후 10시) 수집하여, 코르티솔 각성 반응(CAR), 일주기 기울기(DCS), 총 일일 코르티솔(AUCg) 세 가지 지표를 산출했다. 장내 미생물은 대변 샘플에서 메타게놈 시퀀싱(전체 유전체 분석)으로 종 수준까지 분류했다. 심리적 특성은 CES-D(우울), STAI(불안), PSS(스트레스) 설문으로 평가했다.

3. 무엇을 발견했을까

낮은 HRV는 높은 우울 증상과 연관된다

LOW HRV 그룹은 HIGH HRV 그룹보다 우울 증상(CES-D 점수)이 유의하게 높았다(F=5.29, p=0.024). 이 차이는 연령을 공변량으로 보정한 후에도 유지되었다. 반면 불안(STAI)과 스트레스(PSS)에서는 두 그룹 간 차이가 없었다. 즉 HRV는 불안이나 스트레스보다 우울 경향성을 더 잘 반영하는 것으로 보인다.

장내 미생물 구성이 유의하게 다르다

LOW HRV와 HIGH HRV 그룹 간 장내 미생물 구성이 유의하게 달랐다(PERMANOVA, p=0.006). 가장 주목할 만한 발견은 속(genus) 수준에서의 차이다. LOW HRV 그룹에서 만성 염증성 질환과 흔히 연관되는 Prevotella가 유의하게 높았고(24.64% vs 10.15%, p=0.008), 항염증 세균인 Faecalibacterium(6.51% vs 8.90%, p=0.017)과 Alistipes(8.45% vs 10.95%, p=0.039)는 유의하게 감소했다.

"LOW HRV 그룹에서 Prevotella copri의 상대 풍부도가 HIGH HRV 그룹 대비 3.2배 높았다(17.02% vs 5.31%, p=0.009)."

종 수준에서는 총 13개 종이 유의한 차이를 보였다. 항염증 부티레이트(장 건강에 중요한 단쇄지방산) 생산균인 Faecalibacterium prausnitzii도 LOW HRV에서 감소했다(2.87% vs 3.64%, p=0.029). 이러한 장내 미생물 패턴은 기존 우울증 환자 연구에서 보고된 것과 유사하다.

HRV와 코르티솔은 서로 다른 측면을 반영한다

흥미로운 발견은 LOW와 HIGH HRV 그룹 간 코르티솔 파라미터에서 유의한 차이가 없었다는 점이다. 반면 코르티솔의 일주기 기울기(DCS)가 완만한 그룹(만성 스트레스 지표)에서는 불안과 스트레스가 유의하게 높았으나 우울 증상에서는 차이가 없었다. 총 일일 코르티솔(AUCg)은 심리적 특성과는 무관했지만, 장내 미생물 구성과는 유의한 연관을 보였다. 이는 HRV(미주신경 톤)와 코르티솔(HPA 축)이 미생물-장-뇌 축에서 서로 다른 측면을 반영한다는 것을 시사한다.

4. 우리 서비스에 어떻게 쓸까

제품 기능

RMSSD 34 ms를 경계값으로 활용하여 사용자의 미주신경 활성도를 분류하는 알고리즘을 참고할 수 있다. 임상적으로 RMSSD 25 ms 미만은 일반 건강 위험 및 우울증 위험 상승과 연관되므로, 단계적 위험도 알림(25 ms 미만: 주의, 25~34 ms: 관심, 34 ms 이상: 양호)을 설계할 수 있다.

HRV(미주신경 톤)가 우울 경향성과 장내 미생물 변화와 연관되고, 코르티솔 기울기가 불안/스트레스와 연관된다는 결과를 활용하여, 두 바이오마커를 조합한 다층 스트레스 프로파일을 제공할 수 있다. 지속적으로 낮은 RMSSD를 보이는 사용자에게 우울 증상 자가 평가를 권장하고, 필요 시 전문 상담을 연결하는 조기 경고 기능도 가능하다.

콘텐츠 활용

"장-뇌 연결의 과학: 미주신경이 장과 뇌를 잇는 방법"
"나의 HRV가 장 건강을 말해준다: LOW vs HIGH HRV의 장내 세균 차이"
"HRV를 높이는 생활 습관: 미주신경 톤과 장 건강을 동시에"
"코르티솔이 알려주는 것: 아침에 높고 저녁에 낮아야 정상"

적용 시 주의사항

횡단적 설계이므로 인과관계를 추론할 수 없다. 낮은 HRV가 장내 세균총 이상을 유발하는지, 세균총 이상이 HRV 감소를 유발하는지, 혹은 제3의 요인이 양자를 동시에 매개하는지 알 수 없다. 따라서 앱에서는 "HRV가 낮으면 장 건강이 나쁘다"가 아니라 "낮은 HRV와 특정 장내 미생물 패턴이 연관되는 것으로 나타났다"로 표현해야 한다.

75명이라는 소규모 표본이며, 이탈리아 파르마 지역으로 한정되어 있다. 또한 식이 습관을 통제하지 않았는데, 식이는 장내 미생물 구성에 가장 큰 영향을 미치는 요인 중 하나이므로 잠재적 교란변수다.

5. 한계점

횡단적 설계라는 가장 근본적인 한계 외에도 여러 제약이 있다. 75명이라는 소규모 표본으로 통계적 검정력이 제한적이다. 임상적으로 의미 있는 RMSSD 25 ms 기준치를 사용하기에 표본이 부족하여 34 ms 중앙값 분할을 사용해야 했다.

타액 코르티솔을 1일만 수집했으나, 신뢰도 확보를 위해서는 최소 4~10일간 수집이 권장된다. 여성 참가자의 월경 주기 단계 정보를 수집하지 않았는데, 이는 코르티솔 파라미터에 영향을 줄 수 있다. 개인의 식이 습관이 통제되지 않았고, 중앙값 분할 방식은 연속 변수를 이분법적으로 처리하여 정보 손실이 발생한다.

HRV 측정도 10분 안정 시 ECG 1회만 사용하여 24시간 연속 HRV 변동이나 수면 중 HRV를 평가하지 못했다. 향후 종단적 설계, 대규모 표본, 식이 통제, 다일 코르티솔 수집, 24시간 HRV 기록을 포함한 확인 연구가 필요하다.

마무리

이 연구는 건강한 성인에서 HRV, 코르티솔, 심리적 특성, 장내 미생물 구성을 동시에 측정한 최초의 연구로서 탐색적 의의가 크다. 낮은 HRV가 우울 증상과 장내 세균총 변화를 동반한다는 발견은 미생물-장-뇌 축에서 HRV의 바이오마커 가능성을 보여준다. 특히 HRV와 코르티솔이 이 축의 서로 다른 측면을 반영한다는 발견은, 다층적 스트레스 평가 시스템의 과학적 근거가 될 수 있다.