모발의 검은색, 갈색 등은 멜라닌 색소에 의해 결정된다. 색소 형성 세포로 불리는 멜라노사이트에서 생성된 멜라닌 색소가, 모발을 만드는 모모세포에 전달되어 머리카락에 색상이 입혀지는 것이다. 어떤 원인으로 인해 멜라노사이트의 기능이 저하되어, 멜라닌 색소 생성이 영향 받으면, 모발은 색을 잃게 된다. 이 상태가 백발이다. 백발의 가장 큰 원인은 노화이다. 나이가 들면서 신체를 구성하는 모든 세포는 노화하고 활동이 저하된다. 멜라노사이트도 마찬가지로 멜라닌 색소를 만들지 못하거나, 색소를 모모세포에 원활하게 전달하지 못하면 머리카락은 하얗게 된다. 백발이 생기기 시작하는 나이와 진행 속도는 다르다. 30대 중반부터 조금씩 증가하는 경우도 있고, 20대부터 눈에 띄게 새치가 생기는 사람도 있다. 극히 드물게 10대부터 간헐적으로 나타나는 경우도 있다. 반대로 60대가 되어도 여전히 검은 머리인 사람도 있다.
이런 개인차를 만들어내는 가장 큰 원인은 유전이다. 부모나 조부모가 젊은 시절부터 백발이 있었던 경우, 본인도 일찍 나타나는 경우가 많다. 탈모도 마찬가지이다. 완전히 밝혀지지 않았지만, 멜라닌 색소를 만들기 어려운 체질이나, 멜라노사이트 세포가 모발에 색소를 공급하지 못하는 체질이 유전된다고 알려져 있다. 그렇다고 해서 반드시 부모와 같은 패턴이 되는 것도 아니다. "부친과 모친 사이 어느 쪽의 유전이 더 강한가"와 같은 성별에 따른 차이도 명확하지는 않다. 유전 외에 백발이 증가하는 원인을 찾으라면, 스트레스라 하겠다. 스트레스를 느끼면, 인간 뿐만 아닌 생명체는 교감신경이 우세하고, 신경 전달물질인 노르아드레날린이 방출되어 모낭에 있는 색소 줄기세포가 과도하게 분비된다. 그 결과 색소 줄기세포가 고갈된다는 것이다. 일종 동물 실험의 결과이지만, 스트레스가 많은 생활이 지속되면 밸발이 될 가능성이 늘어난다. 흡연이 백발을 증가시킨다는 연구 결과도 있다. 실제로 피부과 데이터를 참고하면, 흡연 습관이 있는 사람은 동년배와 비교해 주름이 깊거나, 기미가 많고, 얼굴색이 어두워지는 등 피부 상태가 대조적이다. 모발은 피부와 같은 케라틴이라는 단백질로 구성되어 있기 때문에, 손상은 피해갈 수 없다. 임신이나 출산으로 인해, 일시적으로 신체에 부담이 가해지고, 익숙하지 않은 육아 스트레스 등 이유로도 백발이 늘 가능성은 존재한다. 또한 갱년기에는 난소 기능이 저하되어 여성 호르몬인 에스트로겐과 프로게스테론의 분비량 감소로 인해, 백발을 보일 수 있다. 노화로 인한 백발은 되돌리기 어렵다. 한 번 백발이 된 머리는 경구약이나 외용약을 통한 치료법이 있으나, 체질에 따라 확실한 효과를 기대하기는 여럽다. 다만, 질병으로 인한 백발은 질환 치료 후 원래 상태로 되돌아갈 가능성이 있다.
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