히알루론산의 분자량에 따라 피부에서 나타나는 특성이 달라지는 이유

히알루론산의 분자량에 따라 피부 표면 수분 유지, 각질층 침투와 세포 신호 특성이 달라질 수 있는 이유를 사람 피부 연구와 함께 설명하고, 저분자·고분자를 단순히 우열로 나누면 안 되는 이유를 살펴봅니다.

화장품 성분표나 광고를 보다 보면 ‘저분자 히알루론산’, ‘고분자 히알루론산’, ‘다중 히알루론산’이라는 표현을 자주 볼 수 있습니다.

이때 작은 히알루론산은 피부 깊숙이 들어가고, 큰 히알루론산은 피부 겉에만 머무른다고 간단히 설명되기도 합니다.

방향 자체에는 근거가 있지만 실제 피부에서는 이것보다 조금 더 복잡합니다.

히알루론산(hyaluronic acid, HA)은 분자량이 달라지면 물리적인 크기뿐 아니라 각질층을 통과하는 정도, 물을 보유하는 방식, 세포 수용체와 상호작용하는 특성도 달라질 수 있습니다.

하지만 ‘저분자’와 ‘고분자’를 나누는 하나의 국제적인 고정 숫자가 있는 것은 아닙니다. 연구마다 사용한 HA의 분자량 범위가 다르기 때문에 제품에서 사용하는 표현만 보고 동일한 성질을 예상해서도 안 됩니다.

이번 글에서는 먼저 히알루론산이 어떤 분자인지 이해한 뒤, 분자량이 달라질 때 피부에서 무엇이 실제로 달라질 수 있는지 살펴보겠습니다.

히알루론산은 원래 피부에 존재하는 큰 당 사슬입니다

히알루론산은 glycosaminoglycan에 속하는 다당류입니다.

두 종류의 당이 반복해서 연결된 긴 사슬 구조를 가지고 있으며, 정상적인 사람 피부에서도 표피와 진피에 존재합니다.

특히 피부는 몸에서 히알루론산이 많이 존재하는 조직 가운데 하나입니다.

진피에서는 fibroblast가, 표피에서는 keratinocyte가 HA 생성에 관여할 수 있습니다.

히알루론산의 중요한 특징은 물과 강하게 상호작용하는 친수성 고분자라는 점입니다.

HA 사슬 주변에는 많은 물 분자가 머무를 수 있기 때문에 세포외기질의 수분 환경과 조직의 부피, 유연성 유지에 관여합니다.

즉, 화장품에서 사용하는 HA는 피부에 전혀 낯선 성분을 새로 넣는 개념이 아니라 피부에도 원래 존재하는 분자를 외부에서 적용하는 것입니다.

분자량은 단순히 입자의 무게를 뜻하는 것이 아닙니다

히알루론산은 같은 기본 구조가 반복되는 고분자이므로 반복 단위가 많아질수록 사슬이 길어지고 분자량도 커집니다.

분자량은 흔히 Da 또는 kDa 단위로 표시합니다.

예를 들어 50 kDa HA와 2,000 kDa HA는 모두 히알루론산이지만 사슬 길이와 물리적 크기가 상당히 다릅니다.

이 차이는 피부에서 중요한 의미를 가집니다.

피부의 가장 바깥에 있는 각질층은 외부 물질의 통과를 제한하는 강력한 확산 장벽입니다.

일반적으로 분자가 커질수록 이 장벽을 통과하기 어려워집니다.

따라서 HA의 분자량은 피부 표면에 주로 머무르는가, 각질층 안쪽으로 어느 정도 이동할 수 있는가를 결정하는 요인 가운데 하나가 됩니다.

고분자 HA는 왜 피부 표면에 머무르기 쉬울까요

고분자량 HA는 긴 사슬을 가진 매우 큰 친수성 분자입니다.

각질층의 세포간 공간은 큰 고분자가 자유롭게 지나갈 수 있는 통로가 아닙니다.

그래서 고분자 HA를 피부에 바르면 많은 부분이 각질층 깊숙이 이동하기보다 표면 또는 각질층 상부에 머무를 가능성이 큽니다.

이것이 반드시 단점이라는 뜻은 아닙니다.

피부 표면에 남은 HA도 물과 상호작용하면서 얇은 수분막과 같은 환경을 만들 수 있고, 피부가 매끄럽고 촉촉하게 느껴지는 데 기여할 수 있습니다.

즉, 피부 안으로 깊게 들어가지 않는 것과 보습에 의미가 없는 것은 전혀 다른 이야기입니다.

실제 사람 피부에서도 분자량에 따라 침투 차이가 관찰됐습니다

2015년 연구에서는 Raman micro-imaging을 이용해 서로 다른 분자량의 HA가 사람 피부에서 어떻게 이동하는지를 조사했습니다.

연구에서는 20~300 kDa 범위의 상대적으로 작은 HA와 1,000~1,400 kDa의 큰 HA를 비교했습니다.

그 결과 20~300 kDa HA는 각질층을 통과하는 양상이 관찰된 반면, 1,000~1,400 kDa HA는 각질층 투과가 제한적이었습니다.

이 결과는 분자량이 작을수록 피부 안쪽으로 이동하기 유리할 수 있다는 개념을 뒷받침합니다.

하지만 여기에도 조건이 있습니다.

이 연구 결과를 보고 “300 kDa 이하는 모두 피부 깊숙이 들어가고 301 kDa부터는 전혀 들어가지 않는다”고 경계를 만들 수는 없습니다.

피부 침투는 분자량뿐 아니라 농도, 제형, 피부 상태, 적용 시간과 다른 성분의 조합에도 영향을 받기 때문입니다.

‘저분자’라는 표현의 기준이 연구마다 다른 이유

화장품에서는 저분자·중분자·고분자라는 표현을 간단하게 사용하지만 학술 연구에서는 사용한 분자량을 직접 확인하는 것이 중요합니다.

어떤 연구에서는 50 kDa를 저분자 HA로 사용하고, 다른 연구에서는 수백 kDa까지 저분자 범위에 포함하기도 합니다.

반대로 고분자 HA 역시 수백 kDa에서 수천 kDa까지 매우 넓은 범위가 사용될 수 있습니다.

따라서

저분자 HA = 하나의 동일한 물질

이라고 생각하면 안 됩니다.

제품에 ‘저분자 히알루론산’이라고 표시돼 있다면 실제 분자량이 몇 kDa인지 확인할 수 있을 때 연구 결과와 더 정확하게 비교할 수 있습니다.

분자량 차이가 피부 수분에도 영향을 줄까요

분자량에 따른 침투 차이가 있다면 실제 피부 수분에도 차이가 생기는지 궁금해집니다.

2011년 사람 대상 연구에서는 30~60세 여성 76명이 눈 주변에 0.1% HA 제형을 하루 두 번 60일 동안 사용했습니다.

사용된 HA 분자량은 50, 130, 300, 800, 2,000 kDa였습니다.

반대쪽 눈 주변에는 vehicle cream을 적용해 비교했습니다.

연구 결과 사용한 HA 제형 모두에서 피부 수분과 전체적인 탄력 측정값이 vehicle보다 개선됐습니다.

특히 50 kDa와 130 kDa HA를 사용한 그룹에서는 60일 후 일부 주름 깊이 지표에서도 vehicle과 비교해 유의한 변화가 관찰됐습니다.

연구진은 상대적으로 작은 HA의 피부 침투 특성이 이러한 차이에 관여했을 가능성을 제시했습니다.

하지만 이 연구는 특정 0.1% 제형을 사용한 결과이므로 50 kDa가 모든 제품에서 가장 좋은 분자량이라는 의미는 아닙니다.

2024년 고령자의 건조 피부에서도 저분자와 고분자를 직접 비교했습니다

분자량을 직접 비교한 최근 사람 연구도 있습니다.

2024년 무작위 이중맹검 대조시험에서는 60~80세의 건조 피부를 가진 요양시설 거주자 36명을 대상으로 저분자 HA, 고분자 HA와 vehicle lotion을 각각 다리의 다른 부위에 사용했습니다.

4주 후 저분자 HA를 사용한 부위의 skin capacitance, 즉 피부 수분 관련 측정값은 고분자 HA와 vehicle 부위보다 높았습니다.

반면 TEWL에서는 세 그룹 사이에 유의한 차이가 확인되지 않았습니다.

이 결과는 매우 중요합니다.

저분자 HA가 이 연구 조건에서는 각질층 수분 증가에 더 유리했지만, 피부를 통해 빠져나가는 수증기 흐름까지 같은 방식으로 바뀐 것은 아니기 때문입니다.

즉,

피부 수분 증가 = TEWL 감소 = 장벽 회복

이라는 하나의 결과로 묶어서는 안 됩니다.

작은 HA가 피부 안쪽으로 이동하기 쉽다고 무조건 더 좋은 것은 아닙니다

여기에서 흔히 생기는 오해가 있습니다.

화장품에서는 ‘더 깊이 침투한다’는 표현이 좋은 성능과 동일한 의미처럼 사용되기도 합니다.

하지만 피부에서 필요한 기능에 따라 적합한 위치는 달라질 수 있습니다.

피부 표면에서 물을 붙잡고 얇은 수분막을 만드는 목적이라면 반드시 깊은 침투가 필요하지 않을 수 있습니다.

반대로 각질층 내부에서 수분 환경에 영향을 주려면 상대적으로 작은 HA가 유리할 가능성이 있습니다.

따라서 깊이 들어가는 정도와 보습 성능의 우열을 같은 개념으로 생각하면 안 됩니다.

히알루론산은 크기에 따라 세포 신호도 달라질 수 있습니다

HA는 단순한 물 저장 분자만은 아닙니다.

피부세포에는 CD44를 비롯해 HA와 상호작용할 수 있는 수용체가 존재합니다.

HA가 이 수용체와 결합하면 세포의 이동, 증식, 분화와 염증 반응에 관련된 신호에 영향을 줄 수 있습니다.

흥미로운 점은 이 생물학적 반응 역시 HA의 분자 크기에 따라 달라질 수 있다는 것입니다.

정상 조직에서는 비교적 큰 고분자 HA가 안정적인 세포외기질 환경과 연관되는 반면, 조직이 손상되거나 염증이 생길 때 HA가 효소와 산화 과정에 의해 잘게 분해되면 더 작은 fragment가 만들어질 수 있습니다.

일부 세포와 동물 연구에서는 이러한 저분자 HA fragment가 염증 관련 신호와 연결되는 현상이 관찰됐습니다.

하지만 여기서 화장품의 저분자 HA를 곧바로 ‘염증을 일으키는 성분’이라고 해석하면 안 됩니다.

저분자 HA가 항상 염증을 증가시킨다는 설명도 지나치게 단순합니다

HA와 염증을 다룬 여러 검토에서는 고분자 HA가 조직 항상성과 항염증적 환경에, 작은 HA fragment가 염증 신호와 연관될 수 있다고 설명합니다.

그러나 실제 반응은 분자량만으로 결정되지 않습니다.

HA fragment의 정확한 크기, 농도, 세포 종류, 수용체 상태와 실험 환경에 따라 결과가 달라집니다.

2022년 사람 keratinocyte를 이용한 세포 연구에서는 ultra-low molecular weight HA와 high molecular weight HA가 모두 UVB로 유도된 일부 염증 반응을 억제했습니다.

즉,

고분자 HA = 무조건 항염증

저분자 HA = 무조건 염증 유발

처럼 나누는 것은 현재 근거를 지나치게 단순화한 설명입니다.

특히 세포 실험에서 관찰된 신호를 실제 사람이 화장품을 바른 뒤 나타나는 피부 반응으로 그대로 확대해서는 안 됩니다.

피부에서 원래 존재하는 HA도 한 크기로 고정되어 있지 않습니다

피부의 HA는 만들어진 뒤 영원히 같은 크기로 존재하는 것이 아닙니다.

Hyaluronan synthase가 HA를 합성하고, hyaluronidase를 포함한 분해 시스템과 산화 과정이 HA 사슬을 더 작은 조각으로 만들 수 있습니다.

이렇게 생성과 분해가 계속 반복되면서 피부 속 HA의 양과 분자량 분포도 달라집니다.

정상적인 조직 항상성에서도 turnover가 존재하며, 조직 손상이나 염증처럼 환경이 달라지면 HA metabolism도 변할 수 있습니다.

따라서 피부에서 HA의 기능을 이해할 때는 단순한 ‘함량’뿐 아니라 어떤 크기의 HA가 어떤 환경에 존재하는가도 중요합니다.

피부에 바른 HA와 피부가 스스로 만든 HA도 구분해야 합니다

화장품으로 바른 HA가 피부 안에서 원래 존재하는 HA와 완전히 같은 위치와 기능을 갖는 것은 아닙니다.

진피의 세포외기질에 존재하는 endogenous HA는 fibroblast와 주변 세포가 만들어 조직 구조와 신호 환경에 참여합니다.

반면 topical HA는 먼저 각질층이라는 장벽을 통과해야 합니다.

분자량이 큰 HA는 대부분 표면 또는 상부 각질층에서 작용할 가능성이 크고, 작은 HA는 상대적으로 각질층 안쪽까지 이동할 가능성이 높습니다.

따라서

HA 화장품을 바른다 → 진피의 HA가 그대로 보충된다

라고 표현하는 것은 정확하지 않습니다.

외부에서 바른 HA의 피부 분포와 피부 자체의 HA metabolism은 별개의 과정입니다.

‘진피까지 침투한다’는 표현은 특히 조심해서 봐야 합니다

화장품 설명에서 작은 HA가 진피까지 도달한다고 표현되는 경우가 있습니다.

하지만 연구 방법과 사용한 HA의 형태를 확인해야 합니다.

일부 연구에서는 ex vivo 피부, 돼지 피부, micronized HA나 특별한 전달 기술을 사용해 깊은 침투를 관찰하기도 합니다.

이런 결과를 일반적인 HA 화장품에 그대로 적용할 수는 없습니다.

2015년 Raman 연구에서 상대적으로 작은 HA가 각질층을 통과한 것은 확인됐지만, 이 결과가 모든 저분자 HA가 일반적인 화장품 조건에서 진피까지 의미 있는 양으로 도달한다는 사실을 증명한 것은 아닙니다.

따라서 제품의 ‘침투’ 주장을 볼 때는 사람 피부인지, ex vivo 조직인지, 실제 분자량은 얼마인지, 특별한 전달 기술을 사용했는지를 함께 확인해야 합니다.

HA가 피부에 머무르는 깊이와 수분 유지 방식도 연결됩니다

큰 HA가 피부 표면에 주로 남는다면 표면에서 물과 상호작용하면서 즉각적인 촉촉함과 매끄러운 감촉에 기여할 수 있습니다.

반대로 상대적으로 작은 HA가 각질층 안쪽까지 이동한다면 보다 내부의 수분 환경에도 영향을 줄 가능성이 있습니다.

그래서 여러 분자량의 HA를 한 제품에 함께 사용하는 접근이 등장했습니다.

하지만 여러 크기를 넣었다는 사실 자체가 임상적으로 더 우수하다는 의미는 아닙니다.

실제 성능은 분자량뿐 아니라 각 HA의 농도와 전체 제형, 다른 humectant와 occlusive 성분의 조합에도 영향을 받습니다.

히알루론산만 보고 보습제 전체를 판단하면 안 되는 이유

HA는 대표적인 친수성 보습 성분이지만 완성된 크림이나 로션의 수분 유지 기능은 HA 하나로 만들어지지 않습니다.

제품에는 glycerol 같은 다른 습윤제, 피부 표면을 부드럽게 만드는 유연제, 수분 증발을 줄이는 밀폐 성분이 함께 들어갈 수 있습니다.

따라서 HA가 피부 수분량을 높이는 데 기여하더라도 제품 전체의 TEWL이나 지속적인 사용감은 다른 성분의 영향을 받을 수 있습니다.

앞서 2024년 고령자 연구에서도 저분자 HA에서 수분량 차이는 나타났지만 TEWL에는 그룹 간 유의한 차이가 없었습니다.

이것이 바로 한 성분의 한 기능과 완성된 보습 시스템을 구분해야 하는 이유입니다.

분자량이 작을수록 계속 좋은 결과가 나타날까요

그렇게 말할 수 없습니다.

HA가 너무 작게 분해되면 물리적 특성과 receptor interaction이 달라질 수 있습니다.

세포 연구에서는 수 kDa 정도의 매우 작은 HA fragment에서 염증 관련 유전자 발현이 증가한 사례도 있습니다.

반대로 다른 세포 연구에서는 특정 ultra-low molecular weight HA가 염증 반응을 억제하는 결과도 보고됐습니다.

이처럼 HA 생물학은 단순한 직선 관계가 아닙니다.

분자량 감소 → 침투 증가 → 효과 증가

라는 하나의 공식으로 정리할 수 없는 이유입니다.

보습 목적의 사람 연구에서는 상대적으로 낮은 분자량이 일부 지표에서 유리한 결과를 보였지만, 이 결과가 분자량이 작아질수록 무한히 좋아진다는 뜻은 아닙니다.

제품을 볼 때 ‘몇 종류의 히알루론산’보다 중요한 것

‘5중 HA’, ‘10중 HA’처럼 여러 형태의 히알루론산을 강조하는 제품도 있습니다.

하지만 종류의 개수만으로 피부에서의 실제 작용을 판단할 수 없습니다.

보다 중요한 것은

사용한 HA의 실제 분자량 범위

각 HA의 농도

전체 화장품 제형

다른 습윤제·유연제·밀폐제와의 조합

사람 피부에서 실제 측정한 결과가 있는지

입니다.

분자량이 다른 HA를 함께 사용하는 것은 이론적으로 서로 다른 피부 위치에서 수분 환경을 보완하려는 접근이 될 수 있지만, ‘종류가 많다 = 보습력이 더 높다’는 공식은 아닙니다.

결국 히알루론산의 분자량이 달라지면 피부에서 무엇이 달라질까요

처음 질문으로 돌아가 보겠습니다.

히알루론산은 같은 기본 구조를 가진 긴 당 사슬이지만 사슬 길이에 따라 분자량과 물리적 크기가 달라집니다.

이 차이는 피부에서 단순히 이름만 달라지는 것이 아닙니다.

전체 흐름을 연결하면 다음과 같습니다.

고분자 HA → 큰 분자 크기 → 각질층 투과 제한 → 피부 표면과 상부 각질층에서 물과 상호작용 → 표면 수분 환경과 촉감에 기여 가능

상대적으로 작은 HA에서는

분자 크기 감소 → 각질층 내부 이동 가능성 증가 → 각질층 수분 환경에 다른 방식으로 관여 가능

이라는 차이가 나타날 수 있습니다.

사람 대상 연구에서도 50~130 kDa HA가 일부 주름 지표에서 유리한 결과를 보였고, 2024년 건조 피부 연구에서는 저분자 HA가 고분자 HA보다 피부 수분 측정값을 더 크게 증가시켰습니다.

하지만 TEWL은 같은 방향으로 변하지 않았고, 모든 저분자 HA가 같은 특성을 가지는 것도 아닙니다.

또 HA는 물을 붙잡는 고분자인 동시에 세포 수용체와 상호작용하는 생물학적 분자이므로 크기에 따라 세포 신호 특성도 달라질 수 있습니다.

따라서 히알루론산의 분자량을 가장 정확하게 이해하는 방법은 “작을수록 좋다” 또는 “클수록 오래 보습된다”처럼 우열을 정하는 것이 아니라, 분자 크기가 달라지면 피부에서 머무르는 위치와 물리적·생물학적 작용 방식이 달라질 수 있다고 보는 것입니다.

이 원리를 이해하면 화장품에서 ‘저분자’, ‘고분자’, ‘다중 히알루론산’이라는 표현을 볼 때도 단순한 마케팅 용어보다 실제 분자량과 사람 피부 연구를 확인해야 하는 이유를 알 수 있습니다.

참고한 신뢰 출처

1. Pavicic T, Gauglitz GG, Lersch P, et al. Efficacy of cream-based novel formulations of hyaluronic acid of different molecular weights in anti-wrinkle treatment. Journal of Drugs in Dermatology. 2011.
   서로 다른 분자량의 HA 제형을 사람 피부에 사용해 수분·탄력과 주름 지표를 비교한 임상 연구입니다.
   https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/22052267/
2. Essendoubi M, et al. Human skin penetration of hyaluronic acid of different molecular weights as probed by Raman spectroscopy. Skin Research and Technology. 2016.
   Raman micro-imaging으로 서로 다른 크기의 HA가 사람 피부를 통과하는 정도를 조사한 연구입니다.
   https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/25877232/
3. Effectiveness of topical hyaluronic acid of different molecular weights in xerosis cutis treatment in elderly: a double-blind, randomized controlled trial. Archives of Dermatological Research. 2024.
   노인 건조 피부에서 저분자·고분자 HA와 vehicle을 비교해 피부 수분과 TEWL을 평가한 무작위 이중맹검 연구입니다.
   https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38829483/
4. Hyaluronic acid skin penetration evaluated by tape stripping using ELISA kit assay. International Journal of Cosmetic Science. 2023.
   서로 다른 크기의 HA를 포함한 제형을 적용한 뒤 tape stripping과 ELISA로 각질층의 HA 분포를 평가한 연구입니다.
   https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36549259/
5. Passi A, Vigetti D. HA metabolism in skin homeostasis and inflammatory disease. Food and Chemical Toxicology. 2017.
   피부 HA의 생성·분해와 분자량에 따른 생물학적 특성을 정리한 전문 검토 논문입니다.
   https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/28109952/
6. Papakonstantinou E, Roth M, Karakiulakis G. Hyaluronan: More than just a wrinkle filler. Dermato-Endocrinology. 2012/2016 indexed review.
   피부 keratinocyte와 fibroblast의 HA 생성과 CD44를 포함한 수용체 상호작용을 정리한 검토 논문입니다.
   https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/26964566/
7. Hu L, Nomura S, Sato Y, et al. Anti-inflammatory effects of differential molecular weight Hyaluronic acids on UVB-induced calprotectin-mediated keratinocyte inflammation. Journal of Dermatological Science. 2022.
   사람 keratinocyte 세포 연구에서 서로 다른 분자량의 HA가 UVB 관련 일부 염증 신호에 미치는 영향을 분석한 연구입니다.
   https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35717315/