우리 몸의 대사 조절 이해하기

우리 몸의 물질대사는 내분비계에 의해 조절된다. 대표적인 내분비 기관인 이자에서는 글루카곤과 인슐린을 분비하여 물질대사를 조절하게 된다. 이자는 소화를 위한 소화효소를 분비하는 외분비 작용과 인슐린, 글루카곤을 분비하는 내분비 작용을 모두 하는 아주 중요한 기관이다. 

인슐린에는 랑게르한섬이라는 작은 덩어리들이 분포해 있다. 이 덩어리의 75%는 베타세포라고 불리며 인슐린 분비를 조절한다. 다른 20%는 알파세포이며 여기서 인슐린과 반대작용을 하는 글루카곤을 분비한다. 나머지 부분은 소마토스타틴을 분비하는 D세포와 이자 폴리펩타이드를 생산하는 PP세포로 이루어져 있다.

다른 내분비샘의 구조처럼, 랑게르한스섬 근처에는 모세혈관이 밀집되어 있어 호르몬을 혈액으로 방출하기 용이한 구조로 이루어져 있다. 교감신경과 부교감신경이 이 부분에 연결되어 있어 신경 작용으로 호르몬 균형을 적절하게 조절한다.

 

 

인슐린과 글루카곤은 우리 몸의 혈당을 적절한 수준으로 유지하는 데 아주 중요한 역할을 한다. 혈당을 조절하는 호르몬 중 유일하게 인슐린은 혈당을 낮추는 작용을 하며, 글루카곤과 노르에피네프린, 에피네프린, 코티솔은 혈당을 높이는 작용을 한다. 식사 후에는 인슐린이 분비되는데, 흡수된 포도당은 에너지 생산에 이용되고, 나머지는 글리코겐이나 지방으로 저장된다. 반대로 공복 상태에서는 글루카곤이 분비되어 저장되어 있던 글리코겐을 분해하고 포도당 신생합성을 촉진한다. 또한 지방 산화를 통해 케톤체가 형성되기도 한다. 

 

증가된 혈당 농도가 인슐린 분비를 자극하는 대표적인 촉진제이다. 베타세포에 존재하는 GLUT2에 의해 포도당이 세포 내로 흡수된 경우 인슐린이 세포 밖으로 분비된다. 뿐만 아니라 증가된 아미노산 농도도 인슐린 분비를 촉진한다. 또한 교감신경의 활성은 인슐린 분비를 억제하고 반대로 부교감신경의 활성은 인슐린 분비를 촉진한다. 

 

인슐린의 작용

인슐린은 대표적인 동화작용 호르몬이다. 인슐린의 주요 표적은 간, 지방조직, 골격근이며 인슐린의 자극으로 혈당을 수치를 낮추게 된다. 인슐린은 다음의 4가지 방법으로 혈당을 낮춘다.

 

1)  GLUT 통로의 수송을 증가시킨다. 지방조직과 휴식상태의 골격근은 당을 흡수하기 위해 인슐린이 필요하다. 인슐린 자극에 의해 GLUT4가 세포막에 자리잡게 되고 포도당 흡수를 촉진한다. 간세포에서는 GLUT2가 세포막에 항상 존재하는데, 인슐린 작용으로 세포 내 포도당이 포도당-6-인산으로 전환되어 세포 내 포도당 농도가 낮아지게 되고 확산 작용에 의해 세포 내로 포도당이 이동하게 된다.

 

2)  세포 내의 포도당 이용과 저장을 촉진한다. 인슐린 작용으로 인해 해당과정, 글리코겐 합성, 지질합성에 관여하는 효소의 분비와 활성이 증가하고, 반대로 글리코겐 분해, 포도당신생합성, 지방분해 과정에 관여하는 효소의 분비는 억제된다. 만약 당이 과다해서 에너지 합성에 이용되고 남는다면 나머지 포도당은 글리코겐이나 지방으로 전환되어 저장된다.

 

3) 아미노산의 이용을 촉진한다. 단백질 합성에 관여하는 효소를 활성화하고 단백질을 분해하는 효소를 억제한다. 음식으로 섭취한 단백질은 우선 간과 근육에서 단백질 합성에 이용되고, 나머지는 지방산으로 전환되어 저장된다.

 

4) 지질 합성을 촉진한다. 지방산의 베타 산화를 억제하여 지방산 분해를 억제하며 과량의 포도당이나 아미노산을 중성지방으로 전환시켜 지방조직에 저장하게 된다.

 

글루카곤의 작용

글루카곤은 인슐린과 완전히 반대되는 작용을 하는 호르몬이다. 혈당이 낮아지면 인슐린 분비가 감소하고 글루카곤의 분비가 증가하기 시작한다. 글루카곤의 중요한 목표는 저혈당이 오지 않도록 하는 것이다. 글루카곤은 주로 간에 작용하여 글리코겐 분해와 포도당신생합성을 촉진한다. 

혈장 아미노산의 농도도 글루카곤 분비를 조절하는 인자이다.  만약 탄수화물 섭취 없이 단백질만 섭취한다면, 음식에 포함되어 있던 아미노산이 인슐린 분비를 유도하여 포도당의 흡수가 증가하고 혈당이 낮아진다. 이러한 상태가 지속된다면 포도당을 유일한 에너지 공급원으로 사용하는 뇌에 치명적인 손상을 미치게 되므로 분비된 글루카곤이 포도당 생성을 촉진하여 저혈당을 방지한다. 

 

대표적인 물질대사 이상으로 생기는 질병은 당뇨병이다. 당뇨는 인슐린 분비 이상으로 발병하기도 하고, 인슐린에 대한 반응성이 낮아져 발병하기도 한다. 

 

베타 세포의 손상으로 인슐린 분비 자체가 줄어드는 경우를 제1형 당뇨병이라고 한다. 이는 전체 당뇨 환자의 10%에 해당한다. 1형 당뇨병은 대부분 어릴 때부터 발병하기 시작하며 유전적인 영향을 많이 받는다. 제1형 당뇨병의 경우 인슐린 분비 자체가 어렵기 때문에 인슐린 주사를 맞아 외부에서 인슐린을 공급하여 관리한다.

 

나머지 90%의 당뇨 환자는 제2형 당뇨병 환자로 유전적인 요인과 생활 습관 요인이 모두 중요하게 작용한다. 이때 중요한 인자는 인슐린 저항성이다. 인슐린 분비능 자체는 이상이 없기 때문에 경구 치료제로 관리를 시작하고, 추후 필요에 의해 인슐린 주사를 투여할지 결정하게 된다. 여러 가지 경구 치료제가 나와 있는데, 그 중 Metformin이 가장 활발하게 사용되고 있는 당뇨 치료제이며 이는 간의 포도당 신생합성을 억제하여 혈당을 낮추는 것으로 알려져 있다. 또한 sulfonylurea 계열 당뇨치료제는 인슐린 분비를 직접적으로 촉진하는데, 이로 인해 저혈당이 자주 일어난다는 단점이 있다. 최근에는 인슐린 분비를 촉진하는 GLP-1의 분해를 억제하는 DPP-4 inhibitor와 소변으로 포도당 배출을 증가시키는 SGLT-2 inhibitor 또한 자주 사용되고 있다.