소화액의 완성. 소화효소 전해질 물

p381호 한국의약통신l승인2019.02.15 06:00:00

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포도당 아미노산은 나트륨과 흡수, 나트륨은 물의 흡수 촉진
생화학 이해는 부분을 통해서 전체를 보고, 비로소 생명을 이해

물은 흐른다⑥ 물은 전해질에 따라 흐르고, 생명은 전해질을 변화시킨다. 첫 번째 이야기

소화효소(digestive enzyme)는 소화기관마다 다른 소화효소를 분비하고, 소화효소에 따라 다른 전해질의 분비가 함께 이루어진다. 전해질의 분비는 물의 이동과 함께 이루어지고, 소화효소, 전해질, 물은 소화액을 완성하게 된다.

영양소와 물의 흡수 또한 전해질과 함께 일어난다. 포도당 및 아미노산은 나트륨(음식에 포함된)과 함께 흡수가 일어나고, 나트륨은 삼투농도를 변화시켜서 물의 흡수를 촉진한다. 

약 1~2L의 음식을 섭취하면 약 6~7L의 소화액이 분비되고, 소장과 대장은 엄청난 양의 물을 흡수해야 한다. 세포막을 가로 지르는 물의 움직임은 삼투에 의해 발생하고, 물과 용질의 결합은 흡수를 이해하는데 기본 개념이 된다. 물의 흡수는 용질(특히 나트륨(Na+))의 흡수에 절대적으로 의존한다. 

나트륨 흡수의 대표적인 기전은 포도당, 아미노산과 함께 수송(그림2 참고)되는 것이다. 세포로 흡수된 나트륨은 나트륨 펌프(Na pump)에 의해서 세포외로 빠르게 보내어진다. 나트륨의 세포외기질로 이동은 장세포외액에 높은 삼투압을 만들고, 물은 나트륨에 의해 만들어진 삼투농도에 반응해서 확산(diffusion)이 이루어진다. 흡수된 나트륨과 물은 모세혈관 내로 확산이 된다.

1) 생화학, 부분을 통해 전체를 이해한다
생화학은 질병을 이해하고, 약물을 투여하는데 기초가 되는 학문이다.

세포대사(glucogenesis, glycolysis, pentose phosphate pathway, 콜레스테롤 합성경로 등), 시스템에 따른 대사(renin-angiotensin system, HPA axis, limbic system 등), 호르몬에 의한 대사 변화(인슐린, 갑상선 호르몬, 스테로이드호르몬 등), 단백질의 구조 및 세포막을 이루는 지질이중층, pH와 buffer system, 염증매개물질(prostaglandin, leukotriene, histamin 등), 물에 녹아 있는 미량의 전해질 등이 생화학에 포함이 된다. 또한 섭취한 물질의 대사 및 이동을 알 수 있고, 이러한 인체의 대사에 문제가 생겼을 때 약물을 투약하는 것도 생화학을 바탕으로 한다.

생화학은 생명의 다양한 변화를 이해하는 학문이다.

포도당은 물과 이산화탄소로 분해되면서 에너지를 공급하고, 오탄당(ribose)으로 전환되기도 하고, 다양한 물질(아미노산, 지방, pyruvate)이 다시 포도당으로 합성되기도 한다. 지방은 지질이중층 등 인체의 구조를 이루면서 에너지원으로 사용이 되고, 단백질은 합성과 분해를 반복하고 있다. 이러한 모든 반응은 인체에 가장 풍부한 물에서 일어난다.

인체의 삼투압은 항상 동일하다.

인체의 놀라운 능력은 항상 변화함에도 불구하고 항상 동일하다는 것이다. 이것을 항상성(homeostasis)이라 하고 항상성의 놀라운 능력은 전해질의 농도를 통해서 알 수 있다.

혈액 1L에 전해질의 양은 약 9g, 0.9%(9g/1000ml)의 농도가 된다. 그림3에서 보는 것과 같이 음식(고형물800g, 물 1200ml)을 섭취하게 되면 7000ml/day의 소화액이 나오고, 음식과 소화액 대부분은 흡수(8100ml와 고형물750g)가 되고 약 100ml/day와 고형물 50g/day만이 대변으로 배설이 된다.
7000ml의 소화액은 혈액을 통해서 소화기관이 공급받아 분비가 되고, 8100ml와 750g의 고형물은 소화기관을 통해서 혈액으로 다시 공급되어 각각의 세포로 전달이 된다. 즉, 소화를 위해서 15.1L의 물과  750g의 고형물이 혈액을 통해 이동 하지만 혈장의 전해질 농도와 삼투압은 항상 일정하다.  

생명은 확산(diffusion)을 조절한다.

물질의 이동은 에너지가 필요한 능동수송(active transport)과 확산(diffusion)에 의한 수동수송(passive transport)으로 구분할 수 있다. 용어는 에너지 사용 여부를 가지고 붙여진 이름일 뿐이고, 능동수송이나 수동수송 모두 세포의 막단백질 및 지질이중층에서 일어나는 수송이다.

인체에서 일어나는 확산도 일정한 규칙을 가지고 움직인다. 포도당의 확산은 인슐린 감수성 포도당 수용체(glucose transpoter type 4 GLUT4)의 활성을 통해 확산을 조절하고, Na+/K+ ATPase를 통해서 나트륨과 칼륨의 농도를 조절하고, 나트륨과 칼륨의 배설(신장에서 알도스테론 작용)을 조절한다.

음식을 섭취한다는 것은 배고픔을 느낀다는 것이고, 보통의 경우 인슐린의 작용과 혈중 포도당 농도가 떨어져 있다. 세포내 칼륨은 세포외로 확산이 이루어지고, 칼륨의 이동과 함께 물이 이동을 하고 이것이 혈액을 타고 움직이면서 침 분비 및 소화액 분비로 이어지게 된다. 이 때 움직이는 물의 양은 소화액으로만 약 7L(그림1, 3 참고)의 물이 움직이고, 이것은 인체 총 체액(약40L)의 1/6에 해당하는 양이다.

인체에 최종산물은 존재하지 않는다.

암모니아가 요소(urea)로 되어서 배설이 이루어지고, 에너지원(포도당, 지방)은 물과 이산화탄소로 분해가 되어 배설이 된다. 하지만 요소 또한 신장에서 재흡수 되고, 이산화탄소는 중탄산염으로 전환이 되어 인체에 중요한 buffer system으로 작용한다. 모든 물질은 acetyl-CoA로 전환이 가능하고, acetyl-CoA는 다양한 물질로 전환이 가능하다. 즉, “인체의 대사는 끊임없는 변화만이 존재한다.”는 것이다.

2) 생명의 이해, 변화와 흐름
생화학을 공부하면서 가장 어려운 것이 시작과 끝을 찾을 수 없다는 것이다. 인체의 대사는 거미줄 같이 복잡하고, 물질의 흐름을 정확히 알지도 못한다. 인체에 미량으로 존재하는 것도 다양한 역할을 가지고 있다.

생화학을 볼 때 대부분 순 반응(net reaction)만 공부한다. 포도당이 이산화탄소와 물로 전환되는 반응만 보고 그것과 관련된 다양한 전해질과 물의 흐름을 보지 못한다. 소화액이 분비될 때 소화효소와 전해질만 보고 물의 흐름을 무시하는 경우가 너무도 많다.
생화학을 이해하기 위해서는 부분을 통해서 전체를 보아야 하고, 전체를 볼 때 비로소 생명을 이해할 수 있게 된다.

뱀발
이번 글은 이해하기 어떻게 보면 난해할 수 있습니다.
이 글을 적은 이유는 순 반응을 보는 것보다 생화학을 통해서 전체를 볼 수 있는 방법을 적어보았습니다.
전해질은 물의 흐름을 말하는 것입니다. 물이 흐르면 전해질은 이동하게 되고, 전해질이 이동을 하면 물도 따라서 흐르게 됩니다. 물이 흐르게 되면 다양한 물질이 물과 함께 이동을 하고, 하나의 DNA로 이루어진 세포는 서로를 도우면서 생존하게 됩니다.

또, 물, 전해질, 단백질, 지방 등을 따로 보는 것이 아니라 하나의 존재로 볼 수 있기를 바라면서 적었습니다. 소화를 위해서 인체는 많은 물이 이동을 하고, 인체의 다양한 대사에 따라서도 물은 반드시 이동을 합니다. 단백질의 기능은 물과 전해질이 있기에 가능한 것이고, 물의 흐름은 지질이중층이 있기에 가능한 것이기 때문입니다.

마지막으로 생화학으로 생명을 이해하면서 다음과 같이 적어봅니다.
변함으로써 변하지 않게 하고,
흐름으로써 항상 똑같게 한다.

고정을 하려는 순간 환자가 되며,
변화를 이해할 때 사람이 된다.

그렇기에

정답은 없으며,
할 수 없는 것 또한 없다.

藥事는 변화와 흐름을 도와주는 것이고,
藥師는 이 모든 것을 항상 고민해야 한다.

한국의약통신  pharmacy@binews.co.kr
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