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당뇨란 말 그대로 혈중에 존재하는 포도당이 소변으로 배출되는 증상을 말한다. 이런 당뇨병과 비만은 뗄래야 뗄 수 없는 관계에 놓여있는데, 당뇨의 대부분을 차지하는 후천적 당뇨인 제2형 당뇨의 대표적인 발병 요인으로 비만이 제기되고 있으며 선천적 요인에 의해 발생되는 1형 당뇨 또한 비만을 절대 간과할 수 없기 때문이다. 


이렇게 소변으로 포도당이 배출되는 이유는 혈중 포도당이 정상 이상으로 넘쳐나기 때문이다. 우리가 자주 듣게 되는 인슐린이란 호르몬이 하는 역할은 이런 포도당의 항상성을 지켜주는 것인데, 식후 혈중에 포도당 수준이 증가되면 혈당의 항상성을 지키기 위해 인슐린이 분비되어 포도당을 간/근육 등에 글리코겐과 지방으로 저장하고 이렇게 함으로서 혈당의 항상성을 조절하는 것이다.


포도당과 같은 단당류인 과당은 혈당으로 카운팅되지 않으며 포도당과 반대로 인슐린에 대한 민감도를 저하시켜 인슐린 분비를 억제하게끔 만드는 역할을 한다. 탄수화물을 섭취와 관련하여 그동안 우리는 당뇨병과의 상관성때문에 포도당 섭취에 대한 주의를 쉼없이 해왔다. 하지만 같은 단당류인 과당에 대한 경고는 사실 2010년대에 들어서 시작되었다고해도 과언이 아니다. 


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문명이 발달됨에 따라 과당의 섭취는 점차 증가해왔다. 과일, 꿀을 통해서 섭취할 수 있었던 과당이 설탕의 개발과 함께 우리의 주요 당 섭취원이자 열량 섭취원으로 등장했고, HFCS(High Fructose Corn Syrup : 액상과당, 일반적으로 45~60% 과당), 결정과당(100% 가깝게 과당)의 사용으로 과당은 더욱 우리 식생활에 많은 분야에 자리잡게 되었다. 


포도당과 인슐린의 연관성 때문에 포도당의 대체 감미원으로 각광받던 것이 설탕이고 설탕이 규제받자 눈가리기 식으로 사용한 것이 액상과당이다. 설탕은 과당과 포도당이 거의 1:1로 조성되어 있지만 액상과당은 60%정도가 과당이라서 10%정도 더 많은 과당 함량을 가지게 된다. 이런 HFCS의 과일주스, 청량음료 등에 사용은 우리 식이에 더 많은 %를 과당이 차지하게 만들었다.


언급한 것과 같이 실제로 청량음료를 비롯한 여러가지 식품에 설탕이나 액상과당이 사용되고 있으며 이들의 섭취는 과당 흡수 시스템에 촉진을 유발하게 된다. 이런 상황은 비만뿐만 아니라 당뇨병, 지방간, 고혈압 등 여러가지 질병 요인과 접목되어서 나타났다. 결국 우리 식문화의 특성에 따른 비선별적인 과일 섭취와 전체적인 식문화 변화에 따른 설탕, 액상과당의 침투(?)는 사회적으로 규제의 대상이 되었다.


많은 사람들이 인슐린 = 당뇨를 생각하기 때문에 인슐린과 당뇨를 유발하게 만드는 포도당 섭취에 대한 우려를 해왔고, 반대로 과당에 대한 부분은 인슐린을 올리지 않는 에너지원이자 감미료라며 적극 추천해왔다. 현재 인슐린을 증가시키지 않아서 체지방 축적을 억제하고 다이어트에 효과가 있다고 고지방 저탄수화물 식이요법이 유행하는 것만 봐도 얼마나 인슐린과 당뇨에 대한 오해가 쌓여 있는 지를 알 수 있다.


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쉽게 얘기해 사람들에게 인식되어 있는 것은 앞서 언급한 바와 같이 "인슐린 = 당뇨병 유발"이다. 인슐린에 대한 내성을 가지는 것은 인슐린이 포도당을 마음대로 처리하지 못함을 말하고 그렇기에 차선책으로 정상 농도 이상의 포도당을 소변으로 내보내게 되는 것이다. 분명히 인슐린은 당뇨병 유발과 매우 연관성이 높은 호르몬이지만 인슐린에 대한 오해가 바로 여기서 비롯된다. 


인슐린의 작용에 관련하여 너무 과도하거나 매우 빈번한 탄수화물 특히 포도당의 섭취(Glycemic index가 높은)를 비롯한 운동부족, 음주, 약물 등의 원인이 복합적으로 작용되는 부분이 앞에 삭제되어 있다. 주기적이고 적절한 식생활을 유지함이 매우 중요하며, 일부 적절하지 못하거나 주기적인 식사를 못 하더라도 적절한 운동이 부과된다면 이런 위험 요인의 상당 부분이 감소된다. 그래서 식이요법의 가장 핵심은 적절한 열량 섭취와 함께 5가지 영양소를 골고루 챙겨먹는 것이다. 


하지만 문제는 아직까지도 많은 사람들이 포도당에 대한 부분은 어느정도 관심을 가지고 이해하고 있지만 과당에 대한 부분은 크게 우려와 관심을 가지지 않고 있다는 것이다. 포도당과 과당에 대해 관심을 가지고 이들의 결합되어 나타나는 이당류과 탄수화물 종류에 대해 이해하게 된다면 설탕과 꿀을 좋고 나쁨으로 나누는 과오는 범하지 않았을 것이다. 그래서 오늘은 과당의 흡수 시스템과 체내 대사 조절에 대한 보다 깊은 내용을 다뤄보려고 한다.

탄수화물의 소화, 흡수 및 대사에 대해서 알려면 탄수화물이 흡수되는 상태에 대해서 알아야 한다. 우리가 섭취하는 탄수화물은 그 형태가 어찌되던 간에 식이섬유처럼 소화가 되지 않은 존재가 아니라면 최종적으로 단당류인 포도당, 과당으로 소화되어 흡수된다. 그래서 포도당과 과당을 흡수하는 체계가 매우 중요한데, 이때 GLUT이라는 14가지로 구성된 포도당 수송체 집단이 나타나게 된다.
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우리가 식사를 통해 섭취한 과일, 꿀, 설탕, 액상과당 등에 함유된 과당은 소장에서 흡수되어 대사를 거치게 된다. 아쉽게도 과당이 중요한 영양소임에도 소장 내부의 과당 농도는 연구된 바 없다. 대신 포도당 수송체 중에 하나인 GLUT5(과당을 소장내강→ 시토졸)가 세포내에서 과당이 에너지가 되기 위한 대사(ketohexokinase라는 효소에 의해 과당이 과당일인산으로 전환)의 진행 상태에 따라 완벽하게 과당을 흡수할 수 있다고 여겨지고 있다. 

과당이 에너지로 사용될 수 있는 조건에서는 시토졸이라고 불리는 세포기질에 과당 농도를 감소시킨다. 대게 시토졸의 과당 농도는 GLUT2(시토졸 → 혈류)가 혈류로 과당을 수송하는데 충분한 수준(식사로 과당 섭취 → 소장내강 → 시토졸 → 혈류 → 간)이며 실제로 GLUT2를 없애거나 과당의 에너지화를 유발하는 효소(ketohexokinase)를 없애서 세포 내 과당 흡수 및 대사가 일어나지 않을 거라 추정하는 실험체들에서 과당의 농도가 정상적인 실험체와 같은 수준으로 나타났다. 이는 과당을 생성하는 다른 세포와 그 세포로부터 다른 과당 수송체에 의해 과당의 혈중 농도가 유지됨을 보여주는 것이다.

또한, 과당을 많이 섭취 시켰을 때 과당의 에너지화를 유발하는 효소(ketohexokinase)를 없앤 실험체는 과당 농도가 증가했지만, GLUT5를 없앤 실험체는 혈중 과당 농도가 증가하지 않았다. 이는 소장 내강에서 시토졸로 과당을 수송하는 GLUT5가 소장에서 과당 수송에 필수적인 존재임을 말해준다.

공복 상태에서 말초혈류의 과당 농도는 0.01~0.07mM정도이지만 과당이 함유된 식사를 하면 5배 정도로 증가하며 2시간 이후에 공복 상태와 같은 수준으로 돌아오게 된다. 흥미로운 점은 당뇨병 환자들에게서도 건강한 사람들과 같이 과당 농도는 식후 2시간 뒤에 공복 수준으로 돌아오지만 포도당은 돌아오지 않는다는 점이다.

과당의 이런 밀리몰(mM) 수준에서의 큰 변화는 놀라운 일인데, 포도당과 다르게 과당은 간에서 통과중에 급격한 제거가 되기 때문이다(포도당은 간에서 잘 제거되지 않고 쉽게 통과해서 근육 등으로 이동). 결론적으로 소장 내강의 과당 농도는 다른 기관에 비해 상대적으로 높으며 그 농도는 과당의 흡수를 조절하는 GLUT5에 과당에 대한 친화도에 의해 변동된다. 반대로 혈중 과당 수준은 매우 낮은데 이는 간과 같은 과당 관련 조직계가 혈중 과당 농도의 작은 변화에도 매우 민감하기 때문인 것으로 보인다. 

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과당의 소장 내강 내 농도가 낮을 때(~1mM), 소장에서 과당의 약 60%까지도 포도당으로 전환되지만, 포도당으로 전환되는 %는 소장 내강 과당 농도가 높아짐에 따라 급격하게 떨어진다. 결국, 과당을 많이 섭취하고 소장 내강의 과당 농도가 증가되면 대부분의 과당은 소장에서 간으로 이동되어 대사되게 된다. 

과당 대사는 포도당 대사와 다르게 해당 대사나 당신생 대사의 속도조절단계를 우회하기 때문에, 과도한 과당 섭취는 피루브산(Pyruvate)과 acetyl-CoA 수준의 많은 증가를 유발하고 간에서 지방산 합성의 증가를 유발한다. 이는 지방간을 유발할 수 있는 대표적인 원인이 되며 특히 포도당이 섭취된 상태에서 과당이 섭취는 [과당→포도당] 전환을 억제하고 과당 자체의 지방화를 촉진하는 결과로 나타난다.

결국 식후 디저트로 과일을 섭취하거나 다양한 음료, 디저트를 통한 과당의 섭취는 지방간 뿐만 아니라 체지방 증가를 도모하게 되고 비만으로 인한 인슐린 내성을 유발하는 등 다양한 관련 문제로 당뇨와 직결되기도 한다. 심지어 고과당 섭취는 오메가-3 지방산을 과하게 섭취시켜 이뤄낸 혈중지질개선의 효과를 억제하는 결과까지 보여, 식이과당이 안전한 당 급원이 아님을 보여주었다.

정리해보면 과당이나 포도당이나 한가지 당류의 과한 섭취는 당 대사뿐만 아니라 관련 대사상의 문제를 유발할 수 있으며, 두가지 당류 모두 치우친 섭취가 당뇨병이나 인슐린 대사에 긍정적인 영향을 주지 못함을 보여주고 있다. 운동 등과 관련하여 해당 당류를 필요에 따라 소량 이용하는 것은 매우 바람직한 섭취(예를 들어 운동중 에너지급원 등)라고 볼 수 있지만 평시에 당류의 섭취는 되도록 자제하는 방향으로 가야 하겠다.


MONSTERZYM SPORTS SCIENCE TEAM 
글 작성 : 이호욱

REFERENCE
1. Mol Aspect Med. The SLC2(GLUT) Family of Membrane Transporters
2. Journal of Cell Biology. Diabetes regulates fructose absorption through thioredoxin-interacting protein
3. Journal of Physiology. The role of fructose transporters in diseases linked to excessive fructose intake
4. Journal of Clinical and Experimental Hepatology. High-Fructose Intake Impairs the Hepatic Hypolipidemic Effects of a High-Fat Fish oil Diet in C57BL/6 Mice  

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