사람이 생존하기 위해서는 근육을 사용하는 일, 여러 물질의 합성과 분해, 물질이동, 전기적인 현상을 이용한 전 도, 열 발생, 성장과 같은 여러 가지 과정을 수행하여야 하며, 이 과정을 운용하기 위해서 AIP라는 형태의 에너지가 필요하다. ATP는 탄수화물, 지방 및 단백질부터 합성되어, 생명 활동의 과정에 사용되거나 잉여분은 영양소고 저장된다. 사람은 energy의 섭취와 소비가 균형을 이루어야 하는데, energy 섭취가 소비보다 많은 경우에 잉여 energy가 생겨서 체중은 증가하게 되고, 에지 소비가 섭취보다 많은 경우에는 잉여 energy가 감소하여 체중이 감소하게 된다.
1. 에너지원의 섭취와 저장
우리는 탄수화물, 지방, 단백질 및 적은 양의 미네랄과 비타민을 먹는다. 그러나 에지 소비는 energy는 저장하는 것이 필요하다. 저장하는 energy는 당원과 중성지방이다.
음식물 중의 탄수화물은 단당류, 이당류, 다당류 및 셀 룰도 오아서 같은 소화되지 않는 다당류가 있다. 이들은 소화와 흡수 과정을 거쳐서 체내고 들어와서 사용되거나 간과 근육에 당원이 저장된다. 포도당이 세포 내고 섭취되는 과정은 근육에서는 인슐린이 제4형당 수송체를 저장소인 세포질 소포체고부터 세포막으로 이동시켜서 당 섭취를 증가시키며, 간세포에서는 제2형당 수송체에의 한 촉진확산으로 당 섭취가 이루어지므로 인슐린이 관여하지 않는다. 세포 내로 섭취된 포도당은 glucokinase(간) 또 는 근육에 의하여 glucose-6-phosphate가 되어 해당과정, 당원 합성 및 pentose phosphate pathway로 이어지게 된다. 당원 합성은 탄원함 성 효소에 의하여 포도당에서 0~1통 하여 각각 길이를 늘여가게 된다.
음식물 중의 지방은 대부분 중성지방이며 유리지방산과 monogyceride고 분해되어 흡수된다. 흡수된 후 다시 중성지방으로 재합성되며, 물에 녹지 않는 성질 때문에 단백질을 포함하는 지단백의 형태고 순 관계로 진입한다. Chylomicron의 중성지방은 지방조직과 근육 등에서 합성하여 혈관 내피세포에 장치한 지단백 분해효소의 작용으로 유리지방산과 monoglyceride로 분해되어 조직으로 섭취된다. 지방조직에 서는 이들이 다시 중성지방으로 합성되어 저장되었다가 조직의 hormone-sensitive lipase(HSL)에 의하여 다시 분해되어 혈중으로 나오게 된다. 이때 HSL을 자극하는 호르몬은 카테콜라민, 부신피질 호르몬, 갑상샘 호르몬 및 성장 호르몬이며, 인슐린은 억제한다. 근육으로 섭취된 지방산은 B-oxidation을 거쳐서 에지 합성에 사용되거나 중성지방으로 합성되어 저장된다. 중성지방을 조직에 넘겨준 chylomi-corn은 간으로 섭취되어 콜레스테롤 등을 보충하여 very low density lipoprotein (LV.DL)'로 혈중에 나와서 다시 LPL의 작용으로 중성지방을 조직으로 공급해 주는 역할을 한다. 중성지방을 잃어버린 VLDL은 low density lipopro-ten(LDL)이 되어 LDL 수용체를 통하여 각종 조직에 섭취된다. High density lipoprotein(HDL)은 조직에 있는 unes-terified cholesterol을 제거하는 역할을 담당한다.
음식물 중의 단백질은 탄수화물, 지방과는 달리 에지 원으로 사용되는 이외에 세포와 조직의 구조를 형성하는 데 사용되며 효소, 근육의 수축기관 및 호르몬을 만드는 데 사용된다. 아미노산은 아미노기(-NH,+)를 가져서 에지 원으로 사용되려면 탈아미노 과정이 필요하며 이때 발생한 암모니아는 간에서 요소회로를 통하여 비옥화된다. 아미노산 중에 9개의 필수아미노산은 우리 몸에서 충분하게 합성이 되지 않기 때문에 반드시 음식으로 섭취가 되어야 한다.
이러한 에지 원들은 근본적인 구조가 유사하기 때문에 서로 전환이 가능하다. 그래서 과량의 탄수화물이 섭취된 면 지방으로 변환되어 저장되고 아미노산에서 포도당 신생 과정을 거쳐서 포도당이 만들 어디는 것이 그 예이다. 그러나 지방으로 섭취한 것은 당원이나 단백질로 전환되지 않고 중성지방으로 저장된다. 지방은 g당 9.4 kcal의 에지를 가지고 있기 때문에 가장 효율적인 저장 방법이 된다. 특히 지방조직은 용적 제한 이가 거의 없어서 섭취한 과량의 영양소(칼로리 기준으로)는 지방으로 축적이 된다. 70 kg인 사람의 20%가 지방이라면 지방량은 14kg이 되고, 이것은 131,600kcal에 해당한다.
그래서 기본적인 에지 소비로 하루 2,100 kcal 사용하면 약 63일간 사용할 수 있는 양이다.
탄수화물은 g당 4.1 kcal의 에지를 가지며, 간이 정상적으로 75~100g의 당원을 저장하고 근육이 300~400 g 을 저장하기 때문에 약 2,000kcal에 해당하는 energy밖에 가지지 못하여 지방과 비교가 된다. 특히 근육의 당원은 혈중으로 공급되지 않고 해당 세포가 사용하기 위한 것에 이어서 혈액으로 공급되는 부분은 간에 저장된 것이지만 뇌에는 포도당이 필수이기 때문에 포도당의 저장은 꼭 필요하다.
단백질은 8당 4.3 kcal을 갖기 때문에 70kg인 사람에서 단백질이 체중의 14%라면 약 40,000kcal에 해당한다. 그러나 단백질은 실제로 세포의 구조적이고 기능적인 관점에서 중요하기 때문에 안정상태에서의 너지 소비의 5% 미만이 단백질로부터 유래한다. 단지 금식이 진행되어 탄 수화물이 고갈되는 경우에 단백질이 에지 소비의 15%를 담당하기도 한다.
질소균형은 단백질 섭취와 소변으로 배설되는 양의 차이로 계산하여 체내 단백질 저장량의 변화를 평가하는 방법으로 사용된다. 균형식을 한 소년에서 질소균형은 섭취한 아미노산을 단백질로 합성하여 성장에 사용하기 때문에 + 값을 나타내며, 손상이나 화상 환자에 서는 제지방 적의 감소를 동반하기 때문에 -값을 나타낸다.
3. 식욕 조절과 시상하부
최근 식생활의 변화로 비만 인구가 급격히 증가하고 있으며, 비만이 대사성 증후군의 중심되는 병리기전으로 밝혀짐에 따라 비만을 질병으로 인식하고 치료하려는 움직임이 증가하고 있다. 비만은 체지방의 과도한 증가로 정의 할 수 있는데, 체지방도 항상성의 한 지표로서 시상하부에서 전체적인 균형을 조절하는 것으로 이해하고 있다. 즉 체지방에 대한 set-point가 시상하부에 설정되어 있기 때문에 인위적으로 체중을 감량한 경우에 체중이 원래대로 또는 그 이상으로 증가하는 현상이 나타난다.
신체의 에너지 상태를 감지하는 신호로는 장기적인 에너지균형(체지방량)을 반영하는 것으로 잘 알려진 렙톤과 인슐린이 있으며, 단기적인 에너지균형을 반영하는 신호로는 위장관에서 분비되는 peptide Y(PYY), pancreatic
polypeptide(P), GLP-1, CCK, oxyntomodulin(OXM),
ghrelin 등의 호르몬과 미주신경을 통한 위장관과 간으로부터의 물리화학적 신호를 들 수 있다. 그 외 달콤한 생각이나 냄새 등이 변연계를 통하여 시상하부의 식욕에 영향을 미친다. 시상하부에서 식욕과 관련하여 가장 중심이 되는 신경핵은 궁상 핵이며, 이곳에는 proopi+-omelanocortin(POMC) 9 cocaine- and amphetamine-STI-
lated transcript peptide(CART)를 분비하는 신경세포와 neuropeptide Y(NPY)° agouti-related peptide(AgRP) = 71진 신경세포가 존재한다. 전자는 POMC에서 분리된 MSH를 시상하부의 또 다른 신경핵인 para ventricular nucleus(PVN)로 분비하여 melanocortin receptor 3/4(MC3/4R)에 작용하여 식욕이 억제되고 에너지 소비를 증가시키게 된다. 반면에 NPY 뉴런이 자극되면 PVN의 Y 수용체에 작용하여 식욕을 증가시키고 에너지 소비가 감소하게 된다. 사람에서 이러한 상반된 2종류 신경세포의 활성도에 따라 식욕이 결정된다. 즉 식사 직후에는 POMC 신경세포가 자극받아서 식욕이 억제되어 포만감을 느끼게 되고, 공복 시에는 NPY 신경세포가 흥분되어 배고픔을 느끼고 음식 맛이 좋아지게 된다. 과거부터 시상하부에 포만중추와 기아 중추가 있어서 포만중추를 전기적으로 자극하거나 기아 중추를 파괴하면 식욕이 감소하여 체중이 감소하고, 반대로 포만중추를 파괴하거나 기아 중추를 자극하면 비만이 초래된다는 연구들이 실험 동물을 통하여 이루어졌다. 최근에는 이러한 신정 세포들의 작용기전을 좀 더 자세히 알게 되면서 이를 목표로 하는 여러 가지 약물. 임상적으로는 포만중추가 활성화되기까지 시간이 걸리는 사람에서 비만이 생길 거 능선이 높으며, 천천히 식사하여 포만중추가 적절하게 작동하여 포만 신호가 들어오면 식사를 멈추는 것이 생리적인 식사법이다. 빠른 속도로 식사하면 포만중추가 켜지기 전에 이미 많은 에지를 섭취하기 때문에 에너지군 형을 생리적으로 조절하기가 어려워진다.
시상하부에 작용하는 호르몬 중에서 렙톤은 POMC 신경에 포를 활성화하고 NPY 신경에 포를 억제하는 효과 가 있으며, 인슐린, PPY, PB, GLP-1, OXM은 NPY 신경에 포를 억제한다. 그래서 이들을 식욕억제 펩타이드라고 하며, ghrelim은 반대로 NPY를 활성화하기 때문에 식욕 축진 펩타이드라고 한다.
시상하부의 신경세포는 영양소의 공급상태도 감지하여 식욕에 영향을 미치는데, 뇌실로 포도당이나 지방산을 주입하면 식이 섭취가 감소하게 된다. 반대로 대사되지 않는 포도당 유사물질인 2-dcoxyglut.(002(2-DG)를 주입하면 식욕이 증가하게 된다. 이 과정은 몇 가지의 신호전달 과정이 관여하는데, Ion-chain fatty acyl COA가 식욕억제 신호를 매개하는 것처럼 보이고 궁상 핵에 서는 KATP 통로를 통한 포도당 감지기 전이 작동한다. 최근에는 세포의 에지 균형을 감지하는 역할을 하는 AMP-activated protein kinase (AMPK)를 통한 신호전달 과정이 주목받고 있다. AMPK는 세포의 에지가 결핍할 때 활성화되어 에너지 사용을 줄이고 에너 지 합성과정을 촉진하는 역할을 하여 세포의 에너지 균형을 맞추어준다. 시상하부에서 AMPK는 렙틴과 에너지 상태에 따라서 변화한다. 렙틴은 AMPK를 낮추어주며, 2-DG 주사는 AMPK를 활성화한다. 반대로 뇌실로 포도당을 주입하면 AMPK 활성도는 감소한다. AMPK 활성도의 감소는 식욕의 억제로 이어진다. 최근에는 cr-lipoic acid가 AMPK를 통하여 체중조절에 관여하는 것으로 우리나라 과학자들에 의해 서 보고가 되어서 새로운 비만약으로 사용될 가능성을 높였다. 그 외 세로토닌, 도파민, 히스타민 및 에스트로젠 등에 대한 수용체가 있어서 식욕에 관여한다. 리덕틸이 세로토닌과 노르아드레날린의 재흡수를 억제해 식욕을 떨어뜨리게 하는 약물이다.
인체생리학