오태광의 바이오 산책 <64> 만병의 근원, 당뇨병(Diabetes mellitus) > News Insight

 당뇨병(Diabetes mellitus, 糖尿病)은 소변으로 포도당이 배출되어서 소변이 단맛이 난다는 데서 유래되어서 Diabetes(오줌을 많이 배설)+Mellitus(꿀처럼 달콤함)의 중합어이고, 실제로 소변에 포도당이 배출되고, 당연히 혈액에 높은 혈당량이 포함되어 있다. 혈액에 있는 포도당은 인체활동에 에너지원으로 사용되어야 하는데, 소변으로 배출되면 신체는 에너지를 공급받지 못해서 허약해지고, 또한, 혈액에 과량으로 있는 포도당은 단백질과 결합하여 당 독소(AGE , Advences Glycosylate End products)를 만들어 인체의 중요기관을 망가뜨려서 심각한 질병이 발생하게 되어 만병의 근원으로 여긴다.

혈액에 포도당이 많아지면, 포도당이 세포내로 이동하지 못하여 세포는 연료인 포도당이 부족하여 에너지를 만들지 못하기 때문에 신체 각 부위에 포도당을 긴급하게 공급하기 위해서 심장박동(펌프)을 빠르게 작동하여 심혈관 질병의 원인이 되기도 한다. 혈액내의 포도당을 세포로 공급하여 에너지를 만들고, 과량일 때는 간이나 지방세포에 저장을 역할을 하는 인슐린(Insulin)이라는 펩타이드성 호르몬이 췌장(Pancreas)의 베타세포(β-cell)에서 생산된다. 유전적 돌연변이로 췌장에서 인슐린을 생산하지 못하거나 후천적으로 바이러스 등의 감염으로 췌장의 베타세포 고장이 생겨서 인슐린 생산하지 못하여 병발하는 당뇨병을 제1형 당뇨병(type 1 Diabetes mellitus)이라고 한다. 정상인은 췌장의 베타세포에서 인슐린을 생산되어 분비되면 포도당에 민감하게 작용하는 인슐린 민감성(Insulins sensitive)을 가져서 포도당을 세포에 공급하고 과량일 때는 간이나 지방세포에 저장했다가 필요시 에너지로 사용한다. 

다른 유형의 당뇨병은 인슐린은 베타세포에서 생산은 하지만 포도당을 세포로 옮지 못하여 세포에 에너지를 생산하지 못하고, 과량일시 간이나 지방세포로 이전하지 못하는 경우를 인슐린 저항성( Insulins resistance)이 생겨서 생기는  제2형 당뇨병(type 2 Diabetes mellitus)이 있다. 식생활의 서구화로 포도당(Glucose), 과당(Fructose) 등 탄수화물 과량섭취, 고지방식, 유산소 운동부족, 스트레스 축적으로 이 생겨서, 에너지로 전환할 포도당을 세포로 보내지 못하여 혈액에 고농도의 포도당이 존재하고 소변에 포도당을 배출하는 제2형 당뇨병은 생활습성과 관련이 크다. 

우리나라 당뇨병 환자 수는 2012년 320만 명 이었는데, 10년이 지난 2022년은 600만 명으로 급증하였다는 보고 (당뇨병 팩트 시트 2022, 대한 당뇨병학회)하고 있고 이중, 인슐린 저항성인 제2형 당뇨병이 95%이상을 차지하고 있어서 과다한 식이나 유산소운동 부족과 같은 생활 습관이 주요 원인이고 비만을 비롯한 중요한 성인병으로 발전할 가능성이 크다.

전 세계 당뇨병으로 사망하는 사람 수가 320만~500만 명으로 추정하고 우리나라 사망원인의 6위가 당뇨병이지만 실제 다른 중요 질병을 일으키는 방아쇠 역할을 하고 있다. 2020년 당뇨병 사망자가 8,456명(남성 4,320명+여성 4,136명)으로 나타났고 점차 증가하고 있는 추세이다. 당뇨병의 3대 증상을 “삼다(三多)”로 물을 많이 마시는 다음(多飮), 소변이 많은 다뇨(多尿)와 많이 먹는 다식(多食) 으로 나타난다. 콩팥에서 소변으로 포도당이 빠져나갈 때 수분이 함께 배출되기 때문에 다뇨현상이 나타나고 이렇게 되면 몸 안에 수분이 부족하여 심한 갈증을 느끼게 되어 다음(多飮)을 하게 된다. 포도당으로 에너지를 만들지 못해서 쉽게 피로하고, 많이 먹는 다식(多食)을 하지만, 결국에는 체중이 감소하게 되고 상처가 잘 낫지 않고, 시력 혼탁현상을 경험하게 된다. 현대인은  편하게 과도한 가공식품을 먹고, 귀찮아서  유산소 운동을 하지 않는 생활습관 때문에 비만해지고, 과자류나 캔디와 같은 가공당류를 많이 섭취하면 과도한 혈당이 생기서 당 독소(糖毒素)로 작용하여 인체기관을 녹슬게 하고 인슐린 저항성이 생기면서 당뇨병에 노출되고, 나아가서는 급성 또는 만성 당뇨합병증으로 건강을 잃게 되어 심하면 목숨을 잃을 수 도 있다. 

<혈액 내 포도당의 이용 및 저장>

    세포는 혈액 중 포도당을 사용하여 에너지를 만들어 생체활동을 하게 되는데, 혈중의 포도당을 세포로 들어가게 하는 것이 췌장의 베타세포(β-cell)에서 분비되는 인슐린이다. 탄수화물을 섭취한 후 만들어진 포도당이 움직이는 경로는 <그림 1>과 같이 소화기관에서 흡수된 포도당은 인슐린에 의해서 근육세포로 옮겨가서 에너지를 만들어 근육이 움직이게 하는 연료로 사용되어 운동을 할 수 있게 한다. 혈액의 과잉의 포도당은 인슐린이 간으로 이전하여 고분자로 합성되어 글리코겐 (Glycogen)이라는 포도당의 고분자 중합체인 폴리머(Polymer)를 만들어 보관하고, 혈액의 포도당이 부족하면 다시 췌장 알파세포(α-cell)에서 글루카곤(Glucagon)이 분비되어 글리코겐에서 다시 포도당으로 분해하여 사용된다. 간에 저장되는 포도당보다 과량의 포도당이 혈액에 존재하게 되면, 과량의 인슐린이 분비되면 혈액 중 포도당은 분해되어 아세틸 CoA을 거쳐서 지방산을 만들고, 포도당에서 에너지를 만드는 해당(Glucolysis)작용 중에 만들어진 3 탄당 인 글리세롤(Glycerol)에 3개의 지방산이 붙으면 지방으로 변환되어 지방세포(apoB)에서 지방으로 비축되고 콜레스테롤의 일종인 Chylomicron을 만든다.   

간에 저장된 글리코겐은 혈당이 부족할 시 글루카곤의 작용으로 금방 포도당으로 분해하여 이용할 수 있지만, 일단, 지방세포로 저장되면 <그림 1>에 보듯이 지방세포에서 포도당으로 전환이 쉽지 않아서 다이어트를 해도 뱃속 지방은 잘빠지지 않는 이유가 된다. 당뇨가 있는 환자의 경우는 같은 식사를 하여도 Chylomicron과 지방단백질(Lipoprotein)의 훨씬 많이 소장에 저장되고 정상인에 비해서 혈중 농도도 높다.  

<인슐린 민감성과 저항성>

정상인은 식사 후 포도당이 생기면, 바로 췌장 베타세포에서 인슐린이 분비하여 근육이나 여러 가지 기관세포에 포도당을 옮겨서 에너지로 이용되고, 과잉 시 인슐린이 포도당을 간이나 지방세포에 저장하여 혈액 내에 일정한 수준의 포도당을 유지하는 것을 인슐린 민감성(Insulin sensitivity)이라고 한다. 혈액 내 포도당이 인슐린이 존재하지만 세포내로 유입되지 않고 혈액 속에 남아서 포도당이 콩팥을 통해서 당뇨(Glucourea)로 배출되는 현상을  인슐린 저항성(Insulin resistance)이라고 한다. 인슐린이 정상적인 민감성과 비정상적인 저항성을 도시한 <그림 2>와 같이 정상적 일 때는 세포내로 포도당이 유입경로를 따라 이전하지만, 비정상인 일 때는 포도당이 유입되지 못하여 결국 혈액에 과잉의 포도당이 존재하다가 콩팥에서 오줌과 함께 배출되어서 당뇨가 발생한다.

구체적으로 설명하면, 인슐린 민감성은 소화가 된 음식물에서 만들어진 포도당이 혈액에 많아지면 췌장의 베타세포에서 인슐린이 분비하게 되고 간, 근육, 지방 세포 등 에 존재하는 인슐린 수용체(Insulin receptor)에 분비된 인슐린이 결합하게 되면 마치 자물쇠(인슐린 수용체)에 열쇄(인슐린)가 들어가서 세포에 문이 열리어 혈액 중 포도당이 마음대로 들어갈 수 있는 상태가 된다. 반대로 인슐린 저항성은 자물쇠(인슐린 수용체)가 변형되어 열쇄인 인슐린이 잘 맞지 않아서 혈중 포도당의 일부만 세포 안으로 들어가는 비정상적인 상태를 말한다. 인슐린 저항성이 되면 간에서 고분자의 글루코겐으로 포도당을 저장할 수 없어서, 혈액을 타고 콩팥에 들어가면 세뇨관에서 포도당을 걸러서 회수하지 못하고 모두 오줌으로 빠져 나가 당뇨를 배출되어 당뇨병으로 발전한다. 인슐린 저항성이 생기면 인체에는 이미 충분한 포도당이 축적되어 있음에도 불구하고 세포내로 들어가지 못하고 세포는 포도당이 부족이 인슐린이 적어서 생긴 사건으로 생각하여 계속적으로 인슐린을 베타세포에서 만들면 베타세포도 과부하가 걸려서 베타세포의 기능조차도 손상된다.

또한, 인슐린은 지방세포에는 지방단백질(Lipoprotein)을 흡수하게 하는데 사용되는  지방단백질 지방가수분해효소(LPL, Lipoprotein lipase)가 활성화 시키는데, 인슐린 저항성이 되면, LPL의 활성을 막아서 지방단백질이 지방세포로 들어가지 못하고 혈관내피세포에 들어가서 혈관에 지질 플라크(Plaque)를 만들어 동맥경화를 유발시켜서 심근경색/협심증, 당뇨신장, 뇌졸중, 고지혈증, 말초신경병증 등 아래 <그림 3>과 같은 인체 비정상 상태를 만든다. 

​<제1형 당뇨병과 제2형 당뇨병>

 제1형 당뇨병(type 1 diabetes mellitus, T1DM)은 췌장의 베타세포가 유전적으로 변형이 있어서 인슐린을 아예 만들 수 없거나 바이러스, 수술 등 외부환경 변화에 의해서 베타세포가 비정상이 되어서 인슐린을 만들 수 없는 경우이고, 특별한 약물치료법이 없어서 인슐린을 외부에서 주사하여 투입하는 방법을 사용한다. 인슐린 주사는 유전자 재조합방법으로 시험관내에서 인슐린을 만들기 전까지는 너무 고가이고 귀해서 환자가 충분히 사용할 수사 없었다. 인슐린 주사를 하더라도 단지 증상 완화는 가능하지만, 평생 음식 섭취와 인슐린 주사량을 조절하여야 한다는 어려움이 있었다. 

최종적으로 췌장의 베타세포가 망가지는데, 주요원인은 췌장의 베타세포를 인식하는 자가 항체가 <그림 4>에서 보는 바와 같이 자가 항체(Autoantibody)생성과 영향이 있다고 한다. 외부 환경이 바뀌면 수지상 세포(Dendritid cell)가 CD4+ T세포(Helper T cell)와 CD8+ T세포(Killer T cell)와 베타세포의 자가 항원이 결합되고 베타세포를 파괴하고, 여기에 B세포에서 만들어진 자가 항원의 공격을 받으면, 결국 베타세포가 줄어들어 인슐린을 만들지 못하면  혈액 속에 포도당 함량이 증가하여 당뇨병이 걸린다. 

제2형 당뇨병(type 2 diabetes mellitus, T2DM)은 천천히 병발하고 나이가 들수록 비만도가 커지는데, 초기는 증상이 약해서 환자가 자각하지 못하는 경우가 많다. 주로, 인슐린 저항성이 생겨서 인슐린이 인슐린 수용체에 결합이 잘되지 않아서 포도당이 세포로 유입되지 않아서 혈당이 높아지는 당뇨병이다. 비만, 나쁜 식이습관, 유산소 운동부족 등의 환경 요인과 유전적으로는 단일염기서열 다형성(Single-nucleotide polymorphism, SNP)발생에 의하고 100가지 이상의 유전자가 제 2형 당뇨병과 관계된다고 알려졌지만, 비만해 지면  발병위험도가 높다고 한다. 2형 당뇨병은 치료약보다는 생활 습성을 고치면 호전지 가능하다고 한다.

지방세포조직에서 분비되는 호르몬인 아디포넥틴(Adiponectin)은 에너지원으로 저장된 지방을 분해하여 혈압과 혈당을 떨어뜨리고 신진대사에 중요한 역할을 한다. 아디포넥틴이 돌연변이로 지방 분해력이 떨어지면 인슐린 민감성이 떨어져서 제2형 당뇨병과 유사한 현상을 나타내고 실제로 비만환자와 당뇨병 환자의 아니포넥틴 양이 낮게 검출되었다. 결국 발병기전은 베타세포가 비 활성화되고 인슐린저항성과 만성염증이 일어나 발병한다. 즉, 베타세포가 수가 감소하여 인슐린 분비가 줄어들거나 인슐린저항성으로 인슐린의 기능을 할 수 없거나 지방세포와 간에서 일어나는 염증반응으로 당대사가 파괴되면서 인슐린 저항성 발생하여  제2 당뇨병이 발생한다.  

 <맺는말>

 당뇨병은 걸리면 일반인에 비해 평균수명은 8년 줄어들고 사망률은 2~3배 높다고 하는데,  실제로 당뇨병이 걸려도 자각증상이 없어서 소홀히 생각하기 쉬워서 소리 없는 살인마라는 별칭이 있다.  선천적으로 인슐린을 생산할 수 없는 제 1형 당뇨병은 시간에 맞춰 인슐린 주사를 맞아야 하고, 세심한 식습관을 지켜야 하는 까다로운 병이다. 하지만, 제 2형 당뇨병은 치료약 보다는 식습관과 적절한 유산소 운동 같은 생활패턴만 바꾸어도 어느 정도 치유가 가능하다. 제1형은 물론 제2형 당뇨병 자체는 아직까지 완치할 수는 없지만, 생활 관리를 철저하면 기대수명까지 사는 데는 큰 문제가 없는 것은 불행 중 다행한 일이다. 

특히, 조심하여야 하는  합병증은 개인에 맞는 철저한 건강관리만 잘 하여도 비교적 오랜 세월 동안 건강한 삶을 살 수 있다고 한다. 베타세포에서 인슐린을 전혀 만들지 못하는 급성 당뇨병인 제1 당뇨병은 희귀 질병으로 불과 1세기전만 하드라도 살아가기가 힘들었지만, 동물 인슐린을 주사하여 생명을 연장하였고, 인슐린을 유전자조작하여 대량으로 생산하여 저렴하게 환자가 치료할 수 있고 많은 종류의 주사기가 개발되어 병원에 가지 않고 간편하게 치료할 수 있는 길을 열었다.  

당뇨병의 무서움을 잘 알고 있는 전 단계 판정을 받은 환자는 24시간 혈당측정기를 몸에 소지하고 다니고 있는 중년 남성이  늘어났고, 음식을 가려서 먹는 사람이 급격히 증가하고 있다. 당뇨병 전단계인 고혈당 그룹(공복혈당 100∽125mg/dL)은 약 1,497만 명이고  국민 2,000만 명이상이 당뇨병 환자이거나 당뇨병 직전에 있어서 우리나라 국민 건강관리에 혈당이 최대 이슈가 되고 있다. 특히, 30세 이상 당뇨병 환자(, 혈당수치 126mg/dL이상, 2020)가 약 605만 명이 넘어선 것으로 알려졌고, 당뇨병이 통합적으로 관리되고 있는 환자는 약 9.7%이고 당뇨병 진단과 관리의 핵심지표인 당화혈색소(정상 4.0~5.7%) 목표가 6.5%미만인 환자가 24.5%이어서 우리나라는 낙제점임으로 적극적인 국가적 대응이 필요하다. 

특히, 식습관에서는 단순당류(포도당, 과당, 설탕 등) 는 혈당지수(CI, Glycemic Index)가 높아 인슐린 분비에 부담이 되고, 정제당을 사용하는 패스트푸드도 혈당지수가 높아서 비만과 인슐린 저항성의 원인이 되고 있다. 혈당지수가 55이하인 낮은 저혈당 식품인 콩(18), 전곡 빵(30-45), 호밀빵 50), 우유(27), 사과(36)는 권장하고 백미(70-90), 흰 식빵(70), 감자(80-100), 콘플레이크(84), 수박(70)등 고혈당식품은 당뇨병 환자에게는 적합하지 않다. 중간혈당식품인 현미(50-60), 보리빵(65), 요구르트(64), 잡곡 플레이크(flake), 바나나(53)를 예로 들고 있다. 곡물로는 콩과 전곡 빵 같은 저혈당 식품은 권장하고 백미, 감자와 같은 고혈당식품은 피하는 식습관을 가지는 것은 중요하다. 인슐린 내성이 있는 제2형 당뇨병 환자는 물론 건강한 사람도 적당한 유산소운동을 지속적으로 하면서 저 혈당지수 식품을 섭취하면 당뇨병을 예방은 물론, 당뇨병(제2형 당뇨병) 치료 시에도 약과 함께 먹으면 효과가 클 것으로 전망한다.  

*혈당지수; 단순 포도당 50g 먹을시 혈당상승지수를 100으로 했을 때 식품 50g 먹을 시 혈당상승지수 

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