당뇨병
우리 몸의 세포에는 에너지를 공급하거나 물질을 합성하기 위한 재료로 포도당(글루코오스, glucose)이 꼭 필요하다. 그러므로 혈액은 포도당을 우리 몸의 모든 세포로 운반해 주어야 하므로 혈액에 포도당이 포함되어 있다. 이와 같이 혈액에 있는 포도당을 혈당(血糖, blood sugar)이라 하며 그 양을 농도로 나타낸 것을 혈당량(血糖量, blood glucose level)이라 하며 정상인은 공복 혈당량이 0.1%(100mg/100ml) 정도이다.
우리 몸 옆구리에 있는 신장은 혈액 중에 필요 없는 물질을 밖으로 배출하여 혈액에 있는 각 물질의 농도를 조절한다.
그런데 신장은 혈액 중에 필요 없는 물질만을 골라 바로 오줌으로 배설하는 것이 아니라 물, 포도당, 아미노산, 무기염류 등 혈액의 1/5 가량을 신장의 사구체(모세혈관)에서 보오만주머니로 여과하여 혈관 밖으로 배출하였다가 세뇨관에서 모세혈관으로 이들 중에서 필요한 양만큼 재흡수하여 혈액의 각 물질의 양을 조절한다. 재흡수되지 않은 물질은 오줌으로 배설되는 것이다.
하루 여과량은 180L이며 이중 99%가 재흡수되고 1%인 1.5~1.8L가 오줌으로 배설된다.
이때 정상인 사람은 포도당, 아미노산을 100% 재흡수한다 .
그런데 우리 몸에서 포도당이 잘 이용되지 않거나 조절이 안되어 혈당량이 너무 높아지면 신장은 혈당을 오줌으로 버리므로 오줌에 포도당이 포함되어 배설된다. 이와 같이 오줌으로 포도당이 배설되는 현상을 당뇨라 한다.
혈당량이 높아질수록 사구체의 분비량과 세뇨관에서의 재흡수량은 증가한다.
그래서 혈당량이 조금 높다고 무조건 당이 오줌으로 배설되는 것이 아니라 약 0.18 ~ 0.20%(180 ~ 200mg/100ml) 이상일 때 배설이 일어나기 시작하며(포도당 재흡수량이 여과량보다 적음) 혈당량이 신장의 포도당 재흡수 한계(혈당량 0.300 ~ 0.375%, 0.300 ~ 375mg/100ml) 이상이 되면 한계량 이상은 재흡수가 되지 않으므로 한계 이상으로 초과 여과된 포도당은 모두 오줌으로 배설되는 것이다.
즉 오줌으로 포도당이 배설되는 당뇨는 혈당량이 높아서 일어나는 것이지 신장이 병난 것이 아니다. 혈당량이 높은 상태로 당뇨가 오래 동안 지속되면 고농도의 혈당이 원인이 되어 신장, 고혈압, 동맥경화, 백내장 등 몸의 여러 곳에서 합병증이 나타나게 되는데 이를 당뇨병(糖尿病, diabetes mellitus)이라 한다.
당뇨병의 원인은 혈당량을 조절하는 호르몬의 생성 분비와 조절이 맞지 않아 발생한다. 혈당량을 조절하는 호르몬은 이자에서 생성 분비되어 간에서 작용하는 인슐린(혈당량 낮춤), 글루카곤(혈당량 높임)과, 부신(신장의 윗부분) 수질에서 생성 분비되어 근육 등에서 작용하는 아드레날린(에프네프린, 혈당량 높임), 부신피질에서 생성 분비되어 근육 등에서 작용하는 당질코르티코이드(코티숀, 혈당량 높임) 등이 있다.
1. 호르몬의 작용
우리 몸의 체온, 혈액의 무기물질의 농도, pH, 혈당량 등은 항상 일정하게 유지되어야 한다.
특히 혈당량(혈액에 포함된 포도 당 양)은 영양분을 많이 섭취하든 적게 섭취하든 일정하게 유지되어야 한다(공복일 때 약 0.1%, 100mg/100ml, 즉 정상인의 경우 식사 후 에는 0.13%까지 높아지고 다음 식사 전쯤에는 0.08% 정도로 낮아진다).
우리 몸의 혈당량을 조절하는데 관여하는 가장 중요한 호르몬은 인슐린과 글루카곤이다.
양분으로 섭취한 탄수화물이 소화되어 포도당이 되면 소장 벽에 있는 융털 돌기의 모세혈관으로 흡수되어 간문맥(소장에서 간으로 혈액이 흐르는 혈관, 소장을 기준으로 하면 소장 정맥이고 간을 기준으로 하면 간동맥이지만 흐르는 혈액은 산소가 적은 정맥혈임, 간에 산소를 공급하는 별개의 간동맥이 있음)을 통해 간으로 이동된다. 식사 후 소화된 영양분이 간문맥으로 이동할 때에는 혈당량이 높아(0.13%보다 높음) 지므로 간에서 인슐린의 작용으로 혈액의 포도당이 글리코젠(녹말과 같은 다당류지만 결합방식이 다르게 때문에 상대적으로 부피가 작아서 저장에 유리)으로 변환되어 간에 저장된다. 그러므로 간에서 심장으로 가는 혈관에는 포도당의 농도가 약 0.13%(130mg/100ml) 정도로 낮추어져 일정하게 유지된다.
식사 후 오랜 시간이 경과하여 소장에서 혈관으로 흡수되는 포도당의 양이 줄어들고 혈액의 포도당이 세포로 흡수되어 쓰이게 되면 간문맥을 통과하는 혈당량의 수치가 낮아진다(0.08%보다 낮음). 이와 같이 혈당량이 낮은 혈액이 간을 지날 때는 간에서 글루카곤이 작용하여 간에 저장되어 있던 글리코젠을 포도당으로 변환시켜 혈당량을 높인다. 그래서 간에서 심장으로 가는 혈관에는 포도당의 농도가 약 0.08%(80mg/100ml) 정도로 높아져 일정하게 유지된다. 간에서 글루카곤은 글리코젠을 포도당으로 변환하는 과정에 작용하는 phosphorylase를 비활성형에서 인산화로 활성화시켜 당 생성작용을 촉진시킨다.
그 외에도 우리 몸의 각 기관이 활발하게 활동할 때는 적절한 에너지가 필요하므로 각 기관이나 조직에 저장된 물질을 포도당으로 변환시켜 사용하게 된다. 부신 수질에서 분비되는 아드레날린(에프네프린), 가슴의 갑상선에서 분비되는 티록신뿐만 아니라 지방, 단백질을 당으로 변환시키는 부신피질의 당질코르티코이드(코티숀) 등의 호르몬도 작용한다. 또, 교감신경의 작용도 포도당 양을 높인다. 이들 각 호르몬은 분비량, 작용 부위, 작용의 신속성, 지속시간, 작용의 민감도 등이 서로 다르므로 조화를 이루어 조절한다.
그리고 포도당이 우리 몸에서 사용되기 위해서는 혈액의 포도당이 혈관을 나와 세포 속으로 들어가야 한다(포도당이 분해되어 에너지가 생성되는 곳은 세포 속이며 구체적으로 먼저 세포질에서 해당 과정이 일어나고 미토콘드리아의 TCA cycle과 전자 전달계의 연속적인 반응을 통해서 에너지를 생성한다). 포도당이 혈관을 나와 세포 속으로 들어가기 위해서는 세포막을 통과해야 하며 그렇게 하기 위해서는 세포막의 포도당 투과성을 높여야 한다. 그런데 세포막의 포도당 투과성을 높이는 작용을 인슐린이 한다.
세포막에는 인슐린 receptor가 있으며, 이 receptor가 인슐린 호르몬의 자극을 받으면 세포는 이 정보를 다른 단백질에게 전달하고, 그 단백질은 또 다른 단백질에게․․․․․. 결국 이렇게 해서 정보를 받은 세포막의 최종 단백질이 포도당의 흡수 작용의 반응을 일으키는 효소의 작용을 조절하는 것이다.
그래서 인슐린이 부족하면 혈당이 조절되지 않을 뿐만 아니라 포도당을 우리 몸이 사용할 수 없다. 인슐린이 부족한 사람이 음식물로 탄수화물을 흡수하는 것은 탄수화물의 소화 흡수과정에 에너지가 소비되어 에너지만 낭비될 뿐이므로 에너지를 공급하는 영양소로서 아무 작용을 할 수 없다. 또 인슐린이 충분히 생산되어도 세포막에 있는 인슐린 receptor에 인슐린 내성이 생겨 인슐린이 인슐린 receptor에 작용하지 못하면 없는 것과 같은 결과를 나타낸다.
2. 인슐린과 글루카곤의 생성
이자(pancreas, 膵臟 췌장)에서는 위산을 중화시키는 탄산수소나트륨과, 소화 효소(아밀라아제, 리파아제, 트립신)를 합성하여 분비하는 외분비 조직이 있으며 그밖에 랑게르한스섬(islet of Langerhans)이라는 내분비(호르몬 분비 조직) 조직이 있다. 랑게르한스섬에는 α세포(약 25%)와 β세포(약 75%)가 있으며, α세포에서는 글루카곤이, β세포에서는 인슐린이 합성, 분비되어 혈관으로 이동한다. 인슐린은 혈액 내의 포도당(과당은 인슐린의 영향을 받지 않음, 과당은 체내의 간에서 포도당으로 다시 변형되어 사용됨)을 글리코젠으로 전환시켜 간이나 근육에 저장시킬 뿐 아니라 세포막의 포도당에 대한 투과성을 높여 주므로 혈당량을 감소시킨다. 인슐린의 분비는 포도당의 혈중 농도에 따라 조절된다. 또한 미주 신경도 인슐린의 분비를 촉진한다고 알려져 있다. 반대로, 글루카곤은 간이나 근육 속에 있는 글리코젠을 포도당으로 변화시킨다.
3. 인슐린의 분비와 조절
음식물이 소화 흡수되어 혈당량이 높아지면 간뇌의 시상하부가 감지하여 부교감신경을 통해 이자(pancreas, 膵臟 췌장)를 자극하여 인슐린을 분비하며 분비된 인슐린은 간에서 포도당을 글리코겐으로 변화시켜 저장하거나 세포막에 있는 인슐린을 감지하는 물질에 혈액의 포도당을 세포가 흡수하도록 하여 혈당을 낮춘다.
4. 당뇨병(糖尿病, diabetes mellitus)
당뇨(糖尿, glycosuria)란 혈액에 있는 포도당의 양이 조절되지 못하여 혈당량이 일정 수준 이상이 되면(약 0.18%, 180mg/100ml 이상) 넘치는 포도당 양을 오줌으로 배설되는 현상이다.
병원에서는 공복의 혈당량이 약 0.126%(126mg/100ml) 이상이면 당뇨병(糖尿病, diabetes mellitus)이라 한다.
그런데 혈당량은 여러 요인들에 의해 변동이 생길 수 있다. 그래서 정확한 혈당량을 측정하기 위해서는 당화혈색소(糖化血色素, glycated hemoglobin, HbA1c) 검사를 해야 한다.
당화혈색소는 적혈구에 있는 혈색소(헤모글로빈)에 당이 결합된 형태이다.
혈당이 높게 유지되었을 경우에 당화혈색소 수치도 높아지는 것을 이용하는 것이다. 포도당이 헤모글로빈에 결합된 당화혈색소는 분해되지 않지만 당화혈색소를 가진 적혈구는 수명(정상 적혈구 수명은 120일)이 짧아진다. 당화혈색소는 2~4개월 동안의 평균 혈당 수치를 반영하므로 장기간의 혈당 조절 정도를 파악하는 데도 유용하다.
당이 단백질의 아민 그룹에 비특이적으로 반응하는 것을 당화반응(glycation, 글리케이션)이라 하는데 포도당(glucose, 글루코오스)은 다른 알도헥소스(aldohexose)에 비해 단백질의 아민 그룹(amine group)과 비특이적으로 반응하는 경향이 낮지만 적혈구의 헤모글로빈이 혈당량이 비례해서 일부 당화반응(glycation, 글리케이션)을 일으키는 것이다.
혈당량이 높아져 대량의 포도당(glucose)이 당화반응(glycation, 글리케이션)을 일으킨다면 많은 단백질의 기능이 손상되거나 파괴될 수 있다.
당뇨병의 장기 합병증(실명, 신부전 및 말초신경병증 등)의 원인은 단백질의 당화반응(glycation, 글리케이션)이 일어났기 때문이라고 추측하고 있다.
당뇨병의 증세는 기본적으로 오줌을 자주 누고, 물을 많이 먹게 되며, 갈증이 심한 것이 공통이다. 그 외에도 탈수증 케톤산증(ketoacidosis), 피로, 체중 감소, 말초 신경염 등으로 나타난다.
우리나라에서는 옛날에 당뇨병을 소갈병이라 불렸다. 소갈병이란 갈증이 일어나는 당뇨병이다. 혈액에서 오줌으로 당이 빠져나가면 혈액의 농도가 낮아지고 농도가 낮아지면 바소프레신(항이뇨 호르몬, 신장의 수분 재흡수 호르몬)의 분비가 감소되어 혈액의 수분이 신장에서 재흡수가 줄어들고 오줌으로 배설되기 때문이다. 그 결과 혈액의 수분이 감소되므로 갈증이 생겨나는 것이다.
당뇨병의 원인은 인슐린(혈당량 감소), 글루카곤(혈당량 증가), 아드레날린(혈당량 증가), 당질코르티코이드(혈당량 증가) 등의 호르몬의 분비량이 적절하지 못하거나 분비되어도 제대로 작용을 하지 못하기 때문이다. 이들 호르몬의 이상이 일어나 혈당량이 높아지는데 혈액에 포도 당 양이 너무 높으면(계속 약 0.18% 이상 유지, 180mg/100ml) 당뇨가 일어나기 시작한다. 혈당량이 재흡수 한계량(0.300 ~ 0.375%, 300 ~ 375mg/100ml) 이상이 되면 포도당이 혈관으로 한계량 이상은 재흡수가 되지 못하므로 한계 이상으로 초과 여과된 포도당은 모두 오줌으로 배설된다.
당뇨병의 원인이 여려가지 이므로 증세도 여러 가지다.
당뇨병은 제1형 당뇨병과 제2형 당뇨병이 있는데 제1형 당뇨병은 인슐린이 아예 생성되지 않아 발병하는 것이고 제2형 당뇨병은 인슐린은 정상으로 분비되지만 인슐린이 세포막에 작용을 못하여 일어나는 즉 인체의 세포가 포도당을 흡수하지 못해 포도당을 이용하지 못하여 혈당량이 높아지는 것이다. 즉, 세포벽에 인슐린 내성이 생겨 나타난 당뇨병을 말하며 성인 당뇨병으로 불린다.
제1형 당뇨병은 면역체계가 인슐린을 만드는 이자(pancreas, 膵臟 췌장)의 베타세포를 공격, 인슐린이 아주 적게 생산되거나 아예 생산되지 않아 발생하는 일종의 자가 면역질환이다. 제2형 당뇨병도 병의 주 특징인 인슐린 내성이 B세포 및 기타 체내 자신의 조직을 파괴하는 다른 면역세포에 의해 유발된다고 한다.
제2형 당뇨병은 비만인 사람에게서 많이 나타나는데, 지방에서 나오는 물질이 인슐린이 작용하는 세포막 투과 작용기에 방해(인슐린 내성)를 하기 때문이다. 비만인 사람은 포도당뿐만 아니라 지방도 에너지원으로 많이 사용한다. 그 결과 인슐린에 의한 세포막의 포도당 투과성은 지방의 투과로 포도당이 투과가 방해(인슐린 내성)를 받아 세포의 포도당 흡수가 잘되지 않아 혈당 농도가 높아진다. 혈당이 높아지면 피드백 작용으로 이자는 인슐린을 분비하므로 혈액의 인슐린 농도가 높아지게 되는데 이를 고 인슐린 혈증이라 한다.
인슐린 내성으로 당뇨병이 된 사람에게는 인슐린 분비량이 정상적인데도 불구, 포도당 흡수가 안 되어 이용하지 못하며, 이자는 포도당의 흡수를 높이고자 인슐린을 계속 정상 수준보다 훨씬 더 많이 분비하려고 하므로 이자가 비정상적으로 확대된다.
부신피질에서 분비되는 당질 코르티코이드(코티손) 호르몬의 분비가 과다해지면 얼굴, 가슴, 복부의 비대, 혈당량의 증가와 당뇨 증세, 단백질의 손실, 근육이 약해지는 쿠싱병(Cushing's diease)에 걸리게 된다.
5. 합병증
인슐린 내성을 지닌 사람들은 여분의 포도당이 간에서 지방으로 합성되어 혈액의 콜레스테롤의 양을 증가시키거나 간에 저장되어 지방간에 걸리게 된다.
혈당이 높아지면 혈액의 농도가 진해져 혈액이 모든 모세혈관을 잘 통과할 수 없다. 그 결과 모든 조직에 산소와 양분의 공급과 이산화탄소 등 쓰레기의 배출이 어려워져 오랜 기간에 걸쳐 서서히 많은 기관에 합병증이 나타난다.
당뇨병에 걸리면 탈수 증세와 케톤산증, 갈증, 피로, 식욕 증진, 체중 감소, 말초 신경염 등의 증세가 나타나고, 또 콜레스테롤이 혈관에 쌓이게 되면 고혈압, 동맥 경화 등이 일어나 심장의 관상동맥이나 뇌의 혈관을 막는 심장 질환을 일으킬 수 있으며 신장에도 병이 발생한다. 그리고 과다한 혈당이 수정체에 들어가면 수정체가 부였게 흐려지는 백내장이 된다. 이 외에도 혈당이 높으면 여러 합병증이 나타난다.
당뇨병.hwp