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우리 몸에 산소가 부족하면 어떻게 될까요?


산소가 부족한 상태에서도 살 수 있게 몸부림 칩니다. 해녀들은 숨을 오래 참아야 하기 때문에 산소를 최대한 잘 활용하는 능력을 갖게 됩니다.


마라톤의 신화 황영조의 어머님이 해녀였습니다.


마라톤을 잘 하는 케냐나 에디오피아를 보면, 평균 해발이 1000~1500m 입니다. 고지대는 산소가 희박하기 때문에 적은 산소라도 잘 활용하기 위해, 이곳 사람들은 산소를 나르는 적혈구가 많이 생성됩니다.





그런데 저산소 조건이 되면 우리 몸이 어떻게 이러한 환경에 적응하게금 할까 라는 것이 항상 궁금했었습니다. 


세포가 어떻게 산소 부족을 느끼고 적혈구를 더 만들라는 신호를 주느냐... 입니다.





2019년 노벨 생리의학상 수상은 이것에 대해 연구한 사람들에게 돌아갔습니다.









세포내 산소가 부족하게 되면 이것을 감지하는 HIF (Hypoxia-inducible factor) 라는 단백질 물질이 활성화되면서 이것이 핵의 유전자 중에서 저산소 상태에서도 버티는 능력을 발휘하게하는 물질의 유전자를 발현시킨다는 것입니다.





아래 그림은 그 내용입니다.


윗 부분 산소가 충분한 상태에서는 HIF-알파에 산소가 달라 붙고 VHL이라는 물질에 의해 유비퀴틴들이 달라 붙어 결국 단백분해 효소에 의해 사멸되므로, HIF는 더 이상 활동을 하지 못합니다.


하지만, 아랫 부분 산소가 부족한 상태에서는 HIF-알파는 아무런 방해없이 핵 안으로 들어가 HIF-베타와 결합한 후 산소 부족 상태에서도 잘 견디게 하는 여러 인자들을 발현시키게 합니다. 해녀는 숨을 오래 참아야 하므로, 에리스로포에틴이라는 적혈구 생성 물질을 많이 만들게 해, 산소 운반 능력을 높이는 모습이 보입니다.











그런데 그 이외에도 동일한 HIF에 의해서 다른 인자들도 발생됩니다. 관련성이 있을까요?


포도당을 많이 활용할 수 있게 대사 체계가 바뀌고, 혈관신생성 (Angiogenesis)을 촉진시키는 모습이 그려져 있습니다.





저산소 상태가 되면 포도당을 많이 활용하고 혈관신생성이 늘어나게 된다는 것인데요.





1. 혈관신생성


적혈구를 많이 만들기만 하면 소용이 없습니다. 이들을 구석구석 보내줘야 해녀는 오랜 숨을 참을 수 있겠지요.


따라서 구석구석 돌아다니는 통로인 혈관을 많이 만들 필요가 있습니다.


HIF에 의해서 VEGF (혈관 내피세포 성장인자)의 발현이 높아지고 이로 인해 혈관들이 많이 만들어집니다.


해녀의 삶을 유지하기 위해, 그리고 상처가 나서 딱지 밑에서 새살이 빨리 복구되기 위해 혈관이 늘어나는 것은 정상이며 필요한 작업이지만, 필요이상 과할 경우에는 안 좋은 측면이 있습니다.


암세포가 증식하기 위해서 암세포들이 먹고 살 영양분을 얻는 혈관을 만든다는 것이 대표적인 안좋은 케이스 입니다.


암의 성장과 전이에 Angiogenesis는 항상 동반됩니다.





2. Warburg effect


미토콘드리아를 함유하여 산소를 이용, 많은 ATP 에너지를 얻는 것이 고등 동물의 세포입니다. 하지만 산소가 부족한 경우 그 세포는 살아갈 수 없겠지만, 그러한 악조건에서도 살아남는 세포들이 있는데, 바로 미토콘드리아를 통해 ATP를 얻는 TCA  회로를 멈추고 대신 세포질의 해당과정을 통해서만 소량의 ATP를 얻는 방식으로 전환시킨 세포들이죠. 이 세포들이 암입니다. 암은 해당과정으로만 ATP를 얻습니다. 이러한 암의 성질을 1930년대 Otto Warburg 박사가 발견하여, Warburg effect 라고 부릅니다. 다양한 암들은 제각기 특징을 갖지만 공통된 에너지 대사 체계를 갖는데 이렇게 미토콘드리아를 돌리지 못한다는 것이지요.





하지만 왜 저산소상태가 되면 한결같이 이러한 Warburg effect가 나타나는지는 몰랐습니다.





그런데 올해 노벨상 수상자들에 의해서 이 과정이 밝혀진 것입니다. HIF 가 만들어지면 VEGF도 늘리지만, 또 EPO(에리스로포에틴)도 늘리지만, 포도당 채널인 Glut1을 높이고, 해당과정의 효소는 늘리는 반면, 미토콘드리아의 TCA 회로 효소들은 낮춘다는 것입니다.






저산소 상태에서 버티기 위해 만들어지는 암세포는 우리에게는 최악이지만, 세포 입장에서는 생존을 위해 몸부림쳐 성공한 세포들인 셈입니다.




우리 몸은 균형이 필요합니다. 적절한 에너지 생성 체계와 혈관생성이 필요합니다.


하지만 이 균형이 깨질때 질병이 옵니다.




어떻게 균형을 유지해야 할까요? 


세포내 산소 농도를 정상적으로 유지해야 합니다. HIF를 높여서 원시 세포의 이빨을 드러내지 않게 해야 합니다.




현대인들은 열처리된 불포화지방을 많이 섭취하면서 세포막의 산소 투과율을 낮추고 있습니다. 불포화 지방이 좋다고 하지만 산패되지 않아야 한다는 조건이 꼭 필요합니다. 이 때문에 과산화지질을 복구할 수 있는 항산화제가 필요한 것입니다. 신선한  세포막 투과율 향상용 필수지방산을 평소에 꾸준히 섭취할 필요가 우선 있습니다.




그 다음 혹시 모를 활성산소에 의해 과산화지질이 되는 것을 막는 항산화제 섭취가 또 필요할 것입니다.


항산화제 중에서 포도씨 추출물은 VEGF를 억제하는 능력이 또 있습니다. HIF 억제가 실패한다면 HIF로 인해 만들어지는 VEGF를 억제해야 이로 인한 암의 성장, 각종 자가면역, 염증 등의 진행을 막을 수 있습니다.




내몸의 상태가 어떠한지 먼저 체크하시고, 균형을 잡을 수 있는 영양 물질을 보강해 주면 건강한 삶이 약속이 될 것입니다.


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