소화계의 변화

 

 

 

1. 소화계의 변화

 

 사람의 소화계 혹은 위장관계는 입에서부터 항문까지 하나의 길고 연결된 관처럼 되어 있다. 소화계의 유일한 목적은 생명을 유지하는 데 필요한 음식에서 에너지와 영양분을 뽑아내고 흡수되지 않는 고형물을 제거하는 것이다. 모든 다세포 생명체는 기본 구조가 인간과 크게 차이가 없는 소화관을 가지고 있다. 지렁이와 인간에서 소화관의 차이는 인간은 소화과정을 도 와주는 추가적인 기관과 기관계 - 간, 췌장, 면역계, 그리고 신경조절 등가 있다는 것이다. 이런 추가적인 기관들은 다른 생물종 보다 훨씬 더 다양한 음식을 먹을 수 있도록 한다. 사실, 다양한 음식물을 섭취할 수 있는 능력이 인간이 성공적으로 존재할 수 있는 이유 중 하나라고 주장할 수 있다. 인간은 지구의 어느 곳에서나 생존하고 번창할 수 있는 유일한 생명체이다. 북극지역의 에스키모인들은 주로 물고기와 해양포유류로 구성된 식단으로도 남아시아 내륙의 많은 채식주의 사람들이 살아가는 것 만큼 생존하고 번창한다. 일반적으로, 전반적인 소화계는 노화에 따른 기능적 퇴화가 적게 일어난다. 대부분의 노화성 변화는 암 혹은 당뇨와 같은 질병과 연관되어 있거나 영양학적으로 "나쁜 습관"들과 연관되어 있다. 이 사실로 노화가 소화계의 기능에 영향이 없다고 주장할 수 없다.

 위염, 설사, 변비 등과 같은 일반적인 질환들은 젊은 사람들 보다 노인에서 훨씬 더 자주 발생한다. 그럼에도 불구하고, 노화성 소화계 기능의 퇴화가 기관계의 물리적 변화의 결과인지 아니면 잘못된 식습관이 오랫동안 지속되면서 축적된 영향인지는 확실하지 않다. 이 절에서는 입에서부터 시작하여 소장을 통과하는 동안에 일어날 수 있는 노화성 변화의 일부를 점검한다. 대장, 직장, 그리고 항문에서의 노화성 변화들은 노화 그 자체보다는 질병과 관련이 있다.

 

1) 입과 식도에서의 노화성 변화는 소화과정에 장애를 유발하지 않는다 .

 

 전종조를 소화는 씹는 활동과 침샘에 의한 음식의 초기 준비과정 등이 일어나는 입에서 시작된다. 씹는 것은 음식을 삼키기 쉽도록 잘게 부수고 소화계에 작용하는 효소들이 쉽게 작용하도록 표면적을 크게 하는 작용을 한다. 노화에 따라 발생할 수 있는 치아의 소실은 적절한 소화과정에 상당한 영향을 미칠 가능성이 있고, 먹을 수 있는 음식의 종류를 제한하여 영양결핍을 유발할 수 있다. 노화에 따른 치아 소실의 이유는 논란이 되고 있다. 노화성 뼈의 손실(턱 에 있는)과 적절한 위치에 치아를 잡고 있는 인대의 강도 소실 등과 같은 해부학적 변화가 일어나면, 적절한 치과위생 검사 등으로 이런 문제를 막을 수 있다. 현대 치과의학은 잘못된 치아관리와 연관된 대부분의 문제들을 제거할 수 있으므로, 노화에 따른 치아의 소실은 선진국에 사는 대부분의 사람들에게는 소화과정에 심각한 영향을 미치지 않는다. 생물학적 노화 보다는 병원에 가는 것이 어렵고 치아 건강에 대한 교육의 부족 등이 노인들에게서 일어나는 잘못된 치아관리의 주요한 요인이다. 침생은 음식물을 위와 장에서 소화시키기 위한 다양한 기능을 수행한다. 침샘에서 생산되는 침은 물, 전해질, 점액, 항생물질, 그리고 다양한 효소로 구성된다. 침은 음식에 윤활작용하는 것을 도와서 음식물이 식도를 쉽게 통과할 수 있도록 한다. 또한 침 속의 물은 마른 음식을 좀 더 용해가 퇴도록 도와서 방향성 화합물이 빠지 나올 수 있도록 한다. (우리의 미각에 중요함)

 마지막으로 침은 리소자임 ( lysozyme ) 과 a-아밀라아제(a - amylase) 등 두 가지 매우 중요한 효소를 포함하고 있다. 려소자임은 많은 종류의 미생물을 수일 수 있어서 입 속에 미생물들이 자라는 것을 막는다. 아밀라아제는 포도당의 긴 사슬을 엿당 ( maltose - 두 분자의 포도당으로 구성 ) 으로 전환하면서 생분해 소화를 시작하게 한다. 비록 노화에 따라 침의 분비량이 조금 줄어들지 만, 침 속의 리소자임과 a-아밀라아제의 농도는 변하지 않고 줄어든 침 분비량은 소화에 있어서 장에가 안 된다. 그러나 뇌경색, 파킨슨 병, 그리고 알츠하이머병과 같은 신경질환은 소화 장애를 일으킬 수 있을 정도로 침 분비량 을 줄일 수 있다.

 음식이 씹혀지고 침이 첨가되면, 혀는 음식의 한 덩어리를 들어서 인두 ( pharynx ) 속으로 밀어 넣는 삼킴 작용을 시작한다. 인두는 입과 식도 ( esophagus ) 를 연결한다. 그것은 식도로부터 기관 ( trachea ) 를 분리하는 후두 ( voice box ) 를 포함하고 있다. 인두에 음식물이 있으면 식도가 평활근의 을등 적 수축을 통하여 음식을 위로 보내는 연동수축 ( peristaltic contraction ) 을 시 작하도록 한다. 삼킴 작용의 문제를 일으키는 혀와 식도의 노화에 따른 물리 적 장에는 상대적으로 흔하지 않다 ( 이것은 모든 연령대에서 일어난다 ). 적절 한 삼김 작용의 이상은 침샘 작용의 이상과 같이 신경질환 및 심리학적 질환 과 대체적으로 연관되어 있다.

 

2) 위 기능의 퇴화는 대부분 위축성 위염과 연관되어 있다.

 

 인간의 위는 소화과정에 네 가지 기본 기능을 수행한다.

( 1 ) 위는 많은 음식 을 먹고 소장으로 천천히 보낼 수 있도록 보관하는 기능을 한다.

( 2 ) 위는 장 으로 음식을 보내기 전에 액화시킨다.

( 3 ) 위는 효소와 다른 분자들을 분비 함으로써 소화과정을 지속시킨다.

( 4 ) 위는 소화관에 연결되어 있는 다른 기관들에게 음식이 들어오는 것을 준비할 수 있도록 외분비 호르몬 ( exocrine hormones ) 을 분비한다.

 

위는 식도와 소장 사이에 놓여 있으며 다른 기능을 하는 네 가지 영역으 로 나누어진다.

( 1 ) 식도의 내용물을 분문 ( Cardia ) 쪽으로 내린다.

( 2 ) 기관의 굽음에 의해 형성된 위기저부 ( fundus ) 는 음식에 소화액을 첨가한다.

( 3 ) 본체 혹은 중심부에서는 음식들이 소화액과 섞인다.

( 4 ) 유문 ( pylorus ) 은 위 내 용물들을 더욱 잘 섞이도록 하고 소장으로 넘어가도록 한다.

 

 위벽의 세포들은 소화과정에 필요한 염산 ( HCI ) 과 효소들을 분비한다. 점막층에는 염산과 소화 효소들을 분비하는 샘들이 존재한다. 연결조직망인 점막하조직은 혈관을 위한 구조를 제공하고, 근육층에 있는 근육들은 음식이 섞이도록 위 수축을 하며, 장막의 연결조직은 위와 소화관의 다른 기관 사이의 장벽을 형성한다. 위벽에 있는 세포들은 위오목 ( gastric pit ) 으로 구성된 샘 속에 배열되어 있어서 음식물이 염산 및 소화 효소들과 접촉하도록 한다. 위 의 각 부분들에는 조금씩 다른 샘들로 배치되어 있고 샘 안은 다른 세포들로 구성되어 있다 . 위에 음식이 들어가면, 빅세포 ( parietal cell ) 들은 염산을 분비한다. 염산은 음식의 큰 덩어리들을 작은 덩어리로 부수는 것을 도와서, 소장으로 들어가 기 전에 유미즙 ( chyme ) 이라는 반유동성액으로 액화시킨다. 이와 더불어, 위 의 산성적 특성은 큰 단백질의 풀림 ( denaturation ; 변성 ) 을 유발한다. 이것은 위에서 분비되는 펩신 효소가 아미노산 사이의 결합을 좀 더 효율적으로 자 를 수 있도록 한다 ( 단지 2 혹은 3 개의 아미노산으로 된 펩티드와 각각의 아 미노산들 만이 장 세포에서 흡수될 수 있다 ).

 또한 염산의 분비는 적절한 소화과정에 필요한 다른 효소들과 호르몬 분비를 촉진시킬 수 있다. 위축성 위염이라고 알려진 질환이 너무 많이 발생하므로, 위에서 노화에 따른 해부학적 혹은 생리학적 쇠퇴의 가능성을 연구하는 것은 도전적이 라 할 수 있다. 위축성 위염은 위 점막의 염증을 유발하여 벽세포와 주세포 ( chief cell ) 의 수를 줄인다. 이 세포들은 섬유조직으로 대체된다. 결과적으로 염산, 펩신, 내재적 요소 등과 같은 필수적인 물질들의 위 분비가 손상된다. 위축성 위염은 심각한 소화질환과 영양결핍을 유발할 수 있다. 예를 들어, 벽 세포가 분비하는 내재적 요소들의 분비 저하는 비타민 B. 결핍과 거대적혈 모구 변혈증 ( 완전하지 않은 적혈구세포의 생산 ) 을 유발할 수 있다. 위축성 위염을 유발하는 요인은 매우 많지만, 약 90 % 정도는 헬리코박터 파이로리 ( Helicobacter pylori ; H. pylori ) 에 의한 장기적인 감염 때문이다. 적절한 항 생제를 이용하여 치료하면, 위축성 위염은 치료가 가능하며 이 질환과 관련 된 문제들을 제거할 수 있다. 그러나 노인들이 왜 헬리코박터에 감염되는 사례가 많은 지에 대한 것은 의문점으로 남아 있다. 이 질문에 대한 해답은 앞 으로 더 연구가 필요하다.

 

3) 소장의 변화는 소화와 영양분의 흡수에 영향을 줄 수 있다.

 

 음식의 소화와 영양분의 흡수는 대량 - 활동 과정으로 서술되는 것이 가장 좋을 것 같이 보여지는 소장에서 주로 일어난다. 물, 음식, 소화액이 섞여 있는 유미즙은 연동수축에 의해 장으로 운반된다. 연동수축은 또한 유미즙의 섞임을 유도하여 소화를 돕는 효소들이 영양 물질들에 더 가깝게 접근할 수 있 도록 한다. 유미즙이 위에서 나와 소장으로 들어오면, 유미즙의 존재는 직장 에서 몇 가지 소화효소를 분비하도록 하고 담낭에서 담즙산염 ( bile salt ) 을 분비하도록 하는 호르몬들의 분비를 자극한다. 지방의 소화는 간에 서 담낭을 거친 후 소장으로 분비되는 담즙산염이 지방을 유화시켜 지방의 용해도를 높였을 때부터 시작된다.

 담즙산염에 의해 확장된 표면적은 췌장에 서 분비되는, 고분자의 지방을 분해하여 지방산으로 만드는 효소인, 리과아제 ( lipase ) 의 효능을 증가시킨다. 췌장 효소들은 탄수화물에서 당을 불들고 있 고, 단백질에서 아미노산을 붙들고 있고, 지방에서 지방산을 붙들고 있는 결합을 분해하는 반응을 매개한다. 소장의 벽에는 장 표면적을 넓혀 흡수를 잘 할 수 있도록 응모 ( vill ) 라는 구조로 되어 있다. 표피세포들 또한 세포막에 튀어나와 있는 미소 응모 ( microvilli ) 라는 것을 가지고 있으며, 이는 브러쉬 보더 ( brush border ) 를 형성한다. 이것은 표면적을 더욱 넓히는 효과를 나타낸다.

 

 인간의 소화과정은 음식을 각각의 가장 작은 영양성분 - 지방산, 단당류 와 이당류 ( disaccharide ), 아미노산, 비타민, 미네랄 - 으로 분해하여 흡수를 쉽게 할 수 있도록 진화되어 왔다. 세 가지 종류의 흡수과정이 소장에서 일어난다. 단순확산, 단백질 채널들, 그리고 매개 이송이 그것들이다. 소장의 유미즙에 있는 작은 비극성 물질 들 - 자유지방산, 일부 비타민, 및 종류의 아미노산 등은 비극성 세포막에 아주 쉽게 용해되어 단순확산 ( passive diffusion ) 에 의해 흡수된다. 즉, 이런 물질들은 세포막에 있는 단백질들의 도움 없이 세포막을 통하여 장 세포로 확산된다 ( 그림 8.26 ). 이온들은 작고 굉장한 극성 ( 알짜 음전하 혹은 양전하를 가짐 ) 이어서 단순 확산에 의해 흡수될 수 없다. 그 대신, 이온들은 세포막에 있는 채널을 통하여 흡수된다. 이온채널의 투과성은 장 내강의 유미즙과 장 세포의 세포질에 포함된 물질들의 농도 기울기에 의존한다.

  유미즙의 이온 농도가 장 세포의 세포질의 이온 농도보다 높을 때, 채널은 열리고 이온들은 세포막을 통과할 수 있다. 세포내 이온 농도가 유미즙의 이온 농도보다 높을 경우에는 채널이 닫힌다. 매개 이송 ( mediated transport ) 은 극성 및 비극성의 큰 분자들의 이송에 특화된 세포막 단백질을 이용하여 막통과를 유도한다. 이 이송 방법에는 두 가지 종류가 있다. 촉진확산과 능동수송이 그것이다. 촉진확산 ( facilitated diffusion ) 은 유미즙에 있는 분자의 농도가 장 세포의 농도보다 높을 때 일 어난다. 이 과정은 분자를 세포 안으로 이송할 수 있는 특이적 세포막 단백질에 분자들이 결합하면서 일어나는 단순한 과정이다. 과당은 촉진확산의 하나의 예로 사용되었다. 능동수송(active transport)은 세포막을 통한 큰 분자의 수송에 세포막 단백질을 이용 하지만, 이것은 2 단계 과정이다.

 첫 번째 단계에서는, 유미즙의 농도가 세포내의 농도보다 낮은 운반되어야 하는 분자들이 세포막에 있는 특수한 운반체 단백질에 결합한다. 세포 안의 농도가 높기 때문에, 그 분자 들은 도움 없이는 비자발적인 농도 기울기를 극복할 수 없다. 도움은 자발적 농도 경사를 가진 작은 이온이 만드는 것에서 나온다. 이런 이온의 농도는 유미즙에서의 농도가 세포 안의 농도 보다 높다. 이온과 연관된 운반의 수월성을 이용하여, 큰 분자들은 농도 경사를 거슬러 세포 안으로 운반된다. 그러 이온이 세포로부터 제거되지 않았을 때, 세포 안 이온 농도의 중가는 가 이온의 수송을 저해하고, 이에 따라 큰 분자의 수송도 저해한다.

 두 번째 단계에서는 이온을 세포에서 장 내강으로 농도 기울기를 거슬러 이동시키는 데 에너지를 이용한다. 소장의 구조와 기능의 노화에 따른 효과는 다소 논란이 된다. 왜냐하면 우리는 그것이 질병의 영향 때문인지 정상 기능을 가지고 있지만 잘못된 식습관 때문인지를 확실하게 알지 못하기 때문이다. 장 기능에 미치는 노화의 영향에 대한 많은 초기 연구들은 다양한 질병을 가진 환자들과 수술 중에 모아진 조직들을 포함하고 있었다. 놀랍지 않게, 이런 초기 연구들은 노화가 영양분의 흡수장애 등과 같이 소장에 나쁜 영향을 미친다고 제안하고 있다. 그러나 안전하고 덜 고통스러운 생체검사 방법의 도입으로, 조직 샘플들이 건강한 사람의 소장으로부터 채집될 수 있었다. 이런 연구들에서 응모의 숫자 높이(표면적 측정)는 노화에 따른 의미 있는 변화가 없다는 것을 보여 주 있다. 더욱이, 소장의 흡수력을 유지하는 데 중요한 특성인 표피세포의 중 능력은 노화가 진행되어도 변하지 않는다.

 적절한 소화와 흡수는 연동수축에 의해 유미즙을 소장 내강으로 효과적 운반하는 장관의 능력에 달려 있다. 이 율동적인 근육 운동의 장애는 흐름을 방해하고 자주 노화와 연관되어 있다고 생각되는 변비를 유발할 수 있다. 장의 평활근에 의해 만들어지는 수축력은 노화에 따라 낮아질 수 있으 므로, 유미즙의 이동시간이 조금 증가할 수 있다. 그러나 이와 같은 약간의 시간 중가는 변비 혹은 흡수장애의 증가를 유발하지 않는다. 노화성 변비는 대체적으로 소장의 생리학적 변화 보다는 잘못된 식습관을 반영한다.