호르몬, 소통의 아이콘
호르몬은 5억 년 전의 단세포에서 다세포로 진화하면서부터 생겨났으며, 세포 간의 소통 목적으로 만들어진 산물이다. 그래서 호르몬이 명령 전달하는 물질이고 현재까지 밝혀진 종류만 100여 개이지만 계속 발견되고 있다. 또한, 인체는 소통하는 방식에는 호르몬 방식과 함께 긴박하거나 위급한 상황에 부닥칠 때를 대비해서 신경세포를 통해 명령을 전달하는 이원화 체제를 동시에 갖추고 있다. 즉 혈관 타고 느긋하게 움직이는 호르몬 명령 전달 방식과 신경세포끼리 주고받는 신속한 신경 명령 전달 방식으로 나뉜다.
호르몬은 흥분(동기부여)해야 할 때나 이상징후에 대해 선제적으로 대처하기 위해 미리 분비해서 준비시키는 물질로 임신, 출산 등의 번식, 건강한 몸을 위한 성장, 먹거리와 관련된 에너지 대사 및 체온, 혈당, 혈압 등의 평상시의 항상성 유지를 위해서 분비된다.
호르몬은 인체의 뇌, 심장, 간, 혈관, 뼈, 생식기 등 거의 모든 장기에서 고유 기능을 가진 호르몬들이 분비되고 전체적인 통솔은 머리 중간 깊숙한 곳에 있는 시상하부에서 대부분 담당한다. 물론 식욕처럼 위장에서 그렐린이라는 호르몬 분비되어 뇌에게 먹는 행동하는 것을 명령하는 기전도 있다.
호르몬은 1) 단백질을 이루는 기본 물질인 아미노산들이 세포 내의 핵에서 여러 종류가 뭉쳐서 만들어지며 혈액으로 분비되는 수용성 호르몬과 2)핵 밖의 세포질에서 콜레스테롤을 효소가 가공 공정을 통해 만들어져 물에 녹지 않는 특성 때문에 특정의 단백질에 붙어서 혈액으로 분비되는 지용성 호르몬이 있다.
아미노산은 탄수화물, 단백질, 지질 3대 영양소 중에 단백질을 만드는 기본 단위 물질로써 인체에는 20종류가 적게는 3개 많게는 수 백 개가 서로 연결되어 1개의 입체 구조 형태의 단백질을 이룬다. 항체, 효소, 헤모글로빈, 호르몬, 근육 등도 단백질이다.
DNA는 모두 단백질을 만드는 정보이며, 단백질은 특히 열에 취약해서 지속적인 고열에 의해 아미노산끼리의 연결 중에 1개라도 이상이 생기면 회복 불가한 변성이 되어 버린다. 39~40도 고열 상태를 긴박한 상태로 보는 이유와 암세포 증식 억제를 위해 체온 1도 높이기 캠페인은 전부 단백질 변성에 있다. 왜냐하면, 암세포의 경우 제일 먼저 효소가 변성(파괴)되기 때문에 필요한 화학반응을 다시는 못 하게 되니까.
모든 호르몬이 모든 세포에 작용할 수 있는 것은 아니고, 해당 호르몬과 꼭 맞는 수용체를 세포막이나 세포 내에 갖고 있어야 한다. 호르몬이 키key라면 수용체는 자물쇠이다. 수용성 호르몬은 해당 세포의 세포막에 있는 수용체에 결합하는 것이 명령 전달이고, 해당 세포는 자신이 만드는 효소의 기능을 바꾸어 전달받은 명령이 빠르게 이행되게 한다. 수용성 호르몬은 빠르지만, 지속시간은 짧고 분비되고 나서 수 분이 지나면 50% 정도는 벌써 분해되어 오줌으로 배출된다.
지용성 호르몬은 수용성보다 크기도 1/10 정도로 작고 세포막과 성분이 같은 지질이므로 세포막을 쉽게 통과하기 때문에 세포 내(세포질)에 수용체를 갖고 있다. 세포질에 있는 수용체와 결합하고 나서 결합한 상태로 세포 내의 핵 안으로 들어가 해당 유전자를 찾아 명령을 전달하게 된다. 해당 세포는 유전자의 기능을 천천히 바꾸게 된다. 수용성보다 반응 속도가 느리고 지속시간이 길지만, 유전자에 직접 작용하므로 장시간 자주 사용할 경우 수용성보다 위험 잠재력이 클 수 있다. 지용성 호르몬과 같이 콜레스테롤로 만들어지는 물질들을 통틀어서 스테로이드라고 한다.
콜레스테롤과 관련되어서, 탄소C 원자 27개가 모여 육각형 3개와 오각형 1개의 형태로 결합한 선형이 아닌 구조물 형태이기에 소화효소에 의해 분해되지 않은 채 소장세포에서 흡수될 수 있다. 인체는 100~150g의 콜레스테롤을 유지하고 있고, 간에서는 매일 0.8g의 콜레스테롤을 만드는데 전체 요구량의 60~70%에 해당된다. 따라서 식이로 콜레스테롤을 많이 먹어도 전부 흡수되지는 않는다. 콜레스테롤이 매일 생성되어야 하는 이유는 지용성 호르몬의 전구물질이기도 하고, 하루에 3,000억 개의 새로운 세포가 만들어지는데 세포막의 구성 성분으로써 세포막의 탄력과 지지대 역할을 담당하기 때문이다.
아드레날린은 1904년에 최초 발견된 수용 성호르몬이고 연달아 티록신, 인슐린 발견이 발견되며, 1929년에 최초의 지용성 호르몬으로 에스트로젠이 발견되었고 프로제스테론(황체호르몬), 테스토스테론(남성호르몬)이 뒤이어 발견된다.
수용성과 지용성 호르몬은 흡수되는 방식에도 차이가 있다. 수용성 호르몬을 입으로 먹으면 소화효소에 의해 아미노산끼리의 연결이 끊어져 결국 낱개로 흡수되므로 먹어서는 효과가 없다. 그래서 인슐린은 주사를 사용해 직접 투여한다. 반면에 지용성은 콜레스테롤로 만들어지기 때문에 구조가 단단해서 소화효소에 분해되지 않고 소장세포에서 그대로 흡수할 수 있다. 여성 갱년기에 보충되는 호르몬제는 주사 형태가 아니고 먹는 타입인 것이다.
호르몬이 꼭 먼 곳에 있는 세포와 소통하는 데만 작용하는 것은 아니다. 호르몬이 소통하는 방법에도 3가지가 있는데,
1) 자가 분비 : 미세 조정을 위해 자신 및 주위 세포와 소통하려고 분비 (ex, 혈관을 이루는 세포들이 분비하는 일산화질소NO는 주변의 혈관을 확장시킨다 또는, 면역세포들이 면역 활동하면서 분비한다 (면역물질 : 사이토카인, 프로스타글라딘)
2) 근거리 분비 : 신경세포에서 분비하여 다른 신경세포에 정보를 전달하기 위해 신경전달물질을 분비한다. (교감신경과 부교감신경에서 분비하는 아세틸콜린, 노르아드레날린)
3) 내분비 (항상성 유지 목적) : 분비된 다음 혈액과 함께 순환하며 해당 호르몬 수용체가 있는 세포에 명령을 전달하기 위해 결합한다. (ex, 췌장에서 분비되는 인슐린이 혈액을 타고 온몸의 세포에 작용한다)
호르몬을 이야기하면서 호르몬의 컨트롤타워 역할을 담당하는 시상하부에 대한 관심이 필요하다. 머리 중간의 제일 깊숙한 곳에 있는 기관으로, 뇌혈관장벽BBB(Blood Brain Barrios) 밖에 있어서 뇌세포와 분리되어 있다. 갑상샘에서 분비하는 타이로신 호르몬을 예로 들면, 시상하부에서 분비한 갑상선방출호르몬이 뇌하수체를 자극해 갑상선자극호르몬을 분비하게 하고, 갑상선자극호르몬이 갑상샘을 자극해서 최종으로 타이로신 호르몬을 분비하게 된다.
인체는 200종류의 세포가 모여서 여러 장기를 이루며 총 세포의 개수는 대략 60조 개이고, 그 중 25조 개는 적혈구이다. 시상하부, 뇌하수체, 갑상샘, 간, 위 등 모든 인체의 기관들은 세포들이 집단적으로 모여 형태이고 주어진 기능을 하고 있다. 혈관조차도 수많은 세포의 집단이므로 모든 장기를 연결하고 소통을 가능하게 하는 호르몬이 새삼 새롭게 보인다.
그러므로 만능의 호르몬은 없으며, 각 호르몬마다 몇몇 고유 기능을 가지며 혈액을 타고 이동하여 세포막이나 세포질에 있는 정해진 수용체에 결합해야만 기능을 다 했다 할 수 있다. 표적된 기관의 세포가 분비하는 호르몬도 역으로 상부의 시상하부와 뇌하수체에 작용해서 되먹임 작용을 하는 소통으로 호르몬이 넘쳐나거나 부족하지 않는 상태인 항상성이 유지되도록 한다.
먹거리와 건강과 관련된 호르몬 몇 가지를 예를 들면,
호르몬과 관련된 질병으로 도파민 호르몬이 있다. 시상하부에서 분비하는 도파민 호르몬은 지극히 갖고 싶거나 성취하고 난 이후의 강한 쾌감을 느낄 때 분비하는 호르몬이다. 도파민의 기능이 염원, 보상, 운동, 동기부여 등의 정서에 관여하는 호르몬임을 고려하면, 도파민 생성 부족이 주요 원인인 우울증, 파킨슨 등의 질병과의 연관성을 이해할 수 있다. 마약류도 도파민 수용체에 자신이 결합해서 장시간 분리되지 않고 강한 자극을 일으키는 물질이다. 지극히 높은 수준의 욕구는 호르몬과 수용체 그리고 호르몬이 만들어지거나 분해되는 데 관여하는 효소의 활동으로 뇌세포가 반응하는 것뿐이다.
비만과 당뇨와 관련된 호르몬으로 인슐린이 있다. 혈액 내의 포도당 농도를 낮추는 목적의 호르몬은 인슐린이 유일하고, 반대로 포도당 농도를 높여야 하는 저혈당 경우에 간, 근육, 지방 세포에서 포도당이나 지방을 혈액으로 투입하는 호르몬은 아드레날린, 글루카곤, 코르티솔 3개나 된다.
성장호르몬같이 거의 모든 호르몬은 성장 및 촉진하는 기능이 주류를 이루고 있지만, 거의 유일하게 저축/절약의 호르몬이 인슐린이다. 음식으로부터 혈액에 들어온 포도당을 세포에 전달하는 기능이 인슐린이며, 남아도는 포도당도 간, 근육, 지방세포에 저장도 한다. 혈액 내의 높은 포도당 농도는 끈적거리고 다른 물질과 붙는 현상을 초래해서 혈압을 높게 할 수 있어서 안전하게 저장되어야 하기에 이거싱 비만의 원인 중에 하나로 지목된다.
당뇨 진단 이전인 비만 상태는 혈액 속에 포도당이 많은 상태로 당연히 인슐린 농도도 높다. 그러나 이런 상태가 지속되면 인슐린을 분비하는 췌장의 세포들이 계속된 중노동에 시달리다가 파업을 선언해서 혈액 내에 인슐린 부족 사태로 이어지게 된다. 결국, 혈액 안에 인슐린 농도는 계속 낮아지고, 포도당 농도는 높은 상태가 되어 콩팥에서 방광으로 포도당이 누수되는 상태가 당뇨로써 주사로 인슐린이 투여되어야 하는 것이다.
인간의 당뇨를 치료하기 위해 같은 포유류인 소나 돼지의 인슐린을 뽑아서 인체에 투입했었다. 51개의 아미노산이 연결된 인간의 인슐린은 마지막 2개 아미노산의 종류가 다른 것이 돼지의 인슐린이다. 이것이 부작용의 원인이었지만 소량으로 얻을 수 있었지만 가격이 비쌌었다. 인슐린 유전자를 추출해서 대장균에게 이식하는 유전자 기술로 대장균이 대량의 인슐린을 생산하게 만들어 가격이 저렴해진 것은 오래되지 않은 최근이다.
먹거리와 관련 있고 최근에 주목받는 호르몬으로 인크레틴이 있다. 음식을 먹으면 소장에서 즉각 인크레틴을 분비하는데, 인크레틴이 위장에 작용하면 연동운동을 낮추게 해서 영양소 흡수가 천천히 되도록 하고, 췌장에 작용하면 인슐린 분비를 높이고 글루카곤 분비를 저하시켜서 혈액이 고혈당 될 상황을 예방하고, 뇌에도 작용하는데 더 이상 먹고 싶은 기분이 들지 않도록 한다. 인크레틴 유사물질을 만들어 혈관에 투입해서 인크레틴 농도를 높이거나, 분비된 인크레틴을 폐기하기 위해한 효소의 작용을 억제해서 인크레틴 농도를 높임으로써 비만을 치료하려는 약제도 개발되었다고 한다.
인체가 에너지를 생성하는 방법은 오로지 포도당, 지방 그리고 아미노산을 사용해서 효소가 관여하는 화학반응을 통해서 만이 가능하며 이 과정을 에너지 대사라고 한다. 아무리 좋은 약이든 식품이든 나머지 모든 물질은 소장세포의 흡수 가능한 사이즈Size로 철저히 분해된 이후에 흡수되어 혈관으로 이동해서 필요한 세포에 의해 필요한 물질로 필요한 시점에 합성하게 된다. '먹어' 라고 명령하는 호르몬은 많고, '먹지 마라' 하는 호르몬은 적다. 지방 조직을 구성하는 지방세포에서 분비하는 렙틴 호르몬 외에 몇 되지 않는다. 넘쳐나는 먹거리 천국에 있는 지금 비만이나 당뇨가 증가하는 것이 당연한 결과라고 한다.
또한, 스트레스도 큰 몫을 한다. 스트레스가 발생하면 인체는 긴장 상태에 돌입하고, 앞다투어서 저장된 곳에서 혈액 속으로 에너지원을 투입하는 호르몬이 활성화된다. 지속되는 스트레스는 넘쳐나는 호르몬 증가를 부르게 되는데, 절제되지 못한 과잉의 호르몬이 비만, 고혈압, 만성피로, 불면증 등 대사증후군이라는 질병을 불러올 수 있다. 스트레스 대항 호르몬의 대명사인 코르티솔 호르몬이 무분별하게 분비되는 질병이 쿠싱 증후군인데 비만일 때 흔히 발병한다고 알려져 있다.
