[칼럼]수소가 생명이다 - 제3장 산화와 환원

(제5화, 산화와 환원)

◉ 혈관 네트워크

인간은 호흡으로 산소를 흡입하고, 이 산소를 헤모글로빈에 실어, 신체를 구성하고 있는 모든 세포로 산소를 보낸다.

동맥, 정맥, 모세혈관 등 혈액 네트워크를 만들고 있는 혈관 길이는 10만 킬로미터가 넘는다고 한다. 이것은 지구를 2번 반 돌 수 있는 거리다.

이러한 네트워크를 경유해 전신으로 보내진 혈액량은 60㎏ 체중의 성인 남자인 경우, 매분 5ℓ에 해당하므로 1일 혈액 유량은 7,200ℓ라고 하는 많은 양이 된다.

◉ 산소와 대사

그렇다면 왜 혈액은 이렇게 많은 양이 체내를 순환해야 할 필요가 있을까?

심장이 뛰는 빠르기를 반으로 하면 보내지는 혈액량도 반이 되며, 인간은 어쩌면 현재의 2배 정도 오래 살 수 있을지도 모른다.

그런데도 혈액은 왜 그렇게 빨리 체내를 돌고 있을까?

그것은 세포 내에 있는 미토콘드리아가 그 양만큼의 산소가 필요하기 때문일 것이다. 음식을 통하여 체내에 흡수된 탄수화물이나 지방, 단백질 등의 영양분은 위나 장에서 소화되고 흡수되어 혈액 속의 혈당이 된다.

이 혈당은 세포로 보내져 미토콘드리아 속에서 에너지 물질(ATP)이나 체온으로 변환되는 것을 에너지대사라고 한다. 대사가 가능하기 위해서는 산소의 존재가 반드시 필요하다. 호흡 때문에 체내로 흡수되는 산소분자 수는 1회당 1,050만 개라고 하므로 우리가 1일 흡수하는 산소량은 약 500ℓ에 달한다. 생명을 유지하려면 세포가 이 양만큼의 산소가 있어야 한다는 결론이다.

◉ 산화와 환원

산소가 다른 물질과 반응하는 것을 산화라고 한다.

산소와 반응이 천천히 진행되는 것을 「산화」라고 말하고, 산화가 빠르게 진행되는 것을 연소라고 한다. 연소라고 하는 산화 반응이 가장 빠르고 일순간에 진행되는 것을 폭발이라고 한다.

 

우리는 물질이 연소하거나 철이 녹슬거나 세포가 노화되는 것을「산화」 현상이라고 생각하고 있지만, 물리학 세계에서「산화」란 다른 물질(원자)로부터「전자를 빼앗는 것」이라는 것을 의미한다. 활성산소에 전자를 빼앗긴 세포는 산화되어 손상을 입고 노화된다. 빼앗긴 전자를 다시 다른 세포로부터 빼앗기를 반복하는 연쇄반응이 일어나고, DNA가 손상을 입어 암 등 많은 병을 일으키는 원인이 된다.

「환원」이란, 반대로 다른 물질(원자)에 「전자를 주는 것」을 의미한다. 폴리페놀이나 코엔자임 Q10 등의 거대한 분자량을 가진 항산화물이나 분자량이 1인 수소도 상대에게 1개의 전자를 주고, 환원하는 점에서는 같은 작용을 하므로 수소는 가장 뛰어난 항산화물이라고 할 수 있다.

◉ 세포의 산화 구조

 

산화란, 철이 녹슬거나 사과 자른 자리가 갈색으로 변하듯이 어떠한 것이 산소와 결합하는 작용을 말한다.

세포 산화는 「활성산소」에 의한 것이며, 활성산소란 산소 중에서도 특별히 산화력이 강한 산소를 말한다. 체내에서 어떻게 활성산소가 발생하는지에 대한 메커니즘이 최근 과학적으로 해명되기 시작하고 있다.

에너지를 만들기 위해서는 산소를 취하여 영양소를 연소시킬 필요가 있다. 세포 속에서 이용되는 산소의 모든 것이 물로 환원된다면 문제가 없겠지만, 2~5%는 반응성이 높은 상태, 즉 활성산소로 변화되어 유전자(DNA)를 상하게 하고 과산화지질과 같은 노화물질을 만들어낸다.

활성산소에 의한 영향은 노화에 그치지 않고 면역력 저하, 심근경색이나 뇌졸중 등을 일으켜 동맥경화, 당뇨병, 간 장해, 치매, 통풍, 위궤양, 폐기종, 백내장, 피부 기미나 주름, 아토피성 피부염과 같이 광범위한 범위 증상까지 미친다. 당뇨병도 초기에는 ‘숨어있는 당뇨병’으로 전환되다가 시간이 지나면 당뇨병으로 심화하는 것으로 알려졌다.

더욱 암으로 이어져 유전자 손상이나 돌연변이에도 분명 활성산소가 관여되어 있다고 한다. 활성산소의 역할을 억제하는 것이 SOD 효소나 항산화 물질의 역할이다.

이러한 SOD 생성능력은 40대가 되면 급격히 쇠퇴한다. 이 나이부터 암이나 생활습관병이 급격히 증가하기 시작하는 것은 항산화 효소의 생성능력 쇠퇴와 관련이 있다. 사진은 미국 어느 운전자의 얼굴이 활성산소로 좌, 우가 심하게 다른 경우다. 활성산소의 폐해를 보이는 대표적인 예다.

체내 항산화 물질만으로 활성산소를 중화, 제거하는 것이 현실적으로 불충분하다면 건강보조식품으로 보충하는 것도 한 가지 방법이 될 것이다.

[필자소개]

 

양은모(梁殷模) 박사

●한국식용수소연구소 소장/보건학 박사
●경기대/고려대/연세대 상남경영원 강사
●KBS 스포츠예술과학원 외래교수
●저서:[수소의 가능성] 외 다수
●방송출연:MBC, SBS 등