활성산소

1. 활성산소란 ?

산소는 생명체를 유지하는데 없어선 안 될 가장 중요한 분

자다. 예를 들어, 뇌세포는 30초만 산소가 공급되지 않으면 파

괴되기 시작한다. 산소가 혈액을 따라 세포 속으로 들어가는

것은 에너지를 만들기 위해서다. 세포 안에서 에너지를 만드

는 핵심 공장 역할을 하는 기관이 ‘미토콘드리아’ 이다. 미토콘

드리아에 운반된 산소는 사람이 영양분(탄수화물, 단백질, 지

방)을 섭취하여 만들어진 포도당을 분해시켜서 에너지를 생

산한다.

에너지 생산과정에서 물과 이산화탄소 및 산소가 발생하는

데, 이 산소를 활성산소(active oxygen)라 한다. 활성산소는

몸 안의 병균이나 이물질을 없애는 면역기능과 신호전달물질

로 작용한다. 즉, 세균, 바이러스, 곰팡이와 같은 병원체와 니

코틴 같은 몸에 해로운 이물질을 없애는 생체방어기능을 가지

고 있다. 그러나 많이 발생하게 되면 돌변하여 ‘배신의 물질’로

작용한다. 최근 의학계에서는 노화나 질병의 원인이 대부분

몸 안에 지나치게 많아진 활성산소가 세포질을 공격함에 따

른 것으로 보고 있다.

물질을 구성하는 분자들의 전자가 쌍을 이루지 못하면 불안

정해진다. 쌍을 이루기 위해 다른 분자의 전자를 빼앗아오는

약탈 행위를 서슴치 않는다. 화학에서 활성산소와 같이 전자

쌍을 이루고 있지 않은 분자나 원자를 free radical이라고 부

르는데, 이것은 결혼하지 못한 노총각이 끊임없이 짝을 찾아

헤매는 현상과 비슷하다.

2. 활성산소 생성원

스트레스

적당한 스트레스는 인간의 생명활동에서 능률을 올리지만,

지나치거나 반복되는 스트레스는 활성산소를 증가시키는 가

장 큰 원인이 된다. 스트레스를 심하게 받으면 코티솔이 많이

분비되어 신체를 보호하는 역할을 한다. 코티솔은 다시 정상

수치로 돌아가지만 이런 현상이 자주 발생하면 코티솔은 정상

수치보다 계속 높게 분비되어 인체의 면역세포 기능을 떨어

뜨리게 된다. T-임파구가 과민반응을 하면서 화학물질인 싸

이토카인이 분비돼 몸이 항상 감기몸살을 앓는 것 같이 아프

다. 또, 두뇌의 모세혈관에 염증을 일으키거나 혈류량을 감소

시킨다. 염증이 생기거나 혈류량이 감소하게 되면 활성산소

가 증가하게 된다.

류 영 창 | 대한전문건설협회 상임부회장

공학박사

(ycryu1@kosca.or.kr)

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과식

체내에서 섭취된 영양분과 산소가 만나 에너지를 생산하고

산소가 물로 환원되는 과정에서 활성산소가 발생된다. 대사과

정에서 호흡된 산소의 2% 정도는 활성산소로 전환된다. 영양

분을 많이 섭취하게 되면 대사하기 위해 그만큼 산소의 소비

량이 많아져 활성산소가 증가하는 것은 당연하다. 특히, 저녁

에 과식하면 자는 동안에도 신체조직은 계속 일을 하게 된다.

자는 동안에는 많은 에너지를 소비하지 못함에도 불구하고 생

산은 계속되어 혈당이 높아진다. 이를 해결하기 위해 인슐린

을 더 많이 분비하게 되어 영양분을 저장하게 된다. 아침에 잠

이 깰 때쯤 되면 저혈당 상태가 되어 배고픔을 느껴 또 먹게 된

다. 이렇게 반복되는 과식이 비만의 원인이 된다.

지나친 운동

원광대 김종인 교수의 ‘직업별 평균 수명’ 연구에 따르면, 종

교인이 79세로 가장 높고, 연예인(73세) 등 순으로 장수했다.

반면, 단명한 직업군은 언론인(65세), 체육인(67세) 등이었다.

장효조, 최동원과 같은 유명 스포츠 인사가 단명한 것은 지나

친 운동으로 인해 활성산소가 증가한 것이 원인으로 추정된

다. 운동은 산소를 많이 필요로 하기 때문에 활성산소도 증가

한다. 어느 정도는 방어시스템으로 제거되지만, 갑자기 급격

한 운동을 하면 노르에피네프린이 분비되어 모세혈관이 수축

되고 혈액의 흐름이 순간적으로 멈추었다가 다시 흐르게 된

다. 이때, 혈액이 재 관류(灌流)하면서 활성산소가 많이 발생

되어 문제가 된다.

담배 연기

담배 연기는 각종 발암물질을 함유하고 있어 암을 유발할

뿐만 아니라, 호흡기 질환

은 물론이고 활성산소를

증가시켜 혈관을 손상시

킴으로써 심혈관질환을

일으킨다. 또한, 활성산소

를 없애는 항산화제마저

파괴하고 항산화력도 감소시킨다. 담배 피울 때 생기는 일산

화탄소는 헤모글로빈 친화력이 산소보다 커서 산소를 몰아내

고 헤모글로빈과 결합한다. 이 과정에서 결합하지 못한 여분

의 산소는 활성산소로 전환되어 정상 세포의 전자를 뺏는 약

탈행위를 하게 된다. 또한, 전자를 잃은 단백질 분자는 포도당

분자와 반응하게 된다. 이들은 함께 연소되어 버터가 녹은 것

과 같은 당산화물로 변하여 세포 사이에서 모든 막과 혈관을

들러붙게 한다.

트랜스 지방

지방이 분해되어 생기

는 지방산은 동물성 지

방에 주로 많은 포화 지

방산과, 생선이나 식물에

많은 불포화 지방산으

로 분류된다. 포화 지방산은 혈관 질환의 유병률을 높이므로

동물성 지방의 섭취를 제한해 왔다. 그런데, 불포화 지방산의

일종인 트랜스 지방은 더 큰 문제를 발생시킨다.

트랜스 지방은 액체 상태인 식물성 지방에 수소를 첨가해

상하지 않고 운반하기 쉬우며 저장하기 편하게 만든 고체 상

태의 기름인데, 감자튀김이나 치킨, 팝콘, 과자 등이 유난히 바

삭바삭한 맛을 내고, 케이크가 부드럽게 혀를 감싸게 하는 용

도로 많이 사용한다. 트랜스 지방은 혈액의 LDL을 증가시키

고, 좋은 콜레스테롤인 HDL은 감소시켜 혈관을 굳게 하고

좁게 만들며, 활성산소에 쉽게 산화되어 과산화지질로 변성이

증가되어 심혈관 질환을 촉진한다.

지나친 태양광선

자외선은 살균이나 소독작용을 하며 인체에 비타민 D 생성

을 도와준다. 그러나 과다 노출되면 활성산소의 증가로 피부

가 손상을 입게 된다. 지나친 자외선으로 과량 만들어진 활성

산소는 피부 진피층에 생성된 콜라겐, 엘라스틴과 같은 섬유

질과 히알우론산을 파괴하여 피부의 탄력을 저하시켜 주름

살을 만들고 수분을 빼앗아 피부를 건조시킨다. 구리빛 피부

를 자랑하기 위해 한여름 태양광선에 무절제하게 태우는 사

람들은 골격은 튼튼해지더라도 피부 노화와 피부암을 일으

킬 우려가 있다.

술과 약물 남용

간은 1천 가지 이상의 효소를 생산하고, 몸에서 일어나는

대부분의 화학반응에 관여한다. 알코올을 비롯하여 많은 약

물의 대사도 간에서 일어난다. 약물은 자체 또는 약물대사 효

소(cytochrome P450)에 의한 대사과정을 통해 반응성 대사

산물로 변화되어 약효를 발현하고, 해독과정을 통해 무독화

되면서 수용성이 크게 증가된 후 신장이나 담즙을 통해서 배

설된다. 이 과정에서 전자의 교환으로 인해 활성산소가 발생

한다. 그래서 세포막의 단백질을 변성시켜 독성을 발휘하거

나, 생성된 중간 대사물로 인해 직접적으로 간에 손상을 입

힌다. 적당량 음주는 혈액순환을 증가시켜 건강에 도움이 되

나, 과음과 약물 남용은 활성산소를 증가시킬 뿐만 아니라 건

강을 해친다.

갑작스런 혈류량 증가

혈액공급이 충분하지 않아 산소가 결핍된 상태인 허혈(Is-

chemia)은 동맥경화, 혈전 색전증, 종양, 협심증이나 심근경색

에서도 발생한다. 또, 심한 운동이나 스트레스를 많이 받아 신

경이 흥분되거나 긴장되어 혈관이 수축되어 발생한다.

허혈이 생긴 후에 다시 흐르는 재관류(Reperfusion) 시에

아이러니컬하게도 조직의 세포에 손상이 일어난다. 즉, 갑자

기 혈류량이 증가하게 되면 세포내로 칼슘이 증가하여 미토

콘드리아가 손상되고, ATP와 손상된 물질이 반응하여 활성

산소가 증가하며, 허혈성 조직이 염증으로 인식되어 백혈구

가 공격을 하면서 많은 활성산소가 발생하여 세포가 손상을

입게 된다.

방사선

X-선과 같은 방사선이 생체를 통과할 때, 활성산소 중에서

독성이 제일 강한 하이드록시 라디칼(OH)이 발생되는데, 이

것은 세포핵 속의 DNA를 순식간에 파괴하여 생명체를 죽게

만든다. 비록 피폭량이 적어 DNA가 완전히 파괴되지 않더라

도 DNA의 유전자가 손상되어 세포가 기형이나 돌연변이로

변해 버린다. 병원에서 진단을 위해 X-선이나 CT 촬영을 하

는 양은 큰 문제가 없지만 너무 자주 촬영하는 것은 몸의 활성

산소를 증가시키는 요인이 되므로 주의해야 한다. 반면, MRI

는 방사선이 아니라 고주파를 이용하므로 인체에 해가 없다

는 장점이 있다.

환경오염 물질

산업화가 이루어지면서 물, 공기, 토양 등 환경이 오염되는

데, 가장 문제가 되는 것이 수은, 납, 카드뮴 등 중금속이다. 중

금속은 환경과 음식물로부터 흡수되어 배출되지 않고 점점

축적되어 작은 양이라도 독성으로 인해 피해가 크다. 또한, 철

분이나 셀레늄 등 같은 미량의 금속은 유익하지만 많아지면

오히려 독성물질이 된다.

오늘날 농산물 생산시 농약 사용이 당연시 되었고, 농약이

토양이나 하천으로 유입되어 다시 농작물로 유입되는 문제가

있고, 가정에서 흔히 접하는 방향제, 세제, 페인트 및 식품 첨

가물, 방부제와 대기 오염 물질에 둘러싸여 있다. 이러한 환경

오염 물질들은 체내에서 활성산소를 증가시킬 뿐만 아니라 면

역체계를 혼란시키고 발암물질로 작용한다. 환경 질환은 서

서히 나타나면서 시름시름 앓는 특징이 있다.

3. 항산화제

활성산소가 과다 발생하면 조직세포가 늙어가게 되고, 암

을 유발하며, 각종 질환의 원인이 된다. 우리 몸의 세포는 과

잉 발생된 활성산소에 의해 매일 약 10만 번의 공격을 받는다.

그러나 다행히도 체내에는 대사를 통해 자체 생성되는 항산

화효소나 비타민 B, C, E 및 각종 미네랄 등 각종 항산화제

(antioxidant)를 통해 활성산소의 공격을 방어할 수 있는 기

능을 가지고 있다.

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3.1 항산화효소

우리 몸은 활성산소가 만들어지면 자동적으로 체내 방어

시스템을 유지해주는 항산화효소가 있어 활성산소를 제거한

다. 체내에서 만들어지는 항산화효소에는 SOD(Superoxide

dismutase), 카탈라제(Catalase), 글루타치온 퍼옥시다제

(Glutathion peroxidase), 글루타치온 리덕타제(Glutathion

reductase) 등이 있다.

SOD

SOD는 O2-를 과산화수소와 산소로 분해한다. SOD는 최

전방에서 가장 중요한 역할을 한다.

카탈라아제(catalase)

SOD에 의해 분해되어 생긴 과산화수소를 산소와 물로 분

해하는 효소이다.

글루타치온 퍼옥시다제

카탈라아제처럼 과산화수소를 산소와 물로 분해하는 효소

이다. 또한, 과산화지질을 분해하여 해독시키는 글루타치온이

라는 물질의 활동을 촉진하는 효소다.

글루타치온 리덕타제

글루타치온과 글루타치온 퍼옥시다제가 반응하여 활성산

소를 중화시키고 최종 산물로서 GSSG를 만든다. 이것은 글

루타치온 리덕타제에 의해 글루 타치온으로 다시 환원된다.

3.2 비타민(비타민 C, E)

비타민 C는 활성산소인 슈퍼옥사이드, 과산화수소, 단일항

산소(singlet oxygen)를 직접 제거하고, 비타민 E를 도와 항산

화 효과를 높인다. 비타민 E는 활성산소에 전자를 하나 주어

활성산소의 피해를 막고 자신은 산화된다. 이때, 비타민 C가

비타민 E에 전자를 주어 다시 비타민 E로 환원시키는 작용을

한다. 비타민 C는 세포막의 성분인 불포화 지방산이 활성산소

에 의해 산화되는 것을 보호한다.

비타민 E도 모든 세포막 속에 존재하고 있어 세포막의 구성

성분인 불포화 지방산을 활성산소의 공격으로부터 산화를 방

지하는 역할을 한다. 또한, 산화로부터 LDL 콜레스테롤을 보

호하여 동맥경화를 예방하고, 적혈구와 혈소판을 보호하여

혈소판 응집을 억제하고 혈관 이완을 촉진시킨다. 비타민 E

의 주요 공급원으로는 올리브, 해바라

기, 홍화씨 등의 식물성 기름과 견과류,

껍질이 정제되지 않은 곡류, 녹색잎 야

채 등에 많이 포함되어 있다.

3.3 미네랄 & 기타

글루타치온(glutathion, GSH)

GSH는 온몸의 세포에서 생성되지만 대다수는 간에서 생

산된다. 수용성 항산화제로 농도가 낮으면 질병과 죽음을 의

미할 정도로 GSH의 기능은 매우 중요하다. GSH는 강력한

항산화제로서 조절자 역할을 한다. 비타민 C나 E는 활성산소

를 만나게 되면 GSH에 넘겨주고 원래 상태로 돌아가게 된다.

GSH 분자는 하이드록시 라디칼을 만나 전자를 주어 유해성

이 없는 물분자로 만들고 자신은 다른 라디칼을 가진 GSH 분

자와 짝을 맺음으로써 독성이 없는 짝지은 GSH 분자가 된다.

또한, 약품, 중금속, 오염물질, 발암물질, 방사선 등 인체내

에 침투하는 수많은 독성 물질을 GSH의 효소시스템에 의해

제거한다. 아울러, GSH는 병원균을 예방하고 면역 시스템이

잘 작동되도록 도와준다.

셀레늄(sellenium)

1957년 슈바르츠 박사에 의해 효능이 발표되고부터 유해물

질로부터 ‘꿈의 원소’로 주목받고 있다. 셀레늄은 활성산소를

억제하는 항산화 기능이 탁월하여 비타민 E보다 항산화 기능

이 무려 2000배나 강하다. 또한, 암세포를 자살에 이르게 하기

때문에 암 치료와 예방에 좋다. 그리고 바이러스가 복제하는

것을 억제하여 정상세포를 보호하는 작용이 강하다.

그래서 공포의 대상인 각종 바이러스에 의한 전염질환

(SARS, AIDS, 신종플루 등)의 치료법으로도 관심을 모으고

있다. 실제로 이들 환자들의 혈중에 셀레늄의 농도가 심각하

게 감소되어 있다.

강력한 소염효과로 퇴행성 관절염에 효과가 있으며, 남성호

르몬 생성과 정자를 발달시켜 성기능 향상과 불임에 유용하

다. 셀레늄이 풍부하게 함유된 음식으로는 고기의 근육과 내

장이나 해산물이며, 부추, 마늘, 땅콩에도 있다. 필수적인 영양

소지만 고용량은 독성을 나타낼 수 있으므로 일일 최대 섭취

량을 400μg으로 제한하고 있다.

카로티노이드(carotenoid)

식물들이 광합성 시 유해물질인 활성산소로부터 자신을 보

호하기 위해 카로티노이드를 만든다. 이것은 붉은색과 노란색

위주의 식물에 많이 포함된다. 당근이나 단호박에 많은 β-카

로틴은 한 분자당 약 1,000개의 단일항 산소라디칼을 제거하

는 효과가 있다. 또한, 세포막의 불포화 지방산과 혈관의 LDL

콜레스테롤의 산화를 방지한다.

이외, 토마토에 많은 라이코펜은 산소라디칼 억제가 뛰어나

암의 발달 전 단계에서 암을 예방하며, 지질의 과산화와 LDL

의 산화 억제에도 효과가 뛰어나다. 케일, 시금치, 붉은 고추 등

에 많은 루틴도 카로티노이드로서 항산화 작용을 한다.

코엔자임 Q10

이 물질은 체내에서 합성되는데, 비타민은 아니지만 비타민

과 같은 기능 이 있어 비타민 Q라는 별명을 가지고 있다. 미토

콘드리아에서 에너지를 생산하는 효소 역할을 하며, 항산화

작용 및 노화 예방에 효과가 있다. 코엔자임 Q10은 심장의 펌

프가 혈액을 잘 공급할 수 있도록 에너지의 합성을 도와줘 심

장병을 개선한다. 또한, 혈액순환을 돕는 산화질소를 활성화

시켜 말초 혈관의 저항을 줄이고, 혈관을 이완시켜 혈압 감소

에 뛰어난 효과가 있으며, 남성의 발기력도 증가시킨다.

20대를 지나면서 서서히 세포에서 그 양이 감소하여 노화현

상이 나타나게 된다. 고등어, 꽁치, 정어리 등의 등푸른 생선과

현미, 계란, 두유, 시금치, 땅콩 등의 견과류에 많다.

플라보노이드(flavonoids)

폴리페놀(polyphenol)에 속하는 플라보노이드는 수 천종

의 물질들이 알려져 있으며, 대표적인 항산화제 물질로는 안

토시아닌, 카데킨, 쿼시틴 등이 있다. 플라보노이드는 체 내의

비타민 C의 흡수를 증가시키고 산화된 비타민 C에 전자를 주

어 기능을 강화하여 비타민 E의 환원을 도와 활성산소를 분

해하거나 LDL의 과산화를 억제하는 항산화 기능이 있다. 또

한, 인체의 중금속을 해독하고, 모세혈관을 튼튼하게 하여 순

환을 촉진하고 면역력을 증가시켜 항균작용과 암을 예방한

다. 녹차, 적포도, 카카오, 은행잎, 양파, 소나무 표피 등에 많

이 들어 있다.

알파 리포산(α-Lipoic acid)

인체에서 마당발에 해당할 만큼 다양한 기능을 가지고 있

다. 몸에서 소량 생산되는 지방산으로 미토콘드리아 호흡효

소를 도와 에너지를 생성하고 물질대사를 증진시킨다. 뿐만

아니라 강력한 항산화 기능이 있어 유해한 활성산소를 방어

한다. 훌륭한 항산화제의 역할인 활성산소 억제 또는 제거, 중

금속 해독, 면역력 향상, 강한 흡수력, 에너지 생성 기능을 전

부 갖추고 있다. 또한, 발암 유전자인 NF-kappa-B의 활성

을 억제하여 암을 억제한다. 알파 리포산은 혈당을 떨어뜨려

당뇨병 치료제로도 사용된다. 최근에는 알파 리포산이 체내

에서 식욕을 억제하고, 체내의 과도한 에너지를 열로 발산시

키는 언커플링 단백질(UCP-1) 분비를 촉진시키는 게 확인됐

다. 따라서 에너지 소비를 증가시켜 체중 감소 효과와 비만치

료 효과도 있다.