조건적 필수 영양소; 산화방지 영양소와 글루타민

몸은 수 천가지의 유기화합물로 구성되었지만 음식을 통한 몇가지 무,유기 화합물의 섭취는 항상성을 유지하기위해 필요하다. 이 화합물들이 사료에 결핍되었을 경우 성장장애 또는 질병을 유발할 수 있기 때문에 필수적이다. 음식속에 필수 화합물들은 필수적인 생리기능을 돕지만 몸 안에서 합성될 수 없다. 많은 비필수화합물 영양소 또한 필수 생리 기능을 돕지만 이것들이 음식에 결핍 되었을지라도 몸안에서 전구체로부터 필요한 만큼 합성된다. 음식물의 필수 영양소가 무었인지 알아보기위해 다음과 같은 방법을 이용한다.[ 의심되는 영양소를 결핍시키고 그외 알려진 모든 필수 영양소를 적당하게 함유한 음식을 급여한다. 만약 이 영양소가 필수적인 것이라면 성장감소, 조직변성, 생리적 기능변화나 생화학적 진단 계수변화에 의한 명확한 결핍 증후군이 나타난다. 개와 고양이에 있어서 특정 아미노산과 지방산,비타민,미네랄은 필수적인 것으로 간주된다. 만약 그 영양소가 비필수적인 것이라면 검사를 위해 특정 영양소를 제거한 음식을 투여해도 결핍 증후군이 심해지지 않을 겄이다. 필수 영양소를 정성 검사하기위해서는 요구되는 영양소를 점진적으로 음식중에 증가시킨다. 결핍 증상이 소실되는 시점이 그 영양소에 대해 최소 요구량이다. 결핍증상 발현방지를 위한 필수 영양소의 최소요구량은 동물에따라 또한, 생리적 상태에 따라 다양하다. 예를들어, 성장,임신기,수유기같은 신진대사 상태에서 증가한다.

조건적 필수 영양소는 정상 항상성 변동을 유발할수 있기때문에 필수 불가결한 요소이다. 이러한 상태에서 영양소의 이용과 대사, 배설은 변경되고 특이 대사과정의 증진에의해 그 영양소에 대한 요구량이 증가하기도한다. 조건적 영양소로 판단을 위한 기준은 필수 영양소의 기준과 동일하다. 조건적 필수 영양소을 확인하기위해 검사자는 외래의 영양소 요구 증가를 유발하는 생리적 변화상황에 대한 변동을 염두에 두어야한다. 따라서 이러한 영양소를 확인하기 위한 이상적인 판단 기준은 다음과 같다.

(1) 외부 보조 요법이 없다면 질병상태에서 영양소의 조직 농도 감소.

(2) 조직농도감소에 의한 생리기능의 변화,

(3) 외부 보조 요법에 의한 정상 생리기능 회복.

그러나 광범위한 질병-영양과 영양-영양 상호작용 때문에 이러한 기준을 만족시키기는 항상 어렵다.

건강축과 환축에서 미량 영양소상태를 검사하기는 어렵다. 사료의 미량 영양소 요구량은 정상 생리기능 유지를 위한 섭취 요구량 이라고 할 수 있다. 몸은 절대 필요량보다 과잉 섭취시는 대부분의 미량 영양소를 비축할 능력이 있고 섭취가 부족할 때 결핍을 방지한다. 절대 요구량보다 부족 상태일때 진행성 결핍증이 일어난다. 진행성 결핍증 초기에는 혈액 검사치와 생리 기능은 정상이다. 저장된 미량 영양소가 모두 고갈되면, 혈액 검사치도 감소하고 여기에 대한 생리 기전도 파괴된다.

다음은 두가지 조건적 필수 영양소에 대한 설명이다.

(1) 유리 작용기(free radical)가 증가 될때 항산화제 역활을 하는 영양소

(2) 이화작용 상태의 글루타민


[ 면역계 기능에서의 산화방지영양소의 역활 ]

효과적인 면역 반응 생산에 영향을 주는 여러가지 요인들이 있다. 최근 관심이 집중되는 요소가 영양상태 이다. Vit E, C, A ,B-complex, 단백질,지방과 같은 영양소와 Se, Fe, Zn을 포함한 특정의 소량 미네랄들이 면역계에 영향을 미친다. Vit E, A, Se과 불포화 지방산들간에 어떠한 상호 작용이 입증되었고 부분적으로 암시된다. 이 상호작용의 공통점은 유리 작용기에 의한 세포막내 불포화 지방산의 손상을 방어하는것이다. 면역반응의 시발점은 세포의 표면이기 때문에 정상적인 면역 기능을 위해 정상적인 완전한 세포 표면이 요구된다.

복합 방어계는 특정한 효소들과 산화방지 영양소인 VIT.E,베타카로틴,VIT.C들과 함께 자유기 손상을 방어한다. VIT.E는 과잉산화에 의한 세포막 손상을 방어하기 위해 가장 일선에 있다고 본다. 셀레늄,베타카로틴,VIT.C를 포함하는 글루타민 과산화수소화 또한 자유기를 방해한다. VIT.C는 수용성이고 수용액에서 자유기를 중화하고 VIT.E를 재생시킬 수 있다.

최근의 보고는 사료중 산화방지 비타민인 VIT.E가 면역계 기능과 질병회복에 영향을 미친다고 한다. 고단위 VIT.E섭취는 면역 반응을 활성화 한다. VIT.E의 결핍은 면역 억제를 일으킨다. 정상면역기능을 위한 VIT.E의 요구는 다른 생리 기능을 위한 요구보다 더 높다고 보여진다. 연구결과 VIT.E의 공급은 임파구에의한 항원유도항체 생산을 증가 시키고 전염병에 대한 저항성을 증명하였다.

산화방지 영양소들은 자유기 손상으로부터 세포를 보호한다. 자유기들은 그들의 궤도안에 하나 또는 더 많은 쌍의 독립전자를 가지고 있고 과산화물, 과산화수소, 수산화 자유기 발생으로 인하여 생체계를 손상시킬 수 있다. 이런 고도의 반동적인 산소의 유도체들은 면역반응에 이롭기도하고 해롭기도 하다. 불안정한 자유기는 병원체 파괴를 돕는 면역 세포들에 의해 생산 되는데 그 과정에서 세포 표면에 손상을 입힐 수 있다. 만약 VIT.E와 같은 산화방지물들이 없다면 자유기들은 chain reaction(세포막에서 다불포화지방산의 과잉산화)을 일으킬 수 있다. 자유기손상으로부터 세포를 보호하는 이외에도 VIT.E는 면역반응에 중요한 조절인자인 프로스타글란딘의 합성을 조절한다. 프로스타글란딘의 증가는 면역억제를 할 수 있다. 감염에 의한 프로스타글란딘 증가를 제지하는 VIT.E의 기능은 또하나의 면역반응 강화방법이 될 수 있다.

암 예방과 치료에있어서 산화방지 영양소의 역활

최근 사람에서 인기있는 유행병학 연구는 고 베타카로틴 함유 음식의 소모는 여러가지 종양의 증진과 상반관계가 있는 것을 보여준다. 자유기손상은 자유기가 핵산을 손상 시키기 때문에 많은 암을 유발,증진 시킨다는 것을 시사한다. 그것은 DNA요소의 파괴에 의한 것인지 핵산염기 변화의 부산물에 의해서 인지 분류 가능하다. 후자는 돌연변이와 발암현상의 정의에 있어 중요한 연관성이 있다. 베타카로틴은 동물에서 실험적유발 종양들을 예방한다. 베타카로틴의 투약은 햄스터의 볼주머니에 있는 구강암 예방과 치유를 보여준다.

베타카로틴이 면역감시에 영향을 주느냐 하는것에 대한 메카니즘의 실험관내 연구는 베타카로틴이 고 불용성이기 때문에 방해가 된다. 설치류의 생체연구 성과는 설치류에서는 베타카로틴이 VIT.A로 급격히 바뀌기 때문에 어려웠다. VIT.E처럼 다른 산화방지 영양소들도 암 방지 역활을 할 수 있다. 쥐에게 결장암을 유발시킨 연구에서 예를들면 VIT.E가 투여된 동물들은 종양의 수가 감소되었고 그 증식된 종양들의 침습성도 약했다.

조건적 필수 영양소로서의 글루타민

글루타민은 정상 조건하에서 비 필수영양소이지만 아미노산의 여러 고유한 특성은 여러가지 질병 상태에서 열쇠역활 하는것을 제안한다. 글루타민은 몸에 가장 풍부한 아미노산이다. 그것은 타우린을 제외하고 혈장내에 고농도로 있고 자유 아미노산 저장에 50% 이상을 구성한다. 이 당원 아미노산은 조직에서 다양하게 합성된다. 글루타민은 전혈에 농축되어 있고 손상과 이화작용 상태에서 급격히 감소한다.

글루타민은 알파 아미노기 그룹과 아마이드기 그룹을 가지고 있기 때문에 질소 대사에 중요한 역활을 한다. 그것은 여러 기관들 사이에서 질소를 왕복운반하는 작용을 한다. 글루타민은 ATP, purines, 피리미딘과 또다른 아미노산들 처럼 nucleotide를 합성하는 전구체이다. 글루타민은 enterocytes, malignant cells, fibroblast 그리고 reticulocyte와 같은 세포들이 빠르게 분열할때 빨리 소비되고 이러한 세포들의 주요한 산화연료로 간주되어왔다.

단식은 글루타민 대사에 몇몇 적응변화에 관계한다. 흡수후의 상태에서 간,신장,장은 동등한 비율로 혈액으로부터 추출해낸다. 흡수후 상태에서 단식상태로 변화하는 동안 간은 글루타민 흡수와 방출의 균형을 switch한다. 간의 글루타민 생산증가는 장과 신장에 의한 글루타민 흡수의 동시증가와 관계된다.

최근의 연구는 위장관이 글루타민을 활발하게 대사시키고 enterocytes에 의한 글루타민의 대사는 이화상태에서 질소균형의 조절처럼 장기능중 절대 필요부분임을 증명한다. 기아상태나 오랜영양실조 동안에 장은 장세포에 높은 전환율을 유지하기위해 필요한 영양분이 소실된다. 설사 영양소가 비경구적으로 공급되라도 장은 여전히 위축된다. 이런 관찰은 장의 기능과 구조가 영양소의 전신적 유효성보다 장관내의 지엽적 영양소에의해 훨씬 더 영향을 받는다는것을 시사한다. 장은 주연료 공급원으로 글루타민을 우선적으로 사용하기 때문에 비경구적 또는 처방식에 의한 글루타민 첨가는 장의 적응성을 강화할 수 있다.

글루타민의 국소적 작용에 영향을 주는 신호들은 물리적이나 화학상이나 신경계상에 있을 수 있다. 장관내 영양소의 물리적 존재는 그 구조와 기능을 유지하기에 충분하거나 흡수된 영양소는 생화학 효과를 일으킬 수 있다. 경구적으로 사양한 쥐는 절식시킨 쥐나 비 경구적으로 동량의 칼로리를 섭취한 쥐보다 더욱 큰 장점막괴가 있고 글루코스 흡수성이 더욱 컸다. 이 실험은 경구적 영양소들이 mucosal mass를 증가시켜 글루코스 흡수를 증가시킨다는 것을 보여준다. 장관내 글루타민의 역활에 대한 근거는 saline-infused control과 비교한 실험에서 증가된 후속적 흡수를 보여주는 연구에 의해 제공딘다. 빠른 세포분열을 위한 글루타민의 주요 생산부는 골격근으로 생각된다. 골격근에서 글루타민 방출은 외상,감염,종양같은 다양한 이화작용 상태에서 더욱 증가한다. 골격근에서 글루타민 방출은 근단백질의 이화작용과 동화작용을 조절할 것이라고 여겨왔다. 만성 glucocorticoid 치료는 골격근을 쇠퇴케 한다. 손상과 종양 또한 근육쇠퇴의 결과이다. glucocorticoid는 이 반응을 조절할 것이다. 글루타민은 glucocorticoid에 의해 근육이 위축되는 동안의 총 아미노산 유출물의 25 - 30 % 를 나타낸다. 근단백질내의 글루타민 비율은 이 글루타민의 총량을 밝힐 수 없다. 왜냐하면 근육쇠퇴가 나타나는동안 글루타민의 생합성이 증가하기 때문이다. 글루타민 synthetase는 글루타민을 형성하기위해 ATP와 glutanic acid와 암모니아의 농축을 촉진시키는 효소이다. 골격근내의 글루타민synthetase는 glucocorticoid에 유도된다. 운동은 glucocortcoid에 의한 근육쇠퇴를 줄일 수 있다. 최근 연구는 운동에의한 근육의 sparing은 글루타민synthetase의 활동감소와 상호 관련있음을 보여준다. Glucocorticoid에 의한 근육쇠퇴감소의 대안은 alanyl-glutamine과 같이 안정한 dipeptides의 형태로 외인성 글루타민을 공급하는 것이다.

결 론

전술한 예들은 영양소가 비록 전통적 필수요건을 만족시키지 못하더라도 영양에 있어서 중요한 여활을 한다는 것을 보여준다. 현대 영양연구는 다양한 조건하의 다양한 영양소의 최적 수준이 절대적인 필요량보다 더욱 중요하다. 조건적 필수영양소의 정확한 임상적 기준이 이 시대에 만들어질 수 없다하더라도 장래의 임상연구들은 특정한 임상질환에 대한 미량 영양소 공급의 필요성을 지적하게 될 것이다.