에너지 균형의 법칙 - 비만의 원인이 되는 유전인자

 

1. 비만의 원인이 되는 유전인자

 

유전자에 결함이 있을 때에는, 그것이 암호화하고 있는 단백질이 만들어지지 않거나 부정확하게 만들어진다. 렙틴 유전자와 같은 비만 유전자에 결함이 있으면, 음식물 섭취를 줄이거나 에너지 소비를 늘리는 신호가 받아지지 않고 체중이 늘게 된다. 비만에서의 몇몇 사례는 렙틴과 렙틴 수용체의 유전자 결함에 직접적으로 연관되어 왔으나, 대부분의 비만을 이런 것들과 같은 단일 유전자의 돌연변이로만 설명할 수는 없다. 많은 유전자들이 상호작용하면서 변화하여 대사율, 음식물 섭취, 지방 저장, 활성화 정도에 영향을 미치고, 이들은 차례로 전체적인 체형과 몸의 크기에 영향을 미친다. 많은 비만 유전자에 의해 만들어지는 단백질의 인간 에너지 균형에 대한 영향력은 여전히 연구 중이며, 체중 조절에 관련된 많은 유전자들의 기능은 설명해야 할 것으로 남아있다.

 

1-1. 절약물질대사가 비만을 야기하는가?

과체중인 사람들은 매우 적은 열량을 섭취하지만 체중은 계속 늘어난다고 주장하는데, 이것은 그들의 에너지 소비가 정상 체중인 사람들보다 더 적기 떄문이라고 생각할 수 있다. 이에 대한 하나의 가설로서 과체중자들이 절약물질대사를 물려받았다는 이론이 있다. 절약물질대사를 가진 사람은 이론적으로 에너지를 매우 효과적으로 사용하고, 그래서 덜 효율적인 대사 물질을 가진 몇몇 사람들보다 그들이 섭취한 에너지 중 더 많은 것이 ATP로 전환되거나 지방으로 축적된다. 그러므로 그들은 체중을 유지하기 위해 덜 먹을 필요가 있을 것이다. 그러나 과체중인 사람들의 에너지 소비에 관한 셀지 연구는 아직 결론이 나지 않았는데, 그 부분적 이유로는 에너지 섭취량을 측정하는 것이 어렵기 때문이고 또한 과체중자들이 마른 대조군보다 그들의 에너지 섭취량을 적게 보고하기 때문이다.

동위원소이중표지법을 사용하여 에너지 소모량을 측정한 결과 절약물질대사 가설은 지지받지 못했다. 체중이 증가하면 에너지 소모량도 증가하였고, 이는 비만한 사람들은 과체중을 유지하기 위해 저체중 표준인보다 더 먹을 필요가 있다는 것을 보여주었다. 그러므로 절약물질대사가 비만의 주요인이라고 할 수는 없다.

1-2. 비만은 과잉 에너지를 소모하지 못하여 발생하는 것일까?

인체는 특정한 고정점에서 체중을 유지해주는 것을 도와주는 기능이 있어서, 이따금 과신하면 대사 작용이 속도를 높여 효과적인 에너지를 소비하고 몸무게가 느는 것을 막는다. 반대로 음식 섭취를 제한함으로써 체중이 줄어들 때에는 에너지를 보존하기 위해 에너지 소비가 줄어든다. 과섭취 또는 저 섭취, 환경적 온도의 변화 또는 외상 후 스트레스장애(트라우마)와 같은 주위 환경의 변화에 대한 반응으로 이러한 에너지양이 늘어나는 변화는 적응열 생산(adaptive thermogenesis)라고 언급된다. 몇몇 연구에서는 체중 감소 시에 기초대사량은 비만인이 마른 사람보다 더 많이 감소하고, 체중 증가 시에는 마른 피검자보다 기초대사량이 적게 증가한다는 것을 발견했다. 마른 피검자와 비만 피검자의 적응 반응에서의 차이로써 어떤 사람들이 왜 더 쉽게 살이 찌는지를 설명할 수 있다.

1-3. 공회전 이론

몇몇 생화학적 메커니즘들이 적응열 생산을 설명하기 위해 제안되어 왔다. 그 첫 번째는 기질 순환 또는 공회전 이론으로서 이것은 서로 반대 방향의 생화학적 반응이 동시에 일어나서 에너지를 계속 소모하는 것을 말한다. 예를 들어 한 분자가 생성되어 ATP를 소모하고, 그런 다음 빠르게 다시 분해된다. 이때 생성되고 분해되는 반응이 동시에 일어나기 때문에 그 물질량은 변화가 없지만 계속 에너지가 소모되고 따라서 지방으로 저장되는 에너지가 줄어들게 된다.

1-4. 갈색지방 조직 

여분의 에너지가 소모되는 두 번째 방법은 ATP의 생산과 전자전달계의 연결고리가 풀리는 것인데, 이때 전자전달계를 통해 ATP가 생산되는 대신 에너지가 열로 사라진다. 예를 들어, 쥐에 렙틴을 주입했을 때 발생하는 에너지 소비의 증가는 갈색지방 조직이라 불리는 특화된 유형의 지방조직의 수용체를 자극하기 때문인 것으로 믿어진다. 갈색지방 조직은 열의 형태로 에너지를 소모할 수 있으며 이 조직은 보통의 백색지방 조직보다 더 많은 미토콘드리아를 가지고 있고, 이들 미토콘드리아는 전자전달계와 ATP 생산이 연결되어 있지 않아서 음식에 있는 에너지를 열로 방출되게 한다. 쥐에서 갈색지방 조직은 과식하는 동안 열을 발생시키고 주위 온도가 늦을 때 열을 제공한다. 인간의 경우, 매우 적은 양의 갈색지방 조직을 가지고 있기 때문에 쥐와 같은 렙틴의 효력이 발생하지 않지만, 아마 다른 조직에서 ATP와 전자전달계의 고리가 풀어질 수 있을 것이다. ATP의 생산과 전자전달계의 연결 고리를 푸는 몇몇 단백질들은 인간 근육, 백색지방 조직, 폐, 비장, 백혈구, 골수, 위에서 확인되어왔다. 에너지 방출을 증가시키기 위해 연결을 푸는 단백질들이 체중 조절과 관련되어 있다는 가설이 설득력을 얻고 있다.

 

1-5. 비만은 비활동 때문인가?

활동은 열량을 소모한다. 이것은 그 활동이 계획된 운동이든, 집안일이나 교실 사이를 걷는 것과 같은 일상적 활동, 또는 자세를 유지하기 위해 움직이는 것과 같은 작은 무의식적인 행동이든 간에 사실이다. 얼마나 활동적인가는 유전자와 개인적 선택에 의해 영향을 받는다. 활동적 수준과 체지방을 비교한 연구들은 과도한 체지방을 가진 사람들이 가장 낮은 육체적 활동 수준을 가진다는 것을 발견했다. 이것은 비만인 사람들이 운동을 덜 한다는 것을 말해 주지만 줄어든 육체적 운동이 비만의 원인이라는 것을 의미하지는 않는다. 과체중인 사람들은 덜 활동적일 수 있는데 왜냐하면 초과된 체중을 가질 때 운동을 하거나 심지어 간단한 일상적 활동을 행하는 것이 더 어렵기 때문이다. 그러나 무의식적인 활동량의 차이는 어떤 사람들이 더 쉽게 살이 찌는가에 대한 한 이유가 될 수 있다.

정상 체중의 사람들에게 식이를 과다 섭취하게 만든 연구에서 그들이 얻은 지방 무게는 사람에 따라 약 10배가 차이 나는 결과를 보였다. 몇몇 피검자들은 에너지 소비가 큰 범위로 증가하였고 그 결과 체지방의 증가는 얼마 되지 않았다. 이로써 과다 섭취와 함께 나타난 에너지 소비 증가의 2/3가 무의식적 활동의 증가 때문이라는 것이 밝혀졌다. 몸무게가 가장 작게 늘어난 사람은 가장 큰 무의식적인 활동의 수준을 가지고 있었다. 그러나 어떤 사람은 식이 과다 섭취에도 불구하고 둔감하게 남아 있는 반면, 몇몇 사람들은 쉬지 않게 하고 더 많이 움직이게 함으로써 초과된 에너지 섭취에 반응하도록 유발하는 메커니즘은 여전히 이해되지 않고 있다. 우리 중 몇몇은 더 많이 움직이도록 자극하는 유전자를 물려받지 못했기 때문에 쉽게 체중이 늘 수 있는 것이다.