에너지 균형의 법칙 - 체중 조절의 기전

일정한 체중과 지방의 양을 조절하는 것은 짧은 기간 동안 발생하는 음식물 섭취의 변화와 더불어 저장된 체지방량의 장기적 변화에 대응하여야만 가능하다. 음식 섭취에 관련된 신호는 식사와 식사 사이의 배고픔과 포만감에 영향을 미치는 반면, 지방세포로부터의 신호는 뇌를 자극하여 음식의 섭취와 에너지 소비를 조정하는데 이는 장기간 영향을 미친다.

 

 

1. 단기간 : 식사와 식사 사이의 음식 섭취 조절

혈액 내 영양소의 양과 소화관에서의 신호, 뇌로부터 메시시가 사람들로 하여금 먹게 하거나 먹는 것을 멈추게 만든다. 어떤 신호는 음식을 먹기 전에 보내지고, 어떤 신호는 음식이 소화관 내에 있는 동안에, 그리고 어떤 신호는 영양소가 혈액 내에서 순환하고 있을 때 발생한다. 얼마나 음식을 많이 먹었는가에 대한 가장 간단한 신호는 위벽이나 소장 벽의 말단 신경에서 시작한다. 일단 음식이 섭취되면, 위벽은 음식물의 부피나 압력을 느끼고 늘어나면서 신경을 자극하여 콜레시스토키닌과 같은 호르몬을 분비한다. 이 호르몬은 곧바로 뇌로 전달되어 음식물 섭취량에 대한 정보를 보내고 음식 섭취 중단 신호를 낸다. 포도당, 아미노산, 케톤질, 지방산과 같은 영양분들이 혈액으로 들어오면 뇌는 이들의 혈액 내 함량을 감지하여 더 먹거나 먹지 못하게 하는 신호를 유도할 수 있다. 뇌에 의해 흡수된 영양분들은 신경전달물질 농도에 영향을 미칠 수 있고, 그러면 이것은 섭취되는 영양분의 양과 종류에 영향을 미친다. 예를 들어 몇몇 연구에서 뇌 속의 신경전달물질 세로토닌의 농도가 낮아지면 탄수화물이 먹고 싶게 되고, 높아지면 단백질을 더 선호한다고 제안한다. 또한 흡수된 영양분들은 간에서의 대사 작용에 영향을 미치는데, 그 이유는 물에 용해된 영양분들이 흡수되어 간에 곧바로 가기 때문이다. 간 대사 작용의 변화(특히 ATP의 양)는 섭취되는 음식을 조절하는 데 관여되어 있다고 믿어진다. 음식물 섭취의 다른 양상을 조절하는 많은 다양한 호르몬의 신호들이 있다. 예를 들어, 호르몬 인슐린은 탄수화물의 섭취에 대한 반응으로 췌장에서 방출된다. 인슐린은 포도당이 세포로 흡수되고, 그로 인해 혈당량이 감소되며 이는 배고픔을 증가시킨다. 호르몬의 한 종류인 그렐린은 사람들이 아침을 언제, 얼마나 먹었는가와 상관없이 점심시간이 되면 늘 배고픔을 느끼는 이유가 될 수 있다. 그렐린 호르몬은 위에 의해 생산되어 일상 시간에 음식을 먹고자 하는 욕구를 자극하는 것으로 생각된다. 그렐린의 수치는 보통 식사 한두 시간 전에 오르고 식사 후에 매우 낮게 떨어진다. 체중 감량을 하고 있는 사람들에게서는 그렐린이 더 많이 생산된다. 평소보다 체중 감량 이세 왜 더 음식을 먹고 싶은 충동을 느끼는지를 설명해 주는 부분이다. 그렐린이 많이 생산되면 비만이 초래될 수 있다. 이와 달리, 식욕 감소를 가져오는 호르몬(단백질 PYT)이 있다. 이것은 식사 후에 소화관에서 분비되며 분비되는 양은 식사에 포함된 열량과 비례한다. 비만하거나 정상적인 몸무게를 가진 피검자에 이 호르몬을 주입하면 식욕과 음식 섭취가 줄어든다. 심리학적인 요인 또한 배고픔과 포만감도 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 어떤 사람들은 안정감을 얻고 스트레스를 경감시키기 위해 먹고, 어떤 사람들은 안정감이 든다거나 스트레스가 느껴질 때 식욕을 잃는다. 이와 같이 심리학적 좌절감은 음식 섭취를 조절하는 메커니즘을 변경할 수 있다.

 

2. 장기적 : 체지방량의 조절  

에너지 균형의 단기적 조절인자(regulators)는 개개인의 식사량과 시간에 영향을 주지만, 만약 섭취에서의 변화가 오랜 기간 동안 유지되면 장기적인 에너지 균형에 영향을 미칠 수 있고, 그에 따라 체중과 비만에도 영향을 미칠 수 있다. 정해준 수준(set level)에서 지방의 양을 조절하기 위해 신체는 얼마나 많은 지방을 저장하는지 감시할 수 있어야만 한다. 이러한 정보는 인슐린과 렙틴(leptin)과 같은 호르몬으로부터 온다고 알려져 있고, 이 호르몬들은 체지방의 양에 비례하여 분비된다. 인슐린은 혈당량이 오를 때 췌장으로부터 분비되며 인슐린의 혈중 농도는 체지방의 양에 비례한다. 인슐린은 시상하부와 상호작용하여 음식 섭취와 체중을 줄이고, 인슐린 수치는 렙틴이 생산되고 분비되는 양에 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 렙틴은 지방 세포에 의해서 생산되고 시상하부 내에서 작용하는 호르몬으로서 렙틴의 생산량은 지방 세포의 크기에 비례하고, 지방의 저장이 증가함에 따라 더 많은 렙틴이 분비된다. 렙틴은 시상하부에 존재하는 렙틴 수용체에 결합하여 음식물 섭취와 에너지 소비량을 변화시킨다. 렙틴 수치가 높을 때, 에너지 소비를 늘리고 음식물 섭취를 줄이는 기구가 자극받는다. 동시에 음식물 섭취를 증진하는 경로가 억제되고 그 결과 체중은 감소한다. 지방의 축적이 줄어들면, 렙틴이 더 적게 분비된다. 뇌에서의 낮은 렙틴 수치는 에너지 소비를 줄이고 음식물 섭취를 늘리는 경로가 활성화되도록 한다. 따라서 렙틴은 마치 온도계의 수은처럼 우리 몸속 체지방량의 변화를 측정하는 지방 측정계 역할을 한다.

체중 조절에 관련된 호르몬은 뇌에서 장기적인 에너지 균형을 변경시키는 역할을 할 뿐 아니라 뇌로 오는 단기 신호의 민감도에도 영향을 미친다. 예를 들어, 체중이 줄어드는 동안 이들 호르몬이 낮아지면 뇌에서는 포만감 신호의 효력이 줄어들고, 체중을 감소시키는 경로들을 차단하여 체중이 느는 경로를 활성화시킨다는 가설이 나와 있다.