① 췌장의 구조와 호르몬
인슐린과 글루카곤은 각각 췌장(이자)의 췌장섬에 있는 β 세포와 α 세포에서 합성되어 분비되는 호르몬입니다. 췌장섬은 랑게르한스섬이라고도 하며 췌장 부피의 1~2% 밖에 되지 않지만 췌장으로 들어오는 혈류량의 10~15%를 사용할 정도로 왕성한 활동을 하는 조직입니다. 인간의 췌장섬은 예전에는 약 100만개 정도로 추산되었지만 최근 연구에 의하면 수백만~천오백만 개까지도 보고 있습니다.
인슐린은 혈당을 내리고 글루카곤은 혈당을 올리는 길항 작용으로 혈당의 항상성을 유지합니다. β 세포와 α 세포는 혈당 농도에 반응하여 자동으로 인슐린과 글루카곤을 분비하는 체계를 가지고 있으며, 혈당 농도가 상승하면 인슐린 분비가 촉진되고 혈당 농도가 하강하면 글루카곤 분비가 촉진됩니다.
인슐린 분비를 조절하는 다른 요인은 인크레틴입니다. 인크레틴은 소장과 대장에서 분비되는 호르몬인데 식사 후 혈당이 상승하는 것에 반응해서 β 세포의 인슐린 분비를 강력하게 촉진하고 α 세포의 글루카곤 분비를 억제합니다.
이 외에 교감신경과 부교감신경에 의해서도 인슐린과 글루카곤의 분비가 조절됩니다. 교감신경은 스트레스 상황에서 혈당 수치를 올리기 위해 글루카곤 분비를 촉진하고, 부교감신경은 식후 소화와 흡수를 위해 인슐린 분비를 촉진합니다.
② 탄수화물 대사
혈당 수치가 떨어지면 글루카곤은 간에 저장되어 있는 글리코겐을 분해해서 포도당을 만들어서 혈액으로 방출합니다.
반대로 혈당 수치가 올라가면 인슐린은 포도당 분자를 사슬처럼 엮어서 글리코겐을 만들어 저장하는데 이때 글리코겐 1분자에는 포도당이 1만~5만 개가 들어갑니다.
인체의 글리코겐 저장량은 근육에 400±100 g, 간에 100±20 g 정도입니다. 총량은 근육에 저장된 것이 많지만 비율로 보면 근육 글리코겐은 근육 무게의 1∼2 %에 불과하고 간 글리코겐은 간 무게의 5∼8%에 해당할 정도로 많습니다.
간은 글리코겐의 주요 저장기관이며 간에 저장된 단일 물질 중에서 글리코겐이 가장 많은 양을 차지합니다. 뿐만 아니라 글리코겐이 합성될 때 포도당 분자의 3배에 해당하는 물이 들어가므로 글리코겐 + 3배의 물을 합하면 총 무게가 400±20 g에 달합니다. 이는 총 간 무게(성인 남자의 경우 약 1600 g)의 25%에 해당합니다.
근육에 저장된 글리코겐은 분해되어도 근육세포 밖으로 나갈 수 없고 격렬한 운동을 할 때만 근육의 에너지원으로 사용되므로 혈당에는 영향을 미치지 않습니다.
간에 저장된 글리코겐은 포도당으로 분해되어 혈액으로 방출되어 전신에 공급됩니다. 글리코겐은 순수한 탄수화물이므로 1 g에 4 Kcal를 내니까 간에 저장된 양이 다 분해되어도 400±80 Kcal 밖에 되지 않아서 밥을 먹지 않으면 12~24시간 내로 고갈됩니다.
③ 지방 대사
글루카곤은 탄수화물인 글리코겐만 분해하는 것이 아니라 지방세포에 저장된 지방을 분해해서 지방산과 글리세롤을 생성합니다. 글리세롤은 간으로 가서 포도당신생성의 원료가 되고 지방산은 포도당을 이용하지 못하는 세포들이 흡수해서 에너지원으로 사용합니다.
인슐린은 반대로 세포가 포도당과 지방산을 흡수하여 중성지방을 만들어 저장하도록 합니다. 스트레스가 없거나 가벼운 상황에서는 인슐린은 피하조직에 있는 지방세포에 지방을 저장합니다.
그러나 심한 스트레스로 코티솔 농도가 높아져서 인슐린 저항성이 생긴 상태에서는 포도당 대신 지방산을 에너지원으로 사용하는 장기의 세포 안팎에 저장합니다. 이로 인해 내장 기관의 세포와 그 주변, 그리고 근육 조직 세포와 그 주변에 지방이 쌓여서 ‘이소성 지방’이 됩니다. 비정상적으로 발생한 이소성 지방은 해당 장기에 독성을 끼쳐 장기적으로는 해당 장기의 기능부전을 유발할 수 있습니다.
오랫동안 신체를 사용하는 운동선수의 경우에는 포도당만으로 에너지를 다 감당할 수 없어서 지방을 분해해서 에너지로 사용하는데 이로 인해 운동선수의 근육 세포에도 이소성 지방이 많이 저장되어 있습니다. 그러나 스트레스로 인해 축적된 이소성 지방과 달리 내장 주변에는 축적되지 않고 세포 독성이 없으며 지구력 운동을 위한 에너지 저장고의 역할을 합니다.
④ 단백질 대사
글루카곤은 단백질을 직접 분해하지는 않지만 단백질의 분해를 촉진하여 분해된 아미노산이 간에서 포도당신생성의 원료로 쓰이도록 합니다.
인슐린은 반대로 세포가 아미노산을 흡수하여 단백질을 합성하는 과정을 촉진하고 단백질 분해를 억제하여 조직의 복구와 성장을 돕습니다.
| 글루카곤 | 인슐린 | |
|---|---|---|
| 분비장소 | α 세포 | β 세포 |
| 분비 자극 요인 | 저혈당, 특정 아미노산교감신경 흥분 | 고혈당, 특정 아미노산부교감신경 흥분 |
| 표적 기관 | 주로 간 | 간, 근육, 지방조직 |
| 탄수화물 대사 | 간에 저장된 글리코겐을 포도당으로 분해하여 혈액으로 방출하여 포도당신생성을 촉진함 ⇒ 혈중 포도당 증가, 글리코겐 저장량 감소 | 세포가 포도당을 흡수하여 에너지원으로 사용하고 남는 포도당을 글리코겐으로 합성해서 저장하도록 함 ⇒ 혈중 포도당 감소, 글리코겐 저장량 증가 |
| 지방 대사 | 지방을 지방산과 글리세롤로 분해함. 지방산은 세포의 에너지원으로 사용되고 글리세롤은 포도당신생성의 원료가 됨 | 세포가 지방산을 흡수하여 중성지방을 만들어 저장하도록 함 ⇒ 혈중 지방산 감소, 지방 저장량 증가 |
| 단백질 대사 | 단백질의 분해를 촉진하여 분해된 아미노산이 간에서 포도당신생성의 원료로 쓰이도록 함 | 세포가 아미노산을 흡수하여 단백질을 합성하는 과정을 촉진하고 단백질 분해를 억제함 ⇒ 조직의 성장 및 복구 |
| 결과 | 혈중 포도당·아미노산·지방산 수치가 높아짐 | 혈중 포도당·아미노산·지방산 수치가 낮아짐 |
