박광하의 생명과학 이야기
비타민 [vitamin]이란 무엇인가?
괴혈병 [壞血病]의 정체
비타민의 정체가 밝혀지게 된 것은 15세기부터 19세기에 걸쳐 장기간 항해 하는 뱃사람 [船員]들에 의해서다. 특히 세계를 정복하다 시피 한 영국의 해군은 전사 [戰死] 하기보다는 괴혈병 [壞血病]으로 인한 사망자가 대부분이었다. 괴혈병이란 전신의 권태와 무력감, 식욕부진 등이 나타나다가 이어서 구강점막, 피하, 내장 등에 출혈로 인한 혈종이 나타나고 증상이 더 심해지면 결국 죽게 되는 병인데 당시에 이 병이 비타민C의 부족으로 오는 질병인지를 알 리가 없었다. 1490년대 아메리카 발견자로 알려진 그리스토퍼 콜럼버스 [1451 – 1506.5.20]는 항해 중에 다리가 퉁퉁 부어서 걸을 수 없게 된 선원들을 중남미 카리브 해의 작은 섬에다 버리다시피 내려 놓고 항해를 계속 하였으며 돌아오는 길에 그 섬에 들렸더니 죽은 줄 알았던 선원들이 멀쩡하게 살아 있었던 것이다. 버림받은 수병들은 섬 여기저기에 싱싱한 풀을 씹으며 연명하였는데 놀랍게도 며칠 후에 기력이 회복되고 정상으로 돌아올 수 있었다. 콜럼버스 일행은 그 섬을 포르트갈어로 치료의 섬이라는 뜻의 쿠라사오 [Curacao]라고 하였다.
비타민의 발견
콜럼버스 이후 250여 년이 흐른 뒤인 1747년 린드[영국인, ‘비타민의 개척자’다. 1740년대 영국 해군함대 소속 군의관]는 “정체를 알 수는 없지만 한 영양분 (비타민C)’이 부족해 괴혈병이 나타났다”고 생각했다. 6년 뒤인 1753년 그는 자신의 생각을 좀 더 발전시켜 신선한 녹색 채소를 먹으면 괴혈증을 치료할 수 있다는 주장을 논문으로 내놓았다. 미국 영양학자인 잭 챌럼은 ‘비타민의 과거·현재·미래’란 칼럼에서 “린드가 비타민의 정체를 알아내거나 비타민이라는 말을 만들지는 않았다”며 “하지만 이후 학자들이 그의 논문을 출발점으로 삼아 비타민을 연구했기 때문에 그를 ‘비타민의 개척자’로 부를 만하다”고 말했다. 린드 (James Lind, 1716 ~ 1794)가 1739년부터 영국함대에서 근무하면서 병사들의 영양식에 대하여 관심을 가지고 세밀한 관찰로 괴혈병의 예방법을 모색하던 중에 레몬즙을 이용한 식이요법으로 괴혈병을 예방 할 수 있다는 것을 알게 되었고 이것이 훗날 비타민이라는 영양소의 존재를 세상에 등장 시키는 계기가 된다. 그 후에 많은 학자들의 후속연구가 계속 되여 왔으며 1929년 네덜란드의 아이크만 (Christiaan Eijkman, 1858~1930)과 영국의 홉킨스 (Frederick Gowland Hopkins, 1861 ~ 1947)가 비타민연구로 노벨 생리의학상을 수상함으로써, 비타민 발견자의 이름을 올리게 되었다. 1906년에 프레더릭 홉킨스는 음식물은 단백질, 탄수화물, 지방, 무기질, 물 이외에 필요한 보조영양소를 포함하고 있다고 발표하였으며, 그 후. 현미에 있는 각기병을 막아주는 효과를 가지고 있는 성분이 “아민”임을 밝혔다. 지독한 냄새를 풍기는 “암모니아- NH3”는 질소 원자 1개에 수소원자3개가 결합한 것인데 수소원자 1개가 떨어져 나간 화합물을 “아민- Amine (NH2)”이라고 한다. 이 아민 이라는 유기 화합물이 100여년 전에 비타민이라는 이름의 단초[端初]가 된 것이다. 아민은 암모니아가 화학변화를 거치며 생체반응을 조절하는데 결정적인 역할을 하게 된다. 1911년 폴란드출신의 화학자 카시미르 풍크 [Casimir Funk- 1884. 2. 23 – 1967.11.20]는 각기병 [脚氣病]을 유발하는 물질인 수용성 “보조 인자”을 분리하는데 성공 함으로써 생리의학계의 일대 전환의 계기를 만들게 한다. 당시 각기병은 동아시아에서 자주 발생하던 질병이었다.
생명유지에 필요한 물질 – Vitamin
비타민의 발견은 세계사에 기록될 만한 놀라운 일이었고, 풍크는 이 성분을 ‘비타민’이라고 명명했다 비타민의 어원 (語源)은 비타-vital (생명)와 아민-amine (질소를 함유하는 화합물의 일종)에서 나온 말이며 카지미르 풍크가 명명한 이름이다. 이 성분을 생명유지에 꼭 필요한 아민 (vital amine)이라는 뜻으로 비타민 (Vitamine)이라고 이름을 붙인 것이다. 그 후 많은 보조영양소에 비타민이라는 단어가 사용되었다. 그러나 새로 발견되는 대부분의 비타민은 아민을 전혀 포함하고 있지 않다는 사실이 밝혀지면서 끝 자인 ‘e’를 빼고 비타민 (Vitamin)으로 주로 쓰이게 되었다. Vitamin의 발음이 미국식으로 하면 바이터민-vaɪtəmɪn, 영국-호주 식은, 비터민-vɪtəmɪn이고 한국 표준어는 비타민 이지만 학술논문 등 에는 미국식 발음인 바이터민 으로 표기하고 있다. Vitamin은 “vital-생명의”, “생명유지의”, 의 뜻과 화학 성분인 아민 (Amine)이라는 물질과 결합한 화학 성분을 통틀어서 일컫는 유기화합물의 이름이다. 비타민’은 어떤 특출한 한 사람의 노력 이 아니라 여러 나라 과학자 들의 노력의 결과로 발견하게 된 것이다. 1900년대 초까지만 해도 많은 화학자들은 건강한 신체는 ‘새로운 영양’의 3대 필수 영양소, 즉 단백질, 지방, 탄수화물만 있으면 충분하다고 생각했다. 이어 1915년 미국의 화학자 엘머 맥컬럼 [Elmer McCollum, 1879. 3. 3. ~ 1967. 11. 15.]이 쥐를 대상으로 한 실험에서 부족하면 눈병을 유발하고, 성장을 저해할 수 있는 또 다른 성분을 분리해 내는 데 성공했다. 맥컬럼은 처음에 이 성분이 물에는 녹지 않고 기름에 용해되는 물질임을 확인하고 ‘지용성 [脂溶性]인자 A’라고 명명했으나 풍크의 ‘비타민’이 더 기억하기 쉽다는 사실을 알고 나서는 ‘비타민 A’로 바꾸었다. 그 후 발견되는 새로운 비타민은 순서에 따라 알파벳 순 [順]으로 명명하게 된 것이며 풍크가 4년이나 앞서 발견한 ‘비타민 B’를 약삭빠르게도 두 번째로 밀어낸 것이다.
수용성 비타민-B, C. 지용성 비타민 – A, D, E, K.
비타민의 연구가 활발하게 전개되기 시작 하였고, 7여 년에 걸친 연구 끝에 괴혈병을 예방하는 비타민 C와 구루병을 예방하는 비타민 D도 성공적으로 분리해 냈다.. 초기에는 생체에서는 합성되지 않지만 생체에 꼭 필요한 영양소를 추적하는 과정에서 어떤 것은 물에 잘 용해 되고 어떤 것은 기름에 용해가 되는 차이가 있다는 것을 알게 되면서 발견된 물질의 이름을 “지용성a”이니 “수용성c” 이니 하다가, 풍크가 “비타민” 이라는 이름을 등장 시키는 바람에 비타민은 세상에 크게 주목 받는 물질이 되었고, “비타민 생화학” 이라는 새로운 학문영역 까지 등장 하였다. 기름에 용해되는 지용성 비타민에는, A, D, E, K 등이 있고 수용성인 B, C 등이 있다. 이제까지 비타민 종류를 대략 13가지 정도로 보고 있으며 경중을 따질 수 없이 다 중요 하다고 할 수 있다. 그러나 학자들에 따라서는 유난히 강조 하는 비타민이 있다. 한국의 이왕재 교수가 그 사람이다. 그는 방송 출연도 하고 각종 매스컴에 등장 하는 바람에 “비타민C 박사”라고 알려 졌다. 인터넷 검색 하면 “비타민C”에 관한 그의 주장은 넘쳐 나듯 많다. 비타민C 전도사 라고 할 만큼 비타민C 예찬론 자다. 그의 연구 경력이나 경험으로 얻은 확신을 가지고 주장 하는 것이나 반론도 만만치 않다. 비타민 C가 기능은 같으나 화학적 구조의 차이가 있는 두 가지가 종류가 있다. 대표적인 것이 아스코르브산 (ascorbic acid)이고 다른 하나는 디하이드로아스코르브산 (dehydroascorbic acid)이다. 다른 종류도 마찬가지다. 비타민A는 알파카로틴, 베타카로틴 등이 있고 비타민B는 B1-티아민, B2-리보프라빈, B3-나이아신, B6-피리독신 등으로 화학구조의 차이가 나는 유기화합물이다. 비타민C는 선원들과 같이 특수한 환경에서 채소, 과일 등을 섭취 할 수 없는 환경의 선원들과 같은 특수 직업군에게 문제가 되는 것이지 거의 모든 음식물에 들어있을 정도로, 가장 쉽게 접할 수 있는 비타민의 하나이다. 아스코르빈산으로서의 비타민C는 장 내 환경을 약한 산성으로 만든다. 강한 환원재로서 콜라겐의 합성 효소 활성화등 인체에 있어 필수적인 성분중 하나이다. 비타민C는 콜라겐 생성에 관여한다. 비타민 C가 부족하면 콜라겐 생성이 줄고 뼈가 약해져 출혈이 쉬워진다. 또 근육이 약해지고 심장이 비대해 지며 피로감, 무력감, 신경실조에 걸릴 수도 있다. 그밖에 노화방지와 스트레스를 해소하고 철분 흡수를 도와준다. 감자의 비타민C는 사과보다 3배나 많다. 간식으로 반찬으로 무심코 먹는 감자지만 알고 먹으면 맛도 건강도 배가 된다.
비타민연구의 한계
“화학”이라는 학문의 기초가 확립된 것이 200여년 전이고 150여년 전에 비타민이 발견 되었으며 한국인들이 비타민을 본격적으로 인식하기 시작한 것은 100여년 밖에 되지 않는다. 서양에서 출발한 유기화학에서 비타민이라는 영역이 생기다 보니 생소한 학술용어가 등장 할 수 밖에 없다. 비타민의 연구나 영양소로서의 개발은 진행 중이며 확증된 결론이 그리 많지 않음을 유의 해야 한다. 필자가 서술하는 것도 고등학교 교과서 수준의 일반적 지식 수준의 일부분일 뿐이다. 현재 한국인의 90%는 비타민D가 부족한 상태라고 한다.
비타민 D
필자도 얼마 전에 혈액검사를 하였더니 비타민D가 부족하다는 결과가 나왔다. 여자들은 얼굴이라도 타면 등급[?]이 낮게 평가 될 것을 근심 하여서 인지, 눈만 빼 꼼 하게 내놓고 다니니 비타민D가 충족 될 리가 없는 것이다.. 현대인들 중 사무직이나, 학생, 광부, 원자력 잠수함 승무원 등은 다분히 부족 할 수 밖에 없는 상황이며, 북유럽 쪽 사람들도 햇빛이 잘 안 드는 기후 탓에 비타민D를 보충하기 위해 일광욕을 일상화 하고 햇빛과 같은 효과를 내는 기계를 발명해서 애용하고 있다고 한다. 비타민D는 식품에 함유 되여 있기도 하지만 성인은 햇빛을 받아도 인체 내에서 합성 되기도 한다. 동물체가 가지고 있는 비타민D를 콜레칼시페롤 [Cholecalciferol]이라고 하고 식물의 것을 에르고칼시페롤 [Ergocalciferol]이라고 한다. 화학적 구조가 약간씩 다르기 때문에 에르고칼시페롤을 비타민D2라고도 하고 콜레칼시페롤은 비타민D3라고 한다. 버섯 하면 에르고스테린 [Ergosterin]이라는 성분을 생각하게 되는데 이 성분이 버섯에 있을 때는 비타민D가 아니지만 자외선에 의해서 비타민D2인 에르고칼시페롤로 변하는 것이다. 콜레칼시페롤도 역시 자외선에 의해서 피부 피지선의 콜레스테롤이 화학변화를 거쳐 비타민D가 된 것이다. 비타민D의 부족으로 햇빛을 쪼인다 해도 합성능력이 저하되면 보충되지 않는 경우도 있음을 감안해야 한다. 실제로 하루 종일 뙤약볕을 받으며 일하는 어부들 중에도 합성능력 저하로 상당수가 비타민D 결핍증을 보이고 있다는 것이다.
비타민 A
비타민D 결핍이 심하면 곱사등 이라고 하는 구루병 [九漏病]에 걸린 다는 것을 상식적으로 알고 들 있다. 비타민A는 야맹증 [夜盲症], 비타민B는 각기병 [脚氣病], 비타민C는 괴혈병 [壞血病], 비타민D 구루병 [九漏病]을 달달 외웠던 기억들이 있을 것이다. 필자의 어린 시절에 할머니가 눈이 밝아진다고 하며 닭의 생간을 먹이시던 기억이 있다. 할머니는 밤눈을 못 본다는 야맹증에 닭의 간이 즉효라는 정보를 굳게 믿으셨기 때문이었을 것이다. 실제로 캄캄한 밤에 환한 불빛에 앉아 있다가 캄캄한 밖으로 나가면 제 신발을 찾지 못하고 쩔쩔 매는 친구들이 있었다. 간에 비타민 A와 D가 많이 저장되어 있지만 너무 많이 먹으면 치명적인 독이 된다. 1959년에 네덜란드의 탐험가 윌렘 바렌츠의 일행이 북극곰의 간으로 만든 요리를 먹고 전원 사망하는 엄청난 사고가 있었다. 곰의 간에는 인간은 견딜 수 없는 치사량의 비타민A가 있다는 것을 밝힌 것은 훨씬 후에 일이었다. 비타민D의 중요한 기능으로는 뼈를 강하게 하고, 칼슘과 인의 흡수를 도우며, 혈액중의 칼슘 농도를 일정하게 유지해서 뼈를 강하게 하는 것이다. 지용성 비타민 이기 때문에 주로 지방질의 고기, 생선, 견과류, 우유 및 유제품 등에 풍부하며, 이외에도 알류, 버섯 등에도 많이 들어 있다. 비타민D의 부족을 해소하기 위한 비타민제[劑]의 복용의 경우 과다하면 요로결석[尿路結石] 등의 부작용을 감안해야 함은 당연하다.
토코페롤 [Tocopherol]
비타민E는 몰라도 토코페롤 [Tocopherol]은 임산부들이 복용하는 비타민 제제 [製劑]인 것을 안다. 미국의 해부학자 이며 발생학자인 에반스 박사 [Herbert McLean Evans, 1882.9.23 – 1971.6.3.]는 상추에서 비타민-E의 성분을 추출한 후 이를 기름기가 있는 동물사료에 넣어서 실험실 동물들을 먹였더니 동물들의 임신이 잘 유지되면서 동물들의 태아가 잘 자라는 것을 확인 하였다. 에반스 박사는 이를 보고, toco (태아) + pherol (분만) = 토코페롤 [Tocopherol] 이라고 명명한 바 있다. 토코페롤이 비타민E 다. 지방질이 주성분을 이루고 있는 모든 세포의 세포막의 산화를 방지 하며 지방질과 친화력을 갖고 있다. 항산화제인 비타민E 는 산화제인 활성산소의 작용을 억제한다. 활성산소는 각종 염증과 노화를 일으키는 주범이기도 하다. 다른 지용성 비타민에 비하여 비타민E는 독성이 아주 적은 비타민으로 과잉증 [過剩症]이 거의 없는 것으로 알려져 있다. 그러나, 비타민 보충제의 형태로 인조 [人造] 합성 비타민E의 과용은 두통, 피로, 위장장애, 혈액응고 억제 등의 부작용이 나타날 수 있다. 지방질 성분이 많은 각종 신경조직을 보호하려면 지방질과 친화력이 있는 몇 안 되는 성분 중의 하나인 비타민-E가 절대로 필요한 것이다. 많은 전문가들은 노화를 방지하는 차원에서 서슴없이 비타민-E를 선택할 할 만큼 비타민-E의 작용은 거의 절대적이라고 간주 하고 있다. 왜냐하면 비타민-E는 다른 성분은 물론 다른 산화 방지제를 보존하는 성질을 갖고 있기 때문이다. 세포막과 각종 뇌 신경조직은 물론 각종 영양소 및 비타민들의 산화를 방지해 주는 역할을 하는 것이 비타민-E인 것이다. 이런 면으로 본다면 비타민-E는 몸 속의 모든 조직과 세포는 물론 모든 영양소 및 비타민을 보호해주는 역할을 하는 비타민이라고 인식하면 된다.
비타민제 복용
일상적인 식사 외에 비타민제를 복용하여야 하는 문제인데, 한국인의 식사의 경우 잡곡밥 2/3공기 이상과 나물 류 2-3가지 정도 섭취하는 것을 기본으로 한다고 하더라도 비타민이나 미네랄이 부족하지 않다는 것이며 살코기나 생선을 한 끼 정도 먹으면 족하다고 전문가들은 보고 있다. 여기에 칼슘이 많은 적당량의 우유와 치즈를 곁들이면 금상첨화라고 할 수 있는 것이다. 소화제나 감기약은 먹으면 음식물이 금방 소화되며 배가 편안해지고 열이 내리면서 바로 증상이 호전되기 때문에 약의 효능을 알 수 있다. 그러나 혈압약 같은 것은 혈압을 재야 알 수 있고 특히 비타민제 같은 경우에는 이것이 암을 줄이는 것인지 심장병을 줄이는 것인지를 안다는 것은 전문가도 자신 할 수 있는 것이 아니다. 따라서 이런 경우에는 많은 사람들을 대상으로 한 연구 결과에 근거해서 복용하고 아니고를 결정하게 되는데 과거에는 각 집단이 따로따로 연구를 하고 소규모의 연구였기 때문에 의사들마다 비타민제를 조금 더 믿는 분들은 좋은 결과가 나온 연구를 조금 더 믿게 되는 경향이 있다. 반면 최근 2005년부터 2013년까지 비타민제와 관련한 다양한 연구 결과들을 함께 모아서 종합한 보고들이 나오고 있는데 그에 따르면 특정 비타민이 심혈관 질환이나 암의 총 사망률을 감소시킨다고 볼 수 있는 근거는 아직 조금 부족하다고 말하고 있는 실정이다. 한편 특정질환이 있어서 의사가 비타민제를 권하는 경우가 있다. 안 질환이나 백반증 또는 특정 약물로 치료 중일 때 그 약물이 비타민을 결핍시킬 수 있어 처방을 받는 경우가 있는데 이런 경우는 예외적으로 생각하시는 것이 옳을 것 같다.
‘건강하다’는 것은 단순히 신체적으로 질병이 없는 상태를 말하는 것이 아니다. 불가리아의 쓰몰란 지방은 인구 10만 명당 100세 이상 장수자가 31.9명이라는 높은 비율로 장수 지역으로 유명한 지역이다. 이 지역의 특성으로 꼽을 수 있는 것이 양젖으로 만든 요구르트다. 매일 식후 설탕 친 요구르트를 30ml씩 마시고 검은 빵과 토마토를 비롯한 신선한 야채에 여러 종류의 고기를 조금씩 요리하여 먹는 것으로 조사 되었다. 불가리아가 2차 세계대전 후에 공산국가 가 되면서 경제가 어려워져 국민들이 궁핍한 생활을 할 수 밖에 없었다.먹고 살기 위해서 농사도 하고 양도 길러 자급자족 하며 어렵게 살았으나 건강들은 좋았고 장수자가 많다는 소문이 세계에 퍼지기 까지 하였다. 1989년 소련이 무너지면서 주변국과 함께 민주주의 국가가 되고 유럽연합 [EU]에 가입하면서 경제가 발전하고 국민들의 식생활도 변화 하였는데 오히려 국민들의 건강은 나빠지고 장수자가 감소 하였다는 것이다. 가축을 기르고 농사를 하며 자급자족하던 가난한 시절에는 영양결핍이며 건강 걱정을 하지 않았는데 간편한 인스턴트 식품 섭취가 늘면서 부작용이 수반된 것으로 보고 있는 것이다. 불가리아 쓰몰란 사람들의 사례를 통해서 건강은 단순이 생활향상을 통해서만 얻어 지는 것이 아니라는 것을 통감 하게 되는 것이다.
박광하 (전 여주대신고 교감, 전 수원계명고 교장)
필자 박광하 선생은 고려대학교 생물학과를 마친 후에 평생을 생물과학 강의와 교육에 헌신하여 왔다. 30여년 전 호주로 이주하여 시드니에 거주하며 민주화 실천과 집필 활동을 하고 있다. 저서로 ‘생명과학이야기’ (북랩)가 있다.