흡수 - 영양소의 흡수

흡수

구강에서는 영양소의 흡수가 일어나지 않고 식도에서는 특별한 종류의 약물이 상당량이 흡수되기도 합니다. 위에서는 물, 소량의 알코올, 특정 종류의 지질이 흡수되고 대부분 영양소의 흡수는 소장에서 이루어집니다. 소장은 단백질, 탄수화물, 지질, 알코올의 형태로 받아들이는 음식 에너지의 95%를 흡수합니다. 일부 무기질과 물, 박테리아에 의해 생산되는 짧은 지방산들은 대장에서 흡수됩니다.

소장에서 일어나는 흡수의 정도와 효율성은 소장의 표면적과 관계가 있습니다. 소장의 벽은 주름져 있고, 주름 사이에는 손가락 같은 융모돌기가 있습니다. 각 융모돌기는 흡수세포로 이루어져 있는데, 이 세포들 각각은 글리코칼릭스라 불리는 머리카락 같은 돌기로 덮인 미세융모들을 가지고 있습니다. 장내 효소들은 글리코갈릭스에서 발견되기도 하며, 소장 내의 이 모든 주름들과 돌기, 톱니 모양들은 단순한 원통 모양일 때보다 표면적을 600배나 증가시킵니다.

 

흡수 유형

영양소가 지질의 이중층인 세포막을 침투할 수 있고, 소장내강의 농도가 흡수세포 내부보다 훨씬 높을 때 단순확산(passive diffusion)이 가능합니다. 물, 대부분의 지질, 일부 무기질 등은 운반체나 에너지 소비 없이 단순확산으로 흡수됩니다.

과당의 흡수는 촉진 확산(facilitated diffusion)에 의해 이루어지며, 농도경사를 역행하여 이동하지 않으므로 에너지를 소비하지는 않지만 운반체를 이용합니다. 포도당, 갈락토오스, 아미노산 및 일부 다른 영양소들의 소장내강 농도는 흡수세포 내부보다 낮습니다. 이들 영양소는 흡수되는데 운반체를 사용하며 농도경사에 역행하여 이동하므로 ATP를 소모하는 능동 수송(active transport)입니다.

세포 내 이입(endocytosis)에는 식작용(phagocytosis, cell eating)과 음작용(pinocytosis, cell drinking)이 있는데, 세포 내 이입은 흡수세포가 세포막에 접촉하는 화합물이나 액체를 세포막의 움푹 들어간 부분으로 움직여 오면 세포가 그것들을 감싸는 것으로 이루어집니다. 그 예로서 어린이가 모유를 섭취하였을 때 소장 내에서 항체를 흡수하는 것을 들 수 있습니다.

 

흡수 경로

소장 융모에는 문맥순환(portal circulation)과 림프관 순환(lymphatic circulation)이라는 두 가지 다른 순환체계가 지나게 됩니다. 문맥순환이란 모세혈관을 통해 흡수된 수용성 영양소(단백질, 탄수화물, 짧은사슬 지방산 및 중간사슬 지방산, 비타민B군, 비타민C)들이 간문맥(portal vein)을 통해 직접 간으로 들어가는 것입니다. 심장에서 나와 동맥을 통해 장으로 가서 융모 내 모세혈관에 도달한 혈액은, 흡수된 수용성 영양소를 이끌고 간문맥에 모여 곧바로 간으로 갑니다. 이렇게 간으로 직접 감으로써 간은 흡수된 영양분들이 체순환에 들어가기 전에 처리할 수 있게 됩니다. 문맥 흡수를 위해 쓰이는 혈류는 심장의 전체 박출량의 약 30%를 차지합니다.

림프관 순환체계도 융모를 통과하며, 림프관은 지용성 분자들(긴사슬 지방산, 비타민A·D·E·K)이나 너무 커서 모세혈관을 통해 혈류로 전달되기 어려운 분자들(혈류로부터 나온 큰 단백질과 지질흡수 뒤에 생성되는 카일로미크론)을 옮깁니다. 장림프관은 흉관(thoracic duct)으로 흘러 들어가는데 이는 복부로부터 목까지 걸쳐 있는데, 이 관은 목 가까이에 있는 큰 정맥인 좌측 쇄골하정맥(subclavian vein)을 통해 혈류와 연결됩니다.

담즙은 간에서 생성되어 담낭에 저장되어 있다가 지방 섭취 시 담낭의 수축으로 담즙이 분비됩니다. 담즙은 지방의 분해를 도우며 소장의 뒷부분인 회장에서 재흡수되어 문맥으로 순환되어 간으로 돌아가는데, 이러한 재순환을 장간순환(enterohepatic circulation)이라고 합니다. 담즙의 98%는 재순환되고 1~2%만이 배설물로서 체외로 배출됩니다.

 

 

영양소의 흡수

각 영양소의 흡수 기전이나 흡수 정도는 영양소의 종류나 섭취량, 인체의 축적 정도에 따라서 달라지며 특히 에너지를 내는 열량 영양소의 흡수는 소화와 동시에 이루어집니다.

 

탄수화물 흡수

탄수화물은 단당류의 형태로 소장에서 흡수됩니다. 흡수속도는 당의 종류에 따라 다르며 헥소오스가 펜토오스보다 빠릅니다. 포도당의 흡수속도를 100으로 했을 때 상대적인 흡수속도를 비교해 보면 갈락토오스는 110, 과당 43, 만노오스 19, 자일로오스 15로 나타냅니다. 포도당과 갈락토오스는 나트륨(Na+)과 함께 융모의 흡수세포에서 능동수송됩니다. 이 과정에서 쓰이는 ATP는 실제로는 나트륨을 다시 세포외액으로 되돌리는데 이용합니다. 과당은 흡수세포들에 의해 촉진확산으로 흡수됩니다. 포도당·갈락토오스·과당은 융모로 들어간 후 이들은 문맥을 통해 간으로 가서 에너지로 사용되거나 혈액으로 직접 방출되며, 일부는 글리코겐 생성과 지질합성에 쓰입니다. 탄수화물의 흡수에는 갑상선 호르몬, 뇌하수체 호르몬, 부신피질 호르몬, 인슐린 등이 관여합니다.

 

지질 흡수

지방산과 모노아실글리세롤은 단순확산에 의해 소장 점막세포로 흡수됩니다. 소장세포의 표면에는 부동의 물층(unstirred water layer ; USL)이 있습니다. 지방산과 모노아실글리세롤이 그 물층을 통과하여 소장세포에 접근하여, 흡수되기 위해서는 혼합미셀이 형성되어야 합니다. 혼합미셀은 지방산과 모노아실글리세롤이 양친매성(amphipathic) 분자인 담즙산염과 인산 및 콜레스테롤 등과 함께 소장의 연동운동을 받아 형성됩니다. 탄소원자의 수가 12 미만인 지방산은 수용성이어서 장의 융모 내 모세혈관을 통해 흡수되며, 대개 문맥을 통해 간으로 이동합니다. 반면 탄소원자의 수가 12 이상인 긴사슬 지방산은 장의 흡수세포에서 중성지방으로 에스테르화되어 카일로미크론을 형성한 후, 융모 내 림프관을 거쳐 흉관으로 이동합니다.

소장에서 나오는 림프액은 카일(chyle)이라 부르며, 지질이 풍부한 식사를 한 후에는 우유처럼 보이는데 이것은 직경이 약 1㎛ 정도로 유화된 카일로미크론이 현탁되어 있기 때문입니다. 카일로미크론은 흉관에서 쇄골하정맥으로 이동하여 혈류로 갑니다. 지질이 많은 식사를 하면 혈액은 카일로미크론의 농도가 높아져서 유백색을 띠게 됩니다. 그러나 식후 1~2시간이 지나면 중성지방이 혈액으로부터 제거되므로 정상으로 돌아옵니다. 카일로미크론은 림프관을 통해 흡수되거나, 궁극적으로는 혈류로 가게 됩니다. 그리하여 카일로미크론은 흡수된 지질 대부분을 목표조직으로 운반합니다.

카일로미크론(chylomicron)
식이로부터 흡수된 지방산과 모노아실글리세롤이 소장세포에서 중성지방으로 합성된 후, 그 주위 표면을 인지질과 특수 단백질로 싼 지단백질의 일종으로 식이지질의 운반을 담당한다.

 

단백질 흡수

작은 펩티드와 아미노산들은 소장세포로 능동흡수됩니다. 즉 아미노산은 피리독살 인산(pyridoxal phosphate, PLP)으로부터 알데히드를 얻어 schiff염을 만들어 흡수되며 흡수 중에는 점막에서 아미노기 전이반응을 일으킵니다.

아미노산 흡수에는 몇 종류의 운반 시스템이 있는데, 첫째 작은 크기의 아미노산인 알라닌·세린·트레오닌을 운반하는 A시스템, 보다 큰 크기의 아미노산인 루신·페닐알라닌·발린·메티오닌을 수송하는 L시스템, A나 L시스템보다 느리게 흡수되는 염기성 아미노산 운반 시스템, 그리고 가장 흡수속도가 느린 산성 아미노산 운반 시스템 등이 있습니다. 아미노산은 L형이 D형보다 흡수가 빠릅니다.

영아의 경우는 모유 중의 면역성분들을 단백질 형태로 흡수합니다. 작은 펩티드들은 흡수세포 내에서 결국 개개의 아미노산으로 분해됩니다. 아미노산은 문맥을 통해 간으로 가는데, 거기에서 단백질과 결합하거나 에너지 필요에 의해 사용되기도 하고, 포도당이나 지질로 전환되거나 혈류로 방출되기도 합니다.

 

비타민 흡수

지용성 비타민은 대부분 지질을 따라 확산에 의해서 흡수가 진행됩니다. 따라서 지질의 흡수가 저하되면 지용성 비타민의 흡수에도 이상이 초래할 수 있습니다. 수용성 비타민은 주로 공장에서 흡수되며 티아민은 높은 농도에서는 비능률적인 수동확산으로 흡수되고 낮은 농도에서는 능동수송으로 운반됩니다. 리보플라빈과 판토텐산은 능동수송으로, 비타민 B₆는 확산으로 흡수되나 흡수 후 인산화로 인해 대사적 인산화됩니다. 나이아신은 농도가 낮을 때는 촉진확산으로, 농도가 높을 때는 단순확산으로 흡수됩니다.

엽산은 포리글루타밀 유도체가 모노글루탐산으로 가수분해된 후 소장에서 흡수되고, 비타민B₁₂는 소장의 회장 부분에서 흡수되는 유일한 필수 영양소로서 흡수를 위해서는 위에 있는 내적인자를 필요로 합니다. 엽산은 주로 공장 상부에서 능동수송에 의해 흡수됩니다. 비타민C는 소장에서 능동수송으로 운반되며 일부는 단순확산으로 운반됩니다.

대장의 박테리아에 의해 합성된 비타민K와 비오틴 등은 식이섬유소와 소화되지 않는 다당류의 발효에 의해 만들어진 짧은사슬 지방산들과 함께 대장에서 일부 흡수됩니다. 담즙산도 회장부분에서 재흡수됩니다.

 

물과 무기질 흡수

물과 무기질은 소장에서 가장 많은 양이 흡수되고, 하루 평균 9L의 물이 소장으로 유입되는데 그중 80% 이상이 소장에서 흡수되며 대장으로 유입되는 양은 1.5L 정도입니다. 소장 점막의 세포막은 물에 대해 투과성이 높으므로 영양소의 흡수로 인해 물의 농도차가 생길 때마다 곧바로 물이 이동됩니다. 알코올은 위에서 20%가 흡수되고 나머지 80%는 소장에서 흡수됩니다.

나트륨은 소화물에 가장 고농도로 존재하므로 가장 많이 이동하는 용질이며 Na, K-ATPase에 의해 능동수송으로 흡수됩니다. 철이온은 소장 점막세포로 능동수송되어 페리틴이라는 저장 단백질에 결합되거나 transferrin이라는 단백질과 결합하여 혈액으로 분비되기도 합니다. 점막세포가 융모돌기의 끝에서 떨어져 나가면 페리틴에 결합되었던 대부분의 철은 다시 소장내강으로 분비되어 대변으로 배설됩니다. 세포 내 저장에 관여하는 운반 단백질이 있고, 소변으로의 배설보다는 흡수 조절이 체내의 향상성을 유지하는 주요 기전이라는 점에서 철은 미량무기질 흡수형태의 전형적인 예입니다. 칼슘은 지방산과 결합하여 물에 불용성의 물질을 만들지만 담즙산염의 작용으로 수용성이 되어 흡수됩니다. 비타민D가 부족하면 칼슘의 흡수 저해가 일어납니다.

대장은 물과 무기질로 주로 흡수되는데 물과 함께 나트륨(Na+)과 칼륨(K+)이 흡수되며, 200ml 정도의 물만이 흡수되지 않고 남습니다. 또한 장내 세균이 합성하는 리보플라빈, 비타민B₆, B₁₂, K 등도 대장에서 흡수됩니다. 대변의 성분은 음식물 중의 불소화물과 장벽으로부터 탈락된 점막세포, 장내세균, 효소, 점액, 담즙, 기타 소화관의 분비물 등입니다.

철, 칼슘, 마그네슘, 인산 등의 일부와 납, 수은 등의 중금속은 대부분 대장을 거쳐 대변으로 배설됩니다. 대변의 색은 빌리루빈이 장내 세균에 의해 환원되어 생긴 유로빌리루빈에 의해 갈색을 나타냅니다.