항산화제(antioxidant)와 유리기(free radicals)
항산화제는 몸 조직에서 세포분자의 산화손상을 지연시키거나 억제하는 물질로 정의된다.
산화손상이란 산소를 함유한 유리기(free radicals), 예를 들어 과산화기(superoxide radicals), 수산화기(hydroxyl radicals), 오존 등이 우리 몸의 세포분자를 공격하는 것을 의미한다. 사실, 인간의 몸은 여러 다른 생물학적 기전에 의해 해로운 산화손상을 방지하기 위하여 자체적으로 항산화제를 사용한다.
세포핵을 구성하는 대부분의 원자들은 궤도전자들의 공유쌍으로 둘러싸여 있다. 우리 몸의 대부분의 분자는 공유전자로 존재하지만, 일부 분자는 하나 또는 그 이상의 비공유전자들로 존재할 수 있다. 그러한 비공유 전자들을 free radicals라 한다. 유리기로서 존재하는 2개의 흔한 분자로서 산소와 산화질소이다. 산소는 2개의 비공유전자들을 함유하며, 산화질소는 한 개의 비공유전자를 함유한다. 두 개의 유리기가 만나는 경우, 분자들은 전자쌍을 형성하기 위하여 그들의 비공유전자들과 합쳐지게 된다.
불운하게도, 이러한 유리기들은 새로운 유리기들을 만들기 위하여 비유리기들과 매우 쉽게 반응한다. 이러한 방법으로 유리기의 형성은 화학적 사슬반응으로 진행할 수 있다. 유리기에 의해 시작되는 이러한 사슬반응은 정상적인 인간 세포와 구조에 해로운 독성을 나타낼 수 있다. 과산화기와 수산화기는 조직세포에 해를 줄 수 있는 큰 잠재성을 갖고 있다. 과산화기는 수용성환경에서는 극도로 반응성을 나타내지 않으나, 세포막의 지질막에서는 특히 파괴적이다.
수산화기는 유리기 중에 가장 반응성이 있으며 파괴적이다.
유리기는 정상 대사 부산물로서 몸안이나 환경으로부터 만들어진 매우 반응성이 높은 화합물이다. 유리기는 별도의 에너지를 함유하기 때문에 본질적으로 불안정하다. 이 에너지 부하를 감소하기 위하여 유리기는 전기적으로 전하를 띤 분자로서 몸안의 어떤 세포와 반응을 하며 정상적인 세포기능을 방해한다.
사실, 유리기는 적어도 50가지 이상의 질환과 관련하여 노화과정, 암, 동맥경화증, 관절염, 다른 염증질환, 신장질환, 백내장, 염증성장질환, 대장염, 간기능부전, 췌장염, 피부질환, 심장질환, 면역계 등에 영향을 미치는 것으로 믿어지고 있다. 유리기의 노출감소와 항산화제 제품의 섭취 증가는 유리기와 관련한 건강위험을 감소할 수 있다.
산소는 생명에 필수적이지만 잠재적으로 해로운 화합물인 유리기의 자원이다. 유리기는 또한 환경에서도 발견된다. 유리기의 환경자원으로 방사선(공장, 태양노출, 의료 X-ray), 오존, NO(일차적으로 자동차 배기 가스), 중금속(수은, 카드늄, 납), 흡연, 술, 불포화지방, 화학물, 그외 음식, 물, 공기 등이 될 수 있다.
항산화제는 유리기의 에너지를 감소하며, 세포 첫부위에서 형성되는 유리기를 멈추게 하며, 유리기에 의한 손상을 최소화하기 위하여 산화 사슬반응을 방해하는 등의 여러 방법으로 작용을 한다.
우리 몸은 많은 항산화효소, 예를 들어 superoxide dismutase(SOD), catalase, glutathione peroxidase 등을 생성하며 많은 유리기를 중화한다. 그러나 이러한 항산화 효소들은 잘 흡수되지를 않는다. 따라서 이러한 효소들을 만들기 위한 항산화제의 섭취가 더 효과적일 수 있다.
이러한 항산화제들로 SOD를 위한 Mg, Zn, Cu 등의 미네랄과 glutathione peroxidase를 위한 셀레늄이 있으며, 또한 많은 비타민과 건강식품이 사용되고 있다. 비타민과 건강식품으로 비타민 C, 비타민 E, beta-carotene, lutein, lycopene,
niacin형태인 비타민 B3, 비타민 B2, 비타민 B6, coenzyme Q, cysteine(아미노산), bilberry, turmeric(curcumin), grape seed extracts, pine bark extracts, ginkgo 등이 우리 몸을 위한 강력한 항산화작용을 나타낸다. 그외 α-lipoic acid(thioctic acid), nordihydroguaiaretic acid
(NDGA) 등이 있다.
비타민 C
비타민 C는 수용성 비타민으로 강한 항산화제의 기능을 나타낸다. 주요 자원으로 오렌지, 레몬, 딸기, 토마토, 양배추, 빨간고추, 브루콜리 등에 많이 함유되어 있다. 비타민 C의 중요한 기능의 하나는 산화 손상으로부터 저밀도 지단백콜레스테롤(LDL-C)을 보호한다.
나쁜 콜레스테롤인 LDL-C를 보호한다는 말이 이상하지만, 만약 LDL-C가 손상되는 경우 콜레스테롤이 심장질환으로 진행한다. 따라서 비타민 C는 LDL-C의 가장 중요한 항산화보호제이다. 비타민 C는 근육과 혈관을 강하게 하는 콜라겐을 만드는데 필요하며, 상처치료와 자연적인 항히스타민로서도 중요한 역할을 한다.
또한 담즙형성과 바이러스 제거, 술과 다른 물질들을 해독하는데 도움을 준다. 비타민 C는 감기를 예방하는데 적은 효과를 나타내지만, 고용량(1~8g/하루)은 감기의 기간과 정도를 23%까지 감소시킨다. 최근 비타민 C가 산화질소(nitric oxide)작용을 증가시킴으로써 혈관을 이완시켜 혈압을 낮추며, 동맥의 수축을 예방하여 심장마비를 예방하는 것으로 나타났다. 경구피임제, corticosteroids, 흡연, 아스피린 등의 장기 사용은 비타민 C의 결핍을 야기한다.
비타민 C의 약한 결핍은 모세혈관 약함이 증가하기 때문에 쉽게 타박, 작은 점상출혈과 면역력이 떨어지며, 심한 결핍은 각기병, 골다공증, 출혈과 빈혈을 유발한다. 비타민 C의 항산화성질은 유리기인 과산화기, 수산화기, thiyl기, singlet oxygen을 감소시키며, 또한 오존, 산화질소, 흡연과 같은 공기오염물에 의한 폐손상을 보호하는 작용을 한다. 비타민 C 복용은 하루에 500~1,000mg을 추천하며, 심장질환 예방을 위하여는 100~200mg이 적당하다.
비타민 E
비타민 E는 녹색잎을 갖는 모든 야채, 식물유, 견과유, 모든 곡식에 풍부하게 존재한다. 비타민 E는 빛과 공기에 민감하며 쉽게 산화를 겪는다.
이러한 이유 때문에, 비타민제제는 acetate나 succinate esters로 시판되고 있다. 비타민 E의 화학구조에 따라 d 또는 dl 형태로 나뉘며, d 형태는 자연, dl 형태는 합성으로 얻어진다. 합성 dl 비타민 E는 알파(α)형태로만 발견되며, 자연 비타민 E는 알파, 베타, 감마, 델타의 혼합 형태로 발견된다. 비타민 E는 지용성 비타민으로 순환하는 지단백, 세포막, 지방에 축적하려는 경향이 있다. 토코페롤이 사람의 세포막에 중요한 항산화제이지만, 세포막은 많은 양의 토코페롤을 함유하지 않는다. 비타민 E는 과산화지질로부터 불포화지방산을 보호하는 중요한 작용을 한다.
비타민 E는 비타민 C처럼, LDL-C와 세포막을 보호하는 강력한 항산화제이다. LDL-C의 보호는 심장질환을 낮출 수 있다. 한 연구에서 비타민 E 100 IU를 매일 2년간 복용한 결과 심장질환의 위험을 37~41%까지 낮추었다. 또한 비타민 E 400~800 IU를 매일 복용한 결과, 비치명적인 심장마비를 77%나 감소시켰다. 비타민 E의 독성은 매우 드물며 매우 안전한 것으로 보고 있다. 비타민 C처럼, 비타민 E도 손상된 DNA로부터 암의 위험을 감소시킨다. 가장 흔한 비타민 E의 추천 용량은 하루 400~800 IU이다.
베타-케로틴
녹황색 야채로부터 얻어지는 베타-케로틴은 몸안에서 비타민 A로 전환될 수 있으며, 항산화제와 면역증강제로서 작용한다. 다른 항산화 케로틴은 crytoxanthin, alpha-carotene, zeaxanthin, lutein, lycopene 등이 있다.
베타-케로틴과는 달리, 이러한 성분의 대다수는 유의성있는 비타민 A로 전환되지 않는다. 비타민 A의 활성형태는 retinol, retinal, retinoic acid가 있다. 이러한 화합물은 carotenoids로서 식물에서 생합성되어지며 식물, 과일, 야채의 밝은 색을 띠게 한다.
예를 들어 lycopene은 토마토의 적색색상을 나타낸다. 베타-케로틴은 carotenoids의 중요성분중의 하나이다. 베타-케로틴의 주요 자원으로 홍당무, 브루콜리, 토마토, 빨간고추, 호박 등에 존재한다. 음식 중에서 발견되는 자연 베타-케로틴은 trans beta-carotene과 9-cis beta-carotene으로 구성되어 있으며, 모두는 아니지만 대부분의 시판 베타-케로틴은 합성품이다. 자연과 합성품과의 의미있는 차이는 없다. 베타-케로틴은 노인의 면역기능, 야맹증, 광과민성, 황반변성, 백내장 등의 질환과 관련되어있다.
베타-케로틴은 필수적인 영영분이지만, 결핍은 일어나지 않는다. 하루에 25,000 IU(15mg)를 복용한다. 베타-케로틴의 부작용은 일어나지 않지만, 하루에 100,000 IU 또는 60mg 이상의 과량을 섭취하면 피부가 황색-오렌지색상으로 변색될 수 있다. 베타-케로틴은 비타민 E와 장기간 동안 함께 복용할 수 있으나, 비타민 E의 혈중수치를 감소시킬 수 있다. 특히 합성 베타-케로틴은 흡연자에게 폐암의 위험성을 증가하는 것으로 나타나고 있다. 따라서 흡연자는 모든 베타-케로틴의 복용을 피해야만 한다.
Coenzyme Q(ubiquinone)
Coenzyme Q는 동물과 식물조직에 풍부하게 존재하며, 유리기로부터 몸을 보호하는 강력한 항산화제이다.
Coenzyme Q의 주요 자원은 고기, 생선, 식물유, 쌀눈, 콩, 시금치, 브루콜리 등이며, 몸의 생화학적인 면에서 전자운반과 에너지 생산에 중요한 역할을 한다. Coenzyme Q는 음식으로부터 복잡한 과정을 통하여 생성된 활력 에너지인 ATP로 전환되는 대사반응을 돕는다.
Coenzyme Q는 에너지생성 효과 때문에 신체적 내구력을 향상시키며, 예비연구에서 불임남성의 정자수를 증가시키고 잇몸질환에도 효과적인 것으로 나타났다. 또한 울혈성 심부전환자에도 유익한 결과를 나타냈으며, Coenzyme Q의 갑작스러운 복용 중단은 울혈성 심부전의 증상을 악화시키므로 갑자기 중단해서는 안된다. 예비연구에서 당뇨를 갖는 부정맥환자에게 한달간 복용한 결과 증상을 향상시키는 것으로 보고되었다. 협심증과 심근위축 등의 심기능을 또한 향상시킨다. 그 외에도 혈압, 면역기능, 알쯔하이머질환에도 효과적인 것으로 나타났다. 복용법은 하루에 Coenzyme Q 90~150mg을 흡수를 증가시키기 위하여 식사와 함께 복용한다.
Proanthocyanidins
Proanthocyanidins은 bioflavonoids군으로 “OPC(oligomeric proanthocyanidins)"와 “PCOs(procyanidolic oligomers)”로 또한 불리고 있다. Flavonoids는 과일과 야채에 널리 분포한다. 특히 소나무줄기(pine bark), 포도씨, biliberry, cranberry, black currant, green tea, black tea 등에 많이 함유되어 있다. 일부 학자들은 OPC와 PCOs를 “pycnogenol(피크나게놀)”로 또한 부르고 있다.
Proantocyanidins의 주요 기능은 항산화작용, 콜라겐의 안정화, 결체조직 2개의 단백질인 elastin지지, 혈압, 근육 등에 작용한다. 또한 시력을 향상시키며, 만성 정맥 기능부전에도 사용한다. Flavonoids와 proanthocyanidins은 결핍상태를 야기하지 않기 때문에 필수영양소로 분류되지는 않는다. Proanthocyanidins은 하루에 50~100mg이 추천되지만, 최적의 수치는 알려지지 않은 채로 남아 있다.
특별한 부작용은 없으며 과량 섭취시 뇨로 배설된다.
Ginkgo biloba
은행은 나무 중에서 가장 오래 생존하는 종으로 1,000년까지 사는 것도 있다. 의약품으로 은행은 중국에서 약초로 거의 5,000년이나 사용되어 왔다. 은행알은 호흡기질환을 치료하기 위하여 가장 흔하게 권고되었으며, 은행잎차는 때때로 노인의 기억력 상실에 사용되었다. 은행잎 추출물의 일차적 2가지 주성분은 ginko flavone glycosides와 terpene lactones이다. Bioflavonoids는 일차적으로 은행잎의 항산화작용을 나타내며 혈소판응집을 억제한다. 이러한 두 작용은 동맥경화증과 같은 순환질환을 예방하는데 도움을 주며 뇌와 중추신경계를 지지한다.
Terpene lactone성분인 ginkgolides는 뇌와 몸의 각 부분으로 혈액순환을 증가시키며, 신경세포를 보호하는 작용을 하며, 또한 혈소판 활성인자(PAF, platelet-activating factor)를 억제한다. 은행잎의 주작용을 보면 혈액순환작용, 인식기능 향상, 항산화기능, 항우울작용, 신경보호와 PAF억제, 이명과 내이와 관련한 몸 평형 등을 향상시키는 것으로 나타났다. 하루에 120~160mg을 복용한다. 비교적 높은 용량(하루 240mg)은 나이와 관련한 기억력 상실, 약한 인식능력 손상, 경증-중등도의 알쯔하이머 질환에 사용한다. 효과를 인지하기까지 6~8주간 복용을 해야 한다.
비타민 B12
비타민 B12는 낙농제품, 계란, 고기, 생선, 가금류에서 발견된다. 비타민 B12는 정상 신경세포작용, DNA 복사, 기분에 영향을 미치는 물질인 S-adenosyl-L-methionine의 생성에 필요하다. 엽산과 함께 비타민 B12는 아미노산인 homocysteine수치를 조절한다. 과량의 homocysteine은 심장질환, 뇌졸중, 골다공증, 알쯔하이머의 위험을 증가시킨다. 비타민 B12 결핍은 악성빈혈과 피로를 야기하며 노인의 배뇨곤란, 청각상실의 위험이 증가하는 것으로 나타났다.
한 연구에서 2~3일마다 비타민 B12 2.5~5.0g을 주사시 만성피로증후군을 갖는 사람의 50~80%가 증상이 향상되었다. 대부분의 사람들은 비타민 B12공급이 필요하지않다. 악성빈혈 치료를 위하여 비타민 B12주사나 하루에 비타민 B12 2~3mcg을 투여한다.
비타민 B6
비타민 B6는 토마토, 바나나, 건포도함유 cereal, 간, 칠면조, 참치 등에 존재한다. 아미노산 과정에 필요한 중요한 비타민이며, 여러 신경전달물질 예를 들어 serotonin, melatonin, dopamine을 만들기 위하여 또한 필요하다. 그러므로 기분과 정신신경 조절에 필수적인 영양소이다.
비타민 B12처럼, 비타민 B6는 homocysteine 수치를 낮춘다. 비타민 B6 결핍은 매우 드물지만 면역, 피부병변, 정신동요를 일으킨다. 알콜중독자, 신부전환자, 경구피임제를 복용하는 여성에게 때때로 결핍이 일어난다. 용량은 하루에 10~25mg이며 질환에 따라 200~500mg을 복용하기도 한다. 부작용은 드물지만 과량 복용(200mg 이상)시 지각신경, 손과 발의 무감각 뿐만 아니라 걷기가 어려워지기도 한다. 임신부와 수유부는 100mg이상을 복용해서는 안된다.
비타민 B3
비타민 B3의 주요 자원은 땅콩, 생선, 고기와 곡식 등이다. 우리 몸은 탄수화물로부터 에너지를 유리하는 과정 중에 비타민 B3를 사용한다. 또한 탄수화물로부터 지방을 생성하고, 알코올 분해과정에 필요하다. 비타민 B3의 niacin은 콜레스테롤을 조절한다.
비타민 B3는 2가지 형태인 niacin(ni-cotinic acid로도 불림)과 niacinamide(nicotinamide로도 불림)가 있다. 비타민 B3 결핍에 의한 질환으로 Pellagra가 있으며, 증상으로는 식욕상실, 피부발진, 설사, 정신변화, 소화불량 등이다. Niacin은 50~100mg에서 홍조, 두통, 위통을 일으킬 수 있으며, 고용량(3,000mg)에서 간손상, 당뇨, 위염, 눈손상, 통풍을 유발한다.
Cysteine
Cysteine은 비필수 아미노산으로 sulfur를 함유한 소수 아미노산의 하나이며 대부분의 고단백음식에서 발견된다. N-acetyl cysteine은 cysteine을 함유하며 더 흔하게 사용된다. Cysteine은 몸의 단백질구조를 유지하며 항산화제인 glutathione의 구성성분이다. 몸은 cysteine을 다른 아미노산인 taurine을 생성하는데 이용한다. Cysteine은 때때로 glucose로 변환되어 에너지 자원으로 사용되며, 위와 장을 튼튼하게 하며, 면역세포에 중요한 역할을 한다.
Lutein
Lutein은 시금치, 케일, 양배추, 콩 등에 존재하며 carotenoids에 속하는 항산화제이다. Lutein은 망막의 중심 부위인 황반에 일차적으로 carotenoid로 존재한다. 빛에의한 잠재적 손상으로부터 황반을 보호하기 위하여 필터로서 작용한다. 결과적으로 lutein은 노화와 관련한 황반변성으로부터 보호하는 작용을 한다.
Lycopene
일차적으로 토마토에서 발견되는 lycopene은 carotenoid군에 속하는 항산화제이다. 하버드대학의 한 연구에서 caro-tenoids와 전립선암과의 관계를 시험하였다. Carotenoids 중에서 lycopene만이 명백히 보호작용을 하는 것으로 나타났다. Lycopene의 최대 용량인 하루 6.5mg를 복용한 남성들이 전립선암의 위험이 21%나 감소됨을 보였다.
토마토를 일주일에 10개 이상 복용한 사람은 전립선암 위험이 21%나 감소됨을 나타냈다. Lycopene이 전립선암 위험 감소와 관련이 있지만, 양성전립선비대증에 미치는 효과는 아직 제시되지 않고 있다. 또다른 연구에서 토마토를 먹는 사람이 위장관과 관련한 암과 심장질환 위험이 보다 낮게 나타났다.
셀레늄(Selenium)
브라질 콩이 가장 좋은 자원이며 yeast, 해물, 고기에도 존재한다. 셀레늄은 암으로부터 몸을 보호할 수 있는 항산화효소 glutathione peroxidase를 활성화한다. 한 연구에서 하루에 200mcg yeast를 기초로 한 셀레늄을 7년 동안 복용한 결과, 암 사망률이 placebo보다 50% 감소함을 나타냈다. 셀레늄은 면역기능에 필수적인 작용을 하여 간염의 발생을 감소시킨다. 또한 갑상선 호르몬을 활성화하기 위하여 필요하며, 비타민 E의 항산화 효과를 증가한다.
셀레늄은 식물에서 발견될 수 있지만, 토양의 셀레늄양에 기초로 한다. 스칸디나비아 등의 일부 지역에서는 토양에 셀레늄이 부족하여, 일차적으로 음식에 의한 셀레늄 결핍 위험이 있다. 셀레늄 하루 권고량은 여성과 남성에게 하루 55mcg과 70mcg이다.
아연
아연은 굴, 고기, 계란, 두부, 검은 콩 등에 존재한다. 유리기에 대한 방어작용과 상처복구, 임신유지, 단백질합성, 시력보호, 면역증강효과를 나타낸다. 아연 트로키제가 성인의 감기증상 기간을 단축시키지만, 어린이에게는 보고되지 않았다.
아연결핍은 알코올 중독자에 흔하며, sickle cell anemia, 흡수불량, 만성신장질환을 유발한다. 하루에 15~25mg을 복용한다. 알쯔하이머 환자는 아연을 피해야한다고 이전에는 알려졌지만, 최근의 연구는 알쯔하이머 증상을 악화시키거나 유발하지 않고 정신기능을 향상시킨다고 하였다.
구리
구리의 가장 좋은 자원은 굴이며, 그외 콩, 토마토, 야채, 고기 등에 존재한다. 구리는 철분을 흡수하고 이용하는데 필요하며, 또한 항산화효소인 superoxide dismutase(SOD)의 부분이다. 몸의 에너지인 ATP를 만드는데 필요하며, 일부 호르몬 합성에도 필요하다.
구리결핍은 흔하지 않다. 아연은 구리의 흡수를 차단하기 때문에 구리의 섭취 없이 아연만 복용하는 사람에게 구리 결핍이 올 수 있다. 또한 구리결핍은 빈혈, 좋은 콜레스테롤인 HDL감소를 유발한다. 아연과 함께 하루 3mg까지 복용은 안전하다. 너무 많은 구리섭취는 심혈관질환과 암의 위험이 될 수 있다.
망간
땅콩, 파인애플, 야채, 씨 등에 존재하며 피부, 뼈, 연골형성에 필요하다. 망간은 중요한 항산화 효소인 superoxide dismutase(SOD)를 활성화한다. 명백한 결핍은 드물지만, 때때로 망간결핍이 골다공증을 유발한다. 하루에 2.5~5mg이하는 안정하며 적절하다. 20mg까지 어느 독성도 관련되지 않았다. 과량의 망간섭취는 드물게 치매와 정신증상을 유발한다. 칼슘, 철분, 아연은 망간의 흡수를 감소시키나, 망간과 함께 아연과 구리는 superoxide dismutase를 활성화시킨다.
Glutathione(GSH)
Glutathione은 반응성 thiol(-SH)을 함유하는 tripeptide이며, 산화형 glutathione(GSSG)은 2개 glutathione이 disulfide로 결합(-S-S-)되어 구성되어 있다. Glutathione은 실제적으로 모든 식물과 동물조직에서 발견되며, glutathione의 좋은 식이자원은 브루콜리, 녹색잎 야채, 예를 들어 시금치, 파슬리에 존재한다. 또한 모든 살아있는 유기체의 생물학적 기능에 매우 중요하다. Glutathione은 손상된 DNA복구와 불활성 대사물의 독성성분을 대사하는데 도움을 준다.
Melatonin
멜라토닌은 serotonin 대사에 의하여 생성되는 호르몬이다. 항산화제로서 멜라토닌의 생리적인 기능은 명확하지 않으나, 유리기를 제거하고 과산화지질의 많은 형태를 감소하는 것으로 나타났다.
