내몸 ≫ 소화기관

위산은 염산(HCl)이다

- 이이제이 or 공존의 지혜
- 위산 & 헬리코박터
- 유산균 & 헬리코박터

위에서 염산(HCl)은 중요한 역할을 한다.



[강석기의 과학카페] 위산과다 치료제, 세대교체 일어나나?
2018.04.17 14:00

내부 장기 가운데 그나마 자주 소식을 전하는 게 위(십이지장 포함)다. 올해로 쉰인 필자 나이쯤 되면 위의 소식을 몇 번은 접한 경험이 있을 것이다. 소화계가 약한 필자는 평소 식생활을 조심했기 때문에 40대 초반까지도 ‘무소식이 희소식’이었는데 수년 전 업무로 인한 스트레스와 불규칙한 식사가 겹치면서 십이지장궤양과 위염에 걸려 한동안 고생했다.
그 전까지는 “누가 위경련이 와서 응급실에 갔다더라”는 말을 들어도 ‘경련 좀 났다고 응급실까지야...’라고 생각했는데 막상 아파보니 삶의 질이 많이 떨어졌다. 게다가 약을 먹고 통증이 어느 정도 가라앉아도 위산분비가 좀처럼 정상으로 돌아오지 않았다. 즉 위산과다가 계속돼 수시로 허연 액체를 먹어 중화시켜야 했다. 게다가 의사 선생님이 “이미 위벽의 성격이 바뀌어서 나아도 재발하기 쉬울 것”이라는 불길한 얘길 했고 실제 지금까지 몇 차례 증상이 나타났다.

위액 수소이온농도는 맹물의 100만 배

그런데 밥을 먹고 난 뒤 위에서 일어나는 일을 상상해보면 필자가 40년이 넘게 위와 무소식이 희소식인 상태로 지낸 게 오히려 놀랍다. 하루 세끼를 먹으니 1년이면 1000회 이상, 40년이면 4만 회 넘게 위는 들어온 음식을 소화하는 작업을 수행했다는 얘기다. 이게 단순히 근육을 꿈틀거리고 소화효소를 분비하는 게 아니라 pH1의 강산인 위액을 뿜어대는 아비규환이다. 그런데도 아무런 눈치도 채지 못한 채 40년을 살았으니 우리 몸이라는 게 얼마나 놀라운 구조인가.
pH는 수소이온지수로 용액의 산성도를 나타낸다. 중성인 pH7을 기준으로 그보다 작은 값은 산성, 큰 값은 알칼리(염기)성이다. 따라서 pH1이면 산성이지만 이 숫자만으로는 얼마나 큰 차이인지 실감이 안 난다. pH는 수소이온농도의 상용로그에 –1을 곱한 값이다. 따라서 pH1은 pH7에 비해 수소이온농도가 100만 배나 더 높다는 뜻이다.
음식물이 위로 넘어올 때 위가 이렇게 강산인 위액을 분비하는 건 크게 두 가지 이유다. 먼저 음식물에 들어있을 수 있는 병균에 감염되는 걸 막기 위한 살균 작용이다. 다음으로 음식을 흐물흐물하게 만들어 위 근육의 운동에 쉽게 부서지게 하기 위해서다. 그리고 위에서 분비되는 효소인 펩신도 강산에서 활성화돼 단백질을 분해한다. 이렇게 위에서 시달린 음식물은 죽(미즙)으로 바뀌어 본격적인 소화 흡수가 일어나는 소장으로 넘어간다.

위액이 독하다 보니 우리 몸은 정교한 장치를 마련해 위액 분비를 조절하고, 그 결과 위벽이 녹아내리는(소화되는) 참사가 일어나지 않는다. 즉 음식이 위에 들어왔을 때만 벽세포(parietal cell)에서 위산(염산)이 나오고 동시에 점막경부세포가 점액과 중탄산염을 분비해 위벽의 세포를 덮어 보호한다. 그런데 어쩐 이유에서 이런 장치가 삐걱거리게 되면 위산이 시도 때도 없이 나와 위벽을 손상시켜 염증이나 궤양, 역류성식도염 등 다양한 증상이 일어나는 것이다. 참고로 십이지장궤양은 위산과다가 주원인이지만 위궤양은 아스피린 같은 약물이나 염증을 일으키는 박테리아인 헬리코박터 파일로리도 주원인이다.

16년 동안 8억 명 복용

위산과다가 생겼을 때 급한 불을 끄는 방법이 바로 제산제를 먹는 것이다. 즉 약알카리성 완충제를 먹어 위액(염산 용액)을 중화한다. 필자도 위염이 재발했을 때 머리맡에 제산제를 두고 자다 새벽에 속이 뜨끔거려 잠을 깨면 들쩍지근한 희뿌연 액체를 먹고 다시 잠들곤 했다.
사실 제산제를 먹는 건 소장에서 일어나는 일을 위에서 미리 하는 것이다. 즉 위액이 섞여 pH가 2~3으로 여전히 강한 산인 미즙이 소장으로 넘어가면 소장벽이 손상되고 소화효소도 제대로 작동하지 못한다. 따라서 췌장은 약알칼리성 완충용액인 중탄산염을 소장으로 분비해 미즙을 중화시킨 뒤 본격적인 소화 흡수 작용을 진행한다.
아무튼 위산과다로 괴로울 때 제산제가 긴요하지만 이건 하책(下策)이고 위산 분비를 정상으로 돌리는 약을 먹어야 한다. 그런데 그런 약이 없다는 게 문제다. 즉 우리 몸이 알아서 균형을 찾을 때까지 기다려야 하는데 그동안 제산제에만 의존해야 하는 걸까.
위산과다로 병원을 찾은 경험이 있는 독자들은 다른 약을 처방받았다는 사실을 기억할 것이다. 즉 위산 분비 자체를 억제하는 약물이다. 이는 이미 나온 위액을 중화하는 제산제보다는 한 수 위의 책략이다. 그렇다면 이 약물은 어떻게 작용할까. 먼저 위산이 분비되는 메커니즘을 알아보자.

놀랍게도 위에서 위산(염산)을 분비하는 벽세포의 내부(세포질) pH는 7.2로 중성이다. 중성의 세포가 어떻게 위산을 분비해 위액을 pH1의 강산으로 만들 수 있을까.
벽세포가 분비하는 건 수소이온(H+)과 염소이온(Cl-)이다. 수소이온농도가 낮은 세포 내부에서 높은 위 내강으로 수소이온을 내보내야 하기 때문에 어떤 장치가 필요하다. 지하수를 끌어올리려면 펌프가 있어야 하듯 소위 ‘양성자 펌프(proton pump)’가 이 일을 한다. 참고로 양성자는 수소이온을 뜻한다. 양성자 펌프는 벽세포 세포막에 걸쳐 있는 단백질로 ATP라는 분자를 분해할 때 나오는 에너지로 구조가 바뀌면서 세포 안의 수소이온을 세포 밖으로 내보낸다.
비유하자면 양성자 펌프는 양쪽에 문이 있는 출입구다. 세포막을 사이에 두고 왼쪽이 위 내강이고 오른쪽이 세포질이다. 세포 안에 있는 양성자(수소이온)가 열린 문을 통해 펌프 안으로 들어오면 문이 닫힌다. 그리고 반대쪽 문이 열리고 수소이온은 위 내강으로 나간다. 즉 두 문이 동시에 열리지 않기 때문에 수소이온이 농도가 높은 위 내강에서 낮은 세포질로 흘러가는 일이 일어나지 않는다.
1970년대 양성자 펌프의 작동원리가 밝혀지면서 이를 방해하는 약물, 즉 양성자펌프억제제(proton pump inhibitor. 이하 PPI)를 만들면 위산분비를 억제할 수 있다는 아이디어가 나왔다. 그리고 1975년 이런 약물 티모프라졸(timoprazole)이 처음 만들어졌고 이를 개선한 약물이 최초로 상용화된 위산분비억제제 오메프라졸(omeprazole)이다. 오메프라졸은 벽세포 안으로 뚫고 들어가 구조가 바뀐 뒤 양성자펌프에 달라붙어 작동을 방해한다.

1979년 합성된 오메프라졸은 임상시험을 거쳐 1988년 로섹(Losec)이라는 약품명으로 유럽에서 출시됐다. 오메프라졸은 지금까지 나온 약물 가운데 가장 널리 쓰여 2004년까지 16년 동안 세계에서 무려 8억 명이 넘는 사람이 처방받았다. 올해는 오메프라졸이 나온 지 30년이 되는 해다.
오메프라졸 이후 다양한 PPI가 나왔고 덕분에 위산과다 환자들이 예전보다 고생을 덜 하게 됐다. 일양약품이 개발해 2009년 12월 출시된 14번째 국산 신약 놀텍(Noltec)도 PPI로 현재 국내 위산과다 관련 질환 치료제 시장의 약 10%를 차지하고 있다.

국내 제약사가 세계 최초로 P-CAB 출시했지만...

사람 마음이 다 그렇듯이 오메프라졸이 처음 나왔을 때는 그렇게 좋아하더니 약효가 좀 아쉽다느니 부작용이 어떻다느니 말들이 많아지고 그에 따라 놀텍을 비롯해 약효나 부작용을 개선한 PPI 신약들이 나왔지만 성에 차지 않았다. 결국 과학자들은 다른 메커니즘의 약물을 고민했고 마침내 ‘칼륨 경쟁적 위산분비억제제(potassium ion-competitive acid blocker. 이하 P-CAB)’ 개념을 떠올렸다.

양성자 펌프는 사실 양성자 혼자 이동시키는 게 아니라 칼륨이온(K+)과 연동해 작동한다. 앞의 양쪽 문 출입구 비유를 들면 이렇다. 세포막을 사이에 두고 왼쪽이 위 내강이고 오른쪽이 세포질이다. 세포 안에 있는 양성자(수소이온)가 열린 문을 통해 펌프 안으로 들어오면 문이 닫힌다. 그리고 반대쪽 문이 열리고 위 내강으로 나간다. 이때 위 내강에 있던 칼륨이온이 들어와 자리를 채워야 문이 닫힌다. 그리고 반대쪽 문이 열리고 칼륨이온이 세포질로 나간다. 이 사이클이 반복되는 것이다.
수소이온이 위 내강으로 나간 뒤 칼륨이온이 들어갈 자리를 약물이 먼저 차지해 문이 열린 채 있으면 위의 사이클이 중단된다. 즉 이 양성자 펌프는 작동을 멈추는 것이다. 약물 이름에 ‘칼륨 경쟁적’이라는 말이 있는 이유다.
놀랍게도 세계 최초의 P-CAB은 유한양행이 개발해 2007년 1월 출시한 9번째 국산 신약 레바넥스(Revanex)다. 당시 오메프라졸의 영광이 재현될 거라는 기대도 있었지만 미국과 유럽에서 신약 허가를 얻는데 실패하고 약효도 기대에 못 미쳤는지 초기 100억대 매출에서 내리막길을 걸어 지난해에는 12억 원에 불과했다.
일본 제약회사 다케다 역시 P-CAB인 보노프라잔(vonoprazan)을 개발해 2015년 자국에서 승인을 받았다(약품명 다케켑). 현재 우리나라에서도 임상이 진행되고 있고 조만간 승인될 것으로 보이는데 기대가 큰 것 같다. 한편 국내 제약사인 CJ헬스케어에서 개발한 P-CAB 테고프라잔(tegoprazan)도 임상시험을 끝내고 지난해 8월 위식도역류질환치료제로 품목허가를 신청했다. 별문제가 없다면 올해 안으로 출시될 것으로 보인다. 보노프라잔과 테고프라잔은 임상시험 결과 PPI보다 여러 측면에서 더 나은 걸로 나와 과연 이들 약물을 대신할 수 있을지 귀추가 주목된다. 아무튼 위산과다 환자들로서는 기대를 품게 하는 희소식이다.

구조 밝힌 결과 예측대로 작동해

학술지 ‘네이처’ 4월 12일자에는 보노프라잔이 붙어 있는 상태에서 양성자 펌프의 구조를 밝힌 일본 나고야대 연구자들의 논문이 실렸다. 즉 위 내강 쪽 문이 열린 채 칼륨이온 대신 보노프라잔이 자리를 차지한 상태를 X선 결정학으로 ‘본’ 것이다. 구조를 들여다보면 이론이 예측한 대로 보르프라잔이 붙은 양성자 펌프는 엉거주춤하게 열린 채 작동이 멈춘 상태임을 알 수 있다. 이처럼 약물작동 메커니즘이 명쾌히 밝혀지면 아무래도 믿음이 더 가기 마련이다.

체내 염산은 중조로 중화과정을 거친다
굳이 염산이라고 하지 않고 꼭 위산으로 부르는 이유는 ?

음식을 먹으면 위에서는 염산을 분비합니다. 이 염산은 산도(pH)가 1.5 내지 2.5나 되는 매우 강한 산성물질로 단백질의 소화와 무기물의 흡수에 중요한 역할을 합니다. 위에서 염산이 적게 분비되면 소화불량과 여러 가지 건강상의 이상 증세를 일으킨다
염산이 너무 많이 분비되어도 문제가 발생한다.  위산과다,  그에 따른 위장 질환 ...


H.pylori  생긴 것부터가 별로 호감을 주는 모양은 아닙니다. 몸통에 여러개의 편모(flagella)가 달려서 위나 십이지장속에서 이리저리 저어가면서 움직이고, 뚫고 들어가고, 달라붙습니다. 전자 현미경 사진을 보시면 알겠지만, 나선형으로 생겨서 이름도 "Helico"라 얻었답니다.(helico = "spiral" or "coil")   사는 곳은 다 아시리라 생각되지만, 위와 십이지장입니다. 염산(HCl)이 분비되는 위속에서 살아갈 정도이니 매우 독한놈이다라고 생각하실지 모르겠지만, 실제로는 그리 독한 놈은 아니랍니다.(다른 항생제 내성 세균들에 비하면.) 헬리코박터 파이로리균이 강산인 위속에서도 살아갈 수 있는 이유는 암모니아(NH3)를 생성하여서 위산을 중화시키기 때문입니다. 흔히, 잘못 알고 있는 상식중의 하나가 바로 이 놈이 위점막이나 위벽을 뚫고 들어가서 위궤양을 일으킨다는 것인데, 실제로는 H. pylori가 위점막을 직접 뚫고 들어가지는 않습니다! 위의 상피세포표면과 점막층 사이에 존재해서 암모니아를 생성, 염증반응을 일으켜서 상피세포가 손상되게 하고, 이렇게 손상된 상피세포에 위산이 작용함으로 궤양이 일어나게 된답니다.

역류성 식도염(속앓이)
위는 염산과 펩시노젠 뿐만 아니라 점액도 분비합니다. 자극성이 강한 염산으로부터 위벽이 상처를 입지 않는 이유는 위벽에서 분비되는 특수 점액질이 위벽을 보호하기 때문입니다. 그러나 위산(염산)이 식도로 올라오면 심각한 문제가 발생합니다. 식도 내부에는 위벽과 같은 특수 점액질이 없으므로 위산이 그 곳으로 역류하여 들어오면 타 들어가는 심한 통증을 느끼게 됩니다. 이 것이 바로 역류성 식도염입니다. 가슴속이 타 들어가는 통증을 느낀다고 하여 영어로 허트 번(heartburn)이라고도 하며, 우리말로 흔히 속앓이라고도 부릅니다.

제산제
제산제들은 증상만을 잠시 완화시켜 줄뿐이지 근본 원인을 치료하지 못합니다. 오히려 병을 악화시킨다는 표현이 옳을 것입니다. 제산제를 먹으면 약 1시간 동안은 위산을 중화시켜 증세가 호전됩니다. 그러나 위산이 너무 약해지면 소화불량이 되기 쉽습니다. 미쳐 소화되지 않은 음식물을 소화시키려고 더 많은 위산이 분비되어 병을 악화시킵니다. 그러면 더 많은 량의 제산제를 다시 복용해야 하는 악순환이 반복됩니다.

-------------
안데스 산맥 고지대에 위치하는 콜롬비아의 투케레스는 세계적으로 위암 발병률이 가장 높은 곳 중의 하나로, 인구 10만 명당 150명 꼴로 위암을 앓는 것으로 알려져 있다. 이와 대조적으로, 이로부터 200km 떨어져 있는 해안도시 투마코의 경우 위암 발병률은 10만 명당 6명에 불과하다. 이와 관련하여, 과학자들은 최근 발표된 연구에서, "25배(150/6)라는 차이는 부분적으로 인간과 미생물 간의 진화적 부조화(evolutionary mismatch) 때문"이라고 주장하여 의학계의 주목을 받고 있다.
위암의 주요 원인은 헬리코박터 파일로리(H. pylori)로 알려져 있다. H. pylori는 전세계 인구의 절반을 감염시키고 있는 세균으로, 일반적으로는 무해하지만 종종 종양을 초래하기도 한다. H. pylori는 인류의 조상이 아프리카를 떠난 이후로 줄곧 인간을 감염시켜 왔으며, 인류가 전세계로 퍼져나감에 따라 인간과 더불어 다양한 모습으로 진화되었다. 그러나 남아메리카 대륙의 경우, 유럽의 이주민들이 도착함과 더불어 이 같은 공동진화(co-evolution)의 역사가 붕괴되고 말았다. 즉, 어떤 사람들은 조상들이 보유했던 것과 다른 종류의 H. pylori를 보유하게 되었던 것이다.
이제 미국 밴더빌트 대학교 메디컬센터의 펠라요 코레아와 스콧 윌리엄스 박사가 이끄는 연구진은 PNAS 최근호에 발표한 논문을 통해, "H. pylori와 인간 간의 부조화가 양성 감염(benign infection)을 악성 감염으로 전환시킬 수 있다"고 밝혔다. 연구진에 의하면, "숙주와 H. pylori의 유전체를 함께 분석할 경우, 양자(兩者)를 각각 따로 분석할 경우보다 위암의 발병위험을 더 잘 예측할 수 있다"고 한다.
"많은 사람들이 H. pylori를 보유하고 있지만, 위암에 걸리는 사람은 극소수에 불과하다. 그렇다면 위암을 일으키는 것은 세균일까, 아니면 숙주일까? 이번 논문은 숙주와 세균 간의 조화가 중요하다는 증거를 제시했다. 이는 위암 연구분야에 있어서 새로운 진보다"라고 뉴욕 의대의 마틴 블레이저 박사(미생물학)는 논평했다.

뿌리를 찾아서

연구진은 먼저 대서양 연안의 투마코를 찾아가, 주민의 대다수(58%)와 그들이 보유한 H. pylori가 아프리카에서 유래한다는 사실을 확인했다. 이는 어찌 보면 당연한 것이, 투마코 주민들의 상당수는 해방되거나 도망친 노예들의 후손이기 때문이다. 이와 대조적으로 고산지대인 투케레스의 주민들은 67%가 아메리카 원주민, 31%가 유럽인의 뿌리를 가진 것으로 밝혀졌다. 그런데 문제는, 투케레스의 주민들이 보유한 H. pylori는 주로 유럽에서 유래하는 것으로 나타났다는 것이다. 즉, 유럽의 정복자들(16세기에 멕시코나 페루를 정복한 스페인 사람들)이 들여온 H. pylori가 토종 H. pylori를 밀어내고, 투케레스 주민들의 위장 속에 자리를 잡은 것으로 보인다.
추가분석에서, H. pylori는 자신의 기원과 숙주의 기원이 다를 경우, 암성 병변(cancerous lesions)을 초래할 가능성이 더 높아지는 것으로 판명되었다. 예컨대, 아프리카에서 유래하는 H. pylori는 아프리카계 주민들의 위장 속에서는 말썽을 부리지 않고 얌전하게 있었지만, 아메리카 원주민의 후손들에게는 종양을 일으키는 경우가 더 많았다. "출신지역이 다른 숙주와 H. pylori는 궁합을 맞출 기회가 없었기 때문에, 충돌할 가능성이 높다"라고 이번 연구의 공동저자인 밴더빌트 대학교 메디컬센터의 바버라 슈나이더 박사는 말했다.
지금까지 위암 연구자들은 cagA라는 유전자에 초점을 맞추고 연구를 진행해 왔다. cagA는 H. pylori의 병독성(virulence)에 강력한 영향을 미치는 유전자로, 이에 대해서는 많은 연구결과가 누적되어 있다. 그런데 이번 연구에 의하면 놀랍게도, 「숙주-H.pylori의 부조화」가 위암 위험에 미치는 영향은 cagA보다 훨씬 높은 것으로 밝혀졌다. 사실 연구진에 의하면, 투마코와 투케레스의 주민들 간에 나타나는 위암 유병률의 차이는 「숙주-H.pylori의 부조화」라는 요인 하나만으로도 충분히 설명된다고 한다.

"이번 연구에서 새로 확인된 숙주와 세균 간의 관련성은 명확해 보인다"라고 영국 워윅 대학교의 마크 악트먼 교수는 논평했다. "그러나 식생활, 고도(高度) 등의 다른 요인에 의한 영향을 배제하려면, 남아메리카의 다른 지역 주민들을 대상으로 한 연구에서 결과가 재현되어야 한다"라고 그는 덧붙였다.

연구진의 다음 연구과제는, 이번 연구에서 얻은 결론이 동아시아와 아프리카에도 적용되는지를 확인하는 것이다. 동아시아의 위암 유병률은 남성의 경우 10만 명당 42명, 여성의 경우 10만 명당 18명으로, 비교적 높은 수준이다. 한편 아프리카의 경우 H. pylori 보균자가 많음에도 불구하고 위암 발병률은 매우 낮은 편이다.

----
제산제 : 중화방법