영양소의 소화와 흡수

목차

• 주요 소화기관의 기능(입,식도,위,소장,대장)
• 열량영양소의 소화(탄수화물, 단백질, 지질)
• 영양소의 흡수(수용성 vs 지용성)
• 소화기계 기능의 조절(호르몬, 신경)

1. 주요 소화기관의 기능 

 

1) 입, 식도 

입과 식도에서는 음식물을 치아로 씹어 잘게 부수어 소화 효소의 작용 표면적을 넓게 하고, 삼키기 쉽게 만드는 과정이 일어납니다. 죽의 형태가 된 음식물을 혀로 넘김과 동시에 비강, 후두, 인두를 차단해 폐로 음식물이 들어가지 않도록 합니다.

이 때 작용하는 소화효소로는 전분을 맥아당(이당류)으로 분해하는 타액 속의 아밀라아제가 있습니다. 전분을 오래 씹으 면 단맛이 느껴지는 이유는 아밀라아제가 전분을 분해하여 단맛이 느껴지는 이당류로 전환시키기 때문입니다. 

 

2) 위 

위에서는 식도로부터 반사적인 수축으로 내려온 음식물을 소화하기 시작합니다. pH 1-2의 강산인 위산과 펩신이 분비되면서 단백질이 가수분해 작용과 살균작용을 동시에 수행합니다. 위액의 뮤신은 위산과 펩신의 단백질 소화 작용으로부터 단백질로 이루어져 있는 위벽이 손상되는 것을 보호해 줍니다.

위에서의 소화효소는 위산에 의해 펩시노겐으로부터 활성화된 펩신이 있습니다. 펩신은 단백질 소화에 관여하지만 단백질을 완전히 분해하지는 못합니다. 위에서 위산과 펩신이 분비되면 위 내부는 강산 상태가 되어 아밀라아제는 불할성화되므로 입에서 일부 소화된 상태로 위에 도달한 탄수화물은 소화되지 않은 채로 있게 됩니다. 

 

3) 소장 

소장은 약 7m의 긴 관으로, 30cm 정도가 십이지장이며 2m가 공장, 나머지는 회장입니다. 소장에서는 대부분의 소화와 흡수가 발생하며 연동운동으로 소장이 좌우로 수축했다 밀어 내고, 부분적으로 수축했다가 이완되는 반사작용을 통해 음식물을 뒤섞어서 대장으로 내보내게 됩니다. 이때 소화를 돕기 위해 췌장액과 답즙이 십이지장으로 분비됩니다.

췌장으로부터 분비되는 소화 효소로는 단백질을 분해하는 트립신, 탄수화물을 분해하는 아밀라아제, 지방을 분해하는 리파아제가 있습니다. 소장 내부에서 분비되는 소화효소로는 단백질 분해효소인 펩티다아제, 탄수화물 분해 효소인 말타아제와 수크라아제, 지방 분해효소인 리파아제가 있습니다.

소장에서는 영양소를 최종 흡수단위로 분해시켜 흡수하는데 단백질은 아미노산으로, 탄수화물은 포도당으로, 지질은 지방산과 글리세롤로 분해되어 흡수됩니다. 이렇게 흡수된 포도당, 아미노산, 지방산과 글리세롤은 간문맥을 통해 간으로 이동하거나 입자가 작은 경우 바로 혈액순환계를 통해 이동하게 됩니다. 

 

4) 대장 

소장에서 영양소 흡수를 마친 수분 함량이 높은 찌꺼기는 대장으로 이동됩니다. 대장에서는 영양소의 흡수는 없으나 수분 흡수가 일어나며, 소장에서 소화되지 않은 식이섬유, 올리고당들이 대장 내 박테리아에 의해 분해됩니다. 

 

2. 열량영양소의 소화 

 

1) 탄수화물 

음식으로 섭취한 탄수화물은 입에서 타액에 존재하는 아밀라아제에 의해 일부 전분이 다당류와 이당류 단위로 분해되면서 소화가 시작됩니다. 탄수화물과 아밀라아제 혼합물이 위로 이동하면 침의 아밀라아제가 위의 강산으로 인해 불활성화가 되면서 위에서는 더 이상의 탄수화물의 분해 및 소화가 일어나지 않습니다. 탄수화물이 소장으로 이동하면 췌장의 아밀라아제가 소장으로 분비되어 전분의 다당류를 이당류로 분해하며 소장벽에 있는 탄수화물 소화효소인 말타아제, 수크라아제는 이당류를 다시 단당류로 분해되어 흡수됩니다. 이렇게 흡수된 포도당, 과당, 갈락토오스는 간문맥을 통해 간으로 수송되어 에너지로 사용되거나, 혈액으로 직접 방출되거나, 일부는 글리코겐 생성과 지방합성에 사용됩니다.

한편, 탄수화물 중 체내 소화효소로 분해되지 않는 식이섬유는 소장을 통해 대장으로 이동합니다. 여기서 일부 수용성 식이섬유가 대장 박테리아에 의해 발효되어 산과 가스가 발생합니다. 불용성 식이섬유와 일부 식이 탄수화물은 변으로 배설됩니다. 

2) 단백질 

단백질은 입을 통과하여 위로 이동하면 위산과 펩신에 의해 단백질이 부분적으로 소화되기 시작합니다. 소장으로 이동하면 췌장에서 소장으로 분비한 단백질 분해효소인 트립신, 키모트립신, 카르복시펩티다아제에 의해 아미노산으로 완전히 분해되어 소장세포로 흡수됩니다. 흡수된 후에는 간문맥을 통해 간으로 이동한 후 혈액을 따라 필요한 체세포로 이동됩니다. 단백질은 대부분 재사용되므로 아주 소량의 식이 단백질만 변으로 배설됩니다. 

 

3) 지질

지질을 섭취하면 입을 거쳐 위로 이동하면서 지질 분해 효소인 리파아제(lipase)가 분비되지만 지질의 소화는 거의 일어나지 않습니다. 지진의 소화는 간과 췌장의 도움으로 주로 소장에서 이루어집니다. 지질의 소화를 돕는 답즙은 간에서 합성되어 담남에 저장되어 있다가 담관을 통해 소장으로 배출되어 지방의 유화를 돕습니다. 췌장은 중성지방 분해효소인 리파아제, 인지질 분해효소인 포스포리피아지(phospholipase), 콜레스테롤 분해효소인 콜레스테롤 에스터라아제(cholesterol esterase)등을 합성하여 담관을 통해 소장으로 배출해 줍니다. 소장에서는 이렇게 담즙과 지질분해효소에 의해 지질을 분해하여 십이지장과 공장의 상피세포를 통해 흡수합니다. 지질의 소화 후, 담즙은 회장에서 재흡수되어 다시 재사용
됩니다. 섭취한 지질의 5% 미만 정도의 양이 대장을 통해 변으로 배설됩니다.

 

 

3.영양소의 흡수 (수용성 성분 vs 지용성 성분)

장표면을 확대하면  미세한 융모구조를 이루고 있습니다. 하나의 융모를 크게 들여다보면 모세혈관, 세정맥, 유미관/암죽관이 있어 수용성 성분인 포도당, 아미노산, 수용성 비타민은 모세혈관으로 흡수되어 체내로 이동됩니다. 반면, 유미관은 지질 흡수에 중요한 역할을 하는 림프관이며, 소화된 영양소 중 물에 녹지 않는 지방산, 글리세롤, 지용성비타민은 유미관으로 흡수되어 체내로 이동됩니다.

영양소별로 흡수되는 과정을 상세히 살펴보면, 탄수화물은 나트륨과 합께 운반체를 통해 소장 흡수세포를 통과해 모세혈관으로 이동됩니다. 반면, 지질은 단백질, 인지질 등 물과 친한 성분으로 이루이진 외피로 둘러싸여 수용성 환경에서 이동합니다.

인체에는 필요에 따라 지질과 단백질이 합친 형태의 몇 가지 지단백질(lipoprotein=lipid+protein)이 존재합니다. 

킬로미크론은 주로 중성지방 형태로 흡수된 식이지방을 체세포로 운반하는 기능을 가진 지단백질입니다. 따라서 킬로미크론의 80-90%는 중성지방으로 이루어져 있습니다. 이렇게 흡수된 식이지방은 킬로미크론을 통해 간으로 이동하여 흡수됩니다. 간에서는 이렇게 흡수된 지방과 간이 새로 만들어낸 지방, 주로 중성지방 형태의 지방을 VLDL(very low density lipoprotein)을 통해 체세포로 운반합니다. VLDL의 영문명인 very low-density는 중성지방의 비율이 높아 가비운 상태의 지단백질임을 의미합니다.

이렇게 VLDL이 체세포로 계속 중성지방을 나르면서 VLDL 내의 중성지방의 비율이 점점 줄어들면 상대적으로 콜레스테롤 함량이 높은 LDL로 바뀝니다. LDL의 주 성분은 콜레스테롤로 함량이 45% 정도이며 흔히 체내 콜레스테롤 함량을 알려주는 지표로 '나쁜' 콜레스테롤로 알려져 있습니다.

이와 반대로 HDL은 체세포의 콜레스테롤을 제거하여 다른 단백질에게 전달하거나 간으로 이동시켜 배설시키는 지단백질입니다. HDL의 영문명인 high-density는 상대적으로 단백질 비율이 높아 밀도가 높다는 의미이며 HDL의 반 정도가 단백질로 이루어져 있습니다. HDL은 체세포에서 콜레스테롤을 제거하는 기능을 가지므로 '좋은' 콜레스테롤로 알려져 있습니다.

단백질은 폴리펩티드 형태에서 트리펩티드, 디펩티드 혹은 아미노산 형태로 분해되는데, 장의 미세융모를 통해 아미노산으로 분해되어 모세혈관으로 이동합니다. 

4. 소화기계 기능의 조절 

소화기계의 기능은 호르몬과 신경계에 의해 조절됩니다.  

 

1) 호르몬에 의한 조절 

소화기계를 조절하는 대표적인 호르몬으로는 위가 확장되고 단백질이 들어오면 위의 유문부에서 분비되는 가스트린(gastrin)이 있습니다. 가스트린은 위산 분비를 촉진하고 펩시노겐 분비를 촉진하며 위 운동을 촉진합니다. 지방산과 아미노산이 들어오면 십이지장에서 콜레시스토키닌(cholecystokinin)이 들어오면서 담낭수축을 자극하고 췌장 효소 분비를 자 극합니다. 위에서 소화된 산성 위내용물과 펩타이드에 의해 십이지장에서 분비가 자극되는 엔테로가스트론(enterogastrone)과 세크레틴(secretin)은 더 이상 위에서 위산이 분비되지 않도록 위산분비를 억제하고 엔테로가스트론은 십이지장 운동을 억제하여 세크레틴은 췌장에서 중탄산염 분비를 자극하게 됩니다. 

 

2) 신경에 의한 조절 

외인성 신경 자극은 아세틸콜린과 아드레날린에 의해 만들어집니다. 아세틸콜린은 소화기계 근육을 수축하여 음식이 이동하도록 추진하며 위와 췌장의 소화액 분비를 자극합니다. 이에 반해 아드레날린은 소화기계 근육을 이완시키고 소화기계로의 혈류량을 감소시키는 역할을 합니다. 내인성 신경인 소화기계에 있는 신경조직 역시 소화기계의 운동 및 소화액 분비를 조절하는 역할을 하면서 음식의 소화를 돕습니다.