지방 대사

지방 대사에는 중성 지방, 인지질, 당지질, 콜레스테롤, 스테로이드의 대사가 포함됩니다. 지방이라는 개념에 포함되는 성분의 수가 너무 많아 대사 과정을 설명하기가 매우 어렵습니다. 그러나 물에 대한 용해도는 낮고 유기 용매에 대한 용해도는 좋은 일반적인 물리화학적 특성을 고려할 때, 이러한 물질이 수용액에서 이동하는 것은 단백질이나 담즙산염과의 복합체 형태 또는 비누 형태로만 가능하다는 점을 바로 알 수 있습니다.

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신체에 대한 지방의 중요성

최근 몇 년 동안 인간 삶에서 지방의 중요성에 대한 관점이 크게 바뀌었습니다. 인체의 지방은 빠르게 재생된다는 것이 밝혀졌습니다. 따라서 성인의 지방 중 절반은 5~9일 이내에 재생되고, 지방 조직은 6일, 간은 3일마다 재생됩니다. 체내 지방 저장소의 높은 재생률이 확립된 후, 지방은 에너지 대사에서 중요한 역할을 하게 됩니다. 신체의 가장 중요한 구조(예: 신경 조직 세포막)를 구성하고, 부신 호르몬을 합성하고, 과도한 열 손실로부터 신체를 보호하고, 지용성 비타민을 운반하는 데 있어 지방의 중요성은 오래전부터 잘 알려져 왔습니다.

체지방은 두 가지 화학적, 조직학적 범주에 해당합니다.

A - "필수" 지방. 세포의 구성 요소인 지질을 포함합니다. 특정 지질 스펙트럼을 가지며, 지방을 제외한 체중의 2~5%를 차지합니다. "필수" 지방은 장기간의 기아 상태에서도 체내에 유지됩니다.

B - "비필수" 지방(비축량, 과잉량)으로, 피하 조직, 황골수, 복강, 신장, 난소, 장간막, 대망 근처에 위치한 지방 조직에 존재합니다. "비필수" 지방의 양은 일정하지 않습니다. 에너지 소비와 영양 상태에 따라 축적되거나 사용됩니다. 다양한 연령대의 태아 체성분 연구에 따르면, 태아의 체지방 축적은 주로 임신 마지막 몇 달, 즉 임신 25주 이후와 생후 1~2년 동안에 일어납니다. 이 기간 동안의 지방 축적은 단백질 축적보다 더 강합니다.

태아와 아동의 체중 구조에서 단백질과 지방 함량의 역학

태아 또는 아동의 체중, g	단백질, %	지방, %	단백질, g	지방, g
1500	11.6	3.5	174	52.5
2500	12.4	7.6	310	190
3500	12.0	16.2	420	567
7000	11.8	26.0	826	1820

가장 중요한 성장과 분화 시기에 지방 조직이 이처럼 강력하게 축적되는 것은 지방이 가소성 물질로 주로 사용되었지만, 에너지 저장 수단으로는 사용되지 않았음을 보여줍니다. 이는 지방의 가장 필수적인 가소성 성분인 ω3와 ω6 계열의 다중불포화 장쇄 지방산의 축적에 대한 데이터로 설명할 수 있습니다. 이 지방산은 뇌 구조에 포함되어 뇌와 시각 기관의 기능적 특성을 결정합니다.

태아 및 소아 뇌 조직에 ω-지방산 축적

지방산	출생 전, mg/주	출생 후, mg/주
총 ω6	31	78
18:2	1	2
20:4	19	45
총 ω3	15	4
18:3	181	149

아동의 지방량은 사춘기 전(6~9세)에 가장 낮게 나타납니다. 사춘기가 시작되면서 지방 저장량이 다시 증가하는데, 이때부터 성별에 따라 뚜렷한 차이가 나타납니다.

지방 저장량이 증가함에 따라 글리코겐 함량도 증가합니다. 이를 통해 출생 후 발달 초기 단계에 사용할 에너지 저장량이 축적됩니다.

포도당이 태반을 통과하여 글리코겐으로 축적되는 것은 잘 알려져 있지만, 대부분의 연구자들은 지방은 태아에서만 합성된다고 생각합니다. 지방 합성의 시작 산물일 수 있는 가장 단순한 아세트산 분자만이 태반을 통과합니다. 이는 출생 시 어머니와 아이의 혈액에서 지방 함량이 다르다는 사실로 입증됩니다. 예를 들어, 어머니의 혈액 중 콜레스테롤 함량은 평균 7.93mmol/l(3050mg/l)인 반면, 태반 후 혈액에서는 6.89(2650mg/l), 탯줄 혈액에서는 6.76(2600mg/l)이고, 아이의 혈액에서는 2.86mmol/l(1100mg/l)에 불과합니다. 즉, 어머니의 혈액보다 거의 3배 낮습니다. 지방의 장내 소화 및 흡수 시스템은 비교적 일찍 형성됩니다. 이러한 영양분은 양수 섭취가 시작될 때, 즉 양수영양을 시작할 때 처음으로 적용됩니다.

위장관 기능 발달 시기(성인에서 동일 기능의 백분율로 나타낸 검출 시기 및 심각도)

지방의 소화	효소 또는 기능의 첫 번째 식별, 주	성인의 기능적 표현 비율
설하 리파아제	30	100개 이상
췌장 리파아제	20	5-10
췌장 콜리파아제	알려지지 않은	12
담즙산	22	50
중쇄 트리글리세리드 흡수	알려지지 않은	100
장쇄 트리글리세리드의 흡수	알려지지 않은	90

연령에 따른 지방대사의 특징

지방 합성은 주로 누프-리넨 지방 분해 회로의 역경로를 따라 세포질에서 일어납니다. 지방산 합성에는 수소화 니코틴아미드 효소(HAOP), 특히 HAOP H2가 필요합니다. HAOP H2의 주요 공급원은 탄수화물 분해의 오탄당 회로이므로, 지방산 생성 강도는 탄수화물 분해의 오탄당 회로 강도에 따라 달라집니다. 이는 지방과 탄수화물 대사의 밀접한 연관성을 강조합니다. "지방은 탄수화물의 불꽃 속에서 타오른다"라는 비유적인 표현이 있습니다.

"비필수" 지방의 양은 생후 첫해의 영유아 수유 방식과 이후 몇 년간의 영양 섭취에 영향을 받습니다. 모유 수유를 통해 영유아의 체중과 지방 함량은 인공 수유보다 다소 감소합니다. 동시에 모유는 생후 첫 달 동안 콜레스테롤 함량을 일시적으로 증가시켜 지단백질 리파아제의 조기 합성을 촉진합니다. 이는 이후 몇 년간 동맥경화증 발생을 억제하는 요인 중 하나로 여겨집니다. 어린아이의 과도한 영양 섭취는 지방 조직 세포 형성을 촉진하여 나중에 비만으로 이어지는 경향을 보입니다.

소아와 성인의 지방 조직 내 중성지방의 화학적 조성에도 차이가 있습니다. 따라서 신생아의 지방은 성인(90%)에 비해 올레산(69%) 함량이 상대적으로 적고, 반대로 팔미트산(소아 29%, 성인 8%) 함량이 더 높습니다. 이는 지방의 녹는점이 소아 43°C, 성인 17.5°C로 더 높은 이유를 설명합니다. 생후 1년차 소아의 치료 계획 수립 및 비경구 약물 처방 시 이 점을 고려해야 합니다.

출생 후 모든 생명 유지를 위한 에너지 필요량이 급격히 증가합니다. 동시에 산모의 영양 공급이 중단되고, 생후 첫 몇 시간과 며칠 동안 음식을 통한 에너지 공급은 부족하여 기초 대사량조차 충족하지 못합니다. 아기의 몸은 비교적 짧은 기간 동안 충분한 탄수화물을 저장하고 있기 때문에 신생아는 즉시 지방을 사용해야 하며, 이는 혈중 비에스테르화 지방산(NEFA) 농도 증가와 동시에 포도당 농도 감소로 나타납니다. NEFA는 지방의 운반 형태입니다.

신생아의 혈액 내 NEFA 함량이 증가함에 따라 12~24시간 후에 케톤 농도가 증가하기 시작합니다. NEFA, 글리세롤, 케톤 수치는 음식의 에너지 값에 직접적인 의존성을 갖습니다. 출생 직후 아이에게 충분한 양의 포도당을 공급하면 NEFA, 글리세롤, 케톤 함량은 매우 낮아집니다. 따라서 신생아는 주로 탄수화물 대사를 통해 에너지 비용을 충당합니다. 아이가 받는 모유의 양이 증가함에 따라 에너지 값은 최소한 기초 대사를 포함하는 467.4kJ(40kcal/kg)로 증가하지만 NEFA 농도는 감소합니다. 연구에 따르면 NEFA, 글리세롤 함량의 증가와 케톤의 출현은 지방 조직에서 이러한 물질이 이동되는 것과 관련이 있으며, 유입되는 음식으로 인한 단순한 증가가 아닙니다. 지방의 다른 성분들(지질, 콜레스테롤, 인지질, 지단백질)은 신생아의 탯줄 혈관 혈류에서 매우 낮지만 1~2주 후에는 농도가 증가하는 것으로 알려져 있습니다. 비수송성 지방 분획의 농도 증가는 음식 섭취와 밀접한 관련이 있습니다. 이는 신생아의 음식인 모유에 지방 함량이 높기 때문입니다. 미숙아를 대상으로 한 연구에서도 유사한 결과가 나왔습니다. 미숙아 출산 후 자궁 내 발달 기간은 출생 후 경과 시간보다 덜 중요한 것으로 보입니다. 모유 수유 시작 후 음식과 함께 섭취한 지방은 위장관의 지방 분해 효소와 소장의 담즙산의 영향으로 분해 및 재흡수됩니다. 지방산, 비누, 글리세롤, 모노글리세리드, 디글리세리드, 심지어 트리글리세리드까지도 소장 중부와 하부의 점막에서 재흡수됩니다. 흡수는 장 점막 세포(킬로미크론 크기 0.5μm 미만)에 의한 작은 지방 방울의 음세포작용(pinocytosis)과 담즙산 및 콜레스테롤 에스테르와 수용성 복합체를 형성하는 형태로 발생할 수 있습니다. 현재 지방산의 탄소 사슬이 짧은 지방(C12)은 장문계(v. portae system)의 혈액으로 직접 흡수되는 것으로 알려져 있습니다. 지방산의 탄소 사슬이 긴 지방은 림프계로 유입되어 총흉관을 통해 순환 혈액으로 유입됩니다. 지방은 혈액에서 불용성이므로 체내에서 운반되려면 특정 형태가 필요합니다. 먼저 지단백질이 형성됩니다. 킬로미크론이 지단백질로 전환되는 것은 지단백질 리파아제("정화 인자")라는 효소의 작용으로 일어나는데, 이 효소의 보조 인자는 헤파린입니다. 지단백질 리파아제의 작용으로 유리 지방산이 중성지방에서 분리되고, 중성지방은 알부민과 결합하여 쉽게 흡수됩니다. α-지단백질은 혈장 내 인지질의 2/3와 콜레스테롤의 약 1/4을 함유하는 것으로 알려져 있다.β-지단백질 - 콜레스테롤의 3/4, 인지질의 1/3. 신생아의 경우 α-지단백질의 양이 상당히 많은 반면, β-지단백질은 적습니다. 생후 4개월이 되어서야 지단백질의 α-분획과 β-분획의 비율이 성인의 정상 수치(α-지단백질 - 20-25%, p-지단백질 - 75-80%)에 도달합니다. 이는 지방 분획의 이동에 중요한 의미를 지닙니다.

지방 저장고, 간, 그리고 조직 사이에서 지방 교환이 끊임없이 일어납니다. 신생아 생후 첫 며칠 동안에는 에스테르화 지방산(EFA)의 함량이 증가하지 않는 반면, NEFA의 농도는 상당히 증가합니다. 결과적으로 생후 첫 몇 시간과 며칠 동안 장 벽에서 지방산의 재에스테르화가 감소하는데, 이는 유리 지방산 함량을 통해서도 확인됩니다.

지방변은 생후 첫 며칠과 몇 주 동안의 어린이에게 자주 관찰됩니다. 따라서 3개월 미만 어린이의 대변을 통한 총 지질 배설량은 평균 약 3g/일이며, 3~12개월이 되면 1g/일로 감소합니다. 동시에 대변의 유리 지방산 양도 감소하는데, 이는 장에서 지방이 더 잘 흡수됨을 나타냅니다. 따라서 이 시기에 위장관에서 지방의 소화 및 흡수는 아직 불완전한데, 장 점막과 췌장이 출생 후 기능적 성숙 과정을 거치기 때문입니다. 미숙아의 리파아제 활성도는 1세 이상 어린이의 60~70%에 불과하지만, 만삭 신생아의 경우 약 85%로 더 높습니다. 유아의 리파아제 활성도는 거의 90%입니다.

그러나 리파아제 활성만으로는 지방 흡수를 결정할 수 없습니다. 지방 흡수를 촉진하는 또 다른 중요한 성분은 담즙산으로, 지방 분해 효소를 활성화할 뿐만 아니라 지방 흡수에 직접적인 영향을 미칩니다. 담즙산 분비는 연령과 관련된 특징을 보입니다. 예를 들어, 미숙아의 경우 간에서 분비되는 담즙산은 2세 아동의 간 기능 발달 기간 동안 생성되는 양의 15%에 불과합니다. 만삭아의 경우 이 수치는 40%로 증가하고, 생후 1년차 아동의 경우 70%입니다. 이는 아동의 에너지 필요량의 절반이 지방으로 충당되기 때문에 영양 측면에서 매우 중요합니다. 모유의 경우 소화와 흡수가 매우 완벽합니다. 만삭아의 경우 모유의 지방 흡수율은 90~95%이고, 미숙아의 경우 85%로 약간 낮습니다. 인공 수유를 하면 이 수치가 15~20% 감소합니다. 불포화지방산은 포화지방산보다 흡수가 더 잘 된다는 것이 밝혀졌습니다.

인체 조직은 중성지방을 글리세롤과 지방산으로 분해하고 다시 합성할 수 있습니다. 중성지방 분해는 조직 리파아제의 영향으로 발생하며, 디글리세롤과 모노글리세롤의 중간 단계를 거칩니다. 글리세롤은 인산화되어 해당과정에 포함됩니다. 지방산은 세포의 미토콘드리아에서 국소적인 산화 과정을 거쳐 누프-리넨 회로(Knoop-Linen cycle)를 통해 교환됩니다. 이 회로의 핵심은 회로가 한 바퀴 회전할 때마다 아세틸 코엔자임 A 분자가 생성되고 지방산 사슬은 탄소 원자 두 개만큼 환원된다는 것입니다. 그러나 지방 분해 과정에서 에너지가 크게 증가함에도 불구하고, 신체는 탄수화물을 에너지원으로 사용하는 것을 선호합니다. 탄수화물 대사 경로에 의해 크렙스 회로에서 에너지 증가가 자가촉매적으로 조절될 가능성이 지방 대사보다 높기 때문입니다.

지방산 분해 과정에서 중간 생성물인 케톤(β-하이드록시부티르산, 아세토아세트산, 아세톤)이 생성됩니다. 음식에 함유된 탄수화물과 일부 아미노산은 항케톤 특성을 가지고 있기 때문에 케톤의 양은 일정합니다. 간단히 말해, 식단의 케토제닉성은 다음 공식으로 나타낼 수 있습니다. (지방 + 단백질 40%) / (탄수화물 + 단백질 60%).

이 비율이 2보다 크면 해당 식단은 케톤적 특성을 가지고 있습니다.

음식의 종류와 관계없이 케토시스 경향을 결정하는 연령 관련 특징이 있다는 점을 명심해야 합니다. 특히 2세에서 10세 사이의 어린이가 케토시스에 걸리기 쉽습니다. 반대로 신생아와 생후 1년 미만의 어린이는 케토시스에 더 잘 걸립니다. 케토생성에 관여하는 효소 활성의 생리적 "성숙"이 느리게 진행될 가능성이 있습니다. 케톤은 주로 간에서 생성됩니다. 케톤이 축적되면 아세톤성 구토 증후군이 발생합니다. 구토는 갑자기 발생하며 며칠, 심지어 몇 주 동안 지속될 수 있습니다. 환자를 진찰할 때 입에서 사과 냄새(아세톤)가 나고 소변에서 아세톤이 검출됩니다. 동시에 혈중 당 함량은 정상 범위 내에 있습니다. 케토산증은 고혈당과 당뇨가 나타나는 당뇨병의 특징이기도 합니다.

성인과 달리 어린이의 혈액 지질 수치는 연령에 따라 다릅니다.

어린이의 지방 함량 및 그 분율의 연령 관련 특성

지시자	신생아			G 영유아 1-12개월	2세 이상 어린이
	1시간	24시간	6~10일		14세 이하
총 지질, g/l	2.0	2.21	4.7	5.0	6.2
트리글리세리드, mmol/l	0.2	0.2	0.6	0.39	0.93
총 콜레스테롤, mmol/l	1.3	-	2.6	3.38	5.12
콜레스테롤을 효과적으로 결합함, 총 %	35.0	50.0	60.0	65.0	70.0
NEFA, mmol/l	2,2	2.0	1,2	0.8	0.45
인지질, mmol/l	0.65	0.65	1.04	1.6	2.26
레시틴, g/l	0.54	-	0.80	1.25	1.5
케팔린, g/l	0.08	-	-	0.08	0.085

표에서 볼 수 있듯이, 혈중 총 지질 함량은 연령에 따라 증가합니다. 생후 1년 동안만 해도 거의 3배 증가합니다. 신생아는 중성 지질 함량(총 지방 대비 비율)이 비교적 높습니다. 생후 1년 동안 레시틴 함량은 세팔린과 리소레시틴의 상대적 안정성과 함께 크게 증가합니다.

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지방 대사 장애

지방 대사 장애는 대사의 다양한 단계에서 발생할 수 있습니다. 드물지만, 췌장 리파아제 결핍으로 인한 지방 흡수 장애인 셀리악병 유사 증후군이 관찰됩니다. 임상적으로는 심각한 지방변을 동반한 셀리악병 유사 증후군으로 나타납니다. 결과적으로 환자의 체중이 서서히 증가합니다.

적혈구의 변화는 막과 기질 구조의 손상으로 인해 관찰됩니다. 장의 상당 부분을 절제하는 수술적 처치 후에도 유사한 증상이 나타납니다.

염산의 과다 분비로 인해 췌장 리파아제가 불활성화되면서 지방의 소화 및 흡수가 저하되는 현상도 관찰됩니다(졸린저-엘리슨 증후군).

지방 운반 장애에 기반한 질환 중 베타지단백혈증(β-지단백질 결핍증)이 알려져 있습니다. 이 질환의 임상 양상은 셀리악병(설사, 영양실조 등)과 유사합니다. 혈중 지방 함량이 낮고 혈청이 투명합니다. 그러나 다양한 고지단백혈증이 더 자주 관찰됩니다. WHO 분류에 따르면, I형 고킬로미크론혈증, II형 고β지단백혈증, III형 고β고프리β지단백혈증, IV형 고프리β지단백혈증, V형 고프리β지단백혈증 및 킬로미크론혈증의 다섯 가지 유형으로 구분됩니다.

고지혈증의 주요 유형

지표	고지혈증의 유형
	나	이아	IIv	3세	4차	다섯
트리글리세리드	증가		증가		증가	↑
킬로미크론						↑
총 콜레스테롤		증가	증가
지단백질 리파아제	줄인
지단백질		증가	증가	증가
매우 낮은 밀도의 지단백질			증가		증가	↑

고지혈증의 경우 혈청의 변화와 지방분획의 함량에 따라 투명도로 구분할 수 있다.

1형은 지단백질 리파아제 결핍증으로 인해 혈청에 킬로미크론이 다량 함유되어 탁해집니다. 황색종이 흔히 발견됩니다. 환자들은 종종 급성 복통을 동반한 췌장염을 앓으며, 망막병증도 동반됩니다.

II형은 저밀도 β-지단백질의 혈중 농도 증가와 함께 콜레스테롤 수치가 급격히 증가하고 중성지방 수치는 정상 또는 약간 증가하는 것이 특징입니다. 임상적으로는 손바닥, 엉덩이, 안와주위 등에 황색종이 흔히 발견됩니다. 동맥경화증은 조기에 발생합니다. 일부 저자들은 IIA와 IIB의 두 가지 아형을 구분합니다.

제3형 - 소위 부유성 β-지단백질 증가, 고콜레스테롤, 중성지방 농도의 중간 정도 증가. 황색종이 흔히 발견됩니다.

4형 - 중성지방 증가와 함께 전β-지단백질 수치가 증가하고, 콜레스테롤 수치는 정상이거나 약간 상승함. 킬로미크론혈증은 없음.

V형은 저밀도지단백(LDL) 증가와 식이 지방의 혈장 청소 감소를 특징으로 합니다. 이 질환은 복통, 만성 재발성 췌장염, 그리고 간비대로 임상적으로 나타납니다. 이 유형은 소아에서는 드뭅니다.

고지단백혈증은 유전적으로 결정되는 질환인 경우가 더 많습니다. 고지단백혈증은 지질 운반 장애로 분류되며, 이러한 질환의 목록은 점점 더 다양해지고 있습니다.

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지질 수송 시스템의 질병

• 가족:
  • 고콜레스테롤혈증
  • 아포-B-100 합성 장애
  • 복합 고지혈증
  • 고아폴리포β-지단백혈증
  • 디스-β-지단백혈증
  • 식물스테롤혈증
  • 고중성지방혈증
  • 고킬로미크론혈증
  • 5형 고지단백혈증
  • 고α-지단백혈증형 탕헤르병;
  • 레시틴/콜레스테롤 아실트랜스퍼라제 결핍증
  • 알파-지단백혈증.
• 무베타지단백혈증.
• 저베타지단백혈증.

그러나 이러한 질환은 종종 다양한 질환(홍반성 루푸스, 췌장염, 당뇨병, 갑상선 기능 저하증, 신염, 담즙 정체성 황달 등)의 이차적인 결과로 발생합니다. 이러한 질환은 동맥경화, 허혈성 심장 질환의 조기 발생, 뇌출혈 위험 등 조기 혈관 손상을 유발합니다. 지난 수십 년 동안 성인 만성 심혈관 질환의 유소아 기원에 대한 관심이 꾸준히 증가해 왔습니다. 젊은층에서도 지질 수송 장애가 혈관 내 죽상경화성 변화를 유발할 수 있다는 보고가 있습니다. 러시아에서 이 문제를 최초로 연구한 연구자 중에는 VD 칭처링과 MS 마슬로프가 있습니다.

이와 함께 세포 내 지방증도 알려져 있는데, 그중 니만-픽병과 고셰병이 소아에서 가장 흔합니다. 니만-픽병에서는 스핑고미엘린이 세망내피계 세포와 골수에 침착되고, 고셰병에서는 육분자뇌염색체(hexosecerebroside)가 침착됩니다. 이러한 질환의 주요 임상 증상 중 하나는 비장비대입니다.

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