비타민B군의 종류, 역할과 기능

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비타민B군  

비타민B군은 하나의 팀으로 인체 내의 모든 세포에서 수많은 대사 과정에 이용되는 보조 인자입니다. 생화학자가 아닌 이상 이들 각각의 역할을 일일이 외우는 것은 그다지 의미가 없습니다. 

우리가 바라보는 입장에서는 비타민B군을 여러 포지션의 선수로 이루어진 팀이나, 여러 공구가 들어있는 공구 박스처럼 하나의 그룹으로 인식하는 것이 좋습니다. 또한, 비타민B군은 스트레스가 많을수록 쉽게 고갈 되기 때문에 각 비타민B군을 개별적으로 보충하기 보다 그룹으로 균형 있게 보충하는 것이 중요합니다. 

이번 시간에는 에너지 대사와 호모시스테인 대사에서 비타민B군의 역할을 이해하고, 특히 어떤 사람들에게 필요한지 알아보겠습니다. 

TIP  비타민B군

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- 비타민B1 : 티아민(thiamin) 

- 비타민B2 : 리보플라빈(riboflavin) 

- 비타민B3 : 니아신(niacin), 니아신아미드(niacinamide) 

- 비타민B5 : 판토텐산(pantothennic acid, pantothenate) 

- 비타민B6 : 피리독신(phriddoxine) 

- 비타민B12 : 코발아민(cobalamin), 사이아노코발라민(cyanocobalamin) 

- 엽산(folic acid) 

- 비오틴(biotin) 

1. 에너지 대사에서 비타민B군 역할 

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모든 세포의 내부에는 음식물 중의 탄소 연료를 태워 전기적인 에너지를 생산해내는, 미토콘드리아(mitochondria)라고 불리는 일종의 화력 발전소가 있습니다. 우리 몸이 생명을 유지하고, 각 세포들이 모든 활동을 수행하기 위해서는 반드시 사전에 이러한 전기적인 에너지를 필요로 합니다.

우리가 먹는 음식물에 함유된 탄수화물과 지방은 체내에서 이들의 기본 단위인 포도당과 지방산으로 분해되어 이용되는데, 우리 몸은 이것을 더욱 분해하여 아세틸코에이(acetyl CoA)라는 화력 발전소 연료를 만들어 냅니다. 

화력 발전소에서는 TCA 회로와 전자전달계라는 복잡한 과정을 통해, 탄소 연료를 산소와 함께 연소시켜 ATP라는 전기적인 에너지를 만들고, 이산화탄소와 물이라는 부산물을 배출시킵니다. 산소와 이산화탄소는 폐에서 끊임없이 교환됩니다. 

이렇게 탄소 연료를 산소와 함께 완전히 연소하여 에너지를 생산하고 부산물로서 물과 이산화탄소 만을 배출시키는 과정을 완전연소라고 하고, 이러한 에너지 생산 과정이 유지되는 운동을 유산소운동이라고 합니다. 

화력 발전소의 TCA 회로와 전자전달계에서는 다양한 종류의 효소(enzyme)들이 각 과정을 진행시키는데, 이러한 효소들이 제대로 역할을 수행하기 위해서는 여러 가지의 B-비타민들을 필요로 합니다. 이 효소들은 우리 몸에서 합성해낼 수 있지만, 비타민B군은 음식으로 보충해주어야 합니다. 

다시 말해 세포에서 완전 연소가 이뤄지고 유지되려면, 

첫째, 화력 발전소의 에너지 생산 능력 이내의 운동량(유산소운동)을 유지하고, 

둘째, 호흡으로 공급되는 산소량이 충분하고,

셋째, 음식으로 섭취하는 비타민B군이 충분해야 합니다. 

이러한 조건들이 충족되지 못하면, 우리 몸은 다른 경로를 통하여 에너지를 생산하게 됩니다. 우선 화력 발전소의 에너지 생산 능력을 초과하여 더 빨리 더 많은 에너지를 필요로 하는 운동(단거리 달리기)을 할 때에는 포도당을 젖산으로 전환하여 에너지를 생산하게 됩니다. 근육에서 만들어진 젖산은 간에서 다시 포도당으로 재생되어 뇌와 근육에서 에너지원으로 이용됩니다. 이렇게 포도당과 젖산이 순환하는 과정을 발효라고 하는데, 이 과정은 에너지를 생성할 때 산소가 필요하지 않기 때문에 무산소 운동이라고 합니다. 

발효 과정은 완전 연소 과정에 비해 에너지 효율이 떨어질 뿐만 아니라, 우리 몸에 젖산과 피루브산과 같은 산성의 대사 물질들을 축적시켜 피로감과 통증을 유발합니다. 

한편, 비타민B군이 부족할 때에는 운동량이 심하지 않더라도 발효 과정이 발생할 수 있습니다. 비타민B군은 화력 발전소 내의 여러 가지 에너지 생산 과정에 필요한데, 특히 비타민B1(티아민)은 피루브산이 아세틸코에이로 전환하는 과정에 필요한 B-비타민입니다. 

따라서 비타민B1이 부족하면, 피루브산이 아세틸코에이로 전환되지 못하고 젖산으로 전환하여 에너지를 생산하는 발효 과정이 발생합니다. 이는 강도 높은 운동을 할 때 나타나는 에너지 대사와 같은 것입니다. 게다가 혈액에서 젖산과 피루브산과 같은 산성 물질 농도가 증가하면 혈액의 산도가 증가하는 산성혈증이 유발됩니다. 그러면 이를 보상하기 위해 혈액량이 증가해 부종이 생기고 심장 기능에도 무리가 따르게 됩니다. 심지어 심장 근육에서 충분한 에너지를 생산할 수 없어 심장의 활동이 멈추게 되면, 생명에 지장을 줄 수도 있습니다. 

심각한 비타민B1의 결핍증을 각기병(Beriberi)이라고 합니다. 

때로는 생명에 지장을 줄 만큼 심각한 병이지만 영양권장량 수준의 비타민B1 만으로도 예방할 수 있습니다. 하지만, 현대인, 특히 운동량이 많은 운동선수, 음주량이 많은 사람, 임신 및 수유 중인 사람들은 교감신경계의 활성이 증가함에 따라 불필요한 대사량도 증가해 비타민B군이 쉽게 고갈 될 수 있습니다. 그들에게 있어서 운동이나 음주, 임신과 수유는 스트레스이기 때문입니다. 

우리 몸에 비타민B군이 부족해지면 위장관, 피부, 생식 기관 등으로 공급되는 혈류량은 줄어들게 됩니다. 따라서 이들 조직은 화력 발전소에서 충분한 양의 전기에너지를 생산할 수 없게 되어 전반적인 기능이 감소하고, 불필요한 산성 대사 물질들의 농도는 쉽게 증가하기 마련입니다. 그렇게 되면 심한 운동을 하지 않았는데도 피로감과 통증을 느끼기 쉽습니다. 

일부 사람들은 알칼리성 이온수를 마시면 몸의 상태가 호전되는 것을 느낄 수 있다고 합니다. 이는 체내의 산성 물질을 알칼리수로 중화시켜 산성혈증으로 인한 불편함을 해소하는 것일 뿐입니다. 에너지 대사의 이상 상태를 회복 시키는 것은 결코 아닙니다. 비타민B군의 보충은 에너지 대사를 안정된 상태로 만들어서 산성 대사 물질의 축적을 줄여줄 뿐만 아니라, 에너지 대사를 정상적으로 만들어 기력을 회복하고 불안 및 우울증의 증상을 완화시켜 줍니다. 

TIP  각기병의 종류 

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- 건성 각기병(Dry Beriberi) 

특히 고 탄수화물 식이와 관련된 만성 B1(티아민) 결핍으로 인한 말초 신경 장애로 발이 타는 듯한 증상, 팔다리 약화, 근육통 등이 생김 

- 습성 각기병(Wet Beriberi) 

심장 기능 장애로서 초성포도산 탈수소효소의 활성 감소로 인한 젖산, 피루브산의 혈중 농도 증가, 심장 내의 ATP 농도 감소가 원인이고, 동맥 확장, 심장 박동 증가, 혈압 증가, 부종, 울혈성 심부전으로 진행 

- 전격성 심부전(Shoshin Beriberi) 

심각한 젖산 혈증과 관련된 급성 심장 발작으로 주로 알코올 중독자, 음식 섭취가 불가능하여 병원에서 주사로 영양을 공급받는 TPN(종합 비경구 영양) 환자에게서 발생하며 1920년 일본에서 26,000명이 사망 

- 대뇌 각기병(Cerebral Beriberi) 

베르니케 코르사코프 증후군(The Wernicke-Korsakoff Syndrome) 

대개 알코올 중독자, 기타 전반적 영양 부족 상태나 위암, 에이즈 환자에게서 나타날 수 있으며, 과거의 기억은 손상되지 않더라도 최근의 기억을 상실한 후에 말을 꾸며내거나(코르사코프 증후군), 비정상적인 안구 운동, 발의 자세와 보행 이상을 보이며(베르니케 뇌병염증), 손상된 뇌영역에서 티아민의 결핍은 산화 스트레스가 중요한 원인인 것으로 추정 

2. 호모시스테인 대사에서 비타민B군의 역할

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비타민B6, B12, 엽산은 호모시스테인 대사 과정에 관여하는데, 이런 B-비타민들이 부족할 때에는 혈액의 호모시스테인 농도가 증가하게 됩니다. 호모시스테인의 농도의 증가는 심혈관 질환, 치매 등의 질병의 위험 증가와 관련이 있습니다. 

혈중 호모시스테인 농도가 중간 정도로만 상승해도 심혈관 질환의 위험이 증가하는데, 비타민B6, B12, 엽산을 보충해주면 확실히 이러한 위험의 정도가 감소합니다. 뿐만 아니라 미국심장협회는 호모시스테인이 높으면 일단 엽산이 풍부한 식사를 하고, 이후에도 정상화되지 못할 경우에는 비타민B6, B12, 엽산을 보충하도록 권장하고 있습니다. 

비타민B6, B12, 엽산은 핵산 합성과 메틸화 반응에 관여하는데, 이들 반응은 정상적인 신경 세포의 기능과 신경 전달 물질의 대사에 필수적입니다. 때문에 비타민B6, B12, 엽산의 부족과 호모시스테인 농도의 증가는 치매의 위험 증가와 관련이 있습니다. 한편, 빠르게 분화하고 성장하는 세포들은 핵산 합성에 필수적인 엽산, B6, B12의 부족에 쉽게 영향을 받습니다. 그래서 이신중에 이들이 부족하면 태아의 정상적인 발달과 성장에 문제가 생길 수 있는 것입니다. 

또한, 이들이 부족하여 골수 세포가 비정상적인 적혈구로 성장하면 적혈구의 산소 운반 능력이 감소하여, 피로하고 기운이 없고 어지럽고 숨이 차는 등의 빈혈 증상이 나타나게 됩니다. 이는 철분 결핍성 빈혈과는 전혀 다른 것입니다. 또, 메틸화 반응은 손상된 유전자의 복구에 중요하고, 핵산 합성은 유전자의 합성 및 발현에 중요합니다. 때문에 이들 B군의 부족이 각종 암의 위험을 높이는 것으로 추정되는 것입니다. 

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