강력한 산성 위산, 위는 어떻게 멀쩡할까?

SCIENCE WAVE

 

 

위산은 인간과 동물의 소화 과정의 핵심이다. pH 1~2의 강한 산성인 위산은 단백질을 분해하고 음식물을 소화하며 병원균을 살균한다. 이 정도로 강한 산성임에도 위산은 어떻게 위를 상하게 하지 않는걸까? 우리 인체의 신비로운 보호 메커니즘에 대해 알아봤다.

​

위산이 위를 상하게 하지 않는 이유

위벽은 위산으로부터 보호받기 위해 여러 단계의 방어 체계를 갖추고 있다. 첫 번째 방어선은 위벽을 덮고 있는 두꺼운 점액층이다. 이 점액층에는 중탄산염(HCO₃⁻)이 포함되어 있어 위산을 중화시킨다. 점액은 산이 위벽에 직접 닿는 것을 물리적으로 차단하며, 중탄산염은 산과 반응해 pH를 완충하는 역할을 한다.

 

 

 

두 번째 방어선은 위벽 상피 세포의 재생 능력이다. 위벽의 상피 세포는 평균 3~5일 안에 교체되며, 손상이 발생하더라도 신속하게 복구된다. 세포는 또한 단백질 분비를 통해 스스로를 보호하는데, 이는 위산과 소화효소가 세포막을 침범하지 못하도록 한다.

​

세 번째로, 펩신 활성화의 제한도 중요한 역할을 한다. 위에서 분비되는 주요 소화효소인 펩신은 처음에는 비활성 상태의 펩시노겐으로 분비된다. 펩시노겐은 위산에 의해 활성화되지만, 이 과정이 통제되지 않으면 위벽 자체를 소화할 위험이 있다.

​

 

마지막으로, 신경 및 호르몬 조절 메커니즘이 위산의 분비를 조절한다. 위산이 과도하게 분비되면 체내 신경 신호와 호르몬이 작동해 위산 분비를 억제하거나 점액 분비를 증가시킨다. 예를 들어, 가스트린 호르몬은 위산 분비를 자극하지만, 산 농도가 지나치게 높아지면 이를 억제하는 소마토스타틴이 분비된다.

 

 

pH 농도를 시각화한 그림. 7보다 낮은 값은 산성, 7보다 높은 값은 염기성을 나타낸다. 위산은 pH 1로 매우 강한 산성이다. [사진=sciencenotes.org]

 

 

생존의 필수, 살균 작용

위산의 주요 역할은 단백질 소화와 살균이다. 위산은 단백질의 3차 구조를 변성시켜 펩신이 이를 효율적으로 분해할 수 있도록 돕는다. 또한, 강력한 산성은 음식물과 함께 섭취되는 병원균을 살균하여 감염을 예방한다. 이는 위산이 단순한 소화의 도구를 넘어 인체의 면역 체계에서 중요한 역할을 한다는 점을 보여준다.

​

위산은 음식물을 부드럽게 분해해 반유동성 상태의 유미즙(Chyme)으로 전환한다. 유미즙은 소장으로 이동해 췌장액과 담즙과 혼합되며, 소장에서 효소 작용과 영양소 흡수를 촉진한다. 위산은 소화액 분비를 자극하며, 소화 과정 전반을 원활하게 만드는 중요한 역할을 한다. 위산의 이러한 작용은 음식물의 소화를 지원하며, 영양소 흡수를 극대화한다.

​

위산 분비에 이상이 생기면 다양한 문제를 초래할 수 있다. 위산 과다 분비는 위벽을 손상시켜 위염이나 위궤양을 일으킬 수 있으며, 반대로 위산 부족은 소화 불량과 감염 위험을 증가시킨다.

 

 

 

 

인간과 동물의 소화액 차이

인간과 동물의 소화액은 그들이 섭취하는 음식과 진화적 환경에 따라 다르다. 인간의 위산은 단백질 소화에 초점이 맞춰져 있지만, 육식 동물과 초식 동물의 소화액은 더 특화되어 있다.

​

육식 동물은 고단백 음식을 소화하기 위해 매우 높은 농도의 위산을 분비한다. 예를 들어, 사자의 위산은 인간보다 훨씬 강력하여 단단한 뼈까지도 녹일 수 있다. 반면 초식 동물은 복잡한 섬유질을 소화하기 위해 독특한 위 구조를 가지고 있다. 반추 동물(소, 양 등)은 네 개의 위를 통해 섬유질을 분해하며, 이 과정에서 미생물이 중요한 역할을 한다. 특히 반추 동물은 위에서 미생물 발효를 통해 셀룰로오스 같은 복잡한 탄수화물을 분해해 단순한 당과 지방산으로 전환한다. 이는 인간의 소화 과정과 크게 차별화되는 점이다.

 

 

 

 

위 미생물 관련 위장 질환 치료 새 가능성

한편 최근 2021년부터 2023년까지 다양한 연구들은 위 미생물의 복잡한 역할과 위장 질환 예방 및 치료 가능성을 제시하고 있다. 2023년 한국생명공학연구원은 3차원 위 오가노이드를 활용해 헬리코박터 파일로리 감염으로 인한 위 세포 손상 기전을 규명하고, 이를 억제할 수 있는 후보물질을 발굴했다. 2022년 연세대학교 연구팀은 위 미생물이 생성하는 대사물질이 위 점막 주세포의 증식을 조절할 수 있음을 밝혀, 위 점막 손상 회복과 질환 예방에 새로운 가능성을 열었다.

​

또한, 2021년 연구에서는 헬리코박터균 외의 미생물도 위 질환을 유발할 수 있음을 확인하며, 위암 예방과 치료에서 다양한 미생물의 중요성이 강조되었다. 이 연구들은 미생물-대사물질-세포 간 상호작용을 이해하고, 이를 기반으로 위장 질환 관리와 맞춤형 치료법 개발에 중요한 자료를 제공하고 있다.

 

 

 

결정성 물질과 비결정성 물질