당분 과다섭취가 부르는 가장 위험한 질환은 ‘당뇨병’
당뇨병 예방하려면 5년 전부터 당뇨병을 앓고 있는 김모 씨(62·여)는 두 달 전 오른쪽 발톱을 깎다가 작은 상처를 냈다. 당뇨병으로 인해 시력이 떨어지고 발의 감각이 무뎌져 상처 난 발에 피가 나는 것을 미처 몰랐다. 처음엔 대수롭지 않게 여기다가 상처가 계속 낫지 않자 김 씨는 한 달 뒤 병원을 찾았다. 하지만 염증이 오른발의 뼈까지 번진 심각한 상황이었다. 큰 병원을 다시 찾아간 김 씨는 의료진으로부터 “패혈증을 막기 위해선 무릎 아래 오른발 절단 수술을 받아야 한다”는 청천벽력 같은 이야기를 듣고 말았다.
당류를 많이 섭취하면 만성질환에 걸릴 위험이 높아진다. 이 중 가장 위험한 게 바로 당뇨병이다. 국민건강보험공단에 따르면 2015년 현재 국내 당뇨병 환자는 252만 명에 이르는데, 이는 2010년의 202만 명에서 24.6%나 증가한 수치다. 당뇨병은 인슐린 부족으로 인해 세포에서 포도당을 제대로 이용하지 못하고 그 결과 혈액 속의 당 성분이 비정상적으로 올라가는 병인데 완치가 불가능하고 각종 합병증을 동반하는 까닭에 평생 관리해야 한다.
당뇨병은 크게 제1형과 제2형으로 나뉜다. 제1형 당뇨병은 인슐린을 분비하는 췌장의 베타세포가 파괴돼 발생한다. 어린 나이에 많이 생겨 ‘소아당뇨’라 불린다. 제2형 당뇨병은 인슐린이 제대로 작용하지 않아 생기는데, 과한 당분 섭취 및 운동 부족, 과로와 스트레스 등 생활습관에서 기인한다. 우리가 흔히 말하는 당뇨병으로 환자의 대부분을 차지한다.
당뇨병 예방을 위해선 식습관 조절이 가장 중요하다. 특히 하루 당분 섭취량을 총칼로리의 10% 이내로 반드시 제한해야 한다. 설탕이나 음료수 등에 들어 있는 단당류는 혈당을 급속히 올리므로 가능한 한 섭취하지 않는다. 규칙적인 운동 역시 필수다.
무엇보다 당뇨병은 합병증 관리가 중요하다. 2015년 국민건강보험공단 통계에 따르면 당뇨병 환자의 14.2%(35만6000명)가 망막병증, 백내장 등 눈 관련 합병증을, 13.4%(33만7000명)는 신경병증 동반 합병증을, 5.8%(14만7000명)는 신장 합병증을 앓는 것으로 나타났다. 이 밖에도 협심증, 뇌중풍(뇌졸중) 등 심뇌혈관 질환과 당뇨 발 등을 일으킨다.
합병증을 제대로 관리하지 못하면 사망이나 실명, 사지(四肢) 절단 등 심각한 후유증을 남긴다. 실제로 당뇨병 환자의 합병증으로 인한 하지(下肢) 절단은 정상인의 40배 이상인 것으로 알려져 있다. 혈당이 높으면 혈관이나 장기 등이 제 역할을 하지 못해 정상인에 비해 세균 감염이 잘 일어나고 가벼운 상처도 잘 낫지 않아 발 등 말단 부위의 궤양이나 괴사로까지 이어질 수 있기 때문. 또 당뇨병으로 인해 신장이 제 기능을 못하는 만성신부전이 생길 수 있고 당뇨 망막병증은 시력을 점차 떨어뜨려 심할 경우 실명에 이르게 한다.
합병증 예방을 위해선 적절한 식습관을 통한 혈당 조절뿐 아니라 표준 체중의 유지와 혈압 및 지질(혈중 콜레스테롤 및 중성지방) 관리가 필요하다. 다만 합병증이 나타났을 경우 조기 치료가 가장 중요하다. 증상별로 관리법이 다르니 반드시 의료진을 찾아 진료를 받고 처방에 따라야 한다.
이지은 기자 smiley@donga.com (도움말=고려대안암병원, 서울아산병원)
당뇨 환자에게 인슐린 정확하게 처방하는 AI 개발
박성민 포스텍 창의IT융합공학과 교수팀
국내 연구팀이 혈당량만으로 필요한 인슐린양을 정확하게 계산하는 인공지능(AI) 알고리즘을 개발했다.
박성민 포스텍 창의IT융합공학과 교수팀은 인공지능(AI)의 학습 방법 중 하나인 강화학습을 활용해 당뇨 환자에게 필요한 인슐린양을 자동으로 계산하는 알고리즘을 개발했다고 17일 밝혔다. 이 연구는 국제전기전자공학회(IEEE)에서 발행하는 국제학술지 ‘IEEE 저널오브바이오메디컬앤헬스인포매틱스’ 2월호에 실렸다.
당뇨병은 크게 제1형과 제2형으로 나뉜다. 제1형 당뇨병은 인슐린을 분비하는 췌장의 베타세포가 파괴돼 발생한다. 어린 나이에 많이 생겨 ‘소아당뇨’라 불린다. 제2형 당뇨병은 인슐린이 제대로 작용하지 않아 생기는데, 과한 당분 섭취 및 운동 부족, 과로와 스트레스 등 생활습관에서 기인한다. 우리가 흔히 말하는 당뇨병으로 환자의 대부분을 차지한다.
인슐린은 췌장에서 분비하는 호르몬으로 포도당을 글리코겐으로 바꿔 체내 혈당량을 줄인다. 1형 당뇨 환자는 체내에서 인슐린이 거의 분비되지 않기 때문에 식사하기 전 인슐린을 주입해야 한다. 당뇨 환자의 혈당과 탄수화물·지방·단백질 섭취량을 이용해 인슐린양을 계산해주는 장치인 인공췌장이 개발됐으나 장치를 조작하기 힘든 어린이나 노인은 사용하기 어려웠다.
연구팀은 당뇨 환자의 혈당량만으로 인슐린양을 계산하기 위해 강화학습을 이용했다. 강화학습은 바둑 인공지능 알파고가 기보를 학습한 방법으로 여러 데이터를 통해 특정 행동에 대해 보상이 주어질 때 보상을 최대로 하는 행동을 찾아내는 학습법이다. 연구팀은 인공지능에게 주입한 인슐린양에 따른 혈당량이 어떻게 변하는지 나타낸 데이터를 학습시켜 당뇨 환자의 혈당 데이터를 입력했을 때 최적의 인슐린양을 찾도록 했다.
이렇게 만든 알고리즘을 당뇨 연구에 쓰이는 당뇨 환자 모델에 적용한 결과 하루 24시간 중 약 21시간 동안 정상 혈당 범위인 80~140mg/dL를 유지하는 것으로 나타났다. 이는 기존 인공췌장이 혈당과 영양소 섭취량을 이용해 계산한 인슐린양을 주입했을 때와 버금가는 수준이다.
박 교수는 "이번에 개발한 인공지능 알고리즘을 이용하면 완전히 자동화된 맞춤형 혈당 관리를 할 수 있고 현재 동물실험도 진행 중이다"며 "이 알고리즘은 약물을 이용하는 다른 치료에도 적용할 수 있을 것"이라고 말했다.
‘혈당 적신호’ 방치 마세요
'내당능(內糖能) 장애를 잡으면 당뇨병도 잡을 수 있다’ 1970년대 인구의 1% 미만이었던 당뇨병이 최근 10%에 육박할 정도로 급증하고 있지만 증가세가 멈출 기색이 없다. 최근 의학자들은 상승세를 꺾을 방안으로 내당능 장애에 주목하고 있다. 내당능 장애는 당뇨병은 아니지만 혈당이 정상치보다 많은 상태. 한때 ‘전(前) 당뇨병’으로 불렸지만 적극적인 관리의 필요성이 제기된 것은 최근이다. 내당능 장애로 진단받으면 5년 안에 25%, 10년 안에 60%가 당뇨병으로 악화된다. 또 당뇨병으로 진단받기 전 내당능 상태에서 이미 당뇨병의 각종 합병증이 진행된다. 따라서 비교적 치유가 쉬운 내당능 장애 때 건강을 되찾으면 당뇨병과 각종 합병증을 예방할 수 있다. 대한당뇨병학회와 한국당뇨협회가 주관하는 ‘당뇨 주간’(11월 셋째주)을 맞아 내당능 장애가 무엇인지, 어떻게 대처해야 하는지 등을 알아본다.▽내당능 장애의 진단〓 최근 건강 검진 기록표를 찾아보면 자신이 여기에 해당되는지 알 수 있다.세계보건기구(WHO)의 기준에 따르면 공복 혈당이 140㎎/㎗ 이상이고 식사 2시간 뒤 혈당이 200㎎/㎗ 이상이면 당뇨병이다. 이에 비해 내당능 장애는 공복 혈당이 110∼140㎎/㎗이고 식사 2시간 뒤 혈당이 140∼200㎎/㎗인 경우에 해당된다. 97년 미국당뇨병학회는 식사 뒤 혈당은 따지지 말고 공복 혈당이 126㎎/㎗ 이상이면 당뇨병, 110∼125㎎/㎗이면 내당능 장애라는 새 진단기준을 내놓았다. 각국에서는 두 기준을 함께 쓰고 있다. ▽두 가지 원인〓 내당능 장애는 핏속의 포도당을 나중에 에너지원으로 쓰기 위해 간이나 근육에 저장시키는 호르몬인 ‘인슐린’의 생산과 관계 있다. 공장 격인 이자의 β세포가 고장나서 인슐린을 필요한 만큼 만들지 못하거나, ‘출고량(出庫量)’은 채우지만 ‘불량품’이 많으면 내당능 장애 또는 당뇨병이 생긴다. 젊은 사람이 공복 혈당이 정상보다 높게 나오면 ‘공장 사고’ 가능성이, 식사 2시간 뒤 혈당이 높게 나오면 불량 과다 유통이 원인일 가능성이 크다. 이 중 ‘불량품 과다 유통’이 98%를 차지하는데 이는 뱃속에 지방이 과다해지는 ‘내장 비만’과 관련이 깊다. 뱃속에 기름이 끼면 간이나 근육에도 지방이 쌓이고 인슐린이 포도당을 창고에 제대로 저장하지 못해 핏속에 포도당이 넘치게 된다. 그러면 이자는 ‘수요’를 맞추느라 공장인 이자에서는 상품 검사도 제대로 안한 불량 인슐린을 쏟아내게 된다. 이 경우 내당능 장애 및 당뇨병과 함께 △지방간 △고혈압 △혈액 응고 과다 장애 △혈중 중성지방이 과다하고 좋은 콜레스테롤(HDL)이 적은 ‘이상 지질 혈증’ △동맥 혈관 내에 핏떡이 고이는 ‘동맥 죽상(粥狀) 경화증’ 등이 진행되고 결국에는 뇌중풍 심근경색 다리동맥장애 등이 오게 된다. ▽내당능 장애와 저혈당〓 내당능 장애라고 늘 혈당이 높은 것은 아니다. 식사 1, 2시간 뒤 혈당이 쭉 올라갔다가 ‘반동적(反動的) 저혈당’이 생겨 식후 2∼4시간 뒤 심한 허기증과 함께 두통, 어지러움, 졸림, 무기력증, 진땀, 떨림 등의 증세가 나타나기도 한다. 미국에서 내당능 장애 환자 중 일부가 반동적 저혈당으로 뇌에 착란이 생겨 범죄를 일으킬 수도 있다는 점에 주목, 관련 연구를 하고 있다. 식후 저혈당은 과식을 유발해 ‘내장 비만의 악순환’을 부르기도 한다. ▽두 가지의 원인과 대처〓 이전에는 내당능 장애일 때 약물 치료법보다 운동 식이요법 등을 통해 당뇨병이나 기타 질환으로 진행되는 것을 막는 것이 최선이라고 여겼지만 지난해 국제당뇨연맹 등에서는 내당능 장애도 약물 치료가 필요하다고 지침을 바꿨다. 이때 ‘인슐린 공장’인 이자의 β세포가 고장난 것인지, 불량 인슐린의 과다생산이 문제인지에 따라 치료법이 다르다. β세포 이상일 때에는 몸의 세포 기능을 약화시키는 폭음, 흡연을 피한다. 또 탄수화물을 과잉 섭취하고 단백질, 항산화 비타민을 적게 섭취하면 β세포가 피로해지므로 음식을 골고루 먹는다. 불량 인슐린 과다 생산이 문제일 때는 식이요법 운동 등으로 ‘내장 비만’을 해결해야 한다. 이와 함께 그루코파지, 그리타존 등 인슐린의 기능을 올리는 약물 등을 복용한다. (도움말〓연세대의대 세브란스병원 내과 허갑범 교수·대통령 주치의) ▼이럴땐 의심을▼ 내장 비만인 경우 내당능 장애를 의심해야 한다. 남성의 키가 165㎝ 이상이면서 허리 둘레가 36인치 이상이거나 165㎝ 미만이면서 허리 둘레가 34인치 이상이면 내장 비만일 가능성이 크다. 여성은 키 150㎝ 이상이면서 허리 둘레 32인치 이상이거나 150㎝ 미만이면서 허리 둘레 30인치 이상이면 해당. 특히 뱃살을 만져서 두께가 얇을 경우가 두꺼울 경우보다 더 해롭고 배꼽 위에서 명치까지 부분이 주로 불룩하고 다리가 가늘 경우 내장 비만일 가능성이 더 높아진다. 내장 비만으로 여겨지면 혈당 검사를 받는 것이 좋으며 특별한 약물치료가 필요하지 않다면 빨리걷기, 등산 등 다리 운동을 통해 지방을 근육으로 바꿔야 한다. 저녁 9시 이후 식사, 단 음식 섭취 등은 금물. 또 고혈압이 있거나 스테로이드 호르몬이나 피임약을 장기 복용한 사람, 몸무게 4㎏ 이상의 거대아를 출산한 적이 있는 여성, 뇌중풍 심장발작 등의 병력이 있는 사람은 혈당 검사를 받아 보는 것이 좋다.
1형 당뇨 완치하는 줄기세포치료제 나온다
美 연구진, 피부 세포를 췌장 세포로 바꾸는 데 성공
‘소아당뇨병’이라고도 부르는 1형 당뇨는 췌장에서 인슐린이 분비되지 않아 혈당이 조절되지 않는 선천성 질환이다. 보건복지부 통계에 따르면 우리나라 국민 10만 명당 1.1명이 이 병을 앓고 있다. 문제는 근본적인 치료법이 없어 평생 인슐린 주사를 맞아야 한다는 것. 이 같은 상황에서 줄기세포를 이용해 1형 당뇨를 완치할 수 있다는 연구결과가 나와 주목받고 있다.
미국 글래드스턴연구소 성 딩 박사팀은 최신 줄기세포 기술로 피부세포를 인슐린을 만드는 췌장 β세포로 바꾸는 데 성공했으며 실제로 실험용 쥐에 이식한 결과 정상적으로 인슐린을 만드는 것을 확인했다고 ‘셀 스템 셀’ 6일자 온라인판에 발표했다.
그동안 췌장 β세포를 이식해 1형 당뇨를 치료하려는 시도는 있었지만 β세포를 다량으로 얻기가 어려웠고, 이식을 하더라도 면역거부 반응으로 파괴돼 효용이 낮았다. 하지만 이번 기술은 환자 본인의 피부세포로 만든 β세포를 이용할 수 있기 때문에 1형 당뇨의 근본적 치료가 가능할 것이라는 기대감이 커지고 있다.
연구팀은 먼저 실험용 쥐로부터 피부세포(섬유아세포)를 분리한 뒤 줄기세포 단계를 거치지 않고 다른 종류의 세포로 곧장 분화시키는 ‘직접교차분화’ 기술을 이용해 내배엽세포로 만들었다. 연구팀은 이렇게 만든 내배엽세포를 ‘리프로그래밍’해 췌장 β세포로 성공적으로 분화시키고 인슐린을 정상적으로 분비하는 것을 확인했다.
이렇게 만든 초기 상태의 β세포를 유전자 조작으로 고혈당을 앓는 실험용 쥐에게 이식한 결과 이식 후 1주일 만에 쥐의 혈당 수치가 정상에 가깝게 떨어졌다. 연구진은 이식한 지 8주가 지난 후에도 정상적으로 활동하며 인슐린을 분비하는 것도 확인했다.
지난해까지 딩 박사와 연구를 진행한 한국생명공학연구원 줄기세포연구센터 김장환 박사는 “이번 연구는 배아줄기세포나 유도만능줄기세포(iPS)로도 얻기 어려웠던 췌장 β세포를 최신 기술인 직접교차분화를 이용해 쉽게 만들었다는 데 큰 의미가 있다”며 “이 기술을 1형 당뇨 치료제를 만드는 데 적용하기 위해서는 실험동물이 아닌 인체에 적용하는 것이 핵심 과제”라고 설명했다.