활성 산소(reactive oxygen species, ROS)는 신체의 대사 과정 중에 자연스럽게 생성되는 산소 분자의 변형 형태인데 세포 손상을 일으킬 수 있는 강한 산화력을 가지고 있습니다. 생명활동을 하는 한 활성산소의 발생은 막을 수 없는 일인데 이러한 활성 산소는 다양합니다. 그중 대표적인 것들로는 슈퍼옥사이드 이온(O₂⁻), 과산화수소(H₂O₂), 하이드록실 라디칼(OH·) 등이 있습니다.
1. 활성 산소의 발생 원인
활성산소(reactive oxygen species, ROS)는 정상적인 대사 과정과 외부 요인들로 인해 생성됩니다. 그 발생 원인을 주요한 몇 가지로 나눌 수 있습니다.
1) 활성산소 발생의 내부요인
세포 호흡 과정: 세포 내 미토콘드리아에서 에너지를 생성할 때 산소를 이용하는데, 이 과정에서 일부 산소 분자가 불완전하게 환원되어 활성산소가 생성될 수 있습니다. 이 현상은 세포의 에너지 생산 과정에서 자연스럽게 발생하며, 몸 안에서 R활성상소를 가장 많이 발생시키는 요인 중 하나입니다.
2) 외부 스트레스 요인
자외선: 햇빛 소에 있는 자외선에 노출되면 피부 세포에서 활성산소가 많이 발생합니다. 자외선은 피부에 직접적인 산화적 손상을 주어 활성산소 생성을 촉진합니다.
오염 물질 및 흡연: 대기 오염, 미세먼지, 흡연 등의 외부 물질도 세포에 산화 스트레스를 주어 활성산소 생성을 증가시킵니다.
화학물질: 특정 약물, 살충제, 화학물질 등이 체내에 들어오면 몸에서 이를 해독하기 위해 활성산소가 발생할 수 있습니다.
염증 반응: 감염, 상처 등으로 염증 반응이 일어날 때 백혈구가 활성화되면서 활성산소를 생성해 세균을 죽이거나 감염된 조직을 정리합니다. 이는 신체 방어 작용의 일환이지만, 활성산소가 과도하게 생성되면 건강한 조직까지 손상될 수 있습니다.
운동 및 신체 활동: 격렬한 운동이나 육체적 스트레스가 있을 때 에너지 수요가 증가하고, 산소 소모가 늘어나면서 활성산소의 생성도 증가합니다. 적당한 운동은 체내 항산화 방어 체계를 강화하지만, 과도한 운동은 ROS를 과도하게 생성할 수 있습니다.
식이 및 영양 결핍: 비타민 C, E, 셀레늄 등 항산화 물질이 부족한 식단은 활성산소를 효과적으로 중화시키지 못하게 만들어 체내 ROS 수치를 높일 수 있습니다.
이러한 요인들로 인해 활성산소가 과도하게 생성되면 체내의 산화 스트레스가 증가하여 세포 손상, 노화 촉진, 다양한 만성 질환의 원인이 될 수 있습니다. 그런데 문제는 내부요인과 더불어 자외선이나 오염물질 등의 외부요인을 차단하기는 어렵고 이 때문에 활성산소를 중화시켜 주는 항산화제를 보충하기도 합니다. 그런데 활성산소가 반드시 부정적인 역할만 하는 것은 아닙니다. 활성산소가 인체 내에서 어떤 역할을 하는지 알아보기로 하겠습니다.
2. 활성 산소의 역할
활성 산소는 흔히 세포에 해로운 물질로 알려져 있지만, 적정 수준에서 체내 기능을 조절하는 데 중요한 역할을 합니다. 즉 적당한 정도의 활성산소는 오히려 우리 몸에 필요한 것이기도 합니다.
1) 면역 방어 역할
활성 산소는 면역 시스템에서 중요한 역할을 합니다. 우리 몸을 외부 침입자로부터 보호하는 대표적인 백혈구가 세균이나 바이러스 같은 외부 병원체를 공격할 때 활성 산소를 생성하여 병원체를 산화시켜 제거합니다. 이 과정을 통해 활성 산소는 감염으로부터 몸을 보호하는 방어 역할을 수행합니다. 백혈구의 우리 몸의 면역체계에서 핵심적인 역할을 담당한다는 점에서 이러한 백혈구를 돕는 활성산소는 중요한 물질임을 알 수 있습니다.
2) 세포 신호 전달
활성 산소는 세포의 신호 전달 과정에서 중요한 역할을 합니다. 세포 내부에서 적정량의 활성 산소는 세포 성장, 분화, 사멸 등의 과정을 조절하는 신호 전달 물질로 작용합니다. 특히 세포가 손상될 때 활성 산소가 이를 감지하고 필요한 수리를 촉진하는 신호를 보냅니다.
3) 염증 반응 조절
염증 반응 과정에서도 활성 산소가 중요한 역할을 합니다. 감염이나 조직 손상 시 염증 반응을 촉진하여 손상 부위를 회복시키는 과정에서 활성 산소가 생성됩니다. 이는 활성산소가 염증 부위에서 미생물을 제거하고, 조직 복구 과정이 원활히 이루어지게 하는 일을 돕는 역할을 한다는 것입니다.
3. 활성 산소의 과도한 생성과 문제점
활성 산소는 적정량이 유지될 때 중요한 생리적 기능을 수행하지만, 과도하게 생성될 경우 산화 스트레스를 유발합니다. 산화 스트레스는 활성 산소가 너무 많아져 세포나 DNA가 손상되는 상태를 의미합니다.
1) 세포 손상
활성 산소는 세포내 미토콘드리아에서 에너지를 생성하는 과정이나 혹은 특정효소들이 산화반응을 촉진하는 과정에서 많이 발생하는데 이로 인해 단백질, 지질, 핵산과 같은 중요한 세포 구성요소를 산화시켜 손상시킵니다. 세포가 활성산소에 의해 산화스트레스를 받게 되면 세포의 기능이 저하되고 세포 사멸이 일어날 수 있습니다.
2) 노화 촉진
1)에서 말한 세포의 산화적 손상은 피부의 주름과 같은 노화 현상을 촉진시키며(이는 자외선이나 화학물질, 오염물질 등에 의해서도 활성산소에 의한 노화가 일어날 수 있음), 시력 감소, 관절염, 심혈관 질환 등 다양한 노화 관련 질병의 위험을 높일 수 있습니다.
3) 염증 반응 증가
활성 산소는 염증을 유발하는 사이토카인과 화학 매개체의 발현을 증가시키는 세포 신호 전달 경로를 활성화할 수 있습니다. 이는 NF-κB 같은 전사 인자를 활성화하여 염증성 사이토카인의 생산을 증가시킵니다. 지속적으로 높은 수준의 염증성 사이토카인이 생산되면 만성 염증 상태를 유지하게 되고, 이는 다양한 만성 질환의 발병으로 이어질 수 있습니다.
4) 심혈관 질환
활성 산소는 혈관 내벽의 콜레스테롤을 산화시켜 혈관 경화를 촉진합니다. 혈관이 경화된다는 것은 혈관벽이 신축성을 잃어 심근경색이나 뇌졸중과 같은 심혈관 질환을 불러일으킬 수 있음을 의미합니다.
5) 암 발생 위험 증가
DNA의 산화 손상은 유전자 변이를 일으킬 수 있으며, 이는 암세포의 발생과 증식을 촉진할 수 있습니다.
6) 면역 체계 손상
과도한 활성 산소는 면역계의 세포를 손상시켜 면역 기능을 저하시킬 수 있습니다. 이로 인해 감염에 대한 저항력이 감소하며, 다양한 감염성 질병에 취약해질 수 있습니다.
4. 활성 산소 조절과 항산화 물질의 필요성
체내 활성 산소가 과도하게 증가하지 않도록 조절하기 위해서는 항산화 물질이 필요합니다. 항산화 물질은 활성 산소를 중화하여 산화 스트레스를 줄이고 세포를 보호하는 역할을 합니다. 항산화 물질은 신체 내에서 자연적으로 생성되기도 하지만, 음식이나 보충제를 통해 외부에서 보충할 수도 있습니다.
5. 요약
활성 산소는 세포 내에서 에너지를 생성하는 과정이나 면역 반응을 통해 생성되는 산소의 변형체로, 적정량에서는 면역 방어, 세포 신호 전달, 염증 반응 조절 등 유익한 역할을 수행합니다. 하지만 과도한 활성 산소는 산화 스트레스를 유발하여 세포 손상과 만성 질환의 원인이 되므로, 항산화 물질을 통해 활성 산소의 균형을 유지하는 것이 중요합니다.