김철수 연세대 의대 교수팀, 한우물 정수기로 실험·연구결과 확인

신장 근위세뇨관 상피 HK-2 세포 이용
전해약알칼리수 항산화·항당뇨 효과 실험
약알칼리수 인체에 부담·음용 제한 없어   
“꾸준히 마시면 고혈당 낮춰 당뇨 예방
건강 유지하며 삶이 달라질 수 있어요” 

김철수 교수는 “고농도의 포도당을 HK-2 세포에 처리해 산화스트레스를 유도한 후 산화스트레스 및 당뇨병 관련 지표들을 조사한 결과 pH8.5 약알칼리환원수가 산화스트레스 손상을 억제하고 세포 대사를 향상케 하는 효과가 나타났다”며 “의약품으로 분류되는 pH9.5 알칼리환원수와 달리 인체에 부담이 없어 음용에도 제한이 없는 pH8.5의 전해 약알칼리환원수를 꾸준히 마신다면 고혈당을 낮출 수 있어 당뇨병을 예방하는 데 도움이 될 것으로 보인다”고 말했다.
김철수 교수는 “고농도의 포도당을 HK-2 세포에 처리해 산화스트레스를 유도한 후 산화스트레스 및 당뇨병 관련 지표들을 조사한 결과 pH8.5 약알칼리환원수가 산화스트레스 손상을 억제하고 세포 대사를 향상케 하는 효과가 나타났다”며 “의약품으로 분류되는 pH9.5 알칼리환원수와 달리 인체에 부담이 없어 음용에도 제한이 없는 pH8.5의 전해 약알칼리환원수를 꾸준히 마신다면 고혈당을 낮출 수 있어 당뇨병을 예방하는 데 도움이 될 것으로 보인다”고 말했다.

[고양신문] 우리 몸에서 가장 중요한 호르몬 중 하나는 인슐린이다. 췌장에서 분비돼 물질대사에 역할을 하는 단백질성 호르몬으로, 우리가 섭취한 음식이 우리 몸에서 잘 쓰이도록 도와준다. 그런데 췌장의 인슐린 분비 기능이 저하되거나 혹은 세포에서 제대로 그 기능을 하지 못하면 포도당이 혈액 속에 쌓여 혈당이 올라가게 된다. 당뇨(糖尿)병은 간단히 말하면 혈액 중의 포도당인 이 혈당이 너무 높아서 소변으로 넘쳐 나오는 상태를 일컫는다.

‘인슐린 저항성’ 당뇨병에 영향 
혈액 속의 포도당을 세포 속으로 넣어주는 것이 인슐린의 가장 중요한 역할인데, 인슐린이 주는 자극에 매우 둔감해져서 같은 양은 인슐린으로도 다른 사람들보다 효과가 떨어지는 ‘인슐린 저항성’이 커지면 포도당이 세포 속으로 들어가지 못하고 세포 밖에서 둥둥 떠다니면서 문제가 된다. 왜일까?

혈당인 포도당은 혼자서는 혈액이나 근육이나 세포로 들어가지 못한다. 인슐린이 황금열쇠로 세포막의 문을 열어주어야 하는데, 인슐린이 작용을 잘 하지 않는 ‘인슐린 저항성’이 생기면 췌장은 더 많은 인슐린을 분비하게 되는데, 나중에는 췌장도 기능이 떨어져 인슐린을 보내기 힘들어져 고혈당이 돼 당뇨병이 될 수 있다. [그림 출처 = ‘러블리 닥터손의 재미난 다이어트 영양 story’ 블로그]
혈당인 포도당은 혼자서는 혈액이나 근육이나 세포로 들어가지 못한다. 인슐린이 황금열쇠로 세포막의 문을 열어주어야 하는데, 인슐린이 작용을 잘 하지 않는 ‘인슐린 저항성’이 생기면 췌장은 더 많은 인슐린을 분비하게 되는데, 나중에는 췌장도 기능이 떨어져 인슐린을 보내기 힘들어져 고혈당이 돼 당뇨병이 될 수 있다. [그림 출처 = ‘러블리 닥터손의 재미난 다이어트 영양 story’ 블로그]

가장 큰 원인은 식습관이다. 과식으로 인한 비만, 사탕, 과자, 초콜릿, 탄산음료, 인스턴트 음식, 밀가루 음식 등 설탕을 포함한 탄수화물을 다량으로 섭취하면 췌장의 기능이 저하된다. 편리한 교통수단 덕분에 평소 활동량이 적은 데다가 운동 부족, 스트레스로 인한 스트레스 호르몬 증가, 수면 부족 등도 혈당을 증가시키고 발병위험을 높인다.

국내 30세 이상 성인 7명 중 1명(14.4%)이 당뇨병을 앓고 있고, 특히 65세 이상 성인에서는 10명 중 3명(29.8%)으로 증가한다는 통계(국민건강보험 2016년 국민건강영양조사)에서 보듯 당뇨병 환자 자체도 문제지만, 실명에 이를 수 있는 망막병증, 신장기능 장애, 고혈압, 심장병, 동맥경화증, 뇌졸중 등 심혈관계 질환 등 우리 몸 곳곳에 다양한 합병증을 초래하기 때문에 ‘만병의 근원’으로 작용할 수 있다. 

당뇨로 인해 발생할 수 있는 합병증 [이미지 출처 = 강북삼성병원 당뇨혈관센터]
당뇨로 인해 발생할 수 있는 합병증 [이미지 출처 = 강북삼성병원 당뇨혈관센터]

한우물 정수기 물로 비교 실험·연구
최근 연세대학교 원주의과대학 환경의생물학교실 김철수 교수 연구팀이 발표한 연구 논문에 시선이 쏠리는 것은 바로 그런 이유 때문이다. 김 교수 연구팀은 국제학술 잡지인 『Process』의 ‘알칼리이온수의 건강증진에 대한 적용과 발전’을 주제로 한 특별호에 ‘신장 근위세뇨관 상피세포를 이용한 약알칼리환원수의 항산화 및 항당뇨 효과 평가’라는 제목의 논문을 발표했다. 

이번 연구 논문은 이규재 연세대 의과대학(원주) 교수의 지도로 Subham Sharma, Johny Bajgai, Jayson M. Antonio 등 국제적으로 구성된 연구원들이 함께 참여했고, 35년 넘게 전기분해 약알칼리수 추출 정수기를 고집해온 한우물 정수기를 이용해 연구하고 분석한 끝에 나오게 됐다.

전기분해 알칼리환원수는 체내 활성산소를 줄이고 산화스트레스로부터 세포를 보호하는 효과가 있는 것으로 알려져 있다. 또 최근 몇 년 동안 각종 연구에서 당뇨병이나 만성 신장 질환을 포함한 대사질환에 알칼리환원수가 긍정적인 영향을 미칠 수 있음이 제시되고 있다. 당뇨병은 미세혈관 손상 또는 신부전과 같은 장기 기능 장애를 일으키는 고혈당을 특징으로 하는 만성 대사성 질환이다.

신장(콩팥)과 네프론(신장단위). 하나의 신장에는 약 100만 개 이상의 네프론이 있어서 좌우 신장을 모두 합하면 총 200만 개 이상의 네프론이 존재한다. 네프론은 혈관으로부터 원뇨를 여과해 네프론 내부의 세관을 지나면서 영양소와 물, 무기염류 등을 선택적으로 재흡수하고 노폐물을 분비하면서 최종적으로 소변을 생성해 집합관으로 배출한다. 근위 세뇨관은 나트륨(Na)과 물을 재흡수하고 아미노산, 칼륨, 요소, 인산염 등의 재흡수도 일어난다. 포도당을 재흡수하는 곳도 바로 이 근위 세뇨관이다. [이미지 출처 = ㈜생물나라 홈페이지]
신장(콩팥)과 네프론(신장단위). 하나의 신장에는 약 100만 개 이상의 네프론이 있어서 좌우 신장을 모두 합하면 총 200만 개 이상의 네프론이 존재한다. 네프론은 혈관으로부터 원뇨를 여과해 네프론 내부의 세관을 지나면서 영양소와 물, 무기염류 등을 선택적으로 재흡수하고 노폐물을 분비하면서 최종적으로 소변을 생성해 집합관으로 배출한다. 근위 세뇨관은 나트륨(Na)과 물을 재흡수하고 아미노산, 칼륨, 요소, 인산염 등의 재흡수도 일어난다. 포도당을 재흡수하는 곳도 바로 이 근위 세뇨관이다. [이미지 출처 = ㈜생물나라 홈페이지]

연구팀은 사람의 신장 근위세뇨관 표피로부터 분리된 세포인 Human Kidney(HK)-2 세포가 당(glucose)을 수송함으로써 근위세뇨관 상피의 기능적 특성을 유지해주고, 신장은 당뇨병에 의해 우선하여 영향을 받을 수 있는 기관이기 때문에 이번 연구에서 근위세뇨관에서 추출한 HK-2 세포를 사용해 약알칼리환원수의 효과를 조사했다. 

이를 위해 사람 신장세포 HK-2 세포주를 서울대학교 암연구소의 한국세포주은행에서 분양받았고, 고농도의 포도당을 HK-2 세포에 처리해 산화스트레스를 유도한 후 산화스트레스 및 당뇨병 관련 지표들을 조사함으로써 pH8.5의 전해 약알칼리환원수가 항산화 및 항당뇨 효과를 나타내는지 관찰했다. 

전해 약알칼리수 세포 대사 활성화 고혈당 낮춰
그 결과는 흥미로웠다. pH8.5군은 고농도 포도당만 처치한 대조군 및 pH7.7인 수돗물 군과 비교해봤을 때 세포 생존능력이 유의미하게 높은 것으로 나타났다. HK-2 정상 세포에 고농도의 포도당을 처리한 후 세포 생존율은 유의미하게 감소했으나, 전기분해 약알칼리수(Electrolyzed Weakly Alkaline Reduced Water: EARW_pH8.5)를 처리했을 때 포도당만 처리한 군(High Glucose: HG)이나 수돗물(Tap Water: TW_pH7.7) 처리군 보다 세포 생존율이 유의미하게 높게 나타났다(Figure 1A). 

세포사멸 경로와 관련이 있는 Cleaved Caspase 3 지표는 포도당을 처리하였을 때 정상군보다 유의미하게 높아졌지만, EARW_pH8.5를 처리하였을 때 HG군이나 TW_pH7.7군과 비교해 유의미하게 낮게 나타났다(Figure 1B). 

세포 생존율과 Cleaved Caspase 3에 미치는 약알칼리환원수의 효과
세포 생존율과 Cleaved Caspase 3에 미치는 약알칼리환원수의 효과

또한, pH8.5군은 산화스트레스 지표(활성산소, 산화질소, 카탈라아제, 글루타치온 과산화효소), 세포사멸 지표, 당뇨병 관련 지표(포도당 흡수율)와 염증 지표를 감소시키는 효과를 보여주며 pH9.5 알칼리환원수와 유사한 효과를 나타냈다. 

산화스트레스 지표인 활성산소와 산화질소, 그리고 대표적인 항산화 효소인 카탈라아제와 글루타치온 과산화효소(GPx: Glutathione peroxidase) 활성을 측정한 결과 활성산소와 산화질소는 고농도 포도당 자극 때문에 현저히 증가했다. 그러나 두 지표 모두에서 EARW_pH8.5군은 HG군이나 TW_pH7.7군과 비교했을 때 유의미하게 낮아진 효과를 보였다(Figure 2A, 2B). 항산화 효소인 카탈라아제의 경우 고농도 포도당에 의해 현저히 증가했으나 EARW_pH8.5 처리 후 HG군이나 TW_pH7.7군에 비해 유의미하게 낮은 결과를 보였다(Figure 2C). 반면 GPx는 고통도 포도당 처리 후 현저히 낮아졌으나 EARW_pH8.5 처리 후 HG군이나 TW_pH7.7군에 비해 유의미하게 낮은 결과를 보였다(Figure 2D).

활성산소, 산화질소, catalase, GPx에 대한 약알칼리환원수의 효과
활성산소, 산화질소, catalase, GPx에 대한 약알칼리환원수의 효과

세포의 포도당 흡수능력은 당뇨병의 진행과 관련된 주요한 지표다. HK-2 세포에 고농도의 포도당을 처리했을 때 세포의 포도당 흡수능력은 현저히 높아졌다. 그러나 EARW_pH8.5 처리 후 HG군이나 TW_pH7.7군과 비교해 유의미하게 감소한 효과를 보였다(Figure 4A). 

한편 고혈당으로 인해 세포 내 포도당 대사가 증가하면 이 과정에서 아데노신 삼인산(ATP: Adenosine Triphosphate, 모든 살아있는 세포에서 에너지 저장소 역할을 하는 분자)을 필요로 한다. ATP는 호흡으로 생성되며 대부분 세포 과정에서 에너지원으로 사용되는데, 세포 내 ATP 활성을 측정한 결과 고농도의 포도당을 처리한 후 ATP 농도가 감소하였으나 EARW_pH8.5 처리군은 HG군 및 TW-pH7.7군과 비교했을 때 유의미하게 회복된 값을 보였다. 이러한 결과는 HK-2 세포에서 EARW_pH8.5가 ATP 농도의 상승을 유도해 포도당 흡수 수준을 안정화함으로써 당뇨병 진행에 유익한 영향을 미칠 수 있을 것으로 판단된다(Figure 4B). 

포도당  흡수능력과 세포 내 ATP 활성에 대한 약알칼리환원수의 효과
포도당  흡수능력과 세포 내 ATP 활성에 대한 약알칼리환원수의 효과

마시는 물 바꾸면 우리 몸과 삶 달라져
결론적으로 pH8.5 약알칼리환원수는 HK-2 세포에서 고농도의 포도당으로 유도된 산화스트레스 손상을 억제하고 세포 대사를 향상케 하는 효과를 보여줘 항산화 방어기전을 안정화하고 염증을 조절하는 기전에 영향을 미쳐 항산화·항당뇨에 효과를 나타내는 것으로 판단할 수 있다는 것이다.

김철수 교수는 “기존에 알칼리환원수의 항당뇨나 항비만 등에 대한 효과를 검증한 기초 연구에서 항산화 기능 등 생리활성이 나타나는 것으로 보고됐는데, 이번에 한우물의 전기분해 약알칼리수를 가지고 연구를 진행해보니 결국 기전에도 영향을 미친다는 것을 알게 됐다”며 “의약품으로 분류되는 pH9.5 알칼리환원수와 달리 인체에 부담이 없어 음용에도 제한이 없는 pH8.5 전해 약알칼리환원수를 꾸준히 마신다면 신장 세포에서 항산화 효과를 내고, 고혈당도 낮출 수 있어 당뇨병을 예방하는 데 도움이 될 것으로 보인다”고 말했다. 이어서 김 교수는 “이번 연구는 우리가 평소 마시는 물을 바꾸면 당뇨병 같은 만성질환을 예방하면서 건강한 몸을 유지할 수 있고, 근본적으로 우리의 삶이 달라질 수 있음을 시사한다”고 강조했다.

이규재 연세대 의과대학(원주) 교수 연구팀. 사진 오른쪽에서 다섯 번째가 이규재 교수, 네 번째가 김철수 교수다. 
이규재 연세대 의과대학(원주) 교수 연구팀. 사진 오른쪽에서 다섯 번째가 이규재 교수, 네 번째가 김철수 교수다. 

한편, 김철수 교수팀은 이번 연구결과를 토대로 전해 약알칼리수의 항당뇨와 항산화 효과를 검증하기 위해 동물실험인 전임상 연구를 진행해 안전성을 검증하고 향후 임상으로까지 진전시킨다는 계획이다. 

 

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