머콜라 박사
질소 산화물(NO)은 혈관에 줄지어 있는 엔도텔륨에 저장되어 있는 수용성 가스입니다. 질소 산화물이 특별히 많은 건강상의 이점들을 제공하는 것은 아니지만, 신체 상에 이것이 생산되는 방법들에 대해 아직도 많은 논란들이 있습니다.
질소 산화물은 아미노산 L-아르지닌으로부터 내피 세포 안에서 자연적으로 생성되지 않기 때문에 신체는 식이성 질산염을 필요로 합니다. 그리고 아세트리아는 일반적인 L-아르기닌 경로를 우회하여 니트리트로 변환한 후 NO(질소 산화물)로 또 변환합니다.
연구는 또한 세균으로 인해 유도된 니트라이트가 항상성이 없는 상태에서의 중요한 역할을 시사하고 있습니다. 올 7월 초 세포 신진대사 저널상에 개제된 “건강과 질병에 있어 식이성 니트라이트의 대사 효과”에서 설명하는 바에 따르면 다음과 같다고 합니다:
“아질산염[NO]은 합성 효소에 의해 L- 아르기닌과 산소로부터 생성되는 심혈관과 대사 조절에 관여하는 다발성 신호 전달 분자입니다. 최근에 이 자유 라디칼 형성을 위한 대안적인 경로가 연구되었습니다.
식이 및 내인성 개체에서 유래하는 무기 음이온인 질산염(NO3)과 아질산염(NO2)은 공생적인 구강 세균과 혈액 및 조직의 숙주 효소를 포함하는 과정에서 아질산염(NO) 생체 활성을 돕습니다… 질산염의 유익한 대사 작용을 뒷받침하는 메커니즘에는 미토콘드리아 호흡과의 상호 작용, 주요 신진 대사 조절 경로의 활성화, 산화 스트레스의 감소 등이 포함됩니다."
아질산염의 건강 효능
아질산염(NO)은 혈관을 확장하고 혈류를 개선하여 혈압을 낮춤으로써 건강한 내피 기능과 심장 건강을 증진시킨다고 합니다. 개선된 혈류는 필수 산소와 영양소가 몸 전체로 자유롭게 흐르면서 노폐물과 이산화탄소를 효과적으로 제거합니다.
중요하게도, 아질산염은 많은 산소를 주입하며, 심장 및 뇌와 같이 산소를 많이 사용하고 필요로하는 부위에 침투합니다.
실제로 조마토모 피질(치매 초기에 자주 영향을 받는 뇌 부위)의 산소 공급을 증진함으로써 신경 조직과 신경 가소성을 개선하는 것으로 나타났습니다. 또한 이는 혈액을 묽게 하고 점성을 감소시켜 혈소판의 응집력을 낮추는 효과가 있습니다.
또한 심장 마비나 뇌졸중을일으킬 수 있는 응혈의 발생을 억제하는 아질산염의 건강상 이점들은 아래와 같습니다:
• 미토콘드리아 건강에 있어 보호 역할을 합니다. 겨우 1~2퍼센트의 미토콘드리아로 구성되어 있는 신체 골격상의 근육 조차도 일상의 움직임을 촉진을 위해 이러한 에너지 집합체에 의존합니다. 이러한 이유로 운동 후 근육에 통증을 느끼는 이유는 근육상에 산소가 고갈되었기 때문입니다. (이때 신체는 NO를 배출하여 신체 상에 산소 공급을 원활하게 합니다)
또한 격렬한 고강도 운동은 효과적이며 신체 내 질소 산화물의 수치를 높인다는 사실을 알 수 있는데 한 예로 운동을 시작한 지 최대 90초 안에 신체는 혈액 내 저장되어 있던 질소 산화물을 배출하고 더 많은 질소 산화물을 생성할 수 있다고 합니다. 이뿐만 아니라 규칙적인 운동은 체내에서 질소 산화물이 배출되고 생성될 수 있도록 원료를 공급하는 것과 같습니다. 예로 Nitric Oxide Dump (산화 질소 덤프)와 같은 고강도 운동이 있습니다:
• 면역 기능을 향상시키고, 외부 병원균을 퇴치하기 위해 신체가 더 철저하게 준비되도록 합니다. 또한 아질산염은 그 자체로도 강력한 항균 잠재성을 가지고 있습니다. 체외 실험을 통해 살펴본 결과, 아질산염은 대부분의 자궁 내 병원균을 한 시간내에 사멸시킬 수 있다는 것을 보여줍니다. 마이코박테리움 결핵, 살모넬라 그리고 시겔라균은 특히 아질산염에 취약합니다.
• 생리적 항상성 유지에 도움이 됩니다. 예를 들어, 아질산염은 내장상에서는 점막의 혈류, 장의 운동성, 점액의 두께를 조절합니다. 이와 더불어 이는 대사 경로에 상당한 영향을 미칠 수 있는 반응성 산소종의 항상성에 중요한 역할을 합니다.
• 염증을 억제하는 것을 돕고, 특히 모세혈관과 아질산염 성장 인자와 함께 새롭고 건강한 혈관의 형성을 촉진합니다.
아질산염의 중요성에 부합하는 소수의 연구들
필자가 의대에 재학 당시에는, 아질산염은 레이더상에서도 검출되지 않는 물질이었습니다. 1980년 대에 본격적으로 아질산염은 인체 생리학과 병리학에 대한 이해에 심각한 도전 그리고 발전을 거듭해 왔습니다. 조셉 프리스티(Joseph Priestly)가 1772년에 아질산염을 발견했으며, 생화학자 로버트 퍼고트(Robert Furchgott)박사는 1980년에 되어서야 모세 내피세포가 내분비선의 긴장을 완화하고 혈관을 부드럽게 해주는 인자임을 알 수 있었다고 합니다.
루이스 J. 이그나로(Louis J. Ignarro) 박사와 페리드 무라드(Ferid Murad) 박사는 1998년의 “혈관계의 신호 분자로서 질산 산화물에 관한 발견”으로 생리의학상을 수상했으며 약리학자인 이그나로 박사와 퍼고트 박사는 서로 독립적으로 동일한 결론에 도달하게 됩니다. 참고로 내피 세포 유래 이완 인자(EDRF)는 실제로 아질산염인 것으로 밝혀졌습니다.
오늘날, 생리학 및 병리학과 관련된 아질산염에 대해 상세히 기술한 16만개 이상의 다양한 논문들이 존재합니다. 여기에 몇 가지 핵심 사항을 간단하게 요약하자면 다음과 같습니다:
• 체내에서 아질산염은 내피 아질산염, 신경 아질산염 및 유도성 아질산염의 세 가지 일산화질소 합성 효소에 의해 생성됩니다. 내피 아질산염은 혈관 내피에서 생성되며 일반적으로 유익한 생물학적 반응과 관련이 있으며 신경 및 유도성 아질산염은 독성 효과와 관련이 있습니다. 유도성 아질산염은 전 염증성 사이토카인에 의해 많은 조직상에서 쉽게 유도되며 다른 일산화질소 합성 효소와는 달리 세포 내 칼슘상의 변화에 의해 조절되지 않습니다.
• 아질산염은 단순한 신호 분자를 넘어 생물학적 삶에서 많은 생리적인 역할을 수행합니다. 중요하게는, 아질산염의 국소 농도만이 유일한 결정 인자는 아닙니다. 더 미묘한 방법을 통해 정보를 전달할 수 있으며, 아질산염이 자유롭게 세포막을 통과할 수 있다는 사실은 세포 안팎으로 반복적으로 확산될 수 있다는 것을 의미하기도 합니다.
그러나 아질산염은 오로지 짧은 거리에서만 확산되므로 생산원에 가장 가까운 어떤 것도 중추 신경계에 영향을 미치지 않는다는 것을 의미하므로 체내 시스템 전체에 걸쳐 전반적인 NO 생산을 도모하는 것이 중요합니다.
• 아질산염은 무수한 이점들을 가지고 있는데, 그 중 하나는 본 물질이 자유 라디칼이라는 것이며, 슈퍼 옥사이드와 결합하며 신체상에서 가장 유해한 반응성 분자인 과산화수소를 형성합니다. 필자의 견해로는 DNA, 세포막 및 단백질의 산화적 손상의 상당 부분을 차지하는 가장 해로운 반응성 분자라고 할 수 있습니다. 이는 일반적으로 위험한 EMF에 노출되었을 때 발생합니다.
• 아질산염의 대부분의 유익한 효과는 가용성 구아닐레이트 시클라제를 자극하여 cGMP를 생산하는 능력을 통해 매개되며 cGMP는 cGMP 의존성 단백질 키나아제를 자극하거나 단백질 시스테인 잔기를 니트로 실화 시키는 기능을 통해 작용하게 됩니다.
• 아질산염의 치료적 사용에 대해 한 가지 예를 들어보자면 1970년대 이후 불유합 뼈 골절의 치료에 통상적으로 사용되어 온 펄스 전자파(Pulsed Electromagnetic) 치료 또는 PEMF입니다. 이러한 맥락에서 아질산염의 증가는 cGMP합성을 증가시키고 골아 세포와 뼈 성장을자극할 수 있는 단백질 키나아제 G를 활성화하는 가능성이 있습니다.
PEFF는 일반적으로 100Hz 미만인 반면 위험한 EMF 주파수는 전형적으로 2000Hz 이상에서 기가 헤르츠입니다.
아질산염 상의 식이 질산염의 건강상의 이점
질산염이 아질산염의 생성을 유발한다는 것을 고려하면, 식이 질산염은 혈압 강하, 내피 기능 향상, 운동 수행 능력 향상, 대사 중후군 역전 및 당뇨병 치료 효과를 포함하여 아질산염과 동일한 건강 영향을 미치는 것으로 나타났습니다. 실제로, 식이 질산염은 실험 쥐의 대사 증후군을 역전시켰으며 쥐의 췌장 섬혈류와 인슐린 분비를 개선했다고 합니다.
전통적인 의학에서는 협심증과 울혈성 심부전증을 치료하기 위해 질산염이 사용되고 있으며 연구 결과 비트루트(Beet Root) 주스 한 잔이 질산염 처방과 동일한 효과를 제공한다고 합니다.
생 비트는 많은 질산염을 포함하고 있으며 평균 몇 시간 안에 혈압을 약 4에서 5배 가량 낮춰준다는 연구 결과도 있습니다.
한 연구에 따르면 하루에 8온스(230g)의 비트 주스를 마시는 것만으로도 일주일안에 평균 혈압을 약 8배 가량 낮출 수 있으며 대부분의 약물을 통한 혈압 완화 보다 훨씬 긍정적인 효과를 보였다고 합니다. 생 비트의 경우 운동 도중 체력을 약 16퍼센트 까지 올릴 수 있는 것으로 보여졌습니다.
더 이상 ‘악당’이 아닌 아질산염!
과거에는 아질산염이 보편적으로 발암성을 띈다는 문제로 비난을 받았습니다 .오늘날, 이는 사실이 아니라는 것이 밝혀졌으며 2006년에 발간된 “질소 산화물 생물학상의 아질산염”이라는 기사가 잘 설명하고 있습니다:
"모든 생명체는 질소 화합물을 필요로 합니다. 아질산염은 자연과 생물학상에서 자연적으로 발생하는 화합물입니다. 수년간 아질삼염이 소화 기관에서 발암성의 니토로사민을 유발하는 마취 물질에서 일산화 탄소 (혈중 산소 감소) 발생시 보호 물질(질산 산화물 또는 아질산염)을 자유롭게 하여 생명을 구하는 약물로 (약리학적인)평가 받는 등의 놀라운 변화를 겪어왔습니다.
아질산염은 125년 이상 포유류의 혈관 확장 물질로 연구되어 왔으며, 유기 질산 대사물로도 잘 알려져 있습니다. 아질산염이 생물학에서 근본적인 분자를 생성한다는 새로운 발견과 함께 생리학상의 아질산염의 혈관계 작용에 대한 최근의 발견은 다음과 같습니다.
최근까지 아질산염은 내생적인 아질산염 합성의 불확성 산화 분해 산물로 되어 지난 몇 년간 아질산염 순환에서 아질산염으로 줄이는 데 집중해왔습니다.
저자극 혈관 확장을 위한 가능한 메커니즘상의 아질산염은 진단 마커로서의 역할을 할 뿐만 아니라 심혈관 질환에 있어 잠재적인 치료제로서 역할을 하는 유전자 발현 조절 인자 및 내인성 신호 분자로 진화했습니다.”
식이 질산염 101
세포 대사(Cell Metabolism) 학술지상에서 “건강 및 질병에 대한 식이성 니코틴의 대사 효과를 설명한 바와 같이, 식단과 NOS가 생성하는 내인성 아질산염과 질산염의 총 체액 저울은 서로 상대적이지만 적당한 만큼의 야채 섭취량(하루 약 200그램)을 유지하면 질산염 공급에 있어서 식이 요법이 우세하다는 명백한 사실이 있습니다.
현대 식단에서 질산염은 식물성 식품들과 가공육에서 다량 발견할 수 있습니다. 그러나 이러한 공급원 중 하나만 유용하다는 사실을 잊지마세요. 사실 다른 하나(가공육에서 발견되는 질산염)는 발암성 물질로 알려져 있기 때문에, 대도록이면 피하는 것이 좋습니다. 신체가 공급원에 따라 다르게 질산염을 처리하기 때문입니다.
식이 질산염은 씹는 동안 구강 박테리아에 의해 아질산염으로 전환됩니다. 질산염이 위산과 접촉하게 되면 유익한 아질산염 또는 니트로사민과 같은 발암성 N-니트로소 화합물 중 하나로 전환될 수 있습니다. 이는 다양한 요인에 영향을 미치게 됩니다:
1. 하나의 영향 인자는 질산염이 단백질과 환원 헤마틴(혈중 헤모글로빈 분자의 일부를 구성하는 철분 함유 화합물)과 함께 발견되는지 여부입니다. 이는 가공 육류가 그 만큼 건강에 해롭다는 것을 의미합니다.
가공육은 실제로 담배 및 석면과 함께 발암 물질로 분류됩니다. 7,000건이 넘는 임상 연구에 대한 리뷰에 따르면 세계 암 연구 기금은 가공 육류에 대한 안전 한도는 절대 존재하지 않으며 그렇기 때문에 암 발병 위험을 최소화하기 위해 절대적으로 피해야 한다고 결론을 내리기도 했습니다.
영국 리딩 대학의 음식 및 영양 과학 교수인 군터 쿤레(Gunter Kuhnle)는 “가공육은 N-니트로소 화합물을 생성하는 데 있어 가장 이상적”이라는 것을 발혀냈습니다. 본 물질은 육류에서 나온 아질산염과 단백질이 결합됨으로써 만들어지게 된다고 합니다.
2. 식이 질산염은 또한 가열될 때 발암성 니트로사민으로 전환되는 경향이 있으며 이는 육류의 조리 및 가공 과정에서 발생하게 된다고 합니다. 대부분의 식물성 식품은 일반적으로 고온에서 조리되거나 튀겨지지 않아 유해한 물질이 생성될 가능성을 최소화합니다
3. 식물은 유해한 니트로사민의 형성을 방해하는 항산화 물질(예: 비타민 C 및 폴리페놀)을 포함하고 있습니다. 본 화합물의 존재는 유해한 N-니트로소 화합물이 아닌 장내에 도달하면 아질산염이 유익한 질산염으로 전환되도록 합니다.
4. 장내 박테리아의 구성 또한 중요한 역할을 합니다. 연구 결과 유익한 박테리아가 니트로사민 생성을 증가시키는 반면 유익한 박테리아는 니트로사민의 분해를 돕습니다.
건강 식이 질산염을 풍부하게 포함하고 있는 식품
요약해보면, 질산염을 풍부하게 포함하고 있는 상위 10가지 식품 목록은 다음과 같습니다:
| 식물 성분 |
100그램 당 아질산염 성분의 양 |
루꼴라 |
480 milligram (mg) |
루바브 |
281 mg |
고수 |
247 mg |
버터 잎 상추 |
200 mg |
메스클룬 믹스와 같은 스프링 그린 |
188 mg |
바질 |
183 mg |
비트 그린 |
177 mg |
오크 잎 상추 |
155 mg |
근대 |
151 mg |
레드 비트 |
110 mg |
마늘을 섭취하면, 일반적인 L-아르지닌 경로를 통해 아질산염 생성을 증진시킬 수 있습니다. 질산염이 적으면 마늘은 산화 질소 합성 효소를 증가시켜 비타민B2와 B3 같은 보조 인자가 있는 상태에서 L-아르기닌을 아질산염으로 전환시킵니다.
비트는 위 목록 하단에 위치하지만 발효될 때 상당한 함량의 아질산염을 만들어냅니다 발효된 비트에는 100그램 당 약 1,000에서 3,000밀리그램에 이르는 아질산염이 함유되어 있습니다. 따라서 필자는 매일 스무디에 발효된 비트 가루를 첨가하여 섭취합니다.
수제 비트 절임은 상업적인 것 보다도 더 높은 수준의 아질산염을 포함하고 있는데, 이는 처리 방법의 차이로 기인합니다. 적어도 한 연구에 따르면, 상업적으로 설탕을 첨가하여 발효된 최종 산물의 질산 함유량의 경우 “희석”되었다고 합니다.
식이성 질산염에서 아질산염이 생성되는 방법에 대한 세부 사항
최근 몇 년 간 연구원들은 아질산염이 건강에 있어 매우 중요한 역할을 한다는 것을 증명하기 위한 목적으로 식이성 질산염에 대한 심층적인 연구를 진행했습니다. 2015 PLOS 원 페이퍼상에 설명된 바에 따르면 다음과 같습니다:
"…질산염은 먼저 아질산염으로 그리구 차후에 암모니아로 전환됩니다. L.람노서스, L. 아시도필러스 및 B. 롱검 인판티스의 균주 계통은 배양물에서 아질산염 또는 암모니아 수준의 미세한 변화를 일으켰지만, 외인성 아질산염이 공급되었을 때, 아질산염 가스는 질산염과 독립적으로 쉽게 생성되었습니다.
유산균의 박테리아 생성은 중성 산성화를 유발하여 차례로 비효소 질산염 감소로 아질산염을 생성합니다. 대조적으로, 아질산염은 중성 pH에서도 대장균 배양물에 의해 아질산염으로 전환되었습니다. 저희는 박테리아의 암모니아로의 질산염 감소는 장내의 관련 아질산염 생성 뿐만 아니라 포유 동물의 질산염/질산염/아질산염 대사의 중요한 측면과 함께 미생물 식이와 건강을 연결시키는 또 다른 방법이라고 제안합니다."
즉, 식이 질산염과 다야안 장내 세균 사이에는 매우 친미란 관계가 있는 것처럼 보여집니다. 질산염/ 아질산염/ 아질산염 대사 체인과 장내 세균의 영향은 다음과 같이 간략하게 요약해 볼 수 있습니다:
1. 단계, 락토바실러스와 같은 프로바이오틱스 박테리아는 질산염을 아질산염으로 환원시키며, 후자의 경우 아질산염의 기질이 됩니다
2. 2 단계, 질산염을 아질산염으로 전환시키는 데에는 다음을 포함하고 있으며 이는 프로바이오틱스 박테리아의 존재와 관계 없이 여러 다른 과정을 통해 발생할 수 있습니다:
• 위장 또는 지방화된 장의 산성화
• 질산염을 아질산염으로 탈질시킬 수 있는 다른 장내 세균
• 페록시다아제 활성을 가진 장내 점막 세포
건강에 유익한 질산염을 풍부하게 함유하고 있는 식물성 식품과 프로바이오틱스
락토바실러스와 같은 프로바이오틱스를 식이 질산염과 함께 투여하게 될 경우 아질산염이 증가하지만, 첫 번재 단계(질산염에서 아질산염으로 환원)만이 프로바이오틱스의 직접적인 결과라고 볼 수 있습니다.
반대로, 체 내가 아닌 체 외에서 발효과정이 질산염을 아질산염으로 환원시킨 다음 발효 과정으로 인해 생성된 젖산을 통해 아질산염을 생성되는 전 과정을 프로바이오틱스가 진행합니다.
이 모든 것이 매우 복잡하게 들릴 수 있지만, 전하고자 하는 메시지는 다음과 같습니다. 아질산염의 경로를 지원하고 체 내 질소 산화물의 생산량을 증진하고 싶다면 프로바이오틱스와 질산염을 풍부하게 함유하고 있는 식물성 식품을 함께 섭취하는 것이 효과적입니다.
또한 운동 능력 향상 및/또는 심장이나 뇌의 건강 기능을 향상시키기 위해 발효된 비트 또는 기타 아질산염 보충제를 복용할 경우 고품질의 프로바이오틱스를 첨가하여 함께 섭취한다면 큰 도움이 될 수 있습니다.