탄수화물
1. 개요
당질(糖質) ・ 탄수화물(炭水化物) | Carbohydrate(Carb)[1]
포도당, 엿당(맥아당), 젖당(유당), 과당, 설탕(자당) 등 당류의 유도체를 총칭하는 말. 화학적으로는 탄소, 수소, 산소가 결합하여 이루어진 천연 고분자 화합물(natural high polymer)이자 유기화합물(organic compounds)을 이른다.
2. 특징
광합성의 대표적인 산물로서 자연계에 널리 분포되어 있으며, 지구상의 많은 생명체가 이를 분해하여 에너지 대사에 사용한다. 탄수화물이라는 명칭은 영어 '카보하이드레이트(carbohydrate)'를 번역한 것으로,‘글루코스(C6H12O6)’의 발견 당시 분자식을 C6(H2O)6인 탄소의 수화물(물 분자와의 결합체)로 오기하였기 때문에 붙여진 이름이다. 현재는 디옥시당(디옥시리보스) 역시 탄수화물의 한 분류로 정의되고 있다.
오늘날에는 일상에서 빵, 밥, 면 등을 통해 가장 쉽게 찾아볼 수 있는 에너지원으로, 인류가 농업기술의 개발인 신석기 혁명을 일으킨 이후 정착하고 문명을 일구는 데 공헌한 화합물이나, 그 이면에는 현대인의 과도한 탄수화물 섭취에 따른 2형 당뇨병 등 인슐린 저항성에 기반한 대사 증후군을 일으키는 원인으로 주목되고 있다. 이에 대중들에게 친숙하지 않은 ‘탄수화물’이라는 표기보다는 전반적인 이해도를 넓히기 위하여 통칭을 바꾸어야 한다는 의견도 있다. 나이 지긋한 어르신들도 ‘당을 줄여라.’ 는 철칙은 알고 있지만 매한가지로 ‘탄수화물을 줄여라.’라는 명제에는 잘 공감하지 않기 때문이다. 특히 동아시아에서는 예로부터 ‘밥심’, ‘한국인은 밥을 먹어야 한다.’등과 같은 관념이 지배적이기 때문에 더욱 탄수화물을 주의하기가 쉽지 않다. 한때 단백질(蛋白質)이나 지질(脂質)에 대응하여 탄수화물도 당질(糖質)이란 용어로 바꾸자는 운동이 있었으나, 효과는 미미한 편이었다. 반면 일본에서는 당질이라는 표기도 널리 쓰인다.
우리 몸의 에너지를 생산하는 주원료. 만화 등에서 운동할 때 탄수화물을 많이 비축해 놓으라고 하는 장면을 종종 보았을 것이다[2]. 단 1형 당뇨병 환자에게 외부 인슐린주사 없이는 섭취 가능한 모든 종류의 탄수화물은 독극물이다. 물론 먹는다고 바로 거품물고 쓰러지는 건 아니지만... 고혈당 항목으로.
구성원소는 지질(lipid)과 같이 C, H, O며, 탄수화물이란 이름은 대개의 탄수화물의 분자식이 Cn(H2O)m의 형태 라 '탄소'와 '물'이 화합한 수화물로 착각한 데 서 유래한다. 그러나 분자 구조는 탄소와 물이 결합한 형태는 아니고 그냥 알코올기(-OH)[3]가 많이 붙은 알데히드/케톤 꼴이다. 따라서 '탄수화물'보다는 '''당 복합체'''라는 표현이 더 직관적이라고 할 수 있다. 우리가 흔히 단맛을 느끼는 당류와 당류가 결합되어 만들어진 곡물류에서 다량 함유되어 있는 녹말(starch), 그리고 섬유질[4] 등이 전부 탄수화물의 범위에 속한다.
디옥시리보스, 리보스는 DNA/RNA의 염기를 보호하는 보호막 역할을 하기도 한다.
3. 분류
- 단당류(monosaccharide): 탄수화물의 단위체로 5탄당(리보스(ribose), 디옥시리보스(deoxyribose) 등), 6탄당(포도당(glucose), 과당(fructose), 갈락토스(galactose) 등)이 있다.
- 이당류(disaccharide): 단당류 2개가 결합된 것으로 엿당(maltose), 설탕(sucrose), 젖당(lactose) 등이 있다.
- 다당류(polysaccharide): 단당류 여러 개가 결합된 것으로 녹말(starch)(알파-포도당 중합체), 글리코젠(glycogen)(알파-포도당 중합체), 셀룰로스(cellulose)(베타-포도당 중합체) 등이 있다.
- 특수당류: 일부 탄수화물은 당의 작용기가 특수한 원자로 치환된 것이 있는데 질화당류(글루코사민(glucosamine), 키토산(chitosan) 등), 할로겐화당류(수크랄로스(sucralose) 등) 등이 있다.
4. 소화 과정
입에서 아밀레이스에 의해 소화가 시작되고[5] 췌장의 아밀레이스에 의해 십이지장 부분에서 대부분 소화, 흡수된다. 내장 상피세포의 효소에 의해 단당류로 분해되고 transporter에 의해 흡수된다. 과당은 촉진확산되고, 포도당[6], 갈락토오스는 Na+와 함께 능동수송된다.[7]
섭취된 탄수화물은 분해, 변형되어 최종적으로는 6탄당인 포도당 상태로 우리 몸에서 이용된다. 녹말은 이러한 당의 집합체로서 매우 훌륭한 에너지원이지만, 셀룰로오스는 분해효소가 없기 때문에[8] 체외로 그냥 배출된다. 셀룰로오스는 부피가 크고 수분을 많이 흡수하기 때문에 변비를 예방하는 데 도움이 된다. 다만 섬유가 길어야 효과가 있기 때문에 야채주스 같은 것을 마시는 것은 헛수고. 그냥 과일을 먹자.
5. 인류의 주력 식생활
인류는 농사를 짓기 시작하면서 본격적으로 대량의 탄수화물을 섭취할 수 있게 되었다. 구석기 시대 사람들은 농사를 짓지 않아 주로 에너지를 고기나 열매에서 얻었기 때문에 그들의 식단은 단백질, 지방 및 약간의 당분이 전부였다고 한다. 다만 구석기 시대에도 인류는 전 세계에 퍼져서 살았다. 빙하기라 하더라도 기후의 차이는 어느정도 존재했기 때문에, 사냥에 전적으로 의존하는 부족도 있었고, 열매에 조금 더 의존하는 부족도 있었다. 그러나 분명한 점은 열매에 더 의존하는 부족들 조차 최소 40% 가량의 영양을 단백질에 의존했으며 주력은 수렵채집 이었다.
6. 양날의 검
우선 뇌와 적혈구는 '''탄수화물에서 얻는''' 포도당을 최우선적인 에너지원으로 쓰기 때문에 장기간의 단식은 신체와 뇌 활동에 매우 나쁜 악영향을 끼칠 수 있다. 일단 지질을 분해해 어느 정도 보충은 가능하지만, 생리적 균형이 깨지기 때문에 '''정말''' 좋지 않다. 간단 설명 관련기사 (단식을 할 때는 하루 굶거나, 그보다 더 무리가 안 가게 하려면 저녁하고 다음 날 아침을 굶는 정도로 위장이 휴식할 동안만 만들어 주는 것이 좋다.)
반대로 과량섭취한 탄수화물은 섭취된 지방의 소모를 막아[9] 차곡차곡 쌓이도록 한다.[10] 설탕 같은 고칼로리 탄수화물은 체중 증가에 영향이 크므로 다이어트에 성공하고 싶다면 줄이도록 하자. 탄수화물 섭취량이 많아질수록 비만과 당뇨 등 다양한 질병을 유발하는 혈장 팔미톨레산 농도가 높아지는 것으로 나타났다는 연구 결과도 있다.
하지만 지나치게 탄수화물을 절제하는 단백질 다이어트 등은 체내 탄수화물 부족을 야기하고, 탄수화물 대신 지방이 분해되면서 케톤이라는 물질이 분비되는데 이는 입냄새의 원인이 된다. 적당히 먹고 적당히 운동하자. 위의 이야기는 정상인들에 해당하는 것이고, 그보다 심각한 당뇨병 환자 특히 1형 당뇨병 환자의 경우[11] 관리가 안 되면 탄수화물을 섭취함에도 죄다 소변으로 다 빠져나가기 때문에 쓸 포도당이 없어진 신체는 탄수화물 지방을 태워 에너지를 얻고 그 부산물로 다이어트 때와는 비교를 불허하는 양의 케톤산을 만드는데 이는 피를 산성화 할 정도의 양이라서 급성 산독증을 일으킨다. 이를 '당뇨병성 케톤산혈증'이라 하여 환자들이 대표적으로 알아둬야 할 급성 합병증으로 교육한다.
지방과 마찬가지로 최근 탄수화물을 줄이는 다이어트가 유행하면서 마치 지방과 탄수화물은 적게 먹을수록 좋다는 인식을 넘어 섭취하는 거 자체를 죄악으로 여기는 경우도 있다. 단적으로 말해서 우리가 일상생활에서 섭취한다고 건강에 해가 되는 영양소는 없다. 애초에 저탄고지든 고탄저지든 실제로 유의미한 체지방 감량 차이는 없었다. 어찌 보면 당연한 것이 섭취 칼로리보다 소모 칼로리가 많으면 인체는 당연히 저장된 지방을 쓰기 때문이다. 섭취 영양소 밸런스가 무너지는 게 문제라는 것이다. 탄수화물의 섭취가 장기간 끊어져 버리면 저혈당 증세와 더불어 어지럼증, 두통과 함께 근육의 무기력증이 나타나며, 특히 사리분별이나 판단력이 극도로 떨어지게 된다. 그리고 근손실도 유발하면서 결국 몸을 건강하고 보기 좋게 만드려는 노력이 허사로 돌아갈 수 있다. 괜히 탄수화물이 인체에 꼭 필요한 3대 영양소로 불리는 게 아니다. 또한 지방도 너무 절제하면 성 스테로이드 호르몬 같은 지질성 호르몬 분비에 영향을 준다. 결론을 뭐든지 적당히 균형있게 섭취하는 게 중요하다는 것이다. 물론 과다섭취는 악영향을 끼치지만 반드시 적당량[12]을 섭취하고 살을 빼고 싶다면 운동을 해서 빼도록 하자.
속근(순발력)은 탄수화물을 에너지원으로 삼고, 지근(지구력)은 지방을 에너지원으로 삼는다. 즉, 저강도 유산소 운동을 주로 하는 사람들은 저탄고지가 좋고, 고강도 무산소 운동을 주로 하는 사람들은 고탄저지가 좋다. 참고로 유산소 운동이나 무산소 운동이나 속근과 지근의 사용 비율만 다를뿐 둘 다 같이 쓰기 때문에 어느 한쪽의 영양소를 완전히 배제하는 것은 미친짓이다.[13] 참고로 아침에는 신체를 활성화시키기 위해 탄수화물 위주로 먹는 게 좋고, 반대로 저녁에는 지방 위주로 섭취하는게 숙면에 도움이 된다고 한다.
정말 단순하게 인간을 자동차라고 생각해보자. 근육(단백질)은 엔진이고 탄수화물/지방은 연료이다. 제 아무리 슈퍼카라도 연료가 없이는 단 1cm도 움직일 수 없으며, 엔진 힘이 약하다는 단점이 있지만 구식 차량이라고 하더라도 연료만 있으면 일단 움직인다. 요지는 엔진과 연료 둘 다 있어야지만 자동차가 움직인다. 즉 인간도 제 아무리 엔진(근육, 단백질)이 좋아도 연료(탄수화물, 지방)가 없으면 속이 빈것에 불과하다.
실제로 운동하기 전에는 탄수화물을 비롯한 당 성분을 먹는 것이 좋다. 공복 운동을 대다수가 추천하지 않는 이유가 여기있다. 운동을 한다는 것은 엔진을 돌린다는 것인데 최소한의 연료마저 없다면 운동을 제대로 하지 못하거나 무산소 운동의 경우 부상의 위험이 올라간다.
6.1. 한국인과 탄수화물
당뇨병은 그야말로 한국인의 고질병이자 사회문제다. 한국의 현재 식문화에서 상당히 탄수화물의 비율이 높다.[14] 기본적으로 밥이 주식이고 밥심이라면서 밥 많이 먹는 걸 좋아해서 이것 만으로 상당한 섭취를 하게 된다. 거기에 탄수화물 덩어리인 라면 면을 먹고 나서 라면국물에 밥 말아먹고, 반찬에 쓰는 음식인 나물, 채소류 또한 탄수화물 덩어리에 전, 국수, 떡 및 서구화로 인한 패스트푸드 또한 결국 전부 탄수화물이기 때문에 고탄수화물 식생활이 일상이다. 영양학적으로 보면 '''탄수화물에 반찬으로 탄수화물을 얹어먹고, 후식이라고 또 탄수화물을 먹는 기가 막힌 식습관인 셈'''.
문제는 한국인이 당을 분해하여 지방으로 축적하는 인슐린의 기능이 선천적으로 취약해서, 안그래도 단당류를 비롯한 온갖 탄수화물을 지나칠 정도로 섭취를 하는 데 비해 몸이 거기에 따라가질 못해 혈당이 높아지는 상태가 장기간 유지되다가 점차 인슐린에 내성이 생기게 되고, 어느 순간 체내에서 혈당을 낮추는 기능이 작동을 안하게 되는데, 이것이 당뇨병이다. 고탄수화물 식생활은 인류가 농경 사회에 진입한 이래 전 세계적으로 보편화 되었고, 특히나 인류가 식량 걱정 없이 원없이 영양섭취가 가능해진 건 길어야 100년이 채 안되어서 당뇨병이나 고혈압 등의 발병율이 세계적으로 크게 증가하긴 했으나 한국인의 고혈압 및 당뇨병의 발병율은 세계에서 수위를 다툴 정도로 높다. 당을 섭취할 때마다 체내의 인슐린이 그때 잘 작동하여 몸에 축적하고 저장하는 데 별 지장이 없어서 기본적으로 비만인구가 많은 서양인들에 비해 한국인은 그렇지를 못해 살이 찌는 것보다 더 빠르게 몸이 망가져가는 것이다.
그렇다보니 현재에는 저탄수화물 수요 및 개발이 상당히 활발하며, 상당수의 음식제품의 용기에 탄수화물 함량을 큼지막하게 적어놓는 제품이 많다. 저탄고지식생활이 웰빙이라면서 탄수화물을 멀리하려는 운동을 하는 사람도 증가 추세.
7. 관련 항목
[1] 영어 구어에서는 이름이 길기 때문에 Carb로 줄여 부르곤 한다.[2] 미 육군 기초군사훈련 때 체력시험 전날 내놓는 메뉴가 파스타와 같은 탄수화물이 높은 음식들이다.[3] 여기서 알코올기가 더 붙으면 당알코올이 된다.[4] 목화의 송이는 덜 익은 무렵에 먹으면 단맛이 나는데 아직 셀룰로오스로 결합하지 않은 당류 때문이다.[5] 위장의 HCl에 의해 아밀레이스가 억제된다.[6] SGLT에 의해 수송된다.[7] Na+ 기울기는 Na+/K+ pump로 부터 생긴다.[8] 분해 가능한 종류는 일부 미생물뿐이다. 잘 알려진 예로 흰개미들은 장내에 공생하는 세균 덕에 섬유질을 분해할 수 있다.[9] 탄수화물이 먼저 소모되기 때문.[10] 지방은 간에서 합성하기도 하지만 많은 양은 아니다.[11] 2형 당뇨병의 경우 고삼투압성 고혈당 증후군이라는 합병증이 더 잦다.[12] 보통 하루 권장 칼로리의 50~60% 정도인 300~400g을 넘지 않게 섭취하는 것을 권장한다.(300~400g은 순수 탄수화물의 양을 말한다. 보통 크기의 햇반 210g에는 68g의 탄수화물이 들어있다.) 당류는 되도록 자제하고 과자나 빵, 면, 떡 등 밀가루나 쌀가루 등 정제된 곡물로 만든 음식도 되도록 피하는 것이 혈당이나 칼로리 관리 면에서 훨씬 유리하다. 그리고 어지간하면 백미 말고 현미나 잡곡밥처럼 소화가 잘 안 되는 음식을 먹는 것을 추천한다.[13] 단, 훈련된 마라토너나 썰매개들은 달리기시 글리코겐의 소모비율이 일반인에 비해 굉장히 낮다고 한다. 속근의 사용빈도를 최저로 하는 방법을 익힌듯싶다.[14] 중국의 경우 의외로 탄수화물의 비율이 별로 높지 않다. 대신 단백질과 지방의 비율은 일본이나 한국과 비교했을 때 상당히 높은 편.일본 역시 탄수화물 비중이 큰 편.