셀레늄(Selenium)
셀레늄은 필수 미량원소이나 대량 섭취하면 독성을 보인다. 사람을 포함한 동물은 셀레늄 의존 효소 단백질(selenoprotein)을 필요로 한다. 셀레늄 의존 효소란 기능을 위해 셀레늄을 필요로 하는 효소를 말한다. 셀레늄 의존 효소 단백질(selenoprotein)이 합성되는 동안 셀레늄 시스테인(selenocysteine)은 기능 단백질을 형성하기 위한 아미노산 서열 중 특정 위치에 결합되어 있다. 식물은 동물과 달리 생존을 위해 셀레늄을 필요로 하지 않는 것으로 알려져 있다. 그러나 식물은 토양에 셀레늄이 존재할 때 셀레늄이 유황을 포함한 화합물에 비특이적으로 결합된다
셀레늄 기능
셀레늄 의존 효소 단백질(Selenoproteins)의 성분이다. 셀레늄 의존 효소 단백질의 종류는 적어도 11 종류가 확인되어 있지만 그 이상 더 많이 존재한다는 증거가 있다.
가) 글루타티온 과산화 효소 (Glutathione Peroxidase).
셀레늄을 함유한 글루타티온 과산화 효소(GPx)에는 아직까지 4 종류가 존재한다. 가) 세포 혹은 고전적인 GPx (cellular or classic GPx), 나) 혈장 혹은 세포 밖 GPx(plasma or extracellular GPx), 다) 히드로과산화인지질GPx(phospholipid hydroperoxide GPx), 라) 위장관 GPx(gastrointestinal GPx)가 그것이다.
각 종류의 GPx는 서로 다른 셀레늄 의존 효소 단백질이지만 이들은 모두 글루타티온(glutathione)을 산화시키면서 잠재적 손상 위험이 있는 과산화 수소나 하이드로 과산화지질(lipid hydroperoxide) 등 반응성 산소종(ROS)을 환원시켜 물과 알코올 등 무해한 화합물로 바꿔주는 항 산화 효소이다.
발달 과정의 정자를 산화 손상으로부터 보호하고 나중에 성숙한 정자에서 요구되는 구조 단백질을 형성하는 정자 미토콘리아막 셀레늄 의존 효소 단백질은 과거에는 별개의 셀레늄 의존 효소 단백질인 것으로 생각되었지만 현재는 하이드로 과산화 인지질(phospholipid hydroperoxide) GPx인 것으로 생각되고 있다.
나) 티오리독신 환원효소 (Thioredoxin Reuctase).
티오리독신(thioredoxin) 화합물과 관련된 티오리독신 환원 효소(thiodredoxin reductase)는 비타민 C를 포함한 몇 가지 항산화 시스템의 재생에 관여한다. 티오리독신 환원 효소의 환원형인 티오리독신의 유지는 세포 성장과 발달을 위해 중요하다.
다) 요오드 티로닌 탈 요오드화 효소 (Iodothyronine Deiodinases, Thyroid Hormone Deiodinases).
갑상선은 소량의 생물학적 활성을 가진 갑상선 호르몬(3오드화 티로닌 triiodothyronine 혹은 T3)과 대량의 불 활성형 갑상선 호르몬(티록신 thyroxine 혹은 T4)을 순환계로 분비한다. 순환계와 세포 내에서 생물학적 활성을 가진 T3의 대부분은 셀레늄 의존 요오드 티로닌 탈 요오드화 효소 (iodothyronine deiodinase)가 촉매하는 반응에서 T4로부터 요오드 원자 하나를 제거함으로써 만들어진다. T3, T4와 다른 갑상선 호르몬 대사 산물에 대한 작용을 통해서, 세 가지의 서로 다른 셀레늄 의존 요오드 티로닌 탈 요오드화 효소(I, II, III 형)는 갑상선 호르몬을 활성화시킬 수도 있고 억제할 수도 있으므로, 셀레늄은 갑상선 호르몬 조절 기능을 통해 정상적인 성장, 발달, 대사에 필수적인 역할을 한다.
라) 셀레늄 의존 효소 단백질 P (Selenoprotein P).
셀레늄 의존 효소 단백질 P는 혈장에서 발견되며, 혈관 내피 세포와 관련이 있다. 셀레늄 의존 효소 단백질 P의 기능은 명확하게 밝혀져 있지는 않지만 과산화 질산염(peroxynitrite)이라고 불리는 반응성 질소군(RNS)에 의한 손상에서 내피 세포를 방어할 수 있는 항산화제일 뿐만 아니라 수송 단백질로서도 기능하는 것으로 추측된다.
마) 셀레늄 의존 효소 단백질 W (Selenoprotein W).
셀레늄 의존 효소 단백질 W는 근육에서 발견된다. 기능은 현재 알려지지 않았으나 근육 대사에 관여하는 것으로 추정된다.
바) 셀레늄 인산염 합성 효소 (Selenophosphate Synthetase).
셀레늄 의존 효소 단백질에 셀레늄 시스테인(selenocysteine)이 결합하기 위해서는 유전자 코드에 의한 지시와 셀레늄 인산염 합성 효소라는 효소가 필요하다. 셀레늄 의존 효소 단백질 그 자체인 셀레늄 인산염 합성 효소는 셀레늄 의존 효소 단백질의 합성에 필요한 셀레늄 결합 시스테인의 전구물질인 인산화 셀레늄(monoselenium phosphate)의 합성을 촉매한다.
영양소 상호작용(Nutrient Interactions)
셀레늄은 항 산화 영양소 (Antioxidant Nutrients).
글루타티온 과산화 효소와 티오리독신 환원 효소의 필수적인 부분으로서, 셀레늄은 아마도 세포의 전산화제(풋 산화제, 산화 촉진물질 prooxidant)/항산화 물질 균형에 영향을 미치는 모든 영양소와 상호 작용을 하는 것으로 보인다. 항산화 효소들의 필수적인 구성 요소인 다른 미네랄에는 구리, 아연(superoxide dismutase로서) 그리고 철(catalase로서)등이 있다. 글루타티온 과산화 효소로서 셀레늄은 또한 지질의 산화를 제한하는 비타민 E(α -토코페롤)의 작용도 보조하는 것으로 보인다. 동물 실험에서는 셀레늄과 비타민 E가 서로 소모를 줄여주는 경향이 있고 셀레늄은 산화 스트레스 모델에서 비타민 E 결핍으로 인해 발생하는 일부 손상을 예방할 수 있다고 주장되고 있다. 티오리독신 환원 효소는 또한 비타민 C의 재생을 촉매함으로써 항산화 기능을 유지한다.
-요오드 (Iodine)와 셀레늄.
셀레늄 결핍은 요요드 결핍 영향을 더 악화시킬 수 있다. 요오드는 갑상선 호르몬 합성에 필수적이지만, 셀레늄 의존 효소인 요오드 티로닌 탈 요오드화 효소는 티록신이 생물학적으로 활성화된 갑상선 호르몬인 3요드화 티로닌(T3)으로 변환될 때에도 필요하다. 소규모 연구에서, 노인에게 셀레늄을 보충하면 탈 요오드화 효소의 활성 증가를 나타내는 T3 변환이 증가되고 혈장 T4는 감소했다.
결핍증(Deficiency)
셀레늄 결핍은 글루타티온 과산화 효소의 작용을 감소시킨다. 그러나 셀레늄의 심한 결핍 시에도 셀레늄 결핍만으로는 뚜렷한 임상 질환을 야기하지 않는다. 셀레늄이 결핍되면 생리적 스트레스에 취약해진다.
셀레늄이 결핍되기 쉬운 경우
1) 장기간 완전 비경구 영양 공급을 받는 사람은 셀레늄이 결핍되기 쉽다. 따라서 현재에는 완전 비 경구 영양 주사액에는 셀레늄을 포함하고 있다.
2) 광범위 소장 절제 환자나 크론씨 병: 흡수 장애로 인한 셀레늄 결핍 위험이 있다.
3) 특정 질환(페닐케톤뇨증 등) 치료를 위한 장기간 특수 식이는 셀레늄이 결핍되기 쉽다. 따라서 이때에도 식이에 셀레늄 요구량을 충족시킬 수 있는 분량의 셀레늄을 포함시켜야 한다.
가) 케샨 병(Keshan Disease)
케샨병은 셀레늄 섭취 부족 때문에 발생하며 중국의 셀레늄 결핍 지역에 사는 젊은 여성과 어린이에게 발생한 심근병증이다. 급성 형은 갑작스러운 심부전 발생이 특징이며 만성형은 다양한 심부전과 함께 중등도~ 심한 정도의 심확장을 동반한다. 케산병이 발병하면 셀레늄을 보충해도 한번 손상된 심근을 되돌릴 수 없다. 셀레늄 결핍이 케샨병의 근본적인 원인이다. 하지만 셀레늄 결핍 뿐만 아니라 콕사키 바이러스(Coxsackie virus) 등 감염도 케산병의 발병과 관련이 있다. 이 바이러스는 셀레늄 결핍된 쥐에서 심근염을 일으킬 수 있는 것으로 알려져 있다.
나) 카신-벡병(Kashin-Beck Disease)
카신-벡병은 관절 사이의 연골 퇴행(골 관절염)이 특징이며북 중국, 북한, 동부 시베리아 지역의 셀레늄 부족 상태와 관련된다. 5~ 13살 사이 어린이에게 영향을 주며 심해지면 연골을 만들어 내는 세포가 퇴행하여 관절 변형과 성장 장애를 야기한다. 케샨병과 달리 셀레늄 영양상태를 개선시킴으로써 카신-벡 병을 예방할 수 있다는 증거가 없다. 즉 셀레늄 결핍이 카신-벡병의 원인이 되는지에 대해서는 아직 확실하지 않다. 곡물의 곰팡이 독소, 요오드 결핍, 오염된 식수를 포함한 수많은 다른 원인들이 제시되고 있다.
영양 권장량(The Recommended Dietary Allowance)
영양 권장량(RDA)은 식품 영양 위원회(FNB)에 의해 2000년 제시되었다. 가장 최근의 RDA는 혈장에서 항 산화 효소인 글루타티온 과산화 효소의 활성을 최대화하는 데 필요한 식이 셀레늄의 총량에 기초를 두고 있다
질병 예방
면역 기능(Immune Function)
셀레늄 결핍은 면역계 기능 장애와 관련되며, 명백한 셀레늄 결핍이 없는 사람이라도 셀레늄을 보충해주면 면역 반응을 자극한다. 두 개의 소규모 연구에서 건강한 사람과 면역이 억제된 사람에게 sodium selenite 형태로 8주 동안 매일 셀레늄 200㎍을 투여하고 위약군과 비교한 바 외부 항원에 대한 면역 세포 반응이 증가되었다. 또한 셀레늄은 면역반응을 결집시키는 세포의 신호 전달 분자 즉 사이토카인 발현을 조절하는 역할이 있는 것으로 추정하고 있다.
1. 바이러스 감염(Viral Infection)
셀레늄 결핍은 몇 가지 바이러스 감염의 독성 혹은 진행을 증가시키는 것 같다. 셀레늄 결핍으로 생긴 산화 스트레스의 증가는 돌연변이를 유도할 수 있고 또 몇몇 바이러스 유전자의 발현을 변화시킬 수도 있다. 셀레늄 결핍 쥐에서 상대적으로 해가 없는 콕사키 바이러스종을 배양하면 바이러스의 유전체에서 돌연변이가 일어나 더욱 독성이 강한 형의 바이러스로 전환되어 심근염으로 알려진 심장 근육의 염증을 일으키게 된다. 한번 돌연변이가 일어난 형의 바이러스는 셀레늄 결핍이 없는 쥐에서도 심근염을 일으킬 수 있는데, 이는 독성이 증가된 것이 숙주 면역계의 셀레늄 결핍 때문이라기보다는 바이러스 내부의 변화에 의한 것임을 보여준다. 최근 세포 글루타티온 과산화 효소가 결핍된 쥐(GPx-1 knockout mice, GPx-1 없는 쥐)연구에서 보여주듯이 세포의 글루타티온 과산화 효소는 과거 병적이지 않던 바이러스의 유전체(genome)에서 돌연변이가 생겨 발생하는 심근염에 대한 방어력을 제공한다. 셀레늄 결핍은 글루타티온 과산화 효소의 활성을 감소시켜 산화 손상에 의한 바이러스 유전체의 돌연변이 경향을 증가시킨다. 콕사키 바이러스는 케샨병 환자 일부의 혈액에서 동정되었는데, 이 바이러스가 사람에서 셀레늄 결핍과 관련된 심근병증의 발생 과정에서 보조 인자로 작용할 가능성이 제시되고 있다.
2. 암 Cancer
-동물 연구 (Animal Studies).
동물에서 고농도의 셀레늄 보충이 암 발병을 감소시킨다는 근거는 많이 밝혀져 있다. 자연 발생적, 바이러스성 그리고 화학적으로 유도된 암의 20가지 다른 동물 모델에서 출간된 논문 100개 이상 중 2/3 이상에서 셀레늄 보충은 의미 있게 종양 발생을 줄여주는 것으로 나타났다. 이 연구 결과들에 의하면, 셀레늄의 메틸화된(methylated) 형태가 종양을 억제하는 것으로 보이며, 이러한 메틸화된 셀레늄 화합물은 과량의 셀레늄을 섭취할 때 가장 많이 생성된다. 그러나 동물에서 셀레늄이 결핍될 때 암성 종양의 발달에 더 취약하게 되는 것 같지는 않다.
-역학적 연구 (Epidemiologic Studies).
토양의 셀레늄 함량이 적은 지역에 사는 군과 상대적으로 적은 양의 셀레늄을 섭취하는 군에서 더 높은 암 사망률을 보이는 경향을 일관되게 보여주고 있다. 셀레늄 섭취량이 다양하지 못한 군을 대상으로 한 연구에서 암 발생에 대한 역학 연구 결과가 일치하지는 않았으나, 혈액과 손톱의 셀레늄 농도가 낮은 사람들에서 몇몇 서로 다른 암이 더 많이 발생하는 경향이 있다는 것은 분명하다. 하지만 이런 경향은 여성에서는 덜 분명했다. B 혹은 C형 간염과 같은 만성 간염에서는 간암의 위험이 증가한다. 만성 B 혹은 C형 간염을 가진 대만 남성들을 대상으로 한 연구에서, 혈장 셀레늄 농도가 낮은 것은 간암 위험의 증가와 관련이 있었다. 핀란드인 남녀 9000명 이상을 대상으로 한 앞방향 환자-대조군 연구에서 나중에 폐암으로 진단된 95명과 그 대조군으로 190 명에서 혈청 셀레늄 농도를 조사했다. 낮은 혈청 셀레늄 농도는 폐암의 위험이 증가하는 것과 관련이 있었고, 흡연자에서는 그 연관성이 더욱 뚜렷했다. 이 핀란드 모집단에서 셀레늄 농도는 다른 서구 나라에서 일반적으로 관찰된 셀레늄 농도의 약 60% 밖에 되지 않았다. 미국의 건강한 직장 남성 50,000명 이상을 대상으로 한 다른 앞방향 환자-대조군 연구에서 진행성 전립선암으로 진단된 181명의 환자들과 181명의 대조군에서 발톱의 셀레늄 함량과 전립샘암의 위험은 의미 있게 반비례하는 것을 알 수 있었다. 하루 평균 159㎍을 섭취하는 것과 일치하는 발톱 셀레늄 함량을 가진 사람이 전립샘암에 걸릴 위험은 하루 평균 86㎍을 섭취하는 것과 일치하는 발톱 셀레늄 함량을 가진 사람의 35% 밖에 되지 않았다. 한 환자-대조군 연구에서, 셀레늄 농도가 가장 낮은 4분위수군(quartile)은 셀레늄 농도가 가장 높은 4분위수군에 비해 전립샘암의 발생 위험이 4-5배에 달했으며,22 9000명 이상의 미국계 일본인 남성을 대상으로 한 앞방향 연구 도중 보고된 환자-대조군 연구에서도 전립샘암이 확진된 249명과 대조군 249명을 조사한 결과 셀레늄 농도가 높은 상위 4분위수군의 전립샘암 위험은 가장 낮은 4분위수군에 비해 50% 미만인 것을 볼 수 있었다.최근 시행된 가장 대규모의 환자 대조군 연구 중 하나에서는 발톱의 셀레늄과 대장암의 위험 사이에 의미 있는 반비례 관계를 관찰하였으나, 발톱의 셀레늄과 유방암 및 전립샘암은 연관이 없는 것으로 보고하였다.
- 사람을 대상으로 한 개입 시험(Human Intervention Trials).
B형 간염과 간암의 고 위험 지역인 중국 퀴동(Quidong)에서, 5개 지구 130,471명의 일반 집단 중 1개 지구 집단(20,847명)에게 sodium selenite가 풍부한 소금을 제공하고, 다른 4개 지구에는 제공하지 않고 대조군으로 삼은 중재 시험이 시행되었다. 8년 동안 추적한 결과 간암의 평균 발생률은 대조 집단에서는 감소하지 않았던 반면 셀레늄을 보충한 집단에서는 35%정도 감소했다. 같은 지역에서 만성 B형 간염 감염의 증거를 가진 226명을 대상으로 한 임상 시험에서 셀레늄 강화 효모 알약의 형태로 된 셀레늄 200㎍과 효모 위약을 각각 매일 투여했다. 4년의 추적기간 동안 위약 군에서는 113명 중 7명에서 원발성 간암이 발병한 반면 셀레늄을 보충 받은 113명 중에서는 발병한 사람이 없었다.
미국에서 시행된, 피부암 과거력을 가진 노인 1250명을 대상으로 한 이중 맹검 위약-대조군 시험에서는 평균 7.4년 동안 셀레늄 강화 효모 형태로 하루 200 ㎍을 보충하는 것이 피부암의 재발에 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다. 그러나 셀레늄 보충은 남성에서 전립샘암의 발생 52% 감소 및 전체 암 33% 감소와 관련되어 있었다. 셀레늄 보충의 방어 효과는 치료 전 혈장 셀레늄 농도가 더 낮은 사람에서 가장 크게 나타났다. 끝까지 참여한 연구 대상자 중 25%에 해당하는 여성들에서는 셀레늄 보충이 암의 위험을 감소시키지 못했다. 이러한 발견들을 확실히 하기 위해, 암 예방에서 셀레늄 보충의 역할을 깊이 있게 연구하기 위해 고안된 몇몇 대규모 위약-대조 시험이 현재 진행 중이다.
가능한 기전 (Possible Mechanisms).
몇 가지 기전이 셀레늄의 암 예방 효과를 설명하기 위해 제안되었다 : (1) 항산화제인 셀레늄 의존 효소들의 작용을 최대화하고 항산화 상태를 개선한다 (2) 면역계 기능을 개선한다 (3) 발암 물질(carcinogens)의 대사에 영향을 준다 (4) 그리고 종양세포의 성장을 억제하는 셀레늄 대사물의 농도를 증가시킨다는 것 등이다. 서로 다른 용량에서 셀레늄의 항암 작용이 다르다는 것을 설명하기 위해 두 단계 모델(two-stage model)이 제안되었다. 영양학적 혹은 생리적인 용량(성인에서 하루 40~100㎍)의 셀레늄은 셀레늄 의존 효소들의 작용을 최대화하고 면역계 기능과 발암 물질 대사를 증가시킨다. 영양학적 농도 이상(supranutritional) 혹은 약리적 농도(pharmacologic level, 성인에서 하루 200~300㎍)에서는 특히 셀레늄의 메틸화된 형태인 셀레늄 대사물이 형성되어 발암 억제 효과를 나타낼 가능성이 있다.
3.심혈관 질환(Cardiovascular Disease)
이론적으로, 적절한 셀레늄 의존 효소 작용은 지방의 과산화 현상(lipid peroxidation)을 감소시키고 프로스타글란딘(prostaglandins)으로 알려진 세포 신호 분자(cell-signaling molecules)의 대사에 영향을 미쳐 심혈관 질환의 위험을 줄일 수 있다. 그러나 사람을 대상으로 한 앞방향 연구에서는 셀레늄의 심장 보호 효과를 강하게 뒷받침해줄만한 결과를 보여주지 못하고 있다. 한 연구에서 셀레늄 농도가 45㎍/L이하인 사람은 45㎍/L이상인 대조군과 비교했을 때 심혈관 질환으로 인한 질병과 사망이 의미 있게 증가하는 것으로 알려지기는 했으나, 다른 연구에서는 혈청 셀레늄 농도에 따라 같은 기준으로 나누었을 때 뇌중풍(stroke)으로 인한 사망에서만 의미 있는 차이가 있었다. 덴마크의 중년과 노인 남성을 대상으로 한 연구에서 혈청 셀레늄 농도가 79㎍/L 이하인 남성은 심혈관 질병의 위험이 증가하는 것으로 나타났지만, 몇 가지 다른 연구에서는 셀레늄의 영양상태와 심혈관 질환 위험 사이의 명백한 반비례 관계는 발견되지 않았다.30 유럽의 다기관 연구에서 발톱의 셀레늄 농도와 심근 경색(심장 발작)의 위험은 셀레늄 농도가 가장 낮았던 연구에서만 관계가 있었다.31 비록 몇몇 역학적인 증거들은 셀레늄 농도가 낮은 것(미국에서 흔히 발견되는 것보다 더 낮은)이 심혈관 질환의 위험을 증가시킬 수는 있다는 것을 보여 주었으나, 심혈관 질환을 예방하는데 셀레늄의 역할을 인정할 만한 명백한 증거를 얻으려면 대조군 임상 시험이 더 필요하다.
질병 치료( Disease Treatment)
인간 면역 결핍 바이러스 Human Immunodeficiency Virus (HIV)
셀레늄과 후천성 면역 결핍 증후군(AIDS)을 일으키는 HIV 사이에는 독특한 상호작용이 있는 것으로 보인다. 비록 영양실조도 한 요인으로 알려져 왔으나, HIV 감염자에서 셀레늄의 농도가 감소하는 것은 질병의 진행과 악화를 잘 나타내는 표지자이다. 혈장 셀레늄 농도가 낮은 것은 또한 사람 면역 결핍 바이러스(HIV)로 인한 사망 위험 증가와 의미있는 관련이 있다. 셀레늄 영양 상태가 적절하면 T 세포 등 중요한 면역 세포의 기능을 증가시키고 세포내 전달자인 사이토카인의 생성을 변화시켜 HIV 감염에 대한 저항력을 증가시킬 수 있다. HIV 감염에서 산화 스트레스가 증가하면 특정한 전사 경로를 활성화시켜 바이러스의 복제를 용이하게 하는 것으로 보인다. 셀레늄은 글루타티온 과산화 효소와 티오리독신(thioredoxin)의 필수적인 구성요소로서, HIV에 감염된 세포들에서 산화 스트레스를 감소시킴으로써 HIV 복제를 억제하는 중요한 역할을 하는 것 같다. 최근 연구에서는 HIV가 숙주의 셀레늄을 글루타티온 과산화 효소 작용을 갖고 있는 바이러스의 셀레늄 의존 효소 단백질로 옮길 수 있는 가능성을 보여주고 있다. 이 발견의 중요성은 더 분명한 연구 결과를 필요로 하지만, 이는 사람의 면역 체계와 바이러스의 활성도 모두가 셀레늄의 영양 상태에 의해 영향을 받을 수 있다는 것을 말하고 있다.
HIV에 감염된 사람들에게 셀레늄을 보충한 시험들 중 몇몇 연구 결과만이 출판되었다. 두개의 셀레늄 보충 비대조군 시험(uncontrolled trial, 한 가지는 셀레늄 강화 효모 형태로 하루 400 ㎍을 사용했고 다른 경우는 하루 80 ㎍의 sodium selenite에 하루 비타민 C 25 mg을 추가 복용)에서 주관적인 호전은 있었지만 AIDS 진행과 관련된 생물학적 표지는 전혀 개선되지 않았다.
또 다른 시험에서는 하루 100㎍의 sodium selenite를 보충 받은 HIV 감염 환자 15명과 1년 동안 보충 받지 않은 환자 22명을 추적한 결과 셀레늄 보충 환자 군에서 산화 스트레스가 감소했고 면역 활성을 보여주는 생물학적 표지와 HIV 진행 감소의 의미있는 증거를 발견했다. 하지만 HIV 감염 진행의 중요한 생물학적 표지인 CD4 T-세포수나 복용한 환자와 복용하지 않은 환자 사이의 사망률에서는 차이가 없었다. 현재 HIV 양성인 사람을 대상으로 적어도 두 개의 셀레늄 보충 이중 맹검 위약-대조군 시험이 진행 중이다.
공급원( Sources)
1. 식품 공급원( Food Sources)
셀레늄이 가장 풍부한 음식 공급원은 고기의 근육이며, 그 다음으로는 고기의 내장이나 해산물이다. 일반적으로 식물은 셀레늄을 필요로 하지 않으므로, 셀레늄이 식물 단백질로 이동하는 것은 오로지 토양의 셀레늄 함량이 어느 정도인가에 달려있기 때문에 식물과 곡물류의 셀레늄 용량은 편차가 매우 크다. 셀레늄 강화 토양을 가진 브라질 지역에서 자라는 브라질 땅콩은 한 개의 땅콩이 셀레늄 100㎍ 이상을 제공할 수도 있지만 셀레늄이 빈약한 토양에서 자란 땅콩은 1/10 밖에 제공하지 못한다. 미국에서 곡물류는 셀레늄의 좋은 공급원이다. 그러나 과일과 채소는 셀레늄의 공급원으로서 상대적으로 빈약한 경향이 있다. 일반적으로 마시는 물은 북미 지역에서 중요한 셀레늄 공급원은 아니다. 미국 성인의 평균 식이 섭취량은 대략 하루 80에서 110㎍으로 다양한 것으로 알려져 있다. 미국의 식품 분포 형태 덕분에 토양 셀레늄이 낮은 지역 사람들도 토양 셀레늄이 높은 지역에서 생산된 음식을 먹기 때문에 결핍을 피할 수 있다. 표 25-2 는 셀레늄의 좋은 음식 공급원과 마이크로그램 단위의 셀레늄 함량을 보여주고 있다.
2. 보충제(Supplements)
셀레늄 제제에는 몇 가지 유용한 형태가 있다. sodium selenite와 sodium selenate는 셀레늄의 무기질 형이다. selenate는 거의 완전히 흡수되지만 단백질에 결합하기 전에 소변을 통해 상당량이 배출된다. selenite는 약 50% 정도만 흡수되지만 한번 흡수되면 체내에 더 잘 유지된다. 음식에서 자연 발생하는 셀레늄의 유기질형인 셀레늄 결합 메티오닌 (selenomethionine)은 약 90%가 흡수된다.11 셀레늄 결합 메티오닌 뿐만 아니라 주로 셀레늄 결합 메티오닌을 공급하는 셀레늄 강화 효모 역시 보충제로서 유용하다. 시판되고 있는 몇몇 형태의 셀레늄 효모에는 주로 셀레늄의 무기질 형(inorganic forms)을 첨가한 효모가 포함되어 있다는 것에 주의해야 한다. 셀레늄의 무기질 형과 유기질 형은 모두 몸에서 셀레늄 결합 시스테인으로 대사되어 셀레늄 결합 효소들과 결합하게 된다. 현재 특정한 한 가지의 셀레늄 형태가 더 우수한지의 여부는 분명하지 않다. 사람을 대상으로 한 두 개의 연구에서 면역 세포 기능을 증가시켰던 것과 마찬가지로 대부분의 동물 실험에서도 sodium selenite를 사용했을 때 종양 발생이 감소했다. 그러나 최근의 위약-대조군 시험에서는 주로 셀레늄 결합 메티오닌을 제공하는 셀레늄 효소를 사용하였을 때 사람에서 몇 종류의 암 발생이 감소하는 결과를 보였다.
3. 셀레늄-강화 채소(Selenium-Enriched Vegetables)
셀레늄-강화 마늘과 부추(ramps, wild leeks 야생 부추)가 쥐(rats)에서 화학적으로 유도된 종양들을 감소시키는 것으로 나타났다. 셀레늄 강화 채소가 생성하는 일부 셀레늄 형태, 예를 들어 셀레늄의 메틸화형 등은 최근 보충제로 이용되는 형태보다 종양 형성을 더 강력하게 억제할 수 있는 가능성을 보여 주목 받고 있다.
안전성(Safety)
1) 독성 Toxicity
셀레늄은 필수적인 영양소이지만 고용량은 독성을 나타낼 수 있다. 급성이고 치명적인 독성은 사고나 혹은 자살 목적으로 셀레늄을 그램 단위로 섭취할 때 일어날 수 있다. 임상적으로 중요한 셀레늄 독성은 한 알에 27.3 mg(27,300 ㎍)이 들어있는 알약이 제조 과정의 실수로 만들어져 이를 투약한 13명의 사람들에서 나타난 것이 보고 되었다. 오랜 기간 동안 더 적은 용량의 셀레늄을 보충할 때에도 만성 셀레늄 독성(selenosis)이 나타날 수 있다. 셀레늄 독성(selenosis)의 가장 흔한 증상은 머리카락과 손톱이 부스러지고 소실되는 것이다. 다른 증상은 위장관 장애, 피부 발진, 마늘향이 나는 호흡, 피로, 안절부절, 그리고 신경계 이상등이다. 셀레늄 독성의 유병율이 높은 중국 지역에서는 혈중 셀레늄 농도가 하루 섭취량 850 ㎍에 해당되는 양에 일치하는 농도에 도달할 때 독성의 빈도도 증가한다. 최근 식품 영양 위원회(FNB)는 만성 셀레늄 독성의 초기 징후인 머리카락과 손톱이 부서지고 소실되는 것을 예방하기 위해 필요한 양에 기초한 성인 용량 하루 400㎍을 셀레늄의 최대 관용량(UL)으로 정했다(표 25-3). 하루 400㎍의 최대 관용량(UL)은 미국 성인에서 보충제 뿐만 아니라 음식에서 얻는 하루 평균 약 100㎍ 정도의 셀레늄을 포함하는 양이다.
2) 약물 상호작용( Drug Interactions)
현재 셀레늄과 약물 사이의 상호 관련에 대해서는 거의 알려진 것이 없다. 항 경련제인 밸프로익 산(valproic acid)이 혈장 셀레늄 농도를 떨어뜨리는 것으로 알려져 있다. 동물에서 sodium selenite를 보충하는 것이 항생제 니트로푸란토인(nitrofurantoin)과 제초제인 파라캇(paraquat)의 독성을 줄인다고 알려져 있다.
1) selenium 역사
원소주기율표 6족에 속하는 selenium은 지구상에 존재하는 산소, 황과 더불어 생명에 필수적인 미량원소이다. 셀레늄은 황(黃)족 원소 그룹 즉 원소주기율표 VI에 속한다.
셀레늄은 반 금속성을 띠는 물질로 1817년 Berzellius에 의해 처음 발견되었다.
1957년부터 셀레늄은 생물의 물질대사에 매우 중요한 기능을 갖는다고 알려지기 시작했다.
과거 셀레늄은 과용 후에 나타날 수 있는 독성적 특성 때문에 기피대상으로 알려졌지만, 1957년 수행된 동물 실험연구에서 셀레늄 공급 부족에 의한 셀레늄 결핍은 치명적인 질환을 야기함을 증명하였다.(Schwarz and fltz 1957)
1973년 셀레늄 의존형 단백질인 gluthathionperoxidase라는 효소 기능 및 역할의 중요성이 밝혀지면서 과학자들 사이에 셀레늄에 대한 광범위한 연구가 진행되었다.
셀레늄이 함유된 deiodase 기능이 사람의 생명 유지에 필수적 기능을 수행한다는 사실이 밝혀진 것은 근래의 일이다. 셀레늄 결핍에 의해 야기될 수 있는 질병의 원인은 selenium 함유효소 및 selenoproteins의 대사 기능 장애로 야기된다.
1996년 미국 의학협회지(JAMA)에 따르면 매일 200㎍의 셀레늄 보충제를 4년 6개월간 복용한 사람의 암 발생 위험이 평균 37%나 감소했다. 특히 전립선암은 63%, 대장암은 53%, 폐암 발생 가능성은 46%나 줄어드는 것으로 조사됐다.
그 이후 한계적인 셀레늄 공급과 심장혈관질환, 암 및 염증성질환, 만성질환에 관련성이 명백해졌고 현대는 패혈증 치료와 췌장염뿐만 아니라 림프 부종 등 셀레늄 결핍질환이 밝혀지고 있다.
2) selenium이란?
셀레늄은…
셀레늄은 신체의 필수 미량원소이다. 이 영양소는 정상적인 산소 대사 과정에서 생기는 free radical로부터 세포를 지키는 항산화 효소의 중요한 구성성분이다.
free radical이 세포를 상하게 하고 몇 가지 만성질환을 일으키는 원인이 될 수 있기 때문에 우리 몸은 항산화제 등 free radical의 양을 조절하는 방어체계를 가지고 있다. 면역 체계와 갑상선의 정상적인 기능을 위해서도 셀레늄은 필수적이다.
셀레늄 함유 음식
대부분의 국가에서 셀레늄의 주된 공급원은 식물성 식품이다. 지역에 따라 토양에 들어있는 셀레늄 함량이 다르기 때문에 그 토양에서 자라는 식물성 식품의 셀레늄 함량은 당연히 영향을 받는다. 연구에 의하면 네브라스카주 북부와 다코타주 고원지역의 토양에는 매우 다량의 셀레늄을 함유한다. 이 지역에 사는 대부분의 사람들은 미국에서 가장 많은 양의 셀레늄을 섭취한다. 중국과 러시아 일부 지역의 토양에는 아주 소량의 셀레늄을 포함하고 있어 이 지역에서는 셀레늄 부족이 자주 보고되고 있다. 한반도 또한 70% 이상이 화강암지대로써 토양의 셀레늄 함유량이 부족한 지역이다.
셀레늄은 육류와 해산물에도 들어있다. 셀레늄이 풍부한 땅에서 자란 곡식이나 풀을 먹은 동물 근육에는 셀레늄이 더 많다. 미국에서는 고기와 빵이 셀레늄의 주 공급원이다. 몇 가지 견과류 특히 브라질넛 및 호두 역시 매우 좋은 셀레늄 공급원이다.
셀레늄 부족
셀레늄 결핍은 토양에 셀레늄이 매우 적고 셀레늄 섭취량이 부족한 중국의 일부 지방에서 흔히 볼 수 있다. 셀레늄 부족은 keshan병과 관련이 있다. keshan병에서 나타나는 셀레늄 부족의 가장 흔한 징후는 심장이 커지고 심장의 기능이 나빠지는 것이다. keshan병은 하루 셀레늄 섭취량이 남자 19㎍이하, 여자 13㎍ 이하인 중국의 셀레늄 부족지역에 많다. 이정도의 섭취량은 셀레늄 1일 섭취 권장량에 턱없이 부족한 것이다.
셀레늄은 활성형의 갑상선 호르몬을 만드는데 필수적이므로, 셀레늄이 부족하면 갑상선의 기능에도 영향을 미칠 수 있다. 연구자들에 의하면 셀레늄이 부족하면 요오드 결핍에 의한 갑상선 기능 저하를 심하게 한다. 하지만 적당한 셀레늄 공급은 요오드 부족이 신경에 미치는 영향을 방지해준다고 한다.
셀레늄 부족은 영양 섭취를 전적으로 완전 비경구적 영양법(TPN: total parenteral nutrition)에만 의존하는 사람에서도 볼 수 있다. 완전 비경구적 영양법이란 소화기관이 작동하지 않는 사람이 정맥혈관 주사를 통해 영양분을 공급받는 방법을 말한다. 소화할 필요가 없는 형태의 영양소를 액체를 녹여 정맥혈관을 통해 주사하는 것이다. 셀레늄 부족을 막기 위해서 완전 비경구적 영양법을 통해 셀레늄을 공급하는 것이 중요하다. 의사들은 완전 비경구적 영양법을 받는 사람이 적당량의 셀레늄을 공급받고 있는지 확인하기 위하여 셀레늄 상태를 모니터 할 수 있다.
심한 소화기관 장애는 셀레늄 흡수를 떨어뜨려 셀레늄이 부족하거나 고갈되게 할 수 있다. 셀레늄 흡수를 떨어뜨리는 소화기관 장애는 다른 영양소의 흡수에도 영향을 미치므로 영양 상태를 정기적으로 모니터하여 적절한 치료를 한다.
셀레늄 보충, 적응증
영양공급을 전적으로 완전 비경구적 영양법에 의존하는 사람은 모두 셀레늄 보충이 필수적이다. 그리고 셀레늄 부족과 완전 비경구적 영양법 사이의 관계가 밝혀진 후로 완전 비경구적 영양법을 하는 동안 셀레늄을 보충하는 것은 일상적인 일이 되었다. 크론병과 같은 소화기관 장애는 셀레늄 흡수를 저하시킬 수 있다. 대부분의 셀레늄 고갈이나 부족은 수술로 작은 창자의 절반 이상을 떼어낸 사람과 같이 심한 위장관 문제와 관련되어 있다. 의사가 셀레늄 보충이 필요한지 확인하려면 소화기관 질병이 있고 셀레늄이 피 속에 고갈된 사람을 검사해야 한다. <자료출처: 미국립보건원(MIH)>
selenium 결핍원인
셀레늄은 인체 대사활동에 필수적인 미량원소로서 그 양이 충분하지 않는다면 이러한 필수적인 효소의 기능들이 제 역할을 수행할 수 없게 된다. 그 결과 인체대사 기능의 저하 또는 질병 유발을 일으킨다.또한 다음과 같은 경우 selenium의 인체 요구량에 절대부족 상태가 초래될 수 있다.
(1) 편식
셀레늄 성분이 부족한 식품을 지속적으로 섭취한 경우
(2) 투석환자
만성신부전증 환자처럼 지속적으로 투석을 받아야 하는 환자들의 경우
(3) 중금속이 축적된 경우
셀레늄은 일정 유독성 중금속과 결합해 배설시키는 물리/화학적 성격을 갖는데 지속적으로 중금속 섭취가 과다인 사람
(4) 알코올 과다섭취
(5) 채식 주의자
식품 중 동물성 또는 생선류에 셀레늄이 비교적 많이 포함되어 있는데 채식주의자는 상대적으로 셀레늄 섭취 부족
(6) 면역 기능 저하자
셀레늄은 백혈구 세포에서 많이 생성되며 백혈구 기능을 강화시켜 면역체계를 안정 상태로 유지하는데 잦은 감기, 독감, 장기이식환자 등에서 셀레늄 결핍 증상이 현저하게 보고됨
(7) 심 혈관질환
Arteriosclerosis 환자의 경우 셀레늄 결핍현상이 두드러지게 보고됨
(8) 암환자
암 세포가 성장할수록 산화 스트레스가 심해지고 그 결과 selenium 결핍 증세가 두드러지게 나타남
(9) 당뇨환자
당뇨로 인해 산화 스트레스가 심해지고 그 결과 Thioredoxinreductase 기능이 현저하게 떨어지는 selenium 결핍 현상이 나타남
(10) 만성염증
위염, 장염 환자들의 경우 셀레늄 흡수가 정상적으로 진행되지 않아 결핍현상이 두드러지게 나타남
(11) 바이러스 염증
특정 바이러스로 인한 강염성 염증환자들의 경우 셀레늄 결핍 증세가 나타남
(12) 다이어트
극심한 체중 감량을 목표로 지속적인 다이어트를 하는 경우
4) selenium 결핍 질환
(1) 산화 스트레스로 인한 질환
인체의 보호기능 중 항산화 기능들은 다양한 대사성 질병들을 예방 혹은 관리하는 역할을 한다. 즉 세포의 내/외적 과산화 손상은 단백질, 지방, 유전자에 변형을 초래하고 결과적으로 세포의 손상, 조직손상, 장기손상, 대사기능장애를 야기시켜 만성질환의 발병을 이롭게 한다.
(2) 면역시스템 장애
B-임파구, T-임파구들이 셀레늄 함유 효소들을 자체적으로 생성하여 자신의 세포변형을 보호함으로써 항체생성, 사이토카인 분비 기능들이 정상 기능을 수행할 수 있도록 하는데 셀레늄 결핍 시 백혈구 세포들의 손상 및 장애로 면역체계가 약화되어 다양한 면역계 질병의 원인이 된다.
(3) keshan 질환
1935년 중국 케샨 지방에서 발견된 질환으로 유아, 젊은 소녀들에서 두드러지게 발견되었다. 주된 증상은 근육백반증, 갑작스런 심장 마비 등으로 인해 몇 일내 사망에 이르는 대표적 셀레늄 결핍질환으로 알려져 있다.
케샨 지방의 토양은 셀레늄의 함량이 매우 부족하여 지역 주민들의 혈장 내 셀레늄 함량은 정상치보다 10배나 부족한 수준을 보여주며 1974년 10년간 30만 명을 대상으로 한 연구 결과 셀레늄의 투여 시 개선됨을 보여주었다.
(4) 동맥경화
셀레늄의 결핍은 동맥경화 및 심장마비 등으로의 사망을 초래한다.
동맥경화의 경우 악화될수록 셀레늄 결핍현상을 더욱 두드러지게 나타나고 이러한 현상은 중국 케샨지방 주민들에게서 나타난 케샨 질환을 대표적 예로 들 수 있다.
(5) kaschin-beck 질환
1849년 처음 보고되고 1943년 중국 북부지방에서 구체적으로 알려졌으며 1950년 정식으로 셀레늄 결핍질환으로 정의 되었다.
이 질환은 정식적으로 ‘edemic Osteoarthropathie’으로 명명되며, 대표적인 증세로는 아토피, 무릎관절 손상 및 변형, 경직, 골관절 손상, 성장발육 억제 현상들이 나타난다.
주로 5~13세의 아동들에게 많이 발생되는 1984년 이후 여러 연구 논문 결과 셀레늄을 투여한 결과 83~96%의 증세가 호전되는 결과를 나타내었다.
(6) 췌장염
산화적 스트레스는 췌장염의 발병원인이 된다. 또한 췌장염 환자들의 경우 혈장 셀레늄 농도는 현저히 낮게 관찰된다.
췌장염의 발병원인은 췌장의 세포막이 라디칼 과산화 물질의 손상을 받아 초래되며 염증의 정도가 심할수록 과산화 물질의 양은 많아지는 반면 셀레늄의 극심한 결핍현상이 나타난다.
(7) Colitis ulcerosa
급성 직장염으로 명명되는 이 질환은 경우에 따라 만성형태로 전환되기도 하는데 그 원인은 과잉의 과산화물질 및 free radical 물질로 야기된다고 보고되고 있다.
이 환자의 경우도 혈액 속 셀레늄 함량이 정상인에 비해 현저히 낮게 나타나며 방치시 대장암, 직장암으로 진행된다. 직장염, 대장염으로 셀레늄 흡수가 장애를 받게 되고 그 결과 심한 셀레늄 함유 효소로써 기능상실 및 염증 발병 현상을 초래하기도 한다.
(8) Cystic Fibrose
선천적인 질환이다. 특히 식도, 위, 췌장, 담도, 기도 등의 점막세포에서 점액분비가 부족하여 영양분의 소화 및 흡수장애를 유발한다.
지속적인 현상일 경우 염증이 유발되며 특히 셀레늄 흡수가 장애를 받아 질환의 상태가 더 악화된다. 그 결과 혈액 속 셀레늄 농도가 급격하게 감소되면서 항산화 기능을 수행하는 효소의 활성도가 떨어지는 반면 지질체의 과산화 물질양은 급격하게 증가된다.
이 환자군에 셀레늄을 투여한 결과 항산화 셀레늄 효소 활동이 증가되고 Malondialdehyde 수치가 정상화되면서 염증 촉진 물질인 free radical 물질이 급격히 감소됨을 보여준다.
(9) 알코올성 간염, 간경화
간세포의 손상은 불포화지방산의 산화 때문에 발병된다. 특히 지방 산화는 지방간 및 간경화의 원인이 되며 많은 임상논문에서 sodium selenite 투여시 항산화 기능이 회복되고 간염 및 간경화의 발병이 억제되는 것을 보고하고 있다.
(10) 종양
종양은 대표적인 만성 염증성 질환으로 세포의 구성변화와 유전자 돌연변이를 유발시키는 라디칼 물질 등에 의해 발병된다.
과잉 생성된 free radical은 체내 항산화 기능을 수행하는 catalase, dismutase, glutathioneperoxidase 등의 효소기능이 저하되었음을 의미하며 특히 셀레늄을 필요로 하는 glutathioneperoxidase의 함량이 종양 환자들에서 현저히 낮게 나타난다.
또한 방서선/항암제 치료를 받는 환자들의 경우 혈중 셀레늄 농도가 극도로 낮게 분포되어 있음을 많은 임상연구논문들에서 밝히고 있다. 이는 셀레늄 농도와 항산화 효소의 기능이 직접적으로 연관성이 있음을 보여주는 결과이며 셀레늄 결핍은 종양의 염증성 반응을 촉진시켜 종양의 예후가 악화되는 결과로 이어진다.
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