세포 노화의 병리학적 기전 및 가설, 그리고 노화와 관련된 신체 변화

인간은 나이가 들어감에 따라 누구나 노화를 겪게 됩니다. 이번 장에서는 세포가 노화되는 기전에 대해 알아보고 이를 발생시키는 몇 가지 가설에 대해 설명하겠습니다. 그리고 노화가 시작되면서 몸에서 나타나는 신체 변화에 대해 알아보겠습니다.

세포 노화의 병리학적 기전

세포 노화는 다양한 형태와 기능의 변화를 유발합니다. 각각의 장기마다 노화 현상이 표현되는 시기도 다르고 노화 과정은 매우 복잡한 과정을 통해 일어나게 됩니다. 노화란 개체가 성숙한 후부터 시간이 점차 흐르면서 그 개체에서 진행되는 해로운 변화 과정으로 개체가 외부의 여러 환경에 잘 적응하지 못하게 되어 생존할 수 있는 능력이 점점 감소하게 되는 과정입니다. 이 의미는 좁은 의미의 노화인 노쇠와 같은 개념입니다. 인간의 노화는 성년기의 초기 20대부터 시작되어 죽기 전까지 일생을 통하여 지속되며 여러 특징을 가지고 있습니다. 첫 번째, 모든 생명체와 세포는 노화합니다. 두 번째, 노화가 일어나는 속도는 사람마다 다릅니다. 세 번째, 신체의 계통에 따라 노화의 속도가 다릅니다. 네 번째, 연령이 증가할수록 노화의 개인 간 차이가 증가합니다 다섯 번째, 노화로 인하여 질병에 취약해지며 감수성이 증가합니다. 여섯 번째, 노화에 따라 체내의 화학적 조성이 변화합니다. 일곱 번째, 노화 과정으로 인하여 환경 변화에 대한 적응력이 감소합니다. 마지막으로 여덟 번째, 나이가 증가함에 따라 기능적 능력이 감소합니다.

 

 임상적으로 연령에 따른 변화인 자연적으로 발생하는 노화와 질병에 의한 변화인 병적 노화를 감별해야 노인 환자의 진료에 과진단이나 무진단의 오류에 빠지지 않습니다. 자연적으로 발생하는 생리적 노화 과정은 어떤 종의 구성 요원에게든 모두 공통으로 일어나는 현상이고(보편성), 환경이나 사고에 의한 변화가 아닌 유기체의 내부에서 일어나는 것이며(내인성), 나이가 늘어감에 따라 점차 심해지고 세포 노화는 절대 회복되지 않는 비가역적 변화이며(점진성), 유기체의 기능이 떨어져 궁극적으로 사망을 초래하는(쇠퇴성) 네 가지를 만족시켜야 합니다. 흰 머리카락이 생기는 것은 연령과 관련이 있는 변화이기는 하지만 기능을 감소시키지는 않기 때문에 엄밀한 의미에서 노화라고 할 수 없습니다.

 

 노화 때 모든 사람과 동물의 겉모습은 비슷하므로 노화를 연구하는 많은 학자는 노화를 유발하는 기전을 모든 종에 공통 단일 과정으로 판단하고 한 가지의 특이한 노화 가설을 생각하며 연구해 왔습니다. 그동안 노화에 관한 수많은 학설이 제시되었지만 어떻게, 또는 왜 생물체 내에서 세포 노화 현상이 일어나는지에 관해서 그 기전은 정확하게 알려져 있지 않습니다. 그저 여러 가지 복합된 원인이나 과정에 의해 일어나는 것으로 보고 있는데 현재 주장되고 있는 몇 가지 가설은 다음과 같습니다.

 

체세포 돌연변이(DNA 손상)설

염색체는 돌연변이를 일으키는 방사선과 같은 외부 요인이나 여러 가지 내부 요인으로 인해 무작위로 손상을 받게 됩니다. 이러한 변화가 끊임없이 누적되면 기능이 저하되어 결국 세포가 죽게 된다는 가설입니다. 노화가 진행된 세포는 DNA 손상이 증가할 뿐만 아니라 손상된 DNA를 수복하는 능력이 떨어지기 때문에 손상된 염색체 물질이 증가하게 됩니다. 즉 세포에 있는 손상된 DNA를 복구하는 효소 체계가 시간이 흐르면서 효능이 떨어지게 되면 손상받은 DNA가 원래 형태와는 다른 형태로 복구되어 중요한 유전자가 비활성화되거나 떨어져 나갈 수 있습니다. 그러나 방사선에 의해 노화가 더 빨리 진행된다는 직접적인 근거는 아직 밝혀지지 않았습니다.

 

교차결합설

조직의 세포 안과 밖에 있는 고분자들은 노화가 진행되면서 점차 교차 결합을 일으킵니다. 교차 결합 중에서 포도당이 헤모글로빈, 아교질, 효소 등의 여러 가지 단백이나 핵산 등과 결합하여 당화를 일으키는 것이 중요합니다. 또한 유리기도 교차 결합을 일으키는 중요한 물질이며 그 밖에도 몇몇 물질이 이 반응을 유발합니다. 교차 결합에 의해 노화 현상이 진행되면 조직의 탄력이 감소하고 세포에 리포푹신이 침착되며, 수정체가 당화 되어 백내장이 되게 됩니다. 그러나 나이가 들면 이러한 교차 결합을 하는 물질이 증가하는 것은 사실이지만 세포의 생존에 직접 영향을 주지는 않는 것으로 생각되고 있습니다.

 

계획된 노화 가설

 각 개체의 수명이 수태될 때 작동하기 시작하는 내부 시계에 노화가 계획되어 있다고 주장하는 유전자 노화 가설로 유전자가 유기체의 성장과 성숙을 조절할 뿐만 아니라 쇠퇴와 죽음에도 관여한다고 설명하고 있습니다. 가계에 따라 구성원의 수명이 비슷하고 일란성쌍둥이가 이란선 쌍둥이보다 수명의 차이가 적은 것은 계획된 노화 가설의 유전자설을 뒷받침하는 소견입니다. 

 사람의 섬유모세포를 계대배양하면 세포가 배가될 수 있는 횟수가 40~60회 정도로 세포의 수명이 한정되어 있다는 것을 알 수 있는데 조로증 환자의 세포는 정상인보다 배가 되는 횟수가 적습니다. 또한 배가 횟수는 동물의 수명과도 연관이 있습니다. 예를 들면 흰쥐의 섬유모세포는 사람보다 배가 횟수가 훨씬 적습니다. 이와 같은 소견은 각각의 세포가 그 자체의 유전 물질에 수명을 결정하는 요소를 포함하는 것을 의미합니다. 이와 관련하여 끝분절에 대한 연구가 있는데 끝분절은 염색체의 끝에 위치하여 염색체를 안정시키고 염색체를 핵바탕질에 정착시키는 역할을 합니다. 이 끝분절의 길이는 정자에서 가장 길고 태아세포가 성숙 어른세포보다 깁니다. 이것은 세포가 분열할 때마다 길이가 짧아지는데 끝분절이 어떤 수준 이하로 짧아지면 세포 분열이 더 이상 일어나지 않게 되는 것을 노화의 기전으로 보는 가설입니다. 그러나 이 가설로는 분열하지 않는 세포에서 생기는 노화는 설명할 수가 없습니다. 또한 점막의 상피 세포와 같이 분열 주기가 빠른 세포에서는 분열능력과 노화 현상을 연관시킬 수 없습니다.

 

유리기 가설

노화와 유기체의 산소 소비율의 연관성은 오래전부터 관찰되어 왔습니다. 노화가 산화 스트레스와 밀접한 관계를 갖는 것을 설명하는 생물진화론에 의한 세포 노화 가설로는 산소가 있는 대기 환경에서 생명체가 점차 진화해 왔고 생명을 유지하기 위한 열량 공급원으로 산소를 이용할 수밖에 없으며 이러한 산화 스트레스에 적응하기 위해 유기체가 항산화 방어계를 발전시키는 쪽으로 진화해 왔다는 사실을 들 수 있습니다. 산소는 산소 대사에서 만들어지는 유리기를 통해서 세포와 조직에 손상을 줍니다. 유리기란 짝을 이루지 못한 홀수의 전자를 가지고 있는 분자, 원자 또는 화합물인데 활동력이 매우 강하여 DNA, RNA 효소 및 기타 단백을 공격하고 세포막에 있는 불포화지방 및 인지질과 결합하여 손상을 일으키게 됩니다. 신체의 여러 구조와 기능에 광범위하게 일어나는 세포 노화 현상을 유리기의 작용으로 설명할 수 있습니다. 이와 같이 유리기의 작용으로 노화나 질병의 기전을 설명하는 경우 유기체의 항산화방어계가 노화를 지연시키거나 질병을 치료할 수 있으므로 그에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있습니다.

 

노화와 관련된 신체 변화

 

노화와 관련된 신체 변화

1) 신경세포의 소실

뇌가 위촉되는 것은 대뇌 겉질에 있는 신경세포가 감소하기 때문인데 사고와 기억에 관여하는 부위에서 신경세포의 소실이 뚜렷하게 나타납니다. 소뇌의 푸르키니에세포도 50대 이후에 많이 소실되고 허리척수와 엉치척수부위의 운동신경세포는 80대가 되면 40% 까지 감소하게 됩니다. 정상 신경세포에서는 신경세포에 섬세한 가지돌기가 많은 데 비해 노인에서는 가지돌기의 수가 줄어들며 간단한 모양으로 변합니다.

 

2) 리포푹신 침착

노화가 진행되면 뇌의 신경세포에 리포푹신이 증가하는데 대뇌겉질 중심앞이랑의 운동신경세포에서 가장 현저하게 나타나는 신체변화입니다. 소뇌의 푸르키니에세포나 간뇌의 작은 신경세포에는 리포푹신의 증가가 거의 없습니다.

 

3) 노인반

알츠하이머병에서 현미경소견으로 대뇌겉질에 가장 흔하게 볼 수 있는 노인반은 비록 그 수가 적지만 정상 노인에서도 항상 관찰되며 나이에 따라 증가하게 됩니다.

 

4) 아밀로이드 혈관변성

대뇌의 혈관에서 벽이 두꺼워지며 아밀로이드가 침착하는 소견으로 흔히 연수막과 대뇌 겉질을 뚫고 관통하는 세동맥을 침범합니다. 이 변화는 치매가 없는 70세 이상의 노인 중 10%에서 발생하는 노화에 따른 신체 변화로 대뇌 반구에 생기는 대엽 출혈의 원인이 됩니다.

 

5) 면역계

노화가 오면 가장 뚜렷한 면역계의 형태변화는 가슴샘이 서서히 위축과 지방 퇴화를 하는 것입니다. 가슴샘의 크기가 작아지는 것은 가슴샘 호르몬을 생산하는 겉질이 줄어들기 때문입니다. 또한 적격 T림프구가 줄어들어 순환 혈액에 있는 림프구 수는 크게 달라지지 않지만 T 림프구 아형의 비율이 달라지게 됩니다. 이에 따라 나이가 들면 자연 항체는 줄어들고 자가 항체가 증가하며 세포매개 면역기능도 감소하는 변화가 나타납니다. 이런 면역기능의 변화에 따라 노인이 되면 자가 면역에 의한 세포 손상이 증가하고 쉽게 감염되며 암에 걸릴 가능성도 많아집니다. 그러나 면역 기능의 저하가 직접 노화를 유발하지는 않습니다.

 

6) 뼈

뼈는 일생 동안 합성과 흡수 과정을 통해 재형성을 계속하는 동적인 조직인데 재형성은 해면뼈에서 더 많이 일어납니다. 30대 이후에는 뼈가 형성되는 양보다는 흡수되는 양이 많아져 뼈조직이 소실되기 시작하고 결국은 골다공증이 발생합니다. 골다공증 형성을 조절할 수 있는 요인으로는 성호르몬, 성별과 식이 및 운동이 있습니다. 뼈의 질량을 증가시키면 노인에서 뼈의 감소에 따른 신체 변화를 적게 할 수 있습니다. 뼈의 질량을 증가시키는 가장 간단한 방법은 운동입니다. 노화가 오면 뼈에 무기질의 침착이 많아져 쉽게 부러질 수 있습니다.

 

7) 피부조직

노화가 진행되면 피부의 표피는 별로 변화가 없고 주로 진피와 피부 밑 조직과 세포에서 변화를 보입니다. 나이가 들면서 진피유두의 수가 감소하기 때문에 표피와 진피의 고정이 느슨해지게 됩니다. 진피에 있는 아교질과 탄력섬유가 변화하여 주름살을 만들고 피부의 탄력이 감소합니다. 피부 밑 조직에서 지방이 감소하고 작은 혈관의 수가 적어져 열을 조절하는 능력도 떨어지는 신체 변화가 나타납니다.