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[강석기의 과학카페] 탄수화물이 정말 비만의 주범일까

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[강석기의 과학카페] 탄수화물이 정말 비만의 주범일까

2021.05.18 15:35
게티이미지뱅크 제공
게티이미지뱅크 제공

저탄수화물, 케톤, 구석기, 고단백질, 저지방, 채식 위주, 완전 채식 등을 지지하는 사람들 사이의 끝없는 다이어트 전쟁은 대중들을 혼란스럽게 하고 영양과학을 불신하게 만든다.
- 케빈 홀

 

코로나19 사태 장기화는 인간 행동이 질병에 미치는 영향을 극적으로 보여주고 있다. 감염질환을 보면 사회적 거리두기로 기존 병원체의 전파력이 뚝 떨어지며 독감 시즌이 사라졌고 폐렴도 크게 줄었다. 그 결과 일본의 경우 지난해 코로나로 3500명이 사망했지만 폐렴 사망자는 오히려 1만2000명 줄었다. 우리나라도 크게 다르지는 않을 것이다.

 

반면 비감염질환에 해당하는 정신질환이나 대사질환은 빨간불이 켜졌다. 지난 1년 사이 불면증이나 우울증을 호소하는 사람이 크게 늘었고 대사질환의 위험요인인 비만이 급증했다. 대한비만학회에서 성인 1000명을 대상으로 조사한 결과 46%가 3㎏ 이상 몸무게가 늘었다고 답했다. 아이들도 심각해서 6~12세의 평균 체질량지수(BMI)가 코로나 전후 6개월 사이 18.5㎏/㎡에서 19.3㎏/㎡로 늘었고(키 150㎝일 경우 1.8㎏ 증가) 그 결과 BMI 23 이상인 과체중/비만 비율도 24.5%에서 27.7%로 껑충 뛰었다는 조사결과도 있다.

 

 

○ 탄수화물-인슐린 가설 주목 받아

 

지난 수십 년 동안 영양학자들은 비만 원인이 지방이냐 탄수화물이냐를 두고 치열하게 싸워 왔다. 이들은 각자의 입장을 지지하는 대중서를 펴냈고 그 결과 사람들은 오히려 혼란스러워졌다. 탄수화물이 독이라는 ‘그레인 브레인’과 고기/유제품이 독이라는 ‘어느 채식의사의 고백’은 두 진영의 극단에 선 책들이다. 교보문고 제공
지난 수십 년 동안 영양학자들은 비만 원인이 지방이냐 탄수화물이냐를 두고 치열하게 싸워 왔다. 이들은 각자의 입장을 지지하는 대중서를 펴냈고 그 결과 사람들은 오히려 혼란스러워졌다. 탄수화물이 독이라는 ‘그레인 브레인’과 고기 및 유제품이 독이라는 ‘어느 채식의사의 고백’은 두 진영의 극단에 선 책들이다. 교보문고 제공

비만에는 ‘덜 먹고 더 움직인다’는 간단명료한 해결책이 있는 것 같지만 만성 식량난이나 포로수용소 같은 극단적인 환경이 아닌 한 이를 실천하기가 지극히 어렵다는 게 문제다. 대다수 사람들은 자유의지만으로 비만을 극복할 수 없다는 말이다.

 

서구사회에서는 이미 50년 전부터 비만이 고민거리였고 그 원인과 해결책을 모색하는 연구도 활발했다. 그 결과 섭취한 칼로리보다 소모한 칼로리가 적은 ‘에너지 불균형’이 비만으로 이어진다는 열역학의 관점이 널리 받아들여졌다. 이 관점에서는 지방 섭취를 줄이는 게 중요한데, 에너지 밀도가 높을 뿐 아니라 식욕을 부추기는 역할도 하기 때문이다. 

 

그런데 몇몇 과학자들은 비만이 열역학이 아니라 생리학의 문제라며 저지방 식단 권장이 오히려 비만 문제를 더 심화시켰다고 비판했다. 이 주장의 이론적 배경이 ‘탄수화물-인슐린 모형’이다. 이에 따르면 호르몬인 인슐린이 지방축적을 조절하는데, 혈액 내 인슐린 수치가 섭취하는 탄수화물의 양과 질에 따라 결정된다. 

 

특히 단순당이나 백미, 밀(빵과 면), 감자 같은 탄수화물을 많이 먹으면 인슐린 수치가 급증해 지방세포에 포도당이 흡수되고 중성지방이 만들어져 쌓인다. 그 결과 혈액에는 연료인 유리지방산 수치가 떨어져 근육세포는 오히려 굶주린 상태가 되면서 대사율이 떨어지고 식욕이 올라가 더 먹게 된다. 탄수화물 위주로 먹으면 살이 찌면서도 배가 고픈 악순환의 고리에 들어선다는 말이다.

 

이들은 1980년대 개정된 미국 농무부의 권장식단이 오늘날 비만 만연에 불을 붙였다며 비판하고 있다. 권장식단은 네 층으로 된 피라미드 형태로 1층이 곡물, 2층이 채소/과일, 3층이 고기/유제품, 4층이 기름/설탕이다. 면적이 넓은 아래층일수록 더 많이 먹으라는 뜻이므로 고탄저지 지향 식단이라는 것이다. 따라서 1층을 쳐내고 채소/과일과 고기/유제품/기름으로 이뤄진 식단으로 바꿔야 한다고 주장한다. 참고로 식단에서 지방의 비율이 아주 높으면 오히려 식욕을 억제하는 효과가 있다.

 

이 진영의 대표주자로는 미국 하버드대 의대 데이빗 러드윅 교수와 과학 저술가 게리 타우브스가 있다. 이들의 글은 ‘네이처’ 같은 유명 저널에도 실렸고 일반인을 대상으로 쓴 책들도 주목을 받으며 오늘날 저탄고지 식단이 효과적인 다이어트법으로 인식돼 큰 인기를 끌고 있다. 저탄고지 식단의 극단적인 형태가 케톤다이어트다.

 

 

고탄저지인 동아시아 전통 식단
게티이미지뱅크 제공
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과학상식으로 알고 있던 이론이 최신 과학연구로 흔들리는 상황을 즐겨 다뤄온 나는 비만의 열역학을 공격하는 이들을 띄워주는 글을 여러 편 썼지만, 마음 한구석은 늘 찜찜했다. 내 경험으로는 고탄저지 식단이 비만의 주범인 것 같지 않기 때문이다.

 

예를 들어 과거 세계적인 장수촌으로 꼽힌 오키나와의 사람들은 식단의 85%가 탄수화물이지만 대체로 왜소했다. 물론 이때는 먹을 게 부족했기 때문이라고 설명할 수 있다(고구마가 주식). 그런데 역시 식단에서 탄수화물이 70%가 넘었던 40년 전 우리나라 사람들 역시 지금보다 훨씬 날씬했다. 고기와 가공식품을 별로 안 먹어 지금도 어릴 때 식단과 별 차이가 없는 나 역시 마른 편이다. 템플스테이 때 보면 절에 상주하는 사람들 대다수가 비만과는 거리가 멀다. 이런 경우들은 먹을 것 부족으로 설명할 수 없다.

 

지난해 우연히 ‘어느 채식의사의 고백’이라는 책을 읽으며 내 경험이 아주 주관적인 건 아니라는 생각이 들었다. 원제 ‘The starch solution(녹말이 해결책)’에서 알 수 있듯이 이 책은 오늘날 비만의 만연이 고기와 유제품 위주의 식단 때문이라며 녹말음식 위주로 먹는 게 해결책이라고 주장한다. 다만 여기서 말하는 녹말음식은 정제탄수화물로 만든 빵, 라면, 국수, 파스타, 케이크, 과자가 아니라 감자, 현미, 고구마, 통밀 같은 비정제 음식이다.

 

저자 존 맥두걸은 1970년대 하와이 사탕수수농장에서 의사로 일하며 이런 통찰을 얻었다고 한다. 이곳의 노동자 대다수는 중국, 일본, 한국, 필리핀에서 온 이민자들인데 이민 1세보다는 2세가, 2세보다는 3세가 비만과 대사질환 비율이 높았다. 이들의 식단을 보니 이민 1세는 여전히 탄수화물 위주의 전통식단인 반면 3세는 고기와 유제품, 패스트푸드 중심이었고 부모와 자식 사이에 낀 2세의 식단은 과도기적 형태였다. 

 

흥미롭게도 맥두걸 역시 미국 농무부의 권장식단을 비판하고 있다. 피라미드에서 비만의 원인인 3층 고기/유제품을 빼야 한다는 것이다. 고탄저지로 약간 기울었지만 골고루 먹으라는 권장식단이 양극단에서 공격받는 모양새다. 이 책은 고기와 특히 유제품에 대해 지나치게 적대적인 면이 있음에도 배경이 되는 관찰이 내 경험과 일맥상통해 인상적이었다. 

 

 

고탄저지가 오히려 칼로리 섭취 적어
고탄저지 식단은 식후 인슐린 수치를 크게 높여 체지방을 축적하며 동시에 배고픔을 느끼게 해 더 먹게 만드는 악순환에 빠진다는 ‘탄수화물-인슐린 모형’을 반박하는 동물실험결과다. 고탄저지(그래프 오른쪽)일수록 칼로리 섭취량(주황색)이 오히려 적음을 알 수 있다. 먹이 섭취량(파란색)은 비슷하지만 고탄저지 먹이는 에너지 밀도가 낮아 칼로리는 적다. 분자대사 제공
고탄저지 식단은 식후 인슐린 수치를 크게 높여 체지방을 축적하며 동시에 배고픔을 느끼게 해 더 먹게 만드는 악순환에 빠진다는 ‘탄수화물-인슐린 모형’을 반박하는 동물실험결과다. 고탄저지(그래프 오른쪽)일수록 칼로리 섭취량(주황색)이 오히려 적음을 알 수 있다. 먹이 섭취량(파란색)은 비슷하지만 고탄저지 먹이는 에너지 밀도가 낮아 칼로리는 적다. 분자대사 제공

학술지 ‘사이언스’ 5월 7일자에는 2000년대 들어 비만 이론의 한 축이 된 탄수화물-인슐린 모형을 비판하는 기고문이 실렸다. 중국 선전고등기술연구소 존 스피크먼과 미국 국립당뇨소화신장질환연구소 케빈 홀은 기고문에서 탄수화물-인슐린 모형에 반하는 최근 수년 사이 나온 실험결과를 소개하며 오늘날 비만 만연의 원인을 탄수화물에서 찾아서는 안 된다고 주장했다.

 

탄수화물-인슐린 모형이 이론을 그럴듯하지만 실험적인 뒷받침이 부실하다는 저자들의 언급이 사실 좀 당황스러웠다. 지금까지 비만의 원인이 탄수화물이냐 지방이냐를 두고 많은 연구가 있었지만 결과가 들쑥날쑥했고 따라서 적어도 ‘탄수화물이 주범’이라고 결론을 내릴 수가 없다는 것이다. 여기에는 잘못된 실험 설계와 짧은 기간 등 여러 문제가 있다. 그런데 최근 정교하게 설계된 실험이 진행됐고 그 결과 탄수화물-인슐린 모형이 타격을 받게 됐다는 것이다.

 

지난해 학술지 ‘분자대사’에 실린 존 스피크먼 박사팀의 연구를 보자. 연구자들은 통제가 쉬운 생쥐를 대상으로 식단이 비만에 미치는 영향을 분석했다. 이들은 생쥐를 29개 그룹으로 나눠 12주(사람으로 치면 9년) 동안 각기 다른 식단을 준 뒤 칼로리 섭취량과 체중 및 체지방 변화를 측정했다. 이 가운데 16개 그룹이 단백질은 고정하고 탄수화물과 지방의 상대적 비율을 달리한 식단을 제공받았다. 8개 그룹은 각각 단백질 10% 고정에 ‘탄수화물 10%/지방 80%’인 저탄고지에서 ‘탄수화물 80%/지방 10%’인 고탄저지까지 단계적으로 배정받았다. 나머지 8개 그룹은 단백질 25% 고정에 ‘탄수화물 8.3%/지방 66.6%’에서 ‘탄수화물 66.6%/지방 8.3%’까지다. 

 

탄수화물은 옥수수녹말과 말토텍스트린, 설탕의 혼합물로 혈당지수가 높다. 섭취 뒤 혈당 수치가 급증한다는 뜻이다. 탄수화물-인슐린 모형에 따르면 극단적인 고탄저지 식단일수록 생쥐는 배고픔을 더 느끼기 때문에 더 먹고(마음대로 먹을 수 있는 조건이다) 체지방도 더 많을 것이다. 

 

그러나 놀랍게도 실험결과는 반대였다. 고탄저지일수록 식후 인슐린 수치는 높았지만(여기까지는 탄수화물-인슐린 모형에 따른다) 먹이를 덜 먹었고 체중 및 체지방도 가장 적었다. 그리고 식단이 기초대사량에 별 영향을 주지 않은 것으로 나타나 탄수화물 비율이 높을수록 대사량이 줄 거라는 예측도 틀렸다. 그럼에도 동물실험이라는 구조적인 한계는 있다.

 

그런데 지난 2월 학술지 ‘네이처 의학’에 사람을 대상으로도 비슷한 결론을 얻었다는 케빈 홀 박사팀의 논문이 실렸다. 지금까지 사람을 대상으로 한 실험결과가 들쑥날쑥했던 건 통제를 제대로 하지 못한 탓이 컸다. 식단을 충실히 따랐다는 사람들의 보고가 진실이라는 전제 아래 통계분석을 하지만 사실 믿을 수 없기 때문이다. 그렇다고 사람들을 가둬 장기적으로 비교하기란 사실상 불가능하다.

 

연구자들은 4주라는 길지 않은 기간이지만 공간과 식단에 엄격한 제한을 둔 실험을 진행했다. 참가자 20명은 평균 나이가 30세이고 평균 BMI가 28로 과체중 범위다(우리나라 기준으로는 비만). 이들의 절반은 앞 2주 동안 채식 고탄저지(탄수화물 75% 지방 10%) 식단, 뒤 2주 동안 육식 위주 저탄고지(탄수화물 10%, 지방 76%) 식단을 받는다(나머지 절반은 반대순서). 음식은 가공을 최소화한 건강식이고 마음껏 먹을 수 있다. 

 

탄수화물-인슐린 모형에 따르면 고탄저지 식단일 때 칼로리 섭취량이 더 많고 체지방도 더 늘 것이다. 그러나 결과는 반대였다. 고탄저지 식단일 때 하루 평균 2064칼로리로 저탄고지의 2753칼롤리보다 거의 700칼로리나 적었다. 반면 에너지 소모량은 고탄저지가 2141칼로리이고 저탄고지는 2294로 150칼로리 적은데 그쳤다.

 

그 결과 2주 동안 고탄저지 식단을 한 뒤 체지방이 0.67㎏ 줄었다. 에너지 부족분을 체지방을 태워 메꾼 것이다. 반면 저탄고지에서는 0.18㎏ 줄어 통계적으로 유의미하지 않았다. 반면 체중은 고탄저지가 1.09㎏ 준 반면 저탄고지는 1.77㎏ 줄었다. 이에 대해 저자들은 수분과 단백질 등 다른 부분이 준 것이라고 설명했다.

 

요리사 실력이 좋았는지 참가자들은 고탄저지 식단과 저탄고지 식단 모두에 만족했다. 맛이 없어서 고탄저지 음식을 덜 먹은 게 아니라는 말이다. 그렇다면 왜 고탄저지에서는 칼로리 섭취량이 적어도 포만감을 느끼게 될까. 이에 대해 저자들은 잘 모른다면서도 에너지 밀도를 한 요인으로 꼽았다. 채식인 고탄저지는 1g 당 1칼로리로 에너지 밀도가 낮아 하루에 2㎏가 넘게 먹었지만, 육식 위주인 저탄고지는 1g 당 2칼로리로 하루 섭취량은 고탄저지의 3분의 2 수준이었다.

 

참가자들이 음식에 만족하고 마음껏 먹었음에도 고탄저지는 오히려 다이어트 효과를 봤고(체지방 감소) 저탄고지는 현 상태를 유지한 이유는 무엇일까. 이에 대해 저자들은 두 식단 모두 가공을 최소화한 음식을 제공한 것이 한 요인이라고 언급하며 2년 전 학술지 ‘셀 대사’에 발표한 논문을 근거로 제시했다. 초가공식품이 칼로리 과잉 섭취와 비만의 주된 원인일 것임을 보여준 연구결과다.

 

 

반려동물도 집쥐도 점점 뚱뚱해져
사람을 대상으로 한 연구에서도 탄수화물-인슐린 모형의 예측과는 반대로 고탄저지 식단(LF diet)이 저탄고지 식단(LC diet)에 비해 하루 평균 700칼로리를 덜 섭취하는 것으로 밝혀졌다. 단 두 식단 모두 가공이 최소화된 음식이다.  ′네이처 의학′ 제공
사람을 대상으로 한 연구에서도 탄수화물-인슐린 모형의 예측과는 반대로 고탄저지 식단(LF diet)이 저탄고지 식단(LC diet)에 비해 하루 평균 700칼로리를 덜 섭취하는 것으로 밝혀졌다. 단 두 식단 모두 가공이 최소화된 음식이다. '네이처 의학' 제공

역시 미국 국립당뇨소화신장질환연구소 케빈 홀 박사팀의 연구결과로 방법은 ‘네이처 의학’ 연구와 같고 비교 대상이 자연음식 식단과 초가공식품 식단이라는 것만 다르다. 둘 다 탄수화물과 지방, 단백질 비율은 50:30:20 내외다. 

 

초가공식품(ultra-processed food)이란 저렴한 식재료에 각종 첨가물을 더하고 일련의 가공을 통해 먹기 편하게, 즉 그대로 먹거나 데워 먹게 만든 식품으로 패스트푸드와 탄산음료, 과자 등이 전형적인 초가공식품이다. 패스트푸드가 비만의 원인이라는 주장이 오래전에 나왔고 지금은 상식으로 받아들여지지만 놀랍게도 이 논문이 나오기 전까지 사람을 대상으로 한 엄밀한 비교연구가 없었다. 다들 비만 주범이 탄수화물이냐 지방이냐에만 몰입한 결과다. 

 

2주 간격으로 식단을 바꿔 4주 실험을 한 뒤 데이터를 분석한 결과 초가공식품 식단일 때 자연음식에 비해 하루 평균 500칼로리를 더 섭취하는 것으로 나타났다. 그 결과 초가공식품 식단 2주 뒤 체지방이 평균 0.4㎏ 늘어 0.3㎏ 준 자연음식일 때와 0.7㎏ 차이가 났다. 식단에서 영양소의 비율이 같더라도 음식의 가공 정도에 따라 체지방 증감에 미치는 영향이 반대 방향으로 나타난다는 말이다. 연구자들은 초가공식품이 장과 뇌 사이의 포만 신호를 교란해 더 먹게 만든다고 추정했다.

 

그러고 보면 나의 경험 역시 고탄저지 식단이 아니라 자연음식 식단으로도 설명할 수 있다. 40년 전 우리나라 사람들은 초가공식품 섭취 비율이 지금보다 훨씬 낮았을 것이기 때문이다. 사찰음식을 역시 대표적인 슬로우푸드로 사실상 초가공식품이 없다. 하와이 이민자 사례도 마찬가지다.

 

흥미롭게도 사람뿐 아니라 반려동물도 비만이 갈수록 심각한 문제가 되고 있다. 심지어 도심에 사는 집쥐조차 10년에 약 6%씩 뚱뚱해지고 있다는 연구결과가 있다. 이들의 먹이 역시 가공이 많이 된 사료나 우리가 먹다 남긴 음식물이라는 걸 생각하면 그렇게 놀라운 현상은 아니다.

저자들은 논문에서 비만의 원인을 특정 영양소의 섭취에서 찾으며 싸우는 일은 이제 그만둘 때라고 썼다. 나 역시 이들의 주장에 공감한다. 오늘날 비만의 만연에는 초가공식품 범람, 끊임없는 정보(먹방과 광고), 생체리듬 교란, 정적 생활습관 등 현대사회의 구조적 문제에서 원인을 찾아야 하지 않을까. 비만 팬데믹이 코로나 팬데믹보다도 해결하기 어려운 ‘비감염성 전염병’이 아닌가 하는 생각이 문득 든다.

 

탄수화물과 지방, 단백질 비율이 50:30:20 내외로 비슷해도 초가공 식단이냐 비가공(자연) 식단이냐에 따라 칼로리 섭취량과 몸무게 변화는 큰 차이가 나는 것으로 밝혀졌다. 과체중인 참가자들에게 초가공식품을 마음대로 먹게 하자 2주 동안 자연음식을 먹을 때에 비해 하루 평균 500칼로리를 더 섭취했고 몸무게는 0.9㎏ 늘었다. 반면 자연음식을 2주 동안 먹자 몸무게가 0.9㎏ 줄었다. ′셀 대사′ 제공
탄수화물과 지방, 단백질 비율이 50:30:20 내외로 비슷해도 초가공 식단이냐 비가공(자연) 식단이냐에 따라 칼로리 섭취량과 몸무게 변화는 큰 차이가 나는 것으로 밝혀졌다. 과체중인 참가자들에게 초가공식품을 마음대로 먹게 하자 2주 동안 자연음식을 먹을 때에 비해 하루 평균 500칼로리를 더 섭취했고 몸무게는 0.9㎏ 늘었다. 반면 자연음식을 2주 동안 먹자 몸무게가 0.9㎏ 줄었다. '셀 대사' 제공

 

※필자소개

강석기 LG생활건강연구소에서 연구원으로 일했다. 2000년부터 2012년까지 동아사이언스에서 기자로 활동했다. 2012년 9월부터는 프리랜서 작가로 활동하고 있다. 직접 쓴 책으로 《강석기의 과학카페(1~9권)》,《생명과학의 기원을 찾아서》가 있다. 번역서로는 《반물질》, 《가슴이야기》, 《프루프: 술의 과학》을 썼다.

 

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