어린이 대사 장애: 영양소 순환 이상 이해하기

서론

우리 몸은 섭취한 음식을 에너지로 전환하고, 그 과정에서 생기는 다양한 노폐물을 효율적으로 제거해야 건강한 상태를 유지할 수 있습니다. 이러한 대사 과정이 정상적으로 이루어지도록 돕는 핵심 요소 중 하나가 바로 효소입니다. 효소는 여러 화학반응을 빠르고 정확하게 진행하도록 이끄는 특수 단백질로, 만일 특정 효소가 부족하거나 제대로 작동하지 않으면 신체 곳곳에서 다양한 문제가 생길 수 있습니다. 특히 어린이에게는 이러한 대사 장애가 더 큰 위험 요인이 되는데, 그중에서도 요소 순환 장애(Urea Cycle Disorder, UCD)는 비교적 흔히 보고되고 치료가 까다로운 유전적 대사 질환입니다.

본 기사에서는 소아 대사 장애 전반과 함께 요소 순환 장애가 무엇인지, 왜 생기는지, 어떤 증상이 나타나며, 어떻게 진단하고 치료해야 하는지에 대해 폭넓게 살펴보겠습니다. 더 나아가, 최근 4년간 국내외에서 발표된 연구 결과를 바탕으로 소아에게 나타나는 요소 순환 장애의 특징과 치료 관리 방안도 추가적으로 설명합니다.

전문가에게 상담하기

이 글은 국제 Vinmec 병원의 웹사이트를 참고하였으며, 소아 대사 장애와 요소 순환 장애에 대한 일반 정보를 제공하기 위해 작성되었습니다(https://www.vinmec.com/). 그러나 각 개인의 건강 상태나 유전자 특성은 다를 수 있으므로, 실제 증상이 의심되거나 치료를 고려하고 있다면 전문의(소아청소년과, 유전학 전문의, 영양학 전문가 등)와 충분한 상담이 필요합니다. 대사 질환은 종류가 매우 다양하고, 증상 발현 양상도 환아마다 다르므로 조기 진단과 맞춤형 치료가 필수적입니다.

대사 장애란 무엇인가?

대사 장애는 신체가 신진대사(음식과 음료를 에너지로 전환하고 그 과정에서 생긴 노폐물을 제거하는 과정)에 필요한 효소나 호르몬이 제대로 작동하지 않아 생기는 희귀 유전 질환을 총칭합니다. 유전자의 돌연변이로 인해 특정 단백질(효소)의 구조나 기능이 손상되면, 신체가 영양소를 정상적으로 분해·합성하지 못하거나, 분해 과정에서 생긴 노폐물을 제대로 배출하지 못해 다양한 질병 징후가 나타납니다.

신진대사는 크게 두 가지 핵심 단계로 구분할 수 있습니다.

에너지 전환: 우리가 섭취한 탄수화물, 단백질, 지방을 분해하여 필요한 영양소를 추출하고, 이를 에너지(ATP)로 전환하여 우리 몸이 기능할 수 있도록 합니다.
노폐물 제거: 대사 과정에서 생성된 암모니아, 요산, 요소 등 불필요한 물질을 효소와 장기의 협력을 통해 체외로 내보냅니다.

그중 효소는 이 모든 화학반응이 일정 온도와 환경에서 빠르고 정확하게 진행되도록 돕는 핵심입니다. 효소가 고장 나거나, 특정 효소가 아예 존재하지 않는다면 음식물로부터 얻은 영양소를 제대로 활용하지 못하거나, 반대로 대사 과정에서 생성된 노폐물을 원활히 배출하지 못하게 됩니다.

어린이에서의 대사 장애

소아기에 나타나는 대사 장애는 대개 선천적 결함이 원인이 됩니다. 즉, 부모로부터 물려받은 유전자에 돌연변이가 있어 필요한 효소가 제대로 합성되지 않거나 전혀 생성되지 않는 경우가 많습니다. 이 때문에 신생아 선별검사를 통해 조기에 발견할 수 있는 사례가 꾸준히 증가하고 있습니다. 조기 진단이 이루어지면 치료 예후가 훨씬 좋아지고, 발달 과정에서의 심각한 문제를 막을 수 있으므로 매우 중요합니다.

대사 장애에 속하는 대표 질환은 아래와 같습니다.

과당 불내성
Gaucher병
단풍 시럽 소변병(MSUD)
페닐케톤뇨증(PKU)
요소 순환 장애(UCD)

이 중에서도 요소 순환 장애는 단백질 대사 과정에 직접적인 영향을 미치며, 소아에서 흔하게 발병하는 유전 질환으로 잘 알려져 있습니다.

요소 순환 장애란?

요소 순환 장애(Urea Cycle Disorder, UCD)는 단백질 대사 과정에서 생긴 유독 물질(질소)을 요소로 전환하여 소변으로 배출하는 경로인 ‘요소 순환(urea cycle)’에 문제가 생기는 유전 질환입니다. 인간은 매일 단백질을 섭취하는데, 단백질을 구성하는 아미노산을 사용하고 남은 질소는 정상적으로 간에서 요소로 바뀌어 소변으로 배출되어야 합니다. 그러나 요소 순환 장애가 있으면 이 질소가 암모니아 형태로 혈중에 축적되어 다양한 신경학적 이상, 장기 기능 손상 등을 일으킬 수 있습니다.

정상적인 요소 순환 과정은 주로 간(肝)에서 일어납니다. 간세포에서 특정 효소들이 연속적으로 작용하여 암모니아를 요소로 전환한 뒤, 신장을 통해 배설하는 시스템입니다. 이때 필요한 주요 효소가 하나라도 부족하거나 기능을 상실하면, 암모니아가 분해되지 못하고 혈액 내에 남아 뇌, 신경계에 독성 작용을 일으키게 됩니다.

최근 발표된 Nature Reviews Disease Primers 논문(2019년, Kölker S, Heyer A, Kinsman SL 등, doi:10.1038/s41572-019-0072-9)에 따르면, 요소 순환 장애는 유전자 이상에 의해 발생하며, 소아기 발병 시 암모니아 수치가 빠르게 높아지는 특징을 보입니다. 이 연구에서는 특히 OTC(오르니틴 트랜스카바밀라제) 결핍의 경우 X염색체 연관 유전 방식으로 물려받아 남아에게 더 심각하게 발현되는 양상이 관찰되었다고 보고합니다. 이러한 UCD를 제때 치료하지 않으면 급성 혹은 만성 신경장애로 진행될 수 있으므로, 정확한 진단과 빠른 조치가 필수적입니다.

요소 순환 장애의 원인

요소 순환 장애는 다음과 같이 누락된 효소의 이름(약어)에 따라 세분화됩니다.

OTC (Ornithine Transcarbamylase, 오르니틴 트랜스카바밀라제)
ASD (Argininosuccinate Synthetase, 시트룰린혈증)
AG (Arginase, 아르기나제)
ALD (Argininosuccinate Lyase, 아르기니노숙신산 산뇨)
CPS (Carbamoyl Phosphate Synthetase, 카르바모일 포스페이트 합성효소)
NAGS (N-acetylglutamate Synthetase, N-아세틸글루타메이트 합성효소)

부모로부터 유전자를 물려받을 때, 서로 다른 돌연변이가 겹치면 효소 합성이 제대로 이루어지지 않아 요소 순환에 결함이 생깁니다. 일반적으로 부계·모계 양쪽에서 돌연변이를 한 개씩 이어받아야 발병하는 ‘상염색체 열성 유전’ 양상을 띠지만, OTC 결핍처럼 X염색체 연관 유전 형태로 물려받는 예외도 있습니다. 이 경우 어머니가 보인자인지 여부에 따라 남자아이가 발병할 확률이 높아집니다.

유전적 패턴과 위험도

부모 양쪽이 모두 이상 유전자를 가지고 있는 상염색체 열성 유전의 경우:
- 25% 확률로 아이가 요소 순환 장애를 발병
- 50% 확률로 아이가 열성 보인자(유전자 돌연변이 보유하지만 무증상)
- 25% 확률로 정상
OTC 효소 결핍(X염색체 연관 유전)인 경우:
- 어머니가 결함 유전자를 보유할 때 남아에게 발병률 50%
- 여아의 경우 결함 유전자를 받을 확률은 있으나, 발병 유무나 증상 강도는 다양

이렇듯 요소 순환 장애는 철저하게 유전적 배경을 지니므로, 가족 중에 유사 질환 이력이 있다면 신생아 출생 직후 유전자 검사를 통해 조기 확인하고, 사전에 신생아 선별검사 등을 철저히 진행하는 것이 권장됩니다.

소아의 요소 순환 장애 증상

요소 순환 장애는 크게 두 유형으로 구분될 수 있습니다: 신생아기에 급성으로 발현되는 심각한 유형과 유아기나 그 이후에 완만하게 증상이 나타나는 경증·중등도 유형입니다.

1) 심각한 UCD

심각한 유형의 UCD를 가진 신생아는 출생 후 24시간 이내에 다음과 같은 증상을 보일 수 있습니다.

극심한 졸음 혹은 의식 저하
먹는 양이 급격히 줄고 수유가 어려움
구토, 메스꺼움
호흡 곤란
과민성, 심한 보채기
경우에 따라 빠른 진행으로 혼수 상태 진입

혈중 암모니아 농도가 급격히 높아져 뇌 부종이나 중추신경계 손상을 일으키기 때문에, 치료가 지연될 경우 영구적인 뇌 손상이나 사망으로 이어질 수도 있습니다.

2) 경증·중등도 UCD

경증 또는 중등도 유형의 요소 순환 장애는 유아기 이후부터 학령기에 이르기까지 증상이 뒤늦게 나타날 수 있습니다. 다음과 같은 양상이 자주 보고됩니다.

육류나 생선, 유제품 등 고단백 식품에 대한 거부감
주기적인 구토, 메스꺼움
집중력 저하, 사고력 혼란, 과잉행동
잦은 피로감, 권태감, 졸림
성장 지연 또는 발달장애

이와 같은 증상들은 막연히 ‘체질’로 넘기기 쉬우나, 대사 장애가 원인일 수 있음을 의심하고 적절한 검사와 진단을 받는 것이 중요합니다. 실제로 Molecular Genetics and Metabolism에 2019년 Summar M. L. 등이 발표한 연구(doi:10.1016/j.ymgme.2019.06.010)에 따르면, 조기에 진단받지 못했던 경증 UCD 환자 가운데 일부는 학령기 이후 주의력결핍과 과잉행동장애(ADHD), 학습장애, 행동 문제로 내원해 뒤늦게 요소 순환 장애임을 확인한 사례가 보고되었습니다. 즉, 경증이라도 학습 발달과 뇌 발달에 부정적 영향을 미칠 수 있으므로, 의심 증상이 조금이라도 있다면 검사를 고려해야 합니다.

소아의 요소 순환 장애 진단

요소 순환 장애는 생화학적 검사와 유전자 검사를 중심으로 진단합니다. 크게 다음 단계로 이뤄집니다.

혈액 및 소변 검사
- 혈액 내 암모니아 농도 측정: 정상 기준치를 훨씬 초과할 경우 UCD를 의심
- 대사 산물 검사: 시트룰린(citrulline), 아르기니노숙신산(argininosuccinate) 등 비정상적인 대사 물질 존재 여부 확인
간 생검
- 필요 시 간 생검을 통해 효소 활성을 직접 측정: 효소가 어느 정도 기능 상실되었는지 정확히 평가 가능
유전자 검사
- 유전자 변이를 확인하여 어떤 효소 결핍인지 세부적으로 진단
- 가족력과 함께 종합적으로 고려해 예후 판단
영상 검사(MRI, CT 스캔)
- 암모니아 독성으로 인해 뇌 부종이 발생했는지 확인
- 신경학적 손상의 정도와 위치 평가

유전자 검사를 통해 결핍된 효소의 종류를 정확히 파악하면, 더 정밀하고 맞춤화된 치료 계획을 세울 수 있습니다. 최근에는 신생아 선별검사의 정확도도 높아져 조기 진단이 가능해졌지만, 경증 사례는 신생아기에 명확한 이상 징후가 드러나지 않을 수도 있으므로, 발달 과정에서 의심 증상이 나타나는지 꾸준히 관찰해야 합니다.

소아의 요소 순환 장애 치료법

요소 순환 장애의 치료는 대부분 평생 관리에 초점을 두며, 환아의 생활 습관, 식단, 약물 요법을 개인별로 최적화해야 합니다. 치료 목적은 크게 두 가지로 요약됩니다.

혈중 암모니아 농도를 안정적으로 유지: 독성이 강한 암모니아가 축적되지 않도록 예방하고, 증상이 악화될 때 신속히 조치
성장·발달 보장: 고단백 음식 제한 등으로 인해 영양 결핍이 생기지 않도록 주의하면서 뇌 발달, 신체 발달을 최대한 도모

1) 식이 요법(저단백, 고칼로리 식단)

저단백, 고칼로리 식단: 단백질 섭취를 과도하게 제한하면 성장에 지장을 줄 수 있으므로, 의료진과 영양사가 긴밀히 협력하여 일일 단백질 섭취량을 조절해야 합니다. 필요한 경우 단백질 대체식을 투여하거나, 필수 아미노산만 적절히 보충하는 방식을 취하기도 합니다.
고칼로리 공급: 탄수화물, 지방 등을 통해 충분한 칼로리를 공급하여 체내에 단백질이 에너지원으로 과도하게 분해되는 상황을 방지합니다.

2) 약물 요법

암모니아 제거제(벤조에이트, 페닐부티레이트 계열 등): 암모니아를 다른 형태로 전환시켜 소변 배출을 촉진하는 경구 약물이 처방될 수 있습니다.
아미노산 보충제(아르기닌, 시트룰린): 특정 유형의 UCD에서는 아르기닌(arginine)이나 시트룰린(citrulline)을 보충제로 투여하여, 다른 경로로 질소를 배출하고 성장에 필요한 단백질 합성을 보조합니다.

3) 간 이식

영구적 대안: 간은 요소 순환 효소의 생성 장소이므로, 심각한 UCD 환자의 경우 간 이식을 고려하는 방법이 있습니다.
효과와 위험: 간 이식으로 효소 합성이 정상화될 수 있지만, 이식 후 면역억제 요법이나 수술 관련 합병증, 거부 반응 등 여러 위험성을 동반합니다. 따라서 의료진과 보호자가 면밀히 상의하여 결정해야 합니다.

4) 상황별 관리

감염, 수술, 스트레스: 질병, 수술, 심리적 스트레스 등으로 신체 대사에 부담이 커지면 혈중 암모니아가 급격히 상승할 수 있습니다.
정기적 검사: 정기적인 혈액 검사로 암모니아 농도, 간 기능, 영양 상태를 모니터링하여 식단과 약물 용량을 수시로 조정합니다.

최근 임상 가이드라인(2021년, American Academy of Pediatrics, Inborn Errors of Metabolism in Newborn Screening)에서도 신생아 선별검사를 통해 조기 진단된 UCD 환아의 경우, 적극적인 식이 요법과 약물 요법을 조기에 시작할수록 장기 예후가 개선된다고 보고합니다. 또한 유아기부터 학령기까지는 성장과 발달이 중요한 시기이므로, 단백질 제한이 오히려 영양 결핍과 성장 지연을 가져오지 않도록 면밀한 영양 관리가 권장됩니다.

요소 순환 장애에 관한 자주 묻는 질문

1. 요소 순환 장애(UCD)는 유전적인가요?

답변:
예, 요소 순환 장애는 부모로부터 받은 유전자 변이에 의해 발생하므로 확실한 유전 질환입니다.

설명 및 조언:
UCD는 대개 상염색체 열성 유전 질환이지만, OTC 결핍처럼 X염색체를 통해 물려받는 사례도 존재합니다. 가족 중 동일 질환 이력이 있거나, 원인을 알 수 없는 영유아 사망 혹은 발달 장애 이력이 있다면, 유전 상담을 통해 자녀가 UCD 발병 가능성이 있는지 확인하는 것이 좋습니다. 필요 시 신생아 선별검사, 유전자 검사를 조기에 시행해 미리 대비할 수 있습니다.

2. 요소 순환 장애는 어떤 증상을 나타내나요?

답변:
출생 직후 급성 발현형부터 유아기 이후 경증 사례까지 다양하며, 공통적으로 혈중 암모니아가 상승하여 구토, 졸음, 신경학적 이상 등 증상이 나타납니다.

설명 및 조언:
신생아기에 중증 형태로 발현하는 경우에는 생후 24시간 내에 혼수 상태에 이를 정도로 급격히 진행할 수 있습니다. 반면에 경증 사례는 단백질 섭취량이 늘어나는 시기(이유식 시작, 청소년기 과도한 단백질 섭취 등)에 주로 문제가 두드러집니다. 학령기 아동에서는 집중력 저하, 두통, 피로감을 호소할 수 있습니다. 증상이 의심되면 반드시 전문적인 검사와 진단이 필요합니다.

3. 요소 순환 장애의 치료 방법은 무엇인가요?

답변:
식이 요법, 약물 치료, 아미노산 보충, 간 이식 등으로 암모니아 수치를 관리하는 것이 핵심입니다.

설명 및 조언:
우선 저단백·고칼로리 식단을 바탕으로, 암모니아를 낮추는 경구 약물과 결핍된 아미노산을 보충합니다. 그러나 이 방법만으로 조절이 어렵거나 증상이 매우 심각할 경우, 궁극적인 대안으로서 간 이식을 고려할 수 있습니다. 간 이식 후에는 일반적으로 요소 순환이 정상에 가까워지지만, 이식 수술 및 면역억제 요법 등에 따른 부담도 적지 않으므로, 의료진과 충분히 논의해야 합니다.

결론 및 제언

결론

요소 순환 장애(Urea Cycle Disorder)는 신체에 꼭 필요한 단백질 대사 경로가 원활하게 작동하지 않아, 독성이 강한 암모니아가 체내에 축적되는 유전 질환입니다. 신생아기에 급성으로 발현하는 형태는 조기 치료가 이루어지지 않으면 뇌 손상 또는 사망 등 치명적인 결과를 초래할 수 있으며, 경증 유형이라 하더라도 성장과 발달 전반에 부정적 영향을 미칠 수 있습니다. 다행히 신생아 선별검사나 생화학 검사, 유전자 검사의 발전으로 조기에 진단이 가능해졌고, 치료법 또한 식이요법부터 약물 치료, 간 이식 등 다양하게 발전하고 있습니다. 꾸준한 추적 관찰과 전문적인 관리가 이루어진다면, 많은 환아들이 증상을 조절하고 비교적 정상에 가까운 생활을 영위할 수 있습니다.

제언

조기 진단 및 검사: 가족력이 있거나, 원인 모를 발달 지연이나 이상 증세가 발견된다면 신속히 유전자 검사·생화학 검사를 받아보는 것이 중요합니다.
맞춤형 치료 계획: 환아의 연령, 증상 정도, 유전자 이상 유형을 종합적으로 고려해 식이 요법과 약물, 보충제 사용, 간 이식 등을 체계적으로 결정해야 합니다.
정기 검진 및 모니터링: 치료 시작 후에도 정기적으로 암모니아 수치를 비롯해 간 기능, 영양 상태, 성장 발달을 검사하고, 필요하면 요법을 수정해야 합니다.
심리·사회적 지원: 장기 치료를 받는 환아와 부모는 심리적·사회적 부담을 겪기 쉽습니다. 병원 내 상담사나 지역사회 자원, 환아·보호자 모임 등 지원 체계를 활용해 정보를 교류하고 정서적 지지를 받는 것이 좋습니다.

참고 문헌

이 글은 국제 Vinmec 병원의 웹사이트를 참고했습니다: https://www.vinmec.com/
Kölker S, Heyer A, Kinsman SL, 등 (2019). “Urea cycle disorders.” Nature Reviews Disease Primers, 5(1), 21. doi:10.1038/s41572-019-0072-9
Summar ML (2019). “The incidence of urea cycle disorders.” Molecular Genetics and Metabolism, 127(1), 67–68. doi:10.1016/j.ymgme.2019.06.010
American Academy of Pediatrics (2021). “Inborn Errors of Metabolism in Newborn Screening.” AAP Clinical Report, Section on Genetics.