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By Seongguk Choi —

바이러스에 감염되면 왜 아플까?

우리는 살아가며 감기, 독감, 장염, 결막염 등의 수많은 질병을 마주한다.

우리는 살아가며 감기, 독감, 장염, 결막염 등의 수많은 질병을 마주한다.

필자는 지금까지 살면서 신종플루(A형 인플루엔자 H1N1형 바이러스 독감), 볼거리(유행성 이하선염) 정도의 확실한 바이러스성 질환을 경험했고, 그 밖에도 몸이 아팠던 경험 중 대다수는 바이러스에 의한 질병일 것이다.

그리고 필자는 아직 감염되지 않았지만, 2020년 초부터 전 세계를 강타해 이제는 주변에서 감염 비경험자를 찾기가 힘들어진 코로나19* 역시 바이러스에 의한 질병이다.

💡 * 코로나바이러스감염증-19(Coronavirus Disease-19, COVID-19)
제2형 중증급성호흡기증후군 코로나바이러스(Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2, SARS‑CoV‑2)에 의해 발병하는, 21세기 사상 초유의 전 세계적 규모의 중증 전염병 사태를 일으킨 질병

그런데 질병은 바이러스에 의해서만 생기는 것일까? 그렇지도 않다. 나이가 조금 있는 분들 세대에 흔히 퍼져있는 인식처럼 병균(세균)에 의한 질병도 많은데, 필자에게 가장 익숙한, 여러분도 최소한 한 번쯤은 들어봤을 법 한 세균에 의한 질병 중 하나는 바로 파상풍*이다.

💡 * 파상풍(破傷風, Tetanus)
파상풍균(Clostridium Tetani)이 생성하는 신경 독소에 의해 발병하는, 근골격계의 경직과 근육 수축이 발생하며 감염자를 사망에 이르게 할 수 있는 질병

초등학교에 다니던 시절 파상풍 예방 접종을 받았고, (필자는 코로나 상황 때문에 못 받았지만) 훈련소에서도 파상풍 등의 질병 예방을 위한 예방 접종을 한다.

이처럼 질병을 일으키는 미생물을 병원체(病原體, Pathogen)라고 하며, 병원체는 세균과 바이러스 외에도 기생충 등 매우 다양하다.

질병은 이처럼 다양한 병원체에 의해 발생하지만, 이 글에서는 필자가 최근 알아본 “바이러스에 감염되면 왜 아플까?”라는 내용을 중심으로, 바이러스와 관련한 이런 저런 이야기를 해 볼 것이다.

⚠️ 필자는 의학이나 생물학 전공은 커녕 대학의 문턱도 밟아보지 않은 사람이기에, 부족하거나 틀린 정보가 있을 수 있다. 이러한 부분이 있다면 댓글로 제보 바란다.

바이러스란 무엇인가?

서론에서 “바이러스는 세균과 다르다”는 식으로 이야기 한 것을 눈치채신 분들이 있을 텐데, 그 차이를 알고 있는 분들도 있을 것이다.

흔히 알려진 상식으로는 ‘세균은 생물, 바이러스는 무생물’이라는 정도의 내용일 것인데, 사실 이 정도만 알아도 살아가는데 전혀 지장이 없다.

그렇지만, 조금만 더 정확하게 알면 이 글의 진짜 목적인 “바이러스에 감염되면 왜 아플까?”를 이해하는 데 도움이 될 것이라고 생각한다.

세균은 미생물의 분류에 속하고, 스스로 생명 활동을 한다. 그렇기 때문에 세포 분열을 통해 번식하여 개체를 늘린다.

그러나 바이러스는 무생물로 분류된다는 사실처럼 스스로 생명 활동을 할 수 없고, 번식 역시도 스스로 할 수 없다. 다른 세포에 침입하여 세포의 유전자를 바이러스 자신의 유전자로 교체하고, 숙주인 세포가 유전자를 복제할 때 바이러스의 유전자가 복제되도록 하여 개체를 늘린다.

💡 바이러스는 숙주 세포 없이는 무생물적 특징을 나타내고, 숙주 세포 안에서는 생물적 특징을 나타내기 때문에, 최근에는 통상적으로 생물과 무생물의 중간 분류인 반생물로 분류한다.

이처럼 바이러스는 스스로가 할 수 있는 것이 거의 없는 유전자 덩어리에 불과하다.

바이러스에 감염되면 어떤 일이 일어나는 걸까?

위 문단에서 바이러스는 다른 세포를 숙주 삼아 자신의 유전자를 복제한다고 하였다. 이 과정에서 세포의 파괴나 면역 체계의 작동을 일으키는데, 이 과정에서 우리가 느끼는 질병의 증상인 통증과 신체적 불편함이 수반된다.

바이러스의 복제

우선 바이러스가 특정한 세포 표면의 세포막과, 바이러스의 종류에 따라 바이러스 표면의 단백질 또는 지질 이중층 막이 결합하게 되면, 바이러스는 껍질을 버리고 유전자 부분만 세포 안으로 침투한다.

이 침투 과정에서 특정한 세포의 세포막과 바이러스 표면의 구성 성분의 분자 구조가 잘 결합할 수 있어야 바이러스의 세포 침투가 가능하다. 이 때문에 주로 호흡기 세포에 침투하는 바이러스, 소화기 세포에 침투하는 바이러스 등의 성질이 나뉘어진다.

침투 이후에는 바이러스 종류에 따라 방식이 다르지만 세포의 유전자 일부를 바이러스 자신의 유전자로 교체한다.

변형되는 세포의 유전자인 디옥시리보 핵산(Deoxyribonucleic Acid, DNA)은 세포가 분열될 때 새로 만들어질 세포의 형질을 결정하는 물질인데, 세포의 DNA가 바이러스의 DNA로 교체되어 세포는 DNA 복제 과정을 통해 바이러스를 복제한다.

세포의 파괴

이 과정을 통해 바이러스가 세포의 안에서 충분히 증식하게 되면, 세포 자체가 파괴되어 증식한 바이러스들이 세포 밖으로 나오고, 이 바이러스는 또 다른 세포에 침투하고, 복제하고, 파괴하는 연쇄 작용을 일으키게 된다.

바이러스가 질병의 증상을 일으키는 원인은 크게 두 가지가 있는데, 그 중 하나가 이렇게 세포 자체가 파괴되는 현상에 의해 조직이 점점 파괴되기 때문이고, 이를 세포 병리 효과(Cytopathic Effect)라고 한다.

💡 C형 간염 바이러스(Hepatitis C Virus)처럼 세포 병리 효과가 없는 바이러스(Non-cytopathic Virus)도 있기 때문에, 모든 바이러스가 세포 병리 효과를 일으키지는 않는다.

다른 원인 하나는 다음 문단인 면역 체계의 작동에서 설명한다.

면역 체계의 작동

바이러스가 충분히 증식하여 감염된 세포가 많아지면 우리 몸의 면역 체계가 바이러스의 존재를 알아차리게 된다.

백혈구, 그 중에서도 림프구에 속하는 T세포(T Cell)들이 바이러스에 감염된 세포를 찾아내면 사이토카인(Cytokine)이라고 하는, 세포 간의 신호 전달을 위한 여러 종류의 단백질을 분비하여 다른 면역 세포들에게 신호를 전달하고, 면역 체계를 활성화 시킨다.

T세포가 인터페론(Interferon, IFN)이라는 사이토카인 단백질을 분비하는데, 이 물질은 다음과 같은 여러 역할을 한다.

  • 주변의 세포들이 I형 주조직 적합성 복합체(Major Histocompatibility Complex, MHC)라는 단백질을 세포 표면에 보여주는 것을 촉진한다. 이는 주변의 면역 세포들이 주조직 적합성 복합체를 확인하여 신체 내부에서 합성된 세포인지, 외부에서 침입한 세포인지 확인할 수 있게 한다.
  • 세균이나 죽은 세포 등의 세포를 잡아먹는 대식세포(大食細胞, Macrophage), 세포를 파괴하는 세포 독성 T세포(Killer T Cell), 자연 살해 세포(Natural Killer Cell, NK Cell) 등 면역 세포들의 활동을 촉진한다.

쉽게 이야기 하면, 면역 세포가 비정상 세포를 찾아내는 방식은 ‘경찰이 주위의 모든 사람에게 신분증 제시를 강제한 뒤 일일이 검문하여 범인을 색출하는 방식’이라고 할 수 있겠다.

그렇게 찾아낸 비정상 세포들을 세포 독성 T세포와 자연 살해 세포가 세포 독성 물질을 분비하여 바이러스에 감염된 세포의 자살을 유도하고, 이 과정을 통해 바이러스에 감염된 세포들이 파괴된다.

설명이 길어졌는데, 면역 세포들이 바이러스에 감염된 비정상 세포들을 죽인다는 이야기다.

위 문단에서 언급한 세포 병리 효과와 T세포에 의해 조직의 세포들이 파괴되고, 결국 신체 조직이 점점 파괴된다.

💡 쉽게 와닿을 수 있게 설명은 신체 조직이라고 했지만, 반드시 가시적인 신체 조직만 파괴되는 것은 아니다. 백혈구 세포를 숙주로 삼는 HIV*는 특정 신체 조직이 아닌, 백혈구에 의한 면역 체계를 파괴하여 후천적 면역 결핍 증후군을 일으킨다.
💡 * 인간 면역 결핍 바이러스(Human Immunodeficiency Virus, HIV)
인간의 면역 체계를 파괴하여 가벼운 감기 등의 질병에도 사망에 이르게 할 수 있는, 후천적 면역 결핍 증후군(Acquired Immune Deficiency Syndrome, AIDS, 에이즈)을 일으키는 바이러스

바이러스에 감염되면 왜 아플까?

이런 과정들을 통해 바이러스가 숙주로 삼는 세포들이 모여 있는 조직이 파괴되어 이상 증상이 생기는데, 그 조직이 속한 부위에 따라 질병의 증상이 달라지고, 이것이 바이러스의 종류에 따라 주 증상이 달라지는 이유이다.

  1. 특정 조직의 세포에 작용하는 바이러스에 감염되어 세포들이 파괴된다.
    - 소화기(위, 소장, 대장 등) 조직의 세포에 작용하는 바이러스에 감염되어 소화기 세포들이 파괴된다.
    - 호흡기(폐, 후두, 기관지 등) 조직의 세포에 작용하는 바이러스에 감염되면 호흡기 세포들이 파괴된다.
  2. 파괴된 세포를 제거하기 위한 대식세포의 활동에 의해 염증 반응이 나타난다.
  3. 염증에 의한 고름 등의 삼출물과 노폐물, 바이러스 등을 배출한다.
    - 염증에 의한 고름과 죽은 세포들이 점액과 함께 뭉친 것(객담: 가래)을 호흡기에서 제거하기 위해 기침을 유도하여 배출한다.
    - 소화기에 있는 내용물을 모두 소화하지 못 하고 신속하게 배출한다.

위 예를 보면 굵은 글씨로 표시한 공통적인 부분이 있다. 염증 반응이 나타난다는 것, 그리고 염증에 의한 삼출물과 바이러스가 포함된 오염 물질을 신체 밖으로 배출한다는 것이다.

발열/오한

대부분의 바이러스성 질병에는 발열이 수반되는데, 이것은 대식세포가 면역 반응 시 분비하는 물질과 관련이 있다.

  • 인터루킨-1(IL-1): T세포의 활동을 촉진하는 사이토카인으로, 뇌에 있는 시상하부의 체온 조절 중추를 자극하여 체온의 기준점을 높인다.
  • 프로스타글란딘 E2(Prostaglandin E2): 뇌에 작용했을 때 교감신경계를 자극하여 체내에서 열을 발생시키고, 피부 모세혈관을 수축시킨다.

이 두 물질에 의해 체온이 올라가 바이러스의 번식을 억제한다.

사이토카인이 분비되면 면역 체계가 활성화 되고, 면역 세포들은 또 다시 사이토카인을 분비하는데, 이 기전이 과도하게 일어나면 사이토카인 폭풍(Cytokine Storm)이라는 과잉 면역 반응이 일어날 수 있다.

이는 신체를 구성하고 있는 세포의 단백질 변성을 일으킬 수 있는 40도 이상의 심각한 고열을 동반하는데, 단백질 변성이 일어난다면 면역 세포들이 정상 세포들을 공격할 수 있기 때문에, 고열이 발생한 상황에서 신속히 열을 떨어뜨리지 않으면 조직 파괴에 의한 다발성 장기 부전 등을 초래할 수 있다.

발열이 있을 때 오한이 생기는 것은, 체온 조절 중추의 체온 기준점이 올라가 평소에 적당하다고 느끼는 온도가 춥게 느껴지는 것이다.

평소 체온이 36℃여야 할 때 24℃ 기온에 있는 상태에서 느끼는 것과 다르게, 체온이 38℃여야 할 때 24℃ 기온에 있는 것은 평소 체온일 때 22℃ 기온에 있는 것처럼 느껴지는, 정확한 비유는 아니겠지만 대략 이런 개념이라는 이야기다.

➕ 위의 원리들은 바이러스성이 아닌 세균성 질병인 경우에도, 외부 세포를 감지한 면역 체계의 면역 반응에 의해 같은 현상이 나타난다. 바이러스와 세균의 최초 발병 기전은 다르나, 질병의 증상이 발현되는 원리는 같다.

위 과정들을 모두 보면 알 수 있듯이 몸이 아픈 것과 면역 체계의 반응은 상관 관계가 있지만, 아프지 않다고 면역 체계가 작동하지 않는 것은 아니다.

따라서, 진통제나 해열제 등의 약을 먹는다고 오래 아픈 것도 아니며, 약을 먹지 않는다고 빨리 낫는 것도 아니다.

💡 몸이 아프다면 의사/약사와 상담한 후에 적극적으로 필요한 치료(내복제, 주사 등)를 하도록 하자.

쓰는 김에 아는 척: 코로나바이러스감염증-19에 대해

서론에서 언급한 코로나바이러스감염증-19는 제2형 중증급성호흡기증후군 코로나바이러스에 의해 발현된다. 바이러스의 이름을 풀어 보면 다음과 같다.

  • 중증: 매우 심각한
  • 급성: 빠른 시간 안에 발현되는
  • 호흡기: 호흡기(폐, 후두, 기관지 등)에서 증상을 보이는
  • 증후군: 증상과 징후를 포함하는 질병 현상
  • 제2형 코로나바이러스: 코로나바이러스의 두 번째 변종

즉, 이 바이러스는 “빠른 시간 안에 매우 심각하게 주로 호흡기 증상을 보이는 질병을 일으키는 바이러스의 두 번째 변종”인 것이다.

💡 제2형 중증급성호흡기증후군 코로나바이러스는 ‘제2형’이라는 단어에서 유추할 수 있듯이, 중증급성호흡기증후군 코로나바이러스(Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus, SARS-CoV)의 변종이고, 이 중증급성호흡기증후군 코로나바이러스는 바로 2000년대 초반에 사스(SARS)라고 불렸던 병을 일으키는 바이러스이다.
바이러스가 변이 되었으므로 바이러스의 형질이 바뀌었고, 그 증상도 다르기 때문에 사스와 코로나바이러스감염증-19가 완전히 같은 질병은 아니다.

코로나바이러스감염증-19에 대한 증언이나 자료에서 ‘코로나에 걸리면 목이 까끌까끌한 느낌과 냄새를 잘 맡지 못 하는 증상으로 시작해서, 매우 빠른 시간 안에 강한 인후통과 기침, 가래, 고열을 수반한다’는 내용을 흔히 보고 들을 수 있다.

이는 제2형 중증급성호흡기증후군 코로나바이러스가 주로 호흡기의 세포들을 빠르게 감염시키며 파괴하고, 그렇게 빠르게 감염된 세포들이 면역 체계에 의해 다수 파괴되기 때문이다.

왜 바이러스에 감염되는걸까?

세상에는 매우 다양한 종류의 바이러스가 있고, 이들 바이러스의 전염 경로는 매우 다양해서 모두 설명할 수는 없지만, 공기 중에 바이러스 입자가 ‘뿅’ 생겨나서 전염되는 경우는 현재까지는 없다. 자연적으로 존재하는 바이러스, 혹은 인간이 만들어낸 바이러스가 어떤 경로로든 생물에 접촉하여 옮겨지는 것이다.

대표적인 전염 경로에는 다음과 같은 것들이 있다.

  • 눈, 코, 입, 생식기 등의 점막에 바이러스가 접촉한 경우
    공기 중에 있는 바이러스 입자가 호흡 등에 의해 직접 접촉하는 경우도 있고, 바이러스 입자가 묻은 물체를 만진 손으로 얼굴 등 점막 주위를 만졌을 때 접촉하여 감염되는 경우도 있다.
    전염병이 유행하는 경우 마스크 착용, 손씻기 등의 개인 위생을 철저히 하라고 하는 이유가 이 때문이다.
    물론 생식기 역시 약한 점막 조직인지라 상처가 날 확률이 높기 때문에, 성관계로 인해 바이러스가 전염되는 경우도 흔하다.
    콘돔, 페미돔 등을 사용하면 성병 감염 위험을 현저하게 줄일 수 있다는 이유가, 점막끼리의 접촉을 물리적으로 차단해주기 때문이다.
  • 피부의 상처에 바이러스가 접촉한 경우, 감염자가 사용한 주사기를 재사용한 경우
    혈액을 통해 직접적으로 감염된다. 우리 몸의 심장에서 나온 혈액이 혈관을 통해 전신을 돌고 다시 심장으로 돌아오는 평균 순환 시간은 약 1분 이내로 알려져 있고, 이 때문에 바이러스가 이미 혈액에 유입된 상태라면 감염을 막을 확률은 거의 없다.

💡 피부는 동물의 가장 바깥에서 보호막 역할을 수행하는 조직이라서, 병원체를 포함한 유해 물질로부터 신체를 보호하는 역할을 한다. 따라서, 건강한 피부를 뚫고 바이러스에 감염되는 경우는 거의 없다. 다만, 미세한 상처나 모공, 땀구멍 등을 통해 감염되는 경우가 있으므로, 피부를 통해 감염될 수 없는 것은 아니다.

바이러스에 감염되지 않을 수는 없을까?

많이들 알고 있듯이 백신(Vaccine)이라는 것이 존재한다. 백신은 병원체의 정보를 신체의 면역 체계에 미리 접촉시켜, 실제 병원체에 대한 항체를 만들도록 유도하는 물질이다.

엄밀히 이야기 하면 백신을 맞아도 바이러스에 감염 될 수 있다. 바이러스가 질병을 일으키기 전에 면역 체계가 바이러스를 사멸시키는 것인데, 표면적인 현상을 보면 바이러스에 감염되지 않는 것이라고 봐도 될 것 같다.

백신은 예방하려는 병원체에 따라 일일이 대응하여 개발해야 하고, 모든 병원체에 대응할 수 있는 것은 아니다. 인간 면역 결핍 바이러스는 발견된 지 약 40년이 지났으나 백신은 아직도 연구중이다.

또한, 제2형 중증급성호흡기증후군 코로나바이러스처럼 변이가 빠른 바이러스라면 백신을 개발해도 또 다른 변종 바이러스에 의해 개발된 백신의 효과가 무의미해질 수 있다.

따라서, 현재 바이러스에 감염되지 않을 수 있는 방법은 없다.

감염된 바이러스를 제거할 수는 없을까?

바이러스는 세포를 숙주 삼아 증식한다. 이는 바이러스가 세포 안에 숨어들어간다는 이야기인데, 신체 유지에 필요한 세포를 제거할 수는 없고, 세포 안에 숨은 바이러스를 표적하여 제거 하기도 매우 어려울 것이다.

그렇기 때문에 현존하는 바이러스에 의한 질병은 대증 치료를 하며, 신체의 면역 체계가 자연적으로 바이러스를 사멸시킬 수 있도록 기다리는 동안 통증을 줄이고 체력을 보존하는 방법을 사용한다.

항생제가 바이러스성 질병의 치료제라고 오해하는 경우가 있는데, 항생제는 특정 부류의 세균을 억제하기 위해 사용하는 약이기 때문에, 세균과 전혀 다른 바이러스에는 전혀 효과가 없다.

일부 바이러스를 치료하기 위해 사용하는 약인 항바이러스제가 있긴 하지만, 항바이러스제는 세포에 침입한 바이러스를 사멸시키는 게 아닌, 바이러스의 복제를 막아 바이러스가 더 많은 세포를 감염시키는 것을 막는 원리로 작용한다. 서론에서 언급했던 2009년 신종플루의 원인 바이러스, A형 인플루엔자의 항바이러스제인 타미플루(Tamiflu)도 이러한 원리이다.

마치며

처음에 ‘글을 써야겠다’라는 생각을 했을 때보다는 글이 길어졌다.

본문에서 많은 비중을 차지하는, 최근의 범유행(Pandemic) 사태를 일으킨 코로나바이러스감염증-19가 일상이 되며, 이제는 많은 사람들이 바이러스에 대해 관심을 가지게 되었다.

그렇지만 막상 사람들과 이야기를 할 때나 인터넷에 떠돌아다니는 글을 볼 때, 필자를 포함해 바이러스에 대한 정확한 정보를 알고 있는 사람은 많지 않다는 느낌을 받았다(그렇다고 생각하고 싶은 것일지도 모른다).

필자는 호기심이 많아서, 많은 시간을 쏟아 공부한 분야와 전혀 관련도 없는 분야에 대해 굉장히 얕게 공부하는 시간이 많은데, 그런 내용들 중에 최근에 문득 궁금해져 시간을 할애해 알아본 “바이러스에 감염되면 왜 아픈가”에 대한 내용을 정리해서 공유해보고 싶었다. (주제와는 멀어 보이는 백신같은 내용은 괜히 넣었나 싶다.)

물론 필자가 의학이나 생물학 전공자도 아니고, 스스로가 정확한 정보를 알고 있지 않은 것 같다는, 인터넷에 떠돌아다니는 자료들을 인용해 썼으니 이 글도 정확하지 않을 수 있지만, 나름의 타당성을 판단하여 주요 요점만 정리해 보았다.

이 글을 읽으시는 분들이 보다 정확한 정보를 제공해주셨으면 하는 바람이다.

이거 쓸 시간에 개발 공부를 하거나 개발 콘텐츠를 쓰는 노력을 했으면 어땠을까 싶다…

참고 링크

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