▲ 고대 이집트 의학 기술이 기록된 에버스 파피루스 (출처: 위키디피아)

기원전 1,500년경 고대 이집트 의학 기술을 기록한 ‘에버스 파피루스(Ebers Papyrus)’에는 한 가지 인상적인 치료법이 등장한다. ‘소변이 너무 자주 나올 때는 엘더베리, 우유, 오이꽃, 녹색 대추 등이 혼합된 음료를 마시면 된다’는 처방이다. 여기서 언급된 증상은 오늘날 우리가 당뇨병이라 부르는 대사질환이다. 

▲ 아라테우스 (출처:  Wellcome Library, 런던)

당뇨병은 의외로 역사가 깊다. 고대 카파도키아 의사 아라테우스(Arataeus)는 당뇨병에 걸린 사람들이 소변을 자주 보고 체중이 줄어가는 증상을 보며 ‘팔다리 근육이 소변으로 녹아 나가는 병’이라고 기술했다. 

그런데 당시에는 어떻게 당뇨병을 진단했을까? 고대에는 소변에 개미가 몰려드는 정도를 보고 질환 유무를 판별했고, 근대에는 의사들이 소변 맛을 봐서 달면 당뇨병이라 판단했다. 이 방법은 믿기 힘들게도 1950년대까지 이어졌다고 한다.

▲ 소변을 맛보지 않고도 당 측정이 가능하도록 해주신 조상님들께 감사드린다

다행히 21세기에는 혈액을 검사지에 묻히면 5초 내로 혈당 수치를 보여주는 ‘자가 혈당 측정기’라는 물건이 존재한다. 덕분에 우리는 소변을 맛보지 않아도 내가 당뇨병인지 아닌지를 알 수 있다. 당뇨병은 합병증을 유발할 수 있기 때문에 혈당을 주기적으로 체크해 정상 혈당수치가 되도록 조절해야 한다. 보통 하루 3번 공복 혈당과 식사 시작 후 2시간 혈당을 직접 측정하여 수첩에 기록해 두었다가 의료진과 상담 후 약물, 식단, 운동 등을 처방받는다. 

이런 일이 가능하도록 만들어준 혈당계는 어떤 변천사를 가졌을까? 최초 혈당계부터 미래형 혈당계까지 ‘혈당계 발전사’를 되짚어보자.

지금보다 100배 이상 채혈해야 했던 1세대 혈당계

현재 사용되는 혈당계는 대부분 포도당 산화 과정에서 발생하는 전자를 전극을 이용해 측정하고, 그 농도를 계산하는 ‘바이오센서 전극 기술’을 사용한다. 덕분에 측정 시간이 빠르고 정확도도 높다. 하지만 처음부터 이런 원리가 적용된 것은 아니었다.

▲ 에임스 ARM 혈당계 (출처: https://historyoftech.mcclurken.org)

1960년대, 미국 에임스(Ames)라는 회사에서 혈당 반응 검사지 ‘덱스트로스틱스’를 개발했다. 세계 최초 소변이 아닌 혈액 측정법을 도입한 검사지였다. 문제는 검사지 색깔만 보고 혈당 수준을 판단하기에는 어려움이 많았다는 것이다. 

이후 1968년, 에임스의 엔지니어 안톤 클레멘스가 빛 반사율을 통해 시험지 색 명도를 측정하여 혈당 수준을 추정한 뒤, 결과를 나침 바늘로 알려주는 ‘효소 비색법’ 방식 ‘ARM’을 개발했다. 이 제품은 1972년에 미국 특허를 획득함으로써 세계 최초 혈당계로 이름을 올렸다. 하지만 최초 제품답게 단점도 컸다. 먼저 검사에 필요한 혈액량이 현대 혈당 측정기의100~200배 수준이어서 한 번 검사하려면 피를 많이 뽑아야 했다. 또한 측정 결과가 나올 때까지 반응 시간이 오래 걸렸고, 검사 시료의 정확도도 떨어졌다. 

무엇보다 초기 1세대 혈당계는 검사지에 혈액을 묻히면 이를 세척하거나 닦아서 다시 사용해야 했는데, 이 과정에서 혈당계가 고장 나기 쉬웠다. 그래서 닦을 필요가 없는 검사지가 개발됐는데 여전히 고장이 잦았고, 가격도 비싼 데다 측정 횟수도 제한돼 있어서 대중적으로 사용되기 어려웠다. 그래서 제조사는 십여 년간 쓰기 편한 혈당계 개발에 집중했다.

자가 혈당 관리 시대를 만든 2세대 혈당계

오늘날 가정에서 사용되는 2세대 혈당계는 바이오 센서 전극 기술을 사용해 검사 시간이 빠르고, 측정값 오차도 적다. 검사지가 있는 한 측정 횟수가 무한한 데다 가격도 저렴하다. 1세대 혈당계와 비교하면 놀라운 변화다. 

▲ 1980년대 등장한 가정용 혈당계 (출처: https://diabetesmuseum.de)

바이오센서 전극 방식으로 작동하는 혈당계는 1975년 Yellow Springs Instrument Company에서 개발되었다. 하지만 비싼 백금 전극을 사용했기에 비용이 많이 들어 임상 실험실에서만 사용했다. 그러던 중 1970년대 후반에 들어서야 가정에서 쉽게 쓸 수 있는 혈당계가 개발되었고 1980년 최초 디지털 혈당측정기인 ‘Dextrometer’와 1981년 오늘날 혈당측정기와 유사한 ‘글루코미터(Glucometer)’가 북미에서 시판되었다. 

2세대 혈당계가 등장한 뒤 혈당계 제조사는 ‘사용자 친화적인 제품’을 목표로 혈당계를 연구해왔다. 당뇨병 환자들의 니즈는 ‘채혈 과정에서 느끼는 고통을 최소화하고 적은 채혈량으로 빠르고 정확하게 혈당을 측정할 수 있는 제품’이었다. 

▲ 혈당계 관리 소프트웨어가 개발되며 

혈당 관리를 체계적으로 할 수 있게 되었다 (출처: https://epfasr330.weebly.com)

1986년, 혈당계에 적용 가능한 최초 혈당 관리 소프트웨어가 나왔다. 이전의 혈당계는 저장(메모리) 기능이 없어서 한 번 측정하면 해당 데이터를 다시 볼 수 없었는데, 이 소프트웨어가 개발된 후 혈당계에는 300개 이상 혈당 측정 결과와 날짜, 시간을 저장할 수 있게 됐다. 이를 컴퓨터로 옮겨 관리할 수 있게 되면서 더욱 체계적인 혈당 관리가 가능해졌다.

▲ 애보트 MediSense 혈당계 (출처: https://blog.pinfoldtech.com)

1987년 애보트에서 개발한 MediSense는 검사지를 닦아내지 않고 바이오센서 전극을 사용한 방식이 현대 자가 혈당계와 비슷하다. 디자인도 기존 혈당계와 달리 펜과 카드 모양으로 세련됐다.

▲ 글루코카드 초기 모델 (출처: 아크레이)

혈당계 제조사 아크레이는 효소 비색법을 기반으로 한 1세대 혈당계에서 탈피해, 1991년 상대적으로 고장이 적은 바이오 센서 전극 방식 제품을 개발했다. 이것이 의료 종사자와 환자들에게 간편성과 안정성을 인정받아 히트 상품이 된 글루코카드 초기 모델이다.

수동에서 오토를 거쳐 노코딩으로… 2세대 혈당계 변화

▲ 로슈 아큐-첵 퍼포마 구형

대부분 2세대 혈당계는 혈액과 검사지에 묻은 효소의 화학 반응을 통해 혈당을 측정한다. 문제는 아무리 정밀한 제조공정을 거친 검사지라도 효소에 따라 측정 결과가 달라질 수 있다는 것이다. 때문에 검사지에는 효소 정보를 숫자로 표기한 고유 코드를 부여한다. 그리고 이 검사지를 혈당계에 넣으면 기기가 검사지 코드를 인식해 측정값 오차를 최소화할 수 있도록 조절한다. 이 과정을 코딩이라 한다. 

▲ 가장 사용하기 편한 노코딩 방식의 그린닥터 혈당계

코딩 과정도 사용자 편의성을 고려해 수동 코딩 → 오토 코딩 → 노코딩으로 발전했다. 수동 코딩은 사용자가 기기에 검사지 코드 번호를 수동으로 입력하는 방식이며, 오토 코딩은 검사지를 기기에 꽂으면 코드 번호를 자동으로 인식하는 방식이다. 노코딩은 별도 코딩 작업 없이 바로 측정할 수 있는 방식이라 가장 선호된다.

▲ 스마트 기능을 더한 요즘 혈당계 (출처: https://healthmanagement.org)

코딩 기술도 적정선에 이르자 이제는 사용 편의성을 중심으로 한 혈당계가 발전하기 시작했다. Myglucohealth를 시작으로 최근에는 블루투스, NFC, CDMA 등 무선 통신을 이용해 측정 결과를 휴대폰으로 전송하는 혈당계가 나오고 있다. 이들 제품은 일일이 혈당값을 수첩에 기록할 필요 없이 혈당을 측정하는 즉시 데이터를 스마트폰에 자동 전송해준다. 바야흐로 혈당계 산업에도 스마트한 바람이 불고 있는 셈이다.

피부에 붙이고만 있어도 자동 혈당 측정! 3세대 비채혈 혈당 측정기

▲ 1993~2005년까지 출시된 혈당계

1세대 혈당계와 비교하면 비약적인 발전을 이룬 2세대 혈당계지만 여전히 당뇨병 환자들을 불편하게 하는 문제점이 남아 있다. 그것은 고통을 주는 채혈 방식이다. 아직은 혈액 분석을 기반으로 혈당값을 측정하기 때문에 채혈이 필수다. 

▲ 애보트 연속 혈당 측정기, 리보레

다행히 각 제조사에서는 채혈 없이 혈당 측정이 가능한 기기들을 꾸준히 개발하고 있다. 애보트 리브레는 전세계에서 가장 많이 판매되는 연속 혈당 측정기다. 동전 만한 센서를 팔 위쪽에 부착해두면 센서의 필라멘트가 피부 바로 밑에 삽입돼 피하 지방의 세포 간질액을 감지, 당 수치를 측정한다. 특히 이 제품은 부착만 하고 있으면 1분 단위로 당 수치를 자동 체크하여 당뇨병 환자들이 두려워하는 채혈 고통은 물론 수시로 손을 따서 당을 재야 하는 귀찮음까지 해결해주었다.

▲ 구글이 2014년 공개한 스마트 콘택트 렌즈 (출처: 구글)

지난 2014년 구글은 당뇨병 환자 눈물로 혈당을 측정해 데이터를 관리하는 스마트 콘택트 렌즈를 출시했다. 아쉽게도 상용화되진 못했다. 

▲ 구글에서 발표한 비채혈 혈당 측정법 (출처: 미 특허청)

그 때문인지 구글은 지난 해 12월 초 미국 특허청에 바늘을 쓰지 않는 혈당 측정기기를 개발 및 특허 출원했다. 마이크로입자로 피부를 뚫어 혈당을 분석해주는 시스템이다. 

▲ 마이크로파를 사용해 혈당을 측정하는 비채혈 혈당계 (출처: 서강대학교 이기진 교수 연구팀)

우리나라도 비채혈 혈당계 개발에 박차를 가하고 있다. 서강대 물리학과 연구팀에서는 수분에 민감한 마이크로파를 이용해 비채혈 혈당계를 개발 중이다. 인체 중 90%가 수분이기 때문에 피부 깊숙한 곳까지 침투할 수 있는 마이크로파를 이용, 혈당 농도를 측정하는 원리다.

▲ 혈당 측정의 새로운 가능성을 입증한 분들 (출처: 삼성전자)

삼성전자 종합기술원에서는 레이저 빛을 쏴 물질을 식별하는 ‘라만 분광법’을 접목해 혈당을 재는 방법을 연구하고 있다. 빛은 특정 물질에 부딪히면 각 분자가 고유한 진동에 의해 다른 파장으로 산란한다. 이 특성을 이용해 비스듬하게 기울인 빛을 피부 아래층에 도달하게 하고, 혈당에 부딪힌 빛이 산란 될 때 발생하는 스펙트럼을 얻는 기술을 혈당계에 적용한 것이다. 

▲ 글루코스 센서 작동 모식도 (출처: 한국연구재단)

이뿐만 아니라 땀과 눈물 등으로 손쉽게 혈당을 측정할 수 있는 기술도 나왔다. 한국연구재단은 노와이어(나노미터 굵기의 가는 실)가 코팅된 전도성 마이크로입자를 만든 뒤, 체액 속 혈당만 결합하는 보론산을 배열했다. 혈당과 보론산이 결합하면 은 나노와이어들이 서로 연결되는데 혈당이 많을수록 은 나노 와이어 연결이 증가하면서 순간적으로 전류가 증폭된다. 이는 전도성 입자 기반 압전 센서로 0.56μ㏖에서 56m㏖까지 넓은 범위의 혈당 농도를 측정할 수 있다. 즉 100만분의 1L 수준인 적은 체액으로도 혈당 검출이 가능하다는 이야기다.

▲ 혈당계는 구매 시 검사지 가격을 충분히 고려해야 한다

당뇨병 환자에게 꼭 필요한 혈당계는 지금도 발전을 거듭하고 있다. 혈당은 보통 하루 2~4회 측정하기 때문에 혈당계를 구매할 때는 사용하기 쉽고, 청소와 보관이 쉬운 것으로 고르는 것이 좋다. 또한 혈당계에 맞는 검사지가 따로 있기 때문에 검사지 가격이 비싸지는 않은지, 장기적으로 구매할 수 있는지를 꼭 확인하자.

▲ 젊다고 방심하면 절대로 안 되는 게 당뇨병이다

2019년 기준, 우리나라 당뇨병 환자는 성인 7명 중 1명꼴인 501만 명이다. 누구도 방심할 수 없는 당뇨병. 최근 연구 결과에 따르면 ‘젊은 당뇨’라는 용어가 생겨날 정도로 30-40대 당뇨병 환자가 급격히 증가하고 있다. 젊을수록 방치하다가 병을 키우는 경우가 많아서 더욱더 문제다.

당뇨병은 합병증으로 발전할 확률이 높기 때문에 미리 예방하는 것이 중요하다. 처방된 약을 잘 먹고 건강한 식단, 규칙적인 운동, 적정 체중 유지, 금연 등 생활 습관 개선으로 크게 호전시킬 수 있다. 올바른 생활 습관과 조기 검진, 적절한 대처로 합병증 걱정 없는 건강한 미래를 만들어보자.

기획, 편집 / 다나와 오미정 sagajimomo@danawa.com

글, 사진 / 서기영 news@danawa.com

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