[고양이 영양소 요구 사항] (6) 단백질 요구량(Protein Requirements)

 식이 단백질에 대한 요구 사항은 실제로 단백질을 유지하고 비필수 아미노산 및 기타 필수 질소 함유 아미노산의 합성을 위해 나타내 진다. 아미노산과 질소 함유 아미노산이 가장 일반적으로 온전한 단백질 형태로 식이에 공급되기 때문에 이 요구량은 일반적으로 단백질 요구량으로 표현된다.

 고양이는 전신 단백질 회전율을 유지하기 위해 식이 단백질이 필요하다. 이 회전율은 피부, 모발, 골격근, 소화 효소, 호르몬, 혈청 수송 단백질, 점막 세포 등을 나타낸다. 궁극적으로 일일 단백질 요구량을 결정하는 것은 신체의 모든 개별 단백질과 질소 함유 화합물 손실의 합이다. 

 

단백질 요구량 결정

  역사적으로 고양이의 단백질 요구량을 결정하는 데 사용된 반응기준은 질소 균형과 성장률이다. 질소 균형 연구는 단백질이 평균적으로 16%의 질소를 함유하고 있다는 사실에 근거한다. 질소 섭취 및 배설을 측정하면 신체의 단백질 상태를 대략적으로 추정할 수 있다. 질소 균형은 다음과 같이 계산된다.

 

질소균형 = 음식을 통한 질소 섭취 - 소변과 대변을 통한 질소 배설

 

 대변의 질소는 흡수되지 않은 식이 단백질과 장 세포 및 장내 미생물과 같은 내인성 공급원의 질소로 구성된다. 소변의 질소는 주로 아미노산 이화 작용의 최종 생성물인 요소로 구성된다. 더 많은 질소 손실은 피부 표면, 모발 및 손톱의 박리된 세포에서 발생한다. 그러나 이러한 손실은 측정하기가 매우 어렵고 일반적으로 연구에서 질소 균형을 측정할 때 고려되지 않는다.

 성장하는 동물에 대한 요구 사항 연구는 식단에서 적절한 단백질 수준을 나타내는 반응 변수로 최대 양의 질소 균형과 성장률을 사용한다. 유지 관리 시 성체 반려 동물에 대한 연구에서는 식이 단백질 적절성을 나타내기 위해 질소 균형을 0으로 사용한다. 제로 질소 균형은 전신 단백질 회전율에 대한 간접적인 측정을 제공하며, 총 신체 단백질의 순증가 또는 손실 없이 신체의 일일 단백질 손실이 섭취로 대체됨을 시사한다. 질소 균형 기술의 사용에 특정 제한이 있어, 그것을 인식하는 것이 중요하다.

 

 첫째, 질소 균형은 개별 아미노산의 적절성에 관한 정보를 제공하지 않는다. 따라서 아미노산 요구량 연구는 단백질 요구량 연구와 독립적으로 수행된다.

 둘째, 제로 질소 균형을 유지하는 데 필요한 단백질의 최소 수준은 최적의 성능과 건강을 촉진하기에 적절하지 않을 수 있다. 예를 들어, 초기 연구에서 질소 균형이 0이 되기에 충분한 단백질만 함유한 식단을 먹였을 때 특정 약물의 독성에 더 민감한 것으로 나타났다. 또한 식단에서 더 높은 수준의 단백질은 지방량과 단백질 비축량을 유지하기 위해 적절한 개별 아미노산 섭취를 얻기 위해 필요하다.

 

 질소 평형은 유지 관리 중 건강한 성체 동물의 정상적인 상태이다. 동물은 단백질 섭취가 배설을 초과할 때 양의 질소 균형 상태에 있다. 긍정적인 질소 균형은 성장 및 임신의 생리적 단계 또는 장기간의 질병 후 회복 단계와 같이 신체에서 새로운 조직이 합성될 때 발생한다. 단백질 섭취가 충분하지 않거나 필수 아미노산의 심각한 불균형이 있는 경우 긍정적인 질소 균형이 발생할 수 없다. 이러한 질소 손실은 여러 가지 이유로 발생할 수 있다. 

 동물이 불충분한 양의 에너지를 소비하거나 식용 부진인 경우, 신체 조직은 신체에 에너지를 제공하기 위해 이화되어야 한다. 사용 가능한 단백질 또는 아미노산의 비율이 적절하지 않으면 조직 대체가 발생한다. 심각하거나 장기간의 질병이나 부상은 신체 조직의 과도한 분해와 부정적인 질소 균형으로, 동물의 이화 상태를 초래한다. 신부전 중 소변에서 과도하게 손실되면 음의 질소 균형이 발생할 수도 있다.

 

-질소 균형 상태

state	Balance (균형)	생리적 단계
Zero	N(질소) 섭취 = N(질소) 배출	유지
Positive	N(질소) 섭취 > N(질소) 배출	성장, 임신, 회복기
Negative	N(질소) 섭취 < N(질소) 배출	부적절한 영양, 심각한 질병 또는 부상, 위장관 소실

 

단백질 요구량에 미치는 원인

 개와 고양이의 정확한 단백질 요구량을 결정하는 것은 많은 요인이 개별 동물의 단백질 필요량에 영향을 미치기 때문에 어렵다. 단백질 전환율(질소 균형)에 영향을 미치는 식이 요인에는 단백질 품질과 아미노산 구성, 단백질 소화율, 식이의 에너지 밀도가 포함된다. 또한 동물의 활동 수준, 생리적 상태 및 이전 영양 상태는 모두 질소 균형, 전신 단백질 회전율 또는 성장률에 의해 결정되는 단백질 요구량에 영향을 줄 수 있다.

 

 동물의 단백질 요구량은 단백질 공급원의 소화율과 모든 필수 아미노산을 정확한 양과 비율로 제공하는 능력에 반비례한다. 단백질 소화율과 품질이 향상됨에 따라 동물의 요구를 충족시키기 위해 식단에 포함되어야 하는 단백질 수준이 감소한다. 상업용 반려동물 사료에 사용되는 사용되는 대부분의 단백질 공급원은 상대적으로 소화율 계수가 낮다. 예를 들어, 반정제 식단의 단백질 소화율은 95%에 근접하지만 고품질의 상업용 식단의 단백질 소화율은 80~90% 사이이다. 반면에 품질이 낮은 사료는 단백질 소화율이 75% 미만일 수 있다. 이러한 차이 때문에 정제 또는 반정제 식이에 대한 요구량 연구는 일반적으로 이용 가능하지 않거나 부적절한 비율의 필수 아미노산을 함유한 혼합 단백질 식이를 섭취하는 동물의 단백질 요구량을 과소평가했다.

 

 단백질 품질은 동물의 단백질 요구량에도 영향을 미친다. 단백질 품질이 증가함에 따라 예상 요구량은 감소한다. 대부분의 실용적인 식이 단백질 공급원에는 동물의 요구 사항에 비해 일부 아미노산이 과량으로 포함되어 있거나 결핍되어 있다. 상업용 사료는 필수 아미노산과 개별 아미노산의 상보적인 프로필을 가진 단백질 공급원의 혼합물을 사용하여 이러한 부적절함을 수정한다. 탄수화물이나 지방 형태의 적절한 비단백질 칼로리는 식단의 단백질이 에너지로 대사되는 것을 방지한다. 충분한 비단백질 칼로리가 제공되지 않으면 식이 단백질이 에너지원으로 대사 된다. 동물의 에너지 요구량보다 적은 칼로리 섭취량에서 단백질은 모두 에너지로 사용되기 때문에 신체 조직을 구축하거나 대체하는 데 사용할 수 없다. 따라서 식이요법이 에너지와 단백질 모두에서 제한되면 체중 감소와 지방 조직 손실이 발생한다.

 또한 식이에 적절한 비단백질 에너지가 있다고 가정하면 식이 에너지 밀도가 증가함에 따라 최대 질소 보유를 위해 더 높은 비율의 단백질이 필요하다. 그러나 단백질 대 에너지 비율은 동일하게 유지된다. 상업용 반려 동물 사료의 에너지 밀도에 영향을 미치는 가장 중요한 요소는 지방과 식이 소화율이다. 에너지 밀도와 단백질 함량 사이의 관계는 성장하는 개에 대한 첫 번째 요구 사항 연구 중 하나의 결과에 의해 설명된다.

 조단백질 25%, 지방 20%가 함유된 사료를 급여했을 때 최대 성장률이 나타났다. 그러나 식단의 지방 함량이 30%로 증가했을 때 29%의 조단백질을 함유해야 최대 성장을 보였다. 이러한 변화의 이유는 동물이 에너지 요구를 충족시키기 위해 먹는 경향과 관련이있다. 반려 동물 소유자는 일반적으로 동물의 체중 및 성장률에 따라 양을 조절한다. 더 높은 에너지 밀도로, 더 적은 양의 음식을 멀일 때, 단백질은 동물이 여전히 총 단백질 요구량을 충족할 수 있도록 더 높은 비율의 식단에 기여한다. 단백질이 가장 일반적으로 사용되는 예시이지만, 에너지와의 이러한 관계는 다른 모든 필수 영양소에도 적용된다.

 

 마지막으로, 단백질 요구량 연구는 동물의 생리적인 상태를 고려해야한다. 질소 평형을 생성하는 데 필요한 흡수된 단백질의 양은 단백질 고갈 정도에 따라 다르다. 역설적으로 보이지만 체내 단백질 비축량이 고갈된 고양이는 정상 상태의 고양이보다 질소 균형을 달성하기 위해 더 낮은 수준의 질소를 필요하다. 이는 고갈된 상태에서 식이 단백질의 흡수 및 사용 효율이 증가했기 때문이다. 

 

고양이의 단백질 요구량

 고양이의 영양소 요구량에 대한 연구에 따르면 고양이는 다른 포유류보다 단백질 요구량이 훨씬 높다. 성장하는 새끼고양이에게 다진 청어와 다진 간으로 공급되는 다양한 수준의 식이 단백질을 먹였을 때 단백질이 식단의 건조 중량의 30%를 초과할 때만 성장이 만족스러웠다. 성인 고양이의 단백질 요구량에 대한 첫 번째 연구 중 하나는 고양이에게 주요 단백질 공급원으로 간과 흰 살 생선이 포함된 혼합 식단을 공급할 때 질소 균형을 유지하기 위해 21%의 식이 단백질이 필요하다고 한다. 한 연구에서는 결정성 아미노산 식단이나 메티오닌이 보충된 카제인 식단을 먹인 성장하는 새끼 고양이에게 18%에서 20%(중량 기준)의 단백질 요구량이 보고되었다. 

 

 현재 NRC 권장 사항은 4kcal/kg을 포함하는 식단에서 160g 조단백질/kg 식품의 성인 고양이에게 권장되는 최소 단백질 요구량을 제공한다. 이것은 ME의 14%의 최소 요구 사항에 해당된다. 이 최소값에 안전 허용치를 추가하면, 권장 허용량으로 200g/kg (ME의 17.5%)의 추정치를 제공한다. 이유 후 새끼 고양이에 대한 NRC의 최소 요구량은 ME의 15.75%에 해당하는 180g/kg이고 권장 허용량은 225g/kg(ME의 20%)이다. 이 값은 필요한 아미노산을 포함하는 고가용성 및 균형 잡힌 단백질 공급원을 가정한다는 것을 말한다.

 반대로 AAFCO 영양 프로파일은 반려 동물 사료의 실제 제형에 사용하기 위한 영양 추정치를 제공한다. 따라서 고양이 사료에 대한 AAFCO 영양소 프로필이 상업적으로 준비된 식품에 포함시키기 위해 더 높은 수준의 단백질을 제안한다는 것은 놀라운 일이 아니다. 

 

대사 에너지(ME)의 비율로 고양이의 식단에서 권장되는 최소 단백질

NRC

성인 : 17.5% (전체 ME에 대해)

성장기 : ~20% (전체 ME에 대해)

AAFCO

성인 : 22.75% (전체 ME에 대해)

성장기 : ~26.25% (전체 ME에 대해)

 

 

고양이의 고단백질 요구량

 고양이의 단백질 요구량이 비교적 높은 것은 성장에 대한 요구가 증가하기 보다는 전신 단백질 회전율에 대한 요구가 증가한 결과이다. 성장하는 새끼 고양이의 단백질 요구량의 약 60%는 신체 조직 유지에 사용되고 40%만 성장에 사용된다. 유지를 위해 증가된 단백질 요구량은 고양이 간에서 아미노산 및 아미노산 질소 이화 효소가 식이 단백질 섭취 감소에 대한 반응으로 효과적으로 하향 조절되지 않기 때문에 발생한다. 대부분의 포유동물이 단백질이 풍부한 식이를 섭취하면 아미노산 이화 작용, 질소 처리 및 포도당 신생합성에 관여하는 효소가 활성이 증가하여 잉여 아미노산의 탄소 골격을 사용하고 잉여 질소를 배설을 위해 요소로 전환한다. 반대로 저단백 식단을 섭취하면 이러한 효소의 활성이 감소하여 전신 단백질 합성을 위한 아미노산 보존을 허용하고 요소를 통해 생성되는 질소의 양이 더 적어진다.

 

 고양이의 단백질 분해 효소가 식이 단백질 감소에 대한 반응으로 하향 조절되지 않는 것 외에도 질소 이화 작용에 관여하는 효소는 상대적으로 높은 활성 속도로 기능한다. 이 대사 상태로 인해 고양이는 단백질 함량에 관계없이 매 식사 후 상당한 양의 아미노산을 이화한다. 따라서 고양이는 신체의 일반 질소에서 질소를 보존할 수 있는 능력이 없으며, 저단백 식단을 먹일 때 요로의 의무적 질소 손실이 더 높다. 장기간의 음식 결핍은 다른 종에 비해 고양이의 질소 손실을 훨씬 더 많이 유발하기 때문에 이 차이는 아프거나 거식증이 있는 고양이의 영양 관리를 고려할 때 중요한 의미가 있다.

 체내 단백질 저장량의 적절한 보존을 보장하는 유일한 대안은 높은 수준의 단백질을 함유한 식단을 지속적으로 섭취하는 것이다. 최근 연구에 따르면 고양이는 저단백 식단에 적응하지 못하지만 중간 및 고단백 식단에는 효율적으로 적응한다. 이것은 간 질량 증가, 요소 회로 효소로의 기질 전달 증가, 속도 조절 효소 활성의 알로스테릭 조절을 통해 발생한다. 고양이는 육식성 식단을 엄격하게 고수하기 때문에 진화 역사 전반에 걸쳐 저단백 식단에 대한 신진대사 적응을 개발하라는 선택적은 압력을 거의 경험하지 못했다고 한다.

 

 동물의 식이 단백질 요구량에 기여하는 또 다른 요소는 필수 아미노산의 필요성이다. 고양이의 단백질 영양이 처음 연구되었을 때 고양이의 높은 식이 단백질 요구량은 하나 이상의 필수 아미노산에 대한 비정상적으로 높은 요구량의 결과일 수 있다고 가정되었다. 보다 최근에 연구에 따르면 성장하는 새끼 고양이는 잡식 동물과 초식 동물에서 볼 수 있는 아미노산 불균형에 덜 민감한 것으로 나타났다. 고양이가 아닌 다른 동물에서 식이 단백질을 증가시키면 필수 아미노산 요구량이 동시에 증가한다.

 

 

다음 글에 이어서, 필수 아미노산의 영양에 대해 알아보겠다.

 

 

그선생과 도제자 :

"우리의 삶을 풍요롭게 하는 그들(개와 고양이) 에게 평생 최고의 보살핌과 영양을 제공하기 위해 노력하는 반려인들을 위해"