운동시 탄수화물 대사에 영향을 미치는 요소

운동을 수행하는 동안 인체에서 이용되는 탄수화물의 에너지 기여는 운동의 강도, 운동의 지속시간, 운동을 수행하는 사람의 체력상태, 식이와 영양상태, 환경, 성별, 유전적 결함이나 질병등과 같은 요인에 따라 달라질 수 있습니다.
그리고 이런 요인들은 근육에서의 글리코겐 분해 및 혈액으로부터의 글루코스 섭취 등 전반적인 탄수화물 대사에 영향을 미치게 됩니다. 

운동시 탄수화물 대사에 영향을 미치는 요소

운동강도

운동을 수행하는 동안 인체에서 이용되는 탄수화물의 에너지 기여는 운동의 강도에 따라 달라지게 됩니다.
일반적으로 운동의 강도가 강해지면 강해질수록 인체에서는 탄수화물을 많이 쓰게 되고, 운동의 강도가 낮아지면 낮아질수록 지방을 에너지원으로 많이 쓰게 됩니다. 
그리고 이러한 운동강도에 다른 에너지 기질의 이용 변화는 운동강도에 따라서 호흡상이 변화되는 것을 보면 알 수가 있습니다. 
고강도의 운동에서는 호흡상의 수치가 1에 가깝거나 약간 넘는 수치를 나타내게 되는데, 세포에서 탄수화물이 분해될 때 6개의 산소를 소비하고 이산화탄소를 생성하는 상태를 반영하기 때문이고, 산소소비량과 이산화탄소생성 비울이 1에 가까운 상태에서는 탄수화물이 주 에너지 기질로 이용되고 있다는 것을 알 수가 있습니다. 
반면에 운동의 강도가 낮아지면 낮아질수록 호흡상의 수치가 0.7에 가까운 수치를 나타내게 되는데, 이것은 세포에서 지방이 분해될 때 약 23개의 산소를 소비하고 16개의 이산화탄소를 생성하는 상태를 반영하기 때문입니다.
따라서 저강도의 운동에서 산소소비량과 이산화탄소 생성 비율이 0.7에 가까운 수치를 보이면 지방이 주 에너지 기질로 이용되고 있다는 것도 알 수 있습니다.
 
고강도의 운동에서 탄수화물이 주 에너지원으로 기여하는 이유는 우선 고강도의 운동 시 산소 공급이 부족한 상태에서 에너지로 전환될 수 있는 에너지원은 탄수화물뿐이고, 단위 산소 공급 당 탄수화물이 더 큰 에너지를 낼 수 있기 때문이며, 탄수화물의 원자 구조상 지방에 비해 산소의 비율이 커 산소가 부족한 상태에서도 쉽게 에너지로 전환될 수 있기 때문이라고 볼 수 있습니다.
 
반면에 지방은 산소가 부족한 상태에서는 전자 전달계에서 NAD를 재생성하기 어렵게 되기 때문에 지방 산화의 필수 과정인 β-oxidation에 필요한 NAD를 공급할 수 없고, 따라서 산소가 없이는 지방 산화의 필수 과정인 β-oxidation이 일어날 수 없어서 에너지도 생성될 수 없게 됩니다. 
그러므로 지방 산화는 충분한 산소가 공급되는 저강도의 운동에서 일어나게 됩니다. 
또한 단위 산소 소비 당 에너지 생성이 탄수화물에 비해 적기 때문에 저강도에서 이용되는 것이 타당하며, 지방의 원자 구조상 탄수화물에 비해 산소의 비율이 적기 때문에 풍부한 산소가 공급되는 저강도의 운동에서 지방이 사용되는 것이 용이할 수 있습니다.
 
또한 비슷한 강도의 운동에서도 국부적인 운동이 전신운동에 비해 탄수화물의 사용이 큰 것으로 알려져 있는데, 이것은 국부적인 근육의 운동이 대사적 스트레스를 더 받기 때문에 강한 강도로 받아들여짐으로써 일어나는 결과라고 할 수 있습니다.
그리고 운동의 지속시간은 운동의 강도와 역관계가 있기 때문에 고강도의 운동은 지속시간이 짧을 수밖에 없고, 저강도의 운동은 지속시간이 길어지게 됩니다. 
그러므로 짧고 강한 강도의 운동에서는 탄수화물이 에너지원으로 주로 이용되고 상대적으로 지속시간이 긴 저강도의 운동의 지방의 에너지 공급에 더 의존하게 됩니다. 
 

훈련

운동을 수행하는 동안 인체에서 이용되는 탄수화물의 에너지 기여는 각 개인의 체력상태 즉, 훈련 정도에 따라 달라집니다.
장기적인 지구력 훈련은 지방대사의 증가를 가져오고, 근육의 글리코젠 이용을 감소시키며, 세포에서 글루코스 섭취와 산화도를 감소시킨다는 연구결과들이 있습니다. 
이것은 훈련된 선수의 경우 비훈련된 일반인 보다 동일 절대 운동강도에서 훈련의 효과에 의해 주어진 운동강도를 더 낮은 강도로 받아들이기 때문에 상대적으로 지방 산화에 의한 에너지 생성에 더 의존하게 되고 따라서 훈련된 운동선수의 경우 동일 절대 운동강도에서 지방을 더 많이 사용하고 탄수화물은 적게 사용하게 되기 때문입니다.
그러나 훈련된 운동선수가 최대에 가까운 운동을 수행할 경우 절대 운동강도가 비훈련자 보다 높기 때문에 비훈련자 보다 더 많은 탄수화물을 이용하게 되지만, 상대운동강도에서 탄수화물의 사용 비교는 논란의 대상이 되고 있습니다. 
다시 말해서 운동선수가 최대에 가까운 운동을 수행하더라도 상대 운동강도에서 비교되는 탄수화물의 이용 비율은 비선수보다 낮을 수 있다는 것입니다. 
 

식이와 영양상태

운동을 수행하는 동안 인체에서 이용되는 탄수화물의 에너지 기여는 각 개인의 식이와 영양상태에 따라 달라지게 됩니다.
탄수화물은 인체 에너지 요구 시 가장 먼저 에너지원으로 이용되고, 가장 빨리 저장되는 특성을 갖고 있습니다.
따라서 운동 중 인체에 저장되었던 탄수화물은 급격히 감소되고, 감소된 탄수화물은 운동 후 빠른 시간 내에 다시 저장되는 것을 반복하게 됩니다.
그러므로 운동 후 고탄수화물의 식이를 통해 운동 전보다 더 많은 탄수화물이 빠른 기간 내에 다시 저장되도록 하는 것이 운동선수의 영양상태와 운동수행에 중요한 역할을 합니다. 
 
선행 연구결과에 따르면 고탄수화물 식이요법을 한 운동선수의 경우 저장된 탄수화물의 양이 증가되고, 운동 중 탄수화물의 산화율이 증가되며, 근육에서의 글리코겐 분해가 증가되고, 운동하는 다리에서의 글루코스 섭취량도 증가되는 것으로 알려져 있습니다.
반면에, 탄수화물이 적은 식이를 한 운동선수의 경우에는 탄수화물 산화와 근육에서의 글리코겐 분해가 모두 감소되는 것으로 나타났습니다.
따라서 운동선수들에게 가장 중요한 에너지원이라고 할 수 있는 탄수화물을 반드시 운동 후 고탄수화물의 식이를 통해 충분히 보충해 주어야 합니다.
 

환경

운동을 수행하는 동안 인체에서 이용되는 탄수화물의 에너지 기여는 각 개인이 운동하는 환경에 따라서도 달라질 수 있습니다.
접거나 추운 상황에서 운동을 할 경우 더 많은 환경적 스트레스로 인해 적당한 온도와 습도에서 운동하는 것보다 탄수화물의 사용이 증가됩니다.
운동 중 열적 스트레스는 근 글리코겐의 분해를 증가시키고, 근육과 혈액의 젖산 축적량을 증가시키며, 혈중 글루쿠스 농도도 증가시킨다는 연구결과가 있습니다. 
이러한 대사적 반응들은 부분적으로 수축 중인 근육으로의 혈류량과 산소 전달이 감소하기 때문이라고 할 수 있고, 부분적으로는 증가된 순환 에프네프린 농도와 근육 온도의 상승에 기인한 효소들의 활성이 증가되었기 때문이라고 보고 있습니다.
그러나 고도로 훈련된 운동선수의 경우 열적 환경에 대한 적응이 일어나 더운 곳에서 운동을 실시하여도 근육의 글리코겐 이용과 축적량이 크게 증가되지는 않습니다. 
또한 고지대와 같이 산소가 적은 저 산소 조건에서의 운동은 글루코스 이용을 증가시키고, 해당과정의 활성 그리고 운동하는 근육과 혈중에서의 젖산 농도를 증가시킨다고 알려져 있습니다.
 

성별

운동을 수행하는 동안 인체에서 이용되는 탄수화물의 에너지 기여는 성별에 따라 달라질 수 있습니다. 
많은 연구결과에 따르면 남성과 여성의 탄수화물 대사의 차이는 생리적인 요인과 방법적인 요인 모두에 의해 생길 수 있습니다.
생리적 요인으로는 근섬유의 분포차이, 효소의 활성차이, 호르몬(카테콜아민, 성장호르몬, 에스트라디올, 프로게스테론), 세포 인슐린 수용기, glucose transporter 등의 차이를 들 수 있고, 방법적인 차이는 대상자들의 체력 상태의 차이, test protocol, 운동 전 글리코겐 저장 상태, 생리주기의 조절, 측정 방법, 통계적 처리 등 다양한 탄수화물 대사의 차이를 나타낼 수 있는 요인들을 들 수 있습니다.
 
우선 여성의 생식기능과 관련된 호르몬이 남성과 차이가 있고, 이러한 남성과 다른 호르몬이 탄수화물 대사에 미치는 영향에 대해서 중요한 의미를 두고 있습니다. 
많은 연구자들이 여성의 생식기능과 관련된 호르몬과 인슐린 수용기의 변화 그리고 탄수화물 대사의 변화에 관해 연구했는데, 에스트라디올은 인슐린 수용기의 민감성과 글루코스 섭취를 증가시키지만, 프로게스테론은 인슐린에 의해 일어나는 글루코스 섭취를 감소시키는 것으로 나타났습니다. 
그리고 탄수화물 대사에 미치는 영향은 각각의 호르몬 역할보다는 이 호르몬들의 생리주기에 따른 분비 비율에 의해 결정되고, 전체적으로는 탄수화물 대사를 감소시키는 것으로 보고 있습니다. 
그러나 운동 시 성별이 탄수화물 대사에 미치는 영량은 운동이라는 생리적 변화가 크게 작용하기 때문에 여러 연구들 사이에서의 서로 다른 결과를 보이고 있고, 몇몇 RER 연구에서 여성이 남성보다 낮은 RER 수치를 보여 탄수화물 사용이 적은 것으로 보고 있습니다.
그러나 일관적이고 확실한 결론을 내리기 위해서는 아직도 많은 연구를 필요로 하고 있습니다. 
 

유전적 결함과 질병

운동을 수행하는 동안 인체에서 이용되는 탄수화물의 에너지 기여는 유전적 결함이나 질병에 따라 달라질 수 있습니다.
유전적 결함에 의해서 인체의 탄수화물 대사가 영향을 받는 경우는 매우 드물지만, 소수의 사람들은 유전적 결함에 의해서 인체의 탄수화물 대사에 영향을 받는 것으로 알려져 있습니다.
대표적인 경우가 McArdle's disease 환자들의 경우로 유전적인 문제에 의해 글리코겐을 glucose-6-phosphate로 전환시키는 phosphorylase 효소가 결여되기 때문에 탄수화물 대사가 원활하게 일어나지 못하고 지방대사에 크게 의존하기 때문에 운동을 지속하지 못하는 상태를 보이게 됩니다.
 
질병에 의한 탄수화물 대사 결함의 대표적인 예로 당뇨병 환자들을 들 수 있습니다. 
당뇨병은 선천적린 인슐린 분비의 결핍과 후천적인 인슐린 수용기의 민감성 감소에서 일어나는 현상으로 인슐린의 중요한 역할로 알려진 글루코스 세포 섭취가 억제되어 탄수화물 대사에 문제가 생기게 됩니다.
당뇨병 환자의 경우 조직 세포에 글루코스를 저장하기 힘들고, 혈중에 글루코스가 많이 축적됩니다. 
따라서 운동 시 탄수화물 대사가 저해되고 지방 산화에 의존하게 되어 케톤체의 생성이 증가되며, 탄수화물 대사의 감소에 의해 원활한 에너지 공급이 이루어지지 못하고 운동을 지속하기 힘든 상황이 됩니다.
 
따라서 운동을 수행하는 동안 인체에서 이용되는 탄수화물의 에너지 기여는 운동의 강도, 운동의 지속시간, 운동을 수행하는 사람의 체력상태, 식이와 영양상태, 환경, 성별, 그리고 유전적 결함이나 질병 등과 같은 요인들에 따라 달라질 수 있습니다.