운동시 단백질 대사에 영향을 미치는 요소

 운동을 수행하는 동안 인체에서 이용되는 단백질의 에너지 기여는 운동강도 및 지속시간, 운동을 수행하는 사람의 체력상태(훈련), 식이와 영양상태, 성별, 우전적 결함이나 질병 등과 같은 용인에 따라 달라질 수 있습니다. 그리고 이러한 요인들은 단백질의 에너지 대사적 이용에 영향을 줄 뿐만 아니라 단기적으로는 섭취요구량과 장기적으로는 인체의 저장량에도 영향을 미치게 됩니다. 그리고 운동 시 단백질의 에너지 대사가 여러 요인에 의해 영향을 받는 것도 사실이지만, 탄수화물과 지방에 비해 운동 시 에너지원으로의 기여가 상대적으로 적기 때문에 덜 중요한 에너지원으로 생각될 수 도 있습니다 그러나 훈련된 선수들의 장시간의 운동 수행 마지막에 에너지원으로 기여한다는 중요성을 감안할 때 일부 운동종목 선수들의 기록에 결정적인 영향을 미치는 아주 중요한 에너지원이 될 수도 있습니다. 

운동 시 단백질 대사에 영향을 미치는 요소

 

 

1. 운동강도와 지속시간

 운동을 수행하는 동안 인체에서 이용되는 단백질의 에너지기여는 운동강도 및 지속시간에 따라 달라지게 됩니다. 실제로 운동강도와 지속시간은 역관계를 나타내고 있습니다. 다시 말해 운동강도가 높으면 상대적으로 지속시간이 짧아지고, 운동강도가 낮으면 지속시간은 길어질 수가 있습니다. 

 단백질의 에너지 기여는 장시간 운동 수행 시 탄수화물의 에너지 기여가 크게 감소한 상태에서 에너지원으로 기여하는 것으로 보고 있습니다. 따라서 운동강도는 중강도 또는 그 이하의 상태라고 할 수 있습니다. 그리고 단백질이 에너지원으로 중요하게 기여하기 위해서는 운동선수와 같이 중강도 또는 이하의 운동을 장시간 수행할 수 있는 체력상태여야 한다고 할 수 있고, 따라서 일반인들에게 있어서 운동 시 단백질의 에너지 기여는 선수들에 비해 상대적으로 덜 중요할 것으로 보고 있습니다. 

 운동선수들에게 있어서 고강도의 운동 시 아미노산의 대사가 줄어들 이유는 없습니다. 실제로 고강도의 운동 시 단백질의 산화가 증가한다는 보고도 있습니다. 다만 고강도의 운동 시 많은 에너지 요구를 충족시키기 위해 탄수화물과 지방이 에너지원으로 크게 증가되어 기여하는데 비해 단백질이 에너지원으로 기여하는 것이 상대적으로 적어지기 때문에 에너지원으로의 기여가 적어 보이는 것입니다. 그리고 고강도의 운동에서 혈중 암모니아의 수치가 급격히 증가되는 현상으로 아미노산의 대사가 증가된다고 보기도 하지만, 고강도의 운동 시 증가되는 대부분의 암모니아는 체내의 total adenosine nucleotides(TAN) 유지를 위해 진행되는 purine nucleotide cycle(PNC)에 의해 생성되고, 아미노산의 대사에 의해 증가되는 암모니아의 양은 일부로 보고 있습니다. 

따라서 운동강도 차이가 단백질 대사에 미치는 영향도 다르게 나타나겠지만, 강도보다는 지속시간이 더 중요한 단백질의 대사적 기여요인이라고 볼 수 있습니다. 

 

2. 훈련

훈련은 운동 시 이용되는 탄수화물, 지방, 단백질 같은 에너지 기질들의 대사적 기여를 대대적으로 변화시킵니다. 우선 훈련에 의해 더 높은 강도에서 장시간 운동을 지속해야 하기 때문에 훈련 전에 비해 탄수화물, 지방, 단백질로부터 더 많은 에너지를 요구한다고 할 수 있습니다. 훈련의 일반적인 적응은 동일한 절대 강도의 운동에서는 지방을 많이 쓴다고 알려져 있습니다. 따라서 탄수화물의 이용이 보존되고 더 장시간 탄수화물을 필요에 따라 이용할 수 있는 조건을 제공함으로 더 높은 강도에서 장시간 운동을 가능하게 해 줍니다. 이것은 지방의 이용 증진에만 의존해서 일어나는 현상이 아니라 훈련에 의한 탄수화물 저장의 증가에도 기인한다고 할 수 있습니다. 

 훈련에 의해 운동 시 단백질 대사도 영향을 받게 됩니다. 훈련에 의한 적응에 의해 단백질의 에너지 기여는 커지게 됩니다. 그리고 훈련의 종류에 따라 달라질 수 있습니다. 심폐지구력 훈련에 의한 적응 현상과 근력 훈련에 의한 적응 현상에 따라 훈련 후 운동 시 단백질의 에너지 기여가 달라진다고 할 수 있습니다. 

 쥐를 대상으로 장기간의 지구성 훈련이 아미노산의 산화에 미치는 효과를 알아본 연구는 많이 이루어지지 않았으며, 그 연구들 간에도 서로 다른 결과들을 보이고 있습니다. 하지만 두 연구에서 훈련된 쥐의 근육에서 비훈련된 쥐의 근육에 비해 류신이 보다 더 많이 산화된다는 사실을 발견했습니다. 그러나 인간에게 있어서 상대적 운동향을 적용시키면서 훈련된 근육과 비훈련된 근육에서의 아미노산 산화를 비교하는 것은 매우 어려운 실험이라고 할 수 있습니다. 

 McKenzie 등은 6명의 남성과 6명의 여성을 대상으로 65% VO₂peak에서 30일 동안 지구성 트레이닝을 실시한 후 지구성 운동 전•후의 branched chain 𝛂-keto acid dehydrogenase complex(BCKAD) 활성 비율을 비교한 결과 일회성의 격렬한 운동 후 훈련 전과 비교해서 8~25% 정도의 BCKAD활성이 증가하는 것으로 보고하고 있습니다. 하지만, 훈련 후 절대나 상대강도 모두에서 운동 종료 이후에는 BCKAD 활성에 있어서 11%와 13%로 유의하게 감소하였으며, 남녀 모두에게서 나타났다고 보고하고 있습니다. 이것은 훈련에 의해 운동 시 아미노산의 산화는 증가하지만, 운동 종료 후 아미노산의 산화는 감소한다는 것으로, 불필요한 아미노산의 산화를 줄이고 단백질의 합성을 증가시키는 훈련에 의한 아미노산 이용의 효율 변화를 나타내는 것이라고 볼 수 있습니다.

 

 

3. 식이와 영양상태

 운동을 수행하는 동안 인체에서 이용되는 단백질의 에너지 대사 기여는 식이와 영양상태에 따라 달라질 수 있습니다. 우선 단백질 대사의 특성으로 볼 때 잉여 섭취된 단백질은 저장되지 않고 에너지로 소비되거나 지방으로 전환 저장되어야 하기 때문에 식이로 단백질을 많이 섭취했다고 해서 단백질의 저장이 커지고 이용이 증가되는 것은 아니라는 사실을 알아야 합니다. 그리고 식이로 섭취되는 단백질의 양은 운동선수가 참가하는 운동 종목과 형태에 따라 요구량이 달라질 수 있지만, 요구량 이상의 섭취는 권장되지 않고 있고, 대부분의 운동선수들의 경우 필요량 이상을 일반적인 식이를 통해 섭취하는 것으로 알려져 있습니다. 그러나 만일 필요량만큼 섭취를 못하는 경우에는 단기간으로는 아미노산 이용의 효율 증가와 단백질 합성의 감소로 근육 단백질 감소에 대응하지만, 장기적인 단백질 섭취의 저하는 체내 총 단백질 감소와 근육에서의 감소현상으로 나타나게 될 것으로 보고 있습니다. 이러한 현상은 체중을 크게 감소시키거나 낮은 체중을 유지해야 하는 일부 여성 달리기 선수, 남녀 체조 선수, 여성댄서, 고산 등산가, 장거리 자전거 선수와 같은 운동선수들에게 나타나는 현상으로 선수는 물론이고 주위 사람들의 각별한 배려가 있어야 합니다.

 그리고 평소 탄수화물이 풍부한 식이를 섭취하면 운동 시 단백질 이용이 줄고 혈중과 뇨, 땀에서의 요소 농축 및 배출이 각각 감소되고, 신체 전체의 단백질 합성이 증가하며 분해가 감소한다는 연구 결과들을 볼 때, 운동선수의 식이 및 영양상태가 운동선수의 운동 시 단백질 이용과 밀접한 관계를 갖고 있다는 것을 알 수 있습니다. 

 

4. 성별

 운동을 수행하는 동안 인체에서 이용되는 단백질의 에너지 기여는 성별에 따라 차이를 보이는 것으로 보고 있습니다. Tranopolsky 등은 63% Vo₂max의 강도에서 90분간 운동한 남녀 장거리 달리기 선수를 비교한 결과 남자 선수가 여자 선수에 비해 류신의 산화가 70% 정도 크게 나타났다고 보고했으며, McKenzie 등은 남녀에서의 이러한 차이는 BCKAD의 활성 분석을 통해서도 예측할 수 있었다고 했습니다. 

 남성이 여성보다 류신의 산화가 큰 것은 Wagenmaker 등의 연구에서 근 글리코겐 저장량과 BCKAD의 활성이 역상관관계를 나타낸다는 결과로 유추할 수 있습니다. 훈련된 남자는 여자에 비해 운동 시 탄수화물의 이용이 큽니다. 따라서 운동 시 여성의 근 글리코겐 소비는 남성의 근 글리코겐 소비보다 적게 되고 상대적으로 높은 근 글리코겐 저장량을 유지하기 때문에 BCKAD 활성은 적어지게 되고, 류신의 이용이 감소된다고 볼 수 있습니다. 그리고 운동 시 여성의 감소된 탄수화물과 단백질의 이용은 지방 이용의 증가에 의해 보상된다고 할 수 있습니다.

 또한 여성의 생리주기가 단백질 대사에 영향을 미치는 것으로 보고 되고 있는데, Lamont 등은 여성의 생리주기에서 황체기 중기에 60분 동안 사이클 운동을 했을 때가 여포기에 운동을 했을 때보다 뇨와 땀에서의 요소 방출이 크다고 보고 하면서, 생리 주기에 따른 단백질 이용의 차이를 강조했습니다. 그리고 Lariviere 등도 황체기 중기의 사이클 운동이 여포기 중기에 사이클 운동을 했을 때보다 약 23% 정도 증가된 류신 산화의 변화가 나타났다고 했습니다. 그리고 황체기 중기에 크게 증가하는 프로게스테론이 생리주기에서 프로게스테론/에스트로겐의 비율을 증가시키고, 단백질 이화작용에 관여할 것으로 보고 있습니다. 

 그러나 여성이 남성에 비해 혈청 테스토스테론의 수치가 크게 낮음에도 불구하고 저항운동에 의한 근비대는 일어나며, 남성에 비해 fractional synthetic rate(FSR), fractional breakdown rate(FBR)에 있어서 차이가 나타나지 않는다고 보고하고 있습니다. 하지만 잘 훈련된 남성 보디빌더가 잘 훈련된 여성 보디빌더에 비해 근육의 단면적에서 약 79%, 그리고 근섬유의 직경에서 약 100%가량 크다는 연구결과가 있고, 이것은 장기간의 저항운동의 효과로 일어나는 근육의 발달에 있어서 여성보다 남성이 더 유리하며, 이러한 결과는 장기간 저항운동에 의해 증가된 남성의 혈중 테스토스테론 작용에 기인하는 것으로 보고 있습니다. 

 

5. 유전적 결함이나 질병

운동을 수행하는 동안 인체에서 이용되는 단백질의 에너지 기여는 유전적 결함이나 질병에 따라 달라질 수 있습니다. 유전적 결함에 의해서 인체의 아미노산 대사가 영향을 받는 경우는 매우 드물지만, 소수의 사람들은 유전적 결함이나 이로 인한 아미노산 대사가 영향을 받는 경우는 매우 드물지만, 소수의 사람들은 유전적 결함이나 이로 인한 아미노산 대사의 장야적 질병으로 인해 단백질 대사에 영향을 미치는 것으로 알려져 있습니다. 대표적인 경우가 Maple syrup urine disease로, 유전적으로 효소 branched chain 𝛂-ketoisocaproate, 𝛂-keto-𝛃-methylvalerate, 𝛂-keto isovalerate 등이 대사 되지 못하고 증가되어, 혈중과 뇨로 방출되고, 이때 단풍나무 수액의 냄새가 나서 Maple syrup urine disease라고 불리며, 운동 시 단백질 에너지 공급에 저해를 일으키는 것으로 알려져 있습니다. 그리고 세포막 전달 시스템결함에 의해서 일어나는 Cystinuria, Hartnup's disease 등이 있으며, 각각 cysteine과 식이로부터 필수 아미노산 전달이 원활하지 못하기 때문에 발병하는 것으로 알려져 있고, phenylalanine으로 전환되지 못하고 phenylketones로 전환되어 뇨로 방출되기 때문에 phenylketonuria라고 불리는 유전적 질병도 있습니다. 그리고 phenylketonuria는 심한 경우 정신 장애를 동반하는 것으로 알려져 있습니다. 이외에도 alcaptinuria, Histidinemia, Homocyctinuria 등의 질병들이 아미노산 대사에 영향을 미치는 유전적 결함을 갖게 하는 것으로 알려져 있습니다. 따라서 이러한 모든 유전적 결함과 이로 인한 질병들은 운동 시 아미노산 대사를 변화시키고 궁극적으로는 단백질 대사에 영향을 미치게 되며 운동 수행 자체가 어려운 심각한 질병의 상태로 발전될 수 있습니다.