운동과 훈련을 통한 단백질 합성의 변화

운동을 통한 단백질 합성 변화

 

 운동 중 단백질의 합성은 감소한다는 연구와 감소하지 않는다는 서로 다른 많은 연구 결과들이 있습니다. 인체에 동위원소화 시킨 아미노산을 일정하게 주입하면서 운동 시 단백질 합성 비율을 연구한 생체내 연구와 근생검을 통한 생체외 연구결과에서 운동 중에는 단백질의 합성이 감소되거나, 변화가 없는 것으로 나타났습니다. Doom은 피험자를 트레드밀에서 1시간 동안 운동을 시킨 상태에서 간에 단백질 합성 비율이 20% 정도 감소되는 것을 발견하였고, 지칠 때까지 운동을 시킨 상태에서 간의 단백질 합성 비율이 20% 정도 감소되는 것을 발견하였고, 지칠 때까지 운동을 한 상태에서는 단백질의 합성 비율이 65% 까지도 감소되는 현상을 발견했습니다. 그러나 Phillips 등의 연구에서는 65% VO₂max의 강도로 90분 동안 운동한 상태에서 단백질의 합성에 변화가 없었다고 보고하고 있습니다. 이러한 차이는 비교적 짧은 시간 동안에 isotope tracers를 이용해서 단백질의 합성을 측정하는 것은 매우 어렵기 때문입니다. 우선 isotope tracers의 항정상태를 이루고 유지하기가 힘들고, 정확한 단백질의 증가를 특정하기 위해서는 isotope tracers가 합성된 단백질에 충분히 나타나야 가능하며, labeling을 할 적절한 전구체의 양을 아는 것 등이 쉽지 않기 때문입니다. 따라서 운동 중 단백질의 합성과 분해에 관한 많은 정보가 양적으로 부정확하며 간접적인 자료들의 해석일 뿐이라는 것을 알아야 합니다. 그리고 만일 정확한 측정 방법이 적용되고 충분히 높은 강도와 장시간의 운동을 수행한다면 근육에서 부정적인 단백질 균형의 결과를 보일 것으로 가정을 할 수 있습니다. 

 

그러므로 연구자들은 운동 중 간과 근육에서의 단백질 합성은 운동강도와 운동 시간에 영향을 받으며 감소되는 현상이 달라질 것으로 보고 있소, 또한 지구성 운동과 저항성 운동의 형태에 따라서도 단백질 합성의 감소는 달라진다고 보고 있습니다. 따라서 운동 중 단백질의 합성이 증가된다는 보고는 거의 없고, 감소되거나 변함이 없다고 하는 연구결과들이 대부분인 것을 감안할 때 운동 후와는 달리 운동 중에는 에너지를 절대적으로 필요로 하는 상황이기 때문에 이러한 상황을 반영하는 대사적 순응이 일어난다고 볼 수 있습니다. 

 

1) 지구성 운동과 훈련에 의한 단백질 합성의 변화

Evans 등 과 Knapik 등은 지구성 운동 중 인체의 단백질 합성이 감소한다는 연구결과를 보고했습니다. 그러나 Carraro 등과 Phillips 등은 지구성 운동 중 인체의 단백질 합성은 감소되지 않았다고 보고 하면서, 만일 운동 중 단백질의 합성이 감소된다고 판단한다면, 이것은 단백질의 산화율을 잘못 판단했기 때문이거나, stable isotope tracers를 이용한 연구를 하면서 중탄산나트륨 복원 요인을 계산하지 않았을 때 결과적으로 인체 전체의 단백질 합성이 감소되게 계산될 수밖에 없는 것에 기인할 수 있다고 주장했습니다. 

 

Carraro 등은 40% VO₂max로 지구성 운동을 수행할 때 인체 전체에서 일어나는 단백질 합성과 혼합 근육군의 부분적 단백질 합성률 [mixed-muscle fractional synthetic rate(FSR)] 중 어는 것도 변화되지 않는다는 사실을 보고 하였고, 운동 중의 단백질 합성 변화는 어느 단백질을 측정하는가에 따라 운동이 단백질 합성에 미치는 효과가 달라질 수 있다고 주장하면서 격렬한 일회성 운동을 하고 접착성당단백질의 FSR을 관찰하면 심지어는 증가되는 현상도 찾아볼 수 있고, albumin이나 fibrinogen의 FSR을 관찰한다면 증가되지 않는 것을 볼 수 도 있다고 했습니다. 

 

또한 Tarnopolsky는 저강도에서 중강도 사이의 지구성 운동을 수행하면서 인체 전체의 단백질 FSR을 보거나 많은 다른 특정 단백질들의 FSR 변화를 측정하는 것은 단백질의 합성을 잘못 판단하는 원인이 될 수 있다고 했고, 고강도의 운동 중에서는 ATP/ADP 비율과 phosphocreatine/creatine 비율과 같은 에너지 공급을 위한 더 중요한 요인들의 변화에 순응해야 하기 때문에 단백질 합성은 감소된다고 했습니다. 

 

그리고 운동 중 단백질 합성의 감소가 훈련에 의해 변화되는가에 대해서는 아직 연구자들 간에 모순된 견해를 보이고 있습니다. Dohm 등은 훈련이 운동 중 단백질 합성에 영향을 미치지 않는다고 보고 했지만, Evans 등은 훈련이 운동 중 단백질 합성에 영향을 미친다고 보고 했습니다. 이러한 차이는 앞에서 말한 바와 같이 어느 부분의 어떠한 단백질 합성을 측정했는가에 따라서도 달라질 수 있고, 훈련의 정도, 운동강도, 연구대상의 차이 등 많은 요인들에 의해 달라질 수 있기 때문에 일반화시켜 말할 수는 없지만, 잘 훈련된 엘리트 운동선수들에게 있어서 같은 강도의 운동에서 비훈련군과 동일한 대사적 변화를 보이지 않기 때문에 훈련이 운동 중 단백질의 합성에 영향을 미치는 것에는 의심의 여지가 없다고 봅니다. 

 

지구성 운동후 단백질 합성에 대한 연구들은 희박합니다. 그러나 남성의 경우 혼합 근육군의 부분적 단백질합성률이 26% 정도 증가했다는 Carraro 등의 연구가 있고, Tripton 등은 젊은 여성의 경우에서도 지구성 운동 후 단백질 합성이 증가되는 경향을 볼 수 있었지만, 통계적으로 유의한 수준을 입증하기는 힘들었다고 보고했습니다. 따라서 중강도의 지구성 운동 후에는 신체의 총 단백질 합성은 크게 증가하지 않는 것으로 보고 있습니다. 

 

장기간의 지구성 훈련 후에는 신체 전체의 단백질 합성이 운동 후 회복기에 증가하는 것으로 보고 있습니다. 그러나 저항성 운동에서는 운동 후 회복 48시간 까지도 지속적으로 단백질 합성이 증가되는데 비해, 지구성 운동 후 회복기의 단백질 합성은 수행한 운동강도와 지속시간에 따라서 근육 단백질 합성 회복 시간이 달라지게 되고, 격렬한 운동을 장시간지속했을 경우에는 운동 후 안정 시의 단백질 합성 회복의 시작 시간이 늦어지는 것으로 보고 있습니다. 

 

그리고 지구성 훈련에 의해 나타나는 단백질 합성의 증가는 격렬한 지구성 운동 시 증가된 단백질 이용을 보충하는 차원과 일부 근력 보강에 이용되고, 근육 단백질 합성의 증가로 크게 작용하지는 않을 것으로 보고 있습니다. 저항성 운동강도와는 달리 장시간의 지구성 운동은 운동 시 작용하는 운동강도의 차이와 이에 따른 에너지 기질 이용차이, 그리고 호르몬 및 다른 생리적 자극 요인들의 차이에 의해서 크게 단백질의 합성과 근육의 증가로 나타나지는 않는다고 보고 있습니다. 

 

2) 저항성 운동과 훈련에 의한 단백질 합성의 변화

 저항성 운동 중에도 지구성 운동중과 마찬가지로 단백질의 합성은 감소한다고 보고 있지만, 운동 후에는 근육에서의 단백질 합성률이 크게 증가된다고 보고하고 있습니다. 그러나 Tarnopolsky 등은 일회성 저항운동 중 신체 전체의 단백질 합성을 연구한 결과 60분 동안의 서킷 트레이닝에 의한 일회성 효과는 없었다고 보고했고, 이 결과는 다른 많은 연구자들에 의해 발견되어 온 일회성 저항운동에 의한 근육 단백질 합성 자극효과와는 대조되는 결과를 보고한 연구라고 할 수 있습니다. 그리고 이러한 연구자들 간의 차이는 연구 대상자와 운동강도에 기인하는 것으로 잠정 추론하고 있는데, 일회성 저항 운동 중•후 단백질 합성의 효과가 없었다고 보고한 연구는 생물학적으로 잘 적응되어 있는 훈련된 선수를 대상으로 하였거나 역치 이상의 저항성 운동강도를 부여하지 못했기 때문인 것으로 보고 있습니다. 

 

저항성 운동이 운동 후 단백질 합성 증가에 미치는 영향은 MacDougall 등 과 Phillips 등에 의해 체계적으로 연구되었는데, 이들의 결과에 따르면 격렬한 일회성 저항운동이 36~48시간 까지도 부분적 단백질 합성 비율을 증가시킨다고 보고하고 있습니다. 다른 많은 연구자들도 저항성 운동 후 단백질의 합성이 증가된다는 보고를 하고 있는데, 이 단백질 합성이 증가되는 회복기간 중에서도 적절한 시간에 맞추어 단백질 공급을 해야 한다고 주장하면서 탄수화물과 마찬가지로 보충 시간의 중요성을 강조하는 연구자들도 있습니다. 

 

 그리고 장기간의 저항성 운동 훈련은 젊은 사람이나 노인 모두에게서 단백질 합성을 증가시키는 것으로 보고되고 있고, 잘 훈련된 운동선수의 경우 인체에서 일어나는 기본 단백질의 합성이 훈련하지 않은 통제그룹에 비해 더 크게 나타나며, 훈련이 단백질 합성에 영향을 미쳐 더 효율적인 단백질 대사가 일어난다는 연구결과가 있습니다. 실제로 저항성 훈련을 한 근육에서 단백질 합성 증가에 의한 근육의 비대가 일어나는 것은 잘 알려진 사실이고, 근육을 증가시키려는 운동선수나 보디빌더들이 수행하는 필수적인 운동 형태이기도 합니다.