운동에 의한 단백질 요구량의 변화

지구성 운동에 의한 단백질 요구량의 변화 

지구성 운동은 류신과 같은 아미노산의 산화를 증가시키는데 만일 다른 경로의 능률이 증가하지 않거나, 다른 조직에서의 산화가 감소하지 않는 한 식이 단백질 요구량을 증가시키는 원인이 될 것입니다. 그리고 높은 에너지를 소비하는 운동선수들은 음식의 섭취를 통해 에너지 균형을 유지해야만 하고 부족하면 인체 질량의 감소가 일어날 것입니다. 따라서 '규칙적인 지구성 훈련을 하는 운동선수들의 경우 제지방 조직의 질량 감소를 피하기 위해서 더 많은 양의 단백질을 섭취해야 하는가?' 하는 의문이 제기되며, 몇몇 연구자들이 질소 균형(nitrogen balance: NBAL) 방법을 이용해 사람을 대상으로 지구성 운동을 수행하는 데 있어서 단백질 요구량을 측정했습니다. 

 Varrik 등과 Kasperek 등은 장시간의 지구성 운동에 따른 쥐의 근육과 간에서의 단백질의 손실을 측정하였습니다. 그리고 Lemon도 25m/min의 속도로 1시간 달리기 운동 직후 쥐의 활동근의 요소, 질소 함유량이 113% 정도 증가된다는 것을 발견했습니다. 또한 신장성 운동에 의해 근육 단백질 분해가 증가하고, 근 손상이 일어난다는 것도 보고 되어 있습니다. 대표적인 리소좀 분획 단백질 분해 효소인 카뎁신도 운동에 의한 단백질 이화작용과 관련되어 증가하지만, 연구자들은 카뎁신보다는 세포질 분획의 칼슘 의존성 중성시스테인프로테아제인 칼파인이 운동에 의한 단백질 이화작용에 더 중요한 역할을 한다는 연구결과를 보고하고 있고, 운동 중 증가 분비된 세포질 내부의 칼슘이 칼파인을 활성화하고 운동 후에 즉시 나타나는 손상의 주된 원인일 것이라고 제안한 연구도 있습니다.

 또한 지구성 운동 시 근육으로부터 알라닌과 글루타민과 같은 아미노산 방출은 증가하고 단백질 대사의 부산물이라고 할 수 있는 요소(urea)와 암모니아는 생성이 증가되는데, 이것은 운동 시 BCAA 대사의 의미 있는 증가가 나타나는 확실한 간접적 증거이고, Phillips 등의 연구를 통해서 직접 입증되기도 했습니다. 그리고 이러한 BCAA 대사의 증가는 운동강도가 증가함에 따라 활성이 증가되는 BCAA의 산화경로에 제일 중요한 효소인 branched chain oxoacid dehydrogenase(BCOAD) 활성이 증가되기 때문에 BCAA 산화가 증가된다고 보고 있습니다. 그리고 운동 시 BCAA의 이용은 BCAA의 이용 가능량에 정비례하고, 탄수화물의 이용량에는 반비례하는 것으로 나타났습니다. 그러므로 지구성 운동에서는 운동강도 증가에 따라 BCAA의 산화가 증가하고, 따라서 단백질의 요구량도 증가할 것이라고 예상할 수 있습니다.

 Gontzea 등은 질소 균형 방법을 이용해서 지구성 운동 프로그램을 수행하며 필요한 단백질 요구량을 측정한 결과 지구성 운동을 수행하는 선수를 위해서 적합한 단백질 필요량은 1.5g/kg/d 정도라고 했습니다. 그리고 EI-Khoury 등은 tracer와 질소 방출 측정 방법을 접목 사용한 연구에서 46% Vo₂max에서 지구성 운동을 수행하는 남성에게 1g/kg/d 정도면 단백질 요구량을 충족시키는데 충분하다고 보고 있습니다. 하지만 남성과 여성 지구성 운동선수들에게 캐나다인을 위한 섭취 권고량 정도의 단백질(남성=0.94g/kg/d, 여성=0.80g/kg/d)을 제공한 Phillips 등의 연구에서는 이 정도의 단백질 제공으로는 부정적인 질소 균형을 나타내 단백질 섭취의 부족이 나타났다고 보고 하고 있습니다. 

 Tarnopolsky 등은 일주일에 12시간 이상 운동에 참가하는 6명의 잘 훈련된 지구성 운동선수들의 단백질 요구량을 질소 균형 측정법을 통해 연구했는데, 이들 지구성 선수들을 위한 단백질 요구량의 안전한 상한선은 1.6g/kg/d라고 했습니다. 또한 Brouns 등은 Tour de France cycling 경기와 유사한 상황의 연구를 통해 질소 균형을 위한 단백질 요구량이 1.5~1.8g/kg/d 정도라고 했습니다. 그리고 Friedman 등은 잘 훈련된 5명의 달리기 선수를 실험한 결과 단백질 요구량이 약 1.49g/kg/d 정도였다고 보고 있습니다. 

 이러한 연구들에서 대상자들은 아주 잘 훈련되어 있고 총강도나 지속시간에 있어서 역시 높았기 때문에 이러한 단백질 섭취량(1.49~1.8g/kg/d)은 엘리트 지구성 운동선수에게 필요한 최고의 단백질 요구량 범위를 나타낸다고 볼 수 있습니다. 따라서 지구성 운동강도와 지속시간에 따라 단백질의 요구량도 달라지고, 선수들의 체력 수준도 단백질의 요구량에 영향을 미칠 수 있습니다. 하지만 다행히도 엘리트 선수(>3500kcal/d) 들을 포함한 대부분의 규칙적인 운동에 참여하는 사람들의 습관적인 에너지 섭취는 매우 높기 때문에 단백질 결핍은 문제가 되지 않았고, 아마도 운동선수들에게 있어서 단백질 요구량은 증가되었지만, 습관적인 단백질 섭취가 지구성 운동선수들에게 최대로 필요한 것보다 약간 높은 상태이기 때문에, 이러한 선수들에게 단백질의 추가 섭취의 중요성을 크게 강조되지 않고 있습니다. 

 하지만, Butterfield는 신체적으로 활동적인 사람에게 단백질 섭취 요구가 증가된다고 한 모든 연구에서 훈련, 운동강도, 에너지 균형 등이 충분히 항정상태에 있으면서 아미노산과 단백질 대사를 확실히 관찰할 수 있는 조건이 아니었다고 주장하면서, 이전 연구에서 신체활동 수준의 증가는 실제로 단백질 이용의 효율을 증가시킨다는 것을 증명했던 부분과 운동에 의한 추가 아미노산 산화의 대부분은 BCAA의 산화이며 잘 훈련된 선수는 이것이 상대적으로 같은 운동강도에서 크지 않다는 점을 강도하면서 지구성 선수들에게 운동 시 단백질 요구 ㅈ증가가 일어난다는 결론에 조심스러운 우려를 나타내기도 했습니다. 그리고 일부 지구성 운동선수들에게서 진행되고 있는 훈련의 양은 그들이 필요로 하는 단백질 요구를 충족시킬 수 없을 정도라는 주장에 대해 프랑스 일주를 하는 자전거 선수는 하루에 약 6000~8500kcal(25~35MJ)를 소비하며, 에너지 필요량을 보완하는데 여러 어려움이 있지만, 시합에서 선수들의 질소 균형은 제로에서 별로 차이가 나지 않게 유지한다고 설명하며 이런 주장을 일축하고 있습니다. 

 그러나 최근까지도 지구성 운동선수들에게 단백질의 요구량은 역치 이상의 운동에서 증가한다는 견해가 지배적이며, 효율의 증가와 더불어 이들에게 필요한 요구량은 에너지 섭취의 균형이 이루어져 있는 한 단백질의 추가 섭취 없이 정상적인 단백질 함량의 식이를 통해서 대부분 잘 이루어진다고 보고 있습니다. 

 

운동에 의한 단백질 요구량의 변화

저항성 운동에 의한 단백질 요구량의 변화 

 저항성 운동선수들에게 증가되는 단백질 요구량은 지구성 운동선수에게서 나타나는 것과는 근복적으로 다른 기전에 기인된다고 보는 견해가 잇는데, 이것은 지구성 운동과는 달리 저항성 운동을 통해 류신과 같은 아미노산의 산화가 증가되지 않으면서도 단백질 요구량이 증가된다면 이용되지도 않은 아미노산의 요구를 증가시키는 기전을 다르게 설명해야 하기 때문입니다. 그리고 이것은 지구성 운동과 저항성 운동의 형태에 따른 인체에서의 다른 생리적 적응 반응에 의해 호르몬을 비롯해서 대사적 기질의 이용 차이와 여러 대사적 산물들의 변화 그리고 기타 다른 변인들이 작용해서 저항성 운동에서도 단백질의 요구량을 증가시키고, 이러한 변화들에 의해서 지구성 운동에 비해 저항성 운동에서 단백질 합성의 촉진과 근육의 비대가 더 증가되는 특성을 나타내게 됩니다. 실제로 저항성 운동 시 단백질 합성을 촉진하는 성장 호르몬과, 테스토스테론, 그리고 IGF-1 같은 호르몬이 더 증가하고, 대사적으로는 저항성 운동강도가 너무 높아서 BCAA를 에너지원으로 이용한다기보다는 무산소성 에너지원인 저장된 ATP, CP 그리고 근육에 저장된 CP 등의 농도가 지구성 운동 시와는 다른 상태가 된다는 것은 잘 알려져 있습니다. 

 Lemon등과 Tarnopolsky 등은 질소 균형 자료를 바탕으로 지구성 선수들보다 저항성 운동선수들이 더 높은 단백질 요구 증가가 일어난다고 밝히고 각각 1.7g/kg/d와 1.8g/kg/d의 추천 단백질 섭취량을 제시했습니다. 

 Fern 등은 1.3g/kg/d을 섭취하는 저항성 운동선수보다 3.3g/kg/d의 단백질을 섭취한 저항성 운동선수가 4주 후 더 큰 근육의 발달을 보였다고 했습니다. 이 연구는 많은 양의 식이 단백질이 저항성 운동의 동화적 자극 효과와 결합되어 근육성장에 도움이 된다고 생각할 수 있게 하지만, 이 실험에서 아미노산 산화 역시 150% 증가되었고, 이것은 과잉 섭취된 단백질은 대사 되어야만 하기 때문에 일어나는 현상으로 3.3g/kg/d의 단백질 섭취는 과잉 상태를 나타내는 것이라고 했습니다.

 Tarnopolsky 등은 다양한 수준의 대학 미식축구와 럭비선수들을 대상으로 훈련 시즌에서 서로 다른 단백질 섭취(0.7, 1.4, 2.8g,/kg/d)
의 차이가 질소 균형 및 류신 대사에 미치는 영향에 대해서 연구했습니다. 그리고 같은 나이의 비훈련통제군(control group)과도 비교해서 연구를 했습니다. 비훈련통제군의 추정된 단백질 섭취 요구량은 0.89g/kg/d였고, 대학 운동선수의 경우 1.76g/kg/d였습니다. 연구결과, 총 단백질 합성은 모든 단백질 섭취량(0.7, 1.4, 2.8g/kg/d)에서 비훈련통제군에 비해 운동선수들이 더 큰 것으로 나타났습니다. 그러나 중요한 것은 신체 총 단백질 합성에서 운동선수의 평균값은 1.4와 2.8g/kg/d를 섭취할 때가 0.7g/kg/d를 섭취할 때에 비해 더 낮게 나타난 것과 2.8g/kg/d 을 제공했을 때에는 류신 산화가 거의 두 배였고, 이는 생리학적 요구량 이상의 과잉된 단백질 섭취는 에너지로 산화되고 하루 2.8g/kg/d의 단백질 섭취는 과잉 공급이라는 증거를 제공하는 것이라고 했습니다. 

 Lemon 은 지금까지의 저항성 운동 프로그램에서의 증가 요구되는 단백질양을 연구한 자료들을 통해 저항성 운동선수의 최적의 단백질 섭취량은 약 1.4~1.8g/kg/d 정도라고 주장하고 있습니다. 그리고 지금까지의 연구들은 어떠한 합성 촉진 약물도 사용하지 않은 사람들의 결과를 이용해, 만일 합성 촉진 약물을 이용한다면 이 최적의 양보다 많이 요구되면서 계속 단백질 합성이 일어날 수도 있고, 이것이 실제 이러한 약을 복용하는 일부 선수들에게서 나타나고 있으며, 과학적으로 제시된 자료와 이들의 섭취량이 서로 다른 면을 보이는 이유일 것이라고 설명하고 있습니다.

 Campbell 등은 12주 동안 고강도의 저항성 훈련 프로그램에 참여하면서 하루에 0.8g/kg/d과 1.62g/kg/d의 단백질을 소비하는 중년의 남자와 여자들의 단백질 대사와 질소 군형 그리고 무기질의 변화를 연구했는데, 하루에 0.8g/kg/d의 단백질을 섭취하는 남녀 모두에게서 부정적인 질소 균형과 단백질의 감소 그리고 3.3%에 달하는 무기질의 감소를 발견했습니다. 그러나 하루에 1/62g/kg/d의 단백질을 소비하는 중년 남자와 여자들에게서는 긍정적인 질소 균형과 단백질의 증가 그리고 1.9%의 무기질의 증가를 발견했다고 보고 하면서, 나이 든 사람들에게도 저항성 운동이 이익이 된다는 것을 강조했습니다. 

 그러나 Butterfield 등은 저항성 운동의 적응과 훈련의 효과로 저항성 운동의 단백질 사용은 더 효율적이 되며, 따라서 단백질의 요구를 감소시키고, 증가시키지 않는다는 또 다른 주장을 한 연구자들입니다. 실제로 단백질을 많이 습관적으로 섭취하게 되면 익숙하던 섭취를 갑자기 줄였을 때 신체의 단백질 손실이 더 빠르게 일어난다고 주장했습니다. 따라서 산악가나 모험가들은 산이나 모험지로 떠나기 전에 스스로를 적은 단백질 섭취에 적응시키는 것이 이상적일 것이라고 조언하고 있습니다.