<운동은 세포적응을 통하여 항상성을 개선한다>
적응(adaptation)이라는 단어는 외부 스트레스를 계속적으로 받게 되면 항상성을 유지하는 능력이 향상됨에 따라 세포나 기관계의 기능이나 구조가 바뀌게 되는 것을 의미한다. 세포의 적응능력은 고정되어 있는 것이 아니라 특정 스트레스에 오랫동안 노출된다면 향상될 수 있다는 특징이 있다. (예: 규칙적인 운동) 또한 세포는 뜨거운 환경에서의 열 스트레스와 같은 환경적인 스트레스에 적응할 수도 있는데, 이러한 환경적응, 기존의 항상성 시스템에 대한 향상된 기능을 순응(acclimation)이라고 한다.
규칙적인 운동은 운동의 '스트레스' 중에 항상성을 보존할 수 있도록 능력을 향상하는 세포적 변화를 촉진시킨다. 이러한 항상성을 유지하기 위한 세포와 기관계의 향상된 능력은 세포신호 메커니즘으로 인해 발생하는데, 세포신호(cell signaling)이라는 단어는 세포와 세포 간을 조직화하는 세포활동 사이의 커뮤니케이션 시스템을 뜻한다. 내부환경의 변화를 감지하고 변화에 대하여 알맞게 반응할 수 있는 세포의 능력은 항상성을 보존하는 데 필수적인 요소이다. 다양한 세포신호 메커니즘이 신체의 여러 가지 기능과 조직화하는 것은 놀랄만한 사실이 아니다. 총 5가지 세포신호 메커니즘에 대해서 천천히 알아보자.
- 인트라분비신호(intracrine signaling) -
특정 세포반응을 일으키는 같은 세포 안에서의 신호 전달을 야기하는 화학전달체가 세포에서 생산되면서 신호가 발생한다.
- 저스트라분비신호(juxtacrine signaling) -
어떤 세포들은 세포끼리 직접 교류한다. 두 세포막을 연결하는 작은 교차점을 통해 한 세포의 세포질이 다른 세포의 세포질과 접촉한다. 이러한 세포신호를 저스트라분비신호라고 한다. (심장수축이 효율적으로 부드럽게 발생하기 위하여 하나의 심장세포가 다른 세포에게 수축하기 위해 직접 신호를 보내는 방법)
- 자가분비신호(autocrine signaling) -
자가분비신호는 세포가 화학전달체를 생성하여 세포외액으로 신호를 보내고, 다시 그 신호를 받아들일 때 발생하는 것을 말한다. 예시로 저항성 운동 중에 근육 세포의 자가분비신호는 핵 안의 DNA가 근육세포의 크기를 증가시키는 수축성 단백질을 더 많이 생성하게 만든다.
- 주변분비신호(paracrine signaling) -
일부 세포들은 통합된 반응을 일으키기 위하여 세포 근처(주변부피신호)에서 서로가 조직적으로 행동할 수 있도록 하는 신호츨 생성하는데, 이에 대한 예시로 면역세포가 감염이나 부상으로부터 신체를 보호하기 위해 협조된 공격을 시행할 때 어떻게 서로가 교류했는지에 대한 부분을 말할 수 있다. 신경계에서 발생하는 주변분비신호의 또 다른 종류로는 시냅스 신호가 있다.
- 내분비신호(endocine signaling) -
마지막으로 어떤 세포들은 화학적 신호(호르몬)를 방출하고, 이러한 호르몬은 신체 전체로 퍼져 나가게 된다. 하지만 호르몬에 반응하는 세포들은 이 호르몬만을 받아드일 수 있는 유일한 특정 수용체에 제한된다. 이것은 내분비신호라 불린다.
<세포 항상성 조절을 위한 스트레스 단백질의 역할>
세포의 항상성 장애는 세포가 특정 물질에 대항하는 능력을 벗어나는 스트레스에 직면할 경우 발생한다. 세포가 조절체계를 사용해 항상성 장애요인과 대항하여 싸우는 것을 '세포의 스트레스 반응'이라 한다. 이는 세포 내의 생리적 조절체계로 스트레스를 방어하기 위한 단백질을 만들어 항상성 장애요인과 전쟁을 치른다. 단백질은 세포 내 항상성을 유지하는 중요한 요소로, 화학적 작용을 촉진시키는 효소기능과 세포 간에 중요 물질들을 이동시키는 역할을 하는데, 고열, 낮은 수소 이온 농도, 자유라디칼과 같은 스트레스로 인하여 세포 단백질이 손상되면 항상성 장애를 일으키며, 이러한 장애요인을 제거하기 위해서 세포는 방어 단백질인 '스트레스 단백질(stress protein)을 최대한 빠르게 합성하여 손상된 단백질을 원상복귀시킴으로써 항상성을 유지해 세포를 보호한다. 스트레스 단백질은 다양한 스트레스(예: 고온)에 반응하여 세포 안에서 생성되는 단백질들의 그룹 이름을 뜻한다. 스트레스 단백질 그룹 중에서 가장 중요한 요소는 '열 충격 단백질(hert shock protein)이다. 심장과 훈련된 골격근 안에서 운동으로 인하여 열 충격 단백질이 굉장히 많이 증가한다는 것은 이미 널리 알려진 사실이다. 열 충격 단백질은 이탈리아 과학자가 열 스트레스에 노출된 파리가 파리세포의 엄선된 단백질을 합성하는 것을 관찰함으로써 발견되었는데, 자유라디칼 생성, 낮은 pH, 그리고 염증과 같은 다른 종류의 스트레스에 의해서도 열 충격 단백질 생산이 생성될 수 있다는 것을 유념해야 한다. 결과적으로 열 충격 단백질은 스트레스 요인과 함께 열 충격 단백질의 합성 과정이 시작된다(예: 열, 자유라디칼). 합성이 진행된 후, 열 충격 단백질은 손상된 단백질을 수리하고 항상성을 회복시키면서 세포를 보호하는데, 많은 종류의 열 충격 단백질이 존재하고 각 종류는 세포를 보호하고 항상성을 유지하는 데 각자의 알맞은 특정 역할을 수행한다.
