운동대사에 대해서 알아보자

 

운동은 활동근에서 일어나는 생체에너지 경로에 중요한 변화를 초래한다. 예시로는 고강도 운동을 진행하는 중 신체의 전체 에너지소비량은 휴식 시보다 15~25배까지 증가하는 것을 볼 수 있다. 이러한 에너지 생산의 증가는 골격근 수축 시 ATP를 제공하고, 골격근의 에너지를 이용할 시 휴식 시 보다 100배 이상 증가한다. 이러한 이유들 때문에 운동 중 골격근은 ATP 생산능력이 매우 크며 많은 양의 ATP를 사용하게 된다. 지금부터 2가지에 대해서 살펴보려고 한다. (안정 시 에너지 소비량, 안정 시에서 운동으로의 전환)

 

1. 안정 시 에너지 소비량

항상성은 내부 환경의 불변성 또는 지속적인 유지라고 이야기 했던 것을 기억할 수 있을 것이다. 건강한 사람은 안정 시에 항상성을 유지하고 있으며, 신체의 에너지요구량도 매우 일정하다. 즉 안정 시에 신체의 기능을 유지하기 위해서 필요한 거의 모든 에너지(ATP)는 유산소성 대사작용에 의해서 공급이 된다. 이에 따라 안정 시 혈중 젖산수준 또한 매우 일정한 상태로 유지되며, 리터당 1.0mmol 이하로 유지된다. 신체가 섭취하는 산소의 측정은 유산소성 ATP 생산을 평가하는 지표로 안정 시 산소섭취량의 측정은 신체가 필요로 하는 최소한의 에너지 소비량을 예측할 수 있게 도와준다. 따라서 개개인에게 필요한 안정 시 총 에너지소비량은 상대적으로 적다고 말할 수 있다. 예시로 체중이 70kg인 젊은 사람은 분당 0.25L의 산소를 섭취하는데, 이를 상대적 산소섭취량으로 계산하면 체중당 분당 3.5mL의 산소를 소비하는 샘이다. 앞에서 말했듯이 운동 시 골격근은 신체의 에너지 요구량을 급격하게 많은 량을 요구하는데, 안정 시에서 운동 시로 전환될 때 어떠한 생체에너지 대사가 활동적인지에 대한 운동대사 작용체제에 대해서 알아보도록 하자.

 

2. 안정 시에서 운동으로의 전환

11.3km/h(7 mph)로 벨트가 움직이고 있는 트레드밀 옆에 서 있다가, 벨트 위로 점프 후 달리기를 시작하였다고 가정한 뒤, 한 발자국을 떼면서 동시에 당신은 0.0km/h(0 mph)에서 11.3km/h(7 mph)로 움직이게 되는데, 그 찰나에 순간에 근육들은 가만히 서 있다가 11.3km/h(7 mph)로 달리기 위하여 ATP 생산속도를 굉장히 빠르게 증가시킬 것이다. 만약에 ATP가 증가하지 않는다면 트레드밀에서 달리지 못하고 곧바로 넘어지고 말 것이다. 이러한 운동에 필요한 에너지를 공급하기 위하여 운동 초기에 골격근에서 발생하는 대사적 변화는 무엇이라고 할까? 신체가 소비하는 산소량 측정은 유산소적 ATP 생성을 보여주는 지표로 사용이 되기 때문에 운동 시 섭취한 산소량 측정은 유산소성 대사량에 대한 정보를 제공한다. 휴식 시에 저강도나 중강도의 운동을 시행한다면, 산소섭취량은 급격하게 증가하여 1~4분 사이에 항정상태에 도달하게 될 것이다. 산소섭취량이 순간적으로 항정상태에 도달하지 않는다는 사실은 운동 초기에 무산소성 에너지가 ATP 생성에 기여하고 있다는 것을 뜻하는데, 선행연구들을 살펴보면 운동 초기에는 ATP-PC 시스템이 처음으로 작동되는 생체에너지 경로이며, 그 후에는 해당작용과 유산소성 에너지시스템이 작동된다. 운동의 첫 1분동안 두 가지 무산소성 시스템(ATP-PC, 해당과정)의 효과는 운동으로 인하여 ATP가 훨씬 더 많이 사용되고 있음에도 불구하고, 근육이 ATP 수치를 거의 변화시키지 않으며 유지할 수 있도록 도와준다. 하지만 항정상태에 도달하면 신체에서 요구하는 ATP는 순수하게 유산소성 대사작용에 의하여 공급이 된다. 안정 시에서 운동으로 생체에너지가 전환될 때 가장 중요한 부분은 세 가지의 에너지체계가 동시에 사용된다는 것이다. 이는 운동에 필요한 에너지는 하나의 생체에너지 체계에 의해서 공급받는 것이 아닌 상호호환적인 대사작용으로 인해 이루어진다는 것을 알 수 있다.

 

산소결핍(oxygen deficit)이라는 용어는 운동 초기 산소섭취 지연에 따른 현상으로 운동 시작 후 초기 몇 분 동안의 산소섭취량과 항정사애 시 산소섭취량의 차이를 나타낸다. 이 시간 동안 항정상태에 도달할 때까지 유산소 ATP 생산이 부족하여 대부분의 ATP는 무산소성 에너지 시스템을 통해서 공급된다. 

 

브루스 글레이든(Bruce Gladden) 박사는 두 가지 질문에 대한 답변을 했다.

질문1) 무엇이 운동 시작지점에서 산소흡수를 지연하게 만드는 것인가?

질문2) 근육으로의 산소 전달이 적절하지 못했거나 운동이 시작할 때 바로 증가시키지 못한 산화적 인산화 때문인가?

 

비훈련 피험자와 비교하여 훈련된 피험자가 항정상태에 도달하는 시간이 더 짧다. 또한 운동 시작 시 훈련된 피험자와 비훈련된 피험자 사이의 시간에 따른 산소섭취량의 차이를 비교해보면, 비훈련 피험자에 비해 훈련된 피험자의 산소결핍이 더 적다는 것을 알 수 있었다. 이 차이를 설명하자면, 훈련된 피험자는 지구력 훈련으로 인한 실혈관계나 근조직의 적응으로 인해 더 발달된 유산소성 생체에너지 능력을 가지고 있다는 것으로 생각된다. 즉 이는 훈련자가 비훈련자에 비해서 운동 초기에 유산소성 ATP 생산이 일찍 일어난다는 것을 말하고, 이는 젖산을 더 적게 생성함을 의미한다.