운동 중 세포신호와 호르몬 반응에 대해서 알아보자

운동은 인체에 다양한 생물학적 스트레스를 부여한다. 격렬한 운동은 혈당, 체온, 혈압 및 혈액량의 항상성을 조절하게 하는 상황을 부여하며, 이러한 운동을 통한 반응은, 주요 장기와 더불어 인체 내 세포와 조직 각각에게 영향을 미치는 제어 요인에 의한 것으로 가히 생리학적 장점이라고 말할 수 있다. 건강한 사람이라면 운동으로 인한 생리적인 스트레스는 발생 즉시 호르몬(hormone)에 의한 체계적인 과정을 거쳐 동시에 조율할 수 있다. 일반적으로 호르몬은 조직에서 생성되며, 인체 전반의 다른 장기들과 조직들의 변화를 알리는 화학적 전달 물질이다. 호르몬은 혈액을 통해 전신으로 보내지며, 세포의 수용체와 상호 작용한다. 이처럼 호르몬이 신체에 미치는 영향을 연구하는 학문을 내분비학(endocrinology)이라고 한다. 내분비계는 운동과 다른 생리적 스트레스에 즉시 발생하는 반응을 조절하는 다양한 호르몬을 생성하는 여러 조직을 일컫는 말이다. 가장 근본적인 수준에서, 운동에 필수적인 호르몬은 몇몇 중요한 생리학적 과정을 통제하기 위해 함께 작용한다. 이러한 과정에는 다량의 영양소 저장작용의 조절, 투쟁-도피 반응, 운동 및 성숙에 대한 적응형 반응이 포함된다.

 

<신경내분비학>

다양한 기능(신장,대사,심폐 등)의 통제와 조절에 관련된 두 가지 주요 항상성체계는 신경계와 내분비계이다. 이 두 체계는 정보를 인식하고 적절한 반응을 조절하여 담당 기관이나 조직에 메세지를 전달하는 역할을 한다. 두 체계는 항상성 유지를 위해 함께 일하는데, '신경내분비 반응'이라는 용어는 상호의존적인 반응이다. 정보 전달 방법에서 이 두 체계의 차이는 전달 방법에 있는데, 내분비계는 조직에서 순환하는 혈액 내에서의 호르몬과 관계된다. 반면에 신경은 하나의 신경에서 다른 신경까지 또는 신경에서 조직까지 신경전달물질을 이용하여 정보를 전달한다. 내분비샘은 직접 혈액으로 호르몬을 방출하고 혈액은 호르몬을 조직으로 이동시키는 역할을 한다. 호르몬의 효과를 극대화하기 위해 각 호르몬은 그것을 특수한 단백질 수용체와 결합하게 되는데, 이러한 방법으로 호르몬은 특별한 수용체와 함께 몇 가지 영향을 미치면서 모든 조직으로 순환할 수 있다. 호르몬은 화학적인 구조에 따라 아미노산 유도체, 펩타이드, 단백질, 스테로이드 호르몬으로 나눌 수 있다. 호르몬의 화학적 구조는 혈액으로 운반되는 방식과 그것이 신체 조직에 미치는 방식을 결정, 호르몬 기능에 있어 매우 중요한 요소라고 할 수 있다. 예로 스테이로드 호르몬은 단백질에 결합되어 있는 동안 운반되어야 하는 지질 성질을 가진 콜레스테롤 기반 구조이다. 이러한 전달체 단백질은 혈장에서 호르몬을 '용해'하는 데 도움을 주는 반면, 지질 성질은 호르몬이 대상 조직의 세포막을 통과하여 세포 내 수용체와 상호작용하도록 한다. 반면에 아미노산과 펩타이드 유도 호르몬은 혈액 내에서 쉽게 운반되지만 대상 조직의 세포 표면에서 수용체를 활성화해야 한다.

 

<혈액 호르몬 농도>

조직에 쓰이는 호르몬의 효과는 혈장 내 호르몬 농도와 그것과 결합할 수 있는 활성화된 수용체의 수와 직접적인 관계가 있는데, 혈장에서 호르몬 농도는 아래 요인들에 의존한다.

 

- 내분비샘으로부터의 호르몬 분비율

- 호르몬의 분비율과 대사율

- 혈장 내 수송 단백질의 양

- 혈장량의 변화

 

*호르몬 분비의 조절*

내분비샘으로부터 호르몬 분비율은 입력되는 정보의 양과 그 정보가 흥분성인지 또는 억제성인지의 여부에 의존한다. 모든 경우의 정보 입력은 화학적인 것이며, 이온, 혈장에서의 기질, 아세틸콜린, 노르에피네프린 또는 다른 호르몬과 같은 신경전달물질 등을 통해서 이루어진다. 대부분의 내분비샘은 하나 이상의 물질로부터 직접적인 영향을 받으며 각각의 다른 효과들은 내분비샘의 기능을 강화 또는 방해한다. 예시로 이 같은 상호작용은 이자(췌장)으로부터 분비되고, 인슐린(insulin)의 지배 아래에 있다. 이자는 혈장 내 포도당, 아미노산, 순환하는 에피네프린뿐만 아니라 교감신경에서 방출되는 노르에피네프린, 아세틸콜린을 방출하는 부교감신경과 다양한 호르몬의 변화에 반응하여 인슐린을 생성, 아미노산과 혈장 포도당의 농도가 높아지면 인슐린 분비가 증가되고, 교감신경계(에피네프린, 노르에피네프린)의 활성이 증가하면 인슐린 분비를 낮춘다. 인크레틴(incretin)들은 음식물이 소화될 때 위장관의 내분비세포에 의해 분비되는 호르몬들의 무리다. 이 호르몬들은 혈당이나 아미노산 농도의 증가로 인해 인슐린반응을 예측하고 증대시킨다. 인슐린 분비가 증가할지 감소할지는 정보 입력이 억제성인지 흥분성인지의 여부에 의해 결정된다.

 

*호르몬의 대사와 분비*

혈장에서의 호르몬 농도는 대사작용과 분비율에 영향을 받는데, 호르몬의 비활동성은 호르몬 대사작용의 주요부위인 간이나 호르몬 수용체에서 발생한다. 추가적으로 신장은 다양한 호르몬을 분해하여 활성화 형태로 분비할 수 있다. 실제로 오줌에서의 호르몬 분비 정도가 운동 중 호르몬 분비율의 지표로 이용된다. 운동 중 신장과 간으로의 혈류량이 감소하기 때문에 호르몬이 비활동 상태가 되며 제거율이 감소한다. 이에 따라 호르몬 분비율이 높아져서 혈장 내 호르몬 농도를 상승시킨다.