운동 중 연료 이용

운동 중 연료이용면에서 탄수화물이나 지방의 에너지대사량에 대한 백분율 기여도를 평가하는 데에 일반적으로 사용하는 비침해적인 기술로는  이산화탄소생성에 대한 산소소비량의 비율이 있다. 이 비율을 호흡교환율이라 부른다. 항정 상태 조건에서 VCo2/VO2 비율은 종종 호흡지수라고도 한다. 여기서는 VCo2/VO2 비율을 간단히 호흡교환율이라 할 것이다. 지방이나 탄수화물이 연료로 이용되는지 평가하는 데 어떻게 R이 이용될까? 그 답은 지방과 탄수화물이 산화될 때 이용되는 O2와 생산되는 cO2의 양이 다르다는 사실과 관계가 있다. 호흡교환율은 이산화탄소 산소소비량으로 나눈 비율이다. 운동 시 사용되는 연료를 평가하는 척도인 호흡교환율은 피험자가 항정상태에 도달할 때 알 수 있다. 왜냐하면 오직 항정 상태의 운동에서만 조직에서 이산화탄소와 산소의 대사적 가스 교환을 반영하기 때문이다.  

 

운동 중 연료 이용

목차

• 운동 중 당원사용의 조절
• 운동과 지방대사
• 지방, 탄수화물대사의 상호작용
• 스포츠음료를 통한 탄수화물 섭취는 지구력을 향상함
• 요약

 

운동 중 당원사용의 조절

중, 고강도 운동 중 해당작용을 거쳐 분해되는 대부분의 탄수화물은 근육 내 저장된 당원이다 근육 내 당원저장은 포도당 이용률과 당원 합성효소의 활성에 의해 좌우된다. 증가된 혈중 인슐린과 포도당은 높은 당원 합성작용에 의해서 근육 내에 당원저장을 촉진한다. 포도당 분자로의 다원분해는 인산화효소 호스포릴라아제에 좌우된다. 비활동 근육은 일반적으로 인산화효소가 비활성인 형태로 발견되기 때문에 당원분해가 일어나기 위해서는 활성화되어야 한다. 인산화효소의 활성화는 두 가지 기전에 의해 조절된다. 첫째, 운동 시작 시 인산화효소 활성을 잘 설명하는 기전은 ‘칼모듈린’이라 불리는 기질과 관계가 있다. 칼모듈린은 근육에서 발견되고 운동시작 시 근 형질세망의 칼슘분비에 의해 활성화된다. 활성화된 칼모듈린은 그때 인산화효소를 활성화하여 당원분해를 촉진한다.
운동 중 인산화효소를 촉진하는 두 번째 기전은 에피네프린 호르몬에 의한 조절이다. 에피네프린이 세포막의 수용체에 결합하여 순환성 AMP를 형성하며 이때 인산화효소를 활성화한다. 이 기전은 고강도나 장시간 운동 중에 작동한다. 그러나 근수축이 시작될 때 바로 진행되는 다원분해를 설명하기에는 진행속도가 너무 느리다. 요약하면 운동 중 근당원의 포도당 전환은 인산요소의 활동에 의해 조절된다. 운동 초기에 인산화의 활동은 칼슘, 칼모듈린 체계에 의해 조절되며 장기간 운동이나 고강도 운동에서는 에피네프린/순화성 AMP 체계가 중요한 역할을 한다. 그러나 적은 수의 사람만이 인산효소가 없이 태어난다. 이러한 유전적 이상은 운동 중 에너지 연료로서의 당원을 시동하는 능력을 방해한다.

 

운동과 지방대사

지방연소를 위한 최적의 운동강도는 어느 정도일까? 우리는 종종 매우 낮은 운동강도로 운동을 수행해야 연료로 지방이 연소될 것이라 생각한다. 이렇게 낮은 강도의 운동을 수행하면 소비되는 에너지의 높은 비율이 지방에서 동원된다는 것은 사실이다. 반대로 이것은 운동강도가 증가됨에 따라 연로로 상용되는 지방의 비율은 낮아진다는 뜻이다. 하지만 여기서 중요하게 고려되어야 할 점은 운동 중 지방방산화의 총비율은 젖산역치 수준의 운동 강도에서 가장 높다는 사실이다. 운동강도가 최대산소섭취량의 20, 50, 80, 100% 지점을 비교하여 보면, 지방의 사용이 가장 많은 지점은 최대산소섭취량의 50 지점이다. 따라서 지방을 감소시키기 위한 운동 프로그램을 설계할 때, 총 에너지소비량 중 지방대사로부터 얻는 에너지 비율을 고려하는 것이 매우 중요한다. 

 

지방, 탄수화물대사의 상호작용

단시간 운동으로 근육 내 저장된 당원이나 혈액 내 포도당 농도가 고갈되지는 않는다. 그러나 장시간 운동은 근육 내 저장된 당원농도를 매우 낮게 한다. 근육과 혈액에 저장된 탄수화물의 고갈은 근피로를 유발하므로 중요하다. 왜 근육의 낮은 당원농도가 피로를 유발할까? 최근에 다음과 같은 답이 제시되었다. 이용할 수 있는 탄수화물의 고갈은 해당작용의 속도를 감소시키고, 그로 인해 근육 내의 피루브산 농도 또한 감소시킨다. 이것은 크렙스 회로 구성성분의 수를 감소시킴으로써 유산소성 ATP 생성속도를 낮춘다. 충분한 당원이 저장된 사람의 근육에서 최대하 운동은 크렙스 회로의 중간물질의 총량은 운동을 하는 동안에 요구되는 높은 ATP를 보충하기 위한 크렙스 회로의 속도에 있어 필요하다. 피루브산은 크렙스 회로 중간물질의 증가에 있어 중요하다. 예를 들어 피루브산은 여러 크렙스 회로 중간물질인 옥살로 아세트산, 말산의 전구체이다. 해당 작용의 속도가 기질의 비이용성으로 인행 감소되면, 근형질 내의 ㅣ루브산 농도는 감소하기 시작하고, 크렙스 회로 중간물질의 농도 또한 감손한다.

 

스포츠음료를 통한 탄수화물 섭취는 지구력을 향상함

근육과 혈액에 저장되어 있는 탄수화물의 고갈은 장기간 운동 시 근피로를 가져올 수 있다. 그러므로 장시간 운동 중에 탄수화물 섭취는 지구력 향상에 효과가 있지 않을까? 이 질문에 대한 명확한 대답은 그렇다 이다. 스포츠음료를 통한 탄수화물 식이의 효과에 대한 조사연구에서 최대하와 장기간 운동 중에 탄수화물 섭취는 지구력 수행능력을 향상한다고 확실히 나타나고 있다. 지구력 수행능력을 향상하기 위해서 얼마나 많은 양의 탄수화물이 필요할까? 일반적으로 수행능력을 높이기 위해서는 매시간 30g~60g의 탄수화물 섭취가 필요하다. 또한 탄수화물 섭취가 단시간 운동에도 영향을 미칠까? 이 질문에 대한 명확한 답은 아직까지 가능하지 않다. 

 

요약

운동 시 사용되는 에너지원 조절은 다양한 조절작용에 의해 영향을 받으며 이는 운동시간, 강도 및 음식과 같은 여러 가지 요소에 의해 결정된다. 일반적으로 탄수화물은 고강도 운동의 주요 원료로 사용된다. 장시간 운동을 하면 탄수화물 대사과정에서 지방 대사과정으로 연료사용이 점진적으로 전환된다. 단백질은 1시간 이내의 운동 시 2% 미만의 에너지를 공급하며 3~5시간 동안의 운동에서는 후반기 몇 분 동안 전체 에너지의 5~10%를 공급한다.