운동과 에너지 대사
운동(근육 수축)에 사용되는 에너지원은 주로 탄수화물과 지방이다. 단백질은 세포 성장 및 재생에 관여하며 에너지 생산에는 거의 이용되지 않는다. 그러나 가동되는 에너지 공장과 에너지 공장에서 사용하는 원자재(原資材)는 운동 종류, 운동 강도, 운동 시간, 개인의 체력 정도에 따라 달라진다. 동원된 에너지 생산 시스템은 운동의 종류보다는 운동 시간에 더 의존적인 경향이 있다.
A) 운동의 종류와 에너지 대사
신체는 3개소의 배터리 공장에서 ATP 밧데리를 생산한다.
1)무산소 배터리 공장
가)제 1 공장(ATP-PC 시스템)
근육 섬유가 자체적으로 보유하고 있는 ATP 밧데리이며 100 m 달리기, 역도, 높이뛰기, 던지기, 투수의 피칭과 같이 수초 내에 끝나는 순간적이고 폭발적인 운동을 할 때 동원된다. 근육 내에 저장된 ATP 밧데리는 수초 내에 방전된다. 방전된 밧데리는 즉시 PC라는 급속 충전기로 재충전되어 사용된다. 초신속(超迅速) 가동형이기 때문에 공급 속도는 빠르지만 밧데리 양이 적어 10 초안에 완전 방전된다는 단점이 있다.
나) 제 2 공장(젖산 시스템)
운동으로 증가한 산소 수요량을 충분히 공급할 수 없는 상황에서 가동되는 에너지 생산 체계이다. 제 2 ATP 밧데리 공장의 해당계(Glycolysis)라는 생산라인을 통해 ATP 밧데리를 제조하며 제 3 에너지 공장의 원료인 피루브산(Pyrubic acid)과 젖산을 부산물로 생성한다. 제 2 밧데리 공장의 원료는 포도당과 저장형 포도당인 글리코겐이다. 신속 가동형이지만 제 1공장보다는 가동 속도가 늦고 ATP 밧데리 생산량이 많지 않아 장시간 운동에 충분한 분량의 밧데리를 공급할 수 없다. 젖산이 축적되면 근육 피로를 유발하여 운동을 지속할 수 없기 때문에 짧은 시간동안 작동되며 3-5분 내외의 빠르고 강한 운동을 할 때 가동된다.
2)유산소 밧데리 공장
다) 제 3 공장
무산소 체계를 통해 공급된 ATP 밧데리의 공급량에는 한계가 있다. 따라서 마라톤이나 수영 등 장시간 운동에는 턱없이 부족하다. 이때는 간이나 근육에 저장된 글리코겐을 꺼내서 포도당으로 전환시킨 후 제 2 밧데리 공장으로 보낸다. 제2 에너지 공장에서는 ATP 밧데리 생산의 부산물로 만들어지는 피루브산을 미토콘드리아 안에 위치한 제 3 공장으로 보낸다. 제 3 공장에서는 피루브산을 연소시켜 ATP 밧데리를 대량 생산한다.
구연산 회로(TCA Cycle)와 전자 전달 사슬(Electron Transport Chain)이라는 제 3 공장의 생산라인은 반드시 산소가 있어야만 작동되는 대규모 에너지 생산 시설이다. 제 3 에너지 공장의 주원료는 포도당에서 유래한 피루브산(Pyrubic acid)이다.
그러나 제 3 공장이 20분 이상 가동되면 포도당에서 기원한 피루브산 대신 보조 연료인 지방을 태워 ATP 밧데리를 만들어 낸다.
B) 운동 시간 및 운동 강도와 에너지 대사
휴식 상태의 신체는 포도당과 지방산 모두를 유산소 공장에 투입하여 에너지를 얻는다. 심장과 폐는 이처럼 낮은 수준의 에너지 대사에 필요한 산소를 쉽게 공급할 수 있다.
그러나 운동으로 신체의 산소 요구량이 급증하면 제때에 충분한 산소 공급이 어려워진다. 포도당 대사는 지방산 대사보다 적은 양의 산소를 이용하기 때문에 운동 강도가 증가하면 우선 포도당부터 사용하지만 강도가 낮은 운동을 20분 이상 지속하면 다량의 지방산이 연료로 동원된다.
그러나 단시간 고강도 운동은 무산소 대사의 에너지원으로 포도당이 사용되는 반면 낮은 강도에서 장시간 운동하면 유산소대사의 주요 에너지원으로 지방산이 이용된다. 즉 단시간의 운동은 무산소 에너지 시스템, 장시간 운동에는 유산소 에너지 시스템에서 에너지를 공급하는 것이다. 따라서 산소를 필요로 하는 장시간 운동은 개인의 최대 산소 섭취량이 중요한 인자가 된다. 또한 저강도 운동의 주 에너지원은 지방이며 운동 강도가 높아질수록 지방 소비량이 감소되는 반면 글리코겐(Glycogen) 등 탄수화물 소모비율이 증가한다.
지방의 절대 소모량이 가장 많은 운동은 중간 정도의 운동 강도인 “달리기”다. 달리기 시작하면 초기에는 주로 탄수화물을 태워 운동 에너지를 공급한다. 그러나 탄수화물의 저장량은 한계가 있어 20분 정도 경과하면 지방을 태우기 시작한다. 2 시간이 경과하면 필요 에너지의 67% 이상을 지방산 연소로 공급하며 시간이 지날수록 지방 연소량은 더욱 증가한다.
탄수화물은 쉽게 불이 붙지만 금새 타버리는 불쏘시개이고 지방은 물기 젖은 통나무다. 물기 젖은 통나무는 점화에 시간이 걸리지만 일단 연소되기 시작하면 오래 타고 화력도 강하다. 게다가 지방은 체내 재고량이 풍부하다. 뱃살을 빼려면 최소한 30분 이상을 달려야하는 까닭이 여기에 있다.
달리기는 운동 강도를 높일수록 단위 시간당 에너지 소모량이 증가한다. 걷기나 속보에 비해 지방 소모 비율은 낮지만 에너지 절대 사용량은 2배 이상 크다.
시속 5.6 Km 정도인 속보는 걷는 속도의 1.5배에 해당한다. 속보는 4.9 cal/min 정도의 에너지를 소모하며 이 가운데 지방이 72%를 차지한다. 따라서 지방 소모량은 3.53 cal/min.정도이며 지방 1 gm이 약 9 Cal 열량을 내기 때문에 속보 시간 1분당 0.39 gm의 지방을 소모하여 30분간의 속보로 11.7 gm의 지방을 연소시킨다.
시속 9.6 Km라면 일반인의 마라톤 경주 속도이다. 분당 에너지 소모량이 12.3 Cal에 이르고 이 중 45%가량이 지방 연소에 의한 것이다. 속보에 비해 지방 이용율이 낮지만 전체 에너지 소모량이 높기 때문에 달리기의 실제 지방 이용율은 5.5 Cal/min에 해당된다. 결국 1 분 동안 달리기로 0.61 gm의 지방을 소모하여 30분간 달리면 18.3 gm의 지방이 연소되는 것이다. 달리기는 걷기나 속보에 비해 지방 연소율이 낮지만 (상대적 지방 연소율) 전체 에너지 소모량이 많기 때문에 전체 지방 연소량(절대적 지방 연소율)은 훨씬 더 많다. 따라서 달리기는 걷기나 속보에 비해 지방 제거에 훨씬 더 효과적이다. 에너지 소모량이 많은 고강도, 장시간 운동일수록 복부 지방 감량에 효율적이다. 지방 누적량이 많은 곳부터 제거되기 때문이다.
C) 운동 능력과 에너지 대사
체력이 좋은 사람은 운동 능력이 좋다. 최대 산소 섭취량이 크기 때문에 상대적으로 다량의 지방을 에너지원으로 동원하여 연소시킨다.
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