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3대 영양소와 에너지대사

탄수화물·단백질·지방 ATP 합성에 사용

2022-02-21 05:50:08 주혜성 기자 주혜성 기자 hsjoo@kpanews.co.kr

생활체육인구가 증가하면서 국내 스포츠산업도 크게 성장하고 있다. 하지만 과도한 경쟁과 승리 지상주의에 매몰된 일부에 의해 약물의 불법 유통 문제도 급증했다. 이 가운데 체육인들의 올바른 약물 복용과 정확한 영양정보 전달을 위해 약사들이 뭉쳤다. 약사의 전문성 리브랜등을 목표로 결성된 프로젝트PR은 스포츠영양약학을 통해 약사의 직능을 강화하고, 체육인들에게는 건강하고 공정한 스포츠 문화를 만들 기회를 제공한다. 건강한 몸과 식단에 관심이 뜨거운 요즘, 약국에서 활용할 수 있는 스포츠 영양과 약물정보는 무엇이 있는지 짚어본다. [편집자 주]

이번 호에서는 인체의 에너지대사와 6대 영양소 '탄수화물, 단백질, 지방, 무기질, 비타민, 물'에 파이토케미컬을 더한 7대 영양소에 대해 본격적으로 다룬다. 

먼저 인체 에너지 대사에 대한 설명과 3대 영앙소인 탄수화물, 단백질, 지방을 스포츠 영양학적 측면에서 짚어본다. 

인체의 에너지 시스템
우리가 활동할 때 필요한 에너지는 ATP-ADP cycle을 통해 인산기가 하나씩 떨어져 나갈 때 마다 발생한다. 

ATP는 인체에서 에너지를 발생시키는 최종 에너지 저장물질이다. 우리 몸에서 일어나는 모든 생물학적 일에 에너지를 제공한다. 하지만 인체 내 저장할 수 있는 양이 매우 제한적이기에 ATP 사용 비율에 따라 꾸준히 ATP를 재합성해야 한다. 

탄수화물, 단백질, 지방은 ATP 합성에 이용되는 에너지원이다. 체내의 잠재적 에너지원은 ATP와 PCr(크레아틴인산)을 포함하며 혈청 포도당, 간과 근육의 글리코겐, 혈청 유리지방산, 근육과 지방조직의 중성지방, 근단백질을 포함한다. 

이 잠재적 에너지원으로 ATP를 재합성하는 과정에는 3가지가 있다. 

(1) ATP-PCr 에너지 시스템
ATP-PCr 시스템은 운동 시작 시기에 가장 빠르게 에너지를 생산하는 방법이다. 단시간 고강도 운동의 주 에너지 시스템으로 사용된다. 2~20초 사이의 단시간 고강도 운동 시 산소를 이용하지 않고(무산소성) 인산염을 통해 신속하게 에너지를 공급한다.

(2) 무산소성 해당과정(Glycolysis) 젖산시스템
무산소성 해당과정은 산소를 필요로 하지 않으며 탄수화물(글루코오스 또는 글리코겐)의 해당과정을 통해 ATP를 얻는 방식이다. 20~30초 지속하는 고강도 운동에서 ATP-PCr 에너지 시스템 다음으로 빠르게 ATP를 생산할 수 있다. 

이 과정에서 산소 공급이 충분치 못할 때 대사산물로 젖산이 형성되고 체액을 산성화시켜 근 피로를 유발한다. 이 때문에 젖산이 피로물질인 것은 맞지만 일부 간으로 수송돼 글루코오스 합성에 이용되고 심장과 근육에서 에너지로 사용될 수 있는 긍정적인 기능도 있다. 

(3) 유산소 시스템
미토콘드리아에서 글루코오스, 유리지방산 등을 주 에너지원으로 하여 크렙스회로와 전자전달계를 통해 에너지를 생산하는 시스템이다. 최소 5분 이상의 장시간 운동을 수행할 때 주로 사용된다. 

유산소 시스템은 다시 2가지로 세분화할 수 있다. 먼저 탄수화물을 주로 이용하는 유산소성 해당과정이 있다. 고강도 유산소성 운동 시 많은 에너지를 공급하는 역할로 유산소성 파워 시스템이라고 불린다. 

두 번째, 지방을 에너지원으로 하는 유산소성 지방분해 시스템이 있다. 주로 긴 거리의 유산소성 운동 종목에서 많은 양의 에너지를 공급할 때 쓰인다. 유산소성 능력 시스템이라고도 한다. 

참고로 단백질 역시 운동 중 에너지 공급원으로 사용될 수는 있지만 그 정도가 크지는 않다. 기아 상태 또는 다른 모든 에너지가 소비된 뒤 마지막에 사용된다.
이렇게 3가지 ATP를 만들어 내는 에너시 시스템은 운동강도와 지속시간에 따라 동원되는 종류, 비율이 달라진다. 일반적으로 운동을 할 때는 위 3가지 에너지 시스템 중 하나 또는 그 이상이 작용한다. 


운동 강도에 따라 이용되는 주 에너지원
운동강도는 최대산소섭취량(VO max)을 기준으로 판단한다. 최대산소섭취량은 운동 시 1분당 체중 1kg을 기준으로 섭취하는 산소량을 ml로 나타내는 것이다. 지구력을 결정하는 평가지표 중 가장 신뢰성 있는 지표로 사용된다.

저강도 운동(20% VO max)시 주 에너지원은 지방이다. 운동강도가 증가하면 에너지 생성을 위한 탄수화물의 이용 정도가 증가한다. 고강도운동(70~80% VO max)에서 80% 이상 탄수화물을 사용한다. 


그래프를 보면 일반 성인 남성이 3km/h의 속도로 30분 동안 걷기를 실시할 때 지방에서 약 80kcal 탄수화물에서 약 20kcal 총 100kcal를 소비한다. 동일 시간 동안 14km/h의 속도로 달린 남성은 지방에서 약 90kcal 탄수화물에서 약 360kcal 총 450kcal를 소비한다. (성별, 호르몬, 트레이닝 상태, 식이구성, 영양상태 등에 따라 달라질 수는 있음) 

이것을 알고 자신의 운동목적(심폐지구력증가, 지방줄이기 등)에 따라 운동강도를 결정하는 것이 좋다. <다음호에 계속>

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