운동 대사에서의 호르몬 조절

장시간 지속되는 운동 동안의 근육 ATP 수준은 탄수화물과 지방 대사에 의해 유지된다. 글루코스와 유리지방산(FFA)이 근육의 에너지 대사에 사용될 수 있도록 여러 가지 호르몬이 작용한다. 휴식과 운동 동안 많은 복잡한 계통들이 상호작용하면서 대사를 조절하지만 가장 큰 영향을 미치는 주된 내분비선은 뇌하수체 전 엽, 갑상선, 부신선, 그리고 췌장이다.

1) 뇌하수체 전엽

뇌하수체(pituitary gland)는 구슬 크기의 선(gland)이며 두뇌의 아랫부분에서 시상하부에 연결되어 있다. 뇌하수체는 3개의 엽 (lobe)으로 구성되어 있다-전엽, 중엽, 후엽, 중엽은 아주 작으며 인간에게서는 거의 아무런 역할을 하지 않는 것으로 생각되고 있지만, 후엽과 정엽은 중요한 내분비 기능을 가지고 있다. 뇌하수체 전엽의 분비 작용은 시상하부에서 분비되는 호르몬에 의해 통제되는 반면에 뇌하수체 후엽은 시상하부로부터 투사된 신경으로부터 직접적으로 신경 신호를 받는다. 그러므로 뇌하수체는 중추신경계의 조절 센터와 말초 내분비선들 사이의 중계 역할을 한다고 생각할 수 있을 것이다.
뇌하수체 전엽은 adenohypophysis라고도 부르며 시상하부에 서 분비되는 방출인자(releasing factor) 또는 억제인자(inhibiting factor)에 반응하여 6가지 호르몬을 분비한다(이러한 인자 또한 호르몬으로 분류된다). 시상하부와 뇌하수체 전엽 사이의 연락은 시 상하부로부터 뇌하수체 전엽으로 방출 또는 억제 호르몬을 운반하는 특수한 혈액 순환 시스템을 통해 이루어진다.. 운동은 시상하부에 대해 강력한 자극제인 것처럼 보이는데 그 이유는 운동은 모든 뇌하수체 전업 호르몬의 분비율을 증가시키기 때문이다.
6가지 뇌하수체 전엽 호르몬 중에서 4가지는 자극(tropie) 호르몬인데 그것은 이러한 호르몬들이 다른 내분비선의 기능에 영향을 미친다는 것을 의미한다. 예외적인 것은 성장호르몬(growth homone:CH)과 프로락틴(prolactin)이다. 성장호르몬은 강력한 동화제(anabolic agent)이다. 성장호르몬은 세포 내부로의 아미노산 이동을 증가시켜 근육 성장과 근 비대를 가져온다. 그 밖에도, CH은 지방 대사 과정에 관련되어 있는 효소의 합성을 증가시킴으로써 지방 대사를 직접적으로 증가시킨다. 성장호르몬 수준은 유산소 운동 동안 상승하는데 상승의 정도는 운동 강도와 비례하는 듯하며 운동 후에도 얼마 동안 상승된 채로 남아 있다.

2) 갑상선

갑상선은 목의 중심선에서 후두(larynx) 바로 밑에 위치해 있다. 갑상선은 인체의 전반적인 신진대사를 조절하는 두 가지 중요한 호르몬인 트라이아이오드타이로닌(triodothyronine)과 타이록신 (thyroxin)을 분비하며, 그 밖에도 칼슘 대사의 조절과 관련된 칼시토닌(calcitonin)을 분비한다. 신진대사와 관련된 이 두 호르몬은 비슷한 기능을 발휘한다. 트라이라이오드타이로닌과 타이록신은 인체 거의 모든 조직의 대사 속도를 증가시키며 신체의 기초대사율을 많게는 60~100%까지 증가시킬 수 있다. 이 호르몬들은 또한

• 단백질 합성을 증가시키고(따라서 효소의 합성 또한 증가),
• 대부분 세포의 미토콘드리아 크기와 숫자를 증가시키며,
• 세포 내부로의 글루코스 이동을 촉진시키고,
• 해당과정과 글루코스신생합성을 증가시키며,
• 지방의 동원(mobilization)을 촉진시켜 유리지방산이 산화 과 정에 더 많이 사용될 수 있도록 해준다.

 

운동 동안 뇌하수체 전엽으로부터 갑상선 자극호르몬(thyroid-stimulating hormone: TSH)의 분비가 증가한다. TSH는 트라이하이오드타이로닌과 타이록신의 분비를 조정하기 때문에 운동으로 인한 TSH의 증가는 갑상선을 자극할 것으로 예측할 수 있다. 운동은 혈장 타이록신 수준의 증가를 가져오지만 운동 동안의 TSH 수준 증가와 혈장 타이록신 수준 증가 사이에는 시간적 지연이 있다.
그뿐만 아니라 오랜 시간의 최대하 운동(submaximal exercise)의 경우, 타이록신 수준은 운동이 시작되면서 급작스러운 초기 증가가 나타난 후에 비교적 일정한 수준을 유지하며, 트라이아이오드타이 로닌 수준은 감소하는 경향이 있다.

3) 부신선

부신선(adrenal glands)은 양쪽 신장의 윗부분에 위치하고 있으며 안쪽은 부신수질(adrenal medulla) 그리고 바깥쪽은 부신피질 (adrenal cortex)로 구성되어 있다. 이러한 두 부분에서 분비되는 호르몬은 상당히 다르다. 부신수질(acrenal medulla)은 총괄해서 카테콜아민(catecholamines)이라고 지칭하는 두 가지 호르몬을 분비한다. 에피네프린과 노르에피네프린, 부신선(adrenal gland)에서 분비되기 때문에 에피네프린은 아드레날린이라고도 불린다. 부 신수질이 교감신경계에 의해 자극되면 분비되는 호르몬의 약 80% 는 에피네프린이며 20%는 노르에피네프린이다. 하지만 이러한 비율은 생리적 상태에 따라 변화한다. 카테콜아민은 교감신경계가 발휘하는 것과 비슷한 강력한 작용을 보여준다. 동일한 카테콜아민이 교감신경계에서는 신경전달물질로 작용한다는 것을 기억할 것. 그렇지만 호르몬의 효과는 더 오랫동안 지속되는데 그것은 이러한 물질이 신경전달물질의 빠른 재흡수 및 분해와 비교해서 혈액으로부터 상대적으로 느리게 제거되기 때문이다. 이 두 호르몬은 싸움 혹은 도주(fight or flight) 반응을 불러일으켜 곧이어 시작되는 활동에 대해 인체를 준비시켜 준다. 비록 일부 특정 반응에 있어서는 이 두 호르몬의 작용이 서로 다르지만 두 호르몬은 함께 작용한다. 두 호르몬의 작용은 다음을 포함한다.

• 심장의 박동수와 수축력 증가
• 신진대사 증가
• 간과 근육의 글리코겐 분해(글리코겐을 글루코스로 분해) 증가
• 혈액 속으로의 글루코스와 유리지방산 방출 증가
• 골격근으로의 혈액 재분배
• 혈압 증가
• 호흡 증가

에피네프린과 노르에피네프린의 분비는 여러 가지 다양한 요인에 의해 영향을 받는데 그중에는 신체 위치의 변화, 심리적 스트레스, 운동 등이 포함된다. 피험자가 운동 강도를 점진적으로 증가시키면 이러한 호르몬의 혈장 농도는 증가한다. 혈장 노르에피네프린 수준은 VOznex 50% 이상의 운동 강도에서 급격히 증가한다. 하지만 에피네프린 수준은 운동 강도가 VOymax의 60~70% 수준을 초과 할 때까지는 유의하게 증가하지 않는다. 장시간 동안의 중강도 항정상태 운동에서는 두 호르몬의 농도가 모두 증가한다. 운동이 종료되면 에피네프린 수준은 몇 분 이내에 휴식 상태로 되돌아가지만 노르에피네프린은 여러 시간 동안 상승된 채로 남아 있을 수 있다.
부신피질(adrenal cortex)은 코티코스테로이드(corticosteroids) 라고 부르는 30가지 이상의 서로 다른 스테로이드성 호르몬을 분비한다. 일반적으로 이 호르몬들은 3가지 형태로 분류된다: 전해질 코티코이드(mineralocorticoids: 추후의 내용에서 논의), 글루코코 티코이드(glucocorticoids), 고나도코티코이드 (gonadocorticoids:성호르몬).
글루코코티코이드는 운동 그리고 다른 형태의 스트레스에 적응하는 능력에 필수적이다. 또한 글루코코티코이드는 음식을 섭취하지 않고 오랜 기간을 보내더라도 혈장의 글루코스 농도를 비교적 일정하게 유지시켜 준다. 하이드로코티졸(hydrocortisol)이라고도 알려져 있는 코티졸(cortisol)이 주요 코티코스테로이드이다. 인체 내 모든 글루코코티코이드 작용의 약 95%가 코티졸에 의해 이루어 진다. 코티졸은 다음과 같은 작용을 하는 것으로 알려져 있다.

• 연료의 공급이 적절하게 이루어지도록 글루코스신생합성을 촉진시킨다.
• 유리지방산의 동원을 증가시켜 에너지원으로 더욱 잘 이용되도록 해준다.
• 단백질 분해를 촉진시켜 분해된 아미노산이 손상된 조직의 복 구, 효소 합성, 그리고 에너지 생산에 사용되도록 해준다.
• 항염제(anti-inflammatory agent)로 작용한다.
• 면역반응을 저하시킨다.
• 에피네프린에 의해 초래된 혈관 수축을 증가시킨다.

4) 췌장

췌장은 위(stomach)의 뒤쪽 약간 아래에 위치해 있다. 췌장에서 분비되는 두 가지 주요 호르몬은 인슐린(insulin)과 글루카곤 (glucagon)이다. 서로 상반되는 작용을 하는 이러한 두 호르몬의 균형이 혈장 글루코스 농도의 주된 조절 요인이다. 음식을 섭취한 이후처럼 혈장 글루코스 수준이 상승하면(hyperglycemia: 고혈당) 췌장은 인슐린을 혈액 속으로 분비한다. 인슐린의 작용에는 다음 것들이 포함된다.

• 세포, 특히 근육 내부로의 글루코스 이동을 촉진시킨다.
• 글리코겐생성(glycogenesis)을 촉진시킨다.
• 글루코스신생합성(gluconeogenesis)을 억제한다.

인슐린의 주요 작용은 혈액 속에 순환하는 글루코스의 양을 감소 시키는 것이다. 그 밖에도, 단백질과 지방의 대사에 관련되어 있으며, 세포의 아미노산 흡수를 증가시키고 단백질과 지방 합성을 촉진시킨다. 췌장은 혈장 글루코스 농도가 정상 수준 이하로 떨어질 때 (hypoglycemia: 저혈당) 글루카곤을 분비한다. 글루카곤의 작용은 일반적으로 인슐린과 반대이다. 글루카곤은 간의 글리코겐분해 그리고 글루코스신생합성을 촉진시킨다. 이 두 가지 과정 모두 혈장 글루코스 농도를 증가시킨다.
30분 또는 그 이상 지속되는 운동 동안, 인체는 혈장 글루코스 수준을 유지하려고 노력한다. 하지만 인슐린 수준은 감소하는 경향이 있다. 근육세포의 수용체에 결합하는 인슐린의 능력은 운동 동안 증가한다는 것을 연구에서 보여주었으며 이것은 근육으로의 증가된 혈류가 주된 이유이다. 이러한 변화는 인슐린에 대한 신체의 민감도를 증가시키며 근육세포 내부로의 글루코스 운반을 위해 높 은 혈장 인슐린 농도를 유지해야 하는 필요성을 감소시킨다. 그와는 달리, 혈장 글루카곤은 운동 동안 점차적인 증가를 보여준다.
글루카곤은 간의 글리코겐분해(glycogenolysis)를 촉진시킴으로써 혈장 글루코스 농도를 유지한다. 이러한 작용은 세포의 글루코 스 이용 가능성을 높이며 증가된 대사적 요구를 충족시킬 수 있도록 적절한 글루코스 농도를 유지시킨다. 이러한 호르몬들의 반응은 단련된 사람에게서는 일반적으로 둔화되며, 잘 단련된 사람은 혈장 글루코스 수준을 더 잘 유지할 수 있다.