운동 동안의 수분과 전해질 균형에 대한 호르몬 조절

운동 동안의 신체 수분 균형은 최적의 대사, 심혈관계. 체온조절 기능에 필수적이다. 운동이 시작되면, 물이 혈장으로부터 세포 사이(interstitial) 공간과 세포 내로 이동한다. 이 같은 물의 이동은 활동적인 근육의 양과 운동 강도에 특정적이다. 대사의 부산물이 근섬유 내부와 주변에 축적되기 시작하면서 삼투압이 증가한다. 물이 그러한 장소로 당겨진다. 또한 근육 활동의 증가는 혈압을 상승시키며 이것은 물을 혈액으로부터 밀어낸다(정수압). 그 밖에도, 운동 동안 땀의 분비가 증가한다. 이러한 변화의 종합적인 결과로써 근육과 땀샘은 물을 얻게 되지만 혈장량은 줄어든다. 예를 들면. VOzmax 75% 수준에서의 달리기는 혈장량을 5~10% 감소시킨다.
줄어든 혈장량은 혈압 그리고 피부와 근육으로의 혈액 공급량을 감소시킨다. 이러한 결과는 경기력에 심각한 영향을 미칠 수 있다.

1) 수분과 전해질 항상성에 관련된 내분비선

내분비계는 신체 수분의 상태를 계속 감지하면서 불균형을 바로 잡는 데 주된 역할을 하며 이러한 작용은 전해질의 균형, 특히 나트룸 균형의 조절과 병행하면서 이루어진다. 이 같은 조절 작용에 관련된 두 가지 주요 내분비선은 뇌하수체 후엽과 부신피질이다. 신장은 이러한 선에서 분비되는 호르몬의 주된 표적조직일 뿐만 아니라 그 자체 또한 내분비선이다.

1. 뇌하수체 후엽

뇌하수체 후엽은 시상하부로부터의 신경조직이 성장한 것이다. 이러한 이유 때문에 이것은 신경뇌하수체(neurohy-pophysis)라고도 부른다. 후엽에서 두 가지 호르몬이 분비된다: 항이뇨호르몬(antidiuretic hormone: ADH 또는 vasopressin)과 옥시토신(oxytocin). 두 호르몬 모두 실질적으로는 시상하부에서 생산된다. 호르몬은 신경조직을 통해 운반되며 뇌하수체 후엽에 있는 신경 끝 부분의 소포(vesicle) 내에 저장된다. 저장되어 있던 호르몬들은 시상하부로부터의 신경자극에 의해 모세혈관 속으로 분비된다.
뇌하수체 후엽에서 분비되는 두 가지 호르몬 중에서 ADH만이 신체활동에 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있다. ADH는 신장에 의해 재흡수되는 물의 양을 증가시킴으로써 인체의 수분 보유를 증가시킨다. 그 결과 더 적은 양이 소변으로 배출되는 "항이뇨"작용이 일어나도록 한다. 근육 활동과 땀 분비는 전해질에 비해 더 많은 양의 수분이 혈장을 벗어나도록 만들어 혈장 속의 전해질이 농축되도록 만든다. 이 같은 현상을 혈액농축(hemoconcentration)이라고 부르며, 이것은 혈장의 삼투질농도(osmolality: 혈장 속에 녹아 있는 물질의 이온 농도)를 증가시킨다. 혈장 삼투질농도의 증가가 ADH 분비를 가져오는 주된 생리적 자극이다. 삼투질농도의 증가는 시상하부에 위치하고 있는 삼투압수용체(osmoreceptor)에 의해 감지된다. ADH 분비의 두 번째 및 연관된 자극은 적은 혈장량이며 심혈관계의 압력 수용체에 의해 감지된다. 어느 것이든 간에 이러한 자극에 대한 반응으로 시상하부는 뇌하수체 후엽에 신경 자극을 보내 ADH가 분비되도록 만든다. ADH는 혈액 속으로 들어가서, 신장으로 이동되며, 혈장 전해질 농도를 정상 수준으로 되돌리기 위한 노력으로 인체의 수분 보유를 증가시킨다. 인체 수분 보존에 있어서의 이러한 호르몬의 역할은 수분 상실을 최소화하며 따라서 많은 땀을 흘리거나 힘든 운동을 하는 기간 동안 심각한 탈수의 위험을 최소화한다.

2. 부산피질

전해질코티코이드라고 불리는 한 부류의 호르몬들이 세포 외액(extracellular fluid)의 전해질, 특히 나트륨과 칼륨의 균형을 유지한다. 그중에서 알도스테론(aldosterone)이 주요 전해질코티코가드이며 모든 전해질코티코이드 작용의 최소한 95%가 알도스테론에 의해 이루어진다. 알도스테론은 신장의 나트륨(Nat) 재흡수를 증가시켜 인체가 더 많은 양의 나트륨을 보유하도록 만든다. 나트륨이 인체에 남게 되면 물도 따라서 남는다. 그러므로 ADH처럼 알도스테론은 수분을 보유하도록 해준다. 나트륨의 체내 보유는 또한 칼륨(K+) 배설을 증가시키므로 알도스테론은 칼륨의 균형과도 관련이 있다. 이러한 이유에서, 알도스테론의 분비는 혈장 나트륨 감소, 혈액량 감소, 혈압 감소, 그리고 혈장 칼륨 농도 증가를 포함한 많은 요인들에 의해 자극을 받는다.

2) 내분비기관으로서의 신장

비록 주요 내분비 기관은 아니지만 신장은 에리스로포이에틴(erythropoietin)이라고 부르는 호르몬을 분비한다. 에리스로포이에틴은 골수세포(bone marrow cell)를 자극함으로써 적혈구(erythrocyte) 생산을 조절한다. 적혈구 세포는 조직으로의 산소 운반과 이산화탄소 제거에 필수적이므로 에리스로포이에틴은 트레이닝과 고지(altitude)에 대한 인체 적응에 아주 중요하다.
신장은 혈액 속의 알도스테론 농도를 결정하는데도 중요한 역할을 한다. 알도스테론 분비의 일차적인 조절 요인은 칼륨과 나트륨이지만 두 번째 세트의 호르몬 또한 알도스테론 농도를 결정하며 따라서 인체 수분의 균형을 조절하는 데 도움을 준다. 혈압이나 혈장량의 감소로 인해 신장으로의 혈류가 줄어든다. 교감신경계의 활성에 의해 자극을 받으면 신장은 레닌을 분비한다. 레닌은 효소며 혈액 속으로 분비되어, 안지오텐시노전이라 불리는 혈장 단백을 안지오텐신 I으로 바꾼다. 안지오텐신 I은 폐에서 안지오텐신 환효소(ACE)에 의해 활성적인 형태인 안지오텐신 II로 전환된다 안지오텐신 II는 신장에서의 나트륨과 수분 재흡수를 위해 부신 질로부터 알도스테론 분비를 촉진시켜 신장에서의 나트륨과 수분 재흡수 증가를 가져온다. 앞의 내용에서 살펴보았듯이 알도스테론의 주된 역할은 신장에서의 나트륨 재흡수이다. 물은 나트륨을 따라 이동하므로 신장의 이러한 나트륨 배설 감소는 신장으로 하여금 물량 또한 보유하도록 만든다. 최종적인 결과는 인체의 수분 보유량을 보존하는 것이며 따라서 혈압을 거의 정상 상태로 유지하면서 혈장량의 상실을 최소화한다. 예를 들어 2시간의 운동 동안 혈장량과 알도스테론 농도 변화를 살펴보겠다.
알도스테론과 ADH의 작용은 운동 후 12~48시간 동안 지속되면서 소변의 양을 줄이고 추가적인 탈수로부터 인체를 보호한다. 실제로, 알도스테론에 의한 지속적인 Na+ 재흡수는 신체의 Na+ 농도가 운동 후 정상 수준 이상으로 증가되도록 만든다. Na+ 수준의 이 같은 증가를 상쇄하기 위한 노력으로 섭취된 물의 더 많은 양이 세포외영역(extracellular compartment)으로 이동한다(Na+의 농도 증가를 방지하기 위해). 3일 동안 운동과 탈수를 경험한 피험자들의 혈장량은 운동 기간에 걸쳐 계속해서 증가한다. 혈장량의 이러한 증가는 음식으로 섭취되는 Na+의 인체 보유와 일치하는 듯하다. 신체활동이 중단되면 초과 Na+과 수분은 소변을 통해 몸 밖으로 배설된다. 힘든 트레이닝을 실시하는 대부분 운동선수들의 경우 혈장량은 증가되어 있는 상태이며 여러 가지 혈액 성분들이 일반인들보다 희석되어 있다. 혈액 속에 들어 있는 물질의 실질적인 양은 변하지 않았지만 더 많은 양의 물(혈장) 속에 퍼져 있기 때문에 희석된 상태이며 농도는 감소한다. 이러한 현상을 혈액희석(hemodilution)이라고 부른다. 헤모글로빈은 혈장량의 증가에 의해 희석되는 물질 중의 하나다. 이러한 이유에서, 실제로는 정상적인 헤모글로빈 수준을 가지고 있는 일부 선수들이 Na+에 의한 혈액희석의 결과로 인해 빈혈인 것 처럼 보일 수도 있다. 이러한 상태가 빈혈과 혼동되어서는 안 된다. 알도스테론 수준이 정상으로 되돌아가고 인체에 과다 보유되어 있던 Na+과 물을 신장이 배설할 수 있도록 시간적 여유를 주는 며칠 동안의 휴식으로 이러한 상태는 해소될 수 있다.