노화의 속도를 조절, 신체적 활동

2. 노화의 속도를 조절, 신체적 활동

 

 우리는 정기적인 신체 활동의 건강상 이점을 잘 알고 있다. 정기적인 유산소 활동에 참여하는 모든 성인의 낮은 심박수, 낮은 혈압, 중성지방, LDL 콜레 스테롤 (" 나쁜" 유형 ) 그리고 높은 HDL (" 좋은" 유형 ) 수준을 비슷한 나이의 비운동 개체와 비교했다. 유산소 활성 증가의 결과에 따른 체지방의 감소는 제 2 형 당뇨병 및 특정 유형의 암의 위험성을 낮춘다. 또한 최근의 연구는 평생 정기적인 신체 활동이 알츠하이머와 파킨슨 병의 낮은 발병률과 연관될 수 있음을 나타낸다.

 정기적인 신체 활동은 노화 관련 질환의 위험을 낮추고, 이는 차례로 평균수명을 증가시킨다. 그러나 운동은 최대 수명을 증가시키지 않는다. 이 효과는 1980년대에 발간된 두 개의 고전 연구에서 보여졌다.

 한 연구에서 다른 유형의 식이 제한을 가진 비운동 쥐의 수명을 쳇바퀴를 준 쥐의 수명과 비교 했다. 우리에 쳇바퀴가 있는 쥐는 평균수명이 쳇바퀴가 없는 동물에 비해 조 금 늘어났다. 흥미롭게도 운동을 하지 않았지만 칼로리 제한을 준 쥐가 평균수명이 가장 길었다 ( 그러나 최대는 아님 ). 따라서 우리는 칼로리 제한이 노화와 수명의 속도를 모두 변경하는 반면에 신체 활동은 노화의 속도를 변화시킨다는 결론을 내릴 수 있었다. 이러한 연구 결과와 일관된 인간의 연구 결과는 생식 수명의 길이가 정기적인 신체 활동량과 직접적으로 관련이 있다고 보고했다. 즉, 정기적인 신체 활동량이 많을수록 생식 후 수명이 연장 되고 평균수명이 늘어난다는 것을 의미한다. 이러한 연구에서 연구자들은 정기적인 신체 활동으로 인해 생식 후 수명의 연장이 암과 심장 질환에 대한 위험 감소와 가장 관계가 있음을 보여줬다. 이 절에서는 정기적인 신체 활동의 결과로 기능의 유지 또는 증가된 기능에 대한 생물학적 기초를 탐구한다. 우리는 운동 생물학의 기본 원리에 대한 간략한 소개로 시작한다. 노화의 속도를 느리게 하는 것을 이러한 기초 원리의 관점에서 설명한다. 우리는 신체 활동과 같은 개입이 노화 속도를 늦출 수 있는 이유를 설명하는 일반적인 이론으로 몇 가지 추측을 마치고자 한다.

 

 

 

1) 운동은 근육의 산소 요구량을 증가시킨다.

 

 대부분의 경우 운동을 시작할 때 첫 번째 반응으로 호흡 속도가 증가하는데, 이를 폐 생리학자들은 환기 ( ventilation ) 라고 부른다. 환기의 증가는 메의 화학수용체 ( chemoreceptors. 특별한 화학물질과 결합하는 신경 수용체 ) 가 말단으로부터 혈중 이산화탄소의 수준을 감지하기 때문에 발생한다. 신경 자극 이 뇌로 전달되면 다시 폐로 신호를 돌려 보내고 호흡률을 증가시킨다. 동시에 심장의 우심실은 사지에서 돌아오는 혈액의 양이 감소하는 것을 감지하는 데, 이것은 근육에서 더 많은 모세 혈관이 열리기 때문이다. 그 결과 심장 박동은 더 많은 혈액을 전달하기 위해 빨라진다.

 이러한 생리학적 반응은 하나의 이유 때문에 발생한다. 근육은 ATP 를 생성하기 위해 더 많은 산소를 필요로 하고 그들은 더 많은 일 ( 근육 수축의 비율 ) 을 할 수 있게 된다. 제 4 장에서 근육 섬유의 수축을 위한 에너지는 ATP 에서 하나의 인산 결합 의 붕괴로부터 온다는 사실을 기억하라 ( ATP + H.O → ADP + P. + energy + heat ).

 근육은 5~10초 분량의 저장된 에너지만을 포함하기 때문에 ATP는 운동을 하는 동안 지속적으로 합성할 수 있어야 한다. 이 과정은 산소를 필요로 한다. 또한 ATP 합성, 이산화탄소 및 젖산 부산물 대사의 중가는 정상 세포의 화학반응을 방해하는 pH 저하를 방지하기 위해서 근육 세포로부터 제거되어야 한다. ATP 는 두 개의 분리된 연결 통로를 통해 근육에서 합성할 수 있다. 먼저, 해당과정은 산소를 필요로 하지 않고 ( 혐기성 ), ATP 의 합성을 위한 기질로 포도당만 사용할 수 있다. 포도당의 혐기성 대사는 합성할 수 있는 ATP 의 양을 제한한다. 포도당의 모든 분자가 대사될 때 오직 2 분자의 ATP 가 합성된다. 다른 ATP 합성 경로는 산화적 인산화 ( 제 4 장에서 설명했던 ) 는 산소를 필요로 한다 ( 호기성 ). 산화적 인산화는 해당과정과 비교하여 ATP 를 16배 이상 생산 할 수 있고 지방과 포도당 모두를 사용할 수 있다. 지방과 탄수화물을 모두 사용할 수 있는 능력과 결합된 산소를 사용하는 산화적 인산화가 해당과정보다 대사적으로 훨씬 더 효과적이다.

 

 인간은 휴식과 운동 중에 ATP 합성을 위해서 모든 시스템을 동시에 사용한다. 휴식 중 또는 적당한 운동 중에는 산화적 인산화에서 유리 지방산의 사용이 우세하다. 에너지가 급하게 필요할 때 또는 산소를 흡수하는 세포의 능력이 ATP 의 필요를 초과했을 때는 해당 과정이 우세하다. 유산소 운동이 산화적 인산화 시스템에 스트레스를 가하거나 과부화하는 방법을 이해하는 것은 운동이 노화의 속도를 늦추고 표 10.1 에 나열된 이점 을 유도하는 방법을 이해하는 열쇠이다. 이를 위해 단일 운동에 대한 생리학적 그리고 세포 반응을 보는 것이 도움이 된다.

 우리는 속도를 증가시켜 달린 후 오랜 기간 동안 앉아 있는 개인을 예로 사용할 것이다. 처음 몇 분 정도 달린 후 5~10초 정도 세포 내 ATP가 근육 수축을 위해 저장된다. 왜냐하면 세포 내 ATP의 저장은 제한되어 있기 때문에 근육 세포 는 더 많은 ATP를 공급하기 위해 근육 수축의 새로운 수준을 필요로 한다. 비록 근육이 ATP 를 생성하기 위해 산화적 인산화를 이용하는 것이 더 효과적일 수 있더라도 몸은 산소 요구량의 증가를 인식하고 조직에 혈류를 증가 시킬 만큼 충분한 시간이 없다. 따라서 ATP가 필요한 시점에 해당과정에 의해 생성된다. 왜냐하면 그 경로는 산소가 필요 없기 때문이다. 그러나 해당과정에서 ATP를 합성할 수 있는 속도는 비용이 든다.

 

 하나의 포도당은 두 개의 ATP 본자만 공급하는 것 외에도, 당분해는 젖산 생성으로 끝난다. 인간은 젖산을 중화하는 것이 비효율적이며, 우리가 ATP 합성을 위해 해당과정만 사용한다면 세포 내와 혈증의 pH가 낮아짐에 따라 근육의 수축이 중단될 것 이다. 약 1~2분간 지속된 적당한 운동 ( 운동을 하는 동안 여전히 말을 할 수 있음을 의미 ) 후 신체는 산소 운반을 증가시키는 혈류를 증가시킴으로써 근육 활성을 증가시키는 반응을 한다. 산소 공급의 중가는 산화적 인산화 경로를 개시하고, 해당과정에 대한 의존도를 감소시키며, ATP 합성과 운동은 부정적인 대사에 대한 어떤 결과 없이도 계속하게 한다.

 이제는 오랜 시간 앉아 있는 사람이 운동 속도를 높이기로 결정했다고 가정하자. 속도의 증가는 ATP 합성에 필요한 새로운 산소의 요구량을 충족하기 위해 심장과 호흡 속도를 증가시킨다. 그러나 시스템에 한계가 있기 때문에 무제한으로 그녀의 속도를 증가시킬 수 없다. 그녀가 오랜 시간 앉아 있었기 때문에 그녀의 근육 세포는 앉아 있는 데에 충분한 대사능력을 가지고 있다.

 심장과 폐는 근육에 충분한 산소를 공급할 수 있지만, 근육 세포는 ATP 합성에 산소를 사용할 수있는 충분한 능력을 가지고 있지 않다. 이 사람은 결국 산화적 경로를 통해 ATP 생성으로 수요를 유지할 수 있는 지점에 도달한다. 이때 신체는 해당과정을 통해 대부분의 ATP를 공급하기 시작한다.

 

2) 세포의 산화적 경로의 과부하는 ATP 생성을 위한 능력을 증가시킨다.

 

 오랜 시간 앉아있는 개인은 오직 근육 수축률을 유지하기 위한 호기성 대사 능력을 가진다. 그러나 그녀가 장기간에 결쳐 유산소 운동을 매일 반복한다면 근육의 ATP 합성 능력을 증가시킬 수 있다. 모든 개인에게 유산소 운동은 혈액량 증가, 적혈구 생성, 해당과정과 산화적 경로의 효소 생산 등 몇가지 생리학적 세포 내 반응을 유도한다. 몇 주에 걸쳐 유산소 운동 을 매일 반복하는 것은 심지어 휴식하는 동안에도 영구적으로 이러한 반응을 만들 것이다. 이 대사 적응은 유산소 운동으로 인한 건강상의 이점을 설명해 준다. 유산소 운동으로 인한 ATP 합성 경로가 과부화가 걸리면 변화는 그대로 유지될 것이다. 유산소 운동을 통해 혈액량과 적혈구의 수가 증가하면 한번에 말단까지 혈액과 산소의 양을 증가시킨다. 게다가 유산소 운동은 근육의 대사 능력을 증가시켰기 때문에 근육 세포에 의한 혈액으로부터의 산소 추출이 보다 효율적으로 이루어진다. 그 결과로 심장은 정기적인 신체 활동 전에 피를 주변부로 퍼 올릴 필요가 없다. 심혈관계는 휴식과 심박수 감소로 심장의 혈압을 감소시킴으로써 근육 효율성이 증가한 새로운 수준에 적응한다. 그것에 따라 심장의 일도 감소한다. 게다가 산화적 대사 능력에 대한 능력의 증가는 지방을 에너지원으로 더 잘 이용할 수 있음을 의미한다. 지방은 지방조직에 저장 되어 있기 때문에 정기적인 신체 운동 프로그램은 식이에 의해 칼로리가 증가하지 않는 한 체중을 줄인다. 많은 연구가 감소된 체중에서 제 2 형 당뇨병 및 관상동맥 질환의 위험을 낮춘다는 것을 보여준다.