4. 인체의 에너지 대사

1. 생리적 에너지원 에너지의 정의 : 일을 수행하는 능력. 즉, 일을 하게하는 능력 에너지의 형태 : 화학적, 기계적, 열, 빛, 전기적, 핵 에너지 스포츠 활동은 근수축작용에 의해서 이루어지고, 근 수축은 인체 내에서 음식물이 화학적으로 전환하여 축적되어 있는 화학적 에너지가 기계적 에너지로 전환하는 것을 의미

음식물 섭취  에너지 발생  ATP 생성  ATP 분해시 방출되는 에너지가 근수축에 이용 근수축에 이용되는 에너지 : 근수축의 직접적인 에너지원은 아데노신3인산(adenosine triphosphate : ATP)이다.

1) 아데노신 3인산(ATP) ATP의 구조 : 한 개의 아데노신과 세개의 인산염으로 구성 아데노신━ⓟ━ⓟ━ⓟ → 아데노신━ⓟ━ⓟ + ⓟ                     ↑                   ↓                     ATPase(효소)      에너지 발생      ATP            →      ADP         +  Pi  + 생리적 일을 위한 에너지

ATP 에너지 대사 - 결합물 사이의 마지막 두개의 인산염 그룹이 고에너지 화합물 - 인산염 결합물 중 하나가 ATP 분자로 부터 분해될 때 7-12kcal 에너지 방출 : ADP+Pi의 형태가 된다 - ATP가 분해되는 동안 방출되는 에너지는 근수축의 직접적인 에너지원

2) ATP의 급원 근육세포로의 ATP 공급은 ATP 재합성에 의한 에너지에 의존 에너지 생산의 3가지 시스템 1. ATP-PC 시스템(인원질 시스템) 2. 젖산 시스템(무산소성 해당과정) 3. 유산소 시스템

2. 에너지 시스템 대사 : 체내에서 일어나는 여러가지 연쇄적인 화학반응 과정을 의미한다 유산소적 대사 : 산소의 존재가 필요한 연쇄적인 화학반응(유산소 시스템) 무산소적 대사 : 산소의 존재가 필요하지 않은 연쇄적인 화학반응(ATP-PC 시스템, 젖산시스템)

1) ATP-PC 시스템 PC(phosphocreatine) : 크레아틴 인산의 약자. - 근세포속에 저장되어 있다 - 분해시 다량의 에너지 발생 (이 에너지가 ATP 재합성에 필요한 에너지로 이용된다) PC(phosphocreatine) → Pi + Creatine + 에너지                     ↑                creatine kinase(효소)                                ADP + Pi → ATP 

ATP-PC 시스템의 특징 - 1몰의 PC가 분해하여 1몰의 ATP가 재합성 - PC는 무기인산과 크레아틴으로 분해되면서 ATP 재합성에 필요한 에너지를 방출 - ATP는 강한 운동시 몇 초내에 고갈 - ATP-PC 시스템의 가치는 양보다는 시간 (급속히 에너지를 이용할 수 있다) - 스프린팅, 점프, 스윙, 킥킹, 단거리달리기 스타트 등..

2) 젖산 시스템 무산소적 해당과정 - 산소의 이용없이 당(탄수화물)을 분해 - 당의 분해는 ATP를 만드는데 필요한 에너지를 공급한다 - 당이 분해될 때 최종 산물중 하나가 젖산 (피로유발)

2. 유산소 시스템에 의한 ATP 생산과 비교할 때 무산소 조건에서 당 분해에 의한 ATP 재합성은 매우 적다. 젖산 시스템의 제한점 1. 근육과 혈액속의 젖산 축적으로 근피로 유발 2. 유산소 시스템에 의한 ATP 생산과 비교할 때 무산소 조건에서 당 분해에 의한 ATP 재합성은 매우 적다. Glucose 1  Lactate2 + 에너지 에너지 + 2Pi + 2ADP  2ATP

젖산 시스템의 특징 - 1분에서 3분 내의 최대능력으로 행하는 운동의 ATP 에너지 생산은 대부분 젖산 시스템에 의존 - 1500m 달리기 같은 경기에서 last spurts 하는데 주로 이용되는 시스템 - ATP-PC 시스템과 마찬가지로 에너지 공급이 신속

3) 유산소성 시스템 유산소 시스템 1. 유산소성 해당과정 2. 크렙스 사이클 3. 전자전달계

- 글리코겐을 CO2와 H2O로 분해하는 유산소 시스템의 첫번째 단계 유산소성 해당과정 - 글리코겐을 CO2와 H2O로 분해하는 유산소 시스템의 첫번째 단계 - 젖산 생성되지 않음 (C6H12O6)n +6O2  6CO2 + 6H2O + 에너지 에너지 + 38Pi + 38ADP  38ATP

크렙스 사이클

전자 전달계 - 세 장소에서 ADP를 인산화 하여 ATP를 형성(3ATP) - 전자들이 전자전달계를 통과하면서 고반응 분자인 자유유리기 형성 (근피로의 원인) - 전자전달계로 들어가는 전자들은 크렙스 사이클에 의해 형성된 NADH와 FADH에 의해 공급 - NADH가 먼저 들어간 다음 FADH가 들어간다   한단계 뒤에 FADH가 들어가므로 NADH는 3ATP, FADH는 2ATP 를 형성 - 전자전달계의 마지막 단계에서 산소는 전자를 받아들여 수소이온과 결합하여 물을 형성

유산소 시스템의 특징 - 산소를 이용하여 ATP 생산 - ATP-PC, 젖산 시스템보다 많은 양의 에너지를 생산 - 피로물질이 생성되지 않는다 - 글리코겐 뿐 아니라 지방, 단백질이 유산소적으로 화학적 경로(크렙스 사이클, 전자전달계)를 통하여 CO2와 H2O로 분해되어 ATP를 합성하는데 필요한 에너지를 방출 - 탄수화물과 지방이 운동중 ATP 생산의 중요에너지원 (단백질의 역할은 작다)

유산소성 ATP의 계산 1개의 포도당 분해에 따른 유산소성 ATP계산 대사적 과정 고에너지 생산 해당과정    2ATP -     2(무산소성)    2NADH 6     8(유산소성) 피루빅산 → acetyl-CoA     14 크렙스사이클    2GTP     16    6NADH 18     34    2FADH 4     38 총     계     38ATP

4) 무, 유산소 운동 에너지 연속체의 4가지 영역 영역 운동시간 주 에너지시스템 운동 종목의 예 1 30초 이내 ATP-PC 시스템 투포환, 100m달리기, 야구 도루, 골프 스윙 2 30-90초 젖산 시스템 200m, 400m 달리기, 100m 수영 3 90-180초 유산소 시스템 800m 달리기, 체조경기, 권투, 레슬링 4 180초 이상 마라톤, 크로스 컨트리 스키, 장거리 수영

3. 에너지 대사 1) 에너지 소비의 구분 # 에너지 : 일을 수행할 수 있는 능력 (단위 : kcal) # kcal : 1kg의 물을 섭씨 14.5도에서 15.5도로 1도의 온도를 증가시키는데 필요한 열량. 1) 에너지 소비의 구분 ① 휴식대사량 ② 활동에 의한 에너지 소모량 ③ 식품 이용을 위한 에너지 소모량 ④ 적응 대사량

(1) 안정대사량 (Resting Metabolic Rate : RMR) # 정상적인 신체기능을 유지하고 체내 항상성을 유지하며, 자율 신경계의 활동을 위하여 최소로 필요한 에너지 # 주로 근육 대사 활동에 기인하므로 체 근육양에 비례 # 식사후 여러시간이 지난후 편안한 상태에서 측정   * 기초대사량(Basal Metabolic Rate : BMR) : 식사후 12-18시간이 지나고 잠에서 깬상태에서 일어나기 전에 측정

# 하루 에너지 소비량의 60-75%를 차지 # 나이 성별, 체격, 영양상태, 호르몬 균형상태, 자율신경계의 활동 등에 의하여 영향을 받음.

(2) 활동에 의한 에너지 소모량 (Thermic Effect of Exercise : TEE) # 활동, 운동 등 주로 근육 활동에 필요한 에너지 # 에너지 필요 부분중 개인에 따른 변량이 가장 큰 부분 # 중정도의 활동을 하는 경우 하루 에너지 소비량의 30% 정도를 차지 # 휴식대사량과는 달리 임의로 그 양을 변화시킬 수 있다.

(3) 식품이용을 위한 에너지 소모량 (Thermic Effect of Food : TEF) # 식품을 섭취한 후 휴식대사량 이상으로 소비되는 열량 # 일반적으로 섭취한 에너지의 10% 정도를 차지.

(4) 적응 대사량(Adeptive Thermogenesis : AT) # 변화하는 환경에 적응하기 위하여 증가된 분량의 대사량 # 스트레스, 온도, 심리상태, 영양상태 등의 변화에 따라 자율신경의 활동이 증가하고 호르몬 농도 등이 변화함에 따라 증가될 수 있는 에너지 부분

2) 칼로리 섭취량과 소비량 - 체중조절 프로그램 계획에 앞서 개인의 칼로리 섭취량과 소비량을 결정해야 한다. - 섭취소비량에 관한 자료는 체중감소율을 산정하고, 장기간 체중감소 목표량을 성취하는데 걸리는 시간을 산정하는데 사용된다. (1) 칼로리 섭취 - 3일동안 매일 자신이 먹는 음식의 양과 종류기록 - 식사기록지는 하루 총 칼로리 섭취량 및 식사형태(음식물의 종류, 식사형태, 음식물의 각 칼로리 등)를 분석하기 위해 사용된다.

- RMR : 신체크기와 체표면적(BSA)에 비례 (2) 칼로리 소비 ① RMR 의 측정 - RMR : 신체크기와 체표면적(BSA)에 비례 - 나이가 증가함에 따라 대사적으로 활동적인 세포들의 수가 감소하기 때문에 RMR은 감소   * 25세 이후로 10년마다 2-5% 정도 RMR 감소   * 20세이후 10년마다 1%정도의 지방이 축적된다 - 신체 크기와 나이 뿐 아니라 신체조성도 RMR에 영향을 준다(근육질의 사람이 지방질의 사람보다 더 높은 RMR을 갖는다). - 여성은 남성보다 5-10%정도 RMR이 낮다

RMR 측정 방법들 Method Equation I. Body surface area(BSA) (McArdle at al.,1981)  Men  Women RMR = BSA * 38kacl/hr * 24hr  RMR = BSA * 35kcal/hr * 24hr  II. Harris-Benedict equations   (Harris & Benedict, 1919)  RMR = 66.473+13.751(BW,kg) +5.0033(HT,cm)-4.6756(Age,yr) RMR = 655.0955+9.463(BW,kg) +1.8496(HT,cm)-4.6756(Age,yr) III. Fat-free body weight (FFB) (Grande & Keys, 1980)  Men & Women RMR = 1.3 kcal/hr/kg FFB * 24hr  IV. Quick estimates  RMR = BW(lb) * 11 kcal/lb  RMR = BW(lb) * 10 kcal/lb 

②추가적인 칼로리 요구량의 측정 - RMR은 하루 총 칼로리 필요량의 50-70%를 차지하나 개개인의 활동수준에 따라 달라진다. - ‘신체활동일지’를 통해 추가적인 에너지 소비를 측정할 수도 있다.   * 활동에 대한 칼로리 소비량 = 소비칼로리량(kcal/min/kg)*체중*활동시간     검사자, 대상자 모두 상당한 시간이 소요 되는 작업.   정확성이 낮다         ∵대개 자신의 신체활동시간을 실제보다 과대평가하는 경향이 있음

활동수준에 따른 추가적인 칼로리 필요량 (Sharkey, 1990) -------------------------------------   활동수준          RMR에 대한  추가적인 퍼센트            침대생활                             10%                           좌식생활                             30%                         가벼운 활동생활                 40-60%                      보통 활동생활                     60-80%                      격렬한 활동생활                 100%