입력 | 2019-11-07

근육 생리

인체 근육을 움직이기 위해서는 다른 부위의 세포보다 많은 에너지, 즉 ATP가 필요하다. 근육세포의 ATP는 주로 미오신 머리의 치기동작이 포함되는 수축 과정(미오신 ATPase)에 사용된다. 또한, 작지만 흥분-수축 짝물림 후 세포 안팎으로 일정한 나트륨이온(Na⁺)와 칼륨이온(K⁺)의 농도 유지를 위한 이온수송 과정(Na⁺-K⁺ ATPase), 그리고 근소포체로 칼슘이온(Ca⁺⁺)를 되돌리는 이온수송 과정(Ca⁺⁺ ATPase)에서도 필요하다.

과연, 근육은 이렇게 많은 ATP를 어디에서 어떻게 공급받을까?

근육은 다른 세포에서는 볼 수 없는 1. 크레아틴인산(creatine phosphate; CP)이라는 ATP공급 경로가 있다. 또한, 인체의 다른 세포들처럼 2. 포도당을 이용하는 해당작용(glycolysis), 그리고 단백질, 지방의 공통경로인 3. 산화적 인산화(oxidative phosphorylation), 이렇게 세 가지 방법을 통해 ATP를 공급받는다.

1. 크레아틴인산(creatine phosphate; CP)은 근육의 예비 에너지로 근육이 쉬고 있을 때, 크레아틴과 ATP 사이에 형성된 고에너지 인산화 결합을 가지고 있다. 근육이 활동하면, 고에너지 인산화 결합에서 ADP로 인산기를 전달시켜 보다 많은 ATP를 생산하고 이렇게 생산된 ATP가 수축과 이완 과정에 이용된다. 하지만, 고에너지 인산화 결합에 저장된 에너지는 매우 제한적이라, 임상에서는 주로 검사에 활용한다.

크레아틴인산에서 ADP로 인산기를 전달시키기 위해 결합을 자르는 효소(kinase)를 크레아틴 인산화효소(creatine kinase, CK 또는 creatine phosphokinase, CPK)라고 한다. CK는 B형과 M형의 두 가지 주요 소단위(subunit)가 있으며, 근육의 종류에 따라 골격근에는 주로 MM형, 심장에는 MB형, 뇌와 장에는 BB형이 존재한다. 혈액 속에 떠다니는 크레아틴 인산화효소(CK or CPK)의 양이 많아지면 ‘근육에 문제가 생겼다’는 것을 뜻한다.

만약, 심한 운동(스피닝, 유격훈련...)을 하고 나면 심한 근육통이 생길 수 있고 소변의 색이 콜라색으로 바뀔 수 있는데, 이 때 혈액검사에서 CPK가 1000 U/L 이상이면 횡문근융해증(Rhabdomyolysis)을 의심할 수 있다. 또한, 갑자기 가슴 통증이 있으면 병원에서는 심장수치(cardiac marker)를 확인하게 되는데, 그 중의 하나인 CK-MB의 상승은 “심장근육에 문제가 생겼다”는 것을 의미한다.

2. 근육에서도 탄수화물 특히 포도당(glucose)은 ATP 생산을 위한 매우 빠르고 효율적인 에너지원이 된다. 포도당은 해당작용(glycolysis)을 통해서 피루브산(pyruvate)이 되고, 충분한 산소공급이 있으면, 피르부산은 시트르산 회로(citric acid cycle)로 들어가 포도당 한 분자에 약 30~32개의 ATP를 생산한다. 하지만, 격렬한 운동을 하는 동안 산소 농도가 너무 낮으면 근육의 물질대사는 무기성 해당과정(anaerobic glycolysis)으로 바뀐다. 이 과정에서는 포도당 한 분자에 단지 2개의 ATP만을 생산 하게 되고, 젖산(lactic acid)이라는 물질이 만들어져서 근육에 쌓이게 된다.

포도당의 무기성 물질대사는 매우 빠른 ATP 공급의 원천이지만, 만들어지는 ATP 개수가 작고 매우 짧은 시간만 작동하여 곧 피로를 느끼게 된다. 또한 젖산(lactic acid)이 근육에 쌓이게 되면, 다음날 아침, “알이 배겼다”라고 표현하는 근육통의 원인이 된다.

3. 지방산(fatty acid)과 단백질(protein)도 근육섬유에 에너지를 공급할 수 있는데, 이들이 ATP를 공급하는 산화적 인산화(oxidative phosphorylation)라는 과정은 항상 충분한 산소가 필요하다. 또한, 지방산을 아세틸 CoA(acetyl CoA)로 전환시키는 베타 산화(beta-oxidation)는 느리게 천천히 일어나는 과정이다.

당신이 다이어트를 위해 운동을 한다고 생각해보자! ‘극심한 운동’을 하면, 근육이 요구하는 에너지양을 지방산 대사(산소필요, 속도느림)를 통해서는 충족시키지 못하기 때문에, 근육은 먼저 포도당을 빠르게 이용해 버린다.

체지방을 줄이고 싶다면? 극심하고 격렬한 운동 보다는 유산소운동 즉, 빨리 걷는 경보처럼 ‘가벼운 운동’을 하면, 근육은 포도당과 더불어 지방산을 함께 태울 수 있어 좀 더 효율적으로 체지방을 줄일 수 있다.

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