인체 에너지 시스템 & 영양
우리가 움직이고 활동하기 위해서는 근육 시스템에 에너지를 공급해 주어야 한다.
또한 적절한 운동 능력을 발휘하기 위해서는 가능한 최대로 효율적인 방법으로 저장된 에너지를 이용해야 한다. 그렇기 때문에 운동선수에게 에너지 공급을 위한 섭취와 에너지의 소비는 특히 중요하다.
사람은 사실상 식품 속의 에너지원에만 의존하고 있다.
음식을 섭취하고 몸속에서 소화, 흡수의 과정을 거쳐 대사 작용을 통해 에너지를 공급받는다. 탄수화물, 지방, 단백질이 에너지를 공급해 주는 주 영양소 들이다.
결국 음식이 연료인 샘이고 이 음식 연료가 소비될 때, 3가지의 다른 에너지 시스템이 사용 가능한 에너지를 만들어 낸다. 짧은 시간 격렬하게 운동하는 경우와 낮은 강도로 오랜 시간 운동하는 운동 형태에 따라 사용하는 에너지 시스템도 다르다.
운동선수로써 당신의 목표는 최고의 경기를 하는 것일 것이다.
그 목표를 위해 어떻게 에너지가 발생하고 자신의 종목에선 어떤 에너지 시스템이 이용되며, 어떤 영양 섭취에 신경을 써야 하는지를 이해하는 것이 필요하다.
그래서 오늘은 인체의 에너지 시스템에 대해 이야기해 보려 한다.
ATP(아데노신 3 인산; Adenosine Triphosphate)!
우리의 몸은 섭취한 탄수화물이나 지방, 단백질의 형태 그대로 에너지원이 될 수 없다.
탄수화물, 지방, 단백질로부터 체내에서 몇몇 복합적인 생화학적 변화를 거친 후 ATP가 생성된다.
ATP는 곧 인체에서 에너지를 발생시키는 최종 저장 물질이고, 이 ATP 분자가 분해되면서 발생하는 에너지로 우리는 생명활동을 하는 것이다.
이제 세 가지의 인체 에너지 시스템이 무엇인지 그리고 그 특성에 대해 살펴볼 것인데, 이러한 시스템에 의해 ATP가 반복적으로 만들어지고, 이 과정을 통해 에너지를 공급하고 근육이 움직이게 된다.
인체의 에너지 시스템
① ATP-PC 시스템 - 고강도/짧은 기간 운동 시
5-10초 동안에 올 아웃되는 운동 형태(역도, 육상 100m 경기, 야구에서 투구)에서 이용된다.
이 시스템은 ATP를 만들어 내기 위해 산소가 필요하지 않기 때문에 무산소적 에너지 대사 시스템의 한 부분이기도 하다. 처음 2-3초는 우리의 근육에 저장된 ATP로부터 에너지를 만들어 내고 이것이 소비되면 다시 근육 내에 저장한 PC(Phosphocreatine; 크레아틴-인산)을 분해해서 ATP를 만들어서 에너지를 공급하게 되는데 이 과정이 ATP-PC 시스템이다. (대략 10초 이내에 에너지로 소모)
이 시스템은 ATP와 PC가 모두 근육 내에 저장되어 있기 때문에 근육 내에서 빠르게 끌어내어 에너지를 공급할 수 있어 에너지의 아주 빠른 생산이라는 이점이 있다. 하지만 시간이 10초 이상 경과되면 운동 형태에 따라 젖산 시스템 또는 유산소 시스템과 같은 다른 에너지 시스템으로 가동되어야 한다.
② 젖산 시스템 - 보통 강도/중간 기간 운동 시
운동 시간이 10초 이상 경과되면, 젖산 시스템으로 에너지를 공급하는데, 글루코스(포도당)가 분해되어서 젖산으로 전환되며 ATP를 만드는 시스템이다. 이 역시 무산소적 대사과정 중 하나다.
젖산 시스템으로 ATP를 만들기 위해서는 약 12가지의 화학반응을 거치게 되는데 따라서 ATP-PC 시스템보다는 느린 속도로 에너지를 공급한다.
대략 1-3분 정도(평균 90초간) 지속할 수 있는 에너지를 생산하며 90초 정도 소요되는 단거리 수영, 중거리 육상, 힘을 요하는 근력운동(무산소 운동)에 적용되는 시스템이다.
③ 유산소 시스템 - 저강도/장기간 운동 시
운동 시작 후 2분 정도가 지나면 근육의 산소 요구량은 급속히 증가하게 되는데, 이때부터는 글루코스가 유산소적 대사 과정을 통해 에너지로 공급되게 된다.
근육과 간에 저장되어 있던 글리코겐이 분해되어 단당류인 글루코스(포도당)가 되면 이를 분해, 피르부산(pyrvate)으로 전화되고, 이는 산소를 이용한 세포호흡을 통한 에너지 대사 과정을 거쳐 ATP로 재합성된다. 지방 역시 일련의 반응 경로를 거치며 유산소적 대사 과정에 진입하여 ATP를 생산해 낸다.
유산소 시스템에서는 섭취한 탄수화물뿐 아니라 근육 내에 저장된 지방과 지방산을 분해해서 ATP를 만들 수도 있고, 운동 시간이 극단적으로 길어져 탄수화물이 완전히 고갈되면 근육 내 단백질을 아미노산으로 분해시켜 ATP를 만드는 데 사용될 수도 있다. 이러한 극단적 상황은 근 손실을 유발하기도 한다.
유산소 시스템은 주로 심폐 지구력 운동이나 저강도 운동(조깅, 워킹, 마라톤 등)에 사용되는 시스템이다.
실제 운동을 실시하게 되면 우리의 몸이 가지고 있는 위와 같은 에너지 공급 체계의 상황에 맞게 적절한 비율적 조정을 통하여 에너지를 공급하게 된다. 초기 무산소적 에너지 대사 시스템을 이용하여 주로 에너지를 공급하다 운동 시간이 길어지게 되면 유산소적 에너지 대사 시스템을 통한 에너지 즉, ATP의 생산이 주를 이루게 되는 것이다.
운동선수에게 탄수화물이 중요하다!
탄수화물(글루코스)은 운동선수에게 가장 중요한 연료이다. 비록 지방이 이론적으론 무제한 적으로 에너지를 공급할 수 있고, 한 분자당 만들어 낼 수 있는 ATP 량도 더 많다 하여도, 글루코스와 같이 빠르게 에너지를 공급하지 못한다. 그리고 특정 종목을 제외한 대부분의 선수들은 체내 축적된 지방량이 매우 제한적이다.
또한, 극단적으로 운동량이 많거나 탄수화물의 섭취가 부족한 상태로 운동을 수행하게 되면 신체는 에너지를
공급하기 위해 단백질을 분해하여 포도당으로 전화시켜 에너지를 사용한다. 따라서 운동량이 많아지면 탄수화물의 섭취도 증가해야 하는 것이다. 그렇지 않으면 근 손실을 유발할 위험도 증가하게 된다.
따라서 운동선수들, 특히 지구력을 요하는 운동에 있어서 저 탄수화물 식이는 적절치 않다. 탄수화물(글루코스)의 섭취와 이를 통한 근육 및 간의 글리코겐의 저장, 그리고 그것의 빠른, 즉 에너지 대사 시스템의 원활한 신체 활용에 대한 접근 실패는 경기력을 떨어트리게 되는 것이다.
에너지 시스템을 작동시키기 위해 요구되는 영양소는?
ATP 생성을 위한 에너지가 탄수화물, 지방, 단백질 같은 저장된 에너지로부터 동원된다 하더라도 에너지 전달과 이용은 물, 비타민, 무기질 같은 영양소 없이는 불가능하다.
물은 여러 가지 에너지 복합물의 분해 및 전이과정 중에 이루어지는 가수분해 과정에 필수적이고, 비타민은 세포로부터 에너지를 유도하기 위해 요구되며, 무기질은 세포 내의 에너지 대사 과정 및 근육의 작용에 필수적인 요소이다.
