버스를 놓칠 것 같아 정류장까지 전력으로 달려 본 적이 있으실 겁니다. 숨이 가빠지고 다리가 묵직해지는 그 짧은 시간 동안 몸속에서는 연료가 차례로 바뀌며 쓰입니다. 이 글에서는 질문 몇 가지를 따라, 우리가 먹은 탄수화물·지방·단백질이 어떤 과정을 거쳐 에너지가 되는지 살펴봅니다.
몸은 어떤 영양소를 연료로 쓰나요?
몸은 음식으로 들어온 탄수화물, 지방, 단백질과 몸에 저장해 둔 이 영양소들을 에너지원으로 씁니다. 누워서 책을 읽을 때도, 마라톤을 달릴 때도 세 영양소는 활동 강도와 상관없이 늘 필요합니다.
다만 영양소가 그대로 연료가 되는 것은 아닙니다. 영양소가 가진 에너지를 ATP(아데노신삼인산)라는 고에너지 분자에 옮겨 담아야 비로소 몸이 바로 쓸 수 있는 연료가 됩니다. ATP를 만드는 길은 두 가지입니다. 산소가 있을 때 진행되는 유산소 대사와, 산소 없이 진행되는 무산소 대사입니다. 활동 중 어느 쪽이 주로 쓰이는지는 산소가 얼마나 공급되는지, 그리고 세 영양소가 각각 얼마나 쓰이는지에 따라 정해집니다.
뛰기 시작한 직후에는 무엇을 쓰나요?
달리기 시작 후 처음 몇 걸음 동안에는 근육이 가장 먼저 반응합니다. 심장과 폐는 그만큼 빨리 반응하지 못해서, 이때는 산소 공급이 아직 늘지 않은 상태입니다. 그래서 근육은 쉬고 있을 때부터 들어 있던 소량의 ATP를 먼저 꺼내 씁니다. 이 저장분은 몇 초만 버틸 수 있습니다.
저장 ATP가 거의 바닥나면 몸은 크레아틴 인산이라는 또 다른 고에너지 분자를 써서 ADP(아데노신이인산)를 다시 ATP로 바꿉니다. 하지만 근육세포에 저장된 크레아틴 인산도 오래가지 않아 곧 소진됩니다.
이 두 가지가 다 떨어질 즈음에도 심장과 폐는 아직 늘어난 산소 수요를 따라잡지 못합니다. 그래서 근육은 산소 없이 ATP를 만드는 무산소 대사로 넘어갑니다. 무산소 대사는 ATP를 빠르게 만들어 내지만 연료로 포도당만 쓸 수 있습니다. 이 포도당은 혈액 속 포도당이나 근육에 저장된 글리코겐(포도당이 모여 저장된 형태)에서 나옵니다. 얼마 지나지 않아 무산소 경로는 최대로 가동되지만, 쓸 수 있는 포도당에 한계가 있어 오래 이어 갈 수는 없습니다.
산소가 충분해지면 무엇이 달라지나요?
운동을 이어 가 몇 분이 지나면 심박수와 호흡수가 올라 근육에 산소가 더 많이 전달됩니다. 이때부터 유산소 대사가 중심이 됩니다. 유산소 대사는 포도당 한 분자당 만드는 ATP가 무산소 대사보다 18배 많아, ATP를 만드는 가장 효율적인 방법입니다. 주된 연료는 탄수화물이지만 지방산과 단백질도 연료로 쓸 수 있습니다.
두 방식은 일어나는 장소도 다릅니다. 무산소 대사는 근육세포의 세포질에서 일어나며 소량의 ATP와 함께 피루브산, 젖산을 만듭니다. 이 피루브산은 다시 유산소 대사의 연료가 될 수 있습니다. 유산소 대사는 세포 속 미토콘드리아에서 일어나고, 속도는 무산소보다 훨씬 느리지만 전체 ATP의 대부분을 만들어 냅니다.
운동 중 심장과 폐가 근육에 산소를 얼마나 전달하는지는 운동 시간, 강도, 그리고 개인의 신체 단련 정도에 따라 달라집니다.
천천히 걸을 때와 전력으로 달릴 때 연료가 다른가요?
운동 강도에 따라 어떤 연료가 얼마나 쓰이는지가 달라집니다. 두 대사 방식은 운동 중에 함께 작동하며, 각각이 차지하는 몫이 활동 강도에 따라 바뀝니다.
| 활동 강도 | 주로 쓰이는 대사 | 연료 |
|---|---|---|
| 낮음 | 유산소 대사 | 지방산이 중심, 포도당도 소량 함께 사용 |
| 높음 | 무산소와 유산소 대사를 함께 | 포도당이 두 방식 모두의 주된 에너지원 |
낮은 강도의 활동에서는 더 효율적인 유산소 대사만으로 근육에 필요한 ATP를 충분히 댈 수 있습니다. 몸의 지방 저장량은 거의 바닥나지 않을 만큼 넉넉해서, 이런 활동은 오래 이어질 수 있습니다. 반면 포도당은 사정이 다릅니다. 글리코겐 저장량은 소진될 수 있고, 글리코겐이 줄어들면 결국 피로가 찾아옵니다. 높은 강도의 활동에서는 ATP가 더 많이 필요하므로 근육이 무산소와 유산소 대사를 모두 동원해 몸의 요구를 맞춥니다.
연료는 몸의 어디에서 오나요?
먹는 것과 가장 직접 연결되는 질문입니다. 포도당은 혈액 속 포도당에서 오거나 근육 글리코겐에서 옵니다. 혈액 속 포도당은 음식 속 탄수화물에서 오기도 하고, 간에 저장된 글리코겐이나 새로 합성한 포도당에서 오기도 합니다.
지방산은 근육 속에 중성지방 형태로도 저장되어 있지만, 몸에 저장된 에너지의 약 90%는 지방조직에 있습니다. 낮거나 중간 정도의 강도로 유산소 운동을 이어 가면 운동하는 근육의 주된 연료가 지방산으로 바뀝니다.
단백질은 연료로 쓰이나요?
단백질은 주된 에너지원으로 보지는 않습니다. 하지만 쉴 때든 활동할 때든 아미노산(단백질을 이루는 단위)은 소량 에너지로 쓰입니다. 아미노산에서 질소를 떼어 내고 남은 탄소 부분은 유산소 대사를 거쳐 ATP가 되거나 포도당을 만드는 데 쓰일 수 있습니다.
에너지로 쓰이는 아미노산의 양은 두 경우에 늘어납니다. 하나는 식사로 들어온 총 에너지가 몸이 필요로 하는 양을 채우지 못할 때입니다. 다른 하나는 오랜 시간 이어지는 지구력 운동을 할 때입니다. 운동이 여러 시간 계속되면 아미노산이 에너지원으로, 또 포도당을 만드는 재료로 쓰이는 정도가 더 커집니다.
정리
- 몸은 영양소의 에너지를 ATP로 옮겨 담아 연료로 씁니다. 활동 중에는 저장 ATP, 크레아틴 인산, 무산소 대사, 유산소 대사 순으로 중심이 옮겨 갑니다.
- 유산소 대사는 포도당 한 분자당 ATP를 무산소 대사의 18배 만들지만 속도는 느립니다.
- 낮은 강도에서는 지방산이, 높은 강도에서는 무산소와 유산소가 함께 작동하며 포도당이 중요한 연료입니다. 글리코겐이 줄면 피로가 찾아옵니다.
- 식사로 들어온 에너지가 부족하거나 운동이 매우 길어지면 아미노산을 연료로 쓰는 비중이 커집니다.
이 글은 일반적인 건강 정보이며, 개인의 증상과 치료는 반드시 의료진과 상담하시기 바랍니다.
참고: Human Nutrition 2020(하와이대 공개 영양학 교재) (링크 없음)
