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운동이 혈액 내 대사 변화를 일으키는 방식

팩트체크 완료
실내 자전거

한눈에 보는 정보 -

  • 보스턴에 있는 매사추세츠 종합병원의 연구원들은 운동이 신진대사와 관련된 대사 물질에 영향을 미치는 방식에 대해 연구했습니다. 이러한 대사 물질은 특히 인슐린, 혈당, 지방 연소 및 심혈관 대사 건강의 기타 측정값과 연관되는 것이었습니다
  • 연구원들은 588개의 대사 물질을 확인했으며, 이들 중 80%가 간단한 운동 세션에 반응하여 증가하거나 감소했다고 밝혔습니다
  • 당뇨, 심장병 및 고혈압과 연관된 글루타메이트의 수치는 운동 세션 이후 29%만큼 줄어든 반면, 간 질환과 연관된 다이메틸구아니딘 발레레이트(dimethylguanidine valerate)의 수치는 18%만큼 감소했습니다
  • 별도의 운동에서는 또한 가장 많은 이점을 얻기 위해서 운동 강도가 중요하며, 격렬한 활동이 가장 큰 이점을 가져다준다고 암시합니다
  • 403,681명이 참여한 한 코호트 연구에서, 총 신체 활동 가운데 격렬한 신체 활동의 비중이 높은 것은 더 큰 폭의 사망률 감소와 관련 있는 것으로 나타났습니다
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Dr. Mercola

지금쯤, 여러분은 운동이 유익하다는 사실을 잘 알고 계실 것입니다. 그런데, 그 이유를 알고 계신가요? 운동은 열량 연소와 체중 감량 그 이상의 이점을 제공하며, 분자 영역과 대사체까지도 영향을 미치게 됩니다.

대사체학의 영역은 여러분의 세포, 조직 및 체액에 있는 소분자 혹은 대사 물질에 관한 연구입니다. 이러한 소분자는 그 상호작용과 함께, 총괄하여 대사체로 알려져 있습니다.

대사체학은 대사의 수많은 물질을 철저히 조사하는 학문으로, 대사는 운동뿐만 아니라 유전 및 환경 요소에 의해 영향을 받습니다. 특히 대사 물질을 연구하는 것은 특별한데, 왜냐하면 이것이 세포와 조직의 생화학 작용을 볼 수 있는 창을 제공하기 때문입니다.

뿐만 아니라, 대사 변화는 심혈관 질환의 발생 및 진행에 있어 핵심이 될 수 있으며, 심혈관 대사 건강에 영향을 미칠 수 있습니다.

운동이 이러한 변화에 영향을 미친다는 사실은 심지어 운동이 심장병과 사망 위험을 낮추는 방식을 설명하는 데 도움이 될 수 있다고 미국심장학회(American Heart Association)의 학술지 '순환계(Circulation)'에 실린 연구에서 밝히고 있습니다.

운동은 대사체의 광범위한 변화로 이어집니다

보스턴의 매사추세츠 종합병원(Massachusetts General Hospital)의 연구원들과 동료들은 장기간에 걸친 프레이밍햄 심장 연구에 참여한 참가자들을 통해, 운동이 신진대사(물질대사)와 관련된 대사 물질에 어떠한 영향을 미치는지를 측정했습니다. 특히, 이러한 대사 물질은 인슐린, 혈당, 지방 연소 및 심혈관 대사 건강과 관련된 기타 측정값 등과 연관되는 것들이었습니다.

해당 연구의 첫 부분에서는 411명의 중년 남성 및 여성이 참여했는데, 이들은 실내 자전거를 지칠 때까지 타는 운동을 했습니다. 대부분의 경우, 해당 세션은 약 11.9분 지속되었습니다. 참가자들이 운동에 참여하기 전, 쉬고 있을 때, 그리고 운동 직후 최고조의 운동 상태의 지점에서 혈액을 채취하여 대사 물질 정보를 수집했습니다.

연구원들은 588개의 대사 물질을 확인했으며, 이들 중 80%가 운동 세션에 대한 반응으로 증가하거나 감소했다는 사실을 발견했습니다. 예를 들어, 당뇨, 심장병고혈압과 연관된 글루타메이트의 수치는 운동 후 29%만큼 감소한 반면, 간 질환과 연관된 다이메틸구아니딘 발레레이트(dimethylguanidine valerate)의 수치는 18%만큼 감소했습니다.

그리고 나서 해당 실험을 783명의 더 많은 참가자들에게 반복했는데, 연구원들은 처음에 가장 많은 변화를 보였던 177개의 분자에 초점을 두었습니다. 변화들이 다시 한번 관찰되었는데, 운동에 관한 역할을 추가적으로 지원해 주는 것으로 나타났습니다. 연구원들은 다음과 같이 기록했습니다.

"우리는 휴식 시간에서 운동이 최고조에 달할 때에 이르기까지 588개의 측정된 대사 물질 가운데 502개의 물질의 순환 수준이 변화하는 것을 관찰했습니다.

심혈관 대사 위험과 연관된 다른 경로 가운데, 변화에는 인슐린 저항성이 암시되는 대사 물질, 다이메틸구아니딘 발레릭산(dimethylguanidino valeric acid)의 감소가 포함되었으며, 지방 분해, 산화질소 생물 이용 가능성, 갈색 지방과 관련된 대사 물질은 증가했습니다.

우리는 177가지의 대사 물질들을 별도의 프레이밍햄 심장 연구 복제 샘플에서 분석했으며, 164개의 대사 물질에서 변화가 일치하는 것을 발견했습니다. 운동에 의해 유도된 대사 물질의 변화는 수행된 운동의 양(최고치의 운동량), 성별, 그리고 체질량 지수에 따라 다르게 나타났습니다."

운동에 의해 유도된 분자 변화는 사망과 연관될 수 있습니다

연구원들은 또한 운동 반응의 패턴에 관한 4가지 대사 특징을 확인했으며, 그리고 나서 과거 프레이밍햄 심장 연구 참가자들로부터 저장되어 온 혈액 샘플에서 이를 확인했습니다. 둘 다 결국 조기에 사망하지 않았던 사람들로부터의 혈액 샘플에서 탐지되었는데, 이 사실은 이들이 모두 23.1년의 추적 조사 기간 동안 전반적인 사망률과 연관되었다는 사실을 의미합니다.

이 연관성은 추측에 기반한 것인데, 부분적인 원인으로는 저장된 혈액 샘플이 운동 후에는 수집되지 않았기 때문입니다. 이는 낮은 사망률과 관련된 대사 물질의 신호가 일부 연구 참가자들에게서 운동 없이도 나타났다는 것을 의미합니다.

다른 흥미로운 데이터 또한 밝혀졌습니다. 비만 참가자들에게서 대사 물질의 우호적인 변화가 훨씬 적게 나타났는데, 이는 비만 참가자들이 운동의 이점에 보다 내성을 지닐 수 있다는 것을 암시합니다. 남성과 여성 사이에서도 차이점이 두드러졌는데, 여성은 남성보다 운동을 덜 했음에도 불구하고 특정 심장 보호 대사물질에서의 변화가 크게 나타났습니다.

연구원들은 다음과 같이 덧붙였습니다. "이러한 발견 사항은 인간의 급성 운동에 대한 대사 반응의 상세한 지도를 제공하며, 미래 연구에 있어서 운동의 이로운 심혈관 대사 효과에 원인이 되는 잠재적인 기제를 확인해줍니다."

이는 또한 특정 대사 물질이 한 사람의 체력 수준을 들여다볼 수 있는 창으로써 제공되는 것이 가능합니다. 연구 저자 매튜 네이어(Matthew Nayor)는 다음과 같이 설명했습니다.

"흥미롭게도, 우리의 연구에서는 다른 대사 물질들이 운동에 대해 다른 생리학적 반응을 나타내는 것으로 확인했습니다. 따라서, 어떤 사람이 체력적으로 튼튼한지 알 수 있는 혈류에서의 고유한 특징을 제공할 수 있을지도 모릅니다. 마치 현재의 혈액 검사가 신장과 간 기능 정도를 확인해주는 것처럼 말이죠."

발견 사항은 실제로 어마어마합니다. 특히 모든 변화들이 단 12분간의 운동에 대한 반응에서 발견되었을 때 더욱 그렇습니다. 선임 연구 저자인 그레고리 루이스(Gregory Lewis)는 뉴스 보도에서 다음과 같이 밝혔습니다.

"우리를 놀라게 했던 것은 간단한 한 차례의 운동이 인슐린 저항성, 산화 스트레스, 혈관 반응성, 염증 및 장수와 같은 신체적으로 매우 핵심적인 기능들을 관장하는 대사 물질의 순환 수준에 미치는 영향이었습니다."

단 한 차례의 운동 세션이 9,815개의 분자를 바꾸어 놓습니다

만일 한 번의 운동을 할 만한 가치가 있는지의 여부에 대해 의심해 본 바 있으시다면, 다음 사항을 고려해보세요. 스탠퍼드 대학(Stanford University)의 연구원들은 한 차례의 운동이 혈액의 무려 9,815개의 분자에서의 변화를 이끌었다고 밝혔습니다.

앞선 '오믹스(omics)' 연구에서는 (오믹스라는 용어는 대규모 생물학 분자 세트에 관한 연구를 설명하기 위해 사용됩니다) 어떻게 운동이 대사체학과 같은 특정 연구 분야에 영향을 미치는지를 들여다봤지만, 이 연구에서는 한 걸음 더 나아갔습니다.

"우리는 증상 제한 운동의 조절 전후, 36명의 잘 특징지어진 참가자들로부터 얻은 대사체, 지질체, 면역체, 단백체 및 전사체를 포함한 혈장과 말초혈액 단핵세포에 관한 종단 멀티 오믹 성분 분석을 수행했습니다."라고 연구원들은 말했습니다.

즉, 해당 연구는 운동에 대한 인간의 생리학적 반응에 관한 세부 사항을 들여다본 전례 없는 연구였으며, 다음과 관련된 것들을 포함하여 '생물학적 과정의 잘 조직된 하나의 연출'이 발생했다고 설명했습니다.

  • 에너지 대사
  • 산화 스트레스
  • 염증
  • 조직 회복
  • 성장 인자 반응

1,194명이 참가했던 특집 연구와 비교하여 이 연구의 제한 사항 중 하나는 해당 연구에서는 40세~75세에 해당하는 36명의 피험자만을 대상으로 했다는 것입니다. 참가자들은 약 8분~12분간 지속되는 트레드밀(런닝머신) 지구력 테스트를 수행했으며, 운동 세션 전, 그리고 운동이 끝난 2분 후, 15분 후, 30분 후, 그리고 60분 후에 혈액을 채취했습니다.

이 가운데, 17,662가지의 분자가 측정되었으며, 이 중 9,815개의 분자는 운동에 대한 반응으로 변화했는데, 일부 분자의 수치는 상승하고, 다른 분자는 감소했습니다. 특정 분자들은 또한 운동 직후 급상승하고 나서 빠르게 하락한 반면, 다른 분자들은 한 시간 동안 높은 수준을 유지했습니다.

다시 말하자면, 이러한 극적인 변화들은 단 8분~12분 동안 지속되었던 하나의 짧은 운동 세션에 의해 유도된 것이었습니다.

격렬한 운동은 추가적인 건강상의 이점과 연관됩니다

해당 운동 세션 모두 간단하지만 격렬한 운동 세션과 관련된다는 사실은 주목할 만합니다. 개별 운동에서는 또한 가장 많은 이점을 얻기 위해 운동 강도가 중요하며, 격렬한 활동이 그중 최고의 이점을 나타낸다는 사실을 암시합니다.

403,681명의 성인을 대상으로 이들을 중앙값 10.1년의 기간 동안 추적 조사했던 한 코호트 연구에서, 자가 보고한 신체 활동에 관한 데이터가 수집되었습니다. 분석 후, 연구원들은 총 신체 활동 가운데 격렬한 신체 활동의 비중이 높을수록 사망률의 상당한 감소와 연관되었다고 밝혔습니다.

즉, 동일한 양의 운동에 관하여, 더 격렬한 활동에 참여했던 사람들이 보통 강도의 활동을 했던 사람들보다 모든 원인으로부터의 사망 위험이 낮게 나타났습니다.

연구원들은 다음과 같이 기록하고 있습니다. "비록 매주 권장되는 신체 운동 목표를 만족시키는 것과 관련된 대부분의 건강상의 이점이 보통 강도의 신체 활동을 통해 달성될 수 있지만, 결과에서는 격렬한 신체 활동의 비중 증가가 추가적인 건강상의 이점과 연관된다고 암시합니다."

이 연구는 종종 고강도 인터벌 훈련으로 언급되는 것의 이점을 강조해 온 수많은 연구 중 단 하나에 불과합니다.

격렬한 활동이 보통 강도의 운동보다 더 좋은 것일까요?

고강도 인터벌 트레이닝

간단한 고강도 활동의 세션을 여러 차례의 휴식과 결합하는 고강도 인터벌 훈련(HIIT)은 이용 가능한 가장 효율적인 운동 가운데 하나로 부상해오면서, 보통 강도의 지속적인 훈련(MICT)과 비교하여 시간이 덜 걸린다는 점에서 월등한 이점을 제공해왔습니다.

더 적은 시간을 할애한다는 점에서 고강도 인터벌 훈련을 고수하는 것이 보다 쉬울 수 있습니다.

예를 들어, 고강도 인터벌 훈련을 각 세션당 15분 이하로 수행하는 것은 제2형 당뇨에 대한 위험 요인이 있는 사람들의 심혈관 대사의 위험 요소들에 있어 이점을 나타낼 수 있을 정도로 충분한 것으로 밝혀졌으며, 대부분의 사람들은 15분간의 운동을 빠르게 수행할 수 있습니다.

제2형 성인 당뇨 환자들을 대상으로 했던 또 다른 연구에서는 고강도 인터벌 훈련이 산화 스트레스를 정상화하는 점에서, 보통 강도의 지속적인 훈련보다 더 효과적이라고 밝혔습니다.

다른 연구에서, 고강도 인터벌 훈련이 16주 동안 일주일에 2회 수행되었을 때, 이것이 제2형 당뇨가 있는 폐경기 여성에게서 복부 지방량을 보통 강도의 지속적인 훈련을 했을 때보다 더 효과적으로 줄이는 것으로 나타났는데, 이를 통해 연구원들은 고강도 인터벌 훈련이 '해당 인구에게 대체 훈련 프로그램으로 제안될 수 있을 것'이라고 밝혔습니다.

이는 또한 근육에 나타나는 노화 관련된 변화를 예방하려는 사람들에게도 선호할 만한 운동입니다. 메이오클리닉(Mayo Clinic) 연구원들에 의한 연구에서, 세 가지 유형의 운동을 견주고 운동을 하지 않는 통제 집단을 비교했는데, 이를 통해 근육을 보호하기 위해 어떤 한 가지 유형의 운동이 다른 운동보다 더 나은 효과를 나타내는지 확인하기 위함이었습니다.

해당 연구에서는 30세 이하 혹은 64세 이상에 해당하는 주로 앉아서 활동하는 72명의 사람들을 대상으로 했는데, 이들은 실내 자전거를 통해 12주간 고강도 인터벌 훈련을 수행하거나, 격렬한 저항 훈련 혹은 (보통 속도의 실내 자전거 운동과 가벼운 웨이트 리프팅을 결합한) 여러 운동을 조합하는 운동을 했습니다.

고강도 인터벌 훈련 그룹 가운데, 지구력 개선이 특히 눈에 띄게 나타났습니다. 하지만, 추가적으로 주목할 만한 차이점은 참가자들의 근육 세포의 조직 검사에서 나타났는데, 이는 유전자에서의 변화를 밝혀냈습니다.

운동을 하는 젊은이들 가운데, 고강도 인터벌 훈련 그룹은 274개의 유전자가 변화하는 한편, 보통 강도의 운동을 조합했던 그룹에게서는 170개의 유전자, 그리고 저항 훈련을 했던 그룹 가운데는 74개의 유전자가 변화한 것으로 나타났습니다.

운동을 하는 노인들 가운데 나타났던 변화들은 훨씬 더 눈에 띄게 나타났는데, 고강도 인터벌 훈련 그룹에서는 거의 400개의 유전자가 변화했으며, 이와 비교하여, 저항 훈련 그룹에서는 33개의 유전자가, 보통 강도의 운동에서는 19개의 유전자가 변화한 것으로 나타났습니다. 잡지 '뉴욕타임스(New York Times)'에서는 다음과 같이 보도했습니다.

"이러한 영향을 받은 수많은 유전자들은, 특히 인터벌 훈련을 했던 사람들의 세포에서 나타난 영향은 근육 세포에 대한 에너지를 생성할 수 있는 미토콘드리아의 능력에 영향을 미치는 것으로 나타났습니다.

인터벌 훈련을 했던 피험자들의 미토콘드리아의 수가 증가했으며, 미토콘드리아의 건강이 개선되는 것으로 나타났습니다. 이러한 영향은 자전거를 탔던 노인들 사이에서 특히 분명하게 나타났습니다."

지금이 바로 움직여야 할 때입니다

운동 과학은 새로운 시대에 접어들었으며, 연구원들은 대사체학과 기타 오믹스 기술을 활용하여 '일주일에 최소 150분 동안 운동하기'와 같은 일반적인 권장사항보다는 개인 맞춤형 운동 개입으로 진전해 나갈 수 있을 것으로 보입니다.

스탠퍼드 대학의 연구원들은 분자 데이터가 저항 훈련 혹은 지구력 훈련과 같이 어떤 유형의 운동이 개인에게 가장 좋은지를 결정하기 위해 사용될 수 있는지 여부를 확립하기 위한 계획을 가지고 후속 연구를 진행하고 있습니다.

예를 들어, 어떤 사람들은 유산소성 운동에 대해 지구력이 더 높을 수 있지만, 다른 사람들은 다른 유형의 훈련을 선호하는 분자 분석 정보를 가지고 있을 수 있기 때문입니다.

하지만, 지금 당장은 일부 운동을 하는 것이 전혀 하지 않는 것보다 더 낫다는 사실이 명백하므로, 비록 하루에 15분 만이라도 일부 격렬한 활동을 함으로써, 과학자들이 이제 이해하기 시작하고 있는 방식들을 통해 이점을 얻어보세요. 비록 집에서 나갈 수가 없어 체육관에 방문할 수 없다고 하더라도, 집에서 편안하게 완전한 운동을 하실 수 있습니다.