Keeping the balance
번역 : 차성재
Antioxidants and the endurence climber(항산화제와 지구력 등반가)
35세의 등반가가 일년 동안 아콩가구아를 등반하기 위해 근력과 폐활량을 위한 훈련을 강도있게 해왔다고 가정하자. 강빙에서 프런트 포인팅과 아이스 액스를 이용하여 100피트를 오른다면, 강한 킥 동작으로 스탭을 높이 딛고 일어선다면, 아마 이틀 정도면 무릎관절에 칼로 찌르는듯한 통증을 느끼게 될 것이다. 무슨 일이 일어난 것일까? 그는 아마도 매우 심각한 인대, 관절, 혹은 근육손상 증세의 환자가 된 것이다. 이러한 증상은 reactive oxygen injury(반응적 산소에 의한 상해)이며, 이러한 증상은 예방가능한 것이다. Reactive oxygen injury의 가장 약한 증상은 인대, 관절, 근육의 파열을 용이하게 하는 정도이며, 가장 치명적일 때는 젊은 사람에게도 심장마비, 혹은 발작증상을 일으킬 수 있다. 누구나 40대의 운동선수가 심장마비로 죽었다는 이야기를 한 번 쯤은 들어보았을 것이다. 운동을 직업으로 가진 사람이라면 반드시 유산소 운동(aerobic exercise)시 신체에 요구되어지는 특이적인 사항들에 대하여 잘 알고 있어야 한다. 산소적응이 필요한 고산등반을 추구하는 등반가 뿐만 아니라, 스포츠클라이머들도 체중감량을 의식하여 등반과 달리기에서 유산소 훈련을 많이 한다. Reactive oxygen injury는 유산소운동시 체내로 산소를 호흡하는 동안 부분적으로 일어난다. 그러나 피해의 정도는 음식물 섭취를 조절하여 쉽게 완화할 수 있다.
Oxygen the double edged sword(산소의 양면성)
우리가 살아가기 위해 산소를 필요로 하는 것은 사실이다. 그러나 생명현상에 필수적인 산소는 유해한 물질로 전환되기도 한다. 즉, Oxygen free radicals(OFRs)이라는 성분으로 전환되기 때문이다. OFRs은 산소유도체로, 결합하지 않은 자유전자를 한 개 가진다. OFRs은 자유전자에 의하여 반응성이 강하며, 세포와 조직을 파괴하는 기능을 가지며 치명적인 병을 야기시킬 수 있다. OFRs은 생리 대사 과정에서 계속 합성되며, 흡연이나 오염된 대기를 호흡함으로 흡입되기도 한다. OFRs은 반응성이 강하므로 지질과 반응하여 세포막을 파괴하고 단백질과 반응하여 세포의 기능을 저해하고 근육, 관절, 인대 등을 손상하거나 약화시킨다. 뿐만아니라, OFRs은 DNA와 반응하여 돌연변이나 염색체 손상을 유발하여 암이나 세포사멸을 야기할 수 있다.
Keeping the balance(체내에서의 균형유지)
수십억년 동안 호기성 생물은 체내에서 생성되거나 대기로부터 흡입하는 OFRs의 영향을 중화하기 위해 antioxidant system(항산화계)를 진화시켜 왔다. 이러한 방어체계는 효소뿐만 아니라 비타민C, E, 요산, -카로틴 등이 포함된다. 건강한 사람의 체내에서 OFRs은 낮은 수준으로 유지되어 세포와 혈관의 물질교환 및 면역체계에 필수적인 역할을 담당한다. 그러나 산화제/항산화제의 균형이 깨지면 어떤 쪽으로든 조직에 손상을 가져와 생명에 위협을 줄 수 있다.
What's the problem(문제점은)
특별히 유산소 훈련을 하는 등반가에게 OFRs은 문제시 된다. 세포내에서 탄수화물과 지방이 연소될 때 ATP가 생성되며, 이때 호흡한 산소의 98% 정도가 소모되고, 대략 1% 정도가 OFRs로 바뀐다. 유산소 운동을 하는 동안 미토콘드리아(에너지 합성을 담당하는 세포 소기관)의 산소 유입이 급증하게 되어 OFRs이 급증한다. 매우 격렬히 달리기를 하는 사람의 관절 수액(joint fluid)에서 OFRs이 100배 정도 증가한다는 보고가 있다. 그러나 항산화제의 함량이 OFRs증가와 동시에 증가하지는 않아 불균형을 초래한다. 건강한 몸체는 항산화제의 수준을 잘 유지하여 산화제의 영향을 완충한다. 그러나, 고산 등지에서 수시간 동안 격렬히 운동하면 산화제 과적현상(oxidant overload)에 쉽게 빠져든다. 20-30분 정도만 격렬히 운동하면 비타민 C와 E가 이미 고갈되기 시작한다. 유산소 운동에 의하여 자극된 운동가는 비타민 C와 E를 충분히 공급하지 않으면 산화제 과적현상에 쉽게 걸린다.
OFRs 증가에 따른 세포와 조직 손상에 철분 또한 밀접한 연관성을 갖는다. 여성의 경우 폐경기 이후부터 철분이 체내에 축적되나, 남성은 15세 이상이면 철분이 높은 비율로 축적된다. 산소와 OFRs이 헤모글로빈 내의 철분과 결합하면 동맥경화와 심장마비를 일으킬 수 있을 정도로 반응성이 강한 유도체가 되기도 한다. 활동적인 남성일수록 철분에 의해 보다 산화제 과적으로 인한 상해를 입기 쉽다. 반면, 폐경기 이전의 여성은 월경현상으로 철분 함량을 자연히 낮추므로 철분 과적의 가능성이 거의 없다.
흡연은 항산화제를 고갈시켜 균형을 파괴한다. 혈중 비타민 C는 OFRs에 대한 첫 번째 방어선이다. 또한 혈액 순환계에서 가장 중요한 항산화제이다. 흡연시 다량의 OFRs을 흡입하여 비타민 C를 소모해 버린다. 그러므로 만성흡연자는, 식습관이나 흡연량에 따라 다르긴하나, 혈액중 비타민 C의 함량이 매우 낮거나 없을 수도 있다. 이러한 이유로 흡연자는 산화제 불균형(oxidant imbalance)의 심각한 상태에 놓이게 된다. 상시 흡연자는 비흡연자에 비해 보통 3배 이상의 비타민 C섭취를 필요로 한다. 유산소 훈련을 하는 등반가의 경우 흡연을 하고 음식 섭취로 산화제 불균형을 바로잡지 않으면 매우 위험한 지경에 빠지게 된다. 즉 인대나 근육의 파열 뿐만 아니라 훨씬 타격이 큰 질병의 위협이 도사리고 있다.
The long and short term(장기적 혹은 단기적 의미)
OFRs과 산화제 과적에 의한 질병은 이미 여러 가지가 보고되어 있다. 노화에 따른 기능 장애와 몇가지 암에서도 부분적이던 증상이 수년간 천천히 누적되어 문제시 되기도 한다. OFRs의 경우도 유사하여, 콜레스테롤과의 반응이 오래 지속되면 동맥경화나 심장마비를 일으킬 수 있다. 또한, OFRs의 누적현상은 천식 등의 염증성 질환을 일으킬 수 있으며, 장기간 관절염을 일으킬 수 있다. 반면, 골절 등의 외상에 의하여 OFRs이 순간적으로 급증하면 몇 가지 심각한 호흡기 질환을 야기한다. OFRs은 또한, 격렬한 운동시 골격근의 섬유소를 손상시켜 근육의 기능을 위태롭게 한다.
What to do (어떻게 대처하나)
당신이 1마일 정도를 달린다고 해서 산화제 과적으로 죽지는 않을 것이다. 그러나 등반에 전념하여 수년간 유산소 훈련을 해온 등반가에게는 만성적 산화제 체적 증상(chronic oxidant load)이 있을 것이다. 사실 그런 등반가의 조직은 이미 전자극(prestress)을 받고 있을 것이다. 즉, 아직 인대나 근육이 파열되지는 않았더라도 잠재적인 구조적 손상을 받고 있는 것이다.
그러나, 이러한 경우에도 질병이나 상해를 예방할 수 있는 방법이 몇 가지 있다. 우리의 신체가 오랜기간 동안의 운동에 적응되면 방어적 항산화제를 증가시키는 유전기작이 작동하여 유산소운동에 의한 피해에 대응한다. 그러나 주기적 운동습관이 이를 더욱 증대시킬 수 있다. 예를 들어, 만약 당신이 지구력을 기르기 위해 달리기를 한다면 1마일 마다 2-3분 씩 휴식을 가지는 것이 유리하다.
또한, 비타민 C나 E, -카로틴을 야체나 과일 또는 건강보조제의 형태로 섭취하여 비효소성 항산화작용을 용이하게 할 수 있다. 매일 5개 이상의 과일이나 채소를 먹거나, 비타민 C를 500mg이상 섭취, 혹은 비타민 E 200-400mg, 또는 -카로틴을 1000mg이상 섭취하면 된다. 그리고, 유산소운동을 하기 30분 이전에 비타민 C를 500mg 섭취하는 것이 보다 효과적이라는 보고가 있다. 이러한 건강보조제는 근육기능을 증가시키고 유산소 운동시 근육손상을 막아준다. 당신이 비흡연자이고 비타민을 적절히 섭취한다면 유산소운동에 대하여 비교적 안전하다.
남성과 폐경기 이후의 여성은 체내의 철분을 낮추어 예방할 수 있다. 이는 씨리얼이나 적색육고기 등 철분 함량이 높은 음식물을 피하면 된다. 또한 년 2-3회의 헌혈로 정기적으로 체내 철분 함량을 낮출 수도 있다. 그러나 이러한 방법으로 북벽 등반을 오를 수는 없지만 심한 통증으로부터 등반가 자신을 구해주며 폐활량도 증가할 수 있다.