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6.호흡계

3.산염기밸런스, 최대산소섭취량 그리고 암

작성자 채식영양
작성일 16-02-08 15:50 | 조회 3,775 | 댓글 0

본문

'최대산소섭취량(maximal oxygen uptake: VO2max)'은 해수면 높이에서 운동을 할 때 섭취할 수 있는 산소의 최대량을 의미한다. 따라서 최대산소섭취량은 심혈관계뿐만 아니라 호흡계의 기능을 알아보는 지표로 활용된다. 최대산소섭취량은 심혈관질환을 포함한 다양한 종류의 사망률에 대한 위험을 측정하기 위해 사용된다. 최근 암과의 관련성에 대해서도 보고되고 있다. , 최대산소섭취량이 낮으면 유방암으로 인한 사망의 증가한다는 것이다. 2009년 필 등의 연구에 의하면 최대산소섭취량이 8METS(28mL/kg.min)이상인 사람들에 비해 그 이하인 사람은 사망률이 거의 3배가 증가하였다[7]. 그리고 248명을 대상으로 한 또 다른 연구에 의하면 건강한 대조군에 비해 유방암환자의 최대산소섭취량은 32% 감소해 있었다[8]. 최대이하운동검사(summaximal exercise testing)는 울혈성심부전(congestive heart failure)[9], 뇌졸증(stroke)[10] 뿐만 아니라 다양한 암[11]에 걸린 환자들의 심폐기능을 측정하는 데 활용될 수 있다.

             혈액의 산-염기 균형은 '최대산소섭취량'에도 영향을 준다. 한 연구에 의하면 저단백-고탄수화물그룹이 최대산소섭취량의 100%에서 자전거를 타는 동안 탈진까지 지속되는 시간이 보다 길었다 (저단백섭취군 345초 대 고단백섭취군 221). -염기 균형은 골격과 근육에 영향을 주므로 육체적인 활동에 영향을 주게 된다. 근육세포에서 산성화는 피로와 관련되는데, 세포밖 체액이 알칼리화되면 근육세포에서 수소이온을 빨리 제거해주기에 피로가 완화되는 것이다[12]. 

 


저단백질 채식인 식이와 산소소모량 증가

에니 등은 영양이 산-염기 균형에 영향을 주는지, 그리고 더 나아가 운동능력에도 영향을 주는지를 알아보기 위해 저단백 채식식이와 일반식이의 차이를 알아보았다. 평균나이 23.5세의 총 9명의 건강한 성인을 모집한후 한 그룹은 4일간 채식식이를 하게 하고 다른 한 그룹은 보통의 육류가 포함된 식이를 하도록 하였다. 그리고 실험전후로 자전거 체력측정기(cycle ergometer)로 운동능력을 측정하였고 혈액을 채취하여 산-염기 밸런스 등을 확인하였다. 최대 산소섭취량(VO2max) 40, 60, 80, 100%의 단계에서 각각 10분간 세차례 측정하였다.

 

             두 그룹간에는 동맥혈액의 수소이온농도, 강이온 차이, 약산의 총농도, 이산화탄소의 압력, 탄산 농도가 자전거를 탄후나 휴식상태에서 차이가 없었다. 피로할 때까지 운동시간의 차이도 없었다. 하지만 채식그룹은 휴식상태에서 강이온차이가 유의하게 증가하였다(38.6 39.8, p=0.009). 그리고 산소섭취량(VO2)은 최대산소섭취량의 40, 60, 80% 일 때 채식그룹에서 유의하게 높았다.


그림


산혈증은 헤모글로빈의 산소와 결합률을 낮추고 따라서 혈액내의 산소함량을 낮추게 된다. 채식식이후에 참여자는 혈액내의 산소이동능력이 증가한 것으로 해석된다. 그러나 강산차이 외에 다른 요인들은 급속히 인체의 산-염기 균형기구에 의해 그 차이를 알아보기 어려웠다. 비록 섭취한 에너지량은 채식식이가 390kcal가 적었음에도 비채식에 비해 운동능력은 거의 차이가 없었다. 근육의 글리코겐함량도 채식식이가 낮지 않았다. 채식의 산소이용률의 증가는 신체내의 다양한 영역에서 차이와 관심을 가지게 하는데 여기에는 암과 같은 질병들이 포함된다.

 

             인체의 세포호흡과정은 크게 해당, TCA회로, 그리고 산화적 인산화라는 세단계를 거친다. 해당과정은 산소 없이 포도당 한분자가 피루브산 두분자로 쪼개어지는 것으로 이때 2개의 ATP가 생성된다. ATP는 모든 생명체에서 공통적으로 사용하는 화학에너지이다. 그리고 TCA회로와 산화적 인산화는 세포내의 미토콘드리아라는 생물발전소서 산화하여 최종적으로 산소와 결합함으로써 이산화탄소 6분자와 물분자 6분자를 생성한다. 이 과정에서 36개의 ATP가 생성된다. , 산소가 없을때는 단지 2 ATP 이지만 산소가 공급되면서 19배나 많은 ATP가 생성된다. 그러나 만약 산소가 부족해지면 해당과정에서 생성된 피루브산은 TCA회로로 들어가서 이용되지 못하고 발효과정으로 들어가게 된다. 산소가 없는 상황에서도 에너지를 생성하는 것이다. 이때 생성되는 것이 젖산이나 에탄올이다.  


그림


심폐기능은 최대산소섭취량에서 흡수되는 산소의 양으로 측정될 수 있는데 암을 포함한 다양한 질병에서 사망률을 추정하는데 이용될 수 있다. 다양한 연구결과에 의하면 낮은 수치의 최대 산소섭취량은 심혈관질환과 유방암 등의 사망률의 증가를 보이고 있었다 [7, 13, 14].

바르부르크(Warburg)는 암세포들이 산소를 이용하지 않고 산소없이 발효를 한다고 주장하였다. , 암발생의 동력은 미토콘드리아가 손상됨으로써 불충분한 세포호흡을 하는 것이다. 그는 1956 '사이언스' 지에 '암세포의 기원'이라는 제목으로 다음과 같이 설명한다[15]. 암의 발생에는 두단계가 있는데 첫단계는 세포들의 돌이킬 수 없는 산소호흡의 손상이다. 자외선, 타르, 압력, 우레탄, 독성물질등 다양한 원인이 있겠지만 이들의 공통점은 세포의 산소호흡과정의 손상이다. 암발생의 두번째 단계는 산소호흡과정이 손상된 세포들이 살아남기 위해서 발효를 통해 에너지를 얻는 과정이다. 이들은 살아남기 위해 산소가 필요 없는 발효속도를 비정상적으로 빠르게 발달시킨다. 이것은 마치 하등생물체인 효모와 같다. 그는 주장하기를 모든 암세포는 섭씨 38도에서 24시간 동안 모든 영양소를 공급하지 않을때 죽게 된다고 하였다. 하지만 단지 필요한 에너지의 5분의 1만 공급되어도 암세포는 죽지 않고 생존한다. 마치 효모세포들과 같은 하등동물들이 산소호흡이나 발효도 하지 않고 단단하게 포장된 채 오랜 시간동안 살아남을 수 있는 것과 같이 말이다. 실재로 암세포들의 대사에너지를 비교해보면 효모와 매우 유사한 것을 알 수 있다.  

             그렇다면 어떻게 낮은 에너지생산률에도 불구하고 암세포들은 증식할수 있을까? 그것은 발효속도를 더욱 빠르도록 암세포대사를 변경하면서 가능해진다. , 암세포들의 세포질에는 발효와 관련된 효소들이 더욱 많이 발견된다[15]. 가텐비 등은 포도당 소비율을 확인하기 위해 낮은 악성의 유방암세포주인 MCF-7 MDA-MB-231이라 불리는 높은 악성의 유방암 세포주를 실험하였다. 그들의 실험결과 보다 악성일수록 포도당소비율은 높았고, 특히 저산소상태에서 더욱 포도당소비가 높을것을 알 수 있었다[16].

 

그림

 

 

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