[미디어]운동과 영양이 대사에 미치는 영향을 연구하는 김일영 조교수 / 뉴트리앤 2018.12

2023-08-01


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PART 02

운동과 영양이 대사에 미치는 영향을 연구하는 김일영 조교수

“근육을 잘 유지하려면 질 좋은 단백질이 필요해요”

단백질에 대한 관심이 점차 많아지면서 단백질 함량이 높은 식품이 주목받고 있다. 특정 영양 성분이 각광받는 현상이 일어나면 영양 전문가는 과학적 데이터를 기반으로 균형 있는 관점을 가질 필요가 있다. 이에 가천대학교 의과대학 이길여암당뇨연구원 분자의학교실 김일영 조교수를 만나 단백질 섭취가 대사에 어떤 영향을 주는지 알아봤다.
글 정영은 | 사진 원상희

각종 매체를 통해서 단백질이 중요하다는 정보가 쏟아지고 있다. 그중엔 과학적 시각에서 바라봤을 때 아리송한 내용도 많다. ‘식물성 단백질은 좋고 동물성 단백질은 나쁘다’, ‘운동하거나 다이어트할 때는 단백질 섭취량을 늘려야 한다’, ‘단백질을 과도하게 섭취하면 신장에 무리를 준다’ 등이다. 이에 대해 실제 학계에서는 어떤 연구 결과를 가지고 있을까. 단백질 섭취가 신체에 어떤 영향을 주는지 알기 위해 가천대학교 의과대학 이길여암당뇨연구원 분자의학교실의 김일영 조교수를 만났다. 김일영 조교수는 미국 UT오스틴에서 인체의 운동생리학을, 아칸소주립의과대학교에서 안정성 동위원소 추적체기법을 이용해 영양과 운동이 인체의 근육에 미치는 영향을 연구했으며, 그중에서도 단백질 섭취가 일으키는 근육 대사 변화를 중점적으로 연구했다. 현재 가천대학교 의과대학 이길여암당뇨연구원에서 근감소증, 당뇨, 인슐린 저항성 등 대사 관련 연구를 진행하는 김일영 조교수를 만나 단백질에 대한 궁금증을 풀어보았다.




운동생리학에서 주로 어떤 주제에 대해 연구했는지 궁금합니다.
“운동으로 인한 인체 대사 변화를 심도 있게 파악하는 데 관심을 가져 미국 유학을 결심했습니다. 박사 학위 연구에서는 평소 운동하는 사람과 오래 앉아서 생활하는 사람의 식후 혈중 중성지방량의 변화를 비교했어요. 오래 앉아 있는 것이 혈중 중성지방량 감소에 효과적인 운동 효능에 어떤 영향을 주는지 중재연구를 한 것이지요. 14시간 정도를 앉아서 생활하는 사람은 중증도 유산소 운동을 60분 동안 했을 때 많이 걷고 앉아서 지내는 시간이 적은 사람에 비해 효과가 없을 거라는 가설을 세웠고 결과도 비슷하게 나왔어요. 즉 피트니스 센터에 가서 60분 동안 열심히 운동하더라도 나머지 시간을 비활동적으로 보낸다면 운동 효과가 상쇄되는 거죠. 이를 운동 저항성이라고 표현했습니다.

그리고 최근 6년 동안은 단백질 섭취가 근육에 미치는 영향을 대사 질환과 연결해서 근감소증, 당뇨 등에 대해 연구하고 있습니다. 안정성, 비방사성 동위원소 추적체(stable, nonradioactive isotope tracers)기법을 이용해서요. 이 기법은 살아 있는 사람을 대상으로 암, 당뇨 같은 스트레스 조건을 비롯하여 다양한 상황에서 대사의 성질을 정량적으로 평가하는 기법입니다. 인체에는 전혀 유해하지 않고요. 그동안 대사물 농도를 지표로 사용했는데, 여기에는 대사물의 생성률이나 소멸 같은 역동적인 대사 정보가 배제되어서 정확한 분석이 어려웠거든요.

제가 하는 대부분의 연구는 대사에 근육이 중요하다는 생각을 바탕으로 합니다. 그동안 질병 발병이나 치료에 있어서 근육의 역할은 과소평가되었어요. 물론 근육의 양이나 기능이 충분하지 않다고 해서 당장 죽고 사는 건 아니지만, 근육 대사가 건강과 질병에 미치는 영향은 상당하다 말할 수 있죠. 최근 학계에서도 관련 연구가 많아지고 있고요.”


단백질 하면 동물성, 식물성 정도만 생각하는데, 실제 단백질 세계는 방대하다고 들었습니다.
“효소, 헤모글로빈, 호르몬, 항체 등이 거의 모두 단백질입니다. 물질 이동과 근육 수축을 유발하는 등 인체 기능의 최전방에 있다고 할 수 있죠. 단백질을 가장 많이 갖고 있는 인체 기관은 골격근육이에요. 다른 기관이 기능 유지를 위해 단백질 합성을 필요로 할 때 근육은 그 전구체인 아미노산을 공급합니다. 따라서 적절한 근육량 유지는 인체의 정상 작용과 화상, 암, 심장병, 비만, 당뇨, 골다공증 등의 질환 예방 및 개선과도 전부 맞닿아 있습니다. 보통 근육량은 체중의 40~45%정도를 차지하는데, 근육량의 20%를 차지하는 단백질 함량을 5kg라고 가정하면, 그중 50~100g은 매일 분해되고 새롭게 합성됩니다. 이 과정에서 사용하는 에너지만 기초대사량의 3분의 1 이상이죠. 하지만 근감소증 환자 같은 경우에는 젊고 근육이 많은 사람에 비해 에너지 소비율에서 상당한 차이가 나타납니다. 근육량의 차이 때문이죠. 근감소증은 근육 합성 속도가 근육 분해 속도에 비해 느려서 발생하는 질환입니다. 이는 주로 식이 단백질(필수아미노산) 또는 근력 운동에 대한 인체의 근육 합성 작용이 감소하기 때문이죠. 이를 동화저항성(anabolic resistance)이라고 합니다. 보통은 65세 이상에서 뚜렷한 증상이 나타납니다만, 사실상 그 변화는 훨씬 이전부터 시작되는 것으로 보입니다.”



최근 단백질 성분을 추출한 식품을 섭취하는 경우가 늘고 있는데, 일반 식품에 비해 몸에 좋지 않을 거라는 우려의 시선도 있습니다.
“일단 단백질 성분을 추출한 식품은 일반 식품에 비해 체내 소화·흡수가 훨씬 빠릅니다. 하지만 이것이 대사에 문제를 일으킨다는 연구 결과는 아직까지 없는 듯합니다. 단백질 성분을 추출한 식품은 단백질을 가공한 것이 아니잖아요. 화학 작용으로 아미노산을 변형시킨 것도 아니고요. 이렇게 단백질 성분을 추출해서 그 성분인 아미노산을 이용하면 아미노산을 원하는 비율로 배합할 수 있다는 장점이 있습니다. 아미노산은 단백질을 구성하는 기본 단위인데, 어떤 아미노산은 근육에 빠르게 흡수되고, 어떤 아미노산은 느리게 흡수됩니다. 즉 체내 아미노산 구성 비율대로 근육 합성이 이뤄지지 않는다는 거죠. 그래서 제가 있었던 미국 대학 연구소에서는 근육 내 아미노산 비율에 맞춰서 효과적으로 단백질을 합성할 수 있게끔 보충제를 개발하여 현재 판매하고 있습니다. 물론 필수아미노산으로요. 근육 합성을 촉진하는 건 필수아미노산이거든요.”


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김일영 조교수가 최근 번역을 마친 필수아미노산과 단백질 영양에 대한 책.

유청단백질이 근육 합성에 탁월하다고 말하는 이유도 그런 맥락인가요?
“그렇죠. 유청단백질은 필수아미노산 함량이 높거든요. DIAAS(Digestible Indispensable Amino Acid Score)라는 단백질 가치 평가 지표가 있습니다. 4~5년 전에 만들었는데, 동일한 단백질 양을 섭취했을 때 실질적으로 혈중에 출현하는 필수아미노산의 양을 평가한 거예요. 이 지표에서 식물성 단백질은 수치가 낮은 편인데, 그나마 대두 단백질이 식물성 단백질 중 수치가 가장 높아요. 동물성 단백질 중의 하나인 유청단백질은 전체에서 상위권이고요.

필수아미노산은 단백질을 효과적으로 합성하는 성분이에요. 우리 몸은 식사 후 소화·흡수하는 과정에서 열이 발생하는데, 필수아미노산은 이미 단백질에서 분해된 상태이므로 흡수가 빨라서 열 발생 증가에는 효과가 별로 없는데도 에너지 소비량은 큽니다. 이건 에너지 소비를 필요로 하는 단백질 합성이 잘 이뤄진다는 의미죠. 또 비필수아미노산을 포함하는 아미노산은 섭취했을 때 간에서 암모니아 및 요소라는 부산물 생성을 증가시키지만, 동량의 필수아미노산은 오히려 단백질을 합성할 때 혈중이나 세포에 있는 비필수아미노산을 사용해서 이러한 부산물 생성을 줄여 간이나 신장에 부담을 덜어주기도 해요.”



다이어트, 근육질 몸매 등이 요즘 단백질 섭취의 주요 목적인데, 단백질 섭취는 실제로 인체에 어떤 영향을 주나요?
“각종 연구에서 단백질 섭취는 근육량 감소가 심각하게 일어나는 암 환자, 근감소증을 경험하는 노인, 다이어트 하는 사람에게 중요하다고 나타납니다. 암 환자의 경우 근육량이 생존율과 상당한 관련이 있다는 연구가 있어요. 따라서 적절히 운동하고 양질의 단백질을 충분히 섭취해 근육량을 유지해야 합니다.

다이어트 하는 사람에게도 단백질 섭취가 중요합니다. 다이어트를 하면 보통 1200kcal 정도의 식단을 구성해요. 체중 유지에 필요한 1일 열량 섭취량이 2400kcal라면, 매일 1000kcal, 일주일엔 7000kcal의 에너지가 부족하지요. 이렇게 제한할 때 지방만 분해된다면 체중이 1kg 정도 줄지만, 근육만 분해되면 5kg 줄어들어요. 눈에 띄는 효과지요. 이러한 다이어트를 하면 근육과 지방 모두 빠지지만, 문제는 요요가 왔을 때 지방이 쌓입니다. 다이어트와 요요가 반복되면 오히려 지방이 늘어나고 근육은 줄어드는 이유죠. 근육이 늘어야 대사율에 엄청난 변화를 주는 만큼 바람직한 다이어트를 위해선 근육량은 유지하고 과도한 체지방은 줄이는 방향을 추구해야 합니다.

이때 근육량 유지 방법 중 하나가 단백질 섭취예요. 여러 선행 연구를 메타 분석한 최근 논문 결과에 따르면 다이어트 중 단백질 섭취량이 전체 섭취 열량의 25%이상일 때와 그 이하일 때를 비교했는데, 단백질 섭취량이 높은 경우 체지방이 줄어들고 근육 손실은 적었어요. 단, 어떠한 경우에도 근육량을 그대로 유지한 피험자는 없었습니다. 다이어트 할 때는 더 많은 단백질을 먹어야 한다는 의미죠. 저항성 운동을 병행하면 좀 더 효과적인데, 그래도 근육량을 완벽하게 유지하기는 어려워요. 웬만하면 처음부터 비만이 되지 않게끔 노력하는 게 중요한 이유예요. 노인에게도 단백질 섭취는 중요한데, 특히 근감소증이 있는 노인은 근육량 감소가 인슐린 저항성, 당뇨, 낙상, 골절 등과 연결됩니다. 심지어 비만 가능성도 높아지는데, 근육량이 적어서 근육 합성과 분해에 따른 에너지 소비율이 현저히 줄어들기 때문이죠. 따라서 적절히 운동하면서 필수아미노산을 섭취하면 근육량을 상대적으로 잘 유지할 수 있을 거라 생각합니다.”



하지만 단백질을 과도하게 섭취하면 부작용이 있다는 말도 많습니다.
“단정적으로 말할 수는 없지만, 단백질을 과도하게 섭취했을 때 문제가 생긴다는 객관적 임상 데이터는 아직까지 없는 듯합니다. 단백질 관련 연구 결과 중에는 단백질이 오히려 신장병이 있는 사람에게도 도움을 준다는 사례가 있다고 하고요. 영양소 섭취 기준에서 하루 섭취 권장량을 제시하는데, 미국에서는 단백질의 허용 가능한 범위(Acceptable Macronutrient Distribution Range, AMDR)가 총 열량 섭취의10~35%예요. 보통 10%가 하루 섭취 권장량이고, 35%까지 가면 하루 섭취 권장량의 3배입니다. 70kg 성인의 하루 섭취 권장량이 56g 정도인데, 3배면 168g 정도죠. 하지만 일반 식생활에서 이만큼 섭취하기는 쉽지 않아요.”



단체급식 현장에서 많은 사람이 균형 있게 영양을 섭취할 수 있도록 관리하는 영양 선생님에게 한 말씀 부탁드립니다.
“단백질을 비롯해 여러 영양 관련 이슈가 생겼을 때 영양 선생님들이 전문적으로 배우고 공부하는 자리가 마련되면 좋을 것 같습니다. 전문가 강연에 참여하거나 연구 모임에 전문가를 초빙하는 방식으로요. 또한 정보를 받아들일 때 편견을 갖지 않는 것도 중요하겠죠. 이해관계나 어떤 믿음을 배제하고, 사실에 대해 데이터로 접근할 필요가 있습니다. 물론 데이터도 객관적으로 풀어보려고 노력할 뿐이지 100% 믿을 수 있는 진실이라고는 할 수 없지만, 적어도 데이터를 바탕으로 이야기하는 문화를 형성할 필요는 있습니다.

그리고 그런 환경이 만들어지게끔 우리나라 과학자들이 많이 연구하는 것도 중요하겠지요. 아직까지 한국에서는 동물을 대상으로 하는 연구가 주된 듯한데, 사람을 대상으로 하는 연구가 더 많이 수행되어야할 것 같습니다. 사람에게 피해를 주는 위험성 있는 실험이 아닌데도 제한이 굉장히 많거든요. 음식과 운동의 효과를 정확하게 분석하고, 삶의 질을 변화시키는 정보를 제공하기 위해 좀 더 다양한 측면에서 연구가 이뤄질 수 있는 환경이 만들어지면 좋겠습니다.”  


[출처: 운동과 영양이 대사에 미치는 영향을 연구하는 김일영 조교수 / 뉴트리앤 2018.12]

 

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