기대수명과건강수명 한국인의기대수명이빠른속도로늘어나고있지만, 건강수명은그만큼따라가지못하는것으로나타남 ( 통계청, 2012년생명표 ) - 2012년출생자기준 - 기대수명 : 81.4년 ( 남자 : 77.9년, 여자 : 84.6년 ) 4.4년 - 유병기간 : 남자 (12.7년), 여자 (17.9년) - 건강기대수명 : 남자 (65.2년), 여자 (66.7년) 민간전문가들이내놓은기존연구결과와도일맥상통함. - 전국민진료기록 (2002~2010년) 을분석한결과한국인은인생의마지막 10년중절반이상을앓으면서보낸다. ( 고려대박유성교수팀, 조선일보 11월 4일자 A1 4 5면 ) - 기대여명 : 20세 ( 남 : 58.4, 여 : 65.1), 40세 ( 남 : 39.2, 여 : 45.5), 60세 ( 남 : 21.5년, 여 : 26.6년 )
인체내부의환경조절 항상성과항정상태의구분 항상성은신체내부환경을일정하게유지하거나변하지않게하는정상상태를의미하며, 항정상태는운동시세포조직의요구량과이러한요구에대응하는신체반응이균형을이룬상태를뜻함. 생물학적조절체계를구성하는요인과부적피드백
생체에너지학 세포 인체의 95% 를구성하는기본적인화학물질 - 산소 (65%), 탄소 (18%), 수소 (10%), 질소 (3%) 세포의구조는세포내부와세포외액사이의보호장벽역할을하는세포막과세포내의단백질합성을조절하는핵그리고세포의액체부분으로수많은세포기관을갖고있는세포질로구성됨. 산화 - 환원반응 (oxidation-reduction reaction) 세포에서의산화-환원반응이자유전자보다는수소원자의이동과관계됨.
생체에너지학 효소 (enzyme) 각종화학반응에서자신은변화하지않으나반응속도를빠르게 ( 촉매 ) 하는단백질로서세포내의대사작용경로를조절하는중요한역할을함. 효소는 3차원적인형태의큰단백질분자로서융기와구의형태인활동부위에기질이라는특정한반응분자에적합한효소가결합됨. 효소활동에영향을미치는중요한요인은온도와 ph임. 효소는다양한형태에따라 6가지효소로분류됨.
생체에너지학 운동을위한에너지 3대에너지원 : 탄수화물, 지방, 단백질 탄수화물 - 탄소 (carbon), 수소 (hydrogen), 산소 (oxygen) 의복합체. - 탄수화물 1g은약 4kcal의에너지생산 ( 휴식시체내에너지필요량의약 40% 공급 ) - 개인의최대능력의 65~85% 운동시에너지원으로이용 - 무산소성대사와젖산시스템에서유일한에너지원임 ( 유산소성에서도효율적임 ). - 근육수축을위한 ATP 생성을지방보다 3배이상빠르게함. - 신체에저장된모든탄수화물은에너지생성에이용됨. - 탄수화물저장량의고갈시당신생을통하여신체내부적으로포도당을생성함.
생체에너지학 운동을위한에너지 지방 - 지방산, 중성지방, 인지질, 스테로이드 ( 콜레스테롤 ) - 저장된체지방은장시간운동에적합한연료임 ( 약 9kcal, 탄수화물과단백질의 2 배 ). - 지방산 : 근세포가에너지를사용하기위한주요지방형태 ( 포화와불포화지방산 ) - 중성지방 : 인체에서섭취되고저장된지방의원칙적인형태 ( 섭취지방의 98%) - 인지질 : 세포막, 소포체, 미토콘드리아등과같은생체막의주된성분 - 골격근의에너지원으로사용되지않음. - 콜레스테롤 : 스테로이드로알려진지질의일종 ( 운동시에너지원으로사용되지않음 ).
생체에너지학 운동을위한에너지 단백질 - 탄소, 수소, 산소, 질소 - 아미노산 : 신체에필요한여러형태의조직, 효소, 혈중단백질등을형성함. - 펩티드결합이라고불리는화학적결합에의해아미노산고리로형성됨. - 1g 당약 4kcal 의에너지발생 - 운동중에너지로서의기여 - 알라닌 : 간에서포도당으로전환되어당원을합성하는데사용됨. - 이소류신, 알라닌, 류신, 발린등은근육세포내의생체에너지를생산하는데참여하는대사매개물질로전환되어에너지원으로사용됨.
생체에너지학 아데노신 3 인산 (adenosine triphosphate) 근수축을위한즉각적인에너지원 ( 에너지기증자 ) 주요구성 : 아데닌, 리보오스, 3인산 ATPase 효소에의해결합체가분해되면에너지가방출되어근수축에필요한에너지원으로사용됨
생체에너지학 근육세포의 3 가지대사작용 - 크레아틴인산 (PC) 에의한 ATP 생성 (ATP-PC 체계 ). - 해당작용에의해포도당이나당원의분해로 ATP 생성. - 산화작용에의한 ATP 생성 ( 산화적인산화 ). ATP-PC 시스템 ( 인산시스템, phosphoagen system) - ATP 를가장빠르고쉽게생산하는시스템. - PC(creatine phosphate) 에서의인산그룹기증과에너지방출로 ADP 를 ATP 로전환시킴. - 크레아틴키나아제효소에의해촉진됨. - ATP 는운동을시작하자마자 ADP+Pi 로분해되며 PC 화학작용으로다시 ATP 가생성됨. - 근육세포는적은양의 PC 를저장하기때문에이반응으로생산되는 ATP 양은 제한적일수밖에없음. - 5 초이내의고강도운동이나운동을시작할때의근수축에필요한에너지를제공하며 운동이끝난후휴식시간에사용한 PC 를다시보충할수있음.
생체에너지학 해당작용 NADH 가 NAD 로어떻게전환하는가? 첫째, 산소가충분하다면 NADH 의수소이온은세포내의미토콘드리아로이동하여 ATP 의유산소성생산에기여함 ( 유산소성 ATP 시스템 ). 둘째, 미토콘드리아의수소이온이충분치않는다면피루브산이수소이온을받아들여 젖산을형성함 ( 젖산탈수효소, LDH) 젖산형성은 NADH 가 NAD 로전환되어해당과정을유지할수있게함.
생체에너지학 유산소성 ATP 생산 ( 산화적인산화 ) 유산소성 ATP 생산은미토콘드리아에서만들어지며두개의대사경로인크렙스싸이클과전자전달체계가 상호협력하여이루어짐. 크렙스싸이클과전자전달체계는수소를운반하는 NAD 와 FAD 를사용하여 탄수화물, 지방, 단백질의수소이온을제거하여산화시키는과정임. 산소는크렙스싸이클반응에참여하지않지만전자전달체계의마지막 단계에서수소이온과결합하여물을형성함 (H2 + O --> H2O). 유산소성 ATP 생산을위한 3 단계과정 - 1단계 : acetyl-coa라는 2-탄소분자의생성 - 2단계 : 크렙스싸이클내에서 acetyl-coa의산화 - 3단계 : 전자전달체계와산화적인산화로인한 ATP 생성과정
생체에너지학 크렙스싸이클 크렙스싸이클을시작하기위해서는 acetyl-coa와같이 2-탄소분자가필요함. 피루빅염 (3탄소분자 ) 은탄수화물과단백질로부터형성되며 acetyl-coa를형성하는원천임. acetyl-coa는 4-탄소분자인옥살로아세트산과결합하여 6-탄소분자인구연산염을형성하며다시 COA를버림 ( 크렙스회로의시작점 ). 구연산염 a-케토글루타민산 석신산 푸마르산 말산 옥살로아세트산 한분자의피루브산이크렙스회로를돌고나면 - CO2(3분자 ), FADH(1분자 ), NADH(4분자 ), ATP(1분자 ) 를형성하게됨 (X 2).
생체에너지학 크렙스싸이클 지방 ( 중성지방 ) - 지방 ( 중성지방 ) 은지방산과글리세롤로분해. - 지방산은 acetyl-coa를형성하기위한일련의반응과정 (β산화) 을거쳐크렙스회로로감 ( 미토콘드리아 ). - 글리세롤은간에서해당과정의중간물질로전환될수있지만인간의골격근에서는그렇지않음. 따라서글리세롤은운동중의연료로는사용되지않음. 단백질 - 단백질은아미노산으로분해되어생체에너지경로를통하여인체의다양한곳으로들어감. - 포도당또는피루빅산으로전환 - acetyl-coa로 - 크렙스회로의중간물질로전환
생체에너지학 전자전달체계 ( 호흡체계, 시토크롬 ) 수소이온전달체는산소와직접적으로반응하지않으나수소원자들에서떨어져나온전자들이 cytochrome으로알려진일련의전자운반체에서사용됨 (3곳에서 ADP를인산화하여 ATP를형성 ). ATP 생산 : FADH(1.5 ATP), NADH(2.5 ATP) 전자전달체계의마지막단계에서산소는전자들을받아들여수소이온과결합하여물을형성함 ( 산소 X 무산소성대사작용 ).
운동대사 안정시에서운동으로전환 휴식시저강도또는중강도의운동을실시하면산소섭취량은급격하게증가하여항정상태 (1~4 분 ) 에도달함. 운동초기 ( 무산소성 ): ATP-PC 체계 해당작용 항정상태도달 : 유산소성에너지체계작동 - 상호호환적인대사작용이이루어짐. 산소결핍 (oxygen deficit): 운동초기에산소섭취지연에따른현상
운동대사 운동후회복기 산소부채 (oxygen debt): 운동후휴식시보다초과된산소섭취량 산소부채의 20% 만이운동중에생성된젖산을당신생되는데이용됨. " 운동후초과산소소비량 (excess postexercise oxygen consumption) 운동후산소소비량의증가원인 - 근육내 PC의재합성, 근육과혈액의산소재보충, 심박수와호흡의증가, 상승된체온, 혈중에피네프린이나노르에피네르핀의상승
운동대사 운동에따른대사적반응 점진적운동검사는심장질환가능성검사와심폐지구력을측정하기위하여많이사용됨. 젖산역치 운동강도가증가함에따라혈중젖산농도는비직선적으로증가함 ( 해당작용의의존증가 ). - 일반인 : 최대산소섭취량의 50~60% - 훈련자 : 최대산소섭취량의 65~80%
운동대사 운동강도및시간과연료선택 지방은낮은강도운동 (VO2max 의 30% 이하 ) 에서, 탄수화물은고강도 (VO2max 의 70% 이상 ) 에서근육의주요원료로사용됨. 연료교차 (crossover) 지점 : 운동강도가증가함에따라지방보다탄수화물에서 공급되는에너지가많은운동강도지점. - 속근섬유사용및혈중에피네프린수준의증가 - 속근섬유는미토콘드리아및지방을분해하는지방분해효소가적음 - 혈중에피네프린은당원분해, 탄수화물대사, 젖산생성을증가시킴. 장시간 (30 분이상 ), 낮은강도의운동시탄수화물로부터지방으로전환됨. 일반적으로지방분해는운동후몇분이경과한후에야활성화됨.
운동대사 신체연료 코리사이클 : 연료로서의인산염 - 근육과간사이의젖산에서포도당으로변하는과정
운동과호르몬반응 내분비선은호르몬을직접혈액으로분비하여이호르몬과결합하는 수용기를가진세포의활성도를조절함. 호르몬의농도는혈장량, 수송단백질의양, 호르몬의분비율이나 대사작용에따라변함. 호르몬과수용기상호작용 - 호르몬은순환에의해모든조직으로이동하지만특정조직에만영향을미침. - 수용기의수는세포당 500~10 만여개로다양함. - 수용기의수는호르몬의농도와관계가있음. - 높은농도 + 오랜노출 감소 ( 호르몬농도에대한반응감소초래 ) - 낮은농도 증가 ( 조직은호르몬에대한반응성이커짐 ) - 포화상태 : 호르몬의농도가높아져서모든수용기가호르몬에결합된상태. - 혈장호르몬농도가추가증가하여도더이상의효과는없음. 호르몬은세포막의수송능력을변화시키고, DNA 를자극하여단백질 합성을증가시키며, 2 차전령 ( 순환성 AMP 등 ) 을활성화시킴.
운동과호르몬반응
운동과호르몬반응
운동과호르몬반응 운동시기질동원을위한호르몬 서서히작용하는호르몬 - 다른호르몬을촉진하기보다는탄수화물과지방대사에직접영향을줌. - 티록신, 코티졸, 성장호르몬 빠르게작용하는호르몬 - 혈장포도당을빠르게정상으로돌아오게하는아주빠른작용호르몬 - 카테콜라민 ( 에피네프린, 노르에피네프린 ), 인슐린, 글루카곤
운동과호르몬반응 운동시기질동원을위한호르몬
신경의구조와운동조절 신경계의주요기능 - 내분비계와함께내부환경조절 - 수의적인운동조절 - 척수반사프로그래밍 - 기억과학습에의해필요한경험의조화 감각기관 ( 구심성섬유 ) 과운동기관 ( 원심성섬유 ) 신경원은신경계의기능적단위이며, 세포체 ( 체세포 ), 수상돌기, 축색등의기본영역으로나뉨.
신경의구조와운동조절 안정시막전압 신경원의세포외부 ( 양전하 ) 와내부 ( 음전화 ) 의전기적전하의차이. 안정시막전압유지에는나트륨, 칼륨, 염화이온이중요한역할을함 안정시신경세포막전압의음이온현상은칼륨의확산때문이며, 그원인은나트륨보다높은칼륨의투과성과농도변화때문임. ATP 에너지를사용시능동수송펌프인나트륨 / 칼륨펌프로인하여세포내, 외의농도를조절함.
신경의구조와운동조절 자율신경계
운동중순환반응 심폐계의목적은 1 산소를조직에전달하고부산물을제거하며, 2 영양소를조직에전달하며, 3 체온을조절하는것임.
운동중순환반응 심장주기 심장의주기는심장의수축과이완의반복적인패턴에의함. 안정시의심실수축으로혈액의 2/3 가뿜어나가며 ( 약 1/3 은보존 ), 그후심실은 이완기동안에혈액을가득채움. 심장주기동안의압력의변화 심방이완시혈액은정맥순환으로부터심방에들어감 ( 내부압력은점차적증가 ). - 심방혈액의약 70% 는수축전에방실판을통해심실로직접들어감. 심방의수축시심방의압력은증가함 ( 심방혈액의약 30% 추가이동 ). 심실의압력은혈액이가득차는동안낮아지고, 심방이수축할때가볍게증가함.
운동중순환반응 동맥혈압에영향을주는요인 심전도 심장주기동안심근에서발생하는전기적인변화를기록한것. 심장파장의분석은자극을전도하는심장의능력을평가할수있으며, 관상동맥질병의진단에사용되기도함. 심전도의유형은각각의심장주기동안에여러가지다른편향또는파형을가지고있음.
운동중순환반응
운동중호흡조절
운동중호흡조절 가스의확산 혈액 ( 근육 ) 에서의산소운반 혈액에서운반되는산소의약 99% 는적혈구내에존재하는단백질인헤모글로빈에의함. 폐 ( 폐포모세혈관 ) 에서산소와헤모글로빈이결합하는것을포화라하며, 조직에서의 산소의방출을해리라고함. - 환원형헤모글로빈 + 산소 산화형헤모글로빈 미오글로빈 (myoglobin) 은골격근과심장근에서볼수있는 ( 혈액속이아님 ) 산소와결합하는단백질로서근육세포막에서미토콘드리아로산소를운반하는역할을함. - 지근섬유 ( ), 중간섬유 ( ), 속근섬유 ( ) - 헤모글로빈과유사한구조이나무게는 ¼임. 미오글로빈의산소친화도는헤모글로빈보다큼.
운동중호흡조절 혈액에서의이산화탄소운반 이산화탄소의운반형태 - 용해된상태 (10%), 헤모글로빈과결합 ( 카바미노헤모글로빈, 20%), 중탄산 (70%) 중탄산 (HCO3 ) 의운반원리 탄산무수화 CO2 + H2O H2CO3 H+ + HCO3 탄산 혈액이폐모세혈관에도달하면혈중이산화탄소의분압은폐포의분압보다커지고 혈액과가스의접척면을통하여이산화탄소가혈액밖으로확산됨. 폐에서는헤모글로빈과결합되어있던수소이온이방출되어산소와결합이이루어지며수소이온은탄산의형성을촉진함 ( H+ + HCO3 H2CO3). 이산화탄소의분압이낮은폐포내에서탄산은이산화탄소와물로분해됨. H2CO3 CO2 + H2O
운동중호흡조절