고급영양학-에너지와 운동영양에 대하여

인체가 사용하는 식품에너지의 원천은 식물이 태양에너지를 이용하여 광합성을 통해 생성한 탄수화물이다. 인체는 식품에너지를 체내에서 화학적, 기계적, 전기적, 열에너지등으로 전환하여 신체활동, 생리적 기능 조절, 체세포 성장 및 유지에 사용하는데, 활동이나 운동의 종류와 강도에 따라 인체는 다른 에너지원을 이용하여 효율적으로 대사를 조절하며 생명을 유지합니다.

 

1. 에너지의 근원과 전환

인체는 식품을 섭취하여 얻는 에너지를 체내에서 ATP형태로 전환시키고 이를 이용하여 성장 및 유지, 신체활동, 체온조절 등을 합니다. 인체에서 사용하고 남은 에너지는 주로 지방 형태로 체내에 저장되어 식품 공급이 되기 어려운 상황에서 에너지원으로 활용되는데, 과다한 에너지가 체내에 축적되는 비만의 경우 여루 합병증으로 인하여 건강에 해가 되기도 합니다.

 

1) 식품에너지와 대사에너지

식품의 탄수화물, 지질, 단백질과 알코올에 저장되어 있는 식품에너지는 소화와 흡수과정을 거쳐 체내로 들어온 후 대사되어, 세포에서 분해되고 미토콘드리아에서 전자전달계를 통과하며 화학적 에너지인 ATP로 전환됩니다. 이 과정에서 식품에너지의 일부만이 ATP로 전환되고 나머지는 식품이 소화, 흡수, 대사를 하는 동안 소비되거나 열로 발산되어 체온을 유지하는데 이용됩니다.

식품에너지가 소화과정에서 손실되어 대변으로 배설되고 남은 에너지를 소화에너지라고 한다. 소화에너지에서 소변과 땀으로 배설된 것을 제외하고 남은 에너지를 대사에너지라고 하는데, 단백질은 에너지원으로 이용되는 과정에서 요소회로 등을 거치면서 소변으로 손실되는 에너지가 많기 때문에 소화에너지와 대사에너지의 차이가 탄수화물이나 지질에 비하여 크다. 탄수화물, 지질, 단백질의 대사에너지는 g당 각각 4칼로리, 9칼로리, 4칼로리이다. 대사 에너지의 50% 정도는 이회과정이나 갈색지방조직의 열생산 등을 통해 열로 발산되어 체온유지에 이용되고, 10% 정도는 영양소의 소화, 흡수, 분해, 저장등에 사용된다. 그러므로 실제로 체내에서 기초대사와 활동대사에 이용되고, 또한 이용 후 남아서 체내에 저장되는 에너지의 양은 식품에너지의 약 20~45% 정도이다.

 

2) 인체 에너지의 이용과 저장

인체는 식품으로부터 얻은 에너지를 이용하여 장기와 근육 활동을 하지만, 필요 이상의 에너지를 섭취하면 여분의 에너지가 체내에 저장된다. 포도당은 먼저 글리코겐으로 저장되고 여분의 아미노산, 지방산, 포도당은 모두 지방으로 전환되어 저장됩니다. 알코올은 7칼로리를 발생하는데, 에너지원으로 사용되기도 하지만, 과잉 섭취 시 지방으로 전환되었던 에너지원이 분해되어 이용됩니다. 간이나 근육에 저장된 글리코겐은 포도당으로 분해되고 지방조직에 저장된 지방은 자방산과 글리세롤로 분해되며, 체단백질은 아미노산으로 분해되어 에너지로 이용됩니다.

 

2. 인체 에너지 대사량

인체에서 소비되는 에너지를 인체 에너지 대사량이라고 합니다.

기초대사량(또는 휴식대사량), 신체활동대사량, 식사성 발열효과 그리고 적응대사량이 있습니다.

 

1) 기초대사량과 휴식대사량

🔸기초대사량

기초대사량은 인체가 기본적인 생체 기능을 수행하기 위해서 소비하는 최소한의 에너지를 말합니다. 의식적인 근육 활동이 없는 휴식상태에서 체내의 항상성을 유지하고 신경 전달, 심장 박동, 혈액순환, 호흡운동, 체온 및 호르몬 활동 유지 등에 필요한 에너지로 1일 소모량의 60~70%에 해당됩니다. 기초대사량은 상온 조건에 아침 식전에 식품 이용을 위한 에너지 소모량의 영향이 배제된 상태에서 누워서 간접열량계로 측정할 수 있습니다.

성인의 경우에 인체 기관 중 간이 소비하는 에너지는 기초대사량의 30% 정도이고, 뇌는 20%, 심장은 10%, 그리고 근육은 20%를 차지합니다. 기초대사량을 간이로 계산하는 방법으로는 남자는 체중 1kg당 시간당 1kcal로, 여자는 0.9kcal로 합니다. 기초대사량은 성별 이외에도 여러 가지 요인에 의해 영향을 받게 되는데 나이, 체표면적, 호르몬 상태, 영양 상태 등에 의해 다르게 나타납니다. 인체의 체온이 1도씨가 상승하면 기초대사량은 13% 증가한다고 합니다.

 

🔸휴식대사량

기초대사량을 측정하기 위한 조건을 충족하기 어려운 경우가 많으므로 기초대사량 대신에 휴식대사량을 적용하는 경우가 많습니다.

휴식대사량이란 식사 또는 운동 후 4~5시간 정도 지난 후 아무런 육체적 운동 없이 편안한 상태로 앉거나 누워 있는 상태에서 정상적인 신체기능과 체내 항상성을 유지하는데 소비되는 에너지입니다. 식품이용을 위한 에너지 소모량 일부와 근육 긴장 유지를 위한 에너지 소비가 필요하므로 기초대사량에 비해 약 5% 정도 많습니다. 하루 총 소비 에너지양의 65~75%를 휴식대사량이 차지하게 됩니다.

 

2) 신체활동대사량

신체활동대사량은 인체가 의식적인 근육활동을 할 때 소비하는 에너지를 말하며, 1일 에너지 소비의 15~30% 정도를 차지하는데 활동의 종류뿐 아니라 활동 강도 및 활동 시간에 따라 달라집니다. 체중과 체구성 성분에 의해 영향을 받는데 근육이 많을수록 활동을 할 때 에너지 소비량이 많아집니다.

정신활동은 에너지 소비를 별로 증가시키지는 않으나, 일상적인 생활에서 가볍게 움직이거나 자세를 꼿꼿하게 유지하고 있는 경우에도 에너지 소비가 진행됩니다.

 

3)식 사성 발열효과

섭취한 식품이 장에서 소화, 흡수되는 과정과 영양소가 체내에서 운반, 대사 되는 과정에서 소비되는 에너지를 식사성 발열효과라고 부릅니다. 식사 후 1시간이 지난 후에 가장 높으며 5시간 정도 후에는 식사성 발열효과로 인한 에너지 소비가 없어지는데, 이 에너지는 열로도 발산되어 체온이 상승하는 효과가 있다. 혼합 식사를 하는 경우 총 에너지 소비의 10% 정도를 차지하는데 섭취하는 식사의 열량영양소 구성비에 따라 에너지 소모량이 달라 단백질 섭취의 경우 가장 높고 지질 섭취의 경우 가장 낮습니다. 단백질은 아미노기를 제거한 후 요소를 만드는 과정에서 탄수화물이나 지질에 비해 여분의 에너지를 필요로 하고, 지질이 체지방으로 전환되는 과정은 탄수화물이 글리코겐이나 지방으로 전달되는 과정에 비하여 에너지 소비량이 적기 때문이다. 과식을 하거나 강한 향신료를 사용한 음식을 먹었을 때에 식사성 발열효과가 증가되기도 합니다.

4) 적응대사량

인체가 변화하는 환경에 적응하기 위해 소비하는 에너지로 추위에 노출되거나 과식, 부상, 스트레스 등의 상황에서 신경 및 호르몬 분비의 변화에 의해 열이 발생하여 소비되는 에너지입니다. 총 에너지 소비의 10% 정도를 차지하지만 실제 1일 에너지 필요량을 계산할 때에는 포함되지 않습니다.