운동과 항산화제

 

 

 

 

1. 유리기와 활성산소의 개념

 

 노화의 주범으로 알려진 유리기(free radical)는 최외각 오비탈에 쌍을 이루지 않는 전자를 가진 매우 활성이 높은 분자 또는 원자를 의미한다. 대학생의 독해 필수 교재 중 하나인 <영어순해> 41페이지에 유리기에 대한 내용이 있어 소개하면 다음과 같다.

 

 "Oxidation is, of course, vital to life itself ; our bodies add oxygen to food in a kind of flameless combustion to extract vital energy. But oxidation is not always benefical, according to the latest scientific theory. When oxygen combines with atom, it sometimes jar loose an electron. An electron-poor atom, known as a 'free radical'. automatically seeks another electron, and starts a chain reaction that can lead to cell damage."

 

 - 산화는 물론 생명 그 자체에는 필요불가결하다. 다시 말하면, 인체는 영양분을 연소시키고 중요한 에너지를 얻기 위해서 산소를 필요로 한다. 그러나, 산화는 반드시 인체에 유익한 것만은 아니다. 가장 최근의 과학적 이론에 의하면 말이다. 산소가 원자와 결합할 때, 원자는 때때로 전자와 느슨해질 때가 있다. 전자가 부족한 원자는 유리기로 알려져 있으며, 자동적으로 또 다른 하나의 전자를 찾아나섬과 동시에 세포 손상을 일으킬 수 있는 연쇄반응을 시작한다. -

 

정상 호흡과정과 대사과정에서도 활성산소(또는 유해산소)가 끊임없이 생성되므로 인체는 항상 활성산소의 독성에 노출되어 있는 것과 마찬가지다. 호흡계에서 산소 분자가 물로 환원되면서 전자가 이동할 때 1-5% 정도 활성산소가 생성되는데, 실험에 의하면 체내 유용 산소의 10%까지 활성산소 형태로 전환될 수 있다고 한다. 이외에 다른 대사과정에 의해서도 계속해서 생성되며, 활성산소의 반감기는 보통 9-10초 정도로 반응성이 매우 높다.

따라서 활성산소는 정상적인 세포나 기관의 막을 공격하여 세포 기능을 손상시킬 수 있다. 그 결과, 세포의 동질성이 파괴되며, 세포간의 교류나 신호전달 메커니즘에 이상이 오며, 핵막, 골지체, 소포체와 같은 세포내 구조에도 영향을 준다. 이러한 손상이 제거되지 않고 남게되면 종양으로 발전될 수도 있다.

활성산소종(reactive oxygen species ; ROS)은 심근경색을 포함한 심혈관계질환과 암, 관절염, 백내장, 폐기종 등 많은 질병의 병인과 관련이 있는 것으로 알려져 있다. 활성산소종은 정상적인 신진대사에서도 형성되며, 염증의 원인이 되기도 하고, 저산소증과 산소포화로 인해 근상해를 일으킨다.

활성산소는 이와 같은 부정적인 작용 외에 면역반응에 이용되어 외부의 침입자인 세균이나 병원균으로부터 인체을 보호하는 데 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있다.

 

2. 활성산소종의 종류

 

  생물학과 의학에서 가장 잘 알려진 몇 가지 라디칼의 종류에는 과산화음이온라디칼, 수산기라디칼, 과산화수소, 알킬라디칼, 알킬-프록실라디칼, (알킬)하이드로퍼록사이드, 일중항산소, 산화질산, 세미키논, 페노실라디칼 등이 있다.

 

3. 유해산소의 발생

 

 유해산소(활성산소)는 다음과 같은 몇 가지 경우에 발생될 수 있다.

1) 운동량이 지나칠 때

2) 화를 내거나 갑작스런 쇼크를 받았을 때

3) 지나친 태양광선을 받았을 때

4) 공포 또는 흥분으로 스트레스를 받거나 화학물질을 투여받았을 때

5) 대기오염 혹은 담배연기에 오랫동안 접촉한 경우

6) 텔레비전이나 컴퓨터, 스마트폰에서 나오는 전자파에 장시간 노출되었을 때

7) 과식 혹은 인스턴트 식품이나 불포화지방산이 많이 든 기름을 과잉 섭취했을 때

8) 신체 중 어느 부위에 염증이 생겼거나 백혈구와 같은 식세포가 체내에 침투한 세균, 바이러스, 기생충 또는 암세포를 죽일 때

9) 정상적인 산화과정

10) 태양광선을 지나치게 받았을 때

 

3. 항산화제의 정의와 종류

 

 생체에서 발생되어 단백질, 핵산 및 생체막 손상을 입히는 활성산소종이 '화재(fire)'라면, 항산화효소와 항산화물질과 같은 항산화제는 '소방수(fireman)'에 해당된다고 볼 수 있다.

항산화제(antioxidants)는 유리산소기에 의한 직접적인 산화 반응 또는 유리산소기 연쇄 반응을 억제하는 물질을 의미한다. 인체는 효소계와 비효소계를 비롯한 효율적인 항산화 방어시스템을 가지고 있다.

항산화제의 종류에는 수퍼옥시드디스뮤타제(SOD), 카탈라제(CAT), 퍼록시다제(GPX)와 같은 항산화효소와 비타민 C, 글루타치온(GSH), 요산과 같은 수용성 항산화제 그리고 비타민 E, 베타-카로틴과 같은 지용성 항산화제가 있다.

 

 1) 항산화효소의 작용

과산화물 불균화효소라고도 불리는 항산화효소는 지질과산화물과 과산화수소를 제거하는 일을 수행하고, 이미 손상된 세포를 원래 상태로 수리하는 일(예, 손상된 DNA 복구)과 해독작용을 담당한다.

 

 2) 수용성 항산화제의 작용

일중항산소, 수산기라디칼, 수퍼옥시드라디칼의 제거, 지질과산화를 일차적으로 방어하는 역할, 적혈구 세포의 과산화된 손상과 용해를 막아주는 일을 수행한다.

 

 3) 지용성 항산화제의 작용

 조직내 지방질의 부패를 막는 강력한 작용을 하고, 세포벽, 세포내부에서 뿐만 아니라 혈액내에서 유리기에 의한 지질의 과산화 변질을 막아주고, 산소가 적은 조직에서 일을 수행하며, 항암 효과를 발휘한다.

 

임상적으로 사용되는 주요 항산화 영양소(비타민 C, E, 베타카로틴 ; 프로비타민 A)외에 셀레니움으 글루타치온 퍼록시다제의 필수적인 부분으로서 비타민 C와 함께 작용하고, 암에 대한 보호 작용을 한다.

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4. 항산화제의 중요성

 

 일상적이고 규칙적인 운동은 성장호르몬 분비나 뇌에서 여러 종류의 엔돌핀을 발생시켜 인체를 젊게 유지하는 것 이외에 골격근, 심장, 간에 포함되어 있는 SOD, CAT, GPX와 같은 항산화효소를 증가시켜 산소섭취량의 증가에 따른 산화스트레스와 활성산소종에 대한 항산화 방어능력에 긍정적인 적응 반응을 나타내는 것으로 알려져 있다. 하지만 마라톤, 철인3종경기, 과도한 트레이닝과 같은 탈진적이면서 격렬한 운동시에는 조직 손상과 과산화지질의 증가는 물론 급격히 증가된 산소소비량으로 인하여 활성산소종이 함께 증가하므로 항산화시스템의 능력을 초과하게 되어 인체방어효과에 완벽하게 작동하지 못하게 된다.

 

 현재 의학적으로 운동선수가 비교적 빨리 늙는 것은 활성산소종 때문인 것으로 파악되고 있으며, 단거리 달리기 선수보다 마라톤과 같은 장거리 달리기 선수가 더 늙어 보이는 것은 성장호르몬의 양이 증가되지 않고 엄청난 양의 유리기를 체내에서 만들고 있을뿐만 아니라 지방 소모 특히 얼굴의 지방이 과다하게 소모돼 나이보다 훨씬 늙어 보이게 된다고 한다. 결국 격렬한 운동은 노화를 재촉하는 원인을 제공하고 있다고 볼 수밖에 없다.

 

따라서 건강과 경기력 향상을 목적으로 신체활동을 많이 하는 일반인과 선수들은 비타민 C, E, 베타카로틴, 셀레니움과 같은 항산화영양소를 운동전과 후에 보충하는 것이 산화 스트레스나 활성산소종에 대처하는 슬기로운 방안이 될 것으로 생각된다.

 

***화재가 발생하기 전에 소방차와 소방수는 화재 현장에 올 수 없다. 그러나 우리는  몸 안에서 활성산소종이 미토콘드리아와 DNA를 비롯한 각종 유전자 물질을 파괴하고, 지방을 부패시키며 단백질과 탄수화물을 변형시켜 손상을 입히기  전에 화재(활성산소종)를 진압할 수 있다.