인체의 에너지 대사

인체의 필요한 만큼의 에너지를 사용하고 남는 에너지는 저장하거나 소비함으로써 균형을 이루고 있으며, 일정한 시간에 체내에서 발생하는 열량을 대사량이라고 한다. 인체의 에너지 소비 형태는 기초대사량을 포함한 안정시대사량이 60에서 70이며, 활동성 에너지가 30에서 35으로 총에너지의 많은 부분을 차지한다. 이 이외에도 음식물의 소화과정에 소비되는 식이 유발성 에너지소비와 환경에 적응하기 위한 에너지소비 등이 있다. 기초대사량은 정상적인 신체기능과 체내 항상성을 유지하고 자율신경계의 활동에 필요한 최소한의 에너지양을 의미한다. 보통 식사 후 12에서 14시간이 지나간 다음 잠을 자고 나서 아침에 일어나지 않고, 아무런 생각과 행동을 하지 않은 채 누워 있는 상태로 덥거나 춥지 않은 온도에서 측정한다. 일반적으로 수면 시에는 10정도 더 낮게 나타난다. 한편, 안정시대사량은 주로 근육의 대사활동에 비례하는 값으로 음식물의 대사 작용에 따른 열 생산이 매우 낮은 안정적인 상태의 에너지대사량이다. 식사 3시간에서 4시간 후에 측정하며, 기초대사량보다 약10 가령 더 높게 나타난다. 활동성 에너지는 인체의 기본적인 대사활동에 외에 다양한 신체활동을 통해 소모되는 에너지를 말한다. 신체활동의 종류, 시간, 형태 및 개인차에 따라 다르지만 총에너지 소비량의 30에서 35를 차지한다. 음식물 이용에 필요한 에너지 소모는 음식물의 특이동적 작용이라고도 하는데, 식이 유발성 에너지소비라고 하며 음식물을 섭취한 직후에 체내에서의 대사 작용으로 일어나는 필수적인 에너지소비량을 의미한다. 섭취하는 음식물의 구성성분 및 비율에 따라 달라지며, 전체 소비량의 6에서 10에 해당하고, 단백질, 탄수화물, 지질의 순서로 에너지소비량이 많다. 적응 대사량은 심리상태, 주변의 환경, 온도, 영양상태 및 체격 등의 환경에 적응하기 위한 에너지 대사량을 나타내며 자율신경 및 호르몬에 영향을 받아 증가하기도 한다. 일일 총에너지소비량의 공식은 다음과 같으며, 기초대사량에 영향을 미친다. 인체는 신체활동 등 생명 유지를 위해 탄수화물, 지방, 단백질 등의 영양소를 대사 작용을 통해 에너지원인 아데노신삼인산을 만들어낸다. 음식물로부터 섭취하는 에너지원은 근세포 속에서 이용되기 위해 ATP 형태로 변환되어야만 한다. ATP에 저장된 에너지는 일상생활에서 움직이고, 물건을 나르고, 소리를 지르며, 무엇인가를 생각하고 인체를 구성하는 물질의 합성 등 모든 세포 활동에 필요하다. ATP는 그 구조 때문에 자연계의 모든 생물체에 에너지의 화폐로 사용된다. 인체 내에서 생명 활동에 필요한 에너지는 ATP로 분해되면서 방출되는 에너지이다. 이렇게 방출된 에너지는 화학에너지, 기계 에너지, 열에너지, 전기에너지, 빛에너지 등으로 전환되어 물질의 합성과 수송, 근육의 수축과 이완, 발열 등에 이용되고 개똥벌레, 뱀장어와 같은 일부 동물에서는 발전, 발광 등에 이용된다. 인체의 움직임은 근육의 수축 활동에 의해서 이루어지며, 근육의 수축을 위해서는 에너지 공급이 필요하다. 근육에서 가장 빠르게 직접적으로 이용할 수 있는 에너지원은 아데노신삼인산이라는 ATP로 근수축에 필요한 에너지의 현금으로 불리기도 한다. ATP는 아데노신 1개와 인산기 3개가 2개의 연결 고리로 결합하여 있는 구조이다. 이때 2개의 연결고리 중 하나의 결합이 분리되면서 ATP가 ADP와 Pi로 분리되면서 에너지가 방출된다. 근육이 수축하게 될 때 에너지가 이용된다. 또한, ADP가 AMP와 Pi로 분해될 때도 소량의 에너지가 방출된다. 인체 내 직접적인 에너지원인 ATP는 근육 속에 소량 저장되어 있기 때문에 지속해서 근수축을 하기 위해서는 끊임없이 ATP를 재합성해야 한다. ATP를 재합성하는 방법에는 ATP-PC 체계, 젖산 체계 세 가지가 있다. 산소의 이용 여부에 따라 ATP-PC, 젖산 체계는 무산소 과정으로 유산소 체계는 유산소 과정으로 구분할 수 있다. 무산소성 과정은 산소를 사용하지 않고 ATP를 재합성하는 과정으로 세포질 내에서 이루어지지만, 유산소성 과정은 산소를 이용하여 ATP를 합성하는 과정으로 미토콘드리아 내에서 이루어진다. 젖산 체계: 세포질로 들어온 포도당은 분자가 커서 미토콘드리아로 직접 들어 갈 수 없다. 따라서 세포질 내에서 포도당의 분해가 일차적으로 일어나야 하며, 이를 해당작용이라고 한다. 운동 시 해당과정의 중요성은 나열하기 힘들 정도로 많이 있는데, 이는 탄수화물이 운동 시 가장 주요한 에너지원이고, 탄수화물에 의한 에너지 공급이 실제로 해당과정에서부터 시작되기 때문이다. 특히 운동 초반에 세포가 수축하여 충분한 산소가 공급되지 않는 무산소 적 상황에서도 해당과정 경로의 활성을 통해 필요한 에너지를 빠르게 공급하고, 운동이 지속됨에 따라 세포에 산소의 공급이 다소 원활해지면 유산소 적 에너지 체계의 경로를 통해 효율적으로 에너지가 생성되어, 근수축에 필요한 에너지가 공급된다. 해당작용은 1930년대 독일의 과학자 엠덴, 메이어 호프, 파나스에 의해 밝혀졌으며, 이들 세 사람의 첫 글자를 따서 EMP 경로라고도 하나, 단순히 해당작용이라고 하는 경우가 많다. ATP-PC 체계에서 의해 생성된 ATP가 고갈된 후 두 번째로 빠르게 ATP를 생성할 수 있는 방법이 젖산 체계, 즉 무산소성 해당 과정이다.