16시간 공복, 3일 금식.. 간과 근육의 글리코겐 대사과정의 이해

[문형철]

공복 상태에서 간 글리코겐과 근육 글리코겐의 사용 과정을 정리.

1. 저장량과 기본 역할 비교

구분                                                 간 글리코겐                                                 근육 글리코겐

저장량 (성인)	약 80~100 g	약 300~400 g
주요 역할	전신 혈당 유지 (뇌, 적혈구 등)	근육 자체 에너지 공급
Glucose-6-phosphatase	있음 (자유 포도당 방출 가능)	없음 (혈액으로 포도당 방출 불가)
주요 조절 호르몬	Glucagon (주), Epinephrine	Epinephrine, 국소적 신호 (AMP, Ca²⁺)

2. 공복 시 호르몬 환경

공복(식후 4~6시간 이후)이 되면:

• 인슐린 ↓
• 글루카곤 ↑ (간에 강하게 작용)
• 필요 시 에피네프린 작용

이로 인해 glycogen synthase는 억제되고,

glycogen phosphorylase는 활성화되어 분해 방향으로 전환.

3. 간에서의 글리코겐 분해 과정 (Hepatic Glycogenolysis)

간은

glucose-6-phosphatase를 가지고 있어

G6P를 자유 포도당으로 만들어 혈액으로 내보낼 수 있습니다.

공복 초기 혈당 유지의 가장 중요한

기전입니다.

주요 단계:

1. 글루카곤 → 간세포 수용체 결합 → Gs 단백질 → Adenylate cyclase 활성화 → cAMP ↑ → PKA 활성화
2. PKA가 phosphorylase kinase를 인산화하여 활성화
3. 활성화된 phosphorylase kinase가 glycogen phosphorylase b → phosphorylase a (활성형)로 전환
4. Glycogen phosphorylase 반응:
5. Phosphoglucomutase:
6. Glucose-6-phosphatase (간에만 존재):
7. 생성된 포도당이 GLUT2를 통해 혈액으로 방출 → 혈당 유지

이 다이어그램은

글리코겐 분해(glycogenolysis)와 글리코겐 합성(glycogenesis)의 핵심 효소와 조절 기전을

조직 특이적으로 보여줍니다.

가장 중요한 차이점은

Glucose-6-Phosphatase의 유무입니다.

1. 간 (Liver)

주요 경로:

• 분해 방향: Glycogen → Glycogen Phosphorylase (노란색) → Glucose-1-Phosphate → Phosphoglucomutase → Glucose-6-Phosphate → Glucose-6-Phosphatase (파란색 상자) → 자유 포도당(Glucose) 방출
• 합성 방향: Glucose-6-Phosphate → Glycogen Synthase (녹색) → Glycogen

조절:

• Glycogen Phosphorylase: ATP와 Glucose-6-Phosphate에 의해 억제
• Glycogen Synthase: Glucose-6-Phosphate에 의해 활성화

간은 혈당 항상성 유지를 담당.

공복 시 글리코겐을 분해해 혈액으로 포도당을 공급할 수 있는 유일한 장기.

2. 골격근 (Skeletal Muscle)

주요 경로:

• 분해 방향: Glycogen → Glycogen Phosphorylase (노란색) → Glucose-1-Phosphate (여기서 Phosphoglucomutase를 통해 Glucose-6-Phosphate로 전환되지만, Glucose-6-Phosphatase가 없음)
• 합성 방향: Glucose-6-Phosphate → Glycogen Synthase (녹색) → Glycogen

조절 (간과 차이):

• Glycogen Phosphorylase: ATP, Glucose-6-Phosphate + Ca²⁺에 의해 조절
• Ca²⁺ 조절은 근육 수축 시 즉각적인 에너지 공급을 가능하게 함

의미: 근육은 자체 에너지 공급에 특화.

생성된 Glucose-6-Phosphate는 혈액으로 방출되지 않고,

근육 내 해당과정(Glycolysis)을 통해 ATP를 생산합니다.

핵심 비교 표

항목                                                  간 (Liver)                      골격근 (Skeletal Muscle)                임상적 의미

Glucose-6-Phosphatase	존재 (있음)	없음	간만 혈당 공급 가능
포도당의 최종 운명	혈액으로 유리 → 전신 이용	근육 내 해당과정 → 국소 ATP 생산	근육은 혈당에 기여하지 않음
Ca²⁺ 조절	없음	있음 (수축 시 활성화)	운동 시 근육 글리코겐 즉시 동원
주요 생리적 역할	혈당 항상성 유지 (공복/식후)	운동 시 에너지 공급	케토제닉 식이·암 대사에서 중요
Glycogen Phosphorylase 조절	ATP, G6P	ATP, G6P, Ca²⁺	-

한 줄 요약

• 간: “혈당 공장” — 글리코겐을 분해해 혈액에 포도당을 내보낼 수 있다.
• 골격근: “자체 발전소” — 글리코겐을 분해해도 포도당을 혈액에 내보내지 못하고, 근육이 직접 사용한다.

이 차이 때문에

케토제닉 식이나 암 대사에서 간의 글리코겐 대사와 근육의 대사 유연성이

매우 중요하게 다뤄집니다.

Glycogenolysis: Location, Steps, Enzymes, Regulation, Uses

(위 그림에서 간 부분을 보시면 Glucose-6-phosphatase가 있고, 최종적으로 Glucose가 혈액으로 나가는 것을 확인할 수 있습니다.)

간 글리코겐은 보통 12~24시간 정도 지속되며 (개인차 있음), 이후에는 gluconeogenesis로 전환됩니다.

4. 근육에서의 글리코겐 분해 과정 (Muscle Glycogenolysis)

근육에는 glucose-6-phosphatase가 없기 때문에

G6P가 혈액으로 나가지 못하고,

반드시 해당과정(glycolysis)으로 들어갑니다.

• 주로 에피네프린이나 운동 시 국소 신호(AMP ↑, Ca²⁺)에 의해 유발
• 동일한 cascade로 glycogen phosphorylase가 활성화 → G1P → G6P

G6P의 운명:

• 해당과정 진입 → Pyruvate 생성
• 유산소 조건: Pyruvate → Acetyl-CoA → TCA cycle + 산화적 인산화 (많은 ATP 생산)
• 무산소/강한 운동: Pyruvate → Lactate (LDH 효소)

휴식 상태의 공복에서는 근육이 지방산 산화를 우선적으로 사용하기 때문에 글리코겐 분해가 크게 증가하지 않습니다. 운동을 하면 빠르게 소모됩니다.

5. Cori Cycle (젖산 회로) — 근육과 간의 협력

근육에서 생성된 lactate는 혈액을 타고 간으로 이동하여 gluconeogenesis의 기질로 사용됩니다. 이를 통해 근육은 간접적으로 혈당 유지에 기여합니다.

Cori Cycle: Biochemical Pathway, Role and Energy Cost

에너지 비용:

• 근육: Lactate 생성까지 2 ATP 생산
• 간: Gluconeogenesis로 Glucose 재합성까지 6 ATP 소모 → 전체적으로 간이 에너지를 소모하여 근육을 지원하는 형태

6. 시간 경과에 따른 변화 요약

공복 시간                           주요 혈당 공급                                                                 기전비고

0~4시간	잔여 영양소 + 초기 glycogenolysis	-
4~16~24시간	간 glycogenolysis (주요)	혈당의 50~75% 담당
24시간 이후	Gluconeogenesis 증가	Lactate, Glycerol, Alanine 이용
장기 공복	Ketogenesis ↑	뇌의 포도당 대체

임상적 포인트 (참고)

• 간 기능이 저하된 환자에서는 공복 시 혈당 유지가 어려울 수 있음.
• 근육량이 많은 사람은 상대적으로 glycogen 저장량이 많아 초기 공복 적응이 유리할 수 있음.
• Ketogenic diet나 단식 프로토콜을 적용할 때, 이 과정을 이해하면 glucose 의존 조직(뇌, 암세포 등)의 대사적 변화를 예측하는 데 도움이 됩니다.

https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC10717652/

연구 배경 및 목적

운동의 타이밍(공복 상태 vs 식후 상태)이

하루 동안 간과 근육의 글리코겐 변동에 어떤 영향을 미치는지 규명한 연구입니다.

기존 운동 가이드라인은 강도·빈도·시간은 명시하지만,

언제 운동하는지는 거의 다루지 않았습니다.

최근 연구들은

운동 타이밍이 지방 산화, 인슐린 민감성, 체성분, 포도당 대사에 영향을 준다고 보고 있으며,

이 연구는 그 기전을 글리코겐 수준에서 직접 확인하고자 했습니다.

특히

글리코겐을 단순한 에너지 저장고가 아니라

분자 센서(molecular sensor)로 보는 관점이 핵심입니다.

연구 방법 (요약)

• 대상: 건강한 젊은 남성 9명 (23.4 ± 1.3세, VO2max 60.7 ± 1.4 mL/kg/min)
• 디자인: 무작위 교차 연구 (최소 1주 간격)
• 운동: 70% VO2max로 60분 트레드밀 러닝
  • Morning trial: 아침 공복 상태 (post-absorptive)
  • Afternoon trial: 오후 식후 상태 (post-prandial)
• 측정: 13C-MRS(탄소 자기공명분광법)로 간과 종아리 근육 글리코겐을 비침습적으로 정량
• 추가: 혈당, 인슐린, 중성지방, 호흡교환비(RER) 측정

주요 결과

가장 중요한 발견: 아침 공복 운동이 오후 식후 운동보다 하루 종일 간과 근육 글리코겐을 더 크게, 더 오래 고갈시켰습니다.

구분                         Morning (공복 운동)                                  Afternoon (식후 운동)                       통계적 유의성

간 글리코겐	운동 후 -46% (08:00), 이후에도 지속 저하	식사 후 회복 (15:00에 266 ± 21 mM)	Trial × Time interaction P < 0.01
근육 글리코겐	운동 직후 59 ± 7 mM로 급감, 하루 종일 낮음	상대적으로 높은 수준 유지	Trial × Time interaction P < 0.01

• 아침 운동군에서 간 글리코겐은 아침 식사 후에도 baseline 대비 유의하게 낮은 상태가 지속되었습니다.
• 근육 글리코겐은 야간 공복만으로는 거의 소모되지 않았으나, 아침 운동 시 크게 감소했습니다.

핵심 기전 (Discussion에서 강조된 부분)

저자들은 글리코겐을 단순한 저장 형태가 아니라 대사 조절 신호로 해석합니다:

1.  
2.  
3.  

결론 (저자들의 최종 진술)

임상적·실제 적용 의미 (사용자님 맥락에서)

이 논문은 이전에 보여주신 간 vs 골격근 글리코겐 대사 다이어그램과 직접적으로 연결됩니다.

• 간: Glucose-6-Phosphatase가 있어 글리코겐 → 혈당 방출 가능 → 혈당 항상성 + lipolysis 신호
• 근육: Glucose-6-Phosphatase가 없어 글리코겐 → 근육 내 해당과정 + AMPK 신호

이 연구는 그 효소적 차이가 실제 인체에서 운동 타이밍에 따라 어떻게 다르게 나타나는지를 13C-MRS로 보여준 것입니다.

케토제닉·간헐적 단식·암 대사 프로토콜 관점에서 특히 유용한 포인트:

• 아침 공복 운동은 간 글리코겐을 더 강하게 고갈시켜 지방 분해 신호를 증폭시킬 수 있음
• 근육 글리코겐 고갈은 AMPK를 통해 지방 산화 유전자를 활성화 → 대사 유연성(metabolic flexibility) 향상
• 다만, 강도·지속시간이 일반인에게는 다소 높을 수 있음 (연구 limitation)

연구 한계

• 젊은 건강 남성만 대상 (n=9)
• 단회 운동
• 오후 운동 후 저녁 식사·수면까지의 글리코겐 회복은 측정하지 않음
• 운동 강도가 일반인에게는 부담스러울 수 있음