운동 생리학 - 운동과 내분비계(호르몬)

[유정]

1. 내분비계의 기능

내분비(endocrine)란 화학물질이 분비세포에서 혈액 속으로 방출되는 것으로 도관을 통해 방출되는 외분비와는 구별된다. 이렇게 분비되는 화학물질을 호르몬(hormone)이라 하며, 분비하는 선(gland) 또는 기관(organ)은 내분비선 또는 내분비 기관이라 한다.

내분비선은 생성된 호르몬을 혈액 속으로 직접 분비하며, 혈액 속으로 유리된 각 호르몬들은 그들에게 반응하는 특정 세포를 갖는데, 이를 표적세포(target cell)라고 한다. 이러한 표적세포들은 각각의 호르몬과 결합하는 특정 수용체를 갖고 있으며, 신체의 어느 곳에나 존재할 수 있기 때문에 한 가지 호르몬이 동시에 여러 조직 및 기관의 대사활동을 변화시킬 수 있다. 그러므로, 호르몬은 한 조직에서 유리되어 다른 조직내의 표적세포에 도달되도록 혈류를 통해 운반되는 화학적 전령(chemical messenger)이라 할 수 있다.

신체의 내외 환경에 변화가 생기면 이에 대처하게 되는데, 바로 신경계와 내분비계의 두 가지 통로를 통하여 통합적이고 유기적인 조절이 이루어진다. 신경계에서는 정보전달 부위가 국소적이고 정보의 크기가 방출빈도에 의해 결정되는 데 반해 내분비계에서는 농도에 의해 조절한다. 이러한 이유 때문에 신경계에서는 전달속도가 매우 빠르게 이루어지나 내분비계에서는 비교적 느리다.

내분비계의 기능은 호르몬을 통해 세로의 기질대사를 변화시키거나, 세포막을 통한 물질이동을 변경시킴으로써 신체의 기능을 조절하며, 성장 분비 생식 등 세포기전의 조절에도 깊이 관여하고 있다.

2. 호르몬의 특성

호르몬(hormone)이라는 말은 ‘북돋우다’ 또는 ‘흥분시키다’라는 의미의 그리스어에서 비롯되었다. 호르몬을 구성하는 주성분은 단백질과 스테로이드로, 인체 내에 수백여종이 있다. 그러나 하루에 분비되는 호르몬의 양은 대략 1천만분의 1g정도이며, 실제로 혈관을 통해 표적기관의 활동을 관장하는 분량은 10억분의 1g정도에 불과하다.

각종 호르몬은 발육 및 성장 등에 관여하고, 자율기능 및 행동의 조정, 전해질 또는 영양소의 대사조절을 통한 내부 환경의 유지 역할을 한다. 또한, 그 종류에 따라 다른 호르몬의 작용을 돕기도 하고 억제하기도 한다.

호르몬끼리는 상호관련성이 깊으므로 호르몬간의 균형이 깨지면 내환경이 파괴되어 여러 가지 생리적 기능의 불균형이 찾아온다. 그러므로 건강한 생활을 유지하려면 균형있는 호르몬의 작용이 필수적이다. 이처럼 호르몬의 역할은 다양한데, 그 작용을 지배하는 특성을 요약하면 다음과 같다.

① 호르몬의 작용시점 : 호르몬은 생물학적 과정의 시작과 종료를 결정하지는 않는다. 즉, 호르몬은 이미 진행중인 과정을 조절함으로써 신체에 영향을 미친다. 예를 들면, 여러 유형의 체세포 내에서 효소의 활동을 증가 또는 감속시킨다.

② 호르몬의 분비율 : 호르몬은 상황에 따라 다양하게 분비된다. 호르몬은 주기적 또는 규칙적으로 일정량을 분비하는 경우와 특수한 상황에 의해 증감되는 경우가 있다. 하 루를 주기로 하는 부신호르몬, 한달을 주기로 하는 여성호르몬, 그리고 수년을 주기로 하는 성장호르몬 등 규칙적 또는 주기적으로 일정량이 분비되는 경우와 시간에 따라 분비가 증감되지 않고 음식물 섭취 결과 인슐린 분비의 증가와 같이 특정한 상황적 요 구나 환경에서 필요에 따라 증감되기도 한다.

③ 호르몬의 촉매작용 : 호르몬에는 촉매적 역할이 있는데, 촉매로서의 호르몬 그 자체가 변하는 것은 아니고 오로지 생물학적 과정에 영향을 미친다.

1) 호르몬의 작용기전

신체 내외이 변화를 감지한 내분비기관은 혈액 속으로 호르몬을 방출시켜 표적장기의 기능과 활동을 조절하는 작용을 하게 되는데, 호르몬에 따라 작용하는 기전은 다양하다. 첫째는 세포막을 통과할 수 있는 호르몬들이 세포질내 소기관 혹은 핵속의 유전자에 직접적인 영향을 미치는 방법이고, 두번째는 세포막을 통과할 수 없는 호르몬들이 1차 전령 (first messenger)으로 세포막에 있는 수용체에 접한 후 cAMP, Ca²⁺, IP₃,DAG 등과 같은 2차전령 (second messenger)을 생성시켜 이들로 하여금 생리적 기능을 대신하게 하는 방법이다. 이중 가장 광범위하게 퍼져 있는 2차 전령은 사이클릭 아데노신 모노포스페이트 (cyclic adenisine monophosphate ; cyclic AMP 또는 cAMP)이다. 대부분의 단백호르몬들과 𝛃-catecholamine은 표적세포의 cAMP계를 활성화시켜 작용한다. 호르몬이 표적세포에 도달하면 세포막에 있는 감수체와 결합하여 호르몬-수용복합체(hormone receptor complex)를 형성한다. 복합체가 형성되면 세포막에 있는 아데닐시클라제(adenylate cyclase)가 활성화되고 이 효소의 작용으로 세포내 ATP 중 일부는 cAMP로 전환된다. 생성된 cAMP가 호르몬의 특수한 기능을 발휘하는데 세포의 종류에 따라서 기능이 각각 다르다.

2) 호르몬분비의 조절

호르몬분비의 조절은 음성 되먹이기 기전에 의한 조절과 신경계에 의한 조절로 구분할 수 있다. 음성되먹이기 기전(negative feedback mechanism)이란 혈액 중에 호르몬 농도가 높으면 내분비선의 호르몬분비가 억제되고, 반대로 농도가 낮으면 분비가 촉진되는 현상을 말한다. 대부분의 호르몬 분비는 음성되먹이기 기전 방식으로 조절된다.

신경계에 의한 조절이란 호르몬분비에 신경성 자극이 영향을 미치는 기전으로 뇌하수체 후엽 호르몬의 간뇌 시상하부에 의하여 분비가 조절되고, 부신수질이 교감신경섬유에 의해 카테콜라민을 유리시킴으로서 혈중 농도를 조절하는 방식이다.

3. 내분비선과 호르몬

내분비선은 신체가 필요로 하는 양보다 더 많은 호르몬을 분비할 능력을 갖추고 있으나 실제로 분비되는 양은 신체의 요구에 맞추어 조절되고 있다. 여기에서는 내분비선에서 분비되는 수많은 호르몬 중 신체활동에 주요 역할을 담당하는 호르몬을 중심으로 그 기능과 운동의 관계에 대해 알아본다.

1) 뇌하수체호르몬

뇌하수체(hypophysis)는 대뇌 아래에 위치한 0.5~0.6g의 작은 내분비선으로 뇌하수체 전엽과 후엽에서의 호르몬 분비는 신경적인 자극전달이나 시상하부에서 분비되는 다른 호르몬에 의해 각각 다르게 조정된다. 뇌하수체 전엽에서의 호르몬분비는 시상하부에서 생성된 후 혈관을 통해서 전엽에 도달하는 방출호르몬(releasing hormone)이나 억제호르몬(inhibiting hormone)에 의하여 조절된다.

부위	분비호르몬		표적기관	주요기능
전엽	성장호르몬		모든 세포	성장, 단백질 합성, 지질 동원, 지방질의 에너지원
	갑상선자극호르몬		갑상선	티록신과 트리요드타이로닌의 분비량 조절
	부신피질자극호르몬		부신피질	부신피질호르몬분비
	난포자극호르몬	여자	난포 정세관	난포발육, 에스트로겐 분비 정자 성숙
		남자
	황체형성호르몬	여자	황체 간질세포	배란, 황체형성, 르로게스테론 분비 테스토스테론 분비
		남자
	프로락틴		유선	유즙생산
	엔도르핀		뇌	내인성 진통효과
중엽	멜라닌세포자극호르몬		모든 세포	표피의 멜라닌 합성 촉진
후엽	항이뇨호르몬		신장	수분재흡수, 혈압상승
	옥시토닌		자궁, 유선	분만, 유즙분비

[ 표 1 뇌하수체에서 분비되는 호르몬의 주요기능 ]

그러나, 후엽에서의 호르몬분비는 시상하부에서 출발하여 후엽에서 종말하는 신경섬유의 흥분에 의해 조절된다. 뇌하수체 전엽에서 분비되는 호르몬에는 성장호르몬, 갑상선자극호르몬, 부신피질자극호르몬, 프로락틴, 난포자극호르몬, 황체형성호르몬, 프로락틴, 엔도르핀 등이 있다. 뇌하수체 후엽에서는 항이뇨호르몬과 옥시토신이 분비된다.

(1) 성장호르몬

성장호르몬(growth hormone ;GH)의 분비는 시상하부의 성장호르몬방출인자(growth hormone releasing factor ; GHRF)와 성장호르몬분비억제인자(growth hormone releasing inhibiting factor ; GHIF)인 소마토스타틴(somatostatin)을 통한 자극에 의해 분비가 조절된다. 성장호르몬의 분비는 연령이 증가하면서 성숙 후에도 성장기이 낮은 수준을 계속 유지하며, 1일 1~4mg 정도가 분비되고, 혈중 농도는 0~3mg/ml이다. 성장호르몬의 분비는 일중 변동이 있어 야간의 수면 중에 분비량이 최고조에 달한다.

성장호르몬은 세포에서 단백질합성을 촉진하고 세포 성분의 양을 증가시켜 세포분열을 일으킨다. 또한, 간으로부터 포도당 방출을 촉진시켜 혈당상승작용을 하고, 지방조직에 저장된 중성지방의 분해를 촉진시켜 혈중 유리지방산의 증가를 돕는다. 성장호르몬은 간에도 작용하여 소마토메딘(somatomedin)의 합성과 분비를 촉진시킴으로써 뼈이 굵기, 건, 인대, 근력의 증가에도 관여한다. 이외에도 성장호르몬은 근육내의 혈중 지방산 농도를 상승시킨다.

운동이 성장 호르몬의 농도 변화에 영향을 끼치지 않는다는 보고도 있지만 대부분의 연구에서는 운동강도와 지속시간이 성자호르몬의 분비에 중요한 역할을 하는 것으로 보고 되고 있다. 성장호르몬은 운동시작 15~20분까지 정체 상태에 있다가 중간 정도의 운동시에 증가를 보이며, 마라톤과 같은 장시간 운동에서는 한번 상승한 혈중 성장호르몬이 점차 저하해서 안정시 수준으로 회복된다고 보고되고 있다.

운동에 의한 성장호르몬의 증가는 지방이 운반 및 산화를 증가시켜 지방이용률을 높이기 때문에 체중, 체지방, 지방량 감소 등의 신체구성에 긍정적인 개선효과를 가져올 수 있으며, 지방질을 에너지원으로 이용함으로써 단백질을 절약하고 아미노산의 산화를 억제시키는 결과를 가져와 궁극적으로 조직이 이용할 수 있는 아미노산이 양을 증가시킴으로써 단백질 합성을 위한 DNA와 RNA의 과정을 가속화시킨다.

(2) 갑상선자극호르몬

갑상선자극호르몬(thyroid stimulating hormone ; TSH)은 갑상선 상피세포에 작용하여 갑상선에서 요오드(1)이 선택적인 흡수와 갑상선호르몬의 합성 및 분비 등을 촉진시키는 작용을 한다. 이러한 갑상선자극호르몬은 시상하부의 갑상선자극호르몬 방출친자(thyrotropin releasing factor ; TRF) 및 혈중 갑상선호르몬 농도에 의한 음성되먹이기 기전에 의해 조절된다.

갑상선자극호르몬은 온도가 높아지거나 혈액농도가 높아지면 분비가 억제되고, 반대로 추운 환경에서는 촉진된다. 갑상선자극호르몬은 일회적 운동에서는 변화를 보이지 않는다는 견해가 다수이지만, 운도을 하는 동안 갑상선자극호르몬의 분비가 증가한다는 보고도 있다.

(3) 부신피질자극호르몬

부신피질자극호르몬(adrenocorticotropin ; ACTH)은 부신피질을 자극하여 코르티코이드의 분비를 촉진하며, 유리지방산의 동원, 혈중 호산구의 감소, 요소 생성 촉진 등의 기능이 있다. 부신피질자극호르몬의 분비는 시상하부의 부신피질자극호르몬 방출인자(corticotropin releasing factor ; CRF)에 의하여 자극되고 코르티졸에 의하여 억제된다. 코르티졸은 시상하부와 기타 뇌에도 작용하여 CRF를 억제한다. 정신적 또는 신체적 스트레스, 혈중 클루코스의 감소는 시상하부를 자극하여 CRF를 분비시킨다. 이후 CRF는 뇌하수체 전엽을 자극하여 부신피질자극호르몬을 분비시킨다. 이 ACTH는 세포내에서 호르몬 역할을 대신해 주는 2차 메신저 (cAMP) 생산량을 증가시켜 이것이 프로틴키나제(protein kinase)를 활성화시키면서 콜레스테롤을 다량 유리시키는 동시에 지방조직에서의 호르몬 민감도의 활성화를 촉진시킴으로써 지질분해를 촉진시킨다.

ACTH는 일회적 운동시 운동강도와 밀접하게 관련되어 최대산소섭취량의 60% 이상에서 분비가 증가되는데, 운동시간 및 운동량, 운동 프로그램에 영향을 받는 것으로 알려져 있다.

(4) 성선자극호르몬

뇌하수체전엽에서 분비되는 성선자극호르몬(gonadotropin)은 난포자극호르몬과 황체형성호르몬이다. 난포자극호르몬(follicle stimulating hormone ; FSH)은 난포를 자극하여 성숙을 촉진시키고, 여성호르몬인 에스트로겐의 분비를 촉진시킨다. 이 때 황체형성호르몬이 공존하면 그 작용이 증가하며, 남성에서는 고환이 간질세포를 자극하여 정자생성, 정세관이 발육을 촉진시킨다.

황체형성호르몬(luteinizing hormone ; LH)은 성숙한 난포에 작용하여 배란을 일으키고, 황체를 형성시킨다. 그 결과 황체형성호르몬이 분비가 촉진되며, 이 경우에도 난포자극 호르몬의 공존이 필요하다. 남성에서는 간질세포를 자극하여 남성호르몬인 안드로겐의 분비를 촉진하고 고환과 전립선의 발육을 촉진한다. 사춘기인 남성과 여성에게서는 야간 수면시에 주기적인 분비의 진폭이 나타난다.

일회적인 운동과 관련된 연구에서는 최대산소섭취량의 60% 이상에서 LH, FSH의 분비에 변화를 가져올 수 있다고 하였으나, 일회적 운동에 따른 LH, FSH의 분비는 증가, 감소, 혹은 변화가 없다는 등 일치된 견해를 보이고 있지 않다. 한편, 장기간 운동 후에는 안정시 농도가 낮다, 차이가 없다는 보고도 있으며, 어떤 연구에서는 정상적인 생리주기를 가진 여성들이 마라톤 완주 후 현저히 낮아지다가 1시간 후에 안정시 수치로 회복되는 경향을 보인다고 하였다.

(5) 프로락틴

프로락틴(prolactin)은 황체자극호르몬(luteotrophic hormone ; LTH)이라고도 하는데, 남자에서는 그 기능이 확실하지 않다. 프로락틴의 분비는 시상하부의 프로락틴 억제 및 방출인자에 의해 조절되고 있다. 1일을 통해서 주기적 분비가 일어나 야간 수면시에 현저히 분비율이 높아진다. 프로락틴은 평소에는 분비가 적지만 임신중에 분비가 증가되어 유방 발달을 촉진시키고, 분만 후에는 급격히 증가하여 유방을 자극하여 유즙분비를 유도하며 수유를 지속시킨다. 그러나, 프로락틴의 과다분비는 난소의 기능을 억제함으로써 월경을 지연시킬 수 있기 때문에 월경의 지연뿐만 아니라 무월경과 월경불순이 원인이 되기도 하다. 일회적 운동 후에 증가한다는 견해가 주를 이루고 있으며, 남성보다는 여성에게서 더 높은 경향과 많은 변화를 보인다고 알려져 있다.

(6) 엔도르핀

엔도르핀(endorphin)은 인체의 내부를 의미하는 ‘endogenous'와 ’morphins'의 합성어로서 내인성 진통효과가 있는 것으로 알려져 있다. 엔도르핀에는 여러 가지 화합물이 발견되고 있는데, 이 중에서 베타엔도르핀이 가장 주목받고 있으며 이는 운동과 같은 스트레스 요인에 의해 분비가 촉진된다. 운동시 베타엔도르핀은 무산소역치 이하의 운동강도에서는 변화가 나타나지 않고, 그 수준 이상에서 분비가 촉진된다고 한다. 또한, 탈진에 가까운 최대운동시에는 안정시보다 2~5배 증가하고 마라톤과 같은 장시간 고강도 운동수행시 분비가 더욱 증가하며, 정서적 상태와도 깊은 관련이 있는 것으로 알려져 있다. 또한, 베타 엔도르핀은 운동수행 중 대사활동을 원활하게 하는 기능과 면역체의 조절인자로서 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있다.

(7) 멜라닌세포자극호르몬

멜라닌세포자극호르몬(melanocyte stimulating hormone ; MSH)은 뇌하수체중엽에서 분비되면, 멜라닌(melanin)세포의 멜라노솜(melanosome)에서 멜라닌합성을 촉진하여 털과 필부에 색소를 침착시키고 지방조직의 지방분해를 활성화하여 유리지방산을 방출시킨다.

(8) 항이뇨호르몬

뇌하수체 후엽은 호르몬 합성보다 다른 부위에서 생산된 호르몬을 일시적으로 저장하고 필요할 때 분비해 주는 역할을 한다. 즉, 시상하부 앞부분에서 분비된 호르몬이 신경섬유를 따라 이곳에 흘러들어와 저장되어 있다가 시상하부에서 시작되는 신경흥분이 이곳에 전도되면 저장되었던 호르몬이 혈액 내로 방출된다.

뇌하수체 후엽에서 분비되는 항이뇨호르몬(antidiuretic hormone ; ADH)은 일명 바소프레신(xasopressin)이라고도 한다. ADH는 원위세뇨관에서 수분의 투과성을 높여 수분의 재흡수를 촉진함으로써 요량을 감소시키는 항이뇨 작용을 한다. 따라서, ADH의 분비 증가는 요의 배설량 감소를 가져오지만 ADH의 분비가 떨어지면 수분의 재흡수량이 감소하고 요량을 증가한다. 또한 ADH는 말초혈관을 수축시킴으로써 혈관 저항을 높이고 수축기 혈압을 상승시킨다. 탈수시나 출혈시에는 ADH가 분비되어 혈액량 부족으로 발생할 수 있는 순환부전을 예방한다.

한편, ADH의 분비조절은 혈장삼투압과 혈액량, 혈압에 영향을 받는다. 물을 마신다거나 땀을 흘리면서 혈장 삼투압이 변화되면 ADH의 농도가 변화된다. 또한 다량출혈 또는 혈액량의 급격한 증대로 혈압에 변화가 생기게 되면 경동맥동과 대동맥궁에 있는 압수용기가 ADH 분비조절에 관여하게 된다.

운동을 장시간 지속하면 체온이 상승하여 많은 땀이 체외로 나오고 이로 인해 혈액의 농축 현상이 일어나 혈장 삼투압이 증가하게 되어 결국 뇌의 갈증중추를 자극하게 된다. 이 갈증중추의 흥분은 뇌하수체 후엽에 있는 ADH를 분비시키는 세로를 자극하여 분비를 촉진시킨다. 일반적으로 운동은 ADH의 혈중 수준을 HCLEO 8배까지 증가시키고, 운동강도가 높을수록 분비량이 증가되는 것으로 알려져 있다.

(9) 옥시토신

옥시토신(oxytoxin)은 시상하부에서 생산되어 단백질과 결합된 분비과립의 형태로 뇌하수체 후엽에 이동되어 저장된다. 옥시토신은 자궁의 평활근수축과 유방근을 수축시켜 유즙의 배출을 촉진시키지만, 남성에서의 생리적 작용은 밝혀지지 않았다. 한편, 스트레스, 발열, 흡연, 혈장 삼투압 상승, 에스트로겐 투여 등이 옥시노신이 분비자극인자로 보고되고 있다.

2) 갑상선과 부갑상선호르몬

갑상선(thyroid glands)은 목 앞쪽에 있는 나비모양이 내분비선으로, 혈관이 풍부하여 인체조직 중 조직 무게당 가장 많은 피를 공급하고 있다. 사람이 갑상선에서 분비되는 호르몬에는 티록신(thyroxine, T₄), 트리요오드타이로닌(triiodothyronine, T₃), 칼시토닌(calcitonin)이디 있다. 갑상선호르몬은 특히 골격근의 성장에 필수적이므로 유년기에 갑상선에 이상이 생기면 골격근 및 기타 조직의 성자이 저하된다. 갑상선 호르몬의 분비는 뇌하수체 전엽에서 분비되는 갑상선 자극호르몬에 의해 조절되며, 성별이나 연령, 식사와의 관련이 없는 것으로 알려져 있다. T₃와 T₄는 인체조직의 대사속도를 증가시키며 기초대사량을 60~100%까지 증가시킬 수 있다. 또한, 당질의 흡수, 간의 클리코겐 분해 및 당신생, 담즙으로부터 콜레스테롤 배출, 단백질 이화 동화작용 등을 촉진시킨다. 이외에도 산소소모량과 에너지 소비 속도를 상승시켜 체온상승을 유발시키고, 적혈구 생성을 촉진시켜 산소운반능력을 향상시킨다. 그리고 뼈에서 무기질의 질환을 촉진시키고 다른 내분비선을 자극하기도 하다.

칼시토닌은 뼈 파괴세포(osteoclast)의 활동을 저하시켜 뼈에서 칼슘의 유리를 억제시키는 동시에 뼈 세포의 활성도를 증가시켜 뼈 속에 칼슘 침착을 촉진한다. 그러므로, 칼시토닌이 활성화될 때에는 혈중칼슘농도가 저하된다. 또한, 칼시토닌은 요관으로부터의 칼슘 재흡수를 감소시킴으로써 소변을 통한 칼슘의 배설을 증가시킨다.

부갑성선(parathyroid glands)은 갑상선의 뒤쪽에 위치하고 있으며, 이곳에서 부갑성선호르몬(parathoromone ; PTH)이 분비된다. PTH는 혈장칼슘과 인산염농도의 주된 조절인자로서 주요 작용부위의 뼈, 신장 및 장이다. PTH는 골파괴세포를 자극하여 무기질 전환과 뼈로부터 칼슘이 유리를 촉진시키고, 뼈 세포를 자극하여 뼈의 칼슘침착 속도를 낮춘다. 또한 장관에서 칼슘과 인의 흡수를 증가시키고 소변으로의 칼슘 방출을 감소시킨다.

일회적 운동에 따른 T₃, T₄ 농도는 변하지 않는 것으로 알려지고 있으나, 칼시토닌이나 부삽상선 호르몬과 운동과의 관계는 아직 명확히 밝혀지지 않고 있다.

부위	분비호르몬	표적기관	주요기능
갑상선	티록신(thyroxine, T₄)	모든 세포	에너지대사, 산소소비, 성장 및 발육촉진
	트리요오드타이로닌(triodothyronine, T₃)
	칼시토닌(calcitonin)	뼈, 신장, 부갑상선	혈장 칼슘 농도 저하
부갑상선	부갑상선 호르몬(PTH)	뼈, 신장, 장	혈중 칼슘 농도 증가

표 2 갑상선 및 부갑상선에서 분비되는 호르몬의 주요기능

3) 부신호르몬

부신(adrenal gland)은 신장 내측 상부에 있는 한 쌍의 장기로서 피질(cortex)과 수질(medulla)로 구분된다. 안쪽에 위치한 수질에서는 부신수질호르몬이 분비되고, 바깥쪽에 위치한 피질에서는 스테로이드호르몬이 분비된다.

(1) 부신수질호르몬

부신수질호르몬은 교감신경 말단과 부신수질의 과립에서 생성되며, 분비는 신경에 의해 조절된다. 부신수질은 아드레날린, 노르아드레날린, 도파민을 합성하여 분비하는데, 이 세가지 호르몬을 카테콜라민(catecholamine)이라고 한다. 카테콜라민은 교감신경자극에 의해 분비되며, 약 80%는 아드레날린이고, 나머지 대부분은 노르아드레날린, 도파민은 소량 분비된다. 아드레날린을 에피네프린, 노르아드레날린을 노에피네프린이라고도 한다. 이러한 부신수질호르몬은 교감신경의 긴장상태, 정서적 긴장, 스트레스 상태, 운동시 분비가 촉진되는 것으로 알려져 있다.

아드레날린은 교감신경계의 지배를 받고 있는 부신수질에서 순환 혈중으로 분비되는 호르몬이며, 노르아드레날린은 심장, 간장, 췌장 등 많은 효과기를 지배하는 교감신경의 종말에서 분비되는 신경전달물질이고 일부 순환하는 혈액 속에 방출되는 호르몬이다. 아드레날린은 주로 심장기능을 촉진시키는 작용을 하고, 간과 근육에서의 당원분해, 혈중으로의 글루코스 방출에 따른 혈당 상승작용을 주로 한다. 노르아드레날린은 혈관수축작용에 의한 혈압 상승작용이 강하다.

부위	분비호르몬		표적기관	주요기능
피질	전해질 코르티코이드	알도스테론	신장	수분, 나트륨 재흡수, 칼륨 배설
	당질 코르티코이드	코르티졸	대부분의 세포	아미노산, 지질 유리, 포도당, 글리코겐 합성 촉진, 항염증 작용
	고나도코르티코이드	안드로젠		기능 불명확
수질	에피네프린 노르에피네프린 도파민	카테콜라민	대부분의 세포	심장활동촉진, 혈압상승, 글리코겐 분해, 혈당상승, 지질유리촉진

또한, 이 두 호르몬은 지방조직으로부터 유리지방산의 동원능력이 강하며, 췌장으로부터의 인슐린 분비를 억제하는 작용을 하기도 한다. 아드레날린과 노르아드레날린의 이러한 생리적 작용을 일컬어 외적 자극에 대한 생체 내의 투쟁-도피반응(gight and flight response)이라고 한다. 운동의 시작과 함께 시상하부가 자극되어 교감신경계의 활동이 활발해진다. 그 작용을 받아 부신수질에서 분비된 아드레날린은 간 글리코겐 분해를 촉진시키고 혈당의 상승작용을 일으킨다. 골격근에서는 근 글리코겐 분해와 해당작용이 촉진되고, 동시에 간장에 있어서 당의 신생계가 활발해진다. 지방조직에서도 지방분해를 항진시킨 결과 혈중 유리지방산이 상승한다.

표 3 부신에서 분비되는 호르몬의 주요 기능

어느 쪽이든지 운동을 수행하기 위해서는 필연적으로 높아지는 에너지 수요에 대해 대사를 항진시키는 것이 아드레날린의 주요 역할 중 하나다. 혈중 카테콜라민 농도는 운동 강도의 증가와 함께 높아진다. 고강도의 운동시 혈중 카테콜라민의 상승은 근 글리코겐 분해뿐만 아니라 해당작용의 촉진에 관여하게 된다. 또한, 일정한 강도로 운동을 지속할 경우 운동시간의 경과와 함께 카테콜라민의 농도가 상승한다. 하지만, 트레이닝에 의한 동일 절대 운동강도에 이들 호르몬은 반응이 감소하게 된다.

(2) 부신피질호르몬

부신피질호르몬은 전해질코르티코이드, 당질코르티코이드, 고나도코르티코이드의 3가지 형태로 분류할 수 있다.

전해질코르티코이드(mineralcorticoid)는 주로 혈액의 Na⁺, Cl⁻, K 농도를 조절하며, 특히 나트륨량을 적절하게 유지시키는 작용을 한다. 전해질 코르티코이드에는 알도스테론(aldosterone)이 있으며, 조절작용의 95% 이상을 차지한다. 알도스테론은 신장에서 나트륨의 재흡수를 증가시키는 호르몬으로서 부족시에는 Na⁺, Cl⁻의 재흡수가 일어나지 않아 오줌으로 배설되며, 그 대신 칼륨이 다량재흡수되어 체내에 축적된다. 알도스테론의 분비는 세포외액내의 나트륨 농도 증가, 칼륨 농도 증가, 세포외액량의 감소 등에 영항을 받는 것으로 알려졌다. 즉, 세포외 체액의 나트륨 농도가 증가, 세포외액량의 감소 등에 영향을 받는 것으로 알려졌다. 즉, 세포외 체액이 나트륨 농도가 낮아지고 칼륨 농도가 높아지면 알도스테론의 분비가 촉진된다.

알도스테론분비의 조절인자는 혈장 내 칼륨농도 및 부신피질자극호르몬이 있지만, 레닌-안지오텐신 시스템(renin-angiotensin system)이 가장 중요한 조절인자이다. 세포외액량이나 동맥혈관 내 혈액량의 감소는 레닌의 분비를 증가시키고 레닌은 간에서 합성된 안지오텐시토겐(angiotensinogen)과 반응해서 안지오텐신Ⅰ을 생성하며, 안지오텐신Ⅰ은 전환효소에 의해 안지오텐신Ⅱ가 되면서 부신피질을 자극하여 알도스테론 분비를 촉진시킨다. 운동강도가 높아질수록 알도스테론의 농도가 급격히 증가하여 안정시 6배 수준까지 증가하기도 한다. 이러한 증가는 운동시에는 시상하부에서 부신피질자극호르몬 방출인자에 의해 뇌하수체전엽에서 ACTH의 분비가 증가되고 혈중칼슘농도가 높아지기 때문이다.

당질코르티코이드(glucocorticoid)는 외상, 감염, 중독, 온도변화, 전염병, 운동과 같은 비특이적인 스트레스에 대해 생체에 저항성을 높여주는 역할을 한다. 또한, 음식을 장기간 섭취하지 않더라도 혈장 글루코스 농도를 일정하게 유지시켜 주는 생명에 필수적인 호르몬이다. 당질코르티코이드의 작용 중 95% 이상이 코르티졸에 의해 이루어진다.

코리트졸(cortisol)은 단백질 동원을 촉진시켜 조직을 파괴하는 여러 요인에 작용하여 신체의 방어력을 높여주는 기능을 하다. 또한, 지방질의 동원을 증가시켜 지방의 체내 저장량을 감소시키고, 당신생에 관계한 근단백질이 분해를 촉진시키고, 간 글리코겐의 증가에 영향을 미치며, 혈액 내이 포도당 농도를 높여 신경활동을 유지하는 데 중요한 역할을 한다. 운동에 따른 코르티졸 분비는 단시간의 저-중간도의 운동에서는 코르티졸 수준을 변화시키지 않거나 감소시키는 경향이 있지만, 단시간 고강도 운동 후에는 증가되면, 운동 시간 및 전체 운동량도 영향을 미칠 수 있고 정서적 요인에 의해서도 영향을 받을 수 있다.

고나도코르티코이드(gonadocorticoid)는 부신피질에서 합성되고 분비되는 호르몬이다. 대부분이 안드로겐이지만 에스트로겐과 프로게스테론이 소량 분비되기도 한다. 안드로겐은 남성의 특징을 강화시키는 호르몬으로 단백질합성과 성장촉진에 관여하며, 정소에서 분비되는 테스토스테론이 가장 활성화된 형태이다.

4) 췌장호르몬

췌장은 소화액을 분비하는 외분비부와 그 조직내에 잠재하는 내분비부가 있으며, 내분비선세포집단을 랑게르한스섬(Langerhan's island)이라 한다. 랑게르한스섬에는 α,β,δ의 세포로 구성되어 있으며, α-세포가 약 20~25%, β-세포가 약 70~75%, δ-세포는 1~8% 정도이다. α-세포에서 글루카곤, β-세포에서 인슐린, δ-세포에서는 가스트린과 소마토스타딘이 분비된다.

(1) 인슐린

인슐린(insulin)은 혈당 상승을 촉진시키는 대표적인 호르몬으로 분비된 인슐린은 골격근, 심근, 지방조직 등에 혈당의 흡수를 촉진시킨다. 인슐린 분비를 촉진시키는 인자에는 유리지방산, 케톤체, 피루브산, 글루카곤 등이 있으며, 분비 억제 인자에는 카테콜라민과 중추신경계, 소화관계, 췌장 등에서 분비되는 소마토스타딘 등이 있다. 인슐린은 카테콜라민, 성장호르몬, 글루카곤과 길항적으로 작용하여 당원분해를 억제하고, 지방조직에서의 지질분해를 억제하여 유리지방산의 동원을 억제한다. 운동시에는 혈중 인슐린 농도가 저하되는데, 그 이유는 운동시 교감신경계의 흥분이 증가되어 인슐린 분비를 억제하기 때문이며, 운동에 의해 증가된 카테콜라민이 인슐린 분비를 억제시키기 때문이다. 인슐린 의존형 당뇨병환자는 췌장에서의 인슐린 분비기능이 약화되어 인슐린 주사를 맞아야 한다. 그러나, 규칙적인 운동은 휴식시에 배해 운동시에 혈중 글루코스가 활동 근육으로 빠르게 유입되기 때문에 인슐린의 주사량을 감소시키는 결과를 가져올 수 있다.

(2) 글루카곤

글루카곤(glucagon)은 인슐린과는 정반대로 혈당량을 상승시키는 작용을 한다. 글루카곤은 간장에서 글리코겐을 분해하여 당신생을 촉진시켜 혈당을 높이는 작용을 하게 된다. 또한, 지방조직에서의 지방분해나 간장에서 케톤체를 생산하는 것도 글루카곤의 주요 작용 중 하나이다. 혈중 글루코스, 유리지방산, 케톤체 등이 농도가 높아지면 글루카곤의 분비는 감소된다. 분비된 인슐린과 글루카곤은 간장에서 대부분 파괴되는데 글루카곤이 인슐린보다 더 빨리 파괴된다. 그러므로 혈중에서 인슐린의 반감기가 글루카곤 보다 약간 더 길다.

글루카곤의 분비는 인슐린 분비와 상대적이다. 혈당량이 낮아지면 글루카곤의 분비는 증가한다. 일반적으로 운동을 하게 되면 글루카곤이 분비되어 인슐린 분비를 촉진시킨다. 운동시간이 길어지면 혈당치는 서서히 떨어지지만 혈중 글루카곤 수치는 점점 높아진다. 따라서, 장시간 운동시 글루카곤의 중요한 역할은 근수축의 에너지원으로 이용되기 때문에 낮아진 혈당 수준을 간장에서 글루카곤의 분해 및 당신생을 촉진시키는 것으로 보상하게 된다.

4. 운동과 호르몬 분비

운동은 대뇌, 신경, 근 활동은 물론 이 활동을 유지시키기 위한 호흡, 심폐, 순환, 물질대사, 체온조절, 물 및 전해질이 균형, 영양소의 소화 및 흡수, 배설에 이르기까지 인체의 지극히 정교한 종합적인 기능에 의해 이루어진다. 따라서, 체내에서는 운동에 적응할 제어기구가 작용하고 그 운동을 최대한으로 발휘시키는 노력과 운동에 의한 변화를 생리적 한계내에 머물게 하기 위한 여러 변화들이 나타나게 된다.

1) 운동시작과 호르몬 분비

운동의 종류에 따라 대뇌피질의 전두엽에서 의지적 발동이 일어나고 두정엽 운동분야의 손, 발등에 명령을 전달하는 신경세포가 흥분하고, 이 흥분이 추제로를 하행하여 척추전각 세포에 도달하고, 다시 운동신경을 거쳐 골격근에 이르고, 그 근육을 수축시켜 의도했던 행동을 일으키게 된다. 이러한 때에는 정신적으로도 흥분이 일어나고 자율기능으로서 교감신경의 긴장이 운동에 반응한 심박출량 및 심박수의 증가, 혈압의 상승 등 여러 가지 적응현상을 나타낸다. 이런 교감신경의 긴장이 부신수질에 작용하여 아드레날린, 노르아드레날린 등의 카테콜라민을 분비시키고, 순환기능을 다시 조장하여 근육 내 혈액의 흐름도 촉진시킨다. 또한 카테콜라민의 분비는 뇌하수체-부신피질계의 자극이 되기도 한다.

2) 운동 중 및 운동 후의 호르몬분비

운동 중에는 근 운동에 따라 근육 내의 혈류가 빨리 증가한다. 이러한 근육내의 혈류 증가를 위해서는 심박출량을 증가시키고, 심박수를 촉진하고, 혈압을 상승시키는 호르몬의 지속적인 분비가 필요하다. 간뇌의 시상하부에서 CRF(H)의 분비→뇌하수체 전엽에서 ACTH분비→부신피질 호르몬 중 특히 당질호르몬(글루코코르티아이드)의 분비에 의하여 체내의 항상성이 유지된다. 근의 수축과 이완이 계속되면 근육 내에서는 에너지의 생성원이 되는 ATP의 분해, 크레아틴 인산에서 인산공급, 다시 근 글리코겐 분해 등의 대사가 활발히 진행된다. 따라서 근육에 에너지를 공급하기 위한 수단으로 아드레날린, 글루카곤, 당질호르몬 등이 분비되고, 그와 같은 협조적인 활동에 활동에 의하여 간 글리코겐의 분해를 촉진시킨다. 또한 혈중 포도당량을 증가시켜 근육내에 주입하기 위한 수단으로 인슐린의 분비, 세포내 산화과정의 촉진과 함께 갑상선 호르몬의 분비도 이루어진다. 한편, 운동으로 인한 발환, 수분 및 염류의 손실이라는 측면에서는 수분대사, 전해질 균형의 조절이라는 의미에서 부신피질의 알도스테론, 뇌하수체 후엽에서의 항이뇨 호르몬의 분비도 일어나게 된다.

운동 후에는 운동에 의해 발생된 생체내 변화를 원래의 상태로 되돌리기 위해 소비된 근육 및 간 글리코겐의 보충, 체액의 균형, 체온조절 등에 영향을 미치는 각종 호르몬의 상호 작용이 지속적으로 일어난다.

※ 참고문헌

• 운동생리학 플러스 김복현 외3명 2004년 대경북스

[수뜨라]

열공~~~

[백마리아]

유익한 정보가 너무 많네여^^