스크랩 탄수화물화 운동수행능력(이용수/세종대학교 체육학과)

[원석아빠]

탄수화물화 운동수행능력

이용수 - 세종대학교 체육학과

I. 서 론

1/100초의 차이에 의해서 승자가 결정되는 100m 달리기 경기와 42.195km를 2시간 8 ∼ 9분대에 달리는 마라톤 경기 및 체력과 기술‧전술적인 요인이 승패를 결정짓는 구기종목 등, 모든 스포츠의 중요한 특성은 스포츠맨쉽에 입각한 깨끗한 경쟁과 그 경쟁에서 승리에 대한 선수들의 집념으로 표현될 수 있다. 이러한 승리에 대한 욕구는 선수들은 물론 지도자들까지도 유전적 요인의 최대한의 개발과 과학적 트레이닝의 방법 등 가능한 한 모든 방법을 동원하도록 만들었다. 이러한 관심과 노력은 강도 높은 운동시 주요 에너지를 제공하는 탄수화물(carbohydrates;CHO) 섭취와 운동수행능력에 대한 많은 연구를 도출해 내었다. 탄수화물은 운동수행능력과 관련된 가장 중요한 영양소이며 운동시 사용되는 근육 내에서 에너지를 빠르게 공급할 수 있는 장점을 갖고 있다. 에너지원으로서 탄수화물의 이용 정도는 운동 강도와 운동시간에 의하여 결정된다1). 운동강도가 높은 단시간내의 운동일수록 탄수화물이 에너지로 이용되는 비율은 높아지고 인체내 탄수화물의 저장 정도에 따라 운동수행능력은 영향을 받게 된다. 최대산소섭취량(maximal oxygen uptake; O2max)의 65 ∼ 80%의 운동강도로 60 ∼ 90분 이상 운동을 할 때 인체내 탄수화물의 정도에 따라 운동능력이 영향을 받는 것으로 나타났다. 특히 장시간 운동시 근육의 글리코겐(glycogen)량이나 혈중 포도당(glucose) 농도가 저하되면 운동강도를 낮추거나 운동을 중지해야만 한다. 인체내에 저장될 수 있는 탄수화물의 양은 제한적이며, 고갈되면 피로를 느끼게 되고 운동을 지속할 수 없게 된다. 또한 인체내의 탄수화물 저장량은 음식섭취에 의해서 영향을 받는다는 것은 이미 잘 알려진 사실이다. 따라서 본 연구에서는 운동전, 운동중 및 운동후 회복단계에서의 탄수화물 섭취와 운동능력에 대한 관련 선행연구들을 분석하여 최고의 운동수행능력 발휘에 도움을 줄 수 있는 적절한 탄수화물 섭취 방법에 대한 자료를 제공하는데 그 목적을 두었다.

II. 본 론

운동수행능력과 관련된 에너지 동원체계 및 그에 따른 스포츠 활동 분류와 운동전, 운동 중, 운동 후의 탄수화물섭취가 운동능력에 미치는 영향에 관한 연구 문헌을 고찰한 결과는 다음과 같다.

1. 에너지 동원체계와 스포츠 활동
운동을 하기 위한 근육수축의 에너지는 ATP(adenosine triphosphate)의 분해에 의해서 발생된다. 인체내에서 ATP합성은 무산소성과정과 유산소성과정에 의하여 이루어진다. 무산소과정은 인원질 시스템(ATP-PC system)과 젖산 시스템(lactate system)으로 세분된다. 유산소과정과 무산소과정은 운동 중에 ATP를 재합성하여 근육이 지속적으로 수축할 수 있도록 하는데, 그 상대적 역할은 운동 강도와 운동시간에 따라 결정된다. Figure 1은 최대강도로 운동을 할 때 운동시간에 따른 에너지 시스템의 에너지 동원 비율 정도를 나타낸다.

Figure 1. The energy systems and their involvement during all-out exercise at different
durations2).

스프린팅(sprinting)이나 웨이트리프팅(weightlifting)같이 운동 강도가 높고 운동시간이 짧은 운동일수록 근육내의 PC(phosphocreatine)와 글리코겐의 분해에 의한 무산소과정의 에너지 동원 비율이 높아진다. 운동시간대별 무산소과정과 유산소과정의 에너지 동원 비율은 Table 1에 나타나있다.

Table 1. Contribution of aerobic vs anaerobic production of ATP during maximal exercise
as a function of the duration3)

운동시 사용되는 에너지원에 따라 스포츠 활동을 다음 4가지 영역으로 구분할 수 있다.

1) 근파워 운동(strength power activity)

운동 시간이 10초이내이며 주에너지 동원은 근육내 저장되어 있는 ATP의 분해에 의해 이루어지는 운동을 의미한다. 이러한 운동의 예로서 높이뛰기, 투포환, 역도, 테니스의 서브 등을 들 수 있다.

2) 지속적 파워 운동(sustained power activity)
운동 시간이 30초이내이며 주에너지 동원은 ATP-PC 시스템에 의하여 이루어지는 운동으로 서 100m, 200m 달리기 등이 포함된다.

3) 무산소 지구력 운동(anaerobic endurance activity)

운동 시간이 30초에서 2분 정도 소요되는 운동으로 ATP-PC 시스템과 젖산 시스템에 의하여 주에너지가 동원된다. 400m, 800m 달리기, 100m 경영, 체조 등이 이 영역에 속한다.

4) 유산소 지구력 운동(aerobic endurance activity)
운동 시간이 3분 이상 소요되는 운동으로 주에너지는 유산소과정에 의하여 동원된다. 이 영역에 속하는 운동은 마라톤, 크로스컨트리, 1500m 경영 등이다.

2. 운동전 탄수화물 섭취와 운동수행능력
운동 전 탄수화물 섭취가 지구성 운동 능력에 미치는 영향을 분석한 연구결과는 대부분 운동전 탄수화물 섭취가 지구성 운동수행 능력을 향상시키는 것으로 나타났다. Table 2는 운동전 탄수화물 섭취와 지구성 운동 수행에 관련된 연구의 요약을 나타낸다.

Gleeson 등은5) 운동 45분전에 체중 1kg당 1g의 탄수화물 음료를 섭취케하여 O2max의 73% 운동강도로 더 이상 운동을 지속할 수 없을 때까지 운동을 시킨 결과 플라시보(placebo) 그룹에 비하여 운동시간이 약 9분 정도 연장 되었다고 보고하였다.

 Neufer 등은6) 운동 5분전의 액체 또는 고체 형태의 탄수화물 섭취와 운동 4시간전과 5분전의 탄수화물 섭취가 운동능력에 미치는 영향을 분석하였다. 피험자의 근육 글리코겐량은 12시간의 금식과 탄수화물 함량이 낮은 식단으로 104mmol/kg 수준으로 낮추어 실험에 참가하였다. 운동 5분전에는 0.6g/kg의 탄수화물, 운동 4시간 전에는 2.8g/kg 탄수화물이 제공되었다. 10명의 피험자는 O2max 77% 운동강도로 자전거타기 운동을 45분 실시하였고 그 후에 15분간의 작업량을 등속성 에르고미터(isokinetic cycle ergometer)를 이용하여 측정하였다.

운동 5분 전 고체 또는 액체 형태의 탄수화물을 섭취한 경우 플라시보(159KJ)에 비하여 보다 높은 평균 작업량(175KJ)을 나타내었고 4시간 전과 5분 전에 탄수화물을 섭취한 경우의 평균 작업량(194KJ)은 더욱 높게 나타났다. Okano 등은7) 운동전 0.9g/kg 및 1.3g/kg의 액체 과당(fructose) 섭취의 효과를 측정하기 위하여 O2max의 63% 수준으로 지구성 운동을 시킨 결과 플라시보에 비하여 13분 정도 운동시간이 증대되었고 1.3g/kg의 과당의 섭취가 0.9g/kg의 과당섭취에 비하여 운동시간이 증대되었다고 발표하였다. Sherman 등8)은 운동전 탄수화물 섭취의 시간과 양이 운동수행능력에 미치는 영향을 분석하였다.

싸이클 선수들을 대상으로 한 이 연구에서는 운동 4시간 전에 플라시보, 체중 1kg당 0.6, 2.0, 또는 4.5g의 탄수화물을 섭취하게 한 후 95분간의 인터벌 운동을 실시하였다. 그 후 피험자들이 O2max 70% 수준에서 45분간 자전거타기 운동을 할 경우 도달할 수 있는 거리를 최대한으로 빨리 도달하도록 하여 그 시간을 측정하였다. 그러므로, 시간이 짧으면 짧을수록 높은 운동강도로 운동을 할 수 있음과 동시에 운동수행능력이 증대되었음을 나타낸다. 운동시간은 체중 1kg당 0.6, 2.0, 4.5g의 탄수화물의 섭취에 따라 각각 52, 53, 53, 42분으로 나타났다. 이러한 결과는 운동 4시간 전에 체중 1kg당 4.5g의 탄수화물을 섭취한 경우 지구성 운동수행능력이 향상될 수 있다는 것을 의미한다.

Bangsbo 등은9) 39%의 탄수화물 식단과 65%의 탄수화물이 포함된 2일간의 음식섭취가 간헐적 지구성 형태의 운동인 축구선수의 운동수행능력에 미치는 영향을 분석하였다. 운동능력은 축구경기와 유사한 형태의 반복적인 운동을 트레드밀(treadmill) 위에서 실시하여 측정하였다. 그 결과 평균 운동거리가 65% 탄수화물 섭취의 경우 17.1km로 16.2km인 39%의 탄수화물 섭취보다 유의하게 높게 나타났다고 보고하였다. Rauch 등은10) 3일간의 높은 탄수화물 섭취(1일 10.5g/kg)가 운동능력에 미치는 영향을 연구하였다. 방법은 O2max 75%의 운동강도로 2시간동안 자전거타기 운동과 O2max 100%의 운동강도로 60초간 스프린트를 2시간 운동중 매 20분마다 실시하였고 그 후 1시간동안의 자전거 운동을 하는 동안의 파워와 거리를 비교하였다. 그 결과 1시간 자전거 운동중의 평균 파워는 10.5g/kg 탄수화물 섭취 후가 233±15W로 나타났고, 6.1g/kg 탄수화물 섭취 후에는 219±17W로 나타났다. 1시간동안의 자전거 운동 거리 역시 38.6km와 36.7km로 높은 탄수화물 섭취 후에 운동거리가 높게 나타났다.

Table 2. Summary of studies for the effects of preexercise carbohydrate feedings on
aerobic endurance performance

운동 전 탄수화물 섭취가 단시간 내의 고강도 운동에 미치는 영향에 대한 연구결과는 일치하고 있지 않다. Lamb 등의11) 연구결과에 의하면 9일간의 80% 탄수화물과 43% 탄수화물 섭취가 50m(35초)에서 3,000m(약 38분)의 수영기록과 운동자각도(rating of perceived exertion)에 영향을 미치지 않은 것으로 나타났다. 반면에 Pizza 등은12) 6일간의(4.5gCHO/kg 3일, 8.2gCHO/kg 3일) 탄수화물 섭취 후에 O2max 100% 운동강도에서의 운동시간(303.8초)이 6일간의 4.0gCHO/kg 섭취 후 보다(280.4초) 길게 나타났다고 보고하였다. El-sayed 등은13) 높은 탄수화물 섭취가 60분의 유산소운동(O2max의 70%) 후에 실시한 최대운동능력에(10분간의 자전거운동에 의한 거리) 영향을 미친다는 결과를 보고하였다.

이러한 연구결과를 종합하면 운동 전 탄수화물 섭취는 간과 근육의 글리코겐 합성을 증대시키고 운동 중 혈중 포도당을 제공함으로써 트레이닝이나 경기에서의 운동수행능력을 높일 수 있는 것으로 사료된다. 운동 전 탄수화물 섭취는 1 ∼ 4 시간 전에 체중 1kg당 1 ∼ 5g의 탄수화물을 섭취해야 하고 탄수화물의 형태는 운동 4시간 전에는 고체, 액체의 형태를 취할 수 있으나 1시간 전에는 소화 흡수가 잘되는 액체 형태의 탄수화물을 섭취해야 한다14). 특히 1일 90분 이상의 강도 높은 훈련을 계속하는 지구성 운동 종목의 선수들은 평소 훈련 중에도 1일 칼로리 섭취량의 60 ∼ 70%(약 500 ∼ 600gCHO/day)를 탄수화물로 섭취해야 한다. 경기 전에 근육의 글리코겐 저장량을 높임으로써 경기력 향상을 유도할 수 있는 글리코겐 부하(glycogen loading or supercompensation) 방법은 마라톤, 크로스컨트리 스키, 축구, 철인 3종경기, 싸이클 도로경기 등과 같이 운동강도가 O2max의 65 ∼ 85% 이상이며 운동시간이 60 ∼ 80분 이상인 종목에 그 효과를 기대할 수 있다. Figure 2는 Sherman이15) 제시한 글리코겐 부하 방법을 나타낸다.

Figure 2. A modified regimen to supercompensate muscle glycogen stores

3. 운동 중 탄수화물 섭취와 운동 수행능력
운동 중 탄수화물 섭취가 근육의 글리코겐 분해를 늦추어 운동수행능력을 높일 수 있다는 가설 아래 운동 중 탄수화물 섭취에 대한 연구가 시도되었다. 그러나 장시간 운동 중의 근 글리코겐의 직접적인 측정은 운동 중 탄수화물 섭취가 근육의 글리코겐 이용 비율에 영향을 미치지 않고 오히려 혈장 포도당이 장시간 운동의 후반부에서 주요 에너지원으로서 역할을 한다는 것과 탄수화물 섭취는 내생성(endogenous)의 탄수화물 저장량이 낮을 때에 에너지원으로서 이용되어 운동수행능력을 높이는 것으로 밝혀졌다

16). Davis 등은17) O2max 75%의 운동강도에서 2시간 동안 자전거 운동 중에 6%, 2.5% 탄수화물 용액 275ml 및 플라시보 용액을 매 20분마다 섭취시킨 후 자전거 에르고미터를 최대 스피드로 2700 회전 할 때까지의 시간을 비교하였다. 운동시간은 6% 탄수화물 용액 섭취 후가 31.3분으로 플라시보 용액섭취후의 34.3분 보다 빠르게 나타났다. 2.5% 탄수화물 용액 섭취후의 운동시간은 31.9분으로 나타났으나 플라시보용액 섭취 후와 비교할 때 통계적으로 유의한 차이가 없었다. Sasaki 등은18) 트레드밀 위에서 O2max의 80% 운동강도로 지칠 때까지 달리기 운동을 시킨 결과 90g의 자당 (sucrose) 용액 500ml 섭취가 운동시간을 증대 시켰다고 보고하였고, Ivy 등은19) 120g의 포도당 중합체(glucose polymer) 섭취를 통해 장시간 걷기 운동시간이(299분) 플라시보에(268분) 비하여 증대되었음을 보고하였다.

그러나 Fruth 와 Gisolfi는20) 150g의 포도당과 과당 용액(10%)이 O2max 70%로 트레드밀 위에서 행한 달리기 운동시간에 영향을 미치지 않았다고 보고하였다. 과당용액 섭취 후가 가장 달리기 운동시간이 짧았고 포도당 용액 섭취 후와 플라시보의 경우에는 차이가 없는 것으로 나타났다. Kang 등은21) 글리코겐 부하 (glycogen loading)후의 운동 중 탄수화물 섭취가 지구성 운동수행 능력에 미치는 영향을 7명의 싸이클 선수들을 대상으로 6%의 포도당 용액을 매 20분마다 섭취시킨 후 운동지속시간과 혈장 포도당 농도를 비교하여 분석하였다. 운동강도는 자전거 에르고미터를 이용하여 O2max 70% 의 파워 수준을 유지하도록 하였고O2max 60% 이하로 떨어질 때까지 운동지속시간을 측정하였다. 운동지속시간이 탄수화물 섭취군은 189분으로 통제군의 151분에 비하여 유의하게 높게 나타났다. 혈장 포도당 농도는 운동지속시간 80분까지는 탄수화물 섭취군과 통제군의 차이가 없는 것으로 나타났으나 100분 이후부터 탄수화물 섭취군이 운동을 중지 할 때까지 지속적으로 높게 나타났다.

운동중 탄수화물 섭취에 대한 대부분의 연구중 시간당 40 ∼ 75g 탄수화물을 섭취한 경우 운동수행 능력이 향상됨이 관찰되었다16). 방법적인 제한 때문에 흡수된 탄수화물의 정확한 대사율을 측정하기는 어렵지만 시간당 40 ∼ 75g 탄수화물 공급은 90분 이상의 운동시에 혈중포도당 수준을 유지하며 운동 에너지 공급을 위한 탄수화물 산화 비율의 유지를 가능하게 한다. 시간당 75g 이상의 탄수화물 섭취는 40 ∼ 75g의 탄수화물 섭취에 비하여 더 이상 높은 운동수행능력 발휘에 도움을 주지 않는다22). 이는 지속적인 고농도의 탄수화물 섭취가 체내의 이용 가능한 탄수화물의 점진적인 증가를 유도해 내지 못함이며 또한 탄수화물 음료 농도가 12g/100ml 이상인 경우에는 위에 부담을 주게 되어 운동수행 능력에 부정적인 영향을 미치기 때문이다.

운동 중 탄수화물 음료의 양과 섭취빈도 등의 적정비율은 운동강도와 시간, 온도, 습도 등의 환경조건 및 개인차 등에 의하여 달라 질 수 있다. Figure 3은 적정수준의 탄수화물 섭취를 위하여 시간당 섭취해야 할 탄수화물 음료의 양과 농도의 관계를 나타낸다. 즉, 시간당 600 ∼ 1000ml의 비율로 음료를 섭취한다고 가정하면 5 ∼ 10g의 CHO/100ml 의 용액은 지구성 운동수행 능력 발휘에 도움을 줄 수 있는 충분한 에너지원과 수분을 공급할 수 있다. 운동중 탄수화물 섭취는 음료형태로 공급되므로 수분 보충 면에서도 도움을 줄 수 있다. 많은 선수와 지도자들이 땀에 의한 탈수 현상의 위험성을 간과하는 경향이 있는데 이는 매우 위험한 결과를 초래 할 수 있다. 더운 환경에서의 운동시 1ℓ의 수분 감소는 분당심박수를 8회/분 정도 증가시키고, 심박출량(cardiac output)을 1l/min 감소시키며 체온(core temperature)을 0.3℃ 정도 증대시킨다23).

Figure 3. Volume & concentration of CHO solution that must be ingested to acheive
indicated rate of CHO supplementation16).

이러한 연구 결과를 종합 비교해 볼 때 운동중 탄수화물 섭취의 목표는 90분 이상의 강도 높은 운동시 혈중 포도당 농도를 유지하고 혈중 포도당 및 근육의 글리코겐으로부터의 에너지 동원 비율을 높여서 장시간 운동의 후반부에서 보다 빠르게 지속적으로 운동할 수 있도록 하는 데 있다. 운동 중 시간당 40 ∼ 60g의 탄수화물 섭취는 이러한 목표를 달성하는데 충분한 효과가 있다. 이러한 목표달성을 위해서 운동 중 1시간당 40 ∼ 60g의 탄수화물을 섭취해야 하며 그 섭취방법은 5 ∼ 10% 탄수화물 용액을 매 15 ∼ 20분마다 100 ∼ 200ml 정도 섭취하는 것이 가장 적절한 것으로 사료된다.

4. 운동후 탄수화물 섭취

강도 높은 트레이닝이나 스포츠 경기를 한 후에는 간과 근육의 글리코겐이 현저하게 감소되므로 트레이닝을 계속하거나 경기 일정이 연속해 있는 경우 체내의 탄수화물을 재 보충해야만 계속되는 트레이닝이나 경기에서 높은 운동수행능력을 유지할 수 있다. 운동이 끝난 후에는 간과 근육의 글리코겐 재보충이 이루어지는데 운동후 섭취된 탄수화물은 내장에서 흡수되어 근육의 글리코겐 합성에 우선적으로 사용된다. 이는 운동 후에 증가된 glucagon과 감소된 insulin에 의해서 이루어진다. 운동 중에 사용되었던 근글리코겐의 약 5%만이 운동후 1시간 동안에 재보충되므로 근육의 글리코겐이 재보충되는데 걸리는 시간은 최소한 20시간이 소요된다. Piehl은24) 운동후 근글리코겐을 재보충하는데 약 48시간이 소요된다고 보고하였으나 Keizer 등은25) 피험자들을 완전히 지칠 때까지 운동을 시켜 근육의 글리코겐량을 고갈시킨 후 회복단계 24시간 동안에 체중 1kg당 9 ∼ 16g의 탄수화물을 섭취하여 근글리코겐을 운동전 수준으로 높였다고 보고하였다. 반면에 탄수화물을 섭취하지 않은 경우에는 글리코겐 재보충이 거의 일어나지 않았고26), 운동후 24시간 동안의 탄수화물에 의한 에너지 섭취량과 글리코겐 재보충량은 높은 상관관계가(r=0.84) 있는 것으로 밝혀졌다27). 또한 Kien 등은28) 운동후 6시간 이내에서는 단당류 섭취가 다당류 섭취보다 근글리코겐 재보충이 높게 나타났으나 20, 30, 44시간 후에는 탄수화물 형태에 의하여 근글리코겐 재보충이 영향을 받지 않았다고 보고하였다.

운동후 회복단계에서 글리코겐 재충전을 위하여 섭취해야 할 탄수화물의 적절한 양과 시간에 대한 연구들도 진행되어 왔다. Blom 등은29) 글리코겐 고갈 후에 체중 1kg당 0.35, 0.7, 1.4g의 포도당을 운동이 끝난 직후부터 매 2시간마다 6시간까지 섭취하게 하여 글리코겐 합성정도를 측정하였다. 그 결과 글리코겐 합성비율은 포도당의 양과 관계없이 평균 5.2mmol/kg/h로 나타났다. 운동후 3시간 동안 2.8g탄수화물/kg을 섭취시켜 근섬유형태별 글리코겐 합성을 비교 분석한 Vollestad 등의30) 연구결과는 적근섬유(slow twitch fibers)가 운동후 초기 90분 동안에는 글리코겐 합성비율이 65%정도 낮은 것으로 나타났으나 90분 이후에는 적근, 백근섬유(fast twitch fibers)가 유사한 글리코겐 합성비율을(10.0mmol/kg/h) 나타냈다. 운동후 탄수화물 섭취 시간대별 효과에 대한 연구를 위해 Ivy 등은26) 피험자를 통제군, 운동직후와 2시간 후에 1g포도당/kg 섭취군, 2시간 후에 1g포도당/kg 섭취군으로 나누어 4시간 후에 근생검(muscle biopsies)을 하여 분석하였다. 운동후 2시간 동안 탄수화물을 섭취하지 않은 통제군의 경우 글리코겐 합성비율은 3.2mmol/kg/h로 나타났고(Figure 4, C), 2시간 후에 체중 1kg당 1g의 포도당을 섭취한 경우에는 글리코겐 합성비율이 4.1mmol/kg/h로 나타났다(Figure 4, B). 운동직후와 운동후 2시간에 체중 1kg당 1g의 포도당을 섭취한 후에는 글리코겐 합성비율이 6.0mmol/kg/h로 가장 높게 나타났다(Figure 4, A).

Figure 4. Effects of the timining of CHO ingestion on muscle glycogen synthesis
following exercise26)

또한 Ivy 등은31) 탄수화물 섭취량이 글리코겐 합성비율에 미치는 영향의 연구를 시도하였다. 피험자에게 운동직후와 2시간 후 플라시보, 1.5, 3.0g포도당/kg을 각각 섭취하게 하였고 4시간 후의 글리코겐 합성비율을 측정한 결과 0.5, 4.6, 5.2mmol/kg으로 각각 나타나 체중 1kg당 1.5g의 탄수화물을 2시간 간격으로 공급하면 적절한 운동후 글리코겐 합성이 가능하다는 결론을 내렸다. Read 등은32) 고체와 액체 형태의 탄수화물 섭취가 글리코겐 합성에 미치는 영향을 연구하여 탄수화물 형태에 관계없이 글리코겐 합성비율은 모두 5.4mmol/kg/h로 나타났다고 보고하였다. Fallowfield 등은33) 운동후 4시간 동안 회복단계에서의 탄수화물 섭취가 지구성 운동능력에 미치는 영향을 분석하였다. 16명의 피험자를 대상으로 통제군(placebo)과 탄수화물 섭취군으로 나누어 O2max 75% 강도로 90분간 또는 피험자가 더 이상 운동을 못할 때까지 트레드밀 달리기 운동을 한 후 4시간 후에 같은 운동강도로 지칠 때까지 달리기 운동의 시간을 비교하였다.

탄수화물 섭취군은 90분간의 첫번째 달리기 운동 직후와 운동 2시간 후에 체중 1kg당 1.0g의 탄수화물을 섭취하였다. 그 결과 첫번째 달리기 운동시간은 통제군과 섭취군이 차이가 나타나지 않았으나 4시간 후의 달리기 운동시간은 탄수화물 섭취군(62.0±6.2분)이 통제군(39.8±6.1분)에 비하여 길게 나타났다.

강도높은 트레이닝과 경기가 계속될 때에 선수들은 운동후 빠른 글리코겐의 재충전을 위해서 운동직후 15 ∼ 30분 이내에 100g의 탄수화물을 섭취해야 하고 그 후 2 ∼ 4시간마다 100g 정도를 더 섭취해야 한다. 또한 충분한 글리코겐의 재충전을 위해서 운동후 24시간 이내에 체중 1kg당 9 ∼ 16g의 탄수화물을 섭취해야 한다34). 탄수화물 형태에 대한 연구결과들은 고체, 액체 탄수화물 모두 동일한 글리코겐 재충전 효과를 나타내는 것으로 밝혀졌으나 운동직후에는 선수들이 배고픔보다는 갈증을 자주 느끼므로 액체나 용액 형태로 탄수화물을 보충하는 것이 효과적이며 이는 운동중 소비된 수분 보충에도 도움을 줄 수 있을 것으로 사료된다.

III. 결 론

운동수행능력 발휘에 도움을 줄 수 있는 적절한 탄수화물 섭취방법에 대한 선행연구들을 분석한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
∙운동 전 탄수화물 섭취는 간과 근육의 글리코겐 합성을 증대시키고 운동 중 혈중 포도당을 제공하여 90분 이상의 지구성 운동과 강도가 높고 반복적인 운동 시에 운동수행능력을 높일 수 있다. 운동 전 탄수화물 섭취는 1 ∼ 4시간 전에 체중 1kg당 1 ∼ 5g의 탄수화물을 섭취해야 하고 탄수화물 형태는 운동시간이 가까울수록 소화흡수가 잘되는 용액형태의 탄수화물 형태를 섭취해야 한다. 운동 전 탄수화물 섭취가 운동시간이 짧고 운동강도가 높은 근파워 운동에 미치는 효과는 지속적인 연구가 필요할 것으로 사료된다.

∙운동 중 탄수화물 섭취는 90분 이상의 강도 높은 운동시 운동의 후반부에서 혈중 포도당 및 근글리코겐의 에너지 동원 비율을 높여서 보다 빠르게 지속적으로 운동을 할 수 있게 도움을 줄 수 있다. 운동 중 탄수화물 섭취는 1시간당 40 ∼ 60g의 탄수화물을 5 ∼ 10%의 용액형태로 매 15 ∼ 20분마다 100 ∼ 200ml씩 섭취해야 한다.
∙강도 높은 트레이닝이나 경기가 계속될 때에 운동 후 빠른 회복과 글리코겐의 재충전을 위하여 운동후 탄수화물을 빠른 시간 내에 섭취해야 한다. 회복단계에서의 탄수화물 섭취는 운동직후 15 - 30분 이내에 100g 정도의 탄수화물을 섭취해야하고 24시간 이내에 체중 1kg당 9 ∼ 16g의 탄수화물을 섭취해야 한다. 운동직후에는 갈증해소와 운동 중 손실된 수분보충을 위해 용액형태의 탄수화물을 섭취하는 것이 바람직하다.
탄수화물 (전분 및 당분, STARACH, SUGAR, CARBOHYDRATES)

(1) 개론
당분은 비타민처럼 중요한 영양소이지만 에너지 공급이 요구될 때 에너지 생산을 위한 유일한 한가지 목적으로만 사용된다. 당분은 조직을 형성하거나 전반적인 건강을 증진시키지는 않는다. 당분의 주 임무는 연소되어 에너지를 생산하고 체온을 유지시키는 것이다.

단식 혈중당분(TASTING BLOOD SUGAR)은 12시간 아무 것도 먹지 않은 상태의 혈중당분량을 말하는 것으로, 건강한 사람의 경우에는 혈액 약 100CC 중에 80-120mg의 당분이 함유하고 있다. 단식 전에 어느 종류의 음식을 먹었는가에 따라 상이하지만 평균 당분은 90-95mg 이다. 이 정도 함유하고 있으면 에너지 생산은 적절하다. 당분이 70mg 정도로 떨어지면 배고픔이 느껴지고 권태감에서 점차 피로감을 느끼게 된다. 당분이 65mg 정도로 떨어지면 심한 굶주림을 느끼고 피로감에서 탈진감을 느끼며 두통, 허약, 불안정감이 일어나고 심장 심계 항진, 다리가 휘청거림, 메시꺼움, 구토증 등이 일어난다.

신경과 뇌세포는 당분에서만 에너지를 얻고, 지방 또는 단백질 자체에서는 에너지를 얻지 않는다. 따라서 신경과 뇌세포는 이들 세포에 이용될 수 있는 당분이 단지 약간만 감소해도 사고력이 둔해지고 혼미해지며 신경이 긴장된다. 혈중당분이 정상 이하로 떨어져 있는 사람은 점차로 더욱 초조, 부루퉁함, 성마름, 의기소침(depression) 및 비협조적으로 된다. 당분이 위험한 수치로 떨어지면 일시적 의식 상실 상태(blackout or fainting)가 된다. 다른 영양소에 대해 등한시하고 당분만 많이 섭취하는 사람에게 흔히 볼 수 있는 증세이다.

혈중당분량에 영향을 주는 여러 가지 연구 결과로서, 아침 식사를 여러 가지 영양면에서 충실하게 즉 단백질을 충분히 하고 지방과 탄수화물류는 적절하게 배려하여 식사하면 혈중당분량이 점심 저녁 때에도 정상 유지되고, 아침 식사를 정상 이하로 식사하면 혈중당분량이 떨어지고 점심식사를 하면 곧 혈중당분량이 증가하지만 곧 다시 떨어진다. 따라서 아침식사를 적절히 하지 못하면 온종일 피로를 느낀다.

탄수화물류만 먹으면 혈중당분량은 쉽게 빨리 증가하는데 또한 빨리 감소되어 버린다. 피로할 때에 설탕이나 꿀을 마시면 곧 기운이 차려지는 것도 이러한 이유에서이다. 즉 전분 및 당분의 탄수화물류는 소화가 빠르고 단백질과 지방은 소화가 느리므로 이들 영양소들이 적절히 배합되어야 혈중당분량을 오래도록 정상 유지시키게 된다. 단백질이 22g 함유된 식사를 한 후는 혈중당분이 3시간정도, 단백질이 55g 함유된 식사를 한 후는 6시간 정도 정상 유지시키고 있음을 실험은 밝혀주고 있다.

일반적으로 탄수화물류 음식을 많이 먹게 되는데 탄수화물류를 적게 섭취하고 단백질류를 많이 (하루에 70g 이상 )섭취하고 기름을 하루에 2 수저 정도 섭취하면 좋고, 아침식사를 적게 먹는 것은 잘못된 식사법이므로 하루의 일과가 시작되는 아침식사를 제일 잘 먹음으로써 원기찬 하루를 보낼 수 있다. 점심은 아침보다 적게, 저녁은 점심보다 적게 먹는 것이 좋다.

탄수화물류만 많이 섭취하면 혈중당분이 갑자기 80-150mg 까지 증가한다. 혈중당분이 갑자기 증가하면 췌장(pancreas)에서 인슐린(insulin)이 분비되고, 인슐린은 간과 근육을 자극하여 과잉생산된 당분을 체내전분 또는 글리코겐(glycogen)으로 변환시켜서 저장시키거나 지방으로 변환시킨다. 인슐린이 작용하여 이렇게 과잉 증가된 당분이 소변으로 유실되는 것을 방지한다. 그런데 당분에서 지방으로 변환된 것은 당분으로 다시 환원되지 못하고 포화상태 지방(saturated fat)으로 되어 저장된다.

연속하여 탄수화물류만 섭취하면 혈중당분도 계속 증가하므로 이에 따른 인슐린(insulin)도 과잉 분비하여 혈중당분을 회수시켜 버리므로 혈중당분량이 오히려 정상 이하로 떨어져서 피로를 느낀다. 따라서 다량의 탄수화물류만 섭취하면 효율적으로 에너지 생산에 필요한 당분의 목적을 잃게 된다. 하루 세끼 식사 때마다, 다량의 탄수화물만 먹는 사람에게 가끔 인슐린 쇼크(insulin shock)가 발생한다. 인슐린 쇼크는 음식을 오래 동안 먹지 않았다든가 운동을 심하게 했다든다 하는 경우에 혈중 당분이 다 소모되어 혈중당분량이 정상 이하로 대단히 떨어졌을 때에도 언제나 발생될 수 있다.

체내세포는 단지 소량의 글리코켄(glycogen)만을 저장 가능하고 그외 잔여분의 당분은 지방으로 변환된다. 글리코켄은 필요시에 당분으로 환원되고 심한 운동을 할 때 소모되어 버린다. 당분이 다 소모되어 버리면, 대부분의 세포는 에너지 공급을 위해 지방을 연소시켜 에너지를 얻는다. 지방은 당분이 없으면 효율적으로 연소되지 않는다. 따라서 인체에 다소 해로운 아세톤(acetone)과 2종의 酸의 형태로 燒 (clinker or ash)를 체내에 남기므로 에너지 생산은 하락하고 부산물인 산에 의한 손상이 발생한다.

그런데 뇌와 신경 세포는 생명을 유지하기 위해 당분이 필수적으로 필요하므로 다음 단계로 副腎(adrenal)이 코티숀(cortisone)을 분비한다. 코티숀은 세포에 함유되어 있는 단백질을 파괴하여 당분으로 변환시킨다. 그렇게 코티숀이 활용하여 뇌와 신경세포에 당분을 공급하게 된다. 혈중당분 감소현상은 단백질을 적게 섭취하게 되는 여름철에 많다. 또한 알코올류 및 커피를 과음하거나 지나치게 흡연하면 부신호르몬 생산을 촉진시키고, 인슐린 분비를 촉진시키므로 혈중당분량이 떨어진다. 필요할 때에 능률을 올릴 수 있도록 항상 혈중당분량이 정상유지되도록 식사 배려가 필요하고, 야간작업등을 할 때는 다량의 단백질을 섭취해야 한다.

(2) 결핍증
혈중당분 감소로 권태, 피로, 신경 과민, 초조, 다리가 휘청거림, 혼미한 사고력, 일시적인 의식 상실 및 심계 항진이 되면서 심장마비도 일으키는 것 같은 상태가 된다. 소아마비는 혈중당분이 특히 낮을 때에만 걸리는 것 같다. 여름철에는 단백질에 대한 입맛이 떨어지고 당분이 함유된 청량 음료 또는 아이스크림 등을 많이 마시게 되며 수영등 운동을 하여 혈중당분을 다 써 버리게 되어 혈중 당분 감소를 초래된다.

혈중당분이 감소하면 심장에 기능적으로 이상이 없는데 심장마비라도 일으키는 것처럼 불쾌감을 갖는다. 심장에 불쾌감을 갖는 사람은 의사의 진단을 받아 보아 심장에 이상이 없으면 혈중당분이 정상인가 검사할 필요가 있다. 혈중당분이 극도로 저하되면 초조, 신경 긴장, 정신적 의기소침(mental depression)이 일어나고 쉽게 광폭한 사람이 된다. 그러한 때에 증오나 원한이나 비탄을 품고, 일시적 정신이상이 발생하고, 음식을 먹고도 소화시킬 수 없게 되면 용서할 수 없는 광폭한 짓이나 살인 또는 자살을 하는 수가 있다. 탄수화물류만 과도하게 먹으면 혈중당분량이 오히려 저하되고 결과적으로 심장 및 순환기 증세를 나타낸다.

(3) 하루에 필요한 량
탄수화물류는 보통 과다 섭취하므로 평소 식사에서 탄수화물류를 줄이고 단백질을 많이 섭취해야 한다.

(4) 다른 영양소와 관계
에너지 생산을 위해 지방이 연소될 때 당분이 있어야 효율적으로 연소되어 에너지가 생산된다. 비타민 B1이 있어야 포도당을 에너지 또는 지방으로 변환시키는 작용을 하는 효소 (enzymes)가 생산된다. (비타민 B1 참고) 또 필수지방산을 먹지 않는 사람이 유당(lactose)류(유당 또는 유장(whey)등)를 많이 먹으면 비타민 B2등의 소모가 증가한다.

(5) 많이 함유된 식품
쌀, 보리, 밀, 감자, 고구마, 과일류등 대부분이 탄수화물류이다. 일상 식생활에서 별도로 첨가하는 설탕 외에 음식물에 함유한 당분이 매일 1-2 컵 정도된다. 모든 과일류는 과당, 무당 및 포도당이 함유되어 있고 꿀은 거의 전부가 과당과 포도당으로 되어 있다. 고구마, 옥수수, 사탕무, 양파, 기타 야채류 등도 과당과 포도당으로 되어 있다.

대추는 78%, 건포도는 64%, 초코렛은 54%가 당분으로 되어 있다. 포도당과 과당은 소화과정을 거치지 않고 위에서 그대로 흡수된다. 예로서 오랜지 쥬스를 마시면 그 쥬스에 함유된 당분이 마신 후 3-4분만에 혈액 중에 나타난다. 유당도 위에서 그대로 흡수되는데 유당이 에너지화되기 위해서는 일단 글리코겐(glycogen)으로 변환되어야 한다. 가장 가치있는 유당은 우유에 존재하는 유당(lactose)이다.

유당은 다른 당분보다 소화가 느리며 때로는 전연 소화되지 않는다. 그러므로 유당은 무익한 지방을 축척시키지 않는다. 유당이 흡수되면 포도당과 유당으로 분해한다. powder skim milk는 56%, 분말유장(whey)은 95%가 유당이다. 유당은 유익한 창자박테리아의 식량이 된다. 유익한 창자 박테리아는 후에 설명하는 비타민 B군의 일부를 생산하는 중요한 역할을 한다. 유당을 많이 먹고 필수지방산인 linoleic 산(비타민 B군의 일부를 생산하는 유익한 창자 박테리아 발육을 촉진 시킨다)을 먹지 않으면 해로울 수 있다. 유당을 많이 먹고 지방을 먹지 않으면 비타민 B2 소모가 증가한다.

설탕은 소화과정에서 포도당과 과당으로 분해된다. 맥아당(maltose)은 엿기름에 존재하고, 전분은 소화과정에서 잠시 창자 내에서 맥아당이 되었다가 포도당으로 변환된다. 바나나, 사과, 옥수수, 완두콩, 강낭콩, 마, 감자, 및 호박등 과일류와 야채류에 함유된 전분은 당분의 주근원이다. 육류는 전분과 글리코겐을 약간 함유하고 있으므로 간, 육류, 생선, 조개류등을 먹어도 당분을 섭취하게 된다.

글리코겐은 다른 전분과 같이 소화과정에서 포도당으로 변환된다. 모든 지방은 체내에서 당분으로 변화될 수 있는 글리세린 약10%를 함유하고 있다. 오랜지 쥬스에 함유된 구연산(citric acid), 버터밀크(butter milk)에 함유된 유산(lactic acid) 및 사과에 함유된 능금산등도 체내에서 글리코겐으로 변환될 수 있고 다시 당분으로 되어 쓰여진다.

(6) 기타
副腎호르몬인 코티숀(cortisone)은 포도당이 공급 부족할 때 단백질을 당분과 지방으로 분해시키고, 부신(adrenal)에서 나오는 아드레날린은 노여움, 또는 공포시와 같이 다량의 당분이 신속히 필요할 때에 글리코겐을 당분으로 변환시키는데 가속해 주고, 싸움을 한다든지 할 때 필요한 에너지를 생산하게 한다.

췌장에서 분비하는 인슐린은 즉시 필요로 하지 않는 당분을 글리코겐 또는 지방으로 변환시킨다. 혈중당분 감소, 또는 단백질, 비타민 B1, 또는 다른 영양소등이 공급부족하면 체내에너지 생산이 저하된다. 따라서 신진대사가 원활치 못해진다. 정제된 설탕 즉 백설탕을 많이 먹으면 거의 당분만 함유되어 있으므로 인슐린이 과다 분비되는 결과를 초래하고, 식욕감퇴의 원인이 되고 다른 어느 당분보다 심한 충치의 원인이 된다.