에너지 균형 중 신체가 사용하는 에너지

2. 에너지 소비: 신체가 사용하는 에너지

 

2-2. 신체 활동

육체적 신체 활동은 에너지 소비의 두 번째 주요 구성 요소이다. 이는 외부 활동의 대사성 비용을 말하는데, 요리하고, 정원을 가꾸고, 개를 산책시키는 것과 같은 일상생활의 활동을 수행할 뿐만 아니라 계획된 운동을 위해 필요로 하는 에너지를 포함한다. 대부분의 사람들은 신체 활동을 위해 15~30%의 에너지가 필요하나 사람에 따라 개인차가 있기 때문에 하루 5~6시간 훈련하는 운동선수는 기초대사량보다 많은 활동의 에너지를 소비할지도 모른다. 사람의 직업 또한 활동 에너지에 큰 영향을 미친다.

예를 들어, 건설 현장에서 하루 8시간 동안 육체노동을 하는 근로자들은 책상에서 일하는 사무원보다 더 많은 에너지를 사용한다. 활동을 위해 필요한 에너지는 활동이 얼마나 격렬한지의 정도와 수행 시간에 달려 있다. 예를 들면 시간당 4.8~6.4km의 속력으로 걷는 것은 중등 정도의 활동으로, 70kg의 남성이 약 300kcal/h를 사용한다. 걷고 있는 속력과 거리, 활동하는 시간의 증가와 운동자의 체중에 따라 필요한 에너지는 점점 증가한다. 운동하는 동안 소비된 에너지에 더하여, 운동이 완료되고 난 후에도 적지만 일정 기간 에너지를 계속 소모한다. 활동을 위해 소비되는 에너지는 우리가 조절할 수 있는데 건강을 유지하기 위해서는 자신의 신체 활동을 의식적으로 증가할 필요가 있다. 그러나 이것이 마라톤을 해야 하는 것을 의미하지는 않는다. 단, 엘리베이터보다 계단을 이용하고, 버스를 타기보다는 걷고, 운전하기보다는 자전거를 타서 모든 활동을 증가할 수는 있다.

 

2-3. 식품 이용을 위한 에너지 소모량

우리는 음식으로부터 에너지를 얻는다. 그러나 이 음식을 소화, 흡수, 대사, 저장하는 데에도 역시 에너지가 필요하다. 이 과정을 위해 사용되는 에너지를 식품 이용을 위한 에너지 발생량(TEF) 또는 식사성 열발생에너지라고도 한다. 식사 후 몇 시간 동안은 체온 상승으로 인하여 에너지 소비가 증가한다. TEF를 위해 필요한 에너지는 대략 섭취 에너지의 10%에 해당한다고 추정하지만 소비된 영양소의 양과 종류에 따라 다르다. 에너지가 영양소를 저장하는 데 시간이 걸리기 때문에, TEF는 식사의 양에 따라 증가한다. 지방 음식이 각각의 단백질과 탄수화물보다 좀 더 효율적으로 저장될 수 있기 때문에 고지방 음식은 탄수화물이나 단백질 음식보다 TEF가 낮다. 식이지방을 분해하거나 식이지방을 저장하는데 소비되는 에너지 대사량은 단지 2~3%이며, 한편 단백질의 산화와 아미노산을 합성하는 데 사용되는 에너지 소모량은 15~30%나 된다. 그리고 탄수화물을 분해하거나, 글리코겐으로 저장하는 에너지 소모량은 6~8%이다. 다른 영양소를 저장하는 데 드는 비용의 차이는 고탄수화물 식사보다 고지방 식사가 체내에 더 많은 양의 지방을 축적한다는 것을 의미한다.

 

3. 에너지 저장

에너지는 글리코겐과 중성지방의 형태로 몸에 저장된다. 이러한 저장분은 식품을 섭취하여 얻은 영양소에서 만들어지지만 즉각적인 에너지 수요를 충족시키기 위해 사용되지는 않고 이렇게 저장된 에너지는 섭취가 체내 필요보다 적을 때 사용된다. 글리코겐은 탄수화물 식사를 했을 때 간과 근육에 저장된다. 약 24시간 정도 포도당을 제공하기 위해 약 200~500g 정도의 글리코겐을 몸에 저장한다. 중성지방은 지방 세포로 구성된 지방 조직에서 저장되는데, 중성지방이 축적되면 지방 세포의 크기는 커지고, 중성지방이 대사되면 줄어든다.
지방 세포 수가 더 많아질수록 지방이 축적되는 능력도 커진다. 대부분의 지방 세포가 유아기와 사춘기 사이에서 형성되지만, 과도하게 체중이 늘면 성인기에 새로운 지방 저장 세포가 늘어날 수 있다.

 

3-1. 신체 에너지 저장량의 사용

신체가 정상적으로 기능하기 위해서는 에너지의 안정된 공급이 필요하다. 에너지 급원 중 어떤 것은 반드시 포도당의 형태로 와야 하는데, 이 포도당이 두뇌와 몇몇 세포의 연료로 사용되기 때문이다. 식후 에너지는 흡수된 영양소에서 공급받는다. 식사와 식사 사이에는 글리코겐이 분해되어 포도당을 제공하고, 지방 저장분이 다른 에너지 요구를 충족한다. 일반적으로 이렇게 식사와 식사 사이에 소비된 에너지는 다음 식사에서 들어온 열량을 지방으로 바꾸어 저장하기 때문에 체중의 변화는 없다. 그러나 저장된 에너지의 양이 다시 보충되지 않는다면, 이후 체중은 감소할 것이다. 몇 시간 동안 식사하지 않으면 포도당을 필요로 하는 세포에 계속적으로 포도당을 공급하기 위해 우리 몸은 에너지의 사용방식을 바꾸게 된다. 저장된 글리코겐에서 포도당이 공급되지만 그 양은 제한되어 있어 근육 단백질을 분해하여 포도당을 합성한다. 아미노산은 당신생 과정을 거쳐 포도당을 만드는 데 사용된다. 저장된 글리코겐이 고갈되면 포도당은 당신생 과정을 통해서 공급되어야만 한다. 단백질은 체내 저장되지 않으므로, 에너지를 생산하고 포도당을 합성하는데 단백질이 사용되면 체단백질의 손실이 초래된다.
포도당을 필요로 하지 않는 조직을 위한 에너지는 저장된 지방의 산화에 의해 제공된다. 만약 기아 상태일 정도로 포도당의 공급이 제한된다면 간으로 운반된 지방산은 완전히 산화될 수 없기 때문에 케톤체가 생산되는데, 케톤체는 많은 조직에 에너지원으로 사용될 수 있다. 약 3일 정도 굶은 후에 뇌는 케톤으로부터 그 필요한 에너지 일부를 충족시키기 위해 적응하게 되어 필요한 포도당의 양을 줄이고, 이에 따라 단백질 분해의 속도를 늦추게 한다. 에너지 섭취가 장기간 제한되면 지방의 상당량은 에너지를 제공하기 위해 사용되고 단백질은 포도당을 제공하는 것으로 분해되어 그 결과 체중이 감소한다. 체중 변화의 정도는 에너지 결핍의 정도와 기간에 달려있다. 약 3,500kcal의 에너지 결핍은 체지방 0.5kg을 줄인다.

 

3-2. 체내 에너지 저장

사람들은 보통 하루에 3~6차례 먹는다. 체중을 안정적으로 유지하기 위해 모든 식사와 간식의 에너지 총량은 하루에 필요로 하는 에너지의 양과 같아야 한다. 그러나 식사와 간식을 필요한 것보다 더 많이 섭취하게 되면, 여분의 에너지는 지방으로 저장된다. 식후 신체는 신체 요구에 근거하여 어떤 영양소를 사용할 것 인지, 어느 영양소가 어떤 방법으로 저장될 수 있는지 그리고 정말 효율적으로 그것들은 저장될 수 있는지 우선순위를 정한다. 말할 것도 없이 식사의 구성 성분과 관계없이 장기간 과도한 에너지를 섭취했을 때 지방이 축적되고 체중도 증가할 것이다.

 

3-3. 영양소 사용의 우선 순위 

몸에 사용되는 연료의 대사 작용에는 순서가 있다. 알코올은 영양소는 아니지만 에너지를 공급하는데, 알코올은 독성이 있고 체내 저장되지 못하므로 빠르게 산화된다. 식사 중 단백질로부터 오는 아미노산이 그다음 분해되는데, 아미노산은 체단백질과 비단백질 분자 합성에 필요한 요구를 충족하기 위해 사용되고 사용하고 남은 아미노산은 단백질로 저장되지 않기 때문에 분해된다. 탄수화물은 혈중 포도당을 유지하고, 저장 글리코겐을 만드는 데 사용된다. 글리코겐 저장량이 가득 차면, 나머지 탄수화물은 에너지를 위해 산화된다. 지방은 다른 열량 영양소와는 다르게 특별한 조직이나 조직 형성의 연료로 필요하지 않고, 체내에 거의 무제한 축적될 수 있다. 그러므로 만일 섭취한 에너지가 필요한 양을 초과하면, 식이지방은 우선적으로 축적된다. 예를 들면, 식사 이후 몸에 필요한 에너지는 가장 먼저 필수적인 기능에 필요하지 않은 단백질과 탄수화물을 분해하여 사용된다. 에너지가 더 필요하면 식이지방이 산화되고 남은 식이지방이 지방 조직에서 중성지방으로 저장된다. 그러므로 몸에 저장된 대부분의 지방은 식사에서 섭취된 지방이다.

 

3-4. 탄수화물과 단백질로부터 합성된 지방

신체에 저장하기 위하여 포도당과 아미노산을 중성지방으로 전환할 수 있지만 보통의 식이 환경 아래에서는 좀처럼 발생하지 않는다. 왜냐하면 이 전환은 에너지를 필요로 하기 때문이다. 포도당에서 지방을 만드는 것은 포도당을 아세틸 CoA로 전환하여 이 2-탄소 아세틸 CoA에서 지방산을 합성하는 과정을 거친다. 이 지방산은 그다음 저장을 위해 글리세롤 분자와 결합하여 중성지방 형태로 저장된다. 아미노산이 지방으로 전환되기 위해 먼저 탈아미노 과정을 거치고, 탄소 골격에서 탄소 1개가 떨어져 나가면서 지방산 합성을 위해 사용될 수 있는 아세틸 CoA로 분해된다. 복잡한 분해와 재합성 과정을 거쳐 지방산으로 전환되는 아미노산과는 달리 식이지방을 체지방으로 전환하는 과정은 글리세롤 골격에 지방산을 떼었다 붙이기만 하면 되는 간단한 과정이다. 지방 조직으로 지방을 저장하는 데는 에너지의 2~3%만 필요로 한다. 식이지방을 체지방으로 전화하는 데 드는 에너지가 낮기 때문에 에너지가 필요하면 신체는 식이지방을 사용하기보다는 탄수화물과 단백질을 먼저 산화한다. 탄수화물이 지방으로 전환되는 것보다 식사가 주로 탄수화물로 이루어져 있고 에너지 섭취량이 필요량보다 더 많을 때에만 일어난다.