한 번의 운동, 혈액 내 9,815개 분자 변한다

우리가 운동을 하면 혈류 속 수천가지의 물질 수준이 오르내리는 것으로 새로운 연구 결과 밝혀졌다. 운동의 즉각적 체내 영향에 관한 이 연구는 운동하는 동안과 운동 후에 발생하는 분자 변화에 대해 지금까지 나온 가장 포괄적인 일람목록이며, 신체활동과 비활동의 결과가 신체와 건강에 미치는 영향을 강조하고 있다.

 

운동이 우리의 신진대사, 근육, 유전자, 면역반응, 심장, 체력 및 인체 내 거의 모든 기관과 생물학적 시스템을 변화시킨다는 증거는 많다. 그러나 최근 몇 년 동안 인체 내 수천수만개의 다른 분자들을 세고 입력하는 새로운 기술이 개발되면서 과학자들은 운동 과정에 관련된 물질과 단계를 더 많이 정량화할 수 있게 됐다.

이러한 기술을 통해 학자들은 생물학의 다른 측면들과 관련된 혈류 속 다양한 분자세트를 집중 연구했다. 이 연구는 일반적으로 ‘체학’(omics)으로 알려져 있는데 예를 들어 대사체학은 식욕 호르몬에서부터 장내 미생물이 분비하는 효소에 이르기까지 신진대사에 영향을 미치는 혈액 내 분자들을 나열하고 분석한다. 또 유전체학은 유전자 발현에 관여하는 분자들의 지도를 만든다.

최근에는 많은 연구들이 운동의 영향을 받는 특정 ‘체학’을 조사했다. 거의 모든 연구는 대사체학이나 유전체학 같은 한가지 아레나에 초점을 맞추었으며 대개 건강하고 체력 좋은 사람이나 그렇지 않은 사람들만을 대상으로 했다.

그러나 지난 5월 셀(Cell)에 발표된 이 새로운 연구에서 스탠포드 대학과 다른 기관의 과학자들은 우리가 운동할 때 변하는 거의 모든 분자에 대한 완전한 인구조사를 완료하기로 결정했다.

이 과업은 벅찬 일이지만 연구자들은 이미 약 100명의 성인남녀 그룹의 다양한 체학을 정량화했으며 그들의 건강과 체력에 대해 많은 것을 알고 있었다. 그들은 40~75세 사이의 체력과 대사건강의 전체 스펙트럼을 보여주는 36명을 선택했다. 일부는 호기적 조건이 좋았고, 일부는 몸 상태가 좋지 않았으며, 일부는 미세한 혈당조절을 보였고, 일부는 인슐린 저항성을 갖고 있었다.

연구진은 이들로부터 혈액을 채취한 다음 트레드밀에서 지칠 때까지 점점 강도를 높이며 뛰는 약 9~10분간의 운동 내구시험(endurance test)을 완료하도록 했다. 연구진은 이 운동 후 즉시, 15분후, 30분후, 60분후에 피를 뽑았다. 나중에 그들은 또한 통제 조치로서 조용히 쉬기 전과 후에 일부 대상자들로부터 채혈했다.

그런 다음 그들은 각 사람의 혈액에서 엄청난 양의 분자를 세고 특성화하기 시작했다. 연구진은 사람들이 운동할 때 변하는 것으로 알려진 분자들뿐만 아니라 이전 연구에서는 조사되지 않았지만 지금 사람들의 혈액에 나타나는 분자들을 찾았다.

그 결과 1만7,662개의 다른 분자 수준을 측정할 수 있었다. 이중 9,815개(절반 이상)는 운동 전의 수준과 비교하여 운동 후에 변화되었다. 일부는 증가했고, 다른 분자들은 감소했다. 일부는 운동 직후에 솟구쳤다가 떨어졌고, 다른 일부는 운동 후 한 시간 동안 증가 또는 감소한 상태로 남아있었다.

분자의 유형은 또한 광범위하게 분류됐다. 일부는 연료공급 및 대사에 관여하고, 다른 것들은 면역반응, 조직 수리 또는 식욕에 관련된 것이었다. 그리고 이러한 범주 내에서 분자 수준은 한 시간 동안 진행되고 변화했다. 염증을 증가시킬 수 있는 분자는 초기에 급증한 다음 떨어졌다. 염증을 감소시킬 수 있는 다른 것으로 대체된 것이다.

스탠포드 대학의 유전학 과장 마이클 스나이더는 “교향곡과 같았다”고 말하고 “먼저 금관 섹션이 연주하면 이어 현악이 들어오고, 그 다음에 모든 악기 섹션이 합류하는 식”이라고 설명했다. 

흥미롭게도 사람들의 혈액은 모두 서로 다른 오케스트레이션을 따랐다. 예를 들어 당뇨병의 원인인 인슐린 저항성의 징후를 보인 사람들은 건강한 혈당 조절과 관련된 일부 분자에서 작은 증가를, 염증과 관련된 분자들에서는 높은 증가를 보였는데 이는 운동의 전반적인 유익한 효과에 대해 다소 저항성이 있음을 시사한다. 다른 분자의 수준은 사람들의 현재 유산소 건강상태에 따라 상당히 다양했다.

결과적으로 운동을 하면 사람들의 체내 분자 프로파일이 엄청나게 달라진다는 사실에 연구진은 깜짝 놀랐다. 스나이더 박사는 “겨우 9분 동안의 운동에 얼마나 변화가 있을까 생각했는데, 아주 많은 변화가 있는 것으로 밝혀졌다.”고 말했다.

그러나 이 연구는 소규모였고 유산소 운동의 단일 세션을 보았으므로 지속적인 훈련의 장기적인 분자 효과 또는 분자 수준의 변화가 결과적으로 건강을 어떻게 변화시키는 지에 대해서는 말해줄 수 없다. 또한 40세 미만의 지원자들은 포함되지 않았다.

스나이더 박사와 그의 동료들은 더 많은 자원참가자와 지속적인 운동 프로그램으로 후속실험 할 것을 계획하고 있다. 운동에 대한 특정 분자 반응이 지구력 훈련(endurance training)보다 저항 운동(resistance exercise)에 치중함으로써 혜택을 볼 수 있는 사람들을 가려낼 수 있는지 여부와 특정 분자 프로파일이 호기성 지구력이 높은 사람과 낮은 사람을 알려주는지 여부를 밝혀내고 싶어한다. 이 정보를 통해 의사와 연구진은 트레드밀 스트레스 테스트 대신 간단한 혈액 채취로 체력을 확인할 수 있게 된다.      <By Gretchen Reynolds>