운동과 미토콘드리아: 근거가 말해 주는 것

미토콘드리아는 웰니스 분야의 화제가 되었고, 이에 관한 조언은 두 방향으로 갈립니다. 한쪽은 길고 편안한 존2 라이딩이 미토콘드리아를 위해 할 수 있는 단 하나의 최선이라고 말합니다. 다른 쪽은 몇 분간의 고강도 인터벌로 며칠 만에 미토콘드리아를 회복시킬 수 있다고 약속합니다. 근생검 연구는 그 어느 쪽보다 유용한 답을 줍니다. 두 가지 훈련 모두 미토콘드리아를 만들지만 만들어 내는 것이 서로 다르며, 얻는 효과는 얼마나 꾸준히 계속하느냐에 달려 있습니다.

미토콘드리아는 무슨 일을 하며, 운동은 왜 미토콘드리아를 변화시킬까요?

미토콘드리아는 세포 안에 있는 구조로, 산소를 이용해 연료를 쓸 수 있는 에너지로 바꿉니다. 골격근에는 미토콘드리아가 가득하며, 근육에 평소보다 더 힘든 일을 요구하면 근육은 미토콘드리아 단백질을 늘리고 기존 기관을 더 효율적으로 만드는 방식으로 반응합니다. 연구자들은 보통 두 가지를 따로 측정합니다. 미토콘드리아 함량은 이 기관을 얼마나 많이 가지고 있는지를 뜻하며, 흔히 구연산 합성효소라는 효소로 추적합니다. 미토콘드리아 호흡 기능은 그 기관이 최대로 작동할 때 얼마나 많은 산소를 쓸 수 있는지를 뜻합니다.

이 구분이 중요한 이유는 두 가지가 항상 함께 움직이지는 않기 때문입니다. 사람 근육을 대상으로 한 훈련 연구들의 리뷰는 훈련의 총량이 미토콘드리아 함량 변화의 결정적 요인으로 보이는 반면, 상대적 운동 강도는 호흡 기능 변화의 중요한 동인이라고 결론지었습니다. 저자들은 또한 한 번의 세션 후에 나타나는 분자 신호로는 훈련 프로그램이 만들어 낼 결과를 확실하게 예측할 수 없다고 지적했습니다(Granata et al., 2018). 어떤 운동이 미토콘드리아에 가장 좋다는 말을 들으면, 그 주장이 둘 중 어느 쪽에 관한 것인지 확인하십시오.

이 점이 미토콘드리아를 VO₂max와 연결합니다. VO₂max는 힘든 운동 중에 몸이 쓸 수 있는 최대 산소량으로, 측정 가능한 장수 지표 가운데 가장 강력한 것 중 하나입니다.

미토콘드리아를 만드는 데 강도가 중요할까요?

호흡 기능에 대해서는 근거가 강도가 중요하다는 쪽을 가리킵니다. 가장 깔끔한 검증 중 하나는 한쪽 다리 사이클링을 이용해, 젊고 활동적인 남성 10명이 각자 한쪽 다리는 인터벌로, 다른 쪽 다리는 지속적으로 훈련하게 했습니다. 인터벌 다리는 최대 파워의 65%로 5분간의 운동을 4회, 사이에 2.5분의 회복을 두고 수행했습니다. 다른 쪽 다리는 최대 파워의 50%로 30분간 페달을 밟았습니다. 각 세션의 운동량은 다리당 약 144 kJ로 맞췄습니다. 2주 동안 6회의 세션을 마친 뒤 인터벌 다리는 구연산 합성효소 활성이 더 높았고(10.2 대 8.4 단위), 복합체 I과 II를 통한 최대 호흡도 더 높았습니다(58.2 대 42.2 단위). 연구진은 강도, 즉 수축의 패턴이 근육이 재구성되는 방식을 결정하는 중요한 요인이라고 결론지었습니다(MacInnis et al., 2017).

두 번째 연구는 건강한 남성 29명을 대상으로 4주 동안 12회의 사이클링 세션에 걸쳐 세 가지 강도를 비교했습니다. 한 그룹은 30초 전력 운동을 4~10회 하는 스프린트 인터벌을, 한 그룹은 최대 파워의 약 90%로 4분 인터벌을 4~7회 했으며, 나머지 한 그룹은 젖산 역치 아래에서 20~36분간 지속적으로 탔고, 뒤의 두 그룹은 총 운동량을 맞췄습니다. 최대 미토콘드리아 호흡은 스프린트 인터벌 후에만 25% 증가했고, 신호 단백질인 PGC-1α와 p53도 그 그룹에서만 60~90% 증가했습니다. 구연산 합성효소 활성과 미토콘드리아 함량 지표는 어느 그룹에서도 변하지 않았습니다(Granata et al., 2016). 그 짧은 기간 동안 가장 힘든 운동은 미토콘드리아가 얼마나 잘 작동하는지를 바꾸었지만, 어떤 프로그램도 미토콘드리아의 양을 측정 가능할 만큼 늘리지는 못했습니다.

나이가 들어도 길이 막히지는 않는 것으로 보입니다. 메이요 클리닉에서 젊은 성인과 고령 성인을 대상으로 한 12주 시험에서 고강도 인터벌 훈련과 복합 훈련은 유산소 능력과 미토콘드리아 호흡을 개선했지만, 저항 훈련만으로는 그렇지 않았습니다. 인터벌 훈련은 근육 단백질, 특히 미토콘드리아 단백질에서 나타나는 노화 관련 차이의 상당 부분을 되돌렸고, 미토콘드리아 단백질 합성도 증가시켰습니다(Robinson et al., 2017).

존2가 미토콘드리아에 가장 좋은 운동일까요?

존2 라이딩은 대화를 이어 갈 수 있을 정도로 꾸준히 유지하는 운동으로, 열렬한 지지자들이 있으며 분명히 효과가 있습니다. 다만 위의 연구들은 그것이 더 우월하다는 것을 보여 주지 않습니다. 운동량을 맞춘 위의 비교에서 인터벌은 지속적인 라이딩과 같거나 더 큰 미토콘드리아 변화를 만들어 냈습니다. 오늘날 코치들이 정의하는 방식대로 존2를 정의한 시험은 드물기 때문에, 가장 가까운 검증은 위에서 설명한 것과 같은 중강도 지속 세션입니다.

꾸준한 라이딩이 제 몫을 하는 곳은 운동량입니다. 건강한 남성 10명을 대상으로 한 연구에서 주 3회 4주간의 인터벌 사이클링은 측정한 미토콘드리아 지표 중 어느 것도 바꾸지 못했습니다. 이후 이들은 20일 동안 하루 두 번 훈련했습니다. 미토콘드리아 호흡과 구연산 합성효소 활성은 약 40~50% 증가했고, 전자전달계 단백질은 약 10~40% 증가했습니다(Granata et al., 2016). 이 연구는 인터벌을 사용했지만, 미토콘드리아 함량이 총 운동량에 반응한다는 것을 시사하며, 편안한 라이딩은 운동량을 많이 쌓는 실용적인 방법입니다. 길고 꾸준한 세션을 즐긴다면 운동량을 쌓는 좋은 방법입니다. 하지만 더 건강한 미토콘드리아로 가는 유일한 길은 아닙니다.

미토콘드리아는 얼마나 빨리 변하고, 얼마나 빨리 사라질까요?

효과는 며칠이 아니라 몇 주 안에 나타나기 시작할 수 있습니다. 앉아서 생활하는 남성을 대상으로 한 12주 시험에서는 10분 세션 안에 20초 전력 스프린트를 3회 하는 저용량 스프린트 훈련과, 최대 심박수의 약 70%로 45분간 하는 지속적인 사이클링을 각각 주 3회 비교했습니다. 최대 산소 섭취량은 두 그룹 모두 19% 증가했고, 인슐린 감수성도 두 그룹 모두 개선되었으며, 미토콘드리아 함량도 비슷하게 늘었습니다. 스프린트 그룹의 운동 시간은 5분의 1에 불과했는데도 그랬습니다(Gillen et al., 2016). 그룹 규모가 9명과 10명으로 작았으므로, 이 동등성은 확정된 결과가 아니라 고무적인 결과로 받아들이십시오.

덜 반가운 결과는 효과가 얼마나 빨리 사라지느냐입니다. 위의 고용량 연구에서 남성들은 이후 2주 동안 5회의 세션으로 줄였습니다. 그 후 구연산 합성효소 활성을 제외한 모든 미토콘드리아 지표가 시작 시점과 더 이상 차이가 없었고, 구연산 합성효소는 기준치보다 약 36% 높은 수준을 유지했습니다(Granata et al., 2016). 미토콘드리아는 최근에 한 운동을 반영합니다. 매주 꾸준히 이어 갈 수 있는 프로그램이 짧고 영웅적인 노력보다 미토콘드리아에 더 큰 도움이 됩니다.

10분 라이딩 안에 짧은 전력 스프린트 2회를 넣는 저부하 고강도 인터벌 훈련(REHIT)은 시간 투자 면에서 극단적으로 적은 쪽에 속합니다. 앉아서 생활하는 남녀 35명을 대상으로 한 연구에서 6주간의 REHIT는 최대 유산소 능력을 2.54 L/min에서 2.78 L/min으로 높였으며, 성별에 따른 차이는 없었습니다. 같은 연구에서는 개선 정도에 큰 개인차가 있다는 것도 확인했습니다(Metcalfe et al., 2016). 이 연구는 유산소 능력을 측정했으며, 미토콘드리아를 직접 측정하지는 않았습니다.

보충제가 운동 효과에 더해 미토콘드리아를 강화할 수 있을까요?

많은 보충제가 미토콘드리아 건강에 좋다고 홍보되지만, 대부분은 이를 뒷받침하는 인체 훈련 데이터가 거의 없습니다. 잘 알려진 한 연구는 지원이 많을수록 좋다고 가정하는 것을 경계하게 합니다. 젊은 남성들이 4주간의 운동 기간 동안 매일 비타민 C 1,000 mg과 비타민 E 400 IU를 복용했습니다. 운동으로 인슐린 감수성이 개선된 것은 항산화제를 복용하지 않은 남성들뿐이었고, 미토콘드리아 적응의 핵심 조절 인자인 PGC-1α의 증가도 항산화제 없이 운동했을 때만 나타났습니다(Ristow et al., 2009). 힘든 세션이 만들어 내는 스트레스는 근육에 적응하라고 알리는 신호의 일부로 보입니다. 고용량 항산화제를 복용하고 있다면 그것이 필요한지 의사와 상담하십시오.

결론

운동은 미토콘드리아를 개선하는 가장 근거가 탄탄한 방법이며, 강도와 운동량이 모두 중요합니다. 고강도 인터벌은 미토콘드리아가 산소를 사용하는 능력을 높이는 것으로 보이며, 운동량을 맞췄을 때 꾸준한 라이딩보다 효과가 큰 경우가 많습니다. 총 훈련량은 미토콘드리아 기관을 얼마나 많이 만드는지를 좌우하는 것으로 보이며, 길고 편안한 세션이 도움이 되는 부분이 바로 여기입니다. 변화는 몇 주 안에 시작될 수 있고, 운동을 줄이면 몇 주 안에 사라집니다. 이 근거의 대부분은 젊은 남성으로 이루어진 소규모 그룹에서 나온 것이며 개인별 반응도 크게 다르므로, 완벽한 운동을 찾는 것보다 지속할 수 있는 루틴이 더 중요합니다. 짧고 힘든 운동에 즐길 수 있는 꾸준한 라이딩을 더하고, 계속 이어 가십시오.