항산화제는 운동선수의 능력 향상에 도움을 주지 않을 것이다



시시각각 변하는 스포츠 영양(sports nutrition) 유행의 세계에서, 항산화제는 여전히 적지 않은 영향력을  유지하고 있는 것으로 보인다. 삼 십 년 이상, 운동선수들은 보충제의 열성적인 지지자로 남아있다. 미국의 스포츠 의학계는 엘리트 운동선수들의 절반가량이 신체 능력, 지구력, 근력 향상을 위해 비타민을 복용한다고 추정하고 있다.


직관적으로 생각해보자. 산소 분자를 소모하는 세포 내 에너지 소비는 조직 손상과 피로를 가져올 수 있다. 비록 신체에는 신진대사의 부산물 처리하는 내부 청소부가 있지만, 극심한 신체 활동은 생체 시스템을 압도한다. 세포는 회복이 필요하다. 음식은 자연적인 항산화제를 제공할 수 있다. 가장 잘 알려진 항산화제로는 비타민 C와 E가 있다. 그러나 시금치 한 단에서 얻을 수 있는 비타민 E의 수백 배 양을 알약이나 스포츠 드링크에서 얻을 수 있는데 왜 채소에 의존하겠는가?


그런 의식 구조가, 시장조사 기관인 '유로모니터 인터네셔널(Euromonitor International)'에 따르면, 2014년에 거의 250억 달러에 달하는 비타민과 영양 보충제의 미국 판매에 도움을 주고 있다. 그 중 비타민 C는 멀티 비타민 이후 두 번째로 인기 있는 보충제로 전체 판매액의 11억 달러를 차지하고 있으며 지금도 증가하고 있다.


"어떤 것이 몸에 좋다면, 그 양이 많을수록 더 좋다고 생각하는 것이 미국인의 사고방식입니다." 블랙버그에 위치한 버지니아 공대에서 인간 영양, 음식 및 운동에 관한 학과의 교수인 제이 윌리암스는 말한다.

더 나쁠 것이라는 짐작은 제외하자. 과학적으로 다시 처음부터 생각하자. 더 새롭고 더 엄격한 연구는 수십 년 전의 생각을 반박하고 있다. 운동선수를 위한 항산화 보충제가 전적으로 해롭지 않더라도, 나은 점이 거의 없다는 결과를 낳고 있다. 비록 혈액으로부터 얻는 항산화제는 몸 상태를 좋게 만들지만, 많은 양의 보충제 복용은 산화 스트레스에 대처하기 위한 세포 내 시스템을 방해할 것이다. 그리고 전력을 다하는 근육은 시간이 지나 조정과 강화를 위한 일정 수준의 산화가 필요할 것이다. 최근 연구에 손을 들어준다면, 운동선수들이 일반적으로 자신의 몸을 돌보기 위해 적합하다고 생각하고 하는 것 중 하나가 단지 돈만 낭비할 뿐만 아니라, 체력 훈련으로 얻을 수 있는 이득을 약화시킬수 있다는 것을 뜻한다.

유럽 연구진의 한 연구자는 2012년 '미국 생리학-내분비학과 신진대사 저널(American Journal of Physiology Endocrinology and Metabolism)' 에 보낸 편지에서 항산화제를 "백해무익" 하다고까지 말했다. 2011년 연구의 요점은 "특정 조건에서, 고용량의 항산화제에 노출된 세포의 부하(loading)는 운동의 긍정적 효과를 무디게 만든다" 였다.


기껏해야 전체적인 결과는 좋지도 나쁘지도 않았다. 최근 '응용 생리학, 영양학 및 대사 (Applied Physiology, Nutrition, and Metabolism)'에서 9월에 발표한 메타 분석 연구는 비타민 E 보충제가 산화(oxidation)나 근육 손상을 보호하지 못했다고 결론 내렸다. '국제 운동영양학회 저널(Journal of the International Society of Sports Nutrition)'의 2014년 2월에 실린 글에서, 브라질 연구자들은 가짜 약과 항산화제를 투여하여 운동선수들의 신체상태와 생리학을 비교한 12개의 연구결과를 집계했다. 브라질 연구팀은 '보충제가 운동에서 산화 스트레스를 감소하고 더 나은 결과를 보장한다는 일관된 증거를 제시하지 못했다'는 것을 발견했다.


위 보고서는 해당 주제가 통일된 약의 복용량 기준이나 연구 디자인이 없기 때문에 연구 자체가 도전이었음을 언급했다. 그럼에도 그 분야의 저명한 다수의 과학자들은 비타민과 건강 보조식품에 너무 현혹되어선 안된다며 우려하고 있다. "논란의 울타리 양 쪽에는 자신들을 지지하는 논문이 있습니다."라고 게인스빌에 위치한 플로리다 대학교의 생리학자 스콧 파워스(Scott Powers)는 말한다. "그러나 동물 모델을 이용한 제 연구에서는 위험성이 있음을 시사하고 있습니다." 


활성 산소, 사람


산화(Oxidation)는 분자가 하나 이상의 전자를 잃을 때 발생하는 화학 반응이다. 그것은 자연 전체에 걸쳐 일어나며 많은 다른 원소도 해당되지만 일반적으로 산소를 말한다. 산화는 자른 지 얼마 안 된 사과가 갈색으로 변하고, 구리로 만든 자유의 여신상 표면이 세월이 지나며 녹색으로 변한 이유다. 살아있는 세포에서 산화는 몸의 연소기관인 미토콘드리아에서 일어난다. 당과 다른 분자들의 결합 에너지가 해방되는 과정에서 산소의 전자가 다른 곳으로 빠져나간다. 그 결과 불안정해진 분자는 다른 전자를 찾기 위해 근처 분자와 무차별적으로 반응하려 하는데, 이러한 분자를 활성 산소(free radical)라고 한다. 때로 그러한 화학적 열풍 중에, DNA나 세포막 및 다른 구조를 구성하는 분자로부터 전자를 강탈한다. 이것은 잠재적으로 해가 된다. 세포의 에너지 수요가 높을수록 더 많은 활성 산소가 발생한다.


1960년대 전문가들이 비타민과 항산화에 관해 이론화했지만, 항산화제 황금기의 시작은 흔히 캘리포니아 대학교에서 1978년에 출판된 실험으로 언급되고 있다. 이 실험에서 연구자들은 1시간 동안 10명의 자원봉사자에게 자전거 타기를 요청했다. 그 후 자전거를 탄 사람이 내쉬는 숨을 포획해서 펜탄(pentane)의 정도를 측정했다. 이 화합물은 세포가 활성 산소를 중화하는 것보다 더 빠르게, 활성 산소가 다른 분자의 전자를 잡아채 갈 때 발생하는 "산화 스트레스" 라고 부르는 것의 표식이다. 연구 참가자들이 더 힘들게 숨을 쉬기 시작하자, 펜탄의 농도는 상승했고, 따라서 산화 스트레스도 상승했다.

연구의 다음 단계는 전 세계 스포츠 영양 열풍과 수십억 달러의 산업을 개시하는 데 도움을 주는 부분이었다. 참가자들에게 2주일 동안 비타민 E를 섭취시킨 후 다시 자전거를 태우고 숨을 측정하자 산화 스트레스가 급락한 것 같았다. 이 연구는 미국 응용 생리학(Applied Physiology) 저널에 게재되었다. 운동선수들은 이 연구결과에 주목했으며, 그 중 특히 중요한 인물로 케네스 쿠퍼(Kenneth Cooper)가 있다. 유명한 의사이자 전직 미공군 의무관인 그는 '에어로빅(aerobics)'이라는 단어를 만들었고, 더 건강한 삶을 위한 방법으로 운동을 권장하는 사람들의 세대에 영향을 준 인물이었다. 1994년에 출판한 그의 책 "항산화 혁명(The Antioxidant Revolution)"은 특히 산소 대부분을 소비하는 엘리트 운동선수들에게 항산화 비타민의 대량 복용을 권했다.

"1970년대와 1980년대에 시작된 모든 것에는 분자를 손상하는 활성 산소에 관해 쓰여있습니다."

활성 산소가 위험하다는 생각은 이것을 중화시키는 것만이 최선이라는 방향으로 나아갔다. 당시 동물과 인간 연구 모두에서 연구자들의 이러한 생각은 상대적으로 일관되게 나타났다.


항산화제는 신체에서의 역할과 더 정교한 산화 스트레스 측정을 통해 더 깊이 연구됨으로써 그 빛나는 명성이 점점 훼손되기 시작했다. 스티븐 맥애널티(Steven McAnulty)와 동료들은 항산화제가 실제로 이론적인 이점이 있는지를 캐는 가장 초창기 연구 중의 하나를 실행했었다.


2000년대 초, 노스 캐롤라이나 분(Boone)에 있는 애팔래치아 주립대학교의 맥애널티는 철인 3종 경기를 준비하는 38명의 운동선수를 모집했다. 경기 전 두 달 동안, 연구자들은 19명의 선수에게 매일 800 국제단위(international units ,IU)의 비타민 E를 주었다. 이는 하루 권장량의 35배 이상의 양이다. 경기에 참여하기 전과 후에 연구자들은 새로 생긴 최첨단 산화 스트레스 표식지로 소변 샘플과 혈액 내 이소프로스탄(isoprostane) 복합체를 측정했다. 이소프로스탄은 산화 스트레스를 정확히 나타내는 지표 인자다.

연구자들은 가짜 약을 줬던 선수집단과 비교해 항산화제를 복용한 집단에서 보호 효과 대신, 오히려 산화 스트레스의 양이 사실상 거의 두 배나 높다는 것을 발견했다.

"이러한 결과에 우리는 꽤 어리둥절했습니다."라고 맥애널티는 말한다. 울트라 마라톤 선수들과 함께한 비슷한 실험에서, 그는 선수들에게 경기 전 일주일 동안 1,500mg의 비타민 C를 매일 복용시켰지만 산화 스트레스 수치에 별다른 차이가 없음을 발견했다. 두 논문은 10여 년 전에 출판된 것으로, 철인경기 연구는 '스포츠와 운동에 대한 과학 및 의학(Medicine & Science in Sports & Exercise)'저널에, 울트라 마라톤 연구는 '유럽 응용생리학 저널(European Journal of Applied Physiology)'에 게재되었다.


그러나 항산화제의 통념에 의문을 제기한 이러한 실험들은 뉴욕 타임즈가 '미국 국립과학아카데미(National Academy of Sciences)' 회보에 실린 보고서에 관한 기사를 쓴 2009년까지 거의 주목받지 못했다. 두 독일 대학과 하버드 의대의 연구자들로 이루어진 한 연구팀은 40명의 건강한 젊은 참가자를 대상으로 당뇨병 위험을 초래하는 인슐린 감수성에 영향을 주기 위해선 비타민 E와 C 보충제를 얼마나 복용해야 하는지를 측정했다. 참가자의 절반은 건강했고, 반면 나머지 절반은 규칙적인 운동을 하지 않았다. 연구진은 4주의 기간 동안 참가자들을 운동시키며 모두에게 무작위로 항산화 보충제나 위약을 제공했다.

연구의 막바지에, 항산화제를 받았던 사람들은 강도 높은 운동을 하는 사람들에게서 흔히 일어나는 인슐린 민감도의 증가를 보이지 않았다. 이것은 운동이 당뇨병 예방과 관리에 있어 중요한 이유 중 하나다. "항산화제가 들어있는 보충제는 이러한 운동의 건강증진 효과 효과를 방해하는 것 같습니다."라고 연구자들은 보고했다. (운동하면 인슐린 민감도가 증가함으로써 당뇨병을 예방할 수 있는데 보충제는 이를 방해한다는 뜻이다: 역자 주)


당시 회의론자들은 당연히 이것이 보충제의 부정적인 결과를 말하고 있는 유일한 연구라고 지적했다. 그러나 나쁜 뉴스는 더 오고 있었다. 미국국립과학원회보(PNAS) 논문에서 호주의 연구자들은 활성 산소의 제거에 관여하는 핵심적인 효소를 생산할 수 없는 쥐를 이용해 실시했던 세포 대사에 관한 실험을 보고했다. 자유 라디칼로부터 보호받지 못하는 쥐에게 고지방식을 주었을 때, 그들은 인슐린 저항성( insulin resistance)이 발달하지 않았다. 인슐린 저항성은 보통 살찌는 음식을 섭취한 결과로 나타난다. (인슐린이 제 기능을 발휘하지 못해 고혈당 상태가 지속하여, 췌장에서 이 상태를 해소하기 위해 과도한 인슐린을 생산하는 것을 인슐린 저항성이라고 한다. 인슐린 저항성이 높으면 당뇨병 위험이 커진다: 역자 주) 활성 산소는 당뇨병에 저항하는 몇 가지 보호 기능을 제공하는 것으로 보인다. 그즈음 연구자들은 항산화제의 모순에 주목했다. 항산화제의 과다 복용은 자유 라디칼에 의한 손상을 허용할 뿐만 아니라 경우에 따라선 오히려 촉진했다.

힘을 끌어 올리다


더 최근 연구는 운동하는 근육이 활성 산소의 폭증에 대처할 때 최상의 컨디션을 보임을 제안함으로써 항산화제 옹호자들의 근심을 더 하고 있다. 장기간의 산화 스트레스는 세포에 손상을 줄 수 있으며 노화와 만성 질환을 유발할 수 있지만, 신체 활동으로 온 단기간의 과부하는 아마도 근지구력을 구축하고 활성 산소를 제거하는 내부 메커니즘을 더 민감하게 만들 수 있다.


"적응을 위한 생리학적 시스템에서 운동선수들은 과부하를 받을 필요가 있습니다."라고 샤로츠빌 버지니아 대학교에서 운동 생리학 실험실을 책임지고 있는 아서 월트먼은 말한다. 한가지 가능한 이유로, 움직이는 근육은 부하가 걸릴수록 더 많은 에너지 생성을 위한 풍부한 미토콘드리아 필요하다. 플로리다의 파워스는 2008년에 출판한 연구에서 쥐에게서 운동으로 생성된 활성 산소가 세포를 공격하기보다는 풍부한 미토콘드리아를 유지할 수 있도록 심장 근육의 변화를 촉발했다고 제안했다. 이것은 운동선수들에게 매우 필요한 것이다.


다른 연구에서도 비슷한 효과를 발견했다. '미국 임상영양학 저널(American Journal of Clinical Nutrition)'에 발표한 논문에서 한 스페인 연구자 팀은 매일 비타민 C 보충제를 준 쥐와 사람 모두에게서 동일한 산화 스트레스를 측정하는 드문 연구 중 하나를 실행했다. 동물 연구에서, 근육 세포는 비타민이 넘쳐날 경우 일반적으로 미토콘드리아 생산을 촉진하는 메커니즘을 가동하지 않았다.


보충제를 받지 않은 참가자들은 신체가 사용하는 최대 산소량을 측정한 최대 산소섭취량( VO2 max)에서 22% 증가함을 경험했다. 최대 산소섭취량은 내구도의 주요 지표다. (수치가 높을수록, 숨 쉴 때마다 더 많은 에너지를 짜낼 수 있다) 비타민 C를 섭취한 그룹은 약 11% 정도 증가하였다.

일부 연구들조차 종합비타민에 의구심을 제기한다. 지난해 '스포츠 의학과 육체건강 저널( Journal of Sports Medicine and Physical Fitness)'에서 노르웨이 연구자들은 6주 동안 비타민 B, 항산화제, 미네랄이 섞여 있는 종합 비타민을 제공한 운동선수들이 가짜 약을 받았던 운동선수들보다 상당히 낮은 최대 산소섭취량 증가를 보인 것으로 나타났다.

그러나 전체적으로 볼 때, 운동 효율에 관한 항산화제 효과의 위약 대조 시험은 뒤섞인 결론을 내놓았다. 지난해 브라질 연구팀이 검토했던 모든 연구는 위약 그룹과 보충제를 제공한 그룹에서 각각 두 가지의 이점을 발견하긴 했지만, 결과는 불분명했다. 저자는 복용하는 비타민의 양, 연구 기간과 지원자들의 운동 강도 등과 같은 연구 방법론이 매우 다양하므로 연구 결과에서 일관성이 부족하다고 말한다. 두 연구 집단이 동일한 데이터로 다른 결론을 도출하는 것이 전례 없는 일은 아니다.


또한, 연구자들은 비록 항산화제를 일괄하여 다루지만, 그 약들은 세포 내에서 활성화할 때 서로 다른 메커니즘을 가지고 있는 전혀 다른 종류들의 묶음이라는 것을 인식해야 한다고 저자는 경고했다.


심지어 멋진 이름을 가진 항산화제의 연구에서는 그 약이 운동선수에게 이점을 제공하는지를 말할 수 있는 충분한 증거를 수집하지 않았다. 지난해 6월 '스포츠와 운동에 대한 과학 및 의학(Medicine & Science in Sports & Exercise)'의 한 연구는 인기 있는 건강 보조식품 N-아세틸 시스테인(항산화 글루타티온 수치를 유지시키는)을 복용한 자전거 선수가 전력질주에서 시간 향상과 산화에 대한 더 나은 내부 적응(internal adaptations)을 보였다고 보고했다. (글루타티온glutathione은 체내 산화환원반응에서 중요한 역할을 하는 물질이다: 역자 주) 그러나 다른 연구에서는 그 화합물이 종양의 성장을 촉진하는 역할을 할 수 있다는 우려를 제기했다.

다른 인기 있는 항산화제인 케르세틴 또한 예상치 못한 결과를 보여주었다. "우리는 각기 다른 네 개의 논문을 출판했지만, 의미 있는 결과를 발견하진 못했습니다."라고 아테네에 있는 조지아 대학교에서 신체운동학과장으로 은퇴했던 커크 큐어튼은 말한다. 2011년 리뷰에서 케르세틴의 장점은 "사소하고 작은 차이"일 뿐이라고 평가했다.

골디락 존(Goldilocks zone): 균형 잡기


항산화 보충제는 음식에서 얻을 수 있는 항산화제와 동일하다고 추정해선 안된다고 과학자들은 말한다. "화합물은 음식과 다르며, 당신은 음식을 통해 정량을 얻고 있습니다." 맥애널티는 말한다. 그는 2011년에 블루베리 파우더에 관한 연구를 출판했다. 그는 지원자들에게 6주 동안 블루베리 파우더를 매일 섭취시키자 산화 스트레스 수준이 감소했음을 발견했다. (제공양은 대략 블루베리 한 컵으로 같았다; 캡슐 음식은 흔히 복용량을 표준화하여 연구에 사용한다) 다른 예로는 최근 뉴질랜드 연구자들이 달리기 선수를 대상으로 동일한 칼로리와 항산화 수치를 가진 블랙커런트(black currant: 까치밥나무 열매) 주스와 비타민 C 현탁액을 제공하고 운동 효율(performance)과 산화스트레스를 비교했다. 연구자들은 비타민 C 현탁액을 섭취한 이들은 산화 손상이 증가했지만, 블랙 커런트를 마신 이들은 같은 시간 동안 산화 손상이 감소했다.

보충제와 그 반대편인 과일과 야채에서 얻는 항산화제는 일종의 골디락스 존으로써 신체를 유지한다고 맥애널티는 말한다. 선천적인 체내 메커니즘은 자연적으로 대처할 수 있는 수준의 산화를 충분히 감당할 수 있지만, 세포가 너무 많이 손상되어서는 안된다. 결국, 운동선수들은 자신의 접시 위에 무엇이 놓이는지 더 큰 관심을 가져야 하며, 반면 과학자들은 약 상자 안에 들어있는 것들이 가격에 맞는 가치를 가지고 있는지를 알아내기 위해 노력해야 할 것이다. <끝>


* 이 글은 Laura Beil. "For athletes, antioxidant pills may not help performance." ScienceNew, Feb 24, 2015.를 번역한 것입니다. 

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