제5장, 운동시 호르몬 분비.
@운동을 하기위해서는 필요물질인 당질, 지질 등 영양소와 산소가 충분히 포함된 혈액의 공급을 높이기 위해 근육으로 혈액량을 높여야 한다. 이러한 운동에 필요한 생체반응은 신경성과 체액성 두 가지 조절기전에 따라 일어나는데, 이는 신경호르몬이라 불리는 미량의 화학물질과 내분비호르몬을 통하여 이루어진다.
5.1 호르몬 분비와 시상하부 조절.
1), 호르몬의 특성.
송과체(pineal body)는 양쪽 뇌를 바치고 있는 뇌들보(corpus cailosum) 사이에 위치한다. 송과체에는 시상(jnterthalamus)과 연결되어 있고, 시상에는 맥락얼기(choroid plxus ; 뇌척수 약120ml/day)가 붙어있고 시상 아래에는 시상하부(hypothalamus)가 위치하며, 시상하부 아래 나비뼈(sphenoid bone)의 터키말안장(sella turcica) 속에는 뇌하수체(hypophysis)가 소중히 보관되어 있다. (침구과학 217p 참고) 뇌하수체의 전엽(pars distalis)은 샘뇌하수체(adeno hypophysis)이라 하고, 중엽(pars intermedia)은 스트레스를 조절하는 곳이고, 후엽(pars nervosa)은 신경뇌하수체(neurohypophysis)이라 한다.
@ 뇌하수체(hypophysis) 전엽(pars distalis)의 샘뇌하수체(adeno hypophysis)에서 분비되는 호르몬은 다음과 같다.
①성장호르몬 - 성장분비촉진호르몬(GH - GRH ; growth hormone - growth releasing hormone)
②부신겉질자극호르몬 - 분비촉진호르몬(CRH ; corticotropin - releasing hormone)
③갑상샘자극호르몬 - 분비촉진호르몬(TRH ; thyrotropin - releasing hormone)
④난포자극호르몬 - 분비촉진호르몬(FSH - RH ; follicle - stimulating hormone - releasing hormone)
⑤황체형성호르몬 - 분비촉진호르몬(LH - RH ; luteinizing hormone - releasing hormone)
⑥프로락틴 - 분비억제호르몬(P-IH ; prolactin - inhibiory hormone) 등이 있다.
@ 뇌하수체(hypophysis) 중엽(pars intermedia)은 샘뇌하수체(adeno hypophysis)로 분류하고 있지만 샘뇌하수체와는 다른 호르몬을 분비하고 있다.
①멜라토닌자극호르몬 - 촉진호르몬 (MSH-MRH ; melatonin stimulating - releasing hormone).
②뇌내 몰핀(endorphin) 분비 - 스트레스 대처.
@ 뇌하수체(hypophysis) 후엽(pars nervosa)의 신경뇌하수체(neuro hypophysis)에서 분비되는 호르몬은 다음과 같다.
①항이뇨호르몬(ADH ; antidiuretic hormone)
②옥시토신(OT ; oxytocin)
③신경세포 뉴런의 수초 시납스에서 합성되는 호르몬(신경전달화학물질) 등이 있다.
이들 호르몬 들은 (그림5.1)과 같이 뇌하수체와 자율신경계의 작용에 의하여 분비된 여러 종류의 호르몬이 혈액에 의하여 표적기관으로 운반되어 대사, 순환, 체액조절의 조정자로 작용하게 된다.
예로서 전엽에서 분비되는 ①성장호르몬-성장분비촉진호르몬(GH-GRH;growth hormone-growth releasing hormone)은 혈액에 의하여 간에서 다시 근육, 뼈(연골)를 성장시키는 작용을 한다. 또한 ③갑상샘자극호르몬-분비촉진호르몬(TRH;thyrotropin-releasing hormone)은 갑상선 및 부갑상선을 자극하여 체온을 조절하는 몸의 열량이 생성하도록 작용하고, 뼈에 흡수되어 칼슘(Ca)과 반응하여 뼈의 선장에 작용한다.
중엽에서 분비되는 ①멜라토닌자극호르몬-촉진호르몬 (MSH-MRH ; melatonin stimulating - releasing hormone)은 세포의 수면과 수명을 조절하는 물질로서
정신병(불면증, 치매, 우울증, 정신이상)을 치료하는 침구과학의 치료원리에 상당하는 물질이다.
후엽에서 분비되는 ②옥시토신(OT ; oxytocin)은 유선을 분비해 젖 분비를 촉진시키고, 침구과학 이론에서 방광경 [지음] 혈을 자극하여 분비 촉진되는 옥시토신은 자궁을 수축시켜 순산을 촉진시키는 ‘무통분만’의 침구시술 원리가 되고 있다.
따라서 인체에 분포하고 있는 호르몬들은 (표5.1)과 같이 특이적 작용을 가지며, 이들 호르몬은 극소량(10억-1조/g)으로 높은 물질친화력(특이적 수용체) 또는 촉매작용으로 인체 대사반응의 촉진, 억제를 통해 조절하는 특징을 가지고 있다.
특히 후엽의 신경뇌하수체(neuro hypophysis)의 ③많은 종류의 신경전달 화학물질(신경전달호르몬)은 표적기관의 세포를 자극하여 독자적인 호르몬을 합성하여 자신과 주위인접 세포에 [자가분비/방분비]로 주위 조직의 이상을 정상화시켜주는 역할을 한다는 가설이 ‘침구치료 원리“ 이다.
호르몬을 화학적 구조로 보면, 스테로이드호르몬, 펩티드호르몬, 아민류호르몬 등 3가지로 분류한다. 이들 호르몬은 내분비 기관에서 분비되고, 혈액에서 이동되고, 간에서 대부분 분해(다른 물질로 합성)되기 때문에 혈중에서 활성이 유지되는 짧은 시간을 [생물학적 반감기]라 하고, 이 반감가는 호르몬의 종류에 따라 달라진다.
예로서 자율신경-부신 계에서 분비되는 카테콜아민계호르몬(아드레날린, 노르아드레날인, 도파민)은 3-4분 유지되고, 펩타이드호르몬계는 5-60분 유지되고, 갑상선 호로몬은 1주일로 반감기로 긴 것도 있다.
2), 호르몬 분비의 송과체-시상하부 축의 조절.
대부분의 인체 호르몬은 송과체-시상하부 축에 의해 조절되고 있다. 뇌하수체 전엽, 중엽, 후엽에서 분비되는 호르몬도 송과체-시상하부 지배신경 축에 의하여 분비되고 있지만, 신경세포 뉴런의 수초 시납스에서 합성되는 호르몬도 펩티드가 송과체-뇌하수체 문맥에 일단 분비되어 분비되고 있다는 사실이다.
예로서, 난소에 에스트로겐호르몬 분비를 자극하는 황체형성호르몬(LH)의 분비는 송과체의 반사지시에 의해 시상하부에서 만들어지는 성선자극호르몬 방출인자(LHRH)에 의하여 분비 활성이나 억제되는 조절기능을 받는다. 한편 뇌하수체 후엽에는 알기닌, 바소프레신(AVP), 옥시토신(OT) 등의 호르몬이 있지만 이것은 시상하부에 있는 신경세포체에서 합성된 것이 축삭을 통해 후엽까지 운반되어 저장된 것으로써 그 곳에서 혈액으로 분비된다.
또한 자율신경도 송과체-시상하부 축에서 방출하는 부신피질자극호르몬(ACTH)의 방출인자 코티코트로핀(CRH; corticotrophin) 등에 의해 자극을 받아 흉수(척수뇌)를 통하여 전신으로 전달되어 자율신경말단 시납스로부터 노르아드레날린(NA)으로 혈액에 분비된다.
자율신경-부신수질 축으로 하는 자율신경 지배가 강한 부신수질로부터 혈중으로 아들레날인(A)을 분비한다.
송과체-시상하부-뇌하수체-췌장 축으로 하는 분비는 ‘혈당의 고저’에 따라 α-세포에서 ‘글루카곤’, β-세포에서 ‘인슐린’을 분비하여 혈당이 조절된다.
또한 간(肝)에서 성장호르몬의 자극을 받아 인슐린유사성장인자(IGF-I)를 분비하여 뼈와 근육에 작용한다.
심(心)에도 강압효과를 가진 심장성나트륨이뇨호르몬(ANP)를 분비시킨다.
최근 지방세포에서 비만유전자(OB)로서 렙틴(Leptin)이 발견되었는데, 렙틴은 지방세포로부터 분비된 후 시상하부에 작용해서 섭식행동을 억제하고 자율신경의 교감신경을 통해 대사를 촉진하는 작용을 한다. 이와같이 지금까지 분리 명명했던 호르몬분비샘을 내분비계라고 했으나, 최근 밝혀진 바에 의하면 신경세포는 물론 지방세포 및 체세포들도 필요에 따라 필요호르몬을 분비하고 있다는 것이 밝혀지고 있어 내분비계의 경계가 희미해지고 있는 실정이다. 따라서 침구과학에서 침 자극으로 분비되는 호르몬 등 화학물질의 종류는 300여 종류 이상인 것으로 알려지고 있다. 이들은 침구자극에 의하여 질병의 치료물질로 작용한다고 보고 있다.
3), 시상하부-뇌하수체(전엽, 중엽, 후엽).
운동할 때 분비되는 호르몬은 대부분이 스트레스에 관련된 호르몬이다. 이들 호르몬은 송과체-뇌하수체에서 유래되기 때문에 시상하부의 조절구조를 알아야 한다.
대뇌피질에서 지시받은 정보가 송과체->시상->시상하부로 전달되면 시상하부에서는 전신을 통합적으로 조절할 수 있는 여러 종류의 대응호르몬이 합성되기 시작한다. 합성된 펩티드호르몬은 축삭수송에 의하여 뇌하수체 전엽, 중엽, 후엽으로 운반된다. 스트레스 호르몬은 전,중엽(표5.1) 부위에서 혈중으로 분비됨으로 운동이나 침구자극에 의한 반응(대응) 조절이 일어나는 것이다.
@ 이것이 침구치료 원리의 스트레스 해소의 일부가 된다.
5.2 운동과 스트레스 호르몬.
1), 스트레스란?
인체가 운동을 하게 되면, 막대한 에너지와 산소가 필요하기 때문에 당질대사와 혈류증가 라는 두 가지 작용이 즉시 발동할 필요가 있다. 이 요구를 만족시키는 것은 송과체-시상하부-뇌하수체의 전엽(내분비 호르몬계), 후엽(신경 호르몬계)에서 분비되는 수많은 호르몬이 두 가지 조절계를 이루어서 전신을 조절하게 된다. 이들 2가지 조절계는 생리학 영역에서 케논(W. Cannon)과 세리에(H. Selye)의 “스트레스학설”의 기초가 되는 ‘스트레스 반응’ 이나 ‘자극반사 반응’의 기전으로 알려져 있다. 이 학설은 생명유지의 위험신호나 장기반응을 촉진하는 물리, 화학적 자극에 대한 반응으로 스트레스를 일으켜 그 위험을 신체에서 소멸시키는 원리를 뜻 하는데, 스트레스를 일으키는 인자로서는 말초에 있는 신경감수기(통각, 촉각, 온각, 냉각, 압각, 운동각)와 심리적 및 사회적 인자(공포, 불안)가 있다. (침구치료 원리).
생리학에서 스트레스를 과학적으로 포착하기 위해서는 뇌하수체 전엽에서 분비되는 부신피질자극호르몬(ACTH)의 분비를 스트레스의 인식물질로 보고 있다. 부신피질자극호르몬(ACTH)에 의해 부신피질에서 분비되는 코티졸(GC; 글루코코티코이드의 일종)은 알도스테론과 미네랄코티코이드 라고 하는 스테로이드호르몬 등과 함께 생체의 항상성 유지에 작용한다. 그러나 코티졸은 만성적으로 높은 농도에서 작용할 경우에 면역기능을 억제하거나, 뇌로 이동하여 해마의 신경을 탈락시키는 등의 부작용이 생길 수 도 있다. 해마는 단기간의 학습, 기억을 보관하는 기능을 가진 가관으로서 시상하부를 지속적으로 억제하여 스트레스반응을 정상화시키는 기능이 있다고 하며, 말초(신체표면 피부)의 스트레스 상태를 중추로 반영시키는 모듈역할을 하고 있어 스트레스가 신체에 나쁜 이유가 이 때문이라고 할 수 있겠다.
2), 운동 스트레스란?
(그림5.3)은 운동강도(RPE)에 따라 몇 가지 호르몬의 분비의 증가는 젖산(lactic acid)의 혈중농도 와 산소흡수 수준과의 관계됨을 보여 준다.
생체의 운동은 운동의 종류에 따라 서로 다른 자극이 되지만,
운동강도(RPE)에 따라 대개 50-60%의 산소흡수 수준,
혈중 젖산성작업역치(LT; Lactate threshold) 부근,
심박수 10-130박/분,
을 넘는 지점에서부터 혈중 부신피질자극호르몬(ACTH), β-엔돌핀, 코티졸(GC) 분비 증가가 보이기 때문에 운동을 스트레스라 한다. 운동스트레스때 분비되는 호르몬은 성장호르몬(GH), 프로락틴(PRL), 갑상선자극호르몬(TSH), 알기닌-바소프레신(AVP) 등이 있으며, 이들 호르몬 모두 부신피질자극호르몬(ACTH)과 같이 뇌하수체로부터 분비되나, 송과체-시상하부의 조절을 받기 때문에 스트레스 관련 호르몬 이라 한다. 이 외에 젖산성작업역치(LT; Lactate threshold)를 경계(시상하부의 흥분을 일으키는 점)로 분비가 증가하는 글루카곤, 유일하게 분비가 저하하는 인슐린, 그리고 젖산성작업역치(LT) 이하의 40%산소흡수수준에서 분비가 증가하는 심방성나트륨이뇨펩티드(ANP) 등 많은 호르몬 분비가 운동강도(RPE)에 의존하여 변한다. 운동할 때 호르몬 분비는 (표5.2)을 참고 한다.
5.3 운동 스트레스와 뇌.
송과체-시상하부의 흥분을 일으키는 지점인 젖산역치강도(LT) 근체에서 운동스트레스에 의하여 많은 호르몬이 분비하는 것은 시상하부에 의한 내분비호르몬계와 신경호르몬계의 분비조절에 의한 것이다.
1), 운동스트레스의 원인.
운동스트레스는,
①운동영역의 흥분과 그곳으로부터의 명령.
②감정(공포감, 쾌적감).
③활동근(척수의 운동신경에 의해 지배되는 근섬유, 운동단위)으로부터 구심성임펄스.
④운동 중 저혈당 등의 대사 변화(장시간 소모성 운동에 의함).
등이 최종적으로 송과체-시상하부에 도달하여 부신피질자극방출호르몬(CRH)과 바소프레신(AVP) 뉴런을 자극하고, 뇌하수체로부터 부신피질자극호르몬(ACTH) 분비가 활성화 되어 발생한다. 그 경로는 (그림5.4)에서 나타내고 있는데, 침구전도경로와 치료경로는 동일하다.
2), 운동할 때 시상하부의 흥분.
임상실제에서 운동할 때 시상하부가 흥분하는가? (그림5.5)는 쥐의 달리기 운동스트레스 모델을 이용하여 운동중의 송과체-시상하부-신경뇌하수체(neuro hypophysis) 실방핵(뇌실곁핵; PVN; para-ventricular nucleus)에 존재하는 신경흥분을 세포흥분의 기준으로 사용되는 c-fos암발생유전자(c-fos mRNA)의 발현으로부터 확인한 것이다. 젖산역치강도(LT)에서 1시간 달리기 운동을 실시할 때 신경하수체 뇌실곁핵(PVN)에서 c-fos암발생유전자(c-fos mRNA)의 발현(그림5.5의 검은 부분)이 보이며, 그 증가는 뇌하수체의 부신피질자극호르몬(ACTH)과 상관이 있다. 또한 운동할 때 흥분이 현저한 부위는 뇌실곁핵(PVN) 부위 이외에도 시상-송과체 및 해마 등의 번연계, 대뇌이상피질 등에도 c-fos mRNA의 발현이 나타난다. 이들 부위는 피부자극(신경감수기) 또는 특수감각기의 뇌내 정보전달에 관여하는 조직들로서 침구치료 원리로 알려지고 있다.
3), 스트레스 신 개념에서 본 운동스트레스의 특이성.
스트레스반응의 가장 강력한 자극인자는 시상하부의 다양한 스트레스에 반응하는 부신피질자극방출호르몬(CRH)의 역할과, 바소프레신(AVP), 옥시토신(OT), 혈중카테콜아민 등도 부신피질자극방출호르몬(CRH)와 협동하여 부신피질자극호르몬(ACTH)을 분비반응을 일으킨다.
부신피질자극방출호르몬(CRH)은 본래 부신피질자극호르몬(ACTH) 분비 촉진 인자로서 가장 강력한 펩티드로 시상하부 신경하수체 뇌실곁핵(PVN)에 존재하는 작은 세포계 신경 말단 시납스에서 합성된다.
동물실험에서 구속스트레스, 마취스트레스 등, 신체적 스트레스는 부신피질자극방출호르몬(CRH)신경의 흥분이 민감하지만, 모든 부신피질자극방출호르몬(CRH)으로 스트레스 반응을 설명할 수는 없다. 고농도 식염수 부하에 의한 삼투압스트레스, 침해스트레스 등을 반복하여 받으면 에는 바소프레신(AVP)신경 반응이 강하게 나타난다. 또한 구속스트레스를 반복적으로 가하면 부신피질자극방출호르몬(CRH)신경에 대신하여 바소프레신(AVP)신경 반응이 강하게 나타난다고 하는 “화학적 변환 가설”이 주목되고 있다.
4), 운동스트레스의 생리적 의의(가설).
운동에 따른 스트레스 반응이 운동 할 때 긴급한 대사 및 순환요구를 만족시키기 위해서 필요하다. 그 보다도 운동스트레스가 다른 스트레스와 질적으로 다르며 어떤 생리적 의미가 있는지가 관심이 되고 있다.
바소프레신(AVP)신경이 뇌 내에서 부신피질자극방출호르몬(CRH)신경과 길항적으로 움직인다는 사실(Plotsly, 1984)과 바소프레신(AVP)신경의 뇌 내 작용은 학습, 기억의 유지에 필수적인 역할을 한다는 것이 보고되었다.
5.4 운동에 대한 적응과 호르몬 작용.
운동적응에 대한 호르몬의 공헌, 트레이닝에 의한 호르몬 분비 적응 등에 대해서 도 충분한 연구는 없다. 그러나 운동적응에 따른 중요한 공통현상은 알아야 한다.
1), 운동에 대한 적응과 스트레스.
고강도운동을 하면 혈청코티졸의 혈중 수준은 대개 4주 후에 최고에 달하며, 그 후 감소하여 6주 후를 경과하면 처음으로 돌아오는 것이 보고되었다.(그림5.7)
고강도운동트레이닝이 4주(1개월) 정도에서 혈청코티졸 농도가 가장 높게 나타나고 6주부터는 낮게 나타나는 원인이 무엇인가?
첫째, 뇌하수체 전엽의 호산성세포로 부신피질자극호르몬(ACTH)을 분비하는 코티코트롭(corticotroph)의 부신피질자극방출호르몬(CRH)신경의 ‘감수성 저하’로 나타난다는 이론과, 둘째, 증가한 코티졸에 의한 피드백현상 때문으로 설명하는 이론,
이 2가지 이론 중 운동생리학 연구자들은 둘째 원인에 더 많이 지자하고 있다.
동물실험이나 임상결과에 의하면 부신이 위축되어 혈청코티졸의 분비가 취약한 경우 돌연사가 일어나기 쉬우며, 운동수행능력이 낮게 된다는 것이다. 이는 침구치료에 중요한 의미를 부여하고 있다.
2), 과도 트레이닝.
과도한 트레이닝이나 장기간 과격한 운동은 압박감증가, 우울증발생, 만성피로진행, 월경이상 등이 보고되고 있다. 이러한 반응은 운동스트레스에 대한 송과체-시상하부-뇌하수체-부신 계의 부적응에 의한 연구보고가 있다. 장시간 격열한 운동을 하면 ‘우울증’ 이 발생한 예로서 세계적 마라토너 ‘살라자르’ 선수를 들 수 있듯이 격렬한 운동을 장시간 수행하는 선수들에게서 많이 발견된다. 그 원인은 운동스트레스의 만성화에 따라 뇌간(송과체-시상-시상하부-뇌하수체)의 세로토닌, 노르아드레날린 등 아민작동성 신경이 피폐하여 감정장애, 의욕장애, 활동성저하 등 내분비호르몬계(샘뇌하수체)와 자율신경호르몬(시경하수체)의 실조가 발견되어 소위 ‘적응성 우울증, 에 빠지게 된다.(이 설명은 치매, 우울증, 정신이상의 침구치료 원리에 해당된다). 또한 임상실제에서 장기간 격렬한 트레이닝을 한 무월경 여성에 있어서 황체형성호르몬(LH)의 분비빈도 및 총분비량의 저하가 보고되고, 황체호르몬의 분비 억제는 남성에서도 일어나며 남성의 정자합성능력에도 영향을 미쳐 정자수의 저하로 ‘불임증’ 까지 우려된다.
3), 성장호르몬과 동화작용(Anabolic) 효과.
인간의 성장호르몬은 수면시 보통 3시간 마다 분비증가의 빠른 리듬을 나타내며 송과체가 조절하는 수면과 깊은 관계가 있다. 사람의 성장호르몬은 젖산역치(LT) 부근에서 분비증가를 보이지만 정서적인(사랑) 스트레스에서도 분비가 증가 된다고도 알려져 있다. 그러나 운동으로서 성장호르몬의 분비증가는 아직 밝혀지지 않고 있지만, 젖산역치(LT) 이상의 강한운동트레이닝에서는 성장호르몬의 증가가 나타나고 있다.
성장호르몬은 일반적으로 뼈(골격), 근육으로의 단백질 동화(anabolic)작용은 간(肝)에서 합성, 분비되는 여러 가지 작용에 의한 것이라고 알려져 있지만, 낮(주간)운동으로 증가한 성장호르몬은 운동 중에 교감신경활동이 남아있고, 혈중 코티졸 수준도 높기 때문에 이화(ananalobic)작용을 일으키게 되어 뼈나 근육의 성장에는 참여하고 있지 않지만, 혈중 코티졸 수준이 저하되는 야간에는 높은 단백질 동화(anabolic)작용으로 뼈나 근육의 성장을 이루며 또한 ‘비만’ 의 원인을 제공하기도 한다.
[연습문제]
1, 간뇌에서 경락전도나 신경전도 과정에 대하여 설명하시오.
2, 샘뇌하수체 분비호르몬 3가지 만 열거하고 그 작용을 기술하시오.
3, 신경하수체 분비호르몬 2가지 만 열거하고 그 작용을 기술하시오.
4, 스트레스가 무엇인지 설명하고 그 조절기전을 기술하시오.
5, 성장호르몬 밤과 낮 분비와 작용에 대하여 기술하시오.