에너지 항상성
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1. 개요
에너지 항상성은 생합성 경로를 통해 측정될 수 있는, 에너지 흡수량과 소비량, 저장량 간의 관계를 나타낸다. 열역학 제1법칙에 따라 에너지는 형태만 변환될 뿐 생성되거나 소멸될 수 없으며, 음식 섭취를 통해 얻은 칼로리는 열, 체지방, ATP, 글리코겐 등으로 저장된다. 에너지 항상성은 섭취, 소비, 불균형의 세 가지 요소로 구성되며, 섭취는 시상하부의 렙틴과 그렐린 호르몬에 의해 조절된다. 소비는 기초대사율과 신체 활동 수준에 의해 결정되며, 불균형은 과식이나 활동량 감소로 인한 정평형(positive balance)과 섭취 부족으로 인한 부평형(negative balance)으로 나타난다. 에너지 요구량은 개인의 나이, 성별, 신체 활동 수준에 따라 다르며, 칼로리 제한이 수명에 미치는 영향에 대한 연구가 진행 중이다.
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| 에너지 항상성 | |
|---|---|
| 에너지 항상성 | |
| 정의 | 에너지 섭취와 소비 간의 균형을 유지하는 생물학적 과정 |
| 관련 요소 | 포도당 렙틴 그렐린 |
| 조절 부위 | 시상하부 (mediobasal hypothalamus) 기타 뇌 영역 |
| 관련 신경 회로 | 식욕 억제 회로 (정상적으로 억제됨) 스트레스 반응 회로 (항상성 조절을 무시할 수 있음) |
| 신경생물학적 측면 | |
| 역할 | 음식 섭취와 에너지 소비의 조절 |
| 관련 뇌 영역 | 외측 시상하부 (LH): 음식 섭취 자극, 에너지 소비 감소 내측 시상하부: 음식 섭취 억제, 에너지 소비 증가 복내측 시상하부 (VMH) 실방핵 (PVN) 배내측 시상하부 (DMH) |
| 조절 메커니즘 | |
| 장 호르몬 | 에너지 항상성 조절에 관여 |
| 항상성 시스템 | 체지방량에 비례하여 순환하는 체액성 신호에 반응하여 음식 섭취를 조절하는 신경 회로 |
| 관련 질병 | |
| 섭식 장애 | 신경성 식욕부진증 신경성 폭식증 |
| 기타 | 비만 (에너지 항상성 조절 실패로 인한 체중 증가) |
2. 정의
에너지 항상성은 섭취한 에너지가 소비되거나 저장되는 과정을 통해 신체 에너지 균형을 유지하는 것을 의미한다. 섭취된 음식 칼로리는 체지방, 트리글리세리드, 글리코겐으로 저장되거나, 아데노신 삼인산(ATP) 형태의 화학 에너지로 변환되거나, 열로 소실될 수 있다.[1][5][7]
2. 1. 에너지 측정
미국에서 에너지 항상성은 에너지 단위인 칼로리를 나타내는 대문자 C(Calorie영어)를 이용해 표현하며, 이는 1kg의 물을 1°C (약 4.18 kilo joule|킬로줄영어) 올리는 데 필요한 에너지와 같다.[19][6]에너지 항상성은 생합성 경로를 통해 아래의 등식으로 측정할 수 있다.[20][1]
:에너지 흡수량 = 소비된 에너지 + 저장된 에너지
:''에너지 섭취 (음식 및 수분 섭취) = 에너지 소비 (작업 및 열 발생) + 저장된 에너지의 변화 (체지방 및 글리코겐 저장)''
열역학 제1법칙은 ‘에너지는 생성되거나 사라질 수 없다’이다. 하지만 에너지는 한 형태에서 다른 형태로 변환될 수 있다. 따라서 1칼로리의 음식 에너지가 소비되면 신체 내에서 세 가지 특정 효과 중 하나가 발생한다. 그 칼로리의 일부는 체지방, 트리글리세리드, 또는 글리코겐으로 저장되거나, 세포로 전달되어 아데노신 삼인산 (ATP – 조효소) 또는 관련 화합물의 형태로 화학 에너지로 변환되거나, 열로 소실될 수 있다.[1][5][7]
2. 2. 에너지 항상성 방정식
에너지 항상성은 생합성 경로를 통해 다음과 같은 방정식으로 측정할 수 있다.[20]:에너지 흡수량 = 소비된 에너지 + 저장된 에너지
열역학 1법칙은 ‘에너지는 생성되거나 사라질 수 없다’라고 명시한다. 하지만 에너지는 한 형태에서 다른 형태로 변환될 수 있다. 음식의 칼로리가 몸에 들어오면 궁극적으로 칼로리의 100%가 열에너지로 전환된다. 이것은 세 가지의 특정한 효과를 가져다준다. 체지방, 트리글리세리드, 또는 글리코겐으로 저장되거나, 아데노신 삼인산(ATP)를 이용하여 몸의 세포에 화학적 에너지로 저장되거나, 보조 인자로 바뀌고 나서 물리적 혹은 화학적 합성에 이용된다.[1][5][7]
3. 에너지
미국에서 에너지 항상성은 에너지 단위인 칼로리(Calorie)를 대문자 C로 표기하여 나타내며, 이는 1kg의 물을 1°C 올리는 데 필요한 에너지의 양이다. (calorie영어, 킬로칼로리)[19]
에너지 항상성은 생합성 경로를 통해 측정될 수 있으며, 그 방정식은 다음과 같다.
: 에너지 흡수량 = 소비된 에너지 + 저장된 에너지[20]
열역학 제1법칙에 따르면 에너지는 생성되거나 소멸될 수 없지만, 한 형태에서 다른 형태로 변환될 수 있다. 음식으로 섭취된 칼로리는 신체 내에서 열에너지로 전환되는데, 이는 세 가지 결과를 낳는다. 일부는 체지방, 트리글리세리드, 글리코겐 형태로 저장되거나, 아데노신 삼인산(ATP) (조효소) 등의 형태로 화학 에너지로 변환되거나, 열로 소실된다.[1][5][7]
3. 1. 섭취
에너지 흡수는 시상하부와 대뇌겉질에 의해 결정되는, 음식으로 소비되는 칼로리이다. 배고픔은 시상하부[21]의 렙틴과 그렐린 호르몬의 영향에 의해 결정된다.에너지 섭취는 음식과 액체로부터 섭취하는 칼로리 양으로 측정된다.[1] 에너지 섭취는 주로 시상 하부에서 조절되는 배고픔에 의해 조절되며,[1] 자극 통제(조작적 조건화와 고전적 조건화) 및 식행동의 인지 통제를 담당하는 뇌 구조에 의해 결정되는 선택에 의해 조절된다.[8][9] 배고픔은 특정 펩타이드 호르몬 및 신경 펩타이드(인슐린, 렙틴, 그렐린, 신경 펩타이드 Y 등)의 시상 하부에서의 작용에 의해 부분적으로 조절된다.[1][10]
3. 2. 소비
에너지 소비는 주로 내부에서 생성된 열과 외부적인 일의 합이다. 내부에서 생성된 열은 다시 기초 대사율(BMR)과 음식의 열 효과의 합이다. 외부적인 일은 신체 활동 수준(PAL)을 측정하여 추정할 수 있다.[20]3. 3. 불균형
에너지 불균형은 섭취하는 에너지와 소비하는 에너지의 차이로 인해 발생한다. 영양실조 문서도 참고하라.1953년에 소개된 세트 포인트 이론은 신체가 미리 정해진 체중을 유지하려는 경향이 있다고 보았으나, 2019년 연구에서는 신체가 에너지 섭취의 오류를 정확하게 보상하지 못한다는 사실이 밝혀졌다.[11][12]
3. 3. 1. 정평형 (Positive Balance)
정평형은 섭취한 에너지양이 외부에서 일로 소비되는 양과 다른 신체적 에너지 소비량을 합한 양보다 많은 것이다. 에너지 항상성에서 정(+)의 균형은 외부 활동 및 기타 신체적 에너지 소비 수단으로 소비되는 에너지보다 ''에너지 섭취량''이 ''더 높은'' 결과이다.주요 예방 가능한 원인은 다음과 같다.
- 과식: 에너지 섭취량 증가로 이어진다.
- 앉아서 생활하는 생활 방식: 외부 활동을 통한 에너지 소비 감소로 이어진다.
정(+)의 균형은 에너지가 지방 및/또는 근육으로 저장되어 체중 증가를 유발한다. 시간이 지남에 따라 과체중 및 비만이 발생할 수 있으며, 이로 인한 합병증이 발생할 수 있다.
3. 3. 2. 부평형 (Negative Balance)
에너지 불균형 또는 칼로리 결핍은 에너지 섭취가 외부 활동 및 기타 신체적 에너지 소비를 통해 소비되는 것보다 적은 결과이다.[21]주요 원인은 식욕 부진, 거식증, 소화기 질환과 같은 질병 상태 또는 단식이나 음식 접근성 부족과 같은 상황으로 인한 ''과소 섭취''이다. 갑상선 기능 항진증도 원인이 될 수 있다.
3. 3. 3. 세트 포인트 이론 비판
1953년에 처음 소개된 세트 포인트 이론은 각 신체가 미리 프로그래밍된 고정된 체중을 가지고 있으며, 이를 보상하기 위한 조절 메커니즘이 있다고 가정했다. 이 이론은 빠르게 채택되어 효과적이고 지속적인 체중 감량 절차 개발의 실패를 설명하는 데 사용되었다. 다이어트, 운동 및 과식을 포함한 인간 대상의 여러 체중 변화 중재에 대한 2019년 체계적 검토에 따르면 이러한 모든 절차에서 체계적인 "에너지 오류", 즉 칼로리의 보상되지 않은 손실 또는 획득이 발견되었다. 이는 세트 포인트 이론이 가설을 세운 것과는 달리 신체가 에너지/칼로리 섭취의 오류를 정확하게 보상할 수 없음을 보여주며, 체중 감소와 비만과 같은 체중 증가를 모두 설명할 수 있다. 이 검토는 단기 연구를 바탕으로 수행되었으므로 장기적으로는 이러한 메커니즘을 배제할 수 없으며, 현재 이 기간에 대한 증거가 부족하다.[11][12]3. 4. 에너지 요구량
정상적인 에너지 요구량, 따라서 정상적인 에너지 섭취량은 주로 나이, 성별 및 신체 활동 수준(PAL)에 따라 달라진다. 유엔의 식량 농업 기구(FAO)는 인간의 에너지 요구량에 대한 상세한 보고서를 작성했다.[13] 오래되었지만 일반적으로 사용되고 비교적 정확한 방법은 해리스-베네딕트 방정식이다.그러나 현재 정상 값 미만의 칼로리 제한이 유익한 효과가 있는지 보여주기 위한 연구가 진행 중이며, 비인간 영장류에서 긍정적인 징후를 보이고 있지만,[14][15] 칼로리 제한이 인간 및 다른 영장류의 수명에 긍정적인 영향을 미치는지 아직 확실하지 않다.[14][15] 칼로리 제한은 더 낮은 섭취량과 소비량에서 에너지 균형을 달성하는 것으로 볼 수 있으며, 이러한 의미에서 일반적으로 에너지 불균형은 아니지만, 감소된 소비가 아직 감소된 섭취량에 일치하지 않는 초기 불균형을 제외하면 그렇다.
4. 사회와 문화
음식 업계 단체들이 에너지 섭취를 폄하하는 에너지 균형 메시지를 홍보하는 것에 대한 논란이 있어 왔다.[16]
참조
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서적
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John Wiley & Sons
2013
[2]
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The role of leptin and ghrelin in the regulation of food intake and body weight in humans: a review
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Metabolic shifts due to long-term caloric restriction revealed in nonhuman primates
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Coca-Cola Funds Scientists Who Shift Blame for Obesity Away From Bad Diets
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