나이가 들수록 근육량이 줄고 미토콘드리아 기능이 감소하는 이유

<순서>

1. 노화(Aging)

(1)노화의 특징

(2)노화의 기전

 

2. 중년기 비만(Obesity in the middle age)

(1)중년기 비만(Obesity)

(2)노인 비만

 

3. 자발적 운동(Voluntary exercise)

 

4. 식이 제한(Dietary restriction)

 

 

 

1. 노화(Aging)

 

  (1)노화의 특징

 

  노화(aging)는 인간이 나이가 들고, 시간이 지남에 따라 세포와 유기체가 성숙(maturation)후 퇴화되면서 세포 생존능력과 세포 항상성유지능력이 감소하는 것을 말한다. 생리적 능력의 점진적인 감소와 스트레스에 반응하는 능력의 감소는 질병에 대한 민감성과 취약성의 증가로 이어지게 되며, 만성질환 발병률을 높이는 것과 연관된다. 효모와 동물연구에 따르면 나이가 들면서 미토콘드리아 기능을 저하시키고, 노화의 진행속도는 가속화 시킨다.

 

  노화된 골격근은 진행성 근위축을 일으키는데 80세 이상이 되면 노쇠(frailty), 낙상 위험, 신체 기능 감소 등으로 이어질 수 있다. 또한, 노화가 근력과 활동 측면에서 근육기능 속도저하가 가속화되며, 일반적으로는 매년 1%씩 근육이 감소하지만 70대 이상 환자의 경우 감소율이 2~4배 증가할 수 있다고 하였다. 이는 근감소증(Sarcopenia)이라고 하는 노화관련 질병으로 근육 기능 저하와 연관이 있으며 최선의 대응 방법은 신체 운동이다.

 

<노화를 표현한 일러스트>

 

  (2)노화의 기전

 

  노화에 관한 연구는 수없이 진행되고 있지만, 그 기전을 명확하게 제시할 수 없는 것은 노화과정이 그만큼 복잡한 메커니즘으로 이루어져 있기 때문이다. 그 중 미토콘드리아 기능저하는 노화 과정을 이끄는 메커니즘으로 간주되며, 미토콘드리아 기능 장애는 근육량과 기능의 손실을 일으켜 근감소증(Sarcopenia)을 일으킨다. 노화와 관련된 많은 연구에서는 손상된 미토콘드리아 기능에 대한 증거를 노화된 근육에서 발견하였으며, 조직학적으로 노화된 근육은 근섬유의 수와 크기 모두를 감소시키며 속근섬유가 우선적으로 손실된다고 알려져 있다.

 

  특히 ATP공급에 대해 미토콘드리아 기능 손실의 영향은 골격근 세포의 높은 의존도를 감안하여 골격근에서 두드러지게 나타나 근력과 지구력이 감소한다. 또, 연령에 따른 근육량의 감소는 지방량을 증가시켜 ‘근감소성 비만(Sarcopenia obesity)’를 유발한다. 즉, 근육량의 감소가 안정시 대사율과 신체 활동을 감소시키며, 지방조직을 축적시키는 악순환을 촉진시키고, 이는 단백질의 합성과 분해의 불균형이 초래되는 것으로 나타났다.

 

  단백질 합성과 분해의 속도를 결합하여 단백질 회전율이 결정되는데, 회전율의 감소는 파킨슨병 및 알츠하이머병과 같은 신경퇴행성 장애의 발병에 기여할 수 있다. 단백질 대사의 불균형으로 근감소증을 야기하고 나이가 들수록 더욱 악화되어 근감소성 비만이나 여러 만성질환 발병율을 높이며, 이는 노인성 증후군인 노쇠(Frailty)의 영향을 끼치는원인으로 작용된다.

 

2. 중년기 비만(Obesity in the middle age)

 

  (1)중년기 비만(Obesity)

 

  노쇠의 유병률은 나이가 들면서 증가하지만 노인에게만 나타나진 않으며, 65세 이상의 대부분은 만성질환을 가지지만 절대적인 수는 65세 미만에게서 더 많이 나타난다. 최근 중년기의 인구가 급격히 증가하여 중년기에 대한 관심이 높아지고 있으며, 노년기에 대비하는 나이는 40대 이후가 적당하다고 주장하고 있다. 급격한 고령화 사회로 접어드는 지금 노년기의 건강을 해치는 전 세계의 공중보건 문제 중 하나인 비만은 각종 질병 및 합병증과 밀접한 관련이 있으며 이는 사망과도 관련이 있다.

 

  비만은 2008년 비만 학회에 의해 공식적인 질병으로 선언되었으며, 수 세기 동안 건강을 해치고, 수명을 단축시킨다고 인식되어 왔다. 비만은 당뇨, 지방간, 고지혈증, 심혈관계 질환 등의 유발 원인이라고 알려져 있으며, 인지기능을 저하시켜 신경퇴행성 장애 중 하나인 치매발병률도 높인다. 비만인이 정상인에 비해 치매에 걸릴 확률이 35% 높으며 특히, 중년기의 비만은 치매에 걸릴 확률이 74%나 높게 나타났다.

 

 

  (2)노인 비만

 

  어느 연구원에서 2030년까지 인구의 20%가 65세 이상의 노년층이 될 것이고, 그 중 절반이 비만이 될 것이라 밝혔다. 비만과 노화는 모두 낮은 수준의 염증상태와 내분비 변화를 특징으로 하며, 낮은 수준의 염증상태는 제지방량 감소, 면역기능 감소, 인지 저하를 일으킨다. 노인 비만은 일반 비만과 달리 나이가 들면서 신체활동이 저하되고, 지방이 축적되면서 근육량 감소로 이어지게 되는데, 이와 관련하여 많이 나타나는 증상들은 특히 근육량의 감소에 있다.

 

  20세-70세 사이에 제지방량의 점진적인 40% 감소와 함께 지방량은 나이와 함께 증가하는 반면, 70세 이후에는 제지방량과 체지방량이 동시에 감소하는 특징을 보인다. 이는 최근 근감소성 비만(Sarcopenia obesity)이라고 정의하며, 노인성 증후군인 노쇠와 합쳐져 비만 노쇠(Obesity frailty)의 특징으로 자리 잡고 있다.

 

  이와 관련된 요인으로는 신체 활동 수준 감소, 특정 영양결핍, 만성 염증, 인슐린 저항성 및 여러 요인이 있다. 특히 노화와 신체활동 수준 감소는 근감소증(Sarcopenia)에 크게 영향을 끼치고 신체 활동의 감소는 신체구성을 변화시키는 것으로 나타났다.

 

  노인 비만은 골격근이나 연령과 관련된 신체기능 손실을 일컫는 근감소증(Sarcopenia)를 유발하며 이는 비만으로 인해 더 악화되는 것으로 알려져 있다. 근감소성 비만은 2004년 Roubenoff에 의해 만들어졌으며, 근육량의 비율은 전체 체중에 비해 낮으며 근섬유의 수와 크기가 감소하고, 미토콘드리아 기능이 감소하며 단백질 합성이 감소하여 근육의 양과 질이 낮아진다.

 

  이러한 이유로 근감소성 비만은 노인성 증후군인 노쇠(frailty)를 초래하게 되어 낙상이나 입원의 위험, 사망률, 건강에 좋지 않은 결과를 높일 수 있다. 비만 노인이 비만하지 않는 허약한 노인, 비만하지 않고 허약하지 않은 노인에 비해 제지방량이 더 높았음에도 불구하고, 근육의 질(근육 단면적 단위당 힘)이 낮으며, 기능적 수행능력, 유산소 능력, 근력, 균형 및 보행속도가 심각하게 감소하였다. 따라서 일반 노인과 다른 근감소증 비만인들은 다른 특징을 나타내고, 이는 노쇠의 발병률을 높인다. 그 중 현대 비만의 유병률은 점진적으로 증가하고 있으며, 노인 비만이 심각한 문제로 자리 잡고 있다. 

 

3. 자발적 운동(Voluntary exercise)

 

  인간은 분자 및 세포 변화와 같은 생물학적 요인과 산화적 손상과 같은 연령과 관련된 신체적 변화를 1차 노화라고 하며, 신체 운동 부족, 열악한 식단, 건강하지 않은 생활방식과 같은 통제 가능한 요인으로 발생하는 노화를 2차 노화라고 한다. 즉, 2차 노화는 신체활동이나 식이 요법을 통해 예방할 수 있음을 시사한다.

 

  또한, 비만이거나 심혈관 질환 발병률이 높은 노인에게 효과적인 중재 방법은 운동이다. 노인의 신체 기능개선과 유지를 위해 복합(근력, 지구력, 균형, 유연성 등) 운동프로그램을 권장한다. 또, 미국DHHS의 가장 최근 2018년 보고서에는 체중 증가와 비만에 대해 효과적인 예방 전략으로 운동을 강조하였고, 많은 양의 신체활동과 감소된 체중 증가 관계에 대한 새로운 증거들을 찾아냈다.

 

  성인의 권장 신체 활동 수준인 매주 5일, 30분 동안의 자발적 운동이 정상요법, 고지방 식이요법에 상관없이 운동그룹 마우스에서 체중과 지방량을 감소시켰고, 운동의 이점을 증명하였다. 뿐만 아니라 운동은 체중 감소가 없는 경우에도 비만인의 인슐린 감수성을 개선하는 것으로 나타났다.

 

  골관절염이 있는 노인의 체중 감소는 식이 요법만 했을 때보다 식이 요법과 운동을 병행한 그룹에서 신체 기능이 유의하게 증가하였고, 통증 지수도 30%감소하는 효과를 보였다. 노쇠한 비만 노인 대상으로 식이 요법군, 운동군, 복합군으로 나누어 실험한 결과, 식이요법과 운동의 복합 처치는 단독 처치보다 최고의 신체능력과 기능적 상태, 유산소성 지구력 능력이 더 뛰어났으며, 체중과 체지방량 감소는 식이 요법군과 복합군에서 유사하게 나타났다.

 

 

 4. 식이 제한(Dietary restriction)

 

  식이 제한(Dietary restriction)은 노화 연구에서 가장 가치 있으며, 노화 관련 질병을 지연시키는데 입증된 중재방법 중 대표 방법으로 식이 제한의 효과는 효모와 같은 단세포 유기체부터 무척추동물 및 포유류까지 다양한 종에서 발견되었다. 식이 제한은 미토콘드리아 에너지 대사에 영향을 미치고, 연령이 증가함에 따라 미토콘드리아 기능 유지의 중요성을 반영하는 변경된 영양소 가용성에 대한 적극적인 반응을 유도한다.

 

  특히, 비만인에게 식이 제한은 상당한 체중 감소를 촉진시키며, 전반적으로 건강을 향상시켜준다. 미토콘드리아 기능에서 노화와 연관되어 가장 두드러지게 나타나는 측면 중 하나는 활성산소종(ROS)의 생성이며, 산화 손상은 나이가 듦에 따라 발생한다. 즉, 식이 제한이 미토콘드리아의 기능적인 측면에서 이점을 보여준다는 것이다.

 

  식이 제한으로 인한 전신 염증의 감소는 암, 심혈관 질환 및 연령 관련 질병에 대항할 수 있으며, 노화와 관련된 비만은 인간과 마우스의 산화 스트레스와 상관관계가 있다. 건강한 성인에게서 장기간(6-12개월) 식이 제한 20-30%로 실험한 결과, 심혈관 질환에 대한 체중, 체성분, 혈당 조절 및 혈청 위험인자에서 유리한 변화가 나타났다.

 

  신체 성숙 속도를 제한하기 위해 식이 제한을 한 결과 식이 제한 마우스는 자유식이 마우스보다 느리게 성장하였지만 크기는 성장하지 못하였다. 하지만 운동 능력에 있어서 더 활발한 결과를 보여주고, 건강한 상태를 유지하며, 미생물에 의한 감염증이나 암에 대해 자유식이 마우스보다 높은 저항력을 가지며 평균 수명보다 50-80% 더 생존하는 결과를 나타냈다.

 

  식이 제한은 인간과 관련해서도 혈압, 혈중 지질, 포도당 내성 및 인슐린 민감성 등을 개선시키며, 역학적인 증거로 오키나와 인구의 평균 및 최대 수명 연장에 효과적인 것으로 나타났다. 이처럼 식이 제한은 동물모델 뿐만 아니라 인간모델에서도 많은 연구가 이루어지고 있으며 노화 관련 질병(심혈관 질환, 암, 당뇨병 및 신경 손상)의 발병률을 낮추고, 퇴행성 질환에 대한 신경 보호 효과가 있으며, 노화를 지연시킨다고 알려져 있다.