BCAA(Branched-Chain Amino Acids)의 근육강화 효과의 근원 3가지에 대한 진실은?

BCAA, 또는 분지쇄 아미노산(Branched-Chain Amino Acids)은 인간에게 필수적인 9가지 아미노산(Essential Amino Acids)중 류신, 이소류신, 발린의 세가지를 말합니다. 이들은 골격근에서 주로 산화되어 근육 성장에 많은 영향을 줍니다. 또한 혈당 조절, 피로 감소에 효과가 있어 보충제로써 인기가 특히 많습니다.

이들은 근육 단백질내 필수 아미노산의 35%, 포유 동물에게 필요한 미리 형성된 아미노산의 40%를 차지합니다. BCAA의 합성은 식물의 세포 내에서 일어나며, 산화 시 지방산 산화를 증가시켜 비만에 영향을 줄 수 있습니다. 생리학적으로 BCAA는 면역 체계와 뇌 기능에 중요한 역할을 합니다.

요약

포함된 아미노산 종류

1. 이소류신 (Isoleucine)

2. 리신 (Lysine)

3. 발린 (Valine)

널리 알려진 기능

1. 단백질 합성 촉진과 분해 억제

2. 뇌로 운반되어 도파민, 노르에피네프린, 세로토닌 합성

3. 인슐린 분비 활성화 및 포도당 운반체 상향 조절

BCAA의 이해

대사작용

1. 이화작용

세포가 음식으로부터 얻은 에너지를 사용하여 복잡한 분자를 간단한 분자로 분해하는 과정입니다. 이 과정에서 에너지가 방출됩니다. 이화작용은 세포가 에너지를 얻고, 물질을 합성하고, 세포의 기능을 수행하는 데 필요합니다.

• 진행단계

  • [BCAA]→[골격근으로 흡수]→[BAT에 의해 α-케토글루타레이트와 아미노산으로 전환]→[시트르산 회로로 들어가 에너지를 생성]

2. BCKD(분지쇄 α-케토산 탈수소효소) 활성

분지쇄 α-케토산 탈수소효소(BCKD)는 BCAA 이화작용의 첫 번째 단계를 촉매하는 효소입니다. 간경화, 요소 회로 장애 등에서 BCKD 활성이 감소하여 BCAA 수준이 증가합니다.

BCKD 활성이 감소하면 신경독성 증상이 나타날 수 있습니다. 신경독성 증상에는 구토, 구토, 졸음, 혼수 등이 포함됩니다. 또한 BCKD 활성이 감소한 환자는 BCAA 식이제한을 해야 합니다. 이는 간경화, 요소 회로 장애 등의 질환을 치료하는 데 도움이 될 수 있습니다.

1. BCKD가 활성화: 이화작용이 증가하고, BCAA 수준이 감소

2. BCKD가 불활성: 이화작용이 감소하고, BCAA 수준이 증가

   • 간경화: 간경화는 간의 섬유화와 손상을 특징으로 하는 만성 질환입니다. 간경화가 진행되면 간의 BCKD 활성이 감소합니다. 이는 간세포가 손상되면서 BCKD가 생성되지 않거나, 생성된 BCKD가 불활성화되기 때문입니다.

   • 요소 회로 장애: 요소 회로 장애는 요소를 생성하는 데 필요한 효소가 결핍되어 요소가 생성되지 않는 질환입니다. 요소 회로 장애가 있는 환자는 혈액과 소변에 암모니아가 축적됩니다. 암모니아는 BCKD를 불활성화시키는 작용을 하기 때문에 요소 회로 장애가 있는 환자는 BCKD 활성이 감소합니다.

3. BCKA 아미노화

BCKA 아미노화는 근육에서 방출된 BCAA를 재활용하는 과정입니다. 이 과정은 주로 간에서 일어나며, 근육에서 방출된 BCAA를 재활용하여 에너지를 생성하고, 아미노산을 합성하는 데 도움이 됩니다. 특히 운동 후에 중요합니다. 운동 후에는 근육에서 많은 양이 방출됩니다.

• 진행단계

  • [BCAA가 근육에서 방출]->[간으로 운반]->[BCKAT에 의해 α-케토글루타레이트와 아미노산으로 전환]->[시트르산 회로로 들어가 에너지를 생성]

• BCKA 아미노화 비정상 질환

  • 분지쇄 α-케토산 탈수소효소(BCKD) 결핍증

  • 요소 회로 장애

  • 간경화

  • 당뇨병

  • 비만

BCAA 효과 또는 기능

1. 단백질 합성 촉진과 분해 억제

단백질 합성을 촉진하고, 단백질 분해를 억제하는 작용을 합니다. 이는 단백질 합성에 중요한 역할을 하는 mTOR 신호 전달 경로를 활성화하기 때문입니다. mTOR 신호 전달 경로는 세포의 성장, 증식, 단백질 합성을 조절하는 경로입니다. 또한 근육 단백질 분해를 억제하는 작용을 합니다. 이는 BCAA가 근육 단백질 분해를 촉진하는 신호 전달 경로인 유비퀴틴-프로테아좀 경로를 억제하기 때문입니다. 유비퀴틴-프로테아좀 경로는 세포 내의 단백질을 분해하는 경로입니다.

2. 뇌로 운반되며 도파민, 노르에피네프린, 세로토닌 합성

뇌로 운반되어, 도파민, 노르에피네프린, 세로토닌 합성에 기여하며, 도파민, 노르에피네프린, 세로토닌은 기분, 인지 기능, 운동 조절을 하는 신경전달물질입니다. 또한 도파민, 노르에피네프린, 세로토닌 합성을 촉진하기도 합니다. 이는 신경전달물질의 전구체인 티로신의 운반을 증가시키기 때문입니다. 티로신은 도파민, 노르에피네프린, 세로토닌의 전구체입니다.

3. 인슐린 분비 활성화 및 포도당 운반체 상향 조절

인슐린 분비를 활성화하고, 포도당 운반체를 상향 조절하는 작용을 합니다. 인슐린은 포도당을 세포로 운반하는 호르몬입니다. 포도당 운반체는 세포가 포도당을 흡수하는 데 필요한 단백질입니다. 인슐린 분비를 활성화하고, 포도당 운반체를 상향 조절하면 포도당이 세포로 더 많이 운반됩니다. 이는 포도당이 에너지 생성에 사용되거나, 글리코겐으로 저장되는 것을 의미합니다.

건강 및 운동에서의 효과

건강과 질병에서의 연관성

• 간성뇌병증: BCAA 보충은 간성뇌병증 증상을 완화할 수 있지만, 사망률, 영양 상태 또는 삶의 질에 대한 직접적인 긍정적 영향은 확립되지 않음.

• 근위축성 측삭 경화증(ALS): 특정 연구들은 프로 미식축구 선수와 이탈리아 축구 선수 사이의 높은 ALS 발생률과 BCAA를 포함한 특정 스포츠 보충제 사이의 연관성이 제시되었으나  그 사이의 명확한 연관성은 아직 확립되지 않음.

• 비만과 제2형 당뇨병: 비만과 인슐린 저항성이 있는 인간 및 동물 모델에서 증가. BCAA 제한은 비만 쥐의 인슐린 감수성과 정상 체중 회복에 긍정적인 영향을 미침.

운동성능

• 근육성장과 회복: 근육 성장과 회복을 촉진. 류신은 특히 mTOR 경로를 통해 근육 성장에 중요한 역할을 함.

• 에너지 대사와 피로 감소: 운동 중 에너지로 사용되며, 근육의 젖산 수치 감소 및 포도당 대사 지속을 도움. 이로 인해 혈장 포도당 수준 감소.

• 암모니아 수준 조절: 운동 중 발생하는 혈청 암모니아 수치의 증가를 감소시켜 중추 피로와 근육 피로를 줄임.

• 신경 전달 물질의 영향: 뇌의 트립토판과 티로신 흡수를 억제하여 세로토닌과 카테콜아민의 합성 및 방출을 조절. 이는 운동 성능에 영향을 미칠 수 있음.

수명 및 건강 수명

• BCAA 제한은 생쥐에서 수명 연장 및 비만 감소와 관련이 있으며, BCAA가 풍부한 필수 아미노산 보충은 생쥐의 수명을 연장시킬 수 있음.

• BCAA 보충은 수명에 직접적인 영향을 미치지 않을 수 있지만, 영양 상태와 신체 건강에 간접적인 영향을 미칠 수 있음.

일일 권장 섭취량

BCAA 보충제의 효과는 없는가, 있는가?

앞서 BCAA가 골격근에서 근육 성장에 많은 도움이 된다는 전제로 시작을 하였습니다. 순수 단백질로써의 기능과 효과는 많은 연구가 이루어져 있습니다. 그러나 BCAA 보충제 또한 동일하게 타당한지 아니면 과장 되었는지 정확한 내용을 파악하는 내용은 널리 알려지지 않은 면이 많이 있습니다. BCAA뿐만 아니라 모든 영양제 보충제 또한 알려진 근거를 뒷받침할 만한 과학적 근거를 제시하는 실험이나 임상적 내용은 많지 않은 것 또한 사실입니다. 이 글 전체를 관통하는 내용의 핵심은 과연 “보충제를 사서 먹을만한가”라고 할 수 있겠습니다. 다만 명심해야 할 것은 뭐든 과하면 안 되지만 또한 무조건 효과가 없다고 단정 지을 수 있는 것 또한 없다는 것입니다.

알려진 효과 및 주장의 근거

BCAA가 근육 단백질 합성을 자극하는 독특한 능력을 가질 수 있다는 개념은 35년 이상 제시되어 왔습니다. 이 가설을 뒷받침하는 데이터는 쥐의 반응 연구에서 얻어졌습니다. 1981년 Buse는 쥐에서 BCAA가 근육 단백질 합성의 속도를 제한할 수 있다고 보고했습니다.

근육 단백질 합성을 자극하여 동화 작용 반응을 일으킨다는 개념에 기반

1. BCAA 단독으로 섭취 시 근육 단백질 합성의 최대 자극은 근육 단백질 분해와 근육 단백질 합성의 차이에서 발생

2. 다른 필수 아미노산(EAA)이 새로운 단백질 합성에 필요하기 때문에 발생

최대 동화작용

근육 단백질 회전율

• 근육 단백질은 지속적으로 교체되는 상태에 있습니다. 즉, 오래된 단백질이 분해되는 동안 새로운 단백질이 지속적으로 생성됩니다.

• 동화작용 상태는 근육 단백질 합성 속도가 분해 속도를 초과하는 상황을 의미하며, 이로 인해 근육량이 증가합니다.

근육 단백질 합성

• BCAA 보충제의 목표는 동화작용 상태를 최대화하는 것입니다. 이들은 근육 단백질 합성을 자극하여 동화작용 상태를 유도할 수 있다고 알려져 있습니다.

EAA의 중요성 부각

• 근육 단백질 합성을 위해서는 모든 필수 아미노산(EAA)의 충분한 가용성이 필요

• 식사 후에는 소비된 단백질의 소화 또는 단백질 분해를 통해 필요한 모든 EAA 전구체가 파생

흡수 후 상태

• 흡수 후 상태에서는 아미노산의 흡수가 더 이상 일어나지 않으며, EAA는 근육에 의해 혈장으로 방출

• 이 상태에서는 근육 단백질 합성 속도가 분해 속도보다 낮습니다.

근육 단백질 합성의 한계

• 흡수 후 상태에서 근육 단백질 합성의 전구체는 근육 단백질 분해에서 파생된 EAA입니다.

• 근육 단백질 분해에서 방출된 일부 EAA는 근육 내에서 산화되거나 혈장으로 방출되어 다른 조직에서 사용될 수 있음

다른 영양소의 섭취와의 상관 관계

1. 단독 섭취 vs 다른 영양소 함께 섭취했을 때 모두, 근육 단백질 합성 속도에 대한 독특한 효과는 나타나지 않았음

2. 탄수화물과의 조합은 단독 섭취와 유사

   • 탄수화물과 함께 투여 되었을 때 동화작용 신호 인자의 증가를 더 이상 촉진하지 않았으며, 이는 탄수화물과의 사이의 상호작용 효과가 부족함을 나타냄

3. 유청 단백질에 BCAA를 추가하는 것은 근육 단백질 합성을 더욱 증가시켰으며, 이는 BCAA가 유청 단백질에 의한 근육 단백질 합성을 촉진할 수 있음을 시사

   • 온전한 단백질과 함께 섭취된 BCAA는 필요한 모든 EAA를 제공하며, 이는 BCAA 단독 섭취와 다른 상황입니다.

개별 아미노산 (류신, 발린, 이소류신)에 대한 효과

개별 효과

• 류신은 독자적으로 근육 단백질 합성을 촉진할 수 있지만, 발린과 이소류신에 대한 독립적인 데이터는 부족

• 류신 단독 섭취는 근육 단백질 합성에 유리할 수 있지만, 이는 류신만 섭취할 때 발생할 수 있는 발린 및 이소류신의 혈장 농도 감소와 같은 제한 사항을 가짐

  • 류신 단독 섭취는 다른 필요한 EAA의 가용성이 제한되는 것과 같은 문제에 직면

  • 혈장 류신 농도의 상승은 발린과 이소류신의 혈장 농도를 감소시킬 수 있으며, 이는 근육 단백질 합성 속도를 제한할 수 있음

1. 이소류신 (Isoleucine)

   • 단백질 합성에 필수적

   • 태아 헤모글로빈 및 다양한 단백질의 구성 성분

   • 포도당 생성 및 케톤 생성에 참여

   • 인슐린 저항성과 관련

2. 루신(Leucine)

   • 단백질 합성에 필수

   • 케톤 생성에 관여

   • 인슐린 저항성과 관련

   • mTOR 활성화로 단백질 합성 촉진

3. 발린 (Valine)

   • 근육 대사, 조직 재생 및 에너지 생산

   • 면역 체계의 기능과 건강한 신체 기능 유지

   • 근육 성장과 재생에 필요한 아미노산 중 하나

모든 아미노산의 적절한 사용이 필요

근육 단백질 합성 속도가 생리학적으로 유의미하게 증가하려면 모든 아미노산이 적절하게 사용되어야 합니다. 정상적인 조건에서는 근육 단백질 분해로 인해 방출된 EAA(필수 아미노산)의 약 70%가 근육 단백질에 재결합됩니다. 이들이 다시 근육 단백질로 재통합하는 효과는 제한된 범위에서만 가능하며 이는 BCAA만 함유한 식이 보충제만으로는 근육 단백질 합성 속도를 높일 수 없습니다.

부작용 및 주의사항

1. 소화기 문제

   • 일부 사용자는 복통, 메스꺼움, 설사와 같은 소화기 문제를 경험할 수 있음

2. 혈당 조절 문제

   • 당뇨병 환자의 경우, 혈당 조절에 영향을 줄 수 있으므로 의사와 상의하는 것을 권장

3. 피로감 증가

4. 두통과 어지러움

5. 피부 반응

   • 피부 발진이나 가려움증과 같은 알레르기 반응을 유발할 수 있음

6. 간 및 신장 문제:

   • 이미 간이나 신장 질환을 가진 사람들의 경우, BCAA 보충제가 해당 장기에 부담을 줄 수 있으므로 주의가 필요

주의할 점

• 과도하게 섭취하면 부작용을 일으킬 수 있음

• 과도하게 섭취하면 메스꺼움, 구토, 설사, 두통, 피로 등의 부작용이 나타날 수 있음

• 보충제를 복용하기 전에 반드시 의사와 상담할것을 권고함

복용할 수 없는 사람

• 간질 환자

• 신장 질환 환자

• 임산부 및 수유부

• 어린이

결론

BCAA는 골격근에서 주로 산화되며 근육 성장에 영향을 미칩니다. 또한, 고혈당 상태에서 류신은 mTOR 신호 전달 경로를 통해 인슐린 분비를 유도하며, 이는 세포 내 인슐린 저항성과 관련이 있어 제2형 당뇨병에 효과가 있습니다. 이러한 모든 효과로 인해 BCAA 보충제 운동 중에 에너지로 사용되며 혈당 조절에 영향을 미칩니다.

이러한 운동 성능과 관련한 다양한 영향은 제한적인 상황에서 나온 효과이며 신체적 성능에 미치는 전체적인 영향은 아직 완전히 이해되지 않았습니다.

그러나 전혀 효과 없는 것은 아니며 유청당백질과의 적절한 혼합 사용은 효과가 나타나기도 하였습니다. 모든 보충제 및 여양제는 적절한 용량 사용이 선임 되어야 우리 모두에게 이로울 것입니다.

미국 의학 연구소의 식품 영양 위원회(FNB)의 권장 식단 허용량(RDA)은 70kg 성인의 경우 류신은 하루에 2.9g, 이소류신은 1.3g, 발린은 1.7g이 필요합니다. 이는 총 단백질에 대한 RDA를 충족하거나 초과하는 식단을 통해 충족될 수 있습니다.

건강한 생활 방식과 영양 섭취는 신체와 정신 건강을 유지하는 데 핵심임을 명심해야 할 것입니다.