운동과 면역
1) 면역의 개념
면역(immunity ; im=no, munity=money=tax, duty)이란 말의 어원은 라틴어의 ‘immunitas'에서 유래된 법률용어이다. 세금을 면제하거나 죄를 면하거나, 또는 군복무를 면제받는다는 등의 의미를 갖고 있으며, 의학에서는 특정질환으로부터 보호를 받는다는 뜻으로 쓰인다. 인체는 외계물질의 침입이나 대부에서 발생한 종양세포의 증식으로부터 자신을 보고하고 항상성을 유지하기 위해 자체 저항을 하게 되는데, 이것을 면역이라 한다. 그것은 선천성(자연적으로 발생하는 것)과 후천성(획득성)성분으로 구성되어 있으며, 협동적인 방식으로 서로 함께 작동한다. 선천성과 후천성 면역의 주요 요소를 아래의 표에 요약하였다.
표12-1. 선천성과 후천성 면역의주요 요소
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2) 생체방어 메커니즘
세균·바이러스·기생충 등의 미생물 및 외부로부터의 독성물질이 인체에 침입하면 최전방에서 인체의 1차방어벽(피부, IgA)을 구축하고 있는 피부가 1차적으로 외부의 침입자를 막아주며, 약한 피부(점막)로 된 곳에는 항체(IgA)가 벽을 쌓고 있어 침입자를 막는다. 피부나 점막을 뚫고 들어온 항원은 혈액 내를 순시하고 있는 과립구(호중구, 호산구, 호염기구)와 대식세포에 의해 차단된다.
2차 방어벽까지도 뚫고 침투해 들어온 침입자는 최종적으로 림프구(T구)가 출동하여 완전소멸시킨다.
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생체방어 메커니즘은 크게 두 가지로 나뉜다. 그 하나는 비특이적 면역방어이고, 다른 하나는 특이적 면역방어이다. 비특이적 면역방에에는 체표면 및 점막에서의 방어, 보체계에 의한 비특이적 방어와 식세포계에 의한 비특이적 방어가 있는데, 특이적 면역방어에는 체액성 면역에 의한 특이적 방어와 세포성 면역에 의한 특이적 방어가 있어서 바로 면역의 실체가 된다.
두 가지 생체방어 메커니즘의 특성을 표 12-4에 표시하였다.
표12-2. 비특이적 면역방어와 특이적 면역방어의 특성 비교
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그림12-1. 생체방어 메커니즘의 개관 |
3) 면역계
면역계(immune system)란 생체 내의 면역반응에 관여하는 장기·조직 및 세포를 통틀어 일컫는 말이다. 면역계는 선천성 면역계와 후천성 면역계로 나누어지는데, 그림 12-3 및 4에 이 두 면역계를 표시하였다. 면역계에는 방어기능, 항상성 유지기능, 감독기능이 있다.
방어의 최일선 역할을 하는 선천성 면역계는 감염원(infectious agents)이 인체 속으로 들어오는 것을 시도할 때 즉시 대항한다. 만약, 이 면역계가 실패하면, 급성감염이 생기고, 이 때 후천성 면역계가 활성화된다. 후천성 면역계는 감염으로부터 회복되도록 인체를 돕고 감염원에 대한 ‘기억’을 발달시켜 재감염의 가능성을 감소시킨다.
후천성 면역계가 면역의 실체가 된다.
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4) 면역반응
면역반응(immune response)은 면역계가 이물질에 대하여 반응하는 현상을 말하는데, 이것은 두 가지 형태로 분류할 수 있다. 하나는 B림프구가 주관이 되어 항원자극에 의해 항체가 만들어지는 체액성 면역반응(humoral immune response)이고, 다른 하나는 항원자극을 받은 T림프구 자신 또는 T림프구가 만들어낸 여러 단백들에 의하여 살균능력이 부여되는 세포성 면역반응(cellular immune response)이다. 표 12-5에 이들 반응의 특성을 구별하여 표시하였다.
표12-3. 체액성 및 세포성 면역반응의 비교
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표12-4. 세포매개성 면역반응의 주요 기능
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면역반응의 특성에는 나와 남의 구별(self-nonself discrimination), 특이성(speciticity), 기억작용(memory process)등이 있다. 나와 남의 구별이란 자신이 가지고 있는 물질에 대하여는 면역반응을 일으키지 않고 이물질에 대해서만 면역반응을 일으키는 능력을 말한다. 특이성이란, 예를 들어 결핵균에 대한 예방접종을 받은 사람은 결핵균 감염에 대해서만 예방능력을 가지고, 다른 병원균에 대한 면역은 나타나지 못하는 특수성을 말한다. 기억작용이란, 또 다른 특수성으로서 한 번 경험한 이물질을 오랜 동안, 경우에 따라서는 평생을 두고 잊지 못하는 현상을 의미한다. 이러한 치밀함 때문에 면역물질을 ‘움직이는 두뇌’라고 표현하기도 한다.
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5) 면역학과 운동면역학
(1) 면역학이란?
면역학(immunology)은 숙주가 외부의 침입을 효율적으로 막기 위하여 필요한 기구 및 그 작용 메커니즘을 연구하는 학문이다. 다시 말하면, 그것은 동일한 조건과 환경에 있으면서 특정 질병에 잘 걸리는 사람과 잘 걸리지 않는 사람이 차이가 무엇인지를 알아내고, 특정 질병을 예방할 수 있는 방법을 찾으려고 시도하는 학문이다.
현대 면역학은 기초의학과 임상의학을 연결하는 길목에 해당되는 학문인데, 의학분야와 다른 생명과학분야의 공동연구로 최근에 가장 빨리 발전하는 분야의 하나로서, 여러 분야, 즉 면역혈청학, 면역병리학, 면역생물학, 면역화학, 면역유전학, 세포면역학, 이식면역학, 종양면역학, 분자면역학 등으로 분리하여 발전하여 있을 뿐만 아니라 최근에는 정신신경내분비면역학, 신경면역내분비학, 면역생리학, 행동면역학, 스트레스면역학 등의 새로운 학문이 출현하고 있다.
(2) 운동면역학의 개념과 연구동향
신체적·생리적 스트레스의 한 형태인 운동에 대한 면역반응을 연구하는 학문인 운동면역학(exercise immunology)은 급속히 발전하는 스포츠의학과 운동생리학의 하위학문으로서 운동이 면역반응에 어떠한 영향을 미치는가에 주안점을 두고 급성적 및 만성적 운동시 일어나는 면역증진, 면역억압은 물론 감염, 암, 자가면역질환, 노화, 질병에 대한 저항성 등에 대한 관심과 연계하여 급속히 발전하고 있다.
최근에 운동이 인체의 생리적 평형, 즉 항상성을 변화시키는 생리적 스트레스로 작용하여 면역기능조절에 관해 긍정적 혹은 부정적인 영향을 준다는 사실이 밝혀짐에 따라 운동면역학에 대한 관심과 인식이 늘어나면서 스포츠과학분야의 새로운 연구의 초점이 되고 있다.
면역계는 다른 생리학적 체계에 의해서 영향을 받고 있기 때문에 운동면역학은 다자간 학문(multidisciplinary science)으로서 고찰되고 있다.
운동면역학에 관한 국내외의 연구동향을 보면, 국외의 경우 1900년부터 1995년까지 운동면역학을 취급한 출판물은 629건에 이르는데, 이 중에서 1990년대에 60%가 출판되었을 만큼 서구의 운동과학자들도 운동과 면역학에 관해 관심을 집중시키고 있다는 사실을 알 수 있다.
우리나라에서도 1990년 이후부터 소수의 운동과학자들에 의해서 운동면역학이 연구되고 있다. 현재 박사학위논문을 비롯하여 수십여편의 논문이 발표되어 있으나, 아직 걸음마 단계를 벗어나지 못하고 있는 실정이다. 국내에서도 운동면역학에 관한 연구가 활발히 이루어져야 하겠다. 왜냐하면, 면역체계에 관한 신체적 운동의 영향은 스포츠에 참가하는 사람들에게 중요한 문제가 되고 있기 때문이다.
운동과 면역학의 급속히 발전하는 분야는 최근에 운동과학, 의학, 면역학, 생리학 및 행동심리연구자들로부터 관심을 받고 있다. 따라서, 운동생리학, 면역학, 임상의학, 스포츠심리학으로부터의 학제적 접근(cross-disciplinary approach)은 일반인과 선수들사이에서 운도이 질병에 대한 저항성에 어떻게 영향을 미치는지에 대한 우리들의 이해를 향상시킬 수 있을 것이다. 운동시 면역반응에 관한 연구를 하는 운동면역학은 다음과 같은 4가지 사항에 의해서 자극받아 발전하고 있다.
첫째, 선수들 사이에서 상기도감염(URTI)이 증가추세에 있다는 보고가 있다.
둘째, 신체운동에 대한 몇 가지 부가적 및 신체적인 스트레스원(수술, 외상, 화상, 저산소증 및 고온)이 세포성 면역체계의 변화를 유발시킨다는 발견이 있다.
셋째, 몇 가지 신경내분비요소들의 증가된 수치와 면역반응을 조절할 수 있다는 가능성이 있다.
넷째, 근육대사(muscular metabolism)와 면역계의 연결에 관한 가설이 있다.
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6) 운동에 대한 면역 반응
최근에 운동이 인체의 항상성을 변화시키는 생리적 스트레스로 작용하여 면역기능 조절에 관해 긍정적 혹은 부정적인 영향을 준다는 사실이 밝혀짐에 따라 스포츠의학과 운동생리학의 하위학문영역으로서 운동면역학(exercise immunology)에 대한 인식과 관심이 늘어나면서 새로운 연구의 초점이 되고 있다. 더욱이, 중정도 운동은 면역계를 자극하지만, 격심한 운동은 면역결핍을 일으킨다고 일반적으로 믿고 있기 때문에 면역체계에 관한 신체적 활동의 영향은 스포츠와 운동에 참가하는 사람들에게 중요한 문제가 되고 있다.
표12-5. 저·중강도 및 고강도 운동이 면역기능에 미치는 영향
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표12-6. 운동이 면역변인에 미치는 긍정적, 부정적 및 중립적 효과
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자신의 나이, 건강상태, 체력수준 등에 맞는 운동이나 신체활동, 스포츠는 면역기능을 향상시킬 수 있지만, 마라톤, 철인3종경기 등과 같은 탈진적이고 격심한 지구성 운동은 T세포와 NK(natural killer)세포의 동시적인 억압을 가져옴으로써 면역취약성의 이중위험(double-jeoperdy of immunovunerability)의 출현을 가져와 감기 등과 같은 기회감염증(opportunistic infections)에 노출될 가능성을 높일 수 있다는 사실을 일반인은 물론 운동선수들은 인식해야 할 것이다.
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7) 운동과 감염
중정도의 규칙적 운동은 감염질환이나 종양성장에 대한 저항력을 보여준다. 그러나 격심한 운동이나 과도한 트레이닝으로 인한 육체적 피로는 감염에 의한 질병에 걸릴 확률을 증가시킨다는 것은 오랫동안 관심의 대상이었다. 이와 같은 사실들을 바탕으로 격렬한 운동 중 발생하는 상기도 감염(upper respiratory tract infection ; URTI), 위장질환 등 면역기능의 약화의 원인과 관련하여 현재 운동면역학에서는 세 가지 가설이 제시되고 있다.
첫째, Nieman과 Nehlsen-Cannarella(1992)의 ‘J-형 모델’
둘째, Pedersen과 Ullum(1994)의 ‘Open Window 모델’
셋째, Smith와 Weidemann(1990)의 ‘신경내분비모델’
첫 번째 모델은 운동량, 운동강도와 URTI율간의 관계를 설명하는 것으로 중강도로 운동하는 개인보다 격렬한 운동이나 트레이닝을 겪는 선수들에서 URTI율이 증가한다는 것이다.
두 번째 모델은 격심한 우동 후 선수들에서 감염율이 증가하는 시기를 설명하는 것으로 중정도 운동은 면역기능을 자극하지만 격심한 운동은 장시간 면역억압을 일으켜 피부점막표면 등의 약화를 초래하여 감염에 노출되는 위험한 시간이 있다는 것이다.
세 번째 모델은 운동 중 방출되는 면역조절성 호르몬(에피네프린, 노르에피네프린, 코르티졸, 프로락틴, 베타엔돌핀, 성장호르몬, 부신피질 자극호르몬 등)이 운동강도와 운동시간에 의존하여 면역자극이나 면역억압과 관계;된다는 생리학적 설명을 제공한다.
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8) 운동과 암
전염병은 외부로부터 침입한 세균 혹은 바이러스에 의해 발병되는 질환이나 암(cancer)은 우리 몸의 일부가 악성으로 변해 발생된 상태이다. 현재 암의 대부분은 나쁜 식생활, 흡연, 비만, 운동부족 등으로 생기는 것으로 알려져 있다. 이러한 생활양식 관련성 위험요인 가운데 암예방에 관한 관심을 받고 있는 한 가지 요인은 신체활동이다.
의학자 및 스포츠과학자들은 신체활동과 수명연장간의 연결을 지지하고 있으며, 신체활동이 암에 대한 사망률에 긍정적인 영향을 미친다는 가설은 설정되어 있다. 코흐(Kohl), 라포르테(LaPorte) 및 블레어(Blair, 1988)는 신체활동이 암이환율과 사망률에 영향을 미친다고 보고한 바 있다.
운동은 체지방과 비만율을 감소시키는 것에 의해서 암에 대한 위험성에 영향을 미친다. 비만은 자궁내막암·유방암 및 결장암을 포함한 어떤 암에 대한 위험요소로 생각된다. 운동과 관련성을 보이는 암은 결장직장암·유방암·전립선암 및 폐암 등인데 이 중에서 운동과 암에 관한 연구에서 가장 강력한 증거는 신체활동과 결장암에 대한 유익한 효과이다.
신체적 비활동과 좌업식 생활양식은 직장암의 가장 큰 위험요인으로 알려져 있으며, 베나(Bena) 등(1985)은 직장암환자 210명, 결장암환자 276명, 통제군 1,431명을 대상으로 한 연구결과에서 20년 이상 좌업 혹은 경노동 직업에 고용되어 그들 인생의 최소한 40%를 소비한 사람들은 보다 활동적인 직업에 종사한 사람과 비교해서 직장암의 위험성이 2배 높다는 것으로 나타났다고 하였다. 규칙적인 운동은 결장직장암의 위험성을 감소시키는 것으로 보고되어 있다.
중정도의 신체운동은 암의 장기간 예방에서 가능한 역할을 제시하고 있다. 예를 들면, 규칙적인 운동은 치료의 결과로서 근육약화를 경험한 많은 환자의 근력과 유연성을 유지하는데 도움이 되고 있으며, 심리겆 상태 향상은 물론 스트레스를 감소시키고 암에 대한 저항성에 긍정적인 효과를 가지고 있을 뿐만 아니라 종양성장에 대한 면역계의 방어를 증진시키고 있다.
이처럼 운동이나 신체활동은 암, AIDS(후천성 면역결핍증)와 같은 몇 가지 질병의 적절한 치료로서 추천되고 있다. 따라서, 면역기능에 관한 연구의 잠재적인 장기간 효과는 향후 노인인구의 증가와 더불어 건강증진과 예방의학을 위한 명확한 암시를 가지고 있다.
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표12-7. 암예방을 위한 14가지 권장사항
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9) 운동과 HIV/AIDS
지난 10년은 운동과 후천성면역결핍증후군(acquired immune deficiency syndrome : AIDS)에 관한 수만은 출판물이 나왔으며, 대부분의 연구들은 운동의 생리학적·심리학적·면역학적 효과에 집중해서 운동과 사람면역결핍바이러스(human im munodeficiency virus type-I : HIV-I) 질병간의 관련성을 언급하였다.
HIV감염은 부상당한 선수들간에 신체적 접촉에 의해서 퍼질 수 있는데, 토레(Torre 등, 1990)는 축구시합 중 충돌의 결과로서 2명의 선수들간에 HIV감염을 보고 하였으며, 스크라렉(Sklarek 등, 1984)은 아나볼릭 스테로이드 주입을 위해 바늘을 공유하는 것에 의해서 HIV감염과 최소한 1명의 보디빌더에서 AIDS가 나타났다고 하였다. 운동 트레이닝은 HIV감염부터 AIDS까지 진전을 지연시키는 방법으로서 사용될 수 있는가?
라페리에레(LaPerriere 등, 1991), 맥아더(MacArthur 등, 1993), 리그스비(Rigsby 등, 1992), 스펜스(Spence 등, 1990)가 이 분야에서 연구결과를 발표하고 있다.
LaPerriere(1988)에 의해서 운동이 HIV감염된 개인에 있어 보조 T세포수를 증가시킨다고 최초로 보고된 이후 운동과 HIV질환에 관한 연구가 늘어나고 있다. 클리아스(Kliaas 등, 1991)은 T4세포수의 정상범위를 800~1,200cell/㎣로 규정하였고, 세계보건기구(WHO)에서는 AIDS환자에서 T4세포수 범위를 <200cell/㎣로 하였다.
카라브레스(Calabrese)와 라페리에레(LaPerriere 1993)는 규칙적인 중정도 신체 운동이 HIV감염된 개인들의 삶의 질을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 감염상태에 관계없이 HIV질병을 감소시킨다고 하였다.
이처럼 운동트레이닝은 HIV-I감염된 환자들을 위해서 광범위하게 이용되고 있으며, 유익한 효과를 가지는 것으로 생각되고 있다. 예를 들면, 운동에 규칙적으로 참가하고 신체적으로 활동적인 것은 HIV/AIDS환자의 장기간 수명에 유의하게 이바지하고 있다.
운동 트레이닝이 HIV-I질병의 이환율과 사망률을 감소시키는 것과 직접적으로 관련 있다는 과학적 증거는 없는 것이 사실이지만, 운동트레이닝이 HIV-I 질병의 관리에서 중요한 역할을 하고 있는 것 만은 틀림없다.
표12-8. HIV-I 질병의 세 가지 범주
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표12-9. HIV에 감염된 사람을 위한 운동으로 추천되는 것
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