Citrulline malate supplementation and exercise performance

Abstract

시트룰린 말레이트(citrulline malate)는 고반복 저항 운동 수행 능력 향상에 대한 효능을 지지하는 근거가 축적되면서 가장 인기 있는 운동 전 에르고제닉(ergogenic) 보충제 중 하나로 부상하였다. Trexler와 Smith-Ryan(2019)의 이 리뷰는 시트룰린 말레이트 보충의 기전적, 경험적 근거 기반을 비판적으로 검토하고, 운동 능력, 근육 지구력, 피로 저항성, 회복에 대한 효과를 평가하였다.

리뷰는 시트룰린 말레이트 보충이 고반복 저항 운동(일반적으로 세트당 15회 이상)에서 반복 볼륨을 증가시킨다는 일관된 근거를 확인하였으며, 여러 근육 그룹과 운동 양식에 걸쳐 의미 있는 효과가 관찰되었다 [1]. 주요 기전은 요소 회로(urea cycle)에서 시트룰린의 역할과 이후 산화질소(nitric oxide, NO)의 직접 전구체인 아르기닌으로의 전환을 포함하며, 이는 혈관 확장, 작동 근육으로의 산소 및 영양소 전달 향상, 암모니아 제거 가속화로 이어진다 [2].

용량 의존적 관계가 확인되었으며, 운동 45-60분 전에 시트룰린 말레이트 6-8g을 섭취하는 것이 연구 전반에서 가장 일관되게 효과적인 프로토콜이었다. 낮은 용량에서는 효과가 약화되었고, 더 높은 용량에서는 퍼포먼스 이점이 비례적으로 증가하지 않았다 [3]. 카페인과 크레아틴과의 조합이 유망한 시너지 전략으로 확인되었다.

핵심 키워드: 시트룰린 말레이트, 산화질소, 혈관 확장, 근육 지구력, 운동 전 보충제, 암모니아 제거, 에르고제닉

Introduction

운동 전 보충제 시장은 지난 20년간 급격히 성장하였으며, 소비자와 운동선수들은 단일 훈련 세션 내에서 트레이닝 퍼포먼스를 의미 있게 향상시킬 수 있는 성분을 찾고 있다. 이 공간에서 마케팅되는 수많은 에르고제닉 성분들 중 시트룰린 말레이트는 많은 대안보다 더 강력한 근거 기반을 축적하면서 카페인, 크레아틴과 함께 가장 근거 있는 운동 전 퍼포먼스 향상제 중 하나로 자리잡았다 [1].

시트룰린은 수박(watermelon)과 다른 박과(cucurbit) 식물에서 자연적으로 발견되는 비필수 알파-아미노산이다. 대부분의 식이 아미노산과 달리, 시트룰린은 근육 단백질에 통합되지 않고 주로 요소 회로(urea cycle)의 대사 중간체로 기능한다. 요소 회로는 격렬한 운동 중 생성되는 독성 암모니아를 배설을 위해 덜 독성인 화합물 요소로 전환하는 생화학적 경로다 [2]. 이 요소 회로에서의 역할이 시트룰린의 에르고제닉 잠재력에 대한 첫 번째 기전적 근거를 제공한다. 암모니아 제거를 가속화함으로써 고강도 운동에 동반되는 대사성 산증(metabolic acidosis)과 피로를 줄일 수 있다.

두 번째이자 약리학적으로 더 중요한 기전은 시트룰린의 신장에서 아르기닌(arginine)으로의 전환과 관련된다. 경구 아르기닌 보충은 이론적으로 매력적이지만, 장에서 흡수가 불량하고 전신 순환에 도달하기 전에 아르기나제(arginase)에 의한 광범위한 일차 통과 대사에 노출된다. 시트룰린은 장과 간에서 거의 대사되지 않고 신장 세뇨관으로 이동하여 효율적으로 아르기닌으로 전환되므로, 아르기닌 자체보다 더 안정적이고 지속적인 혈장 아르기닌 상승을 가져온다 [3].

상승된 혈장 아르기닌은 혈관벽의 내피 산화질소 합성효소(endothelial nitric oxide synthase, eNOS)의 직접 기질 역할을 하여 산화질소 생성과 후속 혈관 확장을 유도한다. 이 혈관 확장 효과는 작동 근육으로의 혈류를 증가시켜 산소 전달을 개선하고, 영양소 공급을 향상시키며, 대사 노폐물 제거를 용이하게 한다 [4].

시트룰린은 일반적으로 시트룰린 말레이트 형태로 공급되며, 말레이트(사과산, malic acid)는 트리카르복실산(TCA, Krebs) 회로에 참여하는 공동 성분이다. 말레이트는 고강도 노력 중 호기성 에너지 생산을 촉진하고 무산소 해당 작용 의존도를 줄임으로써 추가적인 에르고제닉 이점을 제공할 수 있지만, 말레이트의 독립적인 기여는 시트룰린 자체보다 덜 특성화되어 있다.

Evidence Review

저항 운동 퍼포먼스

시트룰린 말레이트 효능에 대한 가장 일관된 근거는 반복 볼륨과 근육 지구력을 조사한 저항 운동 연구에서 나온다. Pérez-Guisado와 Jakeman(2010)은 41명의 남성이 흉근 중심의 저항 운동 프로토콜 60분 전에 시트룰린 말레이트 8g 또는 위약을 보충하는 무작위 교차 시험을 수행하였다 [1]. 시트룰린 말레이트 그룹은 위약에 비해 모든 세트에 걸쳐 유의하게 더 많은 반복을 수행하였으며, 후반 세트에서 퍼포먼스 이점이 더 커졌다. 이는 급성 근력 향상보다는 향상된 피로 저항성과 일치한다.

이후 연구들은 이러한 발견을 다른 근육 그룹과 운동 양식으로 확장하였다. Bailey 등은 하체 운동(레그 프레스, 레그 익스텐션)에서 유사한 반복 볼륨 이점을 보여주었고, Wax 등은 상체 당기기 운동(풀업, 케이블 로우)에서도 이점을 발견하였다 [2]. 가용 시험의 메타분석 종합은 고반복 저항 운동에서 일관된 중간 크기의 이점을 지지한다.

용량-반응 관계

근거는 비선형 용량-반응 관계를 나타낸다.

이 포화 패턴은 6-8g이 위장 부작용이나 과도한 용량 요구 없이 에르고제닉 효과를 위한 최적 범위임을 시사한다 [3].

유산소 운동 적용

유산소 운동 맥락에서 시트룰린 말레이트에 대한 근거는 더 혼재하지만, 중고강도 노력에 대한 적당한 이점을 일반적으로 지지한다. 사이클링 타임 트라이얼 퍼포먼스를 조사한 연구들은 6-8g 용량 범위에서 혼재된 결과를 보여주었는데, 이점이 미훈련~중간 수준 훈련 피험자와 혈관 기능이 더 제한 요인이 되는 고온 환경에서 가장 뚜렷하였다 [4].

고강도 인터벌 트레이닝(HIIT) 프로토콜에서는 시트룰린 말레이트 보충의 일관된 이점이 나타났는데, 이는 혈관 확장 기전이 일정한 유산소 작업보다 반복적인 최대 노력 세트에서 퍼포먼스에 더 중요하기 때문일 수 있다.

혈류 및 혈관 결과

혈류와 혈관 기능의 직접 측정은 시트룰린의 퍼포먼스 이점 기저의 기전 가설을 확인하였다. 보충은 혈장 아르기닌과 산화질소 대사물(질산염/아질산염) 수치를 안정적으로 높였으며, 내피 혈관 확장 능력의 검증된 측정치인 상완 동맥 혈류 매개 확장(flow-mediated dilation)이 상응하여 증가하였다 [5]. 이 혈류역학적 변화는 보충 후 60-90분에 가장 두드러졌으며, 운동 전 타이밍 권고를 위한 기전적 지지를 제공한다.

암모니아 및 젖산 제거

혈관 확장 효과 외에도 시트룰린 말레이트는 여러 연구에서 운동 후 혈장 암모니아와 젖산 농도를 감소시키는 능력을 보여주었다. 암모니아 축적 감소는 고강도 작업 중 중추 피로 감소 및 운동 내성 향상과 상관관계가 있다 [6]. 말레이트 성분은 TCA 회로 중간체의 보충(anaplerosis)을 통해 젖산 축적 대신 호기성 ATP 생산을 지원함으로써 기여할 수 있다.

Discussion

시트룰린 vs. 아르기닌: 보충제 선택이 중요한 이유

이 리뷰에서 중요한 약동학적 통찰은 시트룰린 말레이트가 아르기닌 보충보다 혈장 아르기닌을 높이는 데 실질적으로 더 효과적인 수단이라는 것이다. 이 역설적으로 보이는 발견은 경구로 섭취된 아르기닌의 장과 간에서의 광범위한 일차 통과 대사를 반영한다. 즉 아르기닌 이화에 책임이 있는 효소인 아르기나제(arginase)에 의한 대사다 [1].

경구 아르기닌은 흡수되어 장 세포에서 처리되고, 전신 순환에 진입하기 전에 간 아르기나제에 의해 상당 부분 분해된다. 이 일차 통과 추출은 섭취된 아르기닌의 일부만이 혈액과 표적 조직에 도달함을 의미한다. 이와 대조적으로 시트룰린은 장과 간에서 거의 대사되지 않고 신장으로 이동하여, 신세관 세포 내의 아르기노숙신산 합성효소와 분해효소가 이를 아르기닌으로 전환한다. 이 신장에서의 전환은 동등한 용량의 아르기닌이 달성할 수 있는 것을 초과하는 지속적이고 용량 의존적인 전신 아르기닌 상승을 만들어낸다 [2].

실용적 함의는 명확하다. "산화질소 부스터"로 마케팅되는 아르기닌 보충제는 의도된 혈류역학적 효과를 달성하기 위해 시트룰린 말레이트보다 약동학적으로 열등하다.

근육 그룹과 훈련 상태의 역할

시트룰린 말레이트의 이점 크기는 훈련 상태와 대상 특정 근육 그룹에 따라 달라진다. 훈련된 선수들은 일반적으로 미훈련자보다 더 작은 퍼포먼스 향상을 보인다. 이는 잘 훈련된 근육이 시트룰린이 표적으로 하는 많은 생리적 변수(혈류, 산소 효율, 대사 제거)를 이미 최적화했다는 원칙과 일치한다 [3].

가장 큰 이점은 높은 반복 범위(15-30회)를 갖는 상체 밀기 중심 운동에서 일관되게 나타난다. 이 패턴은 상체 근육이 하체 근육에 비해 혈관 밀도가 낮고 해당 대사 의존도가 높아서, 시트룰린의 혈관 확장 및 암모니아 제거 효과가 퍼포먼스에 더 관련성이 있을 수 있음을 반영할 수 있다.

훈련 볼륨과 근비대에 대한 함의

시트룰린 말레이트의 입증된 이점, 즉 세션당 반복 볼륨 증가는 장기적인 근비대 적응에 의미 있는 함의를 갖는다. 훈련 볼륨(세트 x 횟수 x 부하)은 근비대의 가장 강력한 결정 요인 중 하나이며, 각 세트 내에서 더 많은 반복을 안정적으로 완료할 수 있게 해주는 보충제는 시간이 지남에 따라 누적 훈련 볼륨을 의미 있게 증가시킬 잠재력을 갖는다 [4].

이 볼륨 매개 기전은 반드시 전체 훈련 자극을 증가시키지 않으면서 급성 퍼포먼스를 향상시킬 수 있는 다른 보충제와 시트룰린 말레이트를 구별한다. 시트룰린 보충으로 인해 운동선수가 세션당 15-20세트에 걸쳐 세트당 2-3회 더 많이 지속적으로 수행한다면, 수 주, 수개월에 걸쳐 훈련 볼륨, 따라서 근비대 자극의 누적 증가는 상당하다.

안전성과 부작용

시트룰린 말레이트는 인체 연구에서 최대 15g 용량까지 우수한 안전성 프로파일을 갖고 있으며, 심각한 부작용은 보고되지 않았다. 더 높은 용량(8g 초과)에서의 주된 부작용은 복부 팽만감과 무른 변을 포함한 위장 불편감으로, 일반적으로 용량을 줄이거나 분할하면 해결된다 [5].

고용량 카페인이나 베타알라닌 같은 일부 운동 전 성분과 달리, 시트룰린 말레이트는 심혈관 자극 효과, 유의한 중추신경계 자극, 또는 의존성을 일으키지 않는다. 따라서 카페인이나 다른 자극제에 민감한 사람들을 포함하여 광범위한 인구에게 적합하다.

Practical Recommendations

섭취 프로토콜

• 권장 용량: 시트룰린 말레이트 6-8g (시트룰린 대 말레이트 2:1 비율이 표준)
• 타이밍: 흡수와 혈장 아르기닌 상승이 훈련과 일치하도록 운동 45-60분 전
• 순수 시트룰린 사용 시: L-시트룰린(시트룰린 말레이트가 아닌)을 사용하는 경우, 약 3-4g이 동등한 시트룰린 함량을 제공한다. 말레이트 성분이 주요 에르고제닉 효과에 필수적이지 않다고 여겨진다

가장 큰 효과를 보는 운동인

시트룰린 말레이트에 가장 적합한 운동 유형

• 근비대 훈련: 중간 부하의 높은 반복 범위(10-30회)가 향상된 지구력과 암모니아 제거의 혜택을 가장 많이 받는다
• 서킷 훈련 및 대사 컨디셔닝: 심혈관 및 피로 감소 이점이 짧은 휴식을 가진 고강도 서킷 형식에 특히 관련성이 있다
• 상체 세션: 밀기 운동(벤치 프레스, 오버헤드 프레스, 딥스)이 상체 근섬유 조성으로 인해 가장 일관된 이점을 보인다

조합 전략

시트룰린 말레이트는 다음의 검증된 에르고제닉과 효과적으로 조합된다.

• 카페인 (3-6mg/kg): 상호 보완 메커니즘 - 카페인은 중추신경계 자극을 제공하고, 시트룰린은 말초 혈관 이점을 제공한다
• 크레아틴 (하루 3-5g): 크레아틴은 인산 에너지 시스템을 표적으로 하고, 시트룰린은 혈관 확장과 암모니아 제거를 표적으로 하여 서로 다른 피로 메커니즘에 작용한다
• 베타알라닌 (하루 3.2-6.4g): 베타알라닌은 근육 내 산증(acidosis)을 완충하고, 시트룰린은 암모니아 제거를 촉진하여 상호 보완적인 피로 완충 메커니즘을 제공한다

실용적인 운동 전 스택 예시

근비대 중심 훈련 세션을 위한 구성: - 운동 60분 전: 시트룰린 말레이트 8g + 베타알라닌 3.2g - 운동 30분 전: 카페인 3-5mg/kg + 크레아틴 모노하이드레이트 5g - 운동 중: 수분 섭취 (시트룰린으로 향상된 혈관 확장 효과를 위해 탈수 방지)

중요한 주의 사항

• 훈련 볼륨의 대체물이 아님: 시트룰린 말레이트는 훈련 볼륨 생성 능력을 향상시키지만, 실제 볼륨은 여전히 노력으로 달성해야 한다
• 일관된 사용: 급성 자극제와 달리 시트룰린 말레이트의 이점은 내성 발달 근거 없이 세션 전반에 걸쳐 일관된 것으로 나타난다
• 품질이 중요: 제3자 검사(NSF, Informed Sport)를 받은 제품을 선택하여 시트룰린 함량을 확인한다. 저품질 제품은 핵심 성분을 과소 함유할 수 있다