국제스포츠영양학회 포지션 스탠드: 운동, 스포츠, 의학에서 크레아틴 보충의 안전성과 효능

초록

크레아틴(creatine)은 운동선수들이 가장 널리 사용하는 영양 에르고제닉 보조제(ergogenic aid) 중 하나이다. 다수의 연구를 통해 크레아틴 보충이 근내(intramuscular) 크레아틴 농도를 증가시킨다는 사실이 일관되게 밝혀졌으며, 이는 고강도 운동 수행 능력의 향상과 그에 따른 더 큰 트레이닝 적응을 설명하는 데 도움이 된다. 운동 능력 향상 외에도, 연구들은 크레아틴 보충이 운동 후 회복, 부상 예방, 체온 조절(thermoregulation), 재활, 그리고 뇌진탕 및/또는 척수 신경 보호(neuroprotection)에도 긍정적인 효과를 나타낼 수 있다고 보고하고 있다. 또한 다양한 임상적 적용 사례가 연구되고 있는데, 신경퇴행성 질환(예: 근이영양증, 파킨슨병, 헌팅턴병), 당뇨병, 골관절염, 섬유근통, 노화, 뇌 및 심장 허혈, 청소년 우울증, 임신 등에서의 크레아틴 보충 효과가 포함된다. 이러한 연구들은 크레아틴이 운동 수행 능력 향상뿐 아니라 부상의 예방 또는 중증도 감소, 부상 후 재활 증진, 고강도 트레이닝 부하에 대한 적응 촉진 등에서도 역할을 할 수 있음을 시사하는 광범위한 근거를 제공한다. 아울러 연구자들은 크레아틴 보충의 잠재적으로 유익한 임상적 활용 방안을 다수 발굴하였다. 이들 연구는 단기 및 장기 보충(최대 30 g/일, 5년)이 건강한 성인과 영아부터 노인에 이르기까지 다양한 환자군에서 안전하고 내약성이 좋다는 것을 보여 준다. 나아가, 전 생애에 걸쳐 습관적으로 소량의 크레아틴을 식이로 섭취하는 것(예: 3 g/일)은 상당한 건강상 이점을 제공할 수 있다. 본 리뷰의 목적은 운동, 스포츠, 의학 분야에서 크레아틴 보충의 역할과 안전성에 관한 현행 문헌을 업데이트하고, 국제스포츠영양학회(ISSN, International Society of Sports Nutrition)의 입장 성명을 갱신하는 데 있다.

키워드: 에르고제닉 보조제, 수행 능력 향상, 스포츠 영양, 운동선수, 근력, 근파워, 임상적 적용, 안전성, 소아, 청소년

배경

크레아틴(creatine)은 운동선수들이 가장 널리 사용하는 영양 에르고제닉 보조제(ergogenic aid) 중 하나이다. 다수의 연구를 통해 크레아틴 보충이 근내(intramuscular) 크레아틴 농도를 증가시키고, 운동 수행 능력을 향상시키며, 트레이닝 적응을 촉진할 수 있다는 사실이 일관되게 입증되어 있다. 연구들은 크레아틴 보충이 운동 후 회복, 부상 예방, 체온 조절(thermoregulation), 재활, 그리고 뇌진탕 및/또는 척수 신경 보호(neuroprotection)에도 도움이 될 수 있다고 보고하고 있다. 또한 다양한 임상적 적용 사례도 연구되어 왔는데, 신경퇴행성 질환(예: 근이영양증, 파킨슨병, 헌팅턴병), 당뇨병, 골관절염, 섬유근통, 노화, 뇌 및 심장 허혈, 청소년 우울증, 임신 등에서의 효과가 포함된다. 본 리뷰의 목적은 운동, 스포츠, 의학 분야에서 크레아틴 보충의 역할과 안전성에 관한 현행 문헌을 업데이트하고, 크레아틴 보충과 관련한 국제스포츠영양학회(ISSN, International Society of Sports Nutrition)의 입장 성명을 갱신하는 데 있다.

대사적 역할

크레아틴(creatine)은 구아니딘 포스파겐(guanidine phosphagen) 계열에 속하는 천연 비단백질 아미노산 화합물로, 주로 적색육(red meat)과 해산물에 함유되어 있다 [1–4]. 체내 크레아틴의 대부분은 골격근(~95%)에 존재하며, 소량이 뇌와 고환(~5%)에도 분포한다 [5, 6]. 근내 크레아틴의 약 3분의 2는 포스포크레아틴(PCr, phosphocreatine) 형태이며, 나머지는 유리 크레아틴(free creatine) 형태이다. 70 kg 개인 기준으로 근육 내 총 크레아틴 풀(PCr + Cr)은 건조 근육량(dry muscle mass) 1 kg당 평균 약 120 mmol이다 [7]. 그러나 대부분의 개인에서 크레아틴 저장 상한선은 건조 근육량 1 kg당 약 160 mmol로 보인다 [7, 8]. 근내 크레아틴의 약 1–2%는 크레아티닌(creatinine, 대사 부산물)으로 분해되어 소변으로 배출된다 [7, 9, 10]. 따라서 근육량에 따라 다르지만, 정상적인(비보충) 크레아틴 저장량을 유지하기 위해 신체는 하루 약 1–3 g의 크레아틴을 보충해야 한다. 하루 크레아틴 필요량의 약 절반은 식이를 통해 공급된다 [11]. 예를 들어, 조리하지 않은 쇠고기 및 연어 450 g(1파운드)에는 약 1–2 g의 크레아틴이 함유되어 있다 [9]. 나머지 크레아틴은 주로 간과 신장에서 아르기닌과 글리신으로부터 효소 아르기닌:글리신 아미디노전달효소(AGAT, arginine:glycine amidinotransferase)에 의해 구아니디노아세테이트(GAA, guanidinoacetate)로 합성되고, 이후 S-아데노실메티오닌(S-adenosyl methionine)을 이용하는 구아니디노아세테이트 N-메틸전달효소(GAMT, guanidinoacetate N-methyltransferase)에 의해 크레아틴으로 메틸화된다 [12].

일부 개인에서는 AGAT, GAMT 및/또는 크레아틴 수송체(CRTR, creatine transporter) 결핍으로 인한 선천성 크레아틴 합성 결함이 발견되며, 이러한 경우 PCr 및 Cr의 정상적인 근육·뇌 농도를 유지하기 위해 식이 크레아틴 섭취에 의존해야 한다 [13–19]. 채식주의자는 근내 크레아틴 저장량이 낮은 것으로 보고되어 있으며(건조 근육량 1 kg당 90–110 mmol), 따라서 크레아틴 보충 시 근육 내 크레아틴 함량 증가 효과가 더 크게 나타날 수 있다 [11, 13, 20, 21]. 반면, 고강도 트레이닝에 임하는 체격이 큰 운동선수는 최적의 또는 최대 전신 크레아틴 저장량을 유지하기 위해 하루 5–10 g의 크레아틴 섭취가 필요할 수 있으며 [22], 임상 집단의 경우 크레아틴 합성 결핍을 상쇄하거나 다양한 질환 상태에서 치료적 이득을 얻기 위해 전 생애에 걸쳐 하루 10–30 g의 크레아틴 섭취가 필요할 수 있다 [13, 19, 23].

포스파겐(phosphagen)은 모든 생물종에 걸쳐 광범위하게 존재하며, 에너지 가용성 유지에 중요한 역할을 한다 [1, 2, 24, 25]. 크레아틴의 주된 대사적 역할은 크레아틴 키나제(CK, creatine kinase)의 효소 반응을 통해 인산기(Pi)와 결합하여 PCr을 형성하는 것이다. Wallimann과 동료들 [26–28]은 크레아틴의 다면적 효과(pleiotropic effects)가 대부분 CK와 PCr의 기능(즉, CK/PCr 시스템)과 관련이 있다고 제안하였다. 대사 활동에 필요한 자유 에너지를 공급하기 위해 아데노신삼인산(ATP, adenosine triphosphate)이 아데노신이인산(ADP, adenosine diphosphate)과 Pi로 가수분해될 때, PCr이 Cr + Pi로 가수분해되면서 방출되는 자유 에너지가 ATP를 재합성하기 위한 완충 역할을 한다 [24, 25]. 이는 특히 최대 무산소 단거리 운동(sprint-type exercise) 시 ATP 가용성을 유지하는 데 도움이 된다. 또한 CK/PCr 시스템은 세포내 에너지를 미토콘드리아에서 세포질(cytosol)로 이동시키는 셔틀 역할도 담당한다. CK/PCr 에너지 셔틀은 ATP 생성 부위(해당 과정 및 미토콘드리아 산화적 인산화)와 ATP 사용 부위(ATPase)를 연결한다 [24, 25, 27]. 이 과정에서 크레아틴은 크레아틴 수송체(CRTR)를 통해 세포질로 진입한다 [16, 29–31]. 세포질에서 크레아틴과 관련된 세포질 및 해당 과정 CK 동형효소(isoform)는 해당 과정 ATP 수준, 세포질 ATP/ADP 비율, 세포질 ATP 소비를 유지하는 데 기여한다 [27]. 또한 크레아틴은 미토콘드리아 내로 확산되어, 산화적 인산화 및 아데닌 뉴클레오타이드 전위효소(ANT, adenine nucleotide translocator)를 통해 생성된 ATP와 미토콘드리아 CK를 매개로 결합한다. 그 결과 ATP와 PCr은 세포질로 다시 확산되어 에너지 수요를 완충한다. 이러한 결합은 활성산소종(ROS, reactive oxygen species) 생성을 감소시키므로, 크레아틴은 직접적 및/또는 간접적 항산화제로도 작용할 수 있다 [32–35]. 이와 같이 CK/PCr 에너지 셔틀은 에너지 대사를 원활히 하기 위해 ATP 생성 부위(해당 과정 및 미토콘드리아 산화적 인산화)와 ATP 이용 부위(ATPase)를 연결한다 [24, 25, 27]. 결론적으로 CK/PCr 시스템은 대사의 중요한 조절자로 기능하며, 이는 크레아틴 보충의 에르고제닉 효과와 잠재적인 치료적 건강 이점을 설명하는 데 도움이 된다 [4, 27, 33, 36–45].

보충 프로토콜

하루 1–2 g의 크레아틴을 포함하는 일반적인 식사를 섭취하는 경우, 근육 크레아틴 저장량은 약 60–80% 수준으로 포화되어 있다. 따라서 크레아틴을 식이 보충제로 섭취하면 근육 크레아틴 및 포스포크레아틴(PCr, phosphocreatine) 수준을 20–40% 증가시킬 수 있다 [7, 8, 10, 46–48]. 근육 크레아틴 저장량을 증가시키는 가장 효과적인 방법은 5–7일 동안 하루 4회 크레아틴 일수화물(creatine monohydrate) 5 g(또는 체중 1 kg당 약 0.3 g)을 섭취하는 것이다 [7, 10]. 그러나 뇌 내 크레아틴 농도를 높이거나, 크레아틴 합성 결핍을 상쇄하거나, 특정 질환 상태에 영향을 주기 위해서는 더 높은 용량의 크레아틴을 더 오랜 기간 보충해야 할 수 있다 [13, 19, 23]. 근육 크레아틴 저장량이 완전히 포화되면, 일반적으로 하루 3–5 g의 섭취로 저장량을 유지할 수 있다. 단, 일부 연구에서는 체격이 큰 운동선수의 경우 크레아틴 저장량 유지를 위해 하루 5–10 g의 섭취가 필요할 수 있다고 제안하고 있다 [7, 8, 10, 46–48]. 크레아틴을 탄수화물 또는 탄수화물과 단백질과 함께 섭취하면 크레아틴 보유(retention)가 더 일관되게 촉진되는 것으로 보고되어 있다 [8, 22, 49, 50]. 대안적인 보충 프로토콜로는 28일간 하루 3 g의 크레아틴 일수화물을 섭취하는 방법이 있다 [7]. 그러나 이 방법은 급속 부하(loading) 방식에 비해 근육 크레아틴 함량이 점진적으로만 증가하므로, 크레아틴 저장량이 완전히 포화될 때까지는 운동 수행 능력 및/또는 트레이닝 적응에 대한 효과가 제한적일 수 있다. 연구에 따르면, 근육 내 크레아틴 저장량이 증가된 상태에서 보충을 중단하면 일반적으로 4–6주에 걸쳐 기초 수준으로 돌아온다 [7, 48, 51]. 또한, 크레아틴의 건강상 이점을 고려하여 특히 노화가 진행될수록 식이를 통해 하루 약 3 g의 크레아틴을 꾸준히 섭취할 것이 권장된다 [27]. 크레아틴 보충 중단 후 근육 크레아틴 수준이 기초값 이하로 떨어진다는 근거는 없으며, 따라서 내인성 크레아틴 합성의 장기적 억제는 발생하지 않는 것으로 보인다 [22, 52].

생체이용률

문헌에서 가장 널리 연구된 크레아틴 형태는 크레아틴 일수화물(creatine monohydrate)이다 [53]. 크레아틴의 흡수는 혈액으로의 흡수 후 표적 조직으로의 흡수를 포함한다 [53]. 크레아틴 일수화물을 경구 섭취한 후 혈장 크레아틴 수준은 약 60분 후에 최고치에 도달하는 것이 일반적이다 [7]. 혈장 크레아틴 수준의 초기 상승에 이어 나타나는 감소는 표적 조직으로의 흡수 증가를 간접적으로 시사하는 지표로 활용될 수 있다 [53]. 그러나 크레아틴 보충이 표적 조직에 미치는 효과를 평가하기 위한 표준 방법으로는 자기공명분광법(MRS, magnetic resonance spectroscopy), 근육 생검(muscle biopsy), 안정 동위원소 추적자 연구(stable isotope tracer studies), 그리고/또는 크레아틴 섭취량과 소변 내 크레아틴 배설량의 차이로 평가하는 전신 크레아틴 보유량 측정이 있다 [53].

크레아틴은 고체 상태에서는 안정적이지만, 수용액 상태에서는 분자 내 고리화(intramolecular cyclization)로 인해 불안정하다 [54]. 일반적으로 크레아틴은 pH가 낮을수록, 온도가 높을수록 더 빠른 속도로 크레아티닌(creatinine)으로 전환된다. 예를 들어, 연구에 따르면 크레아틴은 중성 pH(7.5 또는 6.5)의 용액에서는 비교적 안정적이다. 그러나 25 °C에서 3일 보관 후에는 크레아티닌으로 분해된다(예: pH 5.5에서 4%; pH 4.5에서 12%; pH 3.5에서 21%) [53, 55]. 크레아틴이 시간이 지남에 따라 크레아티닌으로 분해된다는 점이 크레아틴이 고체 형태로 판매되는 주요 이유이다. 그러나 이는 크레아틴이 소화 과정에서 체내(in vivo)에서도 크레아티닌으로 분해됨을 의미하지 않는다. 이와 관련하여, 크레아틴의 크레아티닌으로의 분해는 pH를 2.5 이하로 낮추거나 pH를 높임으로써 감소 또는 중단될 수 있다 [53]. 매우 낮은 pH에서는 크레아틴 분자의 아미드 기능기(amide function)가 양성자화(protonation)되어 분자 내 고리화가 억제된다 [53]. 따라서 위장관 통과 시간에 관계없이 위장관 내에서의 크레아틴의 크레아티닌으로의 전환은 최소한이며, 혈액으로의 흡수율은 거의 100%에 달한다 [10, 53, 56, 57].

근육 포스파겐 수준, 전신 크레아틴 보유량, 및/또는 운동 수행 능력에 대한 크레아틴 보충의 효능을 평가한 대다수의 연구는 크레아틴 일수화물을 대상으로 진행되었다. 다른 형태의 크레아틴이 체내에서 크레아틴 일수화물보다 덜 분해되거나 근육으로의 흡수율이 더 높다는 주장은 현재까지 근거가 없다 [53]. 임상적 근거에 따르면, 크레아틴 구연산염(creatine citrate) [50], 크레아틴 세럼(creatine serum) [58], 크레아틴 에틸 에스터(creatine ethyl ester) [59], 완충 크레아틴(buffered forms of creatine) [60], 크레아틴 질산염(creatine nitrate) [61] 등 다른 형태의 크레아틴이 크레아틴 일수화물보다 더 높은 크레아틴 보유율을 나타낸다는 것이 입증되지 않았다 [53].