The role of the anabolic properties of plant- versus animal-based protein sources in supporting muscle mass maintenance

Abstract

근육량 유지를 위한 식물성 대 동물성 단백질 공급원에 관한 논쟁은 채식 또는 비건 식이 패턴을 채택하는 운동선수가 증가함에 따라 중요성이 커지고 있다. Gorissen과 van Loon(2018)의 이 리뷰는 식물성 대 동물성 단백질 공급원의 동화 특성을 체계적으로 평가하고, 아미노산 프로파일, 소화율, 근단백질 합성 반응의 차이를 검토하였다.

동물성 단백질은 일반적으로 동량의 식물성 단백질에 비해 급성 근단백질 합성(MPS) 반응에서 우수한 결과를 보였으며, 이는 주로 더 높은 필수 아미노산 함량, 더 높은 류신(leucine) 농도, 더 우수한 소화율 및 생체이용률에 기인한다 [1]. 그러나 리뷰는 이 차이가 절대적 장벽이 아님을 확인하였다. 식물성 단백질도 더 많은 양으로 섭취하거나 류신 역치 부족을 극복하기 위해 류신을 보충하면 동등한 MPS 반응을 유도할 수 있다 [2].

전통적인 PDCAAS(단백질 소화율 보정 아미노산 점수)보다 향상된 단백질 품질 지표로서 DIAAS(소화 가능 필수 아미노산 점수)의 등장이 강조되었으며, DIAAS는 단백질을 균질 기질로 취급하는 대신 개별 아미노산의 진정한 소화율을 더 정확하게 반영한다. 식물성 단백질 섭취자를 위한 실용적 전략, 즉 식이 다양성, 섭취량 조정, 전략적 단백질 조합이 동물성 단백질의 동화 효능을 달성하기 위한 효과적인 수단으로 확인되었다.

핵심 키워드: 식물성 단백질, 동물성 단백질, 근단백질 합성, 류신, DIAAS, 단백질 품질, 필수 아미노산, 근육량

Introduction

건강, 환경, 윤리적 동기가 수렴하면서 운동선수들 사이에서 식물성 식이 패턴의 유병률이 상당히 증가하였다. 설문 데이터에 따르면 다양한 종목 운동선수의 5-30%가 채식 또는 비건 식단을 따르며, 지구력 및 심미적 스포츠에서 유병률이 가장 높다 [1]. 이러한 인구 통계적 변화는 식물성 단백질 공급원이 운동 퍼포먼스의 핵심인 근육량 유지와 발달을 지원하는 데 있어 동물성 단백질을 적절히 대체할 수 있는지에 대한 과학적 관심을 높였다.

근육량 유지나 증가를 목표로 하는 식물성 단백질 섭취자가 직면하는 근본적인 도전은 단백질 총량보다는 단백질 품질에 관한 것이다. 단백질 품질은 여러 차원을 포함한다. 필수 아미노산(essential amino acid, EAA) 프로파일의 완전성, 주요 속도 제한 아미노산(특히 류신)의 절대 농도, 섭취 후 아미노산의 소화율과 생체이용률이 그것이다 [2].

대부분의 식물성 단백질 공급원은 동물성 단백질에 비해 하나 이상의 영양적 한계를 갖는다. - 불완전한 아미노산 프로파일: 많은 식물성 단백질은 하나 이상의 필수 아미노산이 제한적이다(예: 곡물의 리신, 콩류의 메티오닌) - 낮은 류신 함량: 식물성 단백질은 동물성 단백질의 8-11%에 비해 중량의 약 6-8% 류신을 포함하며, 이는 MPS를 최대로 자극하는 데 필요한 류신 역치 달성에 영향을 미친다 - 낮은 소화율: 식물 식품의 세포벽, 식이섬유, 피테이트, 렉틴, 트립신 억제제의 존재가 근단백질 합성에 최종적으로 이용 가능한 단백질의 비율을 감소시킨다 [3]

류신 역치 개념은 이 맥락에서 특히 중요하다. Norton과 Layman의 연구는 mTORC1 신호를 최대로 활성화하고 강력한 MPS 반응을 시작하는 데 최소 류신 용량(식사당 약 2-3g)이 필요함을 확립하였다 [4]. 식물성 단백질은 상대적으로 류신이 부족하므로, 이 역치를 달성하려면 식사당 더 많은 절대량의 식물성 단백질을 섭취하거나 개별 식물성 단백질에 추가 류신을 보충해야 한다.

Gorissen과 van Loon(2018)은 단일 식사의 급성 MPS 반응이 지속적인 식이 패턴의 근육량 결과를 완전히 예측하지 못할 수 있음을 인식하면서, 노화 근육 생물학과 장기적 식이 패턴의 틀 안에서 이 근거를 맥락화하였다.

Evidence Review

아미노산 프로파일: 동물성 vs. 식물성

필수 아미노산 함량의 핵심 비교는 단백질 공급원 범주 간의 체계적 차이를 보여준다.

데이터는 대두 단백질 분리물과 완두 단백질이 류신 함량과 DIAAS 점수에서 동물성 단백질 기준에 가장 근접(하지만 동등하지는 않은)하는 최고 품질의 식물성 단백질임을 보여준다 [1].

급성 MPS 반응 연구

식물성과 동물성 단백질의 동화 잠재력에 대한 가장 직접적인 비교는 단백질 섭취 후 근육 단백질의 분획 합성률(fractional synthetic rate, FSR)을 측정하는 동위원소 추적자 연구에서 온다. Tang 등(2009)은 동량 20g 용량에서 유청 단백질이 대두 단백질보다 더 큰 MPS 반응을 자극하며, 대두는 카세인보다 우수한 반응을 보임을 입증하였다 [2].

그러나 용량 조정 연구는 식물성과 동물성 단백질 간의 격차가 식물성 단백질 용량을 늘리면 상당히 좁혀질 수 있음을 보여주었다. Yang 등은 40g의 대두 단백질이 20g의 유청 단백질과 비교 가능한 MPS 반응을 보임을 입증하였으며, 이는 대두 단백질의 낮은 류신 함량이 동등한 동화 자극을 달성하기 위해 약 두 배의 용량을 필요로 한다는 가설과 일치한다 [3].

소화율: PDCAAS vs. DIAAS

단백질 품질을 위한 전통적인 PDCAAS 채점 시스템은 식물성 단백질에 적용될 때 여러 알려진 한계를 갖는다. PDCAAS는 실제 흡수 지점 이후 대장에서의 세균 발효가 아미노산 프로파일을 변형시키기 때문에, 장 전체 소화율(대변 소화율)을 사용하여 식물성 단백질의 아미노산 실제 흡수를 과대평가한다 [4].

DIAAS는 개별 아미노산의 회장 소화율 계수를 사용하여 이를 수정함으로써 진정한 아미노산 생체이용률을 보다 정확하게 반영한다. DIAAS 채점에서 식물성과 동물성 단백질 간의 품질 격차는 PDCAAS가 시사하는 것보다 크며, 특히 밀 단백질과 쌀 단백질에서 그렇다.

장기적 근육량 결과

급성 MPS 데이터는 동량에서 동물성 단백질의 우월성을 명확히 보여주지만, 장기적인 근육량 결과를 조사한 종단 연구들은 더 미묘한 그림을 그린다. 더 장기적인 식이 중재(8-24주) 연구들의 체계적 리뷰에서 식물성과 동물성 단백질 조건 간 총 단백질 섭취량을 동일하게 맞췄을 때 제지방량 증가의 차이는 미미하고 종종 유의하지 않은 것으로 나타났다 [5].

급성 MPS 반응과 장기적 근육량 결과 간의 이 불일치는 단백질 합성 효율, 식사 빈도, 식이 보완성의 적응이 시간이 지남에 따라 식물성 단백질의 낮은 1회 섭취당 동화 자극을 부분적으로 보상할 수 있음을 시사한다.

Discussion

격차 줄이기: 식물성 단백질이 동물성을 따라잡을 수 있는가?

이 리뷰의 핵심 결론은 동량에서 식물성 단백질의 동화 열등성이 불변의 생리적 장벽이 아니라 교정 가능한 영양적 특성이라는 것이다. 단백질 품질 격차를 줄이기 위한 주요 전략에는 총 식물성 단백질 섭취 증가, 단백질 분배 최적화, 아미노산 프로파일을 보완하는 식이 다양성 확보, 선택적 류신 보충 또는 단백질 조합이 포함된다 [1].

이 결론의 실용적 중요성은 상당하다. 잘 계획된 식물성 식단은 약간 더 높은 영양적 의도성을 요구하지만 동물성 식단과 비교 가능한 근육 유지 및 성장을 지원할 수 있다. 이 "약간 더 높은 의도성"은 약 10-20% 높은 총 단백질 목표, 류신이 충분한 식사 구성에 대한 주의, 전략적 식품 조합을 포함한다.

류신 레버리지 포인트

필수 아미노산이자 mTORC1 활성화를 위한 세포 신호로서 류신의 독자적인 역할은 식물성 단백질 최적화의 핵심 변수가 된다. 어떤 단일 요인보다도 단백질 식사의 류신 함량이 식후 MPS 반응의 크기와 지속시간을 결정한다 [2].

여러 실용적 전략이 이 지식을 활용한다.

• 류신 강화: 식물성 단백질 식사에 분리 류신 2-3g을 추가하면 동화 반응을 류신이 풍부한 동물성 단백질의 수준으로 안정적으로 높일 수 있다
• 대두/완두 우선: 가장 높은 류신 함량을 가진 식물성 단백질(대두, 완두)을 주요 단백질 공급원으로 선택하면 보상이 필요한 류신 부족을 최소화한다
• 더 많은 식물성 단백질 용량: 식사당 20-25g 대신 40-50g의 식물성 단백질을 섭취하면 류신 역치를 넘겨 더 적은 동물성 단백질 용량과 비교 가능한 MPS를 달성할 수 있다 [3]

단백질 보완: 현대적 관점

전통적인 단백질 보완 개념, 즉 같은 식사 내에서 상보적인 아미노산 프로파일을 결합하는 것(예: 쌀과 콩)은 식물성 단백질이 개별적으로 서로 다른 EAA에서 제한된다는 관찰에 기초하였다. 현대 근거는 이 이해를 정교화했다. 같은 식사 내 보완이 유리하지만, 하루 전체에 걸쳐 상보적인 단백질을 조합하는 것도 효과적인데, 인체가 더 긴 시간 창에 걸쳐 활용할 수 있는 유리 아미노산 풀을 유지하기 때문이다 [4].

그러나 (아미노산 결핍 예방이 아닌) 식후 MPS 극대화를 위해서는 식사 내 보완이 단백질 합성 자극 순간에 완전한 EAA 가용성을 확보하여 보다 직접적인 이점을 제공한다.

대두 단백질: 저평가된 품질

식물성 단백질 중에서 대두는 가장 포괄적인 연구 기반과 동물성 단백질에 가장 가까운 전반적 아미노산 프로파일을 가진 단백질로 특별한 주목을 받을 만하다. 일반적인 식이 섭취량에서 대두의 식물성 에스트로겐(phytoestrogen) 함량이 남성의 테스토스테론이나 근육 발달에 부정적인 영향을 미친다는 우려는 문헌에서 뒷받침되지 않는다 [5].

대두 단백질 분리물(90% 이상 단백질)은 거의 완전한 EAA 범위, 약 0.91의 DIAAS, 카세인에 비견할 만한 류신 함량을 제공한다. 식물성 운동선수에게 대두 단백질은 근육 증가 관점에서 가장 효과적인 단일 동물성 단백질 대체물이다.

실세계 식단에서의 실용적 등가성

단백질을 동일하게 맞추면 식물성과 동물성 단백질 식단 간 근육량 차이가 미미하다는 종단 근거는 대부분의 정보를 잘 갖춘 식물성 운동선수가 자연스럽게 보완, 다양성, 용량 조정 전략을 활용한다는 현실을 반영한다. 동량 단일 식사에서 수행된 급성 MPS 연구의 격차는 개인이 수개월에 걸쳐 다양한 식단을 섭취할 때 관찰되는 실세계 차이를 과대평가할 수 있다 [6].

Practical Recommendations

식물성 운동선수를 위한 총 단백질 목표

• 잡식성 기준: 체중 kg당 1.6-2.2g/일
• 식물성 조정: 체중 kg당 1.8-2.4g/일 (낮은 소화율과 류신 함량을 보상하기 위해 10-20% 높게)
• 칼로리 제한 기간: 제지방량 보호를 위해 최대 2.6-3.0g/kg

추가적인 단백질 목표는 식물성 단백질의 낮은 DIAAS를 보상하고 하루 전체에 걸쳐 류신 섭취가 MPS를 반복적으로 자극하기에 충분함을 보장한다.

최적의 식물성 단백질 공급원

전략적 단백질 조합

곡물 기반 단백질(쌀, 밀)을 사용하는 식사에는 아미노산 프로파일을 완성하기 위해 콩류와 조합한다.

• 쌀 + 완두 단백질: 이 조합은 유청 단백질에 근접하는 아미노산 프로파일을 달성한다 [1]
• 현미 + 렌틸콩/콩류: 전통적인 보완 패턴으로 일일 아미노산 충족에 효과적
• 세이탄 + 병아리콩: 메티오닌 과잉과 리신 부족을 교정

류신 최적화 전략

• 식사당 류신 목표: 단백질 식사당 2.5-3g의 류신을 목표로 한다
• 더 많은 식물성 단백질 용량: 쌀이나 헴프처럼 류신이 낮은 공급원을 사용할 때는 1회 20-25g이 아닌 40-50g 섭취
• 류신 보충제: 식물성 단백질 쉐이크에 분리 류신 파우더 2-3g을 추가하면 품질이 낮은 식물성 단백질의 동화 반응을 안정적으로 높일 수 있다
• 대두와 완두 우선: 이들은 자연적으로 더 높은 류신 함량을 제공하여 필요한 용량 조정을 줄인다

식물성 운동선수를 위한 실용적 식사 설계

75kg 식물성 운동선수가 2.0g/kg을 목표로(일일 150g 단백질) 4회 식사로 구성할 경우:

• 식사 1: 완두 단백질 50g 쉐이크 + 두유 (단백질 약 50g, 류신 약 3.5g 제공)
• 식사 2: 에다마메와 현미를 곁들인 템페이 볶음 (단백질 약 40g 제공)
• 식사 3: 퀴노아와 두부를 곁들인 렌틸콩 달 (단백질 약 35g 제공)
• 식사 4: 대두 단백질 분리물 40g 쉐이크 + 아몬드 버터 (단백질 약 45g 제공)

이 패턴은 전략적 류신 분배를 통해 일일 약 170g의 단백질을 달성한다 [2].