시상하부의 신경세포 흥분은 뇌하수체 후엽으로 내려가 신경섬유의 말단으로부터 후엽호르몬을 직접 혈액 중으로 분비하는데, 이것은 신경분비라 한다. 똑같이 신경분비에 의해 뇌하수체 문맥 계에 분비되는 시상하부 호르몬은 전업으로 들어가 전염의 선세포에 작용하여 전엽호르몬의 분비를 촉진하거나 억제한다. 자율신경계의 중추로서의 시상하부와 각종 내분비 조절기인 뇌하수체 간에는 매우 밀접한 관련이 있다. 이것을 시상하부-하수체 조절계라고 하며, 이 조절계를 통해 자율신경계에 의한 신경 조절과 내분비샘에 의한 액성 조절은 상호 연계되어 있다.
뇌하수체 전엽호르몬으로는 성장호르몬, 갑상샘 자극 호르몬, 부신피질자극호르몬, 난포자극호르몬, 황체형성 호르몬 및 프로락틴, 엔도르핀 등을 들 수 있다. 뇌하수체 후엽에서는 항이뇨 호르몬(vasopressin : ADH)과 옥시토신(oxytoxin)이 분비된다.
1. 성장호르몬
(1) 일반적 기능
성장호르몬(growth hormone : GH)은 출생부터 성장기에 걸쳐 많은 양이 분비되며, 어른이 되면 분비량이 감소하나, 일생 계속 분비된다. 어른이 되면 분비량이 감소하나, 일생 계속 분비된다. 작용은 신체 각부의 발달과 증식을 촉진한다. 즉, 성장호르몬은 세포에서 단백질 합성을 촉진하고, 기타 세포성분의 양을 증가시켜 세포의 비대와 분열이 일어나게 한다.
성장기에 성장호르몬이 과잉 분비되면 거인증(giantism)이 된다. 거인증은 선 하수체의 상호성 세포에서 종양이 있을 때 일어나는 경우가 많다. 성장기 이후에 상호성 세포의 종양이 발생하면 신장은 커지지 않고 골격의 연한 조직 부분만이 비대해지는 말단거대증을 볼 수 있다. 반대로 성장기에 성장호르몬 분비가 정지되면 난쟁이가 된다.
그밖에 성장호르몬은 간으로부터 포도당(glucose)의 방출을 촉진해 혈당을 상승시키는 작용을 하는 한편, 지방조직에 저장된 중성지방의 분해를 촉진해 혈액 중 유리지방산(free fatty acid)을 증가시키는 작용을 한다.
(2) 운동과의 관계
운동 시 성장호르몬의 분비 증가는 결합 조직 및 급성장에 미치는 성장호르몬의 효과를 생각할 때 유용한 것으로 생각된다. 즉, 성장호르몬은 간에 작용하여 소마토메딘(somatomedin)의 합성 및 분비를 촉진함으로써 동화를 촉진하는 작용을 한다. 이러한 동화 촉진작용은 신체적으로 단련된 사람에게 나타나는 뼈의 굵기, 건, 인대, 근력 향상과 부분적으로 관련된 것으로 생각되고 있다.
또한 성장호르몬은 지방조직에서 지방산의 유리를 돕고, 따라서 혈중 지방산 농도를 상승시킨다. 제3장에서 배웠듯이 혈중 지방산 농도는 근육에서 연료로서 지방의 이용률을 결정하는 중요한 요인이다. 따라서 운동 시 성장호르몬의 증가는 작 언급으로의 연료공급을 돕는 유익한 반응이라고 할 수 있다.
성장호르몬의 운동에 대한 반응은 일반적으로 운동 시작 15~20분까지 현저한 변화가 없다가 그 후 운동의 지속과 함께 증가하기 위해 시작한다. 따라서 성장호르몬의 지방산 동원 효과는 장시간의 운동 시에 중요한 것으로 생각되고 있다.
성장호르몬의 반감기(half-life)는 약 17~45분으로 간에 의해서 처리된다. 따라서 조직의 성장과 지방산 동원에 현저한 효과를 미칠 만큼 충분한 시간적 여유를 갖는다.
성장호르몬은 중 정도의 운동 시 증가하며, 운동강도에 의해 증가한다는 점에 대부분의 견해가 일치하고 있으나, 일부 연구는 운동강도와 관계없이 운동지속 시간과 관계가 있다는 견해도 있다. 성장호르몬에 미치는 훈련의 효과에 대해서는 대체로 일회적인 운동에 대한 성장호르몬의 반응이 훈련 후에 감소한다고 보고하고 있다. 이러한 적응은 부분적으로 단련자가 있어 운동에 따른 심리적 스트레스가 경감되었거나, 운동강도 자체가 상대적으로 감소하였기 때문으로 생각된다.
2. 갑상샘 자극 호르몬
뇌하수체로부터 갑상샘 자극 호르몬(thyroid stimulating hormone : TSH)의 분비는 갑상샘의 성장과 발달을 촉진하고 갑상샘 호르몬인 티록신(thyroxine : T4)과 삼 요오드 티로닌(triiodothyronine : T3)의 분비를 자극한다.
운동 시 갑상샘 호르몬인 티록신(T4)의 분비가 증가하기 때문에 갑상샘 자극 호르몬의 분비 역시 증가할 것으로 생각할 수 있으나, 대부분의 연구는 일회적 운동 시 갑상샘 자극 호르몬의 농도변화를 찾아볼 수 없었다. 그러나 일부 연구들은 점진부하 법에 의해 아주 강한 운동을 수행할 때 갑상샘 자극 호르몬 수준이 상승한다고 보고한 바 있다.
3. 부신피질 자극 호르몬
부신피질 자극 호르몬(corticotropin : ACTH)의 분비는 정신적, 신체적 스트레스나 혈중 글루코스의 저하가 시상하부를 자극하여 시상하부의 신경 분비세포가 부신피질자극호르몬 방출인자(CRF)라는 물질(호르몬)을 분비하여 뇌하수체 전엽의 선세포를 자극함으로써 이루어진다. ACTH는 부신호르몬 분비의 강력한 자극제이다.
일회적 운동에 대한 ACTH의 반응은 운동강도와 가장 밀접한 관련을 갖고 있어서 최대산소섭취량의 60% 수준 이상의 강도에서 현저한 증가를 하며, 최대 운동 시에는 안정 시 수준의 10배까지 증가한다고 알려졌다.
한편, 동일 운동부하에서는 운동시간이 길수록 ACTH 수준은 영향을 받지 않으며, 동일한 상대운동 강도에서 혈중
ACTH 수준은 더 큰 증가를 하지만, 최대한의 절대 운동강도에서는 혈중 ACTH 농도가 훈련 후 감소한다고 알려졌다.
혈중 ACTH의 반감기는 4~18분이다. ACTH는 1~2분 이내에 부신 선에서의 코티졸(cortisol) 분비를 자극하는데, 코티졸은 서서히 제거되기 때문에 반감기가 4시간에 이른다. 그러므로 운동 시 ACTH의 분비 증가는 코티졸 분비와 코티졸에 의한 효과에 큰 영향을 미치는 것으로 생각된다.
4. 난포 자극 호르몬과 황체형성 호르몬
난포 자극 호르몬(follicle stimulating hormone : FSH)은 여성생식기인 난소에 있는 난포를 자극하여 발육시키고 난자의 성숙이 일어나도록 하며, 난소를 자극하여 여성호르몬의 일종인 에스트로젠(estrogen)의 분비를 증가시킨다. 한편, 남성에서는 정자의 발생 유지 및 배아 상피(germinal epithelium)를 자극하여 정자의 형성을 촉진한다.
황체형성 호르몬(luteinizing hormone : LH)은 여성에서 난포가 파열되도록 하여 성숙한 난자가 난소로부터 복강으로 배출되어 난관 내에 이르도록 하며, 배란 후 황체형성을 촉진한다. 또한 황체 호르몬인 프로게스테론(progesterone)의 분비를 자극하며 남성의 정소에 있는 간질세포를 자극하여 남성 호르몬인 안드로젠(androgen)의 분비를 촉진한다.
일회적 운동에 대해 대부분의 연구는 FSH 및 LH 수준이 변화하지 않는다고 보고하고 있으며, 한 연구는 마라톤 경기 후 이들 호르몬 수준이 약간 감소하는 양상을 보였다고 보고하였다.
5. 프로락틴
프로락틴(prolactin : PRL)은 유선의 발육과 유즙 분비를 자극한다. 또 에스트로젠의 분비 증가에 따라 프로락틴의 분비가 증가한다. 한편, 프로락틴은 임신 중에는 유방의 발달을 촉진하여 출산 후 유즙의 분비를 가능케 한다. 그 밖에 대한 항이뇨 효과를 통해서 체내 수분을 보존하고, 에너지원으로서 지방의 동원에 관여한다.
운동 시 혈중 프로락틴 수준이 증가한다고 보고되고 있으나, 운동강도 및 시간에 따른 정확한 반응 및 생리적 의미는 알려지지 않고 있다.
프로락틴의 반감기는 15~30분이다. 운동 시 프로락틴의 분비가 증가하는 것은 교감신경의 흥분도 증가에 의해 영향을 받는 것으로 생각된다. 즉, 에피네프린 및 노 에피네프린 수용체를 약물로 차단할 때, 운동에 대한 프로락틴의 반응은 현저히 감소한다.
6. 엔도르핀
엔도르핀(endorphin)은 뇌하수체 전엽에서 분비되는 호르몬으로서 엔도르핀이라는 용어는 인체 내부를 뜻하는 'endogenous'와 모르핀(morphin)의 합성어이다.
내인성의 진통 효과를 갖는 여러 화합물이 최근까지 여러 가지가 발견되었는데, 그중에서 특히 베타엔도르핀(β-endorphin)이 운동과 관련하여 주목된다.
베타엔도르핀은 부신피질 자극 호르몬(ACTH)과 함께 운동이나 기타 스트레스 자극에 반응하여 분비된다. 일회적 운동 시 베타엔도르핀 반응에 대한 여러 연구 결과를 종합하면, 대체로 무산소성 역치 이하의 운동강도에서는 베타엔도르핀 수준에 현저한 변화가 나타나지 않으나, 그 이상의 수준에서 곡선적인 증가 양상을 보이게 되며, 탈진 상태에 이른 최대 운동 시 최대치에 도달하는데, 휴식 시 수준의 2~5배 수준에 이르게 된다.
훈련이 베타엔도르핀 반응에 미치는 영향에 대해서는 명확히 알려지지 않고 있으나, 일부 연구는 훈련 후 최대한의 상대 운동강도나 최대 운동 시 베타엔도르핀의 반응이 증가하였다고 보고한 바 있다.
운동 시 베타엔도르핀의 상승은 (1) 단련자에게서 볼 수 있는 운동 내성의 증가, (2) 운동 후 무드 변화와 관련된 운동 탐닉(exercise addiction)의 경향, (3) 장시간 운동 시 나타나는 유쾌한 기분, 즉 소위 'runner's high, (4) 면역기능과 관련하여 주목된다. 그러나 현재까지는 이를 확증시켜 주는 어떠한 결정적 증거도 발견되지 않고 있다.
7. 항이뇨 호르몬
항이뇨 호르몬(anti diuretic hormone : ADH)은 뇌하수체 후엽에서 분비되며, 일명 바소프레신(vasopressin)이라고 한다. 그 주요 작용은 신장의 원위세뇨관과 집합관에서 수분의 재흡수를 촉진하여 소변량을 감소시키는 항이뇨 작용이 있다. 따라서 ADH가 없으면 물의 재흡수가 이루어지지 않아 저장성의 소변을 다량으로 배설하고 체액은 감소하게 된다.
운동 시, 특히 다량의 수분이 땀으로 배설되는 열 환경하에서의 운동 중에 항이뇨 호르몬의 분비가 많이 증가하는데, 이는 체내 수분 보존의 필요성을 반영한다. 예를 들어, 운동이나 열 환경 자극에 의한 발한 반응으로 체내 혈장량이 10% 이상 감소하거나, 혈장 삼투압이 1~2% 이상 증가하는 탈수 상태가 되면 수분 섭취 욕구가 유발된다.
갈증(thirst)은 구강 연막, 후두, 식도 연막 등의 습윤으로 나 위장 등의 여러 말초 수용기에서의 구심성 임펄스나 시상하부의 신경세포에 의한 삼투압 정보가 갈증중추(thirst center)를 흥분시킴으로써 일어난다. 갈증중추의 흥분은 뇌하수체 후엽에 전해져 항이뇨 호르몬(ADH)의 혈중 분비를 촉진한다.
출혈 또는 탈수로 인해 혈액량이 감소하면 항이뇨 호르몬 분비가 자극되며, 반대로 다량의 물을 마시거나 수액을 하는 경우에는 혈액량의 증가로 혈장 항이뇨 호르몬 농도가 감소한다. 혈액량의 증가는 좌심방 벽에 있는 용량 수용기에 의해 감지되고, 미주신경 중 상행하는 자극이 증가하여 뇌하수체 후엽에서의 항이뇨 호르몬 분비가 억제된다.
운동은 항이뇨 호르몬의 혈중 수준을 300~800%까지 증가시킨다. 운동강도를 증가시킬수록 항이뇨 호르몬 수준은 점차 증가하며, 증가를 유발하는 역치는 최대 산소섭취량의 약 40% 수준이다. 항이뇨 호르몬의 반감기는 5~20분으로서, 운동 후 휴식 시 수준으로 회복되는 데 약 1시간이 소요된다.
운동수행 전 미리 수분을 섭취할 때 운동 중의 항이뇨 호르몬 증가폭이증가 폭이 작게 나타난다. 훈련에 의해서 안정 시 항이뇨 호르몬 수준이 변화하지 않지만, 동일한 절대 운동강도에서 단련자의 증가 폭이 더 작게 나타난다.
8. 옥시토신
옥시토신(oxytoxin)은 뇌하수체 후엽에서 분비되는 호르몬으로서 임신 시 자궁의 근육층을 강하게 수축하며, 유방을 수축시켜 유즙의 유출을 촉진한다. 또한 자궁의 평활근을 수축시키는 작용이 있는데, 임신 말기 에스트로젠의 혈중농도 상승에 의해 자궁근육의 옥시토신에 대한 감수성이 증가하는 결과 분만을 촉진하게 된다.