당뇨병의 운동생리학적 기전에 따른 올바른 운동요법

[종설]

당뇨병의 운동생리학적 기전에 따른 올바른 운동요법

강 현 주

순천향대학교 체육학부 스포츠의학

- 요 약 -

당뇨병은 만성대사성 질환의 하나로서 인슐린 분비나 전달 과정에서 신호체계의 손상을 보이게 되면 체내에서 당을 이용하지 못하고 이로 인하여 당뇨병이 유발하게 된다. 근세포에서 당 수송에 자극인자인 인슐린과 더불어 조절 요법 중의 하나인 운동은 다른 신호전달경로를 통 해 당 수송에 긍정적인 영향을 보이는 것으로 보고된다. 본문에서는 운동을 통한 생리학적 기전과 이에 미치는 영향을 살펴보고 효과적이고

알맞은 운동을 위한 올바른 방법들과 주의할 사항들에 대하여 설명하고자 한다.

(대한임상건강증진학회지 2007;7(1):1~7)

서 론¹

당대사 결함으로 인한 대사 장애가 여러 합병증을 일으키는 당뇨병은 전세계적으로 그 수가 급격하게 증가하고 있으며 우 리나라의 경우 약 400 만 명 정도로 추정되고 있다.

정상적인 당대사는 인슐린 수용체 신호 경로가 당수송체와 관련된 인산 화 효소들을 자극하여 당이 세포내로 유입되도록 도와준다. 인 슐린 신호전달체계는 인슐린이 세포막의 인슐린 수용체와 결합 하고 내재하는 tyrosine kinase가 활성화된 인슐린 수용체에서 인슐린 기질 단백질인 IRS1, 2(insulin receptor substrate 1, 2) 에 p85가 결합하면 PI3 (phosphatidylinositol 3) kinase가 Akt 등 매개체에 의해 전달되고 당 수송을 유도하는 것이다.

이에 당뇨병은 여러 가지 원인들로 인슐린 저항성이 유발되어 혈중 내에 당이 상승하고 고혈당으로 인한 동맥경화, 고혈압과 더불 어 심장질환에까지 이르는 심각한 질환이다.

운동은 인슐린 작용에 긍정적인 영향을 미치며, 인슐린 작 용과는 다른 경로로 인슐린 저항성을 조절할 수 있다는 여러 연구들이 지속적으로 발표되고 있다.

선행연구에서 인슐린 분비를 억제시킨 후 운동을 실시한 결과 골격근 내 당 수송 체인 GLUT4 발현이 급격하게 상승하고 골격근 내 AMPK (adenosine monophosphate activated protein kinase)의 활성

∙교신저자 : 강 현 주 순천향대학교 체육학부 스포츠의학

∙주 소 : 충남 아산시 신창면 읍내리 646

∙전 화 : 041-530-1280

∙E-mail : [email protected]

∙접 수 일 : 2006년 11월 13일 ∙채 택 일 : 2007년 2월 23일

도가 증가한 보고들이 이러한 이론을 뒷받침한다.

즉, 운 동이 골격근내 GLUT4 mRNA 발현을 증가시키고

세포막 부분으로 전위되는 상당 비율의 GLUT4가 T세관에 존재하는 것으로 밝혀졌다.

운동은 대사작용을 활성화시켜 인슐린 저항성으로 인한 당뇨병 발생 및 이와 관련된 합병증을 개선, 예방할 뿐만 아니라 부작용과 위험성이 낮은 치료수단으로 중요한 역할을 하고 있다.

1. 골격근에 운동으로 인한 당 수송 체계

인슐린 신호전달로 인한 골격근내로 당 수송을 살펴보면 인 슐린 수용체는 세포외액에 존재하는 α 두 개와 세포내액에 존 재하는 β 두 개의 하위단위로 구성되며, 인슐린이 α 하위단위와 결합하여 β 하위단위의 tyrosine 잔기의 자기인산화와 내재적 tyrosine kinase의 활성화를 유발한다.

IRS 1, 2의 빠른 인산화 와 인슐린의 이차 메신저인 PI3-kinase의 활성으로 인슐린 신호 를 일으켜 PI3-kinase 아래로 Akt kinase가 자극을 받고 이 kinase의 활성이 원형질막이나 T세관으로 GLUT4 소포체의 수 송을 유도한다.

인슐린의 세포내 신호경로는 완전히 밝혀져 있지 않으나 인슐린 수용체의 자기인산화, IRS-1, 2의 tyrosine 인산화, IRS 단백질과 연관된 PI3-kinase의 활성이 세포간 대사 반 응에 포함되는 것은 이미 증명된 사실이다.

골격근에서의 인슐 린 증강 작용은 tyrosine kinase 활성을 의미하며, GLUT4 수송체 수와 활성도, 당 합성을 증가시키는 생리적 기전이라 할 수 있다.

근세포에서 인슐린과 근 수축이 GLUT4 전위에 미치는 영향

을 연구한 여러 연구들에서 인슐린과 운동이 서로 다른 기전으 로 근육의 당 수송을 자극한다고 밝혀내어

, 골격근에서 당수송체는 확실하게 구분되는 세포내 분획이 있다는 것을 증 명해내었으며, 이러한 연구들을 통해 운동의 중요성이 부각되 기 시작하였다. 인슐린 자극으로 인한 GLUT4의 활성과 대조적 으로 운동은 당과 지방산을 흡수, 연소시켜 ATP를 생성하는 AMPK를 활성화시켜, GLUT4의 작용을 유도하고 당 수송을 증 가시킨다.

또한 AMPK는 지방산 산화를 촉진시킴과 동시에 당 신생을 억제하고 당 흡수를 촉진시키는 등 인슐린과 비슷한 작용을 통해 당대사에 긍정적인 영향을 미치고 있다. 특히, 운 동시 골격근내로의 당 수송을 증가시키는 매개인자인 AICAR (5-aminoimidazole-4-carboxy-amide-1-D-ribofuranoside)는 체 내에서 AMP 유사체로 전환되어 AMPK를 활성화시키는 물질 로 당 수송을 증가시킨다는 보고가 있다.

근 수축 작용은 활 성화된 AMPK에 의해 조절되어 PC와 ATP 감소와 AMP 증가 가 근육내 당 수송을 촉진하며, 장기간 유산소성 운동을 통해 미토콘드리아 수와 산화능력의 증가가 근 적응을 가져오는 것 이다. 장․단기 운동으로 인한 AMPK 활성은 근육내 당과 지방 산 흡수 및 산화를 자극하고 근 수축 작용으로 인한 세포질 Ca

의 증가는 GLUT4 발현을 증가하여

당 수송 자극을 유발 시키는 것으로 보인다. 결국, 운동은 고에너지 인산화를 감소시 키고 Pi를 상승시켜 당 수송을 촉진하고 AMPK 활성화와 세포 내 Ca

을 증가시켜 근 수축을 통한 자극으로 당 흡수에 결정적 인 조절인자가 되는 것이다. 선행연구에서 근 수축이 정지한 후 에도 근세포내 당 수송은 상당히 증가되었으나, 세포질 내 Ca

농도는 근 수축시에만 상승된 것으로 나타나

Ca

이 직접적으 로 당 수송 활성을 돕는 것으로 보이지는 않지만 GLUT4 전위 를 유도하는 매개체에 영향을 주는 인자일 것으로 여겨진다.

흥미로운 점은 제2형 당뇨병이 있는 환자들에서 골격근에 인슐린 신호 전달에 결함을 보이지만 운동으로 인한 AMPK 의 활성은 정상 작용이 이루어진다는 것이다. 이는 AMPK 신호가 운동을 통한 근 수축으로 당 수송을 촉진시킴을 알 수 있으며, 운동 강도가 높아짐에 따라 AMPK의 활성도에 커다란 영향을 미치는 것으로 나타났다.

이러한 작용이 운 동과 근 수축을 통해 Ca

작용과 당 수송, GLUT4 전위, GLUT4 mRNA 발현을 유도하고 인슐린과 운동 간의 상호작 용 효과가 당 흡수를 촉진시키는 것이다. 또한 골격근에 인 슐린 민감성이 향상되고 GLUT4 전위를 가져와 당 유입에 추가적으로 영향을 미치게 된다.

골격근 당 수송에 매개체 역할을 하는 또 다른 물질로서, nitric Oxide(NO)는 골격근이 수축을 할 때 방출하고 NO synthase (NOS)가 억제되면 근세포내 당 수송이 감소되어 있는 것으로 알 려져 있다. 운동을 통해 NO는 NOS의 다른 동위소체들의 활성으

로 여러 조직에서 생산되는 것으로 NO가 당수송체인 GLUT4의 발현을 증가시켜 당 수송을 이끄는 결과들이 보고되고 있다.

당 유입이 감소하는 것은 인슐린 저항성으로 인한 세포막이 나 T세관, GLUT4 전위의 결함이 세포내 신호 전달 체계의 손 상을 초래하며, PI3-kinase의 p85 발현 감소로 일어난다. 인슐린 신호 전달 경로에서의 결함을 보이는 인슐린 저항성에도 운동 과 근 수축 작용의 영향으로 인슐린 저항성을 보이는 근육에서 당 흡수를 증가시키는 것으로 나타났다.

하지만 심한 인슐린 결핍을 보이는 경우에는 운동으로도 최대 당 수송 능력이 감소 됨을 보인 연구에서처럼

환경적, 유전적 요인에 따라 운동의 효과가 달라질 수 있고 생리학적 기전에 있어서도 관여하는 여 러 인자들의 상호 관련성에 대해서도 아직 명확하게 밝혀지지 않는 시점에서 좀 더 주의깊게 접근해야 할 것이다.

2. 당뇨병 환자를 위한 운동검사

아래에 제시되어 있는 운동검사는 일반적인 지침에 따라 적용된 것으로서

, 성별, 연령, 당뇨병의 진행정도, 합병증의 유무 등에 따라 신중하게 검사해야 한다. 운동선수나 합병증 이 없는 환자들은 좀 더 높은 수준에서 검사해도 된다. 검사 중에 특별한 증상을 보일 경우에는 일반적인 종료시점에 따 르지 않아도 된다.

운 동 검 사 표 준 측 정 종 료 시 점 주의할 사항

유산소성 사이클

․12 유도 심전 도, 심박수

․혈압

․운동자각도 (6-20)

․심각한 부정맥 > ST 분절의

2mm 저하나 상승

․허혈 역치

․유의미한 ST 변화

․수축기혈압

> 250mmHg 또 는 이완기혈압

> 115mmHg

․말초기관의 통증 개시점

․관상동맥질환의 위험성이 높음.

램프프로토콜:

17watts/min;

단계별 프로토콜 25-50watts/

3min stage 트레드밀 1-2 Mets/stage

근력

등속성/등장성 ․최대 반복수, 최대 회전력

․대혈관 합병증이 있으면 과도한 혈 압 상승은 문제 가 될 수 있음.

유연성 각도측정

좌전굴 ․거리 ․완전한 가동범위

근신경 보행분석 균형감각

․말초신경증 또 는 인공 보철 장 비에 대한 징후 를 보일 수 있음.

3. 당뇨병 환자를 위한 운동프로그램

운동 프로그램을 시작하기 전에 심혈관질환, 신경증, 신증, 망막증에 대한 의학적 평가를 받아야 하며, 운동시 심전도와 방사핵종 스트레스 테스트를 추가하여 운동이 적합한지에 대한 여부를 점검해야 할 필요가 있다. 안전하게 운동을 실 시하기 위해서는 환자의 상태를 파악하여 가족력이나 병력 이 없는지 확인하고 합병증과 관련된 주의사항을 주지시킨 다. 운동프로그램은 지구성 운동과 저항성 운동을 조화롭게 구성해야 하며, 주당 1000 kcal 이상 유산소성 형태의 운동을 위주로 실시해야 심혈관질환의 위험률을 감소시키고 체중 조절에도 도움을 받을 수 있다. 몇몇 연구들에서 저항성 운 동이 제2형 당뇨병 환자에게 제지방량을 증가시키고 HbA1c 를 향상시킨다는 결과로 병행해서 실시하는 것이 바람직하 다.

1) 운동 형태

운동 형태에 있어서는 당뇨병 환자들이 혈당 조절을 위해 지속적으로 실시할 수 있는 운동으로 권장하여 실천할 수 있 도록 하는 것이 중요하다. 유산소성 운동에 속하는 걷기, 조 깅, 수영, 에어로빅 댄스, 스포츠 댄스, 자전거타기 등 여러 형태의 운동을 교대로 프로그램을 구성하는 것도 흥미를 잃 지 않고 심폐능력을 향상시켜 심혈관질환을 감소시킬 수 있 는 좋은 방법이다. 흥미 유발의 운동으로 실시하되, 자율신경 증이나 퇴행성관절염이 있는 경우에는 무부하 운동이 선행되 어야 하고 혈당 조절을 위해서는 유산소성 운동을 최소한 주 당 3회 이상의 비연속적인 빈도로 실시하도록 권장한다.

주 로 웨이트트레이닝을 통한 저항성 운동도 주당 2-3회로 비연 속적으로 실시하며, 운동 중에는 휴식시간을 두는 것이 바람 직하다. 관절염이 있는 고령자들은 저항성 운동이 효과적이 지만 통증을 피하기 위하여 가동범위를 제한할 필요가 있으 며, 탄력밴드를 이용하여 저항성 운동을 실시하는 것이 부담 없고 상해의 위험을 줄일 수 있다. 유산소성 운동과 저항성 운동을 병행하는 것이 체력이 저하된 노인성 당뇨병 환자들 의 체력을 증진시키고 기초대사량을 늘려 과체중이나 비만한 당뇨병 환자들의 체중을 조절하고 나아가 합병증을 예방하는 바람직한 형태라 할 수 있다.

2) 운동 강도

운동 중에 이상 유무를 파악하기 위하여 점증운동검사를 실시하고 최대산소섭취량을 통해 운동강도를 구하는 것이 정 확하지만 일반적으로 심폐능력을 향상시키기 위하여 최대심

박수의 55-79%로 실시하면 충분하다.

최대심박수는 220에 서 본인의 나이를 뺀 값으로 설정하면 되는데 예를 들면 40 세인 경우 220에서 40를 뺀 180의 55-79%로 분당 99-142회 정도의 강도를 실시하면 된다. 체력이 매우 약하거나 위험성 이 매우 높은 상태라면 낮은 강도로 실시하고 개개인의 수준 에 따라 조금씩 조정하면 된다. 자율신경증 환자들은 운동시 심박수 반응에 이상을 보일 수 있으며, 관상동맥질환자들은 베타차단제 약물로 인해 심박수를 통한 설정이 어려우므로 RPE(운동자각도) 지수를 통해 운동 강도를 정하는 것이 좋 다. RPE는 “매우 가볍다”에서 “최대로 힘들다”까지 다양하므 로 사전 검사를 통해 강도를 정하고 적용하는 것이 좋다. 저 항성 운동은 전체적인 대근군을 이용하기 위하여 8~10가지 운동기구를 골고루 실시하는 것이 전체 근육을 발달시키는 데 바람직하며, 1RM(repetition maximum)의 30~50%로 8~12 회로 구성하되 피로가 올 때까지는 실시하지 않도록 한다.

운동 중에는 발살바법(Valsalva manuever)으로 인한 혈압 상 승은 망막 박리와 유리체 출혈의 위험을 증가시킬 수 있고 말초신경증은 발 궤양과 근 손상 등의 위험성 있으므로 주의 해야 한다. 당뇨병성 신증이나 심혈관 합병증이 있는 환자들 도 혈압 상승에 주의하여 저항성 운동을 실시하도록 한다.

3) 운동 시간

운동 시간은 10분 정도의 준비운동과 20~40분간의 속보, 조깅, 수영 등의 유산소성 운동을 실시하고 스트레칭 등으로 정리운동을 10분 정도 하는 것이 전형적인 운동프로그램으로 권장된다.

개인적으로 시간을 내기가 어렵거나 지루함을 느 낄 때에는 오전, 오후로 나누어 실시하는 것도 운동을 지속 할 수 있는 방법이 된다. 추가적으로 체중을 감량하고자 할 때에는 좀 더 낮은 강도로 장시간 수행하는 것이 칼로리 소 비를 극대화시켜 목표를 달성하는데 도움을 주며, 인터벌 트 레이닝을 통해서도 가능하다. 이 때 환자의 초기 체력 수준, 연령, 동반되는 의학적 상태, 목표, 선호도에 따라 적정한 운 동프로그램을 구성해야 할 것이다. 점진적 향상 단계에서는 운동 빈도와 시간을 먼저 증가시킨 후에 강도를 늘려나가는 것이 운동 상해를 최소화하고 통증이나 합병증을 예방할 수 있다.

4) 운동 시 주의사항

운동 중에 저혈당의 위험이 있으므로 혈당 수준을 체크하

고 필요한 경우 탄수화물 섭취를 할 수 있도록 한다. 다뇨증

으로 인한 탈수증은 체온조절의 손상을 가져올 수 있으며,

운동 중에 급사와 무증상 심혈관질환은 대부분 자율신경장애

와 관계가 있으므로 운동 전에 정밀한 진단이 필요하다.

올바른 운동은 다양한 생리학적 기전을 통해 심혈관계의 향상을 가져오고, 내당능 장애를 보이거나 대사증후군이 있 을 경우 질환의 진행을 지연시키거나 예방할 수 있으며, 제2 형 당뇨병 환자에 있어서도 의학적 조절의 필수 요건으로 매 우 중요한 치료 수단이 된다. 주목할 점은 반드시 의학검사 후에 안전하게 운동프로그램을 실시해야 하며, 당뇨병 환자 들은 운동 효과에 대한 지식과 동기가 부족하므로 건강관련 전문가들이 이를 숙지할 수 있도록 도와주고 신체활동을 늘 릴 수 있도록 교육해야 한다. 또한 운동을 해야 한다는 의무 감보다는 개별화된 조언을 통해 운동요법을 적극 장려해야 한다. 이와 동시에 임상운동생리학자들은 심도있는 연구를 통해 당뇨병의 발생시점과 운동의 형태 등에 따른 차이를 규 명하고 당뇨병을 위한 최상의 운동 방법을 제공하기 위한 연 구가 지속되어야 할 것이다.

5) 운동시 특별히 고려되어야 할 사항

미국 스포츠의학회(ACSM)에서 제시하는 운동프로그램에 서 운동 중에 특별히 고려해야 하는 사항들을 나열해보면 다 음과 같다.

• HbA1c 검사를 통해 장기간 혈당조절에 대한 부가적인 정보를 제공받을 수 있으나, 당뇨병 환자들을 위한 선 별도구로 추천되지 않는다.

• 당뇨병 환자들에서 나타나는 고혈당은 다뇨, 다갈, 다식 (체중감소), 망막이상 등을 초래할 수 있다.

• 저혈당과 고혈당을 예방하기 위해 운동 프로그램 시작 전에 혈당조절을 해야 한다.

• 저혈당으로 인한 사고 위험을 최소화하기 위해 관리자 나 동반자가 함께 운동한다.

• 경구혈당강하제나 인슐린을 투여 후 운동으로 인한 저 혈당이나 고혈당을 예방하기 위해 혈당을 관찰해야 한다.

• 혈당은 운동 시작 전과 운동 후 또는 운동프로그램을 수정할 경우에 체크한다.

• 후기 발병 저혈당은 운동프로그램을 수정하거나 시작할 때 운동 후 48시간까지 발생할 수 있다.

• 공복시 혈당이 250 mg/㎗ 이상이 되면 운동을 삼가고 혈당이 300 mg/㎗ 이상이라면 케톤증이 나타나지 않도 록 주의한다.

• 운동 전에 인슐린 투여 혹은 탄수화물 섭취는 혈당 수 준에 따라 실시하며, 운동 전에 혈당이 100 mg/㎗ 이 하가 되면 탄수화물을 20-30 g 정도 섭취한다.

• 운동으로 인한 저혈당의 위험을 낮추기 위해서 운동근 부위에 인슐린 투여를 피하고 복부 부위를 택한다.

• 늦은 저녁에 운동을 할 경우 야간의 저혈당 위험을 최

소화하기위해 탄수화물 섭취를 늘린다.

• 격렬한 저항성 운동은 급성 고혈당이 발생하기도 하지 만 운동 후 인슐린이나 경구혈당강하제로 인해 저혈당 의 위험을 초래할 수 있다.

• 망막증이 있는 환자들의 운동성 망막 박리와 유리체 출 혈을 예방하기 위해서 일반적으로 비증식성 당뇨성 망 막증에 대해서 혈압이 급상승하는 활동은 피한다. 심각 한 비증식성 당뇨성 망막증은 수축기 혈압이 170 mmHg 이상 상승하는 운동은 삼간다. 증식성 당뇨성 망막증은 격렬한 활동, 발살바법이나 충격을 주는 격투 기 등의 활동을 피한다.

• 자율신경증이 있는 환자들은 저혈당 증상이나 허혈증상 등을 자각하기가 불가능하기 때문에 저혈당이나 심혈 관질환의 증상과 징후를 주의깊게 관찰한다. 또한 운동 에 대한 심박수와 혈압 반응이 둔감해지므로 RPE를 이 용하여 운동 강도를 정하는 것이 좋다. 외부 환경에 적 응할 수 있는 체온조절도 저하되어 있으므로 주의해야 한다.

• 말초신경증 환자들은 족부 궤양을 예방하기 위해서 발 에 적당한 보호장비를 하고 심각한 말초신경장애가 있 는 환자들은 체중부하 운동을 제한하여 실시한다.

• 체력이 저하되어 있는 신증환자들은 저강도에서 중강도 로 운동을 실시하도록 권장한다.

결 론

골격근은 인슐린 신호전달을 통해 당 수송을 가져오는 주

요 기관이지만, 당뇨병과 같이 IRS, PI3 kinase 경로를 통한

인슐린 신호전달에 장애가 발생하면 근세포내 당 수송 활동

의 저하를 보인다. GLUT4는 당대사의 항상성을 유지시키는

수송체로서, 당 수송은 GLUT4 전위를 통해 매개되기 때문에

근세포 내 GLUT4 작용은 매우 중요하다.

GLUT4는 두 개

로 분리된 신호경로로 골격근에서 활성화되는데, 하나는 인

슐린에 의하여 자극되고, 다른 하나는 운동과 같은 근 수축

을 통해 이루어진다.

운동은 근세포 내 인슐린과 독립적으

로 세포막 GLUT4 전위로 당 수송을 촉진시키고 운동 직후

당 수송에 자극이 되어 인슐린 민감성을 증진시키고 운동 적

응 후에도 인슐린 반응에 비례적으로 GLUT4의 증가를 보이

고 있다.

인슐린 저항성을 보이는 경우에도 운동으로 인한

골격근에서 GLUT4의 과발현은 당 항상성을 가져와 대사 작

용을 활성화하여 당뇨병을 예방하거나 당뇨병이 있는 환자들

에게 중요한 치료 수단이 된다.

당 수송을 증가시키기 위한 방법으로 운동은 당대사 결함 을 보이는 당뇨병에 매우 중요한 치료 수단이며, 적당한 운 동은 당뇨병과 이전 단계에 있는 사람들에게 혈당과 혈압 조 절, 중추와 말초 심혈관 기능 향상, 체중과 독립적으로 복부 비만 감소, 지질수준, 향상을 가져와 당뇨병으로의 진행을 지 연시키게 된다. 결과적으로 운동은 세포내 GLUT4를 활성화 시키고 당 항상성 및 인슐린 민감성을 향상시키는 중요한 수 단으로서, 향후 인슐린과 근 수축에 따른 신호 전위 경로의 분자적 기전을 좀 더 명확히 파악한다면 결핍된 당대사를 강 화시키는데 매우 중요한 치료 전략이 될 것이다.

참고문헌

1. 이강옥. 운동부하검사와 운동처방. 2006. 대경북스

2. 전병환. 췌장절제 및 STZ-유발 당뇨쥐에 있어서 탈진적 운동이 GLUT-4 전위, AMPK와 ACC-2의 인산화에 미치는 영향. 2006.

서울대학교 박사학위논문

3. Hayashi T., Wojtaszewski JFP., & Goodyear LJ. Exercise regulation of glucose transport in skeletal muscle. Am J of Physiol. 1997;273: E1039-E1051.

4. Constable SH., Favier RJ., Cartee GD., Young DA., & Holloszy JO. Muscle glucose transport: interactions of in vitro contractions, insulin, and exercise. J Appl Physiol. 1988;64(6):

2329-2332.

5. Wojtaszewski JFP., Hansen BF., Gade J., Kiens B., Markuns JF., Goodyear LJ., & Richter EA. Insulin signaling and insuling sensitivity after exercise in human skeletal muscle. Diabetes.

2000;49:325-331.

6. Holloszy JO. Exercise-induced increase in muscle insulin sensitivity. J Appl Physiol. 2005;99:338-343.

7. Holloszy JO. A forty-year memoir of research on the regulation of glucose transport into muscle. Am J Physiology Endocrinol Metab. 2003;284:E453-E467.

8. Jessen N., Mustard KJ., Graham DA., Yu H., Mac Donald CS., Pilegaard H., Goodyear LJ., Hardie DG., Richter EA., &

Wojtaszewski JF. 5-AMP-activated protein kinase activity and subunit expression in exercise-trained human skeletal muscle. J Appl Physiol. 2003;94(2):631-641.

9. Jessen N. & Goodyear JL. Role of exercise in reducing the risk of diabetes and obesity: contraction signaling to glucose transport in skeletal muscle. J Appl Physiol. 2005;75:330-337.

10. Goodyear LJ., Hirshman MF., & Horton ES. Exercise-induced translocation skeletal muscle glucose transporters. Am J Physiol.

1991;261:E795-799.

11. Douen AG., Ramlal T., Klip A., Young DA., Cartee GD., Vranic M.,

& Holloszy JO. Exercise-induced increase in glucose transporters in plasma membranes of rat skeletal muscle. Endocrinology. 1989;

124(1):449-454.

12. Goodyear LJ., & Kahn BB. Exercise, glucose transport, and insulin sensitivity. Annu Rev Med. 1998;49:235-261.

13. Wallberg-Henriksson H., Constable SH., Young DH., & Holloszy JO. Glucose transport into rat skeletal muscle: interaction between exercise and insulin. J Appl Physiol. 1988; 65(2):909-913.

14. Khayat ZA., Patel N., & Klip A. Exercise-and insulin-stimulated muscle glucose transport: distinct mechanism of regulation. Can J Appl Physiol. 2002;27(2):129-151.

15. Chibalin AV., Yu Mei., Ryder JW., Song XM., Galuska D., Krook A., Wallberg-Henriksson H., & Zierath J. Exercise- induced changes in expression and activity of proteins involved in insulin signal transduction in skeletal muscle: differential effects on insulin-receptor substrates 1 and 2. Appl Biol Sci.

2000;97(1):38-43.

16. Nesher R., Karl IE., & Kipnis DM. Dissociation of effects of insulin and contraction on glucose transport in rat epitrochlearis muscle. Am J Physiol. 1985;249(3):C226-C232.

17. Holmes BF., Sparling DP., Olson AL., Winder WW., & DOhm G. Regulation of muscle GLUT 4 enhancer factor and myocyte enhancer factor 2 by AMP-activated protein kinase. Am J Physiol Endocrinol Metab. 2005;289(6):E1071-1076.

18. Sakamoto K., & Goodyear LJ. Exercise effects on muscle insulin signaling and action invited review; intracellular signaling in contracting skeletal muscle. J Appl Physiol. 2002;369-383.

19. Richard EA., & Richter EA. Skeletal muscle glucose uptake during exercise: how is it regulated? Physiology. 2005;20:260- 270.

20. Wright DC., Hucker KA., Holloszy JO., & Han DH. Ca2+ and AMPK both mediate stimulation of glucose transport by muscle contractions. Diabetes 2004;53:330-335.

21. Ojuka EO., Jones TE., Nolte LA., Chen M., Wamhoff BR., Sturek M., & Holloszy JO. Regulation of GLUT4 biogenesis in muscle: evidence for involvement of AMPK and Ca2+. Am J Physiol Endocrinol Metab. 2002;282:E1008-E1013.

22. Douen AG., Ramlal T., Rastogi S., Bilan PJ., Cartee GD., Vranic M., Holloszy JO., & Klip A. Exercise induces recruitment of the

"insulin-responsive glucose transporter". J Bio Chem. 1990;265 (23):13427-13430.

23. Ivy JL. Muscle insulin resistance amended with exercise training: role of GLUT4 expression. Med Sci Sports Exerc.

2004;36(7):1207-1211.

24. Christ CY., Hunt D., Hancock J., Garcia-Macedo R., Mandarino LJ., & Ivy JL. Exercise training improves muscle insulin resistance but not insulin receptor signaling in obese Zucker rats. J Appl Physiol. 2002;92:736-744.

25. Durstine JL., and Moore GE. ACSM's exercise management for persons with chronic diseases and diabilities. 2nd. Human Kinetics. 2003.

26. Wallberg-Henriksson H., & Holloszy JO. Activation of glucose transport in diabetic muscle: responses to contraction and insulin. Am J Physiol. 1985;249(3):C233-237.

27. Lim JM, Kang HJ., & Stewart KJ. Exercise training: an essential lifestyle intervention for prevention and management of type 2 diabetes mellitus. Am J Med Sports. 2003;5(5):341-347.

28. American College of Sports Medicine. ACSM's guidelines for exercise testing and prescription. 7th ed. 2006; Lippincott Williams

& Wilkins.

29. Gulve EA., Cartee GD., Zierath JR., Corpus VM., & Holloszy JO.

Reversal of enhanced muscle glucose transport after exercise:

roles of insulin and glucose. Am J Physiol. 1990;259(5):E685-E691.

30. Goodyear LJ., Hirshman MF., Valyou PM., & Horton ES. Glucose transporter number, function, and subcellular distribution in rat skeletal muscle after exercise training. Diabetes. 1992;41(9): 1091- 1099.

31. Garcia-Roves PM., Han DH., Song Z., Jones TE., Hucker KA., &

Holloszy JO. Prevention of glycogen supercompensation prolongs the increase in muscle GLUT4 after exercise. Am J Physiol Endocrinol Metab. 2003;285:E729-E736.

[ Abstract ]

Exercise physiologic mechanisms related to effective exercise prescription in type 2 diabetes mellitus

Hyun-Joo Kang

Division of Physical Education Soon Chun Hyang University

Insulin and exercise are the most physiologically relevant stimulators of glucose transport in type 2 diabetes mellitus. Two separate pools of glucose transporters in muscle, with one pool being susceptible to translocation by the action of insulin but not muscle contraction, and the other responding to the signal generated by contractions but not insulin. Type 2 diabetes patients can increase rates of muscle glucose uptake with exercise, because the muscle is able to bypass in the insulin signaling molecules and effectively activate the exercise-specific signaling mechanism.

This effect of exercise is similar to the action of insulin on glucose uptake, and the mechanism through which both stimuli increase skeletal muscle glucose uptake involves the translocation of GLUT-4 glucose transporters to the plasma membrane and transverse tubules. Thus the exercise-stimulated physiologic mechanisms resulting in increased muscle glucose transport may be important as an alternative pathway to states of insulin resistances. This review provides the evidence and possible mechanisms by which exercise produces these benefits, and gives a brief review of effective exercise and special considerations.

(Korean J Health Promot Dis Prev 2007 ; 7(1) : 1~7)

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