3.1. 에너지 대사

인체는 상당한 에너지 저장량을 필요로 하는 복잡한 생리적 과정을 통해 작동합니다. 특히 뇌와 근육과 같은 주요 조직은 이 생물학적 시스템 내에서 주요 에너지 소비자로 두드러집니다[ 73 , 74 ]. 휴식 상태에서 평균적인 성인 뇌와 골격근은 각각 약 250mL의 O2/분을 소비하며 _, 이는 각 조직의 총 O2 소비량의 약 20%를 차지합니다 _[ 74 ] . 전반적인 신체 기능을 유지하는 데 있어서 이들의 중요한 역할은 최적의 성능을 위해 일관되고 충분한 에너지 공급이 필수적임을 나타냅니다. 에너지 공급이 감소하면 이러한 필수적인 생물학적 과정이 심각하게 방해를 받아 이러한 조직의 건강과 효율성이 손상될 수 있습니다[ 73 , 74 ]. 이러한 맥락에서 에너지 대사의 기저에 있는 메커니즘을 밝히고 이 복잡한 시스템에서 마그네슘이 차지하는 역할을 이해하는 것이 필수적입니다.

다른 많은 시스템과 조직과 마찬가지로 골격근은 노화에 따라 체중 감소를 포함한 수많은 구조적 및 기능적 변형을 겪습니다. 이러한 변화는 질병과 허약함의 주요 요인으로 작용합니다. 연령 관련 근육 악화, 근력 감소, 세포 에너지 대사 장애는 신체 능력 감소로 이어집니다[ 75 ].

각 근섬유(근세포)에는 수십만 개의 미토콘드리아가 포함되어 있으며, 이를 세포의 "발전소"라고 합니다[ 76 ]. 인체의 생리적 기능에 필요한 상당량의 에너지는 호흡 사슬을 통한 전자 이동을 통해 이러한 세포소기관에서 생성됩니다[ 75 ]. 근육의 미토콘드리아 기능 저하가 연령 ​​관련 근육 기능 장애와 호기성 능력 감소에 영향을 미칠 수 있습니다[ 75 ].

세포 내 에너지 대사는 복잡한 과정이며, 마그네슘은 중요한 역할을 하는데, 이는 특히 미토콘드리아 건강과 기능에 필수적입니다[ 77 ]. 마그네슘 수치가 부족하면 미토콘드리아 효율성이 감소하고 활성 산소(ROS) 생성이 증가할 수 있습니다. ROS는 이어서 DNA와 단백질을 포함한 중요한 분자에 구조적, 기능적 손상을 초래할 수 있으며[ 77 ], 이는 모두 노화와 관련이 있습니다.

이 개념을 뒷받침하는 한 연구에서는 마그네슘 결핍 동물의 근육 조직에서 미토콘드리아 손상이 나타났으며, 이는 붓기와 미세 구조 변화로 나타났다고 밝혔습니다[ 78 ]. 반대로 노화와 관련된 산화적 미토콘드리아 붕괴는 개인을 저마그네슘혈증에 걸리기 쉽게 만들 수 있습니다.Wilson et al.(2004)은 미토콘드리아 유전자의 돌연변이로 인해 혈류에서 마그네슘 수치가 감소했다고 지적했습니다.이 감소는 피험자가 나이가 들면서 더 두드러졌는데, 이는 아마도 신장 네프론의 먼쪽 구불세관에서 마그네슘을 재흡수하는 데 상당한 양의 ATP가 필요하기 때문일 수 있으며, 이는 미토콘드리아 기능이 손상되면 감소합니다[ 79 ].

특히, 미토콘드리아의 마그네슘은 전체 세포 수준의 1/3을 구성하여 세포 에너지 대사에서의 중추적 역할을 강조합니다[ 29 , 72 ]. 이 필수 미네랄은 전자 전달 사슬, 산소 해독, ATP 생성을 포함한 핵심 미토콘드리아 기능을 지원하는 데 중요하며, ATP는 세포의 주요 에너지 통화로 작용하여 수많은 생리적 기능을 주도합니다. 사실, 마그네슘은 ATP의 전달과 활용을 수반하는 모든 인산화 과정과 반응에 필수적입니다[ 34 , 77 ]. 마그네슘은 ATP와 복합체로 존재할 뿐만 아니라 핵산과 막의 구성 요소로도 존재합니다[ 29 , 72 ].

마그네슘은 모든 속도 제한 해당분해 효소의 활성에 필요합니다[ 47 ]. 또한, 에너지 대사와 근육 기능에서 마그네슘의 중요성은 횡문근의 근원섬유 수축 및 이완의 슬라이딩 필라멘트 메커니즘에 없어서는 안 될 실체인 Mg-ATP 복합체에 관여함으로써 강조됩니다[ 72 ]. 세포 내 ATP의 대부분은 Mg-ATP 복합체로 발견되며, 이는 생물학적으로 활성한 형태를 나타냅니다[ 80 ]. 마그네슘은 ATP가 관련된 모든 반응을 촉매하는 데 필수적이며, 효소 결합을 촉진하는 형태로 ATP의 폴리인산 사슬을 유지하는 데 도움이 됩니다[ 20 ]. ATP에 대한 Mg 결합의 중요성은 아래에 설명된 대로 여러 가지 역할을 하기 때문에 발생하며, 궁극적으로 결합 에너지를 증폭시켜 효소-기질 상호 작용의 특이성을 향상시킵니다[ 80 ].

마그네슘 이온(Mg ²⁺ )은 ATP 폴리인산 사슬의 음전하를 상쇄하여 효소와 폴리인산기 사이의 비특이적 이온 상호작용을 최소화합니다[ 80 ]. 따라서 반응은 특이적이고 효율적입니다. 또한 Mg ^{2+ 는} ATP-Mg 복합체와 효소 사이의 상호작용 지점 수를 늘려 결합 에너지를 높이고 ATP 분자가 효소 작용에 적합한 위치에 있도록 합니다[ 80 ]. 나아가 이러한 마그네슘-ATP 상호작용은 뉴클레오티드가 잘 정의된 구조로 유지되도록 하여 효소가 정밀하게 결합할 수 있도록 합니다. 이러한 상호작용은 또한 말단 OP 결합을 약화시켜 ATP 분자를 활성화하여 세포 에너지 역학의 기초가 되는 과정인 인산염의 효율적인 전달을 용이하게 합니다[ 20 ].

근육감소증의 메커니즘을 밝히려는 노화에 대한 수많은 주요 이론이 미토콘드리아에 초점을 맞춘 것은 주목할 만한 일입니다.이는 미토콘드리아가 근세포 내에서 생명과 죽음의 과정을 모두 조절하는 이중 역할을 하기 때문입니다[ 76 ].이러한 세포소기관은 Mg-ATP를 통해 세포 에너지를 생산하는 주요 생성기일 뿐만 아니라 세포사멸 경로인 세포자살의 중요한 조절자이기도 합니다[ 76 ].이전에 강조했듯이 노화는 종종 마그네슘 상태 저하와 관련이 있습니다.이는 차례로 연령에 따른 미토콘드리아 기능 저하에 영향을 미쳐 세포 내 에너지 고갈로 이어질 수 있습니다.이러한 역학은 노화된 골격근에서 세포자살을 유발하여 연령에 따른 기능 상실에 더욱 기여할 수 있습니다[ 21 , 47 , 76 , 81 ].

미토콘드리아, 에너지 생산, 근육 수축에서의 직접적인 역할 외에도 마그네슘은 세포 신호 전달 과정에도 필수적입니다. 구체적으로, Mg-ATP 복합체는 단백질 인산화와 순환 아데노신 모노포스페이트(cAMP)의 합성 및 활성화에 중요한 역할을 합니다. 이 중요한 세포 신호 분자는 수많은 생화학적 과정에 참여하여 세포 내에서 마그네슘의 다양하고 중심적인 역할을 강화합니다[ 29 , 72 , 82 ]. 또 다른 흥미로운 상호 작용은 근육 세포 내에서 마그네슘과 칼슘 간의 관계입니다. 근육 세관에서 칼슘의 흡수와 방출은 Mg-ATP 수치와 밀접하게 연결되어 있습니다. 이러한 연관성은 세포 내 마그네슘 농도의 미묘한 변화조차도 근육 세포의 수축 성능에 큰 영향을 미칠 수 있음을 의미합니다[ 72 ].

마그네슘 결핍과 근육감소증이 노령 인구에서 더 흔하고 마그네슘이 근육 ATP 생산에서 중심적인 역할을 한다는 점을 감안할 때, 손상된 마그네슘 상태가 생애 후반에 관찰되는 근육감소증에 기여하는 요인일 수 있다는 가설이 제시되었습니다[ 72 , 77 ]. 이 개념을 뒷받침하기 위해 노화와 젊은 자원봉사자를 대상으로 수행된 여러 연구에서 유기체의 마그네슘 상태 또는 보충이 근육 성능에 강력한 영향을 미친다는 것을 발견했습니다[ 77 , 83 , 84 , 85 , 86 ]. 이는 에너지 대사, 막 수송, 근육 수축 및 이완에서 마그네슘이 중심적인 역할을 하기 때문일 가능성이 높습니다[ 77 , 85 ].

3.2. 단백질 합성

단백질 항상성은 세포 내 단백질 항상성을 유지하는 데 책임이 있는 복잡하고 긴밀한 네트워크를 설명하는 데 사용되는 용어이며[ 87 ], 이 과정은 인체 내의 여러 생리적 과정을 조절하는 데 중요한 역할을 합니다. 탄소, 수소, 산소, 질소로 구성된 단백질은 신체에서 다면적인 역할을 하는 복잡한 거대 영양소 역할을 합니다. 단백질은 구조적 무결성에 기여하고, 중요한 세포 및 생리적 과정을 조절하고, 효과기 역할을 하며, 때로는 에너지원 역할을 합니다[ 88 , 89 ].

단백질 항상성에는 단백질 합성, 접힘, 분해 및 품질 관리 메커니즘의 네 가지 주요 부분으로 요약할 수 있는 여러 가지 프로세스가 포함됩니다[ 90 ]. 이 섬세한 균형에 대한 어떠한 교란이라도 개별 세포와 유기체 전체의 건강에 중대한 영향을 미칠 수 있다는 점은 주목할 만합니다[ 87 , 91 , 92 , 93 ]. 단백질 항상성의 혼란은 노화 과정의 7가지 기본 결정 요인 중 중요한 구성 요소이며 신경 퇴행성 질환, 심혈관 질환 및 근육 감소증과 같은 상태의 병인과 관련이 있습니다[ 92 , 94 , 95 , 96 , 97 ].

골격근 조직은 신체의 모든 단백질의 50~75%를 함유하고 있기 때문에 주로 단백질로 구성됩니다[ 98 ]. 결과적으로 단백질 항상성을 유지하는 것은 골격근량을 보존하는 데 중요합니다. 그러나 노화 과정은 단백질 합성 능력에 부정적인 영향을 미치는 동화 저항이라는 주목할 만한 현상을 초래합니다. 이러한 동화 작용 둔화는 수유 및 운동과 같은 기존의 동화 작용 자극이 있는 경우에도 지속되며 이러한 손상은 노인에게 흔히 나타나는 근육 감소증 및 허약함과 관련이 있습니다[ 93 , 99 , 100 , 101 , 102 ]. 안정 동위원소 방법론을 사용하여 Wall et al.(2015)은 식후 근육 단백질 합성 속도가 노령자(75±1세)에서 젊은 사람(22±1세)보다 16% 낮다는 것을 관찰했습니다[ 103 ]. 번역 속도의 감소는 단백질 합성에서 관찰되는 연령 관련 변화 중 하나입니다[ 93 ]. 또한 노화 과정은 단백질 재활용 시스템의 효과성 감소와 관련되어 있으며, 손상된 단백질 및 기타 분자가 축적되어 세포 기능을 방해하고 연령 관련 기능 장애에 기여할 수 있습니다[ 93 ].

단백질 합성은 세포에서 가장 복잡하고 에너지적으로 요구되는 동화작용 과정 중 하나입니다[ 100 , 104 ]. 이 생물학적으로 중요한 과정은 상당 부분의 ATP 소모를 설명하며, ATP 매장량의 70% 이상이 다양한 생합성 경로를 지원하는 데 할당됩니다[ 90 ]. 리보솜은 단백질 합성을 담당하는 세포 소기관으로[ 105 ] 생물체의 모든 조직 내에서 단백질을 합성하기 위한 기본 구성 요소로 아미노산에 의존합니다[ 36 ]. 리보솜과 아미노산 외에도 단백질 합성에는 메신저 RNA(mRNA)[ 36 ]와 필수 미네랄[ 106 ] 을 포함한 다양한 세포 구성 요소가 필요합니다 .

단백질 합성 조절에는 전사와 번역의 여러 단계가 포함되며, 이 과정은 근육 수축과 대사에 관여하는 리보솜 RNA와 단백질 생성에 필수적입니다[ 107 ]. 전사 단계 내에서 두 개의 마그네슘 양이온(Mg ²⁺ )이 RNA 중합효소의 활성 부위에 국한됩니다. 이 양이온은 RNA 합성을 조정하여 뉴클레오시드 삼인산(NTP) 응축에 중요한 역할을 합니다[ 25 , 108 ]. Mg ²⁺ 이온 중 하나는 새로운 인산이에스테르 결합 형성에 기여하는 반면, 다른 하나는 효소의 5가 결합 전이 상태를 안정화하는 데 적극적으로 참여합니다[ 108 ]. 상당한 음전하를 띠는 리보솜 RNA(rRNA) 합성에서 Mg ²⁺ 킬레이션은 정전기적 반발을 줄이는 역할을 합니다[ 35 , 90 ].

Mg ^{2+ 는} 또한 tRNA(전사 RNA)의 접힘에서 중요한 역할을 합니다[ 109 ]. 사실, Mg 는 산소 원자가 인산기를 통합하여 단단하고 단단한 팔면체 구조를 형성하는 능력 때문에 모든 RNA 접힘 과정과 에너지 상태에 없어서는 안 될 물질입니다[ 109 ]. 번역 수준에서 Mg ^{2+ 는} 리보솜의 2차 구조를 안정화하는 데 없어서는 안 될 성분으로 등장합니다[ 106 , 109 , 110 ]. 이러한 구조적 안정성은 모든 번역 단계, 특히 펩타이드 결합 형성의 개시 과정에서 기본이 됩니다[ 90 , 111 ].

또한 Mg ^{2+ 는 rRNA와 리보솜 단백질(rProteins) [} 106 , 109 ] 사이의 결합을 매개하는 데 필수적인 역할을 합니다. 이는 rProteins의 인식을 용이하게 하는 물 분자를 활성화합니다 [ 112 ]. 또한 Mg ^{2+ 는} A 부위에서 코돈-안티코돈 상호 작용을 안정화하는 데 도움이 되고 리보솜 재활용 인자(RRF)가 리보솜에 결합하는 데 영향을 미칩니다 [ 106 ]. 특히, 마그네슘 농도가 제한될 때 리보솜 분해가 특히 중요해지는데, 이는 재활용 과정에서 필수적인 세포 활동을 위해 Mg ^{2+ 이온이 방출되기 때문입니다 [} 90 ].

마지막으로, 라파마이신의 포유류 표적(mTOR)은 단백질 합성을 자극하는 동시에 단백 분해를 억제하는 데 중요한 역할을 합니다[ 37 ]. 마그네슘은 에너지 시스템에서의 역할뿐만 아니라 mTOR 신호 전달을 활성화하는 능력을 통해서도 이 과정에 복잡하게 관여합니다[ 113 ]. 이 경로는 개시, 연장 및 리보솜 생합성에 필수적입니다[ 114 ]. 근육의 동화 및 이화 경로에서 mTOR의 중심 역할과 그 활성화에 대한 마그네슘의 영향을 감안할 때 mTOR와 마그네슘은 모두 연령 관련 근육 손실을 극복하기 위한 개입에 유망한 표적을 제시합니다[ 37 ].

여기에서 보여지는 것처럼, 마그네슘은 단백질 합성에서 중요한 역할을 하며 골격근 조직에서 전사 및 번역 과정에 영향을 미칩니다. RNA 합성, 리보솜 안정화, mTOR 신호 전달 경로 활성화에 관여하는 것은 근육 건강을 유지하는 데 있어 그 중요성을 강조합니다. 단백질 합성의 연령 관련 감소를 감안할 때, 최적의 마그네슘 수치를 보장하는 것이 노인의 근육 퇴화와 근육 감소증을 해결하는 데 중요할 수 있습니다.

3.3. 항염 및 항산화 활동

염증은 노화의 7대 기둥 중 하나로 알려져 있습니다[ 94 , 115 ]. 특히, 노인에게서 관찰되는 만성 저급 염증인 "인플라마징(inflammaging)"이라는 상태는 허약함, 이환율, 사망률에 중요한 위험 요인입니다. 또한, 이는 다양한 연령 관련 질병의 공통적인 특징이며 근육 건강에 많은 부작용을 초래하는 것으로 알려져 있습니다[ 115 , 116 , 117 , 118 ]. 사실, 인플라마징은 근육 감소와 근육감소증의 근본적인 메커니즘으로 제안되었습니다[ 119 , 120 , 121 ].

염증 과정은 부상이나 운동 후 근육 재생을 억제하여 근육 불사용 위축을 촉진하고 개인을 재발성 근육 손상에 더 취약하게 만들 수 있습니다[ 117 , 122 , 123 ]. 또한 만성 염증의 존재는 인슐린 저항성과 밀접한 관련이 있습니다. 인슐린 저항성은 노인들에게 매우 흔한 상태로 세포 내 포도당 수치를 감소시키고 근육 손실로 이어질 수 있습니다[ 112 , 115 , 124 ]. 더욱이 염증은 근육 단백질 합성과 분해 사이의 균형을 방해하여 궁극적으로 근육 소모에 기여할 수 있습니다[ 125 , 126 , 127 ]. Merritt 등이 수행한 연구에서 (2013), 평균 연령 61세 및 76세의 대상자는 근육 손상이 약간 유도된 후 염증성 사이토카인인 종양괴사인자(TNF)-α 및 인터루킨(IL)-6, 세포사멸 신호전달의 약한 유도제인 TNF 유사(TWEAK)를 포함한 여러 유전자의 발현이 평균 연령 40세의 개인보다 더 높게 나타났습니다. 이 발견은 연령 관련 근육 손상을 완화하는 유망한 전략으로서 염증 관리의 잠재적 관련성을 강조합니다[ 128 ].

마그네슘의 항염 특성은 전임상 및 임상 과학 문헌에 광범위하게 기록되어 있습니다[ 129 , 130 , 131 , 132 , 133 ]. 사실, 연구에서는 낮은 마그네슘 상태가 TNF-α, IL-1β, C-반응성 단백질(CRP)과 같은 염증성 마커 수치 증가와 항염증성 사이토카인 수치 감소로 입증되는 저등급 전신 염증 증가와 상관관계가 있음을 지속적으로 보여주었습니다[ 72 , 134 ]. 또한 백혈구와 대식세포를 활성화하여 면역 반응에 영향을 미쳐 내피 기능 장애와 염증 증후군을 유발합니다[ 134 , 135 ]. 또한 마그네슘 결핍은 히스타민 분비에 영향을 미쳐 비만 세포에 영향을 미칠 수 있으며, 히스타민은 염증 반응의 핵심 구성 요소입니다[ 71 ]. 반대로, 마그네슘 보충 요법은 항염증 반응을 유도하고 처음에 마그네슘이 결핍된 쥐에서 염증성 마커 수치를 감소시킵니다[ 136 , 137 ].

최근 연구는 지속적인 만성 염증과 산화 스트레스를 연결하는 경로를 밝히는 데 중점을 두었습니다. 이 과정은 근육 감소증을 포함한 수많은 만성 질환에 연루되어 있습니다[ 71 , 72 , 118 ]. 염증과 산화 스트레스의 상호 작용은 여러 세포 내 신호 전달 경로에 영향을 미쳐 미토콘드리아 기능과 단백질 합성과 분해 간의 평형을 방해할 수 있습니다. 이는 세포 사멸을 유도하고 궁극적으로 근육량 감소로 이어집니다[ 72 , 118 ]. 게다가 산화 스트레스는 NF-κB, AP-1, NRF2를 포함한 여러 전사 인자를 유발할 수 있으며, 이러한 전사 인자가 활성화되면 염증성 사이토카인, 케모카인, 산화 스트레스 방어에 필수적인 분자를 포함한 500개 이상의 유전자의 발현을 조절합니다. 따라서 산화 스트레스와 만성 염증 사이에는 깊은 상호 연결이 있으며, 이 두 가지 과정 모두 연령 관련 근위축에 핵심적인 역할을 합니다[ 71 , 118 , 138 ].

임상 연구와 동물 및 세포 모델에 기초한 연구를 포함한 염증에 대한 이전 연구는 낮은 마그네슘 상태와 산화 스트레스의 시작 및 손상된 항산화 방어 시스템 간의 연관성을 지속적으로 보여주었습니다[ 40 , 72 , 139 ]. 여러 연구에 따르면 마그네슘 결핍은 항산화 방어력 감소와 지질, 단백질, DNA 산화 변형과 관련된 것을 포함한 산화 스트레스 마커 수치 상승을 특징으로 하며, 이로 인해 자유 라디칼로 인한 조직 손상이 증가합니다[ 72 , 139 , 140 , 141 , 142 , 143 , 144 , 145 , 146 ].

예를 들어, Boparai 등(2007)은 마그네슘 결핍 식단을 섭취한 쥐의 간과 혈장에서 단백질과 지질 산화를 발견했습니다[ 142 ]. Gueux 등(1995)의 연구에서 마그네슘 결핍 쥐의 지단백질(VLDL 및 LDL)은 대조군 쥐에 비해 CuSO4 유도 산화 손상에 대한 민감성이 증가한 것으로 나타났습니다. 또한 철(Fe)에 의해 유도된 지질 과산화에 노출된 조직은 티오바르비투르산 반응성 물질 수치가 더 높았는데, 이는 산화 스트레스가 증가했음을 나타냅니다[ ₁₄₀ ] . 따라서 마그네슘 결핍 식단을 섭취한 쥐는 적혈구와 혈장 마그네슘 수치가 모두 현저히 감소했으며, 혈장 산화 마커인 말론디알데히드(MDA)가 상당히 증가하고 라디칼 포획 항산화 마커도 그에 따라 감소했습니다[ 141 ]. 글루타치온(GSH), 글루타치온 환원효소(GR), 슈퍼옥사이드 디스뮤타아제(SOD), 카탈라아제, 글루타치온 S-트랜스퍼라아제(GST) 및 비타민 E를 포함한 항산화 방어와 관련된 중요한 분자 및 효소의 활동 및 수치 감소는 마그네슘 결핍 후 설치류에서 관찰되었으며, 이는 산화 스트레스의 증가로 이어졌습니다[ 147 , 148 , 149 , 150 ]. 반대로, 마그네슘 보충은 산화 스트레스를 완화할 가능성이 있습니다. 당뇨병 쥐 모델에서 낮은 마그네슘 수치와 증가된 소변 배설은 혈장 MDA 증가와 SOD 및 GST의 간 발현 감소와 관련이 있었으며, 이는 모두 마그네슘 보충으로 교정되었습니다[ 151 ].

임상적 맥락과 관련하여 인간을 대상으로 한 연구에서도 낮은 마그네슘 상태, 저등급 전신 염증 및 산화 스트레스 간의 상호 작용이 확인되었습니다.Song et al. (2005)은 Women's Health Study에 참여한 45세 이상 여성 11,000명 이상을 포함하는 코호트에서 혈장 CRP 농도와 식이 마그네슘 함량 사이에 역상관 관계를 발견했습니다[ 152 ].또한 여러 메타분석에서 마그네슘이 CRP 수치를 감소시킨다는 결론을 내렸습니다[ 130 , 134 , 153 ].예를 들어, 최근 Veronese et al. (2022)은 889명의 참가자(평균 연령: 46세)를 대상으로 한 17건의 무작위 대조 시험을 포함하는 포괄적인 메타분석을 수행했으며, 그 결과 마그네슘 보충과 관련된 다양한 염증 마커, 특히 CRP가 상당히 감소한 것으로 나타났습니다[ 134 ]. 따라서 만성적으로 스트레스에 노출된 인간 피험자에서 마그네슘 수치와 산화 스트레스 마커, 특히 MDA와 혈장 초산화물 음이온 사이에 역상관 관계가 관찰되었습니다[ 154 ]. 추가적인 임상 연구에서는 혈청 마그네슘 수치와 산화 스트레스 및 염증 마커 사이에 역상관 관계가 있음을 나타냅니다[ 155 , 156 ]. 마지막으로, 최근 3건의 무작위 대조 시험에서 아연, 멜라토닌 또는 아연-칼슘-비타민 D와 함께 마그네슘을 공동 보충하면 다낭성 난소 증후군이 있는 여성의 염증 및 산화 스트레스 마커가 감소하는 것으로 나타났습니다[ 157 , 158 , 159 ].

마그네슘의 항염증 및 항산화 효과의 근저에 있는 정확한 병태생리학적 메커니즘은 아직 완전히 밝혀지지 않았지만 많은 연구에서 미토콘드리아 기능에서의 중심 역할을 강조합니다( 섹션 3.1 참조 ). 마그네슘 보충은 미토콘드리아 ROS를 억제하고 투과성을 조절하며 미토콘드리아 전환 기공의 개방을 조절하여 미토콘드리아 기능을 향상시키는 것으로 입증되었습니다[ 160 ]. 게다가 여러 연구에서 마그네슘 결핍이 주로 미토콘드리아 기능 장애와 관련된 메커니즘을 통해 산화 스트레스와 염증의 발병과 지속에 기여할 수 있다고 제안했습니다[ 71 , 139 , 161 ]. 마그네슘 결핍은 산화적 인산화의 분리를 촉진하여 전자 전달 사슬에서 전자 손실을 초래하고, 이는 세포 내 반응성 종 생성과 그에 따른 산화 스트레스를 증폭시켜 미토콘드리아 기능 장애에 기여할 수 있습니다[ 139 , 162 , 163 , 164 ]. 또한 마그네슘 농도가 감소하면 세포질에 칼슘이 축적됩니다[ 163 , 164 ]. 이는 산화적 인산화의 분리에 기여할 뿐만 아니라 다른 과산화 경로도 자극합니다[ 139 , 165 , 166 ]. 마그네슘 결핍으로 인해 과산질소염이 과잉 생산되면 미토콘드리아 기능 장애가 더욱 심화됩니다[ 167 , 168 ]. 특히, 마그네슘 결핍에 의해 유발되는 염증성 매개체[ 72 , 134 ]는 미토콘드리아 기능에 더욱 영향을 미쳐 미토콘드리아 산화 스트레스를 증폭시키고 산화-염증 주기를 영속시킬 수 있습니다[ 41 ].

분자 수준에서 마그네슘의 주요 작용 기전에는 핵 인자 카파-B(NF-κB)의 조절이 포함되는데, 이는 수많은 유전자의 발현을 조절하는 중심 전사 인자 역할을 합니다. Toll 유사 수용체(TLR)를 포함한 다양한 자극에 의해 활성화되면 NF-κB는 핵으로 이동하여 염증 및 산화 스트레스 반응과 관련된 유전자의 발현을 상향 조절합니다[ 169 ]. 그러나 과도한 활성화는 산화 스트레스와 만성 염증[ 169 ] 을 유발할 수 있으며 이는 염증의 특징입니다[ 119 , 120 ]. 이와 관련하여 여러 연구에서 마그네슘이 TLR/NF-κB 신호 전달 경로의 다운레귤레이션을 통해 사이토카인 생성을 효과적으로 감소시킬 수 있음을 보여주었습니다[ 71 , 170 ].

실제로, 전임상 데이터는 골격근의 염증이 종종 NF-κB 신호 전달 경로의 활성화로 표시된다는 것을 보여주었습니다[ 171 ]. 이 경로의 지속적인 활성화는 마우스 근육에서 상당한 위축을 유도하는 것으로 나타났습니다[ 172 ]. 이것은 또한 근육 고정에 의해 활성화됩니다[ 173 ]. 이에 따라 NF-κB p65 서브유닛 또는 이를 활성화하는 효소인 억제제 κB 키나제 2(IKK2)의 단기 근섬유 특이적 과발현은 근위축을 초래합니다[ 174 ]. 반대로, IKK2의 표적 제거와 그로 인한 NF-κB 활성화의 감소는 골격근 강도의 증가, 질량 보존 및 재생 개선과 관련이 있습니다[ 175 ]. 따라서 마그네슘이 NF-κB 조절을 통해 연령 관련 근육 악화를 완화할 수 있다는 가설이 있습니다.

요약하자면, 염증과 산화 스트레스에 맞서 싸우는 마그네슘의 다면적인 역할은 연령 관련 근육 감소에 대한 치료제로서의 잠재력을 강조합니다. 마그네슘 상태, 염증, 산화 스트레스 및 미토콘드리아 기능 장애 간의 복잡한 상호 작용은 특히 노령 인구에서 최적의 마그네슘 수준을 유지하는 것의 중요성을 강조합니다. 마그네슘이 보호 효과를 발휘하는 정확한 메커니즘은 여전히 ​​진행 중인 연구 주제이지만, 현재 증거는 근육 건강에 중요한 NF-κB 신호 전달 경로와 같은 핵심 경로를 조절하는 잠재력을 강조합니다.

3.4. 근육 수축과 전해질 평형

근육계 내에서 근육 수축은 근섬유의 활성화로 정의되며 이후 단축으로 이어지는 기본적인 생리학적 과정입니다[ 69 ]. 특히 골격근은 신체 움직임의 전체 스펙트럼에 안정성과 강도를 부여하는 데 핵심적인 역할을 합니다[ 69 ] .

근력은 다양한 다면적 요인에 의해 지배되며 근육의 내재적 품질과 수축 작용에 대한 적성과 밀접하게 관련되어 있으며 특히 노인의 경우 그렇습니다. 주목할 점은 노화 과정으로 인한 근력 감소 속도가 근육량 감소 속도를 능가한다는 것입니다[ 176 ]. 개인이 나이가 들면서 근섬유의 크기와 수축 효능이 눈에 띄게 감소합니다[ 70 ]. 이는 근력과 힘이 감소하고 허약함이 증가하여 궁극적으로 기능과 자세 안정성을 방해하거나 심지어 부동성을 유발합니다[ 66 , 69 ].

이러한 생리학적 변형은 심각한 부상의 위험을 증가시키고, 여가 활동 참여를 제한하며, 궁극적으로 일상 업무를 수행하는 능력을 손상시켜 개인의 독립성과 전반적인 삶의 질을 손상시킬 수 있습니다[ 66 , 69 ]. 영양은 근육 손실에 대응하는 데 귀중한 동맹이 될 수 있으며, 마그네슘은 이 맥락에서 중심적인 역할을 합니다[ 70 ].

근육 수축 주기는 근본적으로 에너지 공급에 달려 있으며, 이는 주로 ATP 가수분해를 통해 달성됩니다. 이 과정은 중추 신경계의 자극에 의해 근육소포체 내에 저장된 칼슘 이온(Ca ^{2+ )이 방출되면서 시작됩니다[} 66 , 177 ]. 방출 시, Ca ^{2+ 는} 트로포닌 C와 미오신에 결합하여 이들 단백질의 구조적 변화를 초래하고 이어서 근육 수축을 촉진합니다[ 25 , 177 , 178 ].

^{마그네슘은 동일한 Ca 2+} 결합 부위 를 놓고 경쟁하는 칼슘 길항제이며 , 이를 통해 근육 수축 과정에 대한 조절 제어를 행사합니다[ 25 , 178 ]. 정지 상태에서 마그네슘은 근육 세포에 칼슘보다 약 10,000배 더 높은 농도로 존재하여 효과적으로 모든 사용 가능한 Ca ²⁺ 결합 부위를 차지합니다. 마그네슘은 근육소포에서 Ca ²⁺ 가 방출될 때에만 대체됩니다. 그러나 마그네슘 결핍 상태에서는 최소한의 양의 칼슘도 마그네슘을 대체할 수 있습니다. 이로 인해 근육 경련과 경련이 특징인 과수축성이 발생하며[ 25 ], 이는 노년기에 흔히 나타나는 현상입니다[ 179 ].

또한 근육 수축 후, 근소포체의 Ca ^{2+ -ATPase에 의한 칼슘 재흡수는 마그네슘의 존재에 달려 있습니다[} 180 ]. 이 과정은 에너지 집약적이어서 단 두 개의 Ca ²⁺ 이온을 운반하는 데 하나의 ATP 분자가 필요하고 [ 178 ], 마그네슘은 세포 ATP 분자를 안정화하고 활성화하는 데 필수적인 역할을 합니다[ 181 , 182 , 183 ]. ATP 저장량이 부족한 경우 근섬유는 수축 상태를 유지하여 액틴과 미오신 사슬이 방출되지 않아 결과적으로 근육 경련이 발생합니다[ 179 ]. 마그네슘 결핍의 또 다른 임상적 결과는 심장 근육 수축 조절의 혼란으로 인해 발생하는 심장 부정맥의 발병입니다[ 38 ].

적절한 전해질 균형의 유지는 근육 수축 기능에 필수적이며, 이는 막 전위를 안정화하고 유지하는 역할을 하기 때문입니다[ 184 , 185 , 186 , 187 , 188 ]. 이는 근육의 수성 환경 내에서 이온, 체액 및 기타 분자의 흐름을 조절하고[ 185 ] 근육 피로의 발병을 예방합니다[ 189 ]. 마그네슘 이온은 골격근 세포 내에서 칼슘, 칼륨 및 나트륨의 전해질 평형을 유지하는 데 중요한 역할을 합니다[ 178 , 187 ]. 마지막으로 마그네슘은 이온 채널에 에너지를 공급하여 적절한 기능을 지원합니다[ 182 ]. 따라서 에너지 공급에서 전해질 균형에 이르기까지 근육 수축에서 마그네슘의 다면적인 역할은 최적의 근육 기능을 보장하는 데 없어서는 안 될 특성을 강조하며, 특히 개인이 나이가 들면서 적절한 마그네슘 수치가 필요함을 강조합니다.