[운동생리학] 운동의 효과(유산소, 무산소 트레이닝에 의한 대사적 적응)

트레이닝에 의한 대사적 적응

 

1. 무산소 트레이닝에 의한 적응

무산소 트레이닝은 근육의 최대 수축능력을 위하여 에너지원을 폭발적으로 사용할 수 있도록 하는 데 목적이 있다. 근육은 가장 빠른 에너지 시스템인 무산소 시스템(ATP-PCr 시스템과 해당과정 시스템)을 강화시키고, 충분한 에너지원을 근육세포 내에 미리 축적하면, 피로와 관련된 대사물질들의 축적을 억제함으로써 급격한 운동 상황에서도 적응하여 순간적인 수축능력을 발휘하게 된다. 스프린팅 같은 무산소 트레이닝은 이러한 무산소 능력을 향상시키는 것으로 알려져 있다. 

무산소 능력을 정확하게 측정할 수 있는 방법은 없지만, 혈액 분석을 통해 근육 내에 젖산 축적시점이 급격히 증가하는 젖산역치(LT: lactate threshold)를 측정하여 높은 LT 수치를 가지면 무산소성 능력이 높은 것으로 판단하거나 임계파워검사 또는 윈게이트 무산소 검사를 통해 무산소성 능력의 잠재성을 평가할 수 있다.

 

  가. 근육 조직과 근력의 변화

무산소 트레이닝은 근육섬유의 횡단면을 증가시키는 근비대를 유발하는데, 특히 FT 섬유에서의 효과가 두드러진다. 한편 ST 섬유는 고강도의 운동에도 일부 참여하기 때문에 약간의 증가가 있을 수도 있다. 다만 장기간의 무산소 트레이닝은 산화적 특성을 갖는 FTa 아형의 증가가 주로 나타난다. 한편, 이러한 근비대는 근력의 증가를 타나내게 되지만, 트레이닝 초기에는 근비대 없이 근력이 증가하게 되는데, 이는 신경의 적응 현상에 따른 신경계의 활성능력의 증가 때문인 것으로 여겨진다.

 

  나. 근육세포 내 에너지 시스템의 변화

무산소 트레이닝은 근육세포 내에서 ATP-PCr 시스템과 해당과정 시스템에 관련된 조절효소들의 항진을 통해서 에너지대사의 활성화를 유발한다.

일반적으로 눈에 보이는 근육량의 양적 변화뿐만 아니라 이러한 조절효소의 질적 변화가 무산소 에너지 세스템을 짧은 시간 안에 효과적으로 발휘할 수 있게 한다. ATP-PCr 시스템은 크레아틴인산의 분해를 돕는 CK(creatine kinase)의 활성 증가와 크레아틴 저장량의 증가를 통해서 ATP 재합성의 효율을 꾀할 수 있다.

하지만 무산소 트레이닝에 의해 ATP-PCr 시스템의 효소를 향상시키기 보다는 주로 근력의 발달로 인해 피로에 견디는 능력을 향상시키는 것이 중요하다. 그 이유는 매우 짧은 시간 동안 전력 트레이닝을 했을 때, ATP-PCr 시스템이 발휘되는 6초 이내에는 CK나 아데닐산키나아제(adenylate kinase, MK)의 활성에는 변화가 없었고, 약 30초에서 활성도가 증가하는 것을 보였기 때문이다.

한편 무산소 트레이닝은 해당과정에서 중요한 역할을 하는 효소들의 활성에 긍정적인 효과를 보이고 있다. 약 30초 동안의 무산소 트레이닝을 실시한 이후 가인산분해효소(phosphorylase), 포스포프룩토키나아제, PFK, LDH, Hexokinase 등의 활성이 증가하였다. 공통적으로 짧은 시간의 고강도 트레이닝은 해당작용의 속도 결정 단계 효소인 PFK를 증가시키므로 해당과정 시스템 강화에 따른 파워 증가로 여겨지며, 이러한 효과는 곧바로 쇠퇴할 수 있어 근력이나 근피로에 대해서는 의미있는 효과를 나타내지 못한다. 따라서 무산소 트레이닝에 의한 에너지 시스템 자체의 향상보다는 근력의 향상에 따른 경기력 향상으로 이어지는 것으로 여겨진다.

한편, 무산소 트레이닝이 유산소 시스템의 산화적 인산화 능력을 향상시킬 수 있다. 물론 이러한 효과는 유산소 트레이닝의 효과에 비해 미미하지만, 고강도 운동에 따른 에너지 요구량의 일부를 지원하는 효과로 해석된다.

그 밖으 효과로, 해당과정 동안 급격하게 농도가 증가한 젖산으로부터 해리되는 H+의 농도가 증가하면(즉, pH가 감소하면), 참여하는 효소들이 적합한 산도 범위를 벗어나게 되어(pH 6.9 이하) 활성이 감소할 수 있다. 하지만 다행히도 중탄산염과 인산염이 H+와 결합하여 pH 감소로 해당과정 효소들의 활성이 감소하는 것을 완화시킬 수 있다. 

 

  다. 에너지원(기질)의 저장량 증가

고강도의 무산소 트레이닝을 규칙적으로 실시하게 되면, ATP-PCr 시스템의 기질이 되는 ATP와 PCr의 저장량이 증가하게 된다. 이러한 증가는 고강도의 트레이닝을 통해 근육 내에 저장된 기질들을 고갈시킴으로써 휴식 시 초과보상되는 효과에 따른 것이다. 이와 관련된 연구에 따르면, 5개월의 장기간 저항운동을 실시한 후 기질들의 저장량 분석을 통해 ATP(18%), 크레아틴인산[PCr](22%) 그리고 크레아틴(39%)이 모두 증가한 것을 확인할 수 있었다. 이러한 기질의 저장량 증가는 이후 무산소 운동 상황에서 에너지 공급을 보다 원활하게 할 수 있어서 경기력 향상에 기여할 수 있게 된다.

 

 

2. 유산소 트레이닝에 의한 적응

유산소 트레이닝은 주로 심폐조직의 지구력을 강화시킴으로써 운동이나 움직임을 만들어내는 근육에 필요한 영양분과 O2가 공급되어야 영향분을 이용해 근수축을 지속적으로 할 수 있게 되고, 그 일을 담당하는 근육세포 안에 있는 소기관들의 기능도 강화되어야 한다. 궁극적으로 유산소 트레이닝은 심폐조직과 근육의 지속적인 활동능력을 향상시키게 된다. 유산소 트레이닝에 따른 심폐능력의 향상 정도는 가장 일반적으로 산소섭취량과 심박수의 변화로 제시된다. 장기간의 유산소 트레이닝을 실시하면 최대산소섭취량의 향상을 확인할 수 있다. 근육으로의 에너지대사 원료를 원활히 공급하려는 이러한 작용은 근육 자체에서도 에너지대사의 효율을 강화시키는 적응현상을 유발한다. 

 

  가. 심폐조직의 유산소 능력 변화

유산소성 능력이란 산소 섭취 및 운반, 이용 능력을 의미한다. 심폐조직에서는 산소의 섭취와 운반 능력이 강화되는 것을 의미하며, 이것은 유산소 트레이닝의 가장 일반적인 효과 중 하나이다. 심혈관계를 통한 산소 운반의 증가는 1회 박출량 증가, 최대하 운동 중 심박수 감소, 최대 심박출량 증가 등을 통한 심장기능의 향상, 혈액량과 헤모글로빈 증가에 따른 혈액 기능 증진, 혈관의 조절 작용 향상에 따른 빠른 혈액 재분배 등에 의해 이루어진다.

 

    1) 최대산소 섭취량

장시간 유산소 트레이닝을 실시하면 유산소 운동 능력이 강화되는 것은 지극히 당연한 결과이다. 2~3개월 트레이닝을 실시하면 최대산소섭취량을 약 15% 증가시키는 것으로 알려져 있으며, 이전에 최대산소섭취량 수준이 낮은 사람은 더욱 높은 향상이 나타난다. 최대산소섭취량은 심장의 혈류증가 능력과 말초조직의 산소 추출 능력 향상에 의해 결정된다. 이러한 요소를 바탕으로 다음 공식과 같이 최대산소섭취량을 산출할 수 있다. 

산소섭취량 = [ 심박수 × 1회 박출량 ] × 동정맥 산소차

(심박출량 = 심박수 × 1회 박출량)

하지만 각 요소의 영향력은 개인의 특성에 따라 다르며, 일반인들의 최대산소섭취량 향상은 주로 1회 박출량 향상에 의존도가 높은 편이다.

 

    2) 1회 박출량

산소 섭취량을 결정하는 주요 인자 중 1회 박출량은 심장의 이완기 말 용적과 수축기 말 용적의 차이를 의미한다. 다음의 3가지의 변화가 필요하다. 이완기말 용적이 증가하기 위해서는 좌심실 크기나 정맥혈 활류랑(이완기 혈액량), 심근수축력(일정한 길이에서의 심근섬유의 수축력), 심장에서 나가는 혈류의 저항(말초 저항).

 

  나. 근육조직의 유산소 능력 변화

유산소성 운동은 근육의 유산소성 대사능력을 증진시킨다. 유산소 능력은 근육세포 내에서의 산소 이용 능력이 증가하는 트레이닝의 말초적 효과를 의미한다. 자세히 설명하면 근육세포에서 해당과정을 통해 생산된 피부르산이 산소가 풍부하게 공급되는 상황에서 미토콘드리아 안으로 유입되어 산화적 인산화 과정(크렙스 회로와 전자전달계)을 통해 ATP로 만들어지는 일련의 과정들이 효율적으로 향상되는 것을 의미한다. 이 과정에서 영양분과 O2를 보다 많이 제공하기 위해 모세혈관, 미오글로빈, 미토콘드리아의 양적 증대와 그 안에서 이루어지는 단계별 반응들을 조절하는 효소들의 활성증가에 따른 질적 향상이 모두 나타나야 한다.

  

    1) 근육의 크기와 형태의 변화

근육의 크기와 형태의 변화는 생체조직의 미세구조를 조직학적으로 분석하여 확인할 수 있다. 장기간의 유산소성 트레이닝은 유산소성 대사가 활발하게 이루어지는 지근섬유(ST 섬유)의 비대를 관찰 할 수 있다. 트레이닝 양에 따라 다르지만, 속근섬유(FT 섬유)의 양적 증가는 잘 나타나지 않는다. 한편, 속근섬유의 아형인 FTa 섬유의 비율은 증가하고, 해당적 특성이 강한 FTb 섬유의 비율은 감소한다. 이때, 유산소성 트레이닝은 FTb 섬유아형을 FTa 섬유아형으로 전이시키는 것으로 여겨진다. 최근 연구에서는 FT 섬유가 ST 섬유로 전이될 가능성을 제기하고 있지만, 아직 논란의 여지는 있다. 대체로 유산소 트레이닝을 장기간 실시하게 되면, 근육 섬유에서는 산화적 특성이 강한 ST 섬유와 FTa 섬유의 양적 증가와 일부 전이 등을 통해 횡단면적의 비율이 증가하는 것으로 종합할 수 있다.

 

    2) 모세혈관 밀도의 변화

근육섬유 자체의 양적 증가도 중요하지만, 주변 미세조직에서도 그에 따른 변화가 일어나게 된다. 에너지대사를 통해 근수축을 일으키는 근육섬유가 커져도 그에 필요한 영양분과 산소를 공급해주는 모세혈관이 증가해야 유산소성 트레이닝에 의한 완전한 적응반응이 된다. 근육 섬유를 둘러싼 모세혈관의 분포가 증가하게 되면 근육과 혈액 사이의 산소공급과 이산화탄소 배출, 영양분과 노폐물의 이동이 훨씬 용이해지고, 근육세포는 보다 풍부한 에너지 대사활동이 가능하게 된다. 이러한 결과는 근육의 산소이용률을 높여서 충분한 산소 공급을 위한 심폐조직의 변화 또한 유도하게 된다.

 

   3) 세포소기관의 변화

근육세포 안에서 산화적 특성을 나타내는 주요 세포소기관은 미오글로빈과 미토콘드리아다. 이들의 산화적 특성에 중요한 기능은 산소의 전달이다. 산소친화력이 높은 미오글로빈이 모세혈관 내 헤모글로빈으로부터 산소를 끌고와서 저장해두었다가 산화적 인산화가 일어나는 미토콘드리아에 전해줌으로써 사용할 수 있는 산소의 양을 늘리게 된다. 미토콘드리아의 전자전달계 산화효소들은 미오글로빈에 저장되어 있던 산소를 이용하여 ATP를 합성하는 데 사용하기 때문에 미토콘드리아의 수와 크기가 커지게 되면 근육 세포에서의 산소이용률도 증가한다. 유산소 트레이닝을 통한 미오글로빈 함량의 증가 효과는 70~80%에 이르는 것으로 알려져 있다. 이렇게 증가한 미오글로빈은 근 수축이 일어나는 동안에는 산소를 미토콘드리아에 제공하게 되고, 수축활동이 끝난 후 휴식기에는 혈액으로부터 다시 보충을 받게 된다. 한편, 지구성 능력이 중요한 운동선수들의 경우에는 회복기에 절대적 휴식보다 운동성 휴식을 통해 혈액순환을 지속시킴으로써 미오글로빈으로의 산소회복을 돕는 방법이 효과적이다.

미토콘드리아는 유산소성 에너지대사가 일어나는 중심 소기관으로서, 유산소 트레이닝을 하는 주요 대상 중 하나이다. 유산소 트레이닝을 통해 미토콘드링아의 숫자와 크기가 모두 증가할 수 있다. 증가한 미토콘드리아는 보다 많은 산화효소들이 발현되고, 그 활성도를 증가하여 산화적 인산화 과정이 더욱 활발해진다. 크렙스 회로와 전자전달계로 이어지는 산화적 인산화 과정에 관여하는 효소는 매우 많다. 자주 연구되는 산화효소 중에 숙신산탈수소효소(SDH)가 오랜 기간의 유산소 트레이닝으로 증가한다. 구연산합성효소(CS)는 평소 유산소 트레이닝 정도에 따라 2~3배 이상 증가하는 것으로 나타났다. 그러나 이러한 세포소기관 내 산화효소들의 변화가 최대산소섭취량의 변화와 일치하지 않기 때문에 근육세포 내의 세포소기관의 기여도만으로도 산소섭취량을 결정하지는 못한다. 즉, 심폐조직 및 혈관, 근육조직의 종합적인 적응현상이 최종적인 산소섭취량을 증가시킬 수 있다.

근육조직에서의 미오글로빈과 미토콘드리아의 증가는 산소를 근육 안으로 끌어들이는 능력이 향상되었음을 의미한다. 이들 내부에는 산소와 결합하는 중심 금속인 철이 산화되어 전체적인 조직의 색을 붉게 만든다. 적근섬유(ST 섬유)의 경우 미오글로빈과 미토콘드리아의 함량이 많기 때문에 백근섬유(FT 섬유)보다 붉은 색을 띠게 된다. 갈색지방의 경우에도 백색지방에 비해 미토콘드리아의 함량이 높다. 정맥혈액보다 산소포화도가 높은 동맥혈액이 더욱 붉은 이유도 적혈구 안의 헤모글로빈 중심에 있는 철이 산소와 만나서 보다 붉은 색을 띠기 때문이다.

트레이닝 후 미토콘드리아의 수와 크기는 증가한다. 더 많은 미토콘드리아는 산소의 활용능력을 높일 뿐만 아니라, 한 개의 미토콘드리아에서 필요로 하는 ADP와 pi양이 트레이닝 전에 비해 감소될 것이다. 이러한 변화는 ATP를 생성하기 위한 유산소성 능력을 증가시키게 된다. 또한 세포 내 젖산 생성 속도가 느려지게 된다.

 

    4) 에너지원 저장량 증가

 근육 세포에서의 근글리코겐과 근중성지방의 기본 저장량을 증가시키는 것은 산소 이용 능력을 향상(적혈구와 미토콘드리아의 수 증가)과 함께 장시간 운동의 피로 상황(근글리코겐 고갈)의 대처 능력이 향상된다.

 

  다. 젖산역치

비단련자의 젖산역치(젖산이 축적되기 시작한 시점에서의 운동강도)는 최대산소섭취량의 60% 수준에서 나타나지만, 장거리 달리기의 단련자는 최대산소섭취량의 약 75% 수준에서 나타난다.

 

  라. 유산소 지구력 종목에서 성공적인 선수들의 특성

높은 수준의 최대산소 섭취량

최대산소섭취량 %로 나타냈을 때의 높은 젖산역치

동작의 높은 효율성, 또는 같은 부하로 운동할 떄의 낮은 산소섭취량 값

지근섬유의 높은 비율

 

<스포츠 지도사>, 대한미디어, 한국운동생리학회 p49

 

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트레이닝에 의한 대사적 적응

 

1. 유산소 트레이닝에 의한 적응

유산소 트레이닝은 주로 심폐조직의 지구력을 강화시킴으로써 운동이나 움직임을 만들어내는 근육에 필요한 영양분과 O2를 충분히 공급해주는 데 목적이 있다. 근육은 충분한 O2가 공급되어야 영양분을 이용해 근 수축을 지속적으로 할 수 있게 되고, 그 일을 담당하는 근육세포 안에 있는 소기관들의 기능도 강화되어야 한다. 궁극적으로 유산소 트레이닝은 심폐지구력과 근육의 지속적인 활동능력을 향상시키게 된다. 

유산소 트레이닝에 따른 심폐능력의 향상 정도는 가장 일반적으로 산소섭취량과 심박수의 변화로 제시된다. 장기간의 유산소 트레이닝을 실시하면 최대산소섭취량의 향상을 확인할 수 있다. 근육으로의 에너지대사 원료를 원활히 공급하려는 이러한 작용은 근육 자체에서도 에너지 대사의 효율을 강화시키는 적응 현상을 유발한다.

 

  가. 심폐조직의 유산소 능력 변화

유산소성 능력이란 산소의 섭취 및 운반, 이용 능력을 의미한다. 심폐조직에서는 산소의 섭취와 운반 능력이 강화되는 것을 의미하며, 이것은 유산소 트레이닝의 가장 일반적인 효과 중 하나이다. 한편, 심혈관게를 통한 산소 운반의 증가는 1회 박출량의 증가, 최대하운동 중 심박수 감소, 최대심박출량 증가 등을 통한 심장기능의 향상, 혈액량과 헤모글로빈 증가에 의한 혈액 기능 증진, 그 밖에 혈관의 조절작용 향상에 따른 빠른 혈액 재분배 등에 의해 이루어진다.

    1) 최대산소섭취량 

    2) 1회 박출량

 

  나. 근육조직의 유산소 능력 변화

    1) 근육의 크기와 형태의 변화

    2) 모세혈관 밀도의 변화

    3) 세포소기관의 변화

 

2. 무산소 트레이닝에 의한 적응

 

  가. 근육조직과 근력의 변화

무산소 트레이닝은 근육섬유의 횡단면을 증가시키는 근비대를 유발하는데, 특히 FT(속근)섬유의 효과가 두드러진다. 한편 ST(지근)섬유는 고강도의 운동에도 일부 참여하기 때문에 약간의 증가가 있을 수도 있다. 다만 장기간의 무산소 트레이닝은 산화적 특성을 갖는 FTa 아형의 증가가 주로 나타난다. 한편, 이러한 근비대는 근력의 증가를 나타내게 되지만, 트레이닝 초기에는 근비대 없이 근력이 증가하게 되는데, 이는 신경의 적응 현상에 다른 신경계 활성능력의 증가때문인 것으로 여겨진다.

 

  나. 근육세포 내 에너지 시스템의 변화

무산소 트레이닝은 근육세포 내에서 ATP-PCr 시스템과 해당과정 시스템에 관련된 조절효소들의 항진을 통한 에너지대사의 활성화를 유발한다. 일반적으로 눈에 보이는 근육량의 양적 변화뿐만 아니라 이러한 조절효소의 질적 변화가 무산소 에너지 시스템을 짧은 시간 안에 효과적으로 발휘할 수 있게 한다. ATP-PCr 시스템은 크레아틴인산의 분해를 돕는 CK(creatine kinase)의 활성 증가와 크레아틴 저장량의 증가를 통해 ATP 재합성의 효율을 꾀할 수 있다. 하지만 무산소 트레이닝에 의해 ATP-PCr 시스템의 효소를 향상시키기보다는 주로 근력의 발달로 인해 피로에 견디는 능력을 향상시키는 것이 중요하다. 그 이유는 매우 짧은 시간 동안 전력 트레이닝을 했을 때, ATP-PCr 시스템이 발휘되는 6초 이내에는 CK나 adenylate kinase(MK, myokinase)의 활성에는 변화가 없었고, 약 30초에서 활성도가 증가하는 것을 보였기 때문이다. (...)

 

  다. 에너지원(기질)의 저장량 증가

고강도의 무산소 트레이닝을 규칙적으로 실시하게 되면, ATP-PCr 시스템의 기질이 되는 ATP와 PCr의 저장량이 증가하게 된다. 이러한 증가는 고강도의 트레이닝을 통해 근육 내에 저장된 기질들을 고갈시킴으로써 휴식 시 초과보상 되는 효과에 따른 것이다. 이와 관련된 여구에 따르면, 5개월의 장기간 저항운동을 실시한 후 기질들의 저장량 분석을 통해 ATP(18%), PCr(22%), 그리고 크레아틴(39%)이 모두 증가한 것을 확인할 수 있었다. 이러한 기질의 저장량 증가는 이후 무산소 상황에서 에너지 공급을 보다 원활하게 할 수 있어서 경기력 향상에 기여할 수 있게 된다.

 

<2급 스포츠지도사 운동생리학>, 강현주, 김경배, 안나영, 이왕록, 전병환, 정덕조, 대한미디어, 2015

 

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훈련에 의한 골격근의 적응

 

1. 건강체력 요소의 향상

  가. 근력

근력은 "정해진 특정 수축 속도에서 정해진 움직임 동안에 유발할 수 있는 최대의 힘"으로 정의할 수 있다. 근력은 근육의 움직임(단축성, 신장성, 등척성), 수축 속도, 근육 그룹과 길이, 관절각 그리고 근, 신경, 대사, 호르몬, 뼈대에 관계된 생리적, 생체역학적 변인 같은 다차원적인 여러 요소와 관련이 있다. 인간은 성장과 더불어 근력도 발달해야 하는데, 움직임과 건강에 매우 중요하다.

  나. 근지구력

근지구력은 운동수행을 계속할 수 있고 운동피로를 견뎌내는 능력으로, 근수축의 강도가 중요한 역할을 한다. 최대하 근지구력은 낮은 강도의 근수축을 정해진 시간 동안 지속하는 능려겨으로 규정된다. 우수한 근지구력을 갖고 있는 것은 올바른 자세, 건강, 부상 예방 등과 스포츠 수행을 적정화하는 데 중요하다.

  다. 유연성

유연성은 "관절이 동작의 가동범위 내에서 자유롭게 움직일 수 있는 능력"으로 정의된다. 관절의 유연성이 증가하면 손상의 위험을 낮출 수 있고, 근육의 균형과 기능을 향상시키고, 수행력을 증가시키고, 자세를 향상시키며, 요통의 위험을 감소시킨다. 유연성을 증가시킬 수 있는 가장 중요한 방법은 최대 가동범위에서 운동을 수행하면서 적절한 스트레칭을 실시하는 것이다.

  라. 신체구성

신체구성은 신체의 지방과 제지방량의 비율을 말한다. 제지방량은 뼈대, 근육, 물 그리고 다른 지방이 없는 조직들로 구성된다. 건강한 신체 조성은 지방 요소를 최소화하고 제지방 요소를 유지하거나 증가시키는 것이다. 근력 훈련이나 다른 형태의 무산소성 훈련은 제지방량(근육과 뼈의 구성요소)을 증가시키고 지방량을 감소시켜 신체구성을 긍정적인 방향으로 개선하는 데 효과적이다. 신체구성은 체급경기(레슬링, 역도)를 하는 스포츠, 자신의 체중을 극복해야 하는 스포츠(높이뛰기, 체조, 지구성 스포츠), 그리고 신체 외형과 체격이 중요한 스포츠(보디빌딩)에서 중요한 여겨할을 한다.

 

2. 운동기능체력 요소의 향상

  가. 파워

파워는 일을 수행하는 속도에 대한 비율이다. 

  나. 스피드

스피드는 운동기술을 최대한 빨리 수행할 수 있는 능력이다.

  다. 민첩성

민첩성은 스피드, 균형, 신체조절에 의미 있는 감소 없이 방향을 신속이 전환할 수 있는 능력이다.

  라. 평형성

평형성은 평형을 유지하는 능력이다.

 

(표) 중량 훈련의 이점
건강상의 이점	운동수행상의 이점
질환에 대한 위험요인 감소 체지방률 감소 혈압 감소 혈중 지질, LDL 콜레스테롤 감소 안정 시 심박수 감소 운동에 의한 심혈관게의 요구량 감소 대장암과 골다공증의 감소 요통의 위험과 증상 감소 기초대사량 증가 최대산소섭취량 증가 뼈의 무기질 밀도 증가 당 내성과 인슐린 감수성 증가	동적, 등척성, 등속성 근력 증가 근지구력 증가 유연성 증가 근파워, 스피드 증가 균형감과 조정력 증가 수직 점프 능력 증가 공 던지기 속도(구속) 증가 발차기 속도 증가 달리기 효율 증가 야구 배트 스윙 속도 증가 자전거 파워 또는 수행력 증가

 

3. 근력 향상 기전

  가. 근육의 크기 증가

  나. 신경조절에 의한 운동단위 조절

 

4. 근비대

  가. 근섬유 비대/증식

각 근육의 근섬유 수는 출생 또는 직후에 바로 결정되고, 죽을 때가지 그 수가 변하지 않고 유지된다. 근육의 비대는 오직 개별적인 근섬유의 비대에 의해서만 이루어진다. 근섬유의 비대는 1) 근원섬유의 증가, 2) 액틴과 미오신 세사의 증가, 3) 근형질의 증가, 4) 결합조직의 증가 같은 구조적인 변화가 있어야 한다.

  나. 근력 향상에 대한 근비대와 신경계 작용

저항 훈련에 따른 적응 현상은 초기와 후기에 후렷한 차이를 보이고 있다. 저항 훈련 초기에는 근력의 현저한 향상에도 불구하고 근섬유의 단면적은 거의 차이가 없는 것으로 볼 때 저항 훈련 초기의 근력 향상은 신경작용에 의한 결과라는 것이다. 이러한 결과는 저항 훈련 초기의 수의적 근력 혹은 최대 근력의 증가가 근육의 수의적 활동의 증가에 의한 신경 적응 현상이라는 것을 말해주고 있다. 다시 말하면, 저항 훈련 후 초기의 근력 향상은 신경이 근섬유를 활성화시키는 패턴의 변화에 의해 이루어진다는 것이다. 반대로 장기간에 걸친 근력 증가는 일반적으로 근육의 근비대와 관련이 있다. 즉, 저항 훈련에 따른 적응 현상은 후기에는 신경 적응 현상에 근력이 증가하기보다는 근육의 비대에 의해 이루어진다는 것이다. 그 이유는 근비대를 위한 단백질 분해의 감소와 단백질 합성의 증가 또는 이 두 가지에 의한 단백질 구축이 이루어지기 위해서는 상당한 시간이 요구되기 때문이다. 훈련 초기의 근력 증가에는 근비대가 거의 공헌하지 않지만 점차적으로 그 공헌도가 증가하여 훈련 후반부에는 주요 공헌 요인으로 작용한다는 것이다. 하지만 이러한 사실을 받아들이기에는 시기상조로 보인다. 아무튼 저항 훈련에 의한 근력 향상의 주원인이 전적으로 근비애에 의해서만 이루어지지 않는다는 사실과 저항 훈련 후 근력 증가에 신경계의 활성화 또는 적응 현상이 매우 깊게 관여하고 있는 것만은 사실이다. 

 

5. 유산소 훈련에 의한 근육의 적응

  가. 근섬유 형태의 적응

근섬유의 단면적은 훈련 방법, 훈련 기간, 운동 강도에 의해 그 변화 정도가 각각 다르게 나타난다. 일반적으로 지근섬유인 type1섬유는 저강도에서 중강도의 유산소운동에 주로 이용된다. 유산소 훈련 후의 ㅈ거응 현상으로 type1섬유의 증가가 나타난다. 유산소성 훈련 후에 type1섬유 단면적이 25%까지 증가되었다는 보고도 있다. 반면 속근섬유인 type2섬유의 단면적은 증가하지 않는데, 그 이유는 유산소성, 지구성 운동 중에 type2섬유가 동원되지 않았기 때문이다.

  나. 모세혈관

지구성 훈련에 의한 가장 뚜렷한 적응 현상 중 하나는 각 근섬유를 둘러싸고 있는 모세혈관의 숫자가 증가한다는 것이다. (...) 모세혈관이 상대적으로 더 많다는 것은 운동하는 근육과 혈액 사이에서 산소의 운반, 영양소 운반, 노폐물 제거, 체온조절 등 여러 가지 많은 이점을 갖게 된다. 

  다. 미오글로빈 함유량

산소가 근섬유 내로 들어가기 위해서는 일단 헤모글로빈에 의해 근섬유 막까지 산소가 운반되어야 하며, 그 이후에 근섬유 안으로 산소가 들어가야 한다. 이는 스스로 들어가는 것이 아니라 근육 내에 있는 미오글로빈이 헤모글로빈으로부터 산소를 빼앗아 자신과 결합한 후 이를 미토콘드리아에 전달하는 것이다. 요약하면, 산소가 근섬유 내로 들어가면 산소는 헤모글로빈과 비슷한 화합물인 미오글로빈과 결합한 후 근막에서 미토콘드리아로 운반되는 것이다. 미오글로빈은 산소와 결합하면 적색을 띠게 되는데, type1섬유에는 많은 양의 미오글로빈이 함유되어 있어 이 때문에 type1섬유는 적석을 띤다. (...) 지구성 훈련은 근육의 미오글로빈 함유량을 75~80% 증가시킨다고 알려져 있다. 이러한 적응 현상에 의해 훈련 후 근육의 유산소 대사 능력은 향상된다.

  라. 미토콘드리아의 기능

미토콘드리아는 에너지인 ATP를 만들어내는 발전소이다. 유산소 훈련의 강도나 기간에 따라 다소 차이는 있지만, 미토콘드리아의 숫자와 크기 모두 지구력 훈련에 의해 증가한다.

  마. 산화 효소

미토콘드리아 산화 효소 활성도 증가

 

<2급 스포츠지도사 운동생리학>, 강현주, 김경배, 안나영, 이왕록, 전병환, 정덕조, 대한미디어, 2015

 

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전신지구력을 높이는 유산소 트레이닝

 

1. 전신지구력의 지표와 트레이닝법

  가. 최대산소섭취량의 향상

유산소 운동은 최대산소섭취량에 관계하는 신체 기능을 높이고, 지구력을 향상시킬 수 있다.

  나. 유산성 역치의 향상

지구력이 요구되는 스포츠에서 최대산소섭취량의 몇 %까지의 강도이면, 유산(피로물질)이 축적되는 일 없이 운동을 계속할 수 있는가 하는 것도 중요하다.

 

2. 유산소운동의 효과

  가. 심장의 비대

마라톤과 같이 장시간 걸리는 종목의 선수는 일반 사람에 비해 혈액을 보내는 좌심실의 용량이 크다. 이것은 경기나 트레이닝을 통하여 보다 높은 수준의 심박출량이 지속되도록 신체가 적응하기 때문이다.

  나. 심박수의 감소 / 1회 심박출량의 증가

전신지구력이 요구되는 종목의 선수는 트레이닝을 통해 안전시의 심박수가 감소하고, 1회의 심박출량의 증대를 보인다. 1회에 보다 많은 혈액을 보낼 수 있다는 것은 심근에 걸리는 부담을 감소하고, 효율적으로 에너지를 이용할 수 있다는 것을 의미하고 있다.

  다. 헤모글로빈과 혈액량의 증가

  라. 신체 구성의 변화

체지방을 에너지로 하여 이용하기 위해서는 산소를 빠뜨리지 않는다. 체지방을 감소시키기 위해서는 에어로빅스 트레이닝이 효과적이다.

 

<스포츠의 과학적 원리>, 윤신중, 혜민북스, 2018, p228

 

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골격근은 운동 트레이닝에 반응해 다양한 유전자 발현을 증가시키는 매우 적응적인 조직이다. 운동에 의한 근 적응의 특징은 트레이닝 양, 강도, 빈도에 특수하다. 즉, 골격근 내에서 발생하는 특수한 적응은 운동 자극의 종류에 따라 다르다(예: 저항성 vs 지구력 운동). 여러 종류의 운동 형태는 활동 근섬유 내의 다른 유전자 발현을 촉진한다. 특히, 저항성 운동과 지구력운동은 다른 세포 신호전달경로를 촉진한다. 그러므로 다른 유전자가 활성화되고 다양한 단백질이 발현된다. 예를 들어, 장기적 지구력 훈련은 근섬유 크기의 변화는 거의 없이 다양한 대사적 적응을 일으킨다(예: 미토콘드리아 양 증가). 반면 고강도 저항성운동은 수축성 단백질의 합성과 근비대를 가져다준다. 

 

<지구력 운동>

-건강한 좌업생활자가 단기간(예: 약 4개월) 훈련을 실시하면 최대산소섭취량이 향상되는데, 그 원인은 최대심박출량의 증가 때문이다. 하지만 장기간(예: 약 32개월) 훈련에 의한 최대산소섭취량의 향상은 최대심박출량과 동정맥산소차 모두의 증가에 의한 결과이다.

-훈련에 의한 동정맥산소차의 증가는 최대근혈류량 증가를 감당할 수 있는 훈련된 근육의 모세혈관 밀도 증가 때문이다. 모세혈관 밀도가 클수록 근육을 통과하는 적혈구의 이동을 느리게 만들어 산소 확산에 필요한 충분한 시간을 제공한다.

-지구력 훈련은 장깆거으로 운동을 할 때 근섬유가 항상성을 유지시켜주는 능력을 향상시킨다.

-장기간의 지구력운동은 속근섬유에서 지근섬유로의 형태 변화를 나타내고, 훈련된 근섬유를 둘러싸고 있는 모세혈관의 수를 증가시킨다.

-지구력운동은 훈련된 근육 안에 세포막밑 미토콘드리아와 수축 단백질 주위에 분산되어있는 근원섬유 사이 미토콘드리아의 수를 증가시킨다.

-근섬유에 대한 미토콘드리아의 수와 모세혈관 밀도의 증가는 혈장>세포질>미토콘드리아로부터 유리지방산 운반능력을 향상시킨다.

-지구력 훈련은 근육 항산화능력을 향상시킨다.

-지구력 훈련은 운동 중 산염기 균형을 향상시킨다.

 

<저항성 운동>

-단기간(8주~20주)의 저항성운동으로 인한 근력의 증가는 주로 신경계에 변화를 가져오는 반면 장기간의 훈련프로그램은 근육 크기의 증가로 인해 근력을 얻는다.

-현재 증거는 인간에게서도 근증식이 일어날 수 있다는 것을 나타낸다. 그렇지만 저항성운동에 따른 근육 크기의 대부분(90~95%)은 근증식이 아닌, 근비대의 증가로 인해 일어나는 것이다.

-장기간의 지속된 저항성운동은 근섬유 유형의 변환을 촉진한다. 

-저항성 운동은 근섬유의 항산화 능력을 개선시킨다.

-저항성운동은 근육의 수축성 단백질 합성을 증가시킨다. 이 운동은 결과적으로 섬유의 횡단면을 증가시킨다.

-저항성운동은 근섬유 횡단면과 근핵 수를 같이 증가시킨다.

 

<파워 운동생리학>, Scott K. Powers, Edward T. Howley ; 옮긴이: 최대혁, 소위영 ; 감수: 정성태), 라이프사이언스, 2018