서 론
인간의 운동수행능력은 유산소 운동능력과 무산소운동 능력으로 나눌 수 있다. 유산소 운동능력은 3분 이상 장시간 운동을 할 때 산소 시스템에 의해서 에너지를 공급하게 되며, 무산소 운동 능력은 단시간 높은 강도의 운동을 할 때 ATP-PC 시스템과 젖산 시스템에 의해서 에너지를 공급받게 된다. 일반적으로 장거리 달리기선수들의 운동수행능력 즉, 유산소성 운동수행능력은 심혈관계의 산소운반능력, 체중에서 근육이 차지하는 비율, 천천히 수축하는 근섬유의 비율, 천천히 수축하는 근섬유의 비율 골격근육내의 모세혈과 밀도와 미토콘드리아 수를 포함한 산화계 효소활성도, 근 글리코겐의 함량, 그리고 달리기 중의 기계적 효율 등에 의해서 영향을 받는 것으로 알려져 이러한 요인들 중에서 근 글리코겐과 기계적 효율을 제외하고는 대부분이 최대산소섭취량과 유의한 상관관계를 가지고 있기 때문에 최대산소섭취량은 오랫동안 유산소성 운동 능력의 평가지표로 인식되어왔다. 또한 최대산소섭취량과 더불어 무산소성역치(AT: anaerobic threshold) 이론, 점증적 최대운동시 호흡가스변인에 의하여 정의되는 환기역치(VT: ventilatory threshold)와 운동에 대한 젖산역치 및 혈중젖산축적시점(OBLA: onset of blood lactate threshold) 등이 유산소성 운동능력의 평가지표로서 사용되고 있다.
본 실험은 피험자의 윙게이트 테스트를 통해무산소 능력을 측정하고, 젖산의 변화를 통해 운동 후 회복의 정도를 평가하는 지표중의 하나인 젖산회복능력을 측정하는 것에 목적을 두고 있다.
실험 절차
본 실험은 운동생리학 수강인원을 4개조로 나누었으며, 조별로 1명씩 선출하여 무산소 능력과 젖산변화를 측정하는데 목적을 두고 있다. 본 실험의 1조 피험자는 자발적인 참여의사를 통해 실험에 참여하였다. 본격적인 무산소능력 측정에 들어가기 앞서 안정시의 젖산을 측정하였고, 가벼운 조깅과 에르고미터 사이클을 이용한 적절한 준비 운동을 실시하였으며, 체중의 5%의 부하로 장력을 조절한후 “시작”이라는 구호와 함께 1분간 최대로 페달을 돌렸다. 무산소능력 측정 직후 젖산농도를 측정하였다. 그 이후 젖산회복에 정리운동의 영향을 알아보기 위하여 트레드밀을 이용하여 5분동안 걷기를 실시하였으며, 정리운동이 끝나 직후에도 젖산을 측정하였다. 그 이후 5분 동안 의자에 앉아 편안한 휴식을 취했으며, 무산소능력 측정을 실시한 후 최종적으로 10분 후에 마지막으로 젖산을 측정하였다. 피험자는 무산소능력을 측정한 이후에 극도로 힘들어 한 것으로 보아 무산소능력 측정 신뢰성이 높은 자료라 추정된다.
| 이름 | 성별 | 나이 | 몸무게 |
| 블랙스톤 | 남 | 23세 | 65kg |
결과 자료
힘(F) = 부하kg × 9.8 m/sec² = 31.85N
평균파워 = 31.85N × (1.615/1rev × 평균회전수/1min × 1min/60sec) = 421W
최대파워 = 31.85N × (1.615/1rev × 5초간최고회전수/1min × 1min/60sec) = 1165W
최소파워 = 31.85N × (1.615/1rev × 5초간최저회전수/1min × 1min/60sec) =262W
피로율 = (최고파워 - 최저파워) / 최고파워 × 100
= ( 1165W - 262W) / 1165W × 100 = 77.51%
| Average Power | 421 | [W] |
| Maximum Power | 1165 | [W] |
| Minimum Power | 262 | [W] |
| Time to Peak Power | 5 | [Sec] |
| MeanPower/Bodymass | 6.5 | [W/Kg] |
| PeakPower/Bodymass | 17.9 | [W/Kg] |
| Rate to Fatigue | 16.4 | [W/Sec] |
1분간 사용되는 ATP는 어느 에너지 시스템에 의하여 제공되는가
단시간 고강도 운동시 사용되는 에너지는 우선 무산소성 경로에서 나온다. ATP 생성이 주로 ATP-PC 체계 또는 해당과정인지는 운동시간에 의해서 좌우된다(Armstrong, R. 1979). 예를들어, 50m 달리기나 축구경기에서 완전한 단독플레이를 위한 에너지는 기본적으로 ATP-PC 체계로부터 나온다. 대조적으로, 400m달리기를 완주하기 위한 에너지의 대부분은 해당과정에 의해서 생산되지만, ATP-PC 체계, 해당과정, 유산소성 대사가 모두 사용된다.
일반적으로 ATP-PC 체계는 1~5초 동안의 운동시 거의 모든 ATP를 공급할 수 있고, 5~6초 이상의 격렬한 운동을 유지하기 위해서는 해당과정에 의해 ATP를 얻기 시작한다. 운동하는 동안 ATP-PC 체계에서 해당과정으로의 의존도가 증가하여 전환되는 것은 어떤 경로에서 또 다른 경로의 급격한 변화가 아니라 에너지 체계의 단계적인 이동이다. 45초 이상의 운동을 유지하기 위해서는 모두 3개의 에너지체계가 사용된다. 2분 이상의 운동을 유지하기 위해 필요한 ATP공급은 무산소성과 유산소성 생체에너지 경로가 거의 똑같이 이용되는 반면, 격렬한 운동을 약 60초 동안 유지하기 위해서는 70% 대 30%(무산소성/유산소성)의 비율로 에너지가 사용된다.
운동중 인체의 에너지 공급 시스템은 획일화된 에너지 경로에 의존하지 않기 때문에 비록 무산소적 운동수행이라 할지라도 유산소 에너지 시스템에 의한 기여율이 존재하게 되며, 대개 대상자의 인체 효율성에 따라 13%에서 43%까지 윙게이트 운동중 유산소 기여율의 차이를 보이는 것으로 알려져 있다(Grainier et al., 1995).
6-8초 후에는 왜 파워가 점차 감소되는가
신체활동이나 운동을 수행하는 동안 에너지 생성을 위한 대사과정은 크게 유산소성과 무산소성으로 구분할 수 있다. 그 중 무산소성 대사는 짧은 시간동안 높은 강도로 운동을 수행할 때 충분한 산소의 공급없이 체내에 저장된 에너지원을 이용하여 작용한다. 무산소성 대사과정에 의한 에너지공급은 근육내에 이미 저장된 아데노신 3인산과 크레아틴 인산을 분해하여 에너지를 생성하는 ATP-PC 시스템과 산소의 이용없이 글루코스를 분해하여 젖산을 부산물로 남게 되는 젖산시스템으로 구분된다(Fox, 1984). ATP-PC 시스템과 젖산시스템에 의한 무산소성 운동능력(Anaerobic capacity)은 무산소성 대사과정을 통해 발휘할 수 있는 폭발적인 근수축력과 근지구력을 의미하며, 근력 및 근지구력에 높은 상관성을 가지고 있는 것으로 알려져 있다(Serresse et al., 1989).
8초 이전까지는 체내에 저장되어있는 크레아틴과 ATP를 이용하여 빠르고 강력한 에너지를 생성할 수 있지만, 8초 이후에는 체내에 저장되어있는 크레아틴의 고갈로 젖산시스템이 동원되는데, 젖산시스템의 동원은 곧 체내에 젖산이 생성되는 것을 의미하며, 젖산의 생성은 근육의 피로를 유발한다. 젖산의 생성율이 젖산의 제거율을 초과하는 상황은 인체에 젖산이 축적되는 상황을 야기하며, 젖산의 축정은 근육의 피로를 유발한다. 근육의 피로로 인해 자연스럽게 파워는 감소하는 경향을 보인다.
최고 파워가 높게 나오는 선수들의 종목은 무엇이며 이 선수들에게서 근섬유비율을 분석한다면 그 결과는 어떻게 나오겠는가?
무산소성 운동능력 즉, ATP-PC계의 능력은 근육속에 저장된 ATP-PC양과 ATP-PC를 분해하여 에너지를 방출시키는 ATPase(Adenosine triphosphatase)와 CPK(creatine phosphokinase)의 활성에 달려있으며, 젖산계의 능력은 무산소성 해당과정에 작용하는 효서의 활성과 근육세포 및 세포주위의 완중능력(Sharp et al., 1986)에 크게 의존한다. 최대 무산소성 파워 및 무산소성 지구력은 모든 스포츠 종목의 경기력 향상에 있어서 절대적인 체력요인으로 간주되고 있다. 특히 순간적으로 폭발적인 힘을 필요로 하거나, 지속적으로 큰 힘을 요구하는 비교적 단시간의 스포츠 종목에서 중요한 요소들이다. 그렇다면 종목멸 금섬유 비율은 어떠한 차이를 보일까? 보통 단거리 달리기 운동선수들의 속근섬유 비율은 70~75%정도이며, 지근섬유의 비율은 25~30%정도의 비율을 갖고 있다. 반면 장거리 달리기 운동선수들의 속근섬유 비율은 20~30%정도이며, 지근섬유의 비율은 70~80%정도의 비율을 갖고 있다. 하지만 다양한 섬유 형태의 비율에서 고려할 만한 변인이 심지어 똑같은 활동이나 스포츠에서 경쟁하는 성공적인 선수들 사이에서도 존재한다. 다시 말해서, 똑같이 성공적인 두 명은 100m달리기 선수가 갖고 있는 속근섬유의 비율에서 차이가 있을 수 있다. 이런 관찰은 근섬유의 구성이 신체활동을 성공적으로 수행하기 위한 유일한 변인이 아니라는 것을 설명해준다.
안정시, 운동후, 회복기 젖산 농도 변화 비교 분석
본 실험의 피험자는 안정시 5.0%, Wingate 무산소 능력 측정직후 13.8%, 측정 이후 가벼운 운동 5분후 17.7%, 5분간의 휴식이후 14.8%의 수치를 기록했다. Winate를 통한 무산소 능력을 측정하였을 때 운동 5분 후에 최고의 수치를 기록하였다. 이러한 결과는 Wingate test의 60초간 최대운동은 하지근육의 보다 집중적인 운동수행 형태로서 혈류이동에 의한 산소 운반이 매우 제한적인 운동임에 기인하며, 세포막을 통과하는 활동적 전달에 최대운동 수행 후 2-5분 후의 시간이 소요되기 때문이다. 또한 운동수행에 따라 축적된 근육내의 젖산이 순환과정에 의해서 혈류로 유출되는 과정이 혈중 젖산농도 최고치의 출현 시기를 결정하는 매우 중요한 요인임을 의미한다.
최고 파워와 준비운동의 관계
준비운동은 주 운동 전에 체온을 높여 호흡순환계, 근육계 등을 안정 상태로부터 운동하기 적당한 상태로부터 운동하기 적당한 상태로 서서히 유도하기 위한 운동이다. 안정시의 상태로부터 급하게 강한 운동을 시작하면 체내의 모든 기능이 급격한 변화를 일으켜 상해의 원인이 될 수 있기 때문이다. 그러므로 준비운동으로 운동적응 상태가 되면 운동에 의한 상해를 미연에 방지하고 운동능력을 충분히 발휘할 수 있게 된다. 또한 준비운동은 생리적으로 근육의 내부온도와 탄력성을 증가시키고 심박수와 호흡량을 증가 시켜 운동근에 혈액 순환을 증가시켜주는 것이다. 즉 준비운동은 근육, 건, 인대 및 관절의 유연성을 높이고 운동 중에 많이 사용하는 부분의 말단에까지 혈액을 충분히 보내어 산소와 영양을 조직에 공급하고, 탄산가스와 젖산 등의 노폐물을 제거시켜 지속적이고 활기찬 근의 수축력을 향상시키는데 있다(박노일, 1999). 본 실험에서 피험자는 무산소 능력 측정에 들어가기 앞서 충분한 준비운동을 실시하였으므로, 최고 파워의 증가에 영향을 미쳤다고 추정한다.
무산소 파워와 젖산 농도의 관계
윙게이트 검사를 통해 평가되는 무산소성 운동능력은 에너지 시스템의 기여율 측면에 있어 산소의 공급 없이 최대한 무산소적 시스템의 의존하여 운동을 수행할 수 있는 능력을 의미한다 Granier et al., 1995). 무산소성 파워는 무산소성 대사과정을 통해 발휘할 수 있는 폭발적인 근수축력과 근지구력을 의미하며, 무산소성 지구력을 평가하는 피로지수는 ATP-PC계 및 젖산계에 의한 에너지 동원양상에서 이루어지는 것으로 간주하였다. 무산소성파워의 평가방법으로 생리적 변인 중 혈중젖산농도가 많이 이용되고 있다(변재철,1999). 본 실험에서 피험자는 5.8초에 1148W의 최고파워를 기록하고 점차 감소하는 것을 알 수 있다. 이는 해당과정을 통한 젖산생성률이 젖산제거율보다 많아짐에 따라, 근육에 피로가 쌓이는 기전으로 파워가 감소하는 것을 알 수 있다.
회복시 활동성 회복 방법과 비활동성 회복 방법이 젖산 농도에 미치는 영향
고전적 이론은 운동 후 대부분의 젖산은 간에서 포도당으로 전환되므로 운동 후 산소섭취량을 증가시킨다고 하였다. 그러나 최근의 연구 결과는 운동 후 대부분의 젖산은 산화된다고 주장하고 있다. 즉, 젖산은 피루브산으로 전환되어 심장과 골격근에서 기질로 이용된다. 운동중 생성된 젖산의 약 70%는 산화되고 20%는 포도당으로 전환하고 나머지 10%는 아미노산으로 전환되는 것으로 추정된다.
회복시의 가벼운 운동은 운동을 안 할 것보다 젖산이 빠르게 제거 된다. 그 이유는 가벼운 운동으로 인해 활동근에서의 젖산 산화가 증진되기 때문이다. 혈중 젖산제거를 촉진하는 회복운동의 적정 강도는 최대산소섭취량의 약 30~40%정도의 강도이다. 보다 높은 고강도 운동은 근육의 젖산생성을 증가시켜서 젖산제거를 방해한다.
참고 문헌
박노일. 1999. 준비운동 후 휴식조건의 변형이 민첩성, 순발력 운동의 기록헤 미치는 영향, 공주대학교 대학원 석사 학위논문.
변재철. 1999. 무산소성운동이 우수선수와 비운동선수의 젖산농도 밒 Catecholamine 반응에 미치는 영향. 미간행 석사학위논문. 영남대학교 대학원.
Armstrong, R. 1979. Biochemistry: Energy liberation and use. In Sports Medicine and Physiology, ed. R. Strauss. Philadelphia: W. B. Saunders
Fox, E. L. (1984). Sports Physiology. Saunders College publishing, 9-25.
Granier, P., Mercier, B., Mercierm, J., Anselme, F., & Prefaut, C. (1995). Aerobic and anaerobic contribution to wingate test performance in sprintand middle-distance runners. European journal of applied physiology, 70, 58-65.
Serresse, O., Ama, P. F. M., Simoneau, G., Lortie, C. B., Boulay, M. R. (1989). Anaerobic performances of sedentary and trained subjects, Canadian journal of sport sciences, 14, 146-152.
Sharp, P.L, Costill D.L, Fink W.J and King D.D(1986). Effects of eight weeks of bucycle ergometer training on human Muscle buffer capacity. Int.J. Sports Med, 7, 13-17
