1. 서론
최대 유산소 능력을 측정하는 방법은 심박수, 체중, 나이를 이용하여 간접적으로 추측하는 방법과 산소마스크를 이용하여 최대산소섭취량을 직접 측정하는 방법이 있다. 본 실험에서는 트레드밀을 이용하여 Bruce Protocol 방법으로 최대산소섭취량을 직접 측정하였다.
본 실험에서 사용한 Bruce Protocol은 트레드밀 측정은 하체를 비롯한 신체의 많은 근육들을 사용하는 전신운동이며, 검사에 대한 피험자의 숙련이 요구되지 않는다. 또한 각 피험자의 체력 상태에 따라 속도를 조절할 수 있고, 신뢰성이 높으며, 다양한 체력수준의 피험자들을 측정할 수 있다. Bruce Protocol은 상대적으로 높은 부하량으로 시작되며 속도와 경사도의 증가로서 일률의 증가폭이 높다. 이 프로토콜은 초기 2단계 일률이 7METs 이하의 기능력을 가진 사람에게는 너무 높은 강도이므로 전체 운동지속시간이 짧아질 수 있다.
최대산소섭취량 직접측정(실험2)은 산소마스크를 이용하여 피험자의 산소섭취량, 심박수, 호흡교환율 등을 직접 측정하였고, 측정한 자료들을 토대로 에너지의 소비량산출, 심박수 변화비교, 효율 및 지방과 탄수화물 소비율, 호흡상 변화비교, 환기 역치 등을 산출하였다. 또한 실험2에서 진행한 최대산소섭취량 직접측정과 실험1에서 진행한 최대산소섭취량 간접측정을 비교 분석하여 최대산소섭취량 간접측정방법의 신뢰도를 파악하였다.
2. Bruce Protocol
최초의 실험방법은 Ramp Protocol이었지만, Ramp Protocol은 프로선수들의 운동능력을 측정하는 Protocol이므로, 본 실험에서는 정상인이나 위험 요인을 가진 사람에게 적합한 Bruce Protocol을 선택하여 측정하였다. Bruce Protocol은 최초 운동 시작 부하를 경사도 10%, 1.7 mph를 3분 동안 실시하며 3분 마다 경사도 2%, 속도는 0.8 mph씩 증가시킨다. 단계별로 약 2-3 METs 씩 증가하여 피검자가 all-out 될 때까지 진행한다. all-out의 기준 은 심박수와 산소섭취량을 토대하여, 피험자의 all-out 의사표현 시 중지하는 방법을 선탣하였다. Bruce Protocol의 각 단계별 운동강도는 피험자의 체중, 트레드밀의 속도, 트레드밀의 각도, 운동시간으로 산출하였고, 계산방식은 다음과 같다.
| 단계 | 속도(mph) | 속도(m/min) | 경사 | 측정시간 |
| 1 | 1.7 | 45.60 | 10% | 3분 |
| 2 | 2.5 | 67.06 | 12% | 3분 |
| 3 | 3.2 | 85.83 | 14% | 3분 |
| 4 | 4.0 | 107.29 | 16% | 3분 |
| 5 | 4.8 | 128.75 | 18% | 3분 |
가. 1단계
피험자의 체중 64kg = 64kp
트레드밀 속도 45.6m/min, 각도 10% grade(10% ÷ 100=0.1)
운동시간 3분, 수직 이동거리= 45.6m/min * 3min *0.1= 13.68m
행해진 전체작업량= 64KP * 13.68m= 807.52kpm
파워= 807.52kpm ÷ 3min= 291.84kpm/min
나. 2단계
피험자의 체중 64kg = 64kp
트레드밀 속도 67.06m/min, 각도 12% grade(12% ÷ 100=0.12)
운동시간 3분, 수직 이동거리= 67.06m/min * 3min *0.12= 24.14m
행해진 전체작업량= 64KP * 24.14m= 1544.96kpm
파워= 1544.96kpm ÷ 3min= 514.99kpm/min
다. 3단계
피험자의 체중 64kg = 64kp
트레드밀 속도 85.83m/min, 각도 14% grade(14% ÷ 100=0.14)
운동시간 3분, 수직 이동거리= 85.83m/min * 3min * 0.14= 36.05m
행해진 전체작업량= 64KP * 36.05m= 2307.2kpm
파워= 2307.2kpm ÷ 3min= 769.06kpm/min
라. 4단계
피험자의 체중 64kg = 64kp
트레드밀 속도 107.29m/min, 각도 16% grade(16% ÷ 100=0.16)
운동시간 3분, 수직 이동거리= 107.29m/min*3min*0.16= 51.5m
행해진 전체작업량= 64KP * 51.5m= 3296kpm
파워= 3296kpm ÷ 3min= 1098.67kpm/min
마. 5단계
피험자의 체중 64kg = 64kp
트레드밀 속도 128.75m/min, 각도 18% grade(18% ÷ 100=0.18)
운동시간 3분, 수직 이동거리= 128.75m/min*3min*0.18= 69.53m
행해진 전체작업량= 64KP * 69.53m= 4449.92kpm
파워= 4449.92kpm ÷ 3min= 1483.31kpm/m
3. 운동 중 총에너지 소비량 산출
총 에너지 소비량을 산출하는 방법은 직접열량측정법과 간접열량측정법이 있다 .직접열량측정법이 대사율 측정을 위한 정확한 기술로 받아들여지고 있지만, 열량계를 설치하는 것은 상당한 비용이 소요되며 측정 방법 또한 복잡하다. 간접열량측정 방법은 소비된 산소와 신체에서 발생한 열의 양은 직접적인 관계를 근거로, 산소소비를 측정하여 대사율을 평가하는 방법이다(Daniels, J., 1985). 소비한 산소의 양을 같은 값의 열로 전환하기 위해서는 탄수화물, 지방, 단백질 중에서 어느 영양소가 대사작용의 연료가 되는지를 알아야 한다. 지방이 대사작용을 할 때 4.7kcal의 에너지가 생산되는 반면에 탄수화물을 사용하면 5.05kcal의 에너지가 생산된다. 운동의 칼로리소비량은 호흡교환률에 따라 다르지만, 산소 1L당 거의 대략 5kcal가 소비되는 것으로 알려져 왔다(Howley, E., 1997).
| R | kcal/O2 | 총열량 퍼센트 | |
| 탄수화물 | 지방 | ||
| 0.707 | 4.686 | 0.0 | 100.0 |
| 0.71 | 4.690 | 1.02 | 98.98 |
| 0.72 | 4.702 | 4.44 | 95.6 |
| 0.73 | 4.714 | 7.85 | 92.2 |
| 0.74 | 4.727 | 11.3 | 88.7 |
| 0/75 | 4.739 | 14.7 | 85.3 |
| 0.76 | 4.751 | 18.1 | 81.9 |
| 0.77 | 4.764 | 21.5 | 78.5 |
| 078 | 4.776 | 24.9 | 75.1 |
| 0.79 | 4.788 | 28.3 | 71.7 |
| 0.80 | 4.801 | 31.7 | 68.3 |
| 0.81 | 4.813 | 35.2 | 64.8 |
| 0.82 | 4.825 | 38.6 | 61.4 |
| 0.83 | 4.838 | 42.0 | 58.0 |
| 0.84 | 4.850 | 45.5 | 54.6 |
| 0.85 | 4.862 | 48.8 | 51.2 |
| 0.86 | 4.875 | 52.2 | 47.8 |
| 0.87 | 4.887 | 55.6 | 44.4 |
| 0.88 | 4.899 | 59.0 | 41.0 |
| 0.89 | 4.911 | 62.5 | 37.5 |
| 0.90 | 4.924 | 65.9 | 34.1 |
| 0.91 | 4.936 | 69.3 | 30.7 |
| 0.92 | 4.948 | 72.7 | 27.3 |
| 0.93 | 4.961 | 76.1 | 23.9 |
| 0.94 | 4.973 | 79.5 | 20.5 |
| 0.95 | 4.985 | 82.9 | 17.1 |
| 0.96 | 4.998 | 86.3 | 13.7 |
| 0.97 | 5.010 | 89.8 | 10.2 |
| 0.98 | 5.022 | 93.2 | 6.83 |
| 0.99 | 5.035 | 96.6 | 3.41 |
| 1.00 | 5.047 | 100.0 | 0.00 |
본 실험에서는 간접열량측정법을 사용하였으며 들어마신 공기의 양은 가스분석기나 유사한 장치로 측정되고 배출된 가스와 함께 혼합열량계에 모여 전기적 가스분석에 의해 산소와 이산화탄소를 분석하였다.
| VO2 (ml/min) |
VO2 (l/min) |
R | Kcal/02 | 추측 kcal/min |
실제 kcal/min |
| 478.5179 | 0.478518 | 0.696867 | 4.686 | 2.242335 | 2.222853 |
| 878.2148 | 0.878215 | 0.657681 | 4.686 | 4.115315 | 4.045789 |
| 1042.88 | 1.04288 | 0.644904 | 4.686 | 4.886937 | 4.789829 |
| 1124.975 | 1.124975 | 0.678023 | 4.686 | 5.271634 | 5.214081 |
| 1181.715 | 1.181715 | 0.664099 | 4.686 | 5.537514 | 5.457136 |
| 1105.815 | 1.105815 | 0.715376 | 4.702 | 5.199542 | 5.176477 |
| 1338.958 | 1.338958 | 0.716073 | 4.702 | 6.295781 | 6.271296 |
| 1487.938 | 1.487938 | 0.731507 | 4.714 | 7.01414 | 6.998847 |
| 1596.993 | 1.596993 | 0.747235 | 4.739 | 7.568152 | 7.543851 |
| 1660.116 | 1.660116 | 0.773043 | 4.764 | 7.908793 | 7.895754 |
| 1749.099 | 1.749099 | 0.797518 | 4.801 | 8.397423 | 8.372804 |
| 1803.579 | 1.803579 | 0.813581 | 4.813 | 8.680625 | 8.669974 |
| 1884.494 | 1.884494 | 0.841422 | 4.85 | 9.139797 | 9.124695 |
| 1973.956 | 1.973956 | 0.907001 | 4.899 | 9.670409 | 9.719416 |
| 2144.14 | 2.14414 | 0.92807 | 4.899 | 10.50414 | 10.6145 |
| 2241.432 | 2.241432 | 0.991505 | 4.899 | 10.98077 | 11.27351 |
| 2259.062 | 2.259062 | 1.04109 | 4.899 | 11.06714 | 11.50162 |
| 2272.987 | 2.272987 | 1.018456 | 4.899 | 11.13536 | 11.50858 |
| 2447.34 | 2.44734 | 1.025031 | 4.899 | 11.98952 | 12.41222 |
| 2688.126 | 2.688126 | 1.066378 | 4.899 | 13.16913 | 13.77274 |
| 2831.134 | 2.831134 | 1.145779 | 4.899 | 13.86973 | 14.78567 |
| 2896.708 | 2.896708 | 1.161364 | 4.899 | 14.19097 | 15.18455 |
| 3032.858 | 3.032858 | 1.184511 | 4.899 | 14.85797 | 15.98608 |
| 3040.61 | 3.04061 | 1.201295 | 4.899 | 14.89595 | 16.09046 |
| 3009.669 | 3.009669 | 1.238085 | 4.899 | 14.74437 | 16.06435 |
| 2891.911 | 2.891911 | 1.279123 | 4.899 | 14.16747 | 15.58302 |
| 2812.305 | 2.812305 | 1.277728 | 4.899 | 13.77748 | 15.14889 |
| 2335.384 | 2.335384 | 1.295759 | 4.899 | 11.44104 | 12.63043 |
| 1838.006 | 1.838006 | 1.368611 | 4.899 | 9.004392 | 10.10474 |
| 1452.814 | 1.452814 | 1.423247 | 4.899 | 7.117338 | 8.083561 |
| 1313.304 | 1.313304 | 1.431901 | 4.899 | 6.433878 | 7.320418 |
| 1099.118 | 1.099118 | 1.452413 | 4.899 | 5.384578 | 6.152813 |
| 1058.786 | 1.058786 | 1.400676 | 4.899 | 5.186994 | 5.858497 |
| 1002.103 | 1.002103 | 1.411259 | 4.899 | 4.909304 | 5.557471 |
| 1001.27 | 1.00127 | 1.325232 | 4.899 | 4.905222 | 5.445688 |
| 963.3413 | 0.963341 | 1.28277 | 4.899 | 4.719409 | 5.188105 |
| 1011.786 | 1.011786 | 1.202193 | 4.899 | 4.956739 | 5.34813 |
| 1021.842 | 1.021842 | 1.222427 | 4.899 | 5.006006 | 5.427116 |
소비된 에너지를 산출하기 위해서는 산소섭취량과 호흡교환율에 해당하는 산소 1L당 소비되는 칼로리를 구하면 쉽게 구할 수 있다. 본 실험의 피험자 자료를 통해 살펴보면 다음과 같다.
추측할 수 있는 1분당 소비되는 에너지 실제 1분당 소비되는 에너지 유의한 차이가 나는 것을 볼 수 있는데, 이것은 운동 시 소비되는 약간의 단백질 에너지원을 측정에서 제외한 것과 호흡교환율에서 소수점의 숫자로 인한 차이로 추측할 수 있다. 추측할 수 있는 kcal/min의 계산에서 호흡교환율이 0.707일 경우 산소 1L당 사용되는 에너지는 4.686으로 계산, 호흡교환율이 1.0을 넘는 경우 산소 1L당 사용되는 에너지는 4.899로 계산, 나머지는 호흡교환율에 맞는 산소 1L당 사용되는 에너지 대입하여 계산하였다.
운동중 총에너지 산출은 본 실험시 측정된 분당 소모된 에너지를 참고하여 추측하였다. 각 구간별 분당 소모된 에너지는 각 구간 30초동안 소비된 에너지를 측정하기 위해 초당 소비된 에너지로 환산하고 30초를 곱하여 계산하였다. 구간별 소비한 에너지량은 다음과 같다.
| 각 구간 (시간) | Kcal/min | Kcal/s | 에너지소비량 |
| 1(0~30초) | 2.222853 | 0.037048 | 1.111426 |
| 2(30~60초) | 4.045789 | 0.06743 | 2.022894 |
| 3(60~90초) | 4.789829 | 0.07983 | 2.394914 |
| 4(90~120초) | 5.214081 | 0.086901 | 2.60704 |
| 5(120~150초) | 5.457136 | 0.090952 | 2.728568 |
| 6(150~180초) | 5.176477 | 0.086275 | 2.588239 |
| 7(180~210초) | 6.271296 | 0.104522 | 3.135648 |
| 8(210~240초) | 6.998847 | 0.116647 | 3.499423 |
| 9(240~270초) | 7.543851 | 0.125731 | 3.771926 |
| 10(270~300초) | 7.895754 | 0.131596 | 3.947877 |
| 11(300~330초) | 8.372804 | 0.139547 | 4.186402 |
| 12(330~360초) | 8.669974 | 0.1445 | 4.334987 |
| 13(360~390초) | 9.124695 | 0.152078 | 4.562347 |
| 14(390~420초) | 9.719416 | 0.16199 | 4.859708 |
| 15(420~450초) | 10.6145 | 0.176908 | 5.307252 |
| 16(450~480초) | 11.27351 | 0.187892 | 5.636757 |
| 17(480~510초) | 11.50162 | 0.191694 | 5.750809 |
| 18(510~540초) | 11.50858 | 0.19181 | 5.754292 |
| 19(540~570초) | 12.41222 | 0.20687 | 6.206108 |
| 20(570~600초) | 13.77274 | 0.229546 | 6.886371 |
| 21(600~630초) | 14.78567 | 0.246428 | 7.392837 |
| 22(630~660초) | 15.18455 | 0.253076 | 7.592275 |
| 23(660~690초) | 15.98608 | 0.266435 | 7.993042 |
| 24(690~720초) | 16.09046 | 0.268174 | 8.04523 |
| 25(720~750초) | 16.06435 | 0.267739 | 8.032177 |
| 26(750~780초) | 15.58302 | 0.259717 | 7.791512 |
| RECOVERY DATA | |||
| 27(780~810초) | 15.14889 | 0.252482 | 7.574446 |
| 28(810~840초) | 12.63043 | 0.210507 | 6.315216 |
| 29(810~840초) | 10.10474 | 0.168412 | 5.05237 |
| 30(840~870초) | 8.083561 | 0.134726 | 4.04178 |
| 31(900~930초) | 7.320418 | 0.122007 | 3.660209 |
| 32(930~960초) | 6.152813 | 0.102547 | 3.076407 |
| 33(960~990초) | 5.858497 | 0.097642 | 2.929248 |
| 34(990~1020초) | 5.557471 | 0.092625 | 2.778735 |
| 35(1020~1050초) | 5.445688 | 0.090761 | 2.722844 |
| 36(1050~1080초) | 5.188105 | 0.086468 | 2.594052 |
| 37(1080~1110초) | 5.34813 | 0.089135 | 2.674065 |
| 38(1110~1140초) | 5.427116 | 0.090452 | 2.713558 |
| 총 에너지 소비량 | 174.273 | ||
운동을 시작하여 운동이 끝날 때까지 에너지 소모량은 점진적으로 증가 하는 것을 파악 할 수 있으며, 운동이 끝난 후에도 에너지가 소모되는 것을 알 수 있다. 피험자의 운동중 총 에너지 소비량은 174.273Kcal이다(표 4 참조).
4. 운동강도에 따른 심박수 변화 비교
최대심박수는 피험자의 나이를 통해 간단하게 추측할 수 있다. 최대 심박수 추정공식은 220 - age이고, 본 실험의 피험자의 나이는 22세이다. 즉, 피험자의 최대심박수는 220 - 22 = 198beat/min이다.
1단계(291.84kpm/min)의 강도에서 심박수 변화는 116~117beat/min정도로 눈에 띄는 변화는 보이지 않았다. 운동강도에 따른 심박수를 최대심박수와 비교를 한다면, 117 ÷ 198 * 100 = 59% 정도의 수치를 보이고 있다. 2단계(514.99kpm/min)에서 심박수의 변화는 124~133beat/min정도로 약 10정도의 범위로 심박수의 변화가 있는 것을 볼 수 있다. 124회의 심박수는 최대심박수의 비율로 살펴보면 124 ÷ 198 * 100 = 62% 정도의 수치를 보이고 있으며 133회의 심박수는 최대심박수의 비율로 살펴보면 133 ÷ 198 * 100 = 67% 정도의 수치를 보이고 있다. 따라서 2단계에서 심박수를 최대심박수와 비교하면 62~67%정도의 수치를 보이고 있다. 3단계(769.06kpm/min)에서 심박수의 변화는 140~152beat/min정도로 약 13정도의 범위로 심박수의 변화가 있는 것을 볼 수 있다. 140회의 심박수는 최대심박수의 비율로 살펴보면 140 ÷ 198 * 100 = 70% 정도의 수치를 보이고 있으며 152회의 심박수는 최대심박수의 비율로 살펴보면 152 ÷ 198 * 100= 76% 정도의 수치를 보이고 있다. 따라서 3단계에서 심박수 변화를 최대심박수와 비교하면 70~76%정도의 수치를 보이고 있다. 4단계(1098kpm/min)에서 심박수의 변화는 155~182beat/min정도로 약 8정도의 범위로 심박수의 변화가 있는 것을 볼 수 있다. 155회의 심박수는 최대심박수의 비율로 살펴보면 155 ÷ 198 * 100= 78% 정도의 수치를 보이고 있고, 182회의 심박수는 최대심박수의 비율로 살펴보면 182 ÷ 198 * 100= 91% 정도의 수치를 보이고 있다. 따라서 4단계에서 심박수의 변화를 최대심박수와 비교하면 78%~91%정도의 수치를 보이고 있다. 5단계(1483.31kpm)에서의 심박수 변화는 780초(13분)까지 점진적인 증가를 보이나 그 이후 부터는 점차 낮아지는 것을 알 수 있다.이러한 이유는 피험자가 더 이상 뛸 수 없음의 의사를 밝힌 후 운동을 중단했기 때문이다. 5단계에서 운동이 끝날 때 까지 심박수의 변화는 186~189beat/min정도로 약 4정도의 변화가 있는 것을 볼 수 있다. 186회 심박수는 최대심박수의 비율로 살펴보면 186 ÷ 198 * 100= 93% 정도의 수치를 보이고 있고, 189회의 심박수는 최대심박수의 비율로 살펴보면 189 ÷ 198 * 100= 95% 정도의 수치를 보이고 있다. 따라서 5단계에서 심박수의 변화를 최대심박수와 비교하면 93~95% 정도의 수치를 보이고 있다.
측정시 피험자는 쓰러지기 직전까지 뛰는 모습을 보였다. 측정결과 피험자는 자신의 최대심박수의 100%까지 뛰지는 않았지만, 180beat/min정도의 심박수로 95%정도 심박수까지 운동을 진행하였다. 따라서 본 실험의 피험자는 최대 운동을 하였다고 보아도 무방하다.
5. Vo2max 40% ~ 90%의 운동 중 작업량 산출
운동중 작업량 산출은 힘과 거리를 통해서 구할 수 있다. 트레드밀의 작업량을 계산하기 위해서는 피험자의 몸무게와 수직이동거리를 곱해주면 된다. 수직이동거리를 알기위해서는 운동시간을 파악해야 한다. 그러나 최대산소섭취량의 40% 당시의 작업량을 구하는 것은 시간을 알수 없으므로, 각 %의 운동중 작업량 산출은 구간으로 나누어 작업량을 산출하였다. 각구간의 작업량의 산출 방법은 다음과 같다.
가. 40~50% 작업량 산출
산소섭취량의 최대값은 47.51ml/kg/min, 40%에 해당하는 값은 19.01ml/kg/min이며, 50%에 해당하는 값은 23.76ml/kg/min이다. 본 실험의 피험자는 이 구간에서 2단계의 운동으로 30초 동안 운동을 실시하였고, 트레드밀 속도는 67.06m./min, 경사도는 12%이다. 그러므로 수직 이동거리는 67.06m/min * 0.5min * 0.12= 4.02m이다. 작업량은 힘 * 수직이동거리로 산출할 수 있으며, 40~50%에서 작업량은 64kp * 4.02m = 257.28kpm이다.
나. 50~60% 작업량 산출
최대산소섭취량은 47.51ml/kg/min, 50%에 해당하는 값은 23.76ml/kg/min이며, 60%에 해당하는 값은 28.51ml/kg/min이다. 본 실험의 피험자는 이 구간에서 2단계의 운동으로 1분 30초 동안 운동을 실시하였고, 트레드밀 속도는 67.06m./min, 경사도는 12%이다. 그러므로 수직 이동거리는 67.06m/min * 1.5min * 0.12= 12.07m이다. 작업량은 힘 * 수직이동거리로 산출할 수 있으며, 40~50%에서 작업량은 64kp * 12.07m = 772.48kpm이다.
다. 60~70% 작업량 산출
최대산소섭취량은 47.51ml/kg/min, 60%에 해당하는 값은 28.51ml/kg/min이며, 70%에 해당하는 값은 33.26ml/kg/min이다. 피험자는 이 구간에서 2단계의 운동으로 30초 동안, 3단계에서 1분 30초 동안 운동을 실시하였다. 2단계에서 트레드밀 속도는 67.06m./min, 경사도는 12%이며 운동시간은 30초 동안 실시하였다. 그러므로 수직이동거리는 67.06m/min * 0.5min * 0.12= 4.02m 이다. 3단계에서 트레드밀 속도는 85.83m/min, 경사도는 14%이며 운동시간은 1분 30초 동안 실시하였으므로 수직이동거리는 85.83m/min * 1.5min * 0.14= 18.02m이다. 작업량은 힘 * 수직이동거리로 산출할 수 있으며, 60~70%에서 작업량은 64kp * 4.02m +64kp * 18.02m = 257.28kpm +1153.28kpm = 1410.56 kpm이다.
라. 70~80% 작업량 산출
최대산소섭취량은 47.51ml/kg/min, 70%에 해당하는 값은 33.26ml/kg/min이며, 80%에 해당하는 값은 38.01ml/kg/min이다. 본 실험의 피험자는 이 구간에서 3단계의 운동으로 1분30초 동안, 4단계에서 30초 동안 운동을 실시하였다. 3단계에서 트레드밀 속도는 85.83m/min, 경사도는 14%이며 운동시간은 1분 30초 동안 실시하였다. 그러므로 수직이동거리는 85.83m/min*1.5min*0.14= 18.02m 이다. 4단계에서 트레드밀 속도는 107.29m/min, 경사도는 16%이며 운동시간은 30초동안 실시 하였다. 그러므로 수직이동거리는 107.29m/min*0.5min*0.16= 8.58m이다. 작업량은 힘 * 수직이동거리로 산출할 수 있으며, 70~80%에서 작업량은 64kp * 18.02m +64kp * 8.58m = 1153.28kpm + 549.12kpm = 1702.4kpm이다.
마. 80~90% 작업량 산출
최대산소섭취량은 47.51ml/kg/min, 80%에 해당하는 값은 38.01ml/kg/min이며, 90%에 해당하는 값은 42.76ml/kg/min이다. 본 실험의 피험자는 이 구간에서 4단계의 운동으로 30초 동안 운동을 실시하였고, 트레드밀 속도는 107.29m./min, 경사도는 16%이다. 그러므로 수직 이동거리는 107.29m/min*0.5min*0.16= 8.58m이다. 작업량은 힘 * 수직이동거리로 산출할 수 있으며, 80~90%에서 작업량은 64kp * 8.58m = 549.12kpm이다.
바. 90~100% 작업량 산출
90%에 해당하는 값은 42.76ml/kg/min이며, 100%에 해당하는 값은 47.51 ml/kg/min이다. 본 실험의 피험자는 이 구간에서 4단계의 운동으로 2분 동안 운동을 실시하였고, 트레드밀 속도는 107.29m/min, 경사도는 16%이다. 그러므로 수직 이동거리는 107.29m/min*2min*0.16= 34.33m이다. 작업량은 힘 * 수직이동거리로 산출할 수 있으며, 90~100%에서 작업량은 64kp * 34.33m = 2197.12kpm이다.
| 각 구간 | 작업량 산출 계산식 | 작업량 산출 |
| 가. 40%~50% | 64kp * 4.02m | 257.28kpm |
| 나. 50%~60% | 64kp * 12.07m | 772.48kpm |
| 다. 60%~70% | 64kp * 4.02m +64kp * 18.02m | 1410.56 kpm |
| 라. 70%~80% | 64kp * 18.02m +64kp * 8.58m | 1702.4kpm |
| 마. 80%~90% | 64kp * 8.58m | 549.12kpm |
| 바. 90%~100% | 64kp * 34.33m | 2197.12kpm |
6. Vo2max 40% ~ 90%의 운동 중 효율 산출
| 순수효율성(%) = | 운동량(work output) | X 100 |
| 안정시를 제외한 에너지소비량 |
운동효율성을 구하기 위해서는 순수효율성이란 용어로 설명할 수 있다(Cantu, R., 1991). 순수효율성은 운동량을 소비된 에너지로 나눈 수학적 비율을 나타낸다. 공식은 다음과 같다.
본 실험의 각 %의 효율을 산출하기 위해서는 작업량의 안정 시, 운동 시 피험자의 에너지소비량 값을 알아야한다. 그리고 무엇보다도 중요한 것은 분당 산소섭취량은 항정 상태 동안에 평가해야 한다는 것이다. 그러므로 본 실험의 효율을 따지기 위해서는, 각 %에서 산소섭취량은 일정시간 동안 항정상태라는 가정이 필요하다. 본 실험의 각 %효율 산출은 안정시 산소섭취량은 0.35l/min, 각 %에서 항정상태로 산소섭취, 항정상태의 일정시간은 1분이라는 가정 하에 효율을 산출하였다. 모든 조건이 일치 하지 않았기 때문에 효율을 산출하는 것은 정확한 값이라 말할 수 없다.
가. 40%에서 효율
운동량: 64kp*(67.06m/min*1min*0.12) = 64kp*8.05m = 515.2kpm/min 또는 5.05kJ/min
안정시 항정상태의 산소섭취량: 0.35L/min
40% 운동시 항정상태의 산소섭취량: 1.34L/min(가정값)
안정시를 제외한 산소섭취량: 0.99L/min
안정시를 제외한 에너지 소비량은 0.99L/min * 21kJ/L = 20.79kJ/min
| 24.29% = | 5.05kJ/min | X 100 |
| 20.79kJ/min |
나. 50%에서 효율
운동량: 64kp*(67.06m/min*1min*0.12) = 64kp*8.05m = 515.2kpm/min 또는 5.05kJ/min
안정시 항정상태의 산소섭취량: 0.35L/min
50% 운동시 항정상태의 산소섭취량: 1.49L/min(가정값)
안정시를 제외한 산소섭취량: 1.04L/min
안정시를 제외한 에너지 소비량은 1.04L/min * 21kJ/L = 21.84kJ/min
| 23.12% = | 5.05kJ/min | X 100 |
| 21.84kJ/min |
다. 60%에서 효율
운동량: 64kp*(85.83m/min*1min*0.14) = 64kp*12m = 768kpm/min 또는 7.53kJ/min
안정시 항정상태의 산소섭취량: 0.35L/min
50% 운동시 항정상태의 산소섭취량: 1.94L/min(가정값)
안정시를 제외한 산소섭취량: 1.59L/min
안정시를 제외한 에너지 소비량은 1.59L/min * 21kJ/L = 33.39kJ/min
| 22.56% = | 7.53kJ/min | X 100 |
| 33.39kJ/min |
라. 70%에서 효율
운동량: 64kp*(85.83m/min*1min*0.14) = 64kp*12m = 768kpm/min 또는 7.53kJ/min
안정시 항정상태의 산소섭취량: 0.35L/min
70% 운동시 항정상태의 산소섭취량: 2.14L/min(가정값)
안정시를 제외한 산소섭취량: 1.79L/min
안정시를 제외한 에너지 소비량은 1.79L/min * 21kJ/L = 37.59kJ/min
| 20.03% = | 7.53kJ/min | X 100 |
| 37.59kJ/min |
마. 80%에서 효율
운동량: 64kp*(107.29m/min*1min*0.16) = 64kp*17m = 1088kpm/min 또는 10.67kJ/min
안정시 항정상태의 산소섭취량: 0.35L/min
80% 운동시 항정상태의 산소섭취량: 2.9L/min(가정값)
안정시를 제외한 산소섭취량: 2.55L/min
안정시를 제외한 에너지 소비량은 2.55L/min * 21kJ/L = 53.55kJ/min
| 19.93% = | 10.67kJ/min | X 100 |
| 53.55kJ/min |
바. 90%에서 효율
운동량: 64kp*(107.29m/min*1min*0.16) = 64kp*17m = 1088kpm/min 또는 10.67kJ/min
안정시 항정상태의 산소섭취량: 0.35L/min
90% 운동시 항정상태의 산소섭취량: 3.03L/min(가정값)
안정시를 제외한 산소섭취량: 2.68L/min
안정시를 제외한 에너지 소비량은 2.68L/min * 21kJ/L = 56.28kJ/min
| 18.96% = | 10.67kJ/min | X 100 |
| 56.28kJ/min |
효율성은 운동강도가 증가할수록 감소하는 경향을 보인다(Powers, S. et al., 1987). 이러한 경향은 에너지소비량과 운동강도의 관계가 직선적이기보다는 곡선적이기 때문이다. 그러므로 운동강도가 증가하면 총 에너지 소비량이 증가하여 효율성이 떨어지게 된다. 본 실험의 피험자도 운동강도가 증가할수록 효율성이 감소하는 경향을 보였다. 운동강도의 따른 효율성은 5%정도의 유의한 차이를 보였으며, 이는 피험자가 운동을 할 때 낮은 운동강도에서 높은 효율을 보인다는 것을 알 수 있다.
7. 운동 중 탄수화물과 지방 에너지소비율 및 소비량 산출
소비한 산소의 양을 같은 값의 열로 전환하기 위해서는 탄수화물, 지방, 단백질 중에서 어느 영양소가 대사작용의 연료가 되는지를 알아야 한다. 지방이 대사작용을 할 때 산소 1L당 4.7kcal의 에너지가 생산되는 반면에 탄수화물을 사용하면 5.05kcal의 에너지가 생산된다. 운동의 칼로리소비량은 호흡교환률에 따라 다르며, 호흡교환률에 따른 탄수화물과 지방의 에너지 소비율은 다음과 같다(Howley, E., 1997).
| R | kcal/O2 | 총열량 퍼센트 | |
| 탄수화물 | 지방 | ||
| 0.707 | 4.686 | 0.0 | 100.0 |
| 0.71 | 4.690 | 1.02 | 98.98 |
| 0.72 | 4.702 | 4.44 | 95.6 |
| 0.73 | 4.714 | 7.85 | 92.2 |
| 0.74 | 4.727 | 11.3 | 88.7 |
| 0/75 | 4.739 | 14.7 | 85.3 |
| 0.76 | 4.751 | 18.1 | 81.9 |
| 0.77 | 4.764 | 21.5 | 78.5 |
| 078 | 4.776 | 24.9 | 75.1 |
| 0.79 | 4.788 | 28.3 | 71.7 |
| 0.80 | 4.801 | 31.7 | 68.3 |
| 0.81 | 4.813 | 35.2 | 64.8 |
| 0.82 | 4.825 | 38.6 | 61.4 |
| 0.83 | 4.838 | 42.0 | 58.0 |
| 0.84 | 4.850 | 45.5 | 54.6 |
| 0.85 | 4.862 | 48.8 | 51.2 |
| 0.86 | 4.875 | 52.2 | 47.8 |
| 0.87 | 4.887 | 55.6 | 44.4 |
| 0.88 | 4.899 | 59.0 | 41.0 |
| 0.89 | 4.911 | 62.5 | 37.5 |
| 0.90 | 4.924 | 65.9 | 34.1 |
| 0.91 | 4.936 | 69.3 | 30.7 |
| 0.92 | 4.948 | 72.7 | 27.3 |
| 0.93 | 4.961 | 76.1 | 23.9 |
| 0.94 | 4.973 | 79.5 | 20.5 |
| 0.95 | 4.985 | 82.9 | 17.1 |
| 0.96 | 4.998 | 86.3 | 13.7 |
| 0.97 | 5.010 | 89.8 | 10.2 |
| 0.98 | 5.022 | 93.2 | 6.83 |
| 0.99 | 5.035 | 96.6 | 3.41 |
| 1.00 | 5.047 | 100.0 | 0.00 |
| 시간 | VO2/Kg | R | CHO% | FAT% |
| hh:mm:ss | ml/min/Kg | --- | % | % |
| 00:00:30 | 7.476842 | 0.696867 | 0 | 89.69042 |
| 00:01:00 | 13.72211 | 0.657681 | 0 | 94.33567 |
| 00:01:30 | 16.295 | 0.644904 | 0 | 95.21556 |
| 00:02:00 | 17.57774 | 0.678023 | 0 | 95.60485 |
| 00:02:30 | 18.46429 | 0.664099 | 0 | 95.80061 |
| 00:03:00 | 17.27836 | 0.715376 | 0 | 95.57292 |
| 00:03:30 | 20.92122 | 0.716073 | 0.528892 | 95.81689 |
| 00:04:00 | 23.24903 | 0.731507 | 6.405871 | 90.31978 |
| 00:04:30 | 24.95302 | 0.747235 | 12.27525 | 84.68696 |
| 00:05:00 | 25.93931 | 0.773043 | 21.6848 | 75.41279 |
| 00:05:30 | 27.32967 | 0.797518 | 30.50888 | 66.75408 |
| 00:06:00 | 28.18092 | 0.813581 | 36.23287 | 61.12391 |
| 00:06:30 | 29.44522 | 0.841422 | 46.02775 | 51.46075 |
| 00:07:00 | 30.84306 | 0.907001 | 68.4868 | 29.15538 |
| 00:07:30 | 33.50219 | 0.92807 | 75.61058 | 22.23043 |
| 00:08:00 | 35.02237 | 0.991505 | 96.40894 | 1.558273 |
| 00:08:30 | 35.29784 | 1.04109 | 98.00753 | 0 |
| 00:09:00 | 35.51543 | 1.018456 | 98.00873 | 0 |
| 00:09:30 | 38.23969 | 1.025031 | 98.1537 | 0 |
| 00:10:00 | 42.00197 | 1.066378 | 98.33609 | 0 |
| 00:10:30 | 44.23647 | 1.145779 | 98.45008 | 0 |
| 00:11:00 | 45.26107 | 1.161364 | 98.49079 | 0 |
| 00:11:30 | 47.38841 | 1.184511 | 98.56646 | 0 |
| 00:12:00 | 47.50954 | 1.201295 | 98.57576 | 0 |
| 00:12:30 | 47.02608 | 1.238085 | 98.57345 | 0 |
| 00:13:00 | 45.18611 | 1.279123 | 98.52938 | 0 |
| 00:13:30 | 43.94227 | 1.277728 | 98.48724 | 0 |
| 00:14:00 | 36.49037 | 1.295759 | 98.1856 | 0 |
| 00:14:30 | 28.71884 | 1.368611 | 97.73209 | 0 |
| 00:15:00 | 22.70023 | 1.423247 | 97.16503 | 0 |
| 00:15:30 | 20.52038 | 1.431901 | 96.86949 | 0 |
| 00:16:00 | 17.17371 | 1.452413 | 96.27542 | 0 |
| 00:16:30 | 16.54353 | 1.400676 | 96.0883 | 0 |
| 00:17:00 | 15.65786 | 1.411259 | 95.87642 | 0 |
| 00:17:30 | 15.64484 | 1.325232 | 95.79178 | 0 |
| 00:18:00 | 15.05221 | 1.28277 | 95.58284 | 0 |
| 00:18:30 | 15.80915 | 1.202193 | 95.71501 | 0 |
| 00:19:00 | 15.96629 | 1.222427 | 95.77738 | 0 |
최대산소섭취량의 각 % 운동 중 탄수화물과 지방의 에너지소비율 및 소비량을 산출하기 위해서는 실험 피험자의 각 %에 해당하는 호흡교환율이 필요하다. 본 험 피험자의 운동중 시간별 산소섭취량과 호흡교환율에 따른 탄수화물과 지방의 소비율을 다음과 같다.
최대산소섭취량의 각 %에서의 호흡교환율에 따른 탄수화물과 지방의 소비율을 알면, 탄수화물과 지방의 에너지소비량도 구할 수 있다. 최대산소섭취량의 각 %에서 에너지소비량은 분당 산소섭취량을 측정 후 kcal로 환산하여 표기하였고, 각 %에서 탄수화물과 지방의 에너지소비량은 다음과 같다.
| 운동강도 | CHO% | FAT% |
| 40% | 0.53 | 95.82 |
| 50% | 6.41 | 90.32 |
| 60% | 36.23 | 61.12 |
| 70% | 75.61 | 22.23 |
| 80% | 98.15 | 0 |
| 90% | 98.34 | 0 |
가. 40%에서 탄수화물과 지방의 에너지소비량
안정시를 제외한 에너지 소비량은 0.99L/min * 5kcal/L = 4.95kcal/min
탄수화물 소비량: 4.95kcal * 0.53 * 0.01= 0.026kcal
지방 소비량: 4.95kcal * 95.82 * 0.01 = 4.74kcal
나. 50%에서 탄수화물과 지방의 에너지소비량
안정시를 제외한 에너지 소비량은 1.04L/min * 5kcal/L = 5.2kcal/min
탄수화물 소비량: 5.2kcal * 6.41 * 0.01 = 0.33kcal
지방 소비량: 5.2kcal * 90.32 * 0.01 = 4.69kcal
다. 60%에서 탄수화물과 지방의 에너지소비량
안정시를 제외한 에너지 소비량은 1.59L/min * 5kcal/L = 7.95kcal/min
탄수화물 소비량: 7.95kcal * 36.23 * 0.01 = 2.88kcal
지방 소비량: 7.95kcal * 61.12 * 0.01 = 4.86kcal
라. 70%에서 탄수화물과 지방의 에너지소비량
안정시를 제외한 에너지 소비량은 1.79L/min * 5kcal/L = 8.95kcal/min
탄수화물 소비량: 8.95kcal * 75.61 * 0.01 = 6.77kcal
지방 소비량: 8.95kcal * 22.23 * 0.01 = 1.99kcal
마. 80%에서 탄수화물과 지방의 에너지소비량
안정시를 제외한 에너지 소비량은 2.55L/min * 5kcal/L = 12.75kcal/min
탄수화물 소비량: 12.75kcal * 98.15 * 0.01 = 12.51kcal
지방 소비량: 12.75kcal * 0 * 0.01 = 0kcal
바. 90%에서 탄수화물과 지방의 에너지소비량
안정시를 제외한 에너지 소비량은 2.68L/min * 5kcal/L = 13.4kcal/min
탄수화물 소비량: 13.4kcal * 98.34 * 0.01 = 13.18kcal
지방 소비량: 13.4kcal * 0 * 0.01 = 0kcal
그림 11. 운동강도별 탄수화물 지방 에너지소비량
호흡교환율(RER)과 달리 세포막 수준의 호흡만 고려한 것을 호흡상(RQ)이라 한다. 즉, 호흡교환율은 기관지를 통한 폐포 수준에서 호흡을 의미하며, 호흡상은 세포막 수준에서 호흡을 의미한다. 따라서 에너지 연료에 기여 비율을 정확히 나타낸다.
운동강도에 따른 호흡교환율을 0.7이하 값으로 떨어질 수 있고, 1.0이상값으로 상승할 수 있다. 이와 달리 호흡상은 항상 0.7~1.0 범위 내에 존재한다. 이와 같은 수치를 그래프를 통해 비교분석 해보았다.
그림12. 운동강도에 따른 호흡교환율(RER) 변화
그림 13. 운동강도에 따른 호흡상(RQ) 변화
9. 비만 환자를 위한 가장 적절한 운동강도 산출
비만환자(지방제거)를 위한 가장 적절한 운동강도를 산출하기 위해서는 지방과 탄수화물의 에너지소비율과 에너지소비량을 파악하는 것이 중요하다(표8, 그림11 참조). 저강도운동(VO2max40%)에서 지방은 에너지소비율에 많은 부분을 차지하고 있다. 이와는 다르게 중강도운동(VO2max60%)에서 지방은 에너지소비율에 비교적 적은 부분을 차지하고 있다. 그럼에도 불구하고 에너지 소비량측면에서 바라볼 때 중강도의 운동을 할 때 더 많은 지방을 소비하는 것을 알 수 있는데, 이러한 이유는 중강도의 운동을 하였을 경우 저강도의 운동을 할 경우 보다 총에너지소비량이 많게 되고 비록 지방의 에너지소비율이 비교적 적더라도 더많은 지방을 소비하게 되기 때문이다. 그렇다면 비만환자를 위해서 가장 적절한 운동강도는 VO2max 60%운동일까? 운동강도에 따른 지방소비량만 따진다면 정답이다. 하지만 비만환자들은 체중이 많아 중강도의 운동을 지속적으로 할 경우 하체의 관절에 많은 무리를 줄 수 있다. 그러므로 개인적인 소견으로 저강도의 운동을 택하여 오랜시간 운동을 하는 것이 나은 방법이라 생각한다.
10. 운동선수들과의 최대 산소섭취량과의 비교
외국 우수 선수들을 살펴보면 미국의 마라톤 및 중거리 국가대표 선수들의 최대산소섭취량은 74.1∼78.8㎖/kg/min으로 보고 되었고(Pollock, 1977), 축구선수는 64.58㎖/kg/min, 야구선수군은 47.92㎖/ kg/min, 체조선수군은 42.11㎖/kg/min로 보고되었다(유승희 등, 1994). 마지막으로 중장거리선수군이 72.75±3.85㎖/kg/min의 수치로, 축구선수군이 64.00±3.21㎖/kg/min의 수치로 야구선수군이 53.00±4.14㎖/kg/min 체조선수군이 51.75±6.39㎖/kg/min의 수치로 보고하였다(위승두, 1996). 국가대표선수들도 종목별 최대산소섭취량의 차이를 보이는데, 이 같은 이유는 트레이닝 방법의 차이로 추측 가능하다. 또한 피험자는 체조선수의 체력수준 보다 높지만, 다른 종목선수들 보다 낮음을 알 수 있다.
그림 14. 종목별 운동선수들의 심폐기능 비교연구 (유승희 등,1994)의 자료를 참고하여 본 실험의 피험자와 비교 분석
텍스트 추가
11. 운동 후 5분간의 EPOC 산출 및 안정시와의 비교
EPOC는 운동후 초과산소소비량을 의미한다. 운동후에 안정시보다 산소를 더 섭취하는 이유는 근육에서 PC를 재합성, 인체내 젖산제거, 근육과 혈액에 산소를 저장, 운동으로 인한 체온, 심박수, 호르몬의 상승의 회복을 위해서이다. 본 실험의 피험자도 운동후 산소를 안정시보다 더 섭취하였으며 자료는 다음과 같다.
| 시간 (hh:mm:ss) |
VO2/kg (ml/kg/min) |
산소 섭취량 (ml/kg) |
| 00:13:30 | 43.94227 | 21.97113 |
| 00:14:00 | 36.49037 | 18.24518 |
| 00:14:30 | 28.71884 | 14.35942 |
| 00:15:00 | 22.70023 | 11.35011 |
| 00:15:30 | 20.52038 | 10.26019 |
| 00:16:00 | 17.17371 | 8.586857 |
| 00:16:30 | 16.54353 | 8.271767 |
| 00:17:00 | 15.65786 | 7.828931 |
| 00:17:30 | 15.64484 | 7.822422 |
| 00:18:00 | 15.05221 | 7.526104 |
| 00:18:30 | 15.80915 | 7.904577 |
| 00:19:00 | 15.96629 | 7.983143 |
| EPOC 산소섭취량 | 132.1098 | |
안정시 산소섭취량은 1MET(3.5ml/kg/min)이며, 피험자는 운동직후 43.94ml/kg/min 수준을 보였으며 5분 30초가 지난후에는 15.97ml/kg/min정도의 산소를 섭취하였다. 이는 운동 직후 산소섭취량은 안정시와 같은 수치를 보이지 않고 있으며, PC를 재합성, 인체내 젖산제거, 근육과 혈액에 산소를 저장, 운동으로 인한 체온, 심박수, 호르몬의 상승의 회복을 위한 것을 추측할 수 있었다.
그림 15. 피험자의 운동시간에 따른 산소섭취량 변화, 운동 후 산소섭취량이 바로 안정시와 같이 돌아 가지 않고 서서히 회복되는 것을 알 수 있다.
12. 최대산소섭취량 판정기준 고찰
최대산소섭취량 판정은 3가지 방법으로 추측할 수 있다. 첫 째, 파워가 증가해도 산소섭취량이 증가하지 않는 것(산소섭취량 고원현상)으로 추측할 수 있다. 둘 째, 호흡교환율(RER)이 1.14이상의 수치를 보일 경우 추측할 수 있다. 셋 째, 피험자의 심박수가 최대심박수와 근접하는 것으로 추측할 수 있다.
본 실험에서는 심박수와 산소섭취량을 토대하여 피험자의 all-out 의사표현시 중지하는 방법을 택하였고, 피험자의 산소섭취량 고원현상, 호흡교환율 수치, 심박수의 비교를 통해 본 실험의 최대산소섭취량 측정의 신뢰도를 파악했다. 피험자는 12~13분 구간에서 운동강도가 높아짐에도 불구하고, 산소섭취량은 증가하지 않는 것을 확인 할 수 있는데, 이는 산소섭취량 고원현상으로 파악된다. 또한 호흡교환율은 10분 30초를 넘어가는 구간에서 1.14수치를 넘었고 최대 1.45의 수치까지 보였으며, 추측한 최대심박수의 198beat/min의 100%까지 뛰지는 않았지만, 180beat/min정도의 심박수로 95%정도 심박수까지 운동을 진행하였다. 따라서 최대산소섭취량을 판정하는 3가지 방법 중 3가지를 모두 충족하였으므로, 피험자는 all-out될 때까지 운동을 실시하였다고 파알 할 수 있으며, 본 실험에서 측정한 피험자의 최대산소섭취량은 신뢰성이 있다고 판정 할 수 있다.
13. 환기역치 산출
| 운동강도(kpm/min) | VE |
| 291.84 | 13.543 |
| ․ | 21.7507 |
| ․ | 23.65586 |
| ․ | 26.01396 |
| ․ | 27.25708 |
| ․ | 25.68052 |
| 514.99 | 30.89162 |
| ․ | 33.63321 |
| ․ | 36.06741 |
| ․ | 38.05865 |
| ․ | 39.45408 |
| ․ | 41.0553 |
| 769.06 | 45.23671 |
| ․ | 50.86347 |
| ․ | 52.59939 |
| ․ | 57.22263 |
| ․ | 64.49213 |
| ․ | 61.10546 |
| 1098.67 | 71.45253 |
| ․ | 77.38143 |
| ․ | 89.34562 |
| ․ | 90.36255 |
| ․ | 98.48672 |
| ․ | 104.1825 |
| 1483.31 | 123.4679 |
| ․ | 131.115 |
| 운동강도(kpm/min) | VE |
| 291.84 | 13.543 |
| 514.99 | 30.89162 |
| 769.06 | 45.23671 |
| 1098.67 | 71.45253 |
| 1483.31 | 123.4679 |
점진적으로 운동의 강도를 증가시키면, 산소섭취량은 운동강도에 비례하여 직선적인 증가 양상을 보이는데 반하여, 환기량은 최대 강도에 근접하는 어느 시점에서 직선적인 증가에서 벗어나 급격한 증가 양상을 보인다. 이처럼 환기량이 급격하게 증가하는 시점은 무산소성 역치 라고하며, 이는 무산소성 대사에 의한 에너지 공급이 가속화되는 것과 관련이 있다. 이에 따라 무산소성 대사과정 즉 해당 과정을 통한 에너지 공급이 크게 증가하게 되어 그 결과로서 젖산 생성량이 증가하여 체내 젖산 축적이 시작된다. 젖산은 체내 완충제인 중탄산나트륨과 결합하여 젖산나트륨, 수분, 이산화탄소 등을 형성한다. 젖산의 완충과정에서 에너지 대사과정 이외에 추가로 발생된 이산화탄소의 증가는 화학수용기를 자극하여 환기량을 증가시키도록 호흡중추에 대한 자극신호를 활성화시킨다. 이에 따라 산소섭취량의 증가 없이 환기량이 급증하기 시작하는데, 이 시점은 젖산이 축적되기 시작하는 시점과 일치하거나 약간 지연되어 나타난다. 따라서 환기량이 급증하는 시점을 환기역치, 젖산 축적이 시작되는 시점을 젖산역치로 구분하여 부르기도 한다. 무산소성 역치는 일반인이 대체로 최대산소섭취량이 55~75%에 해당하는 운동강도에서 나타나는 반면 지구성 운동선수는 70~85%의 범위에서 나타난다.
그림 16. 운동강도에 따른 VE변화
그림 17. 운동강도에 따른 VE변화 간편화
그림 18. 운동강도에 따른 VE/VO2, VE/VCO2 변화
14. 최대산소섭취량 측정방법 비교
최대산소섭취량을 측정하는 방법은 간접측정과 직접측정으로 나눌 수 있다. 본 실험에서는 간접측정 할 경우 40.6093㎖/kg/min, 직접측정 할 경우 47.50954㎖/kg/min로 측정되었다. 측정된 수치는 7㎖/kg/min정도 수준으로 차이가 났다. 이러한 이유는 에르고미터는 근육만을 사용하여 하지의 근력에 많은 영향을 주게 되고 연령과 인종에 따른 차이가 있으므로 직접 측정된 최대산소섭취량과의 오차범위가 넓은 편이며, 에르고미터 검사는 트레드밀 검사에 비해 최대산소섭취량 값이 5~25% 정도 낮게 나올 수 있기 때문이다(ACSM, 2010).
15. 결론
ruce Protocol방법을 선택하여 진행된 본 실험은 산소마스크를 이용하여 피험자의 산소섭취량, 심박수, 호흡교환율 등을 직접 측정하였고, 측정한 자료들을 토대로 에너지의 소비량산출, 심박수 변화비교, 효율 및 지방과 탄수화물 소비율, 호흡상 변화 비교, 환기 역치 등을 산출하였다.
이번 실험에서 진행된 피험자를 일반 성인남성으로 바라보았을 때, 산출한 값은 기존이론과 크게 벗어난 값을 보이지 않았다. 따라서 본 실험의 산출방식을 기준으로 트레이닝, 다이어트, 건강 측면의 분야에서 다양하게 활용할 수 있고, 발전하여 새로운 연구에 비교기준으로 활용할 수 있을 것이다.
참고문헌
위승두(1996). 운동종목별 특성이 최대산소섭취량 (VO2max) 과 AT (anaerobic threshold) 수준에 미치는 영향. 한국운동생리학회, 5(2), 137-151
유승희, 최연근, 박철빈, 류근림, 이종히, 김정주(1994). 종목별 운동선수들의 심폐기능 비교연구. 한국체육학회지, 33(3), 375-390
전태원(2004). 운동과 스포츠 생리학 실험법, 무지개출판사
American College of Sports and Medcine.(2010). ACSM's Guidelines for exercise testing and rescription (8th ed.). Philadelphia. Wolters Kluwer, Lippincott Willams & Wilkins.
Howley, E., and B. D. Franks(1997). Health/Fitness Instructor's Handbook. Champaign, IL: Human Kinetics
Pollock, M. L. (1997). Submaximal and maximal working capacity elite distance runners. Part ｜. Cardiorespiratory aspect. Annals of the New York Academy of Sciences, 301, 310-322
Powers, S., R. Beadle, and M. Mangum(1987). Measurement of oxygen uptake in the non-steady state. Aviation, Space, and Environmental Medicine 58:323-27
