운동생리

운동 생리

운동은 골격근의 수축과 이완을 통해 이루어지므로 운동하는 동안에는 근육에서 화학적 에너지가 기계적인 일로 끊임없이 전환되어야 한다. 운동 과정에는 신경계, 호흡계, 순환계, 내분비계, 체온조절계 등 여러 조절계가 참여한다.

1) 운동과 에너지대사

(1) 운동의 에너지원
운동을 위한 에너지원으로 인원질, 당원-젖산 대사, 유산 소대 사가 참여한다.
인원질이란 고에너지 인산결합을 가지고 있는 물질을 말하며 ATP, ADP, AMP 및 phosphocreatine이 있다.
인원질 중에서 우동을 위한 골격근의 수축에 직접 이용되는 에너지원은 ATP이다. 골격근 세포에서 1mol의 ATP가 ADP와 Pi로 분리될 때 약 12,000cal의 에너지가 방출된다. 그러나 일반인에서 근세포에 저장된 ATP는 최대운동률 3주(25 m 달리기) 동안 지속할 수 있는 양에 불과하다.
한편 골격근 세포에 함유된 phosphocreatine은 운동으로 소모된 ATP를 즉시 회복시키는 데 이용된다. Phosphocre-atineo] 가진 Pi는 ATP의 Pi보다 더 큰 에너지 결합을 하기 때문에 phosphocreatine의 분리에 의해 발생하는 에너지는 ADP와 Pi가 결합하여 ATP로 전환되는 충분한 에너지가 된다. 골격근 세포에 저장된 인원질을 사용하면 약 10~15초 동안 최대운동을 지속할 수 있다.
당원-젖산 대사는 골격 근세 포에 저장된 당원이 해당과정에 의해 포 도당으로 된 후 산소공급이 없는 조건에서 포도당 한 분자 가 두 분자의 젖산을 생성하면서 2개 ATP가 생성되는 과정이다.
당원-젖산 대사는 단시간에 높은 강도로 운동할 때 인원질에 이어 주된 에너지원으로 사용되며, 운동이 계속되면 급격하게 증가한 젖산이 골격근 세포의 pH를 떨어뜨려 근피로 을 유발한다. 인원질과 당원•젖산 대사는 무산소대사로 1.3~1.6분(200~800 m 달리기) 동안의 최대운동을 담당한다. 당원은 근세포 외에도 간세포에 풍부하게 존재하여 운동시간의 당원 분해 반응의 활성에 의해 유리된 포도당은 골격근 세포 내로 들어가 에너지 대사에 사용되거나 소모된 골격근 세포의 당원으로 재합성된다.
장시간 운동의 주 에너지원은 유산소 대사로서 산소를 이용하여 탄수화물, 지방, 단백질을 분해할 때 많은 양의 ATP가 생성되는 과정이다. 첫 20분 정도의 운동에는 주로 탄수화물이 에너지로 사용되지만 이후 지방의 사용이 점점 증가하여 1시간 이후부터 운동에 사용되는 에너지의 60~85%가 지방에서 충당된다. 마라톤과 같은 장거리 운동에서 운동 전에 섭취한 고탄수화물 식 이는 간에 저장되는 당원의 함량을 높여 운동 지속시간, 즉 근지구력을 향상한다. 이 경우에도 에너지원의 50% 이상은 지방에서 충당한다. 단백질이 에너지로 사용되는 경우는 절식 또는 과도한 장시간 운동에 국한된다.

(2) 운동강도와 최대 산소소모량
운동의 강도를 점차 증가시킬 때 산소소모량은 운동의 강도에 비례하여 직선으로 증가한다. 그러나 산소소모량 이 일정 수치에 도달하면 운동의 강도를 증가시키더라도 산소소모량이 더 이상 증가하지 않는 최고치에 도달하며 이를 최대 산소소모량이라 한다.
Vo, max는 개인의 유산소대 사의 최대능력을 나타낸다. 일반인에서 안정상태의 Vo는 약 8.25 min이고, Vo max는 2~3 min이다. 관련된 운동선수에서 안정상태의 Vo는 일반인과 비슷하지만 4~S Limn까지 증가한다. Vo. 을 비교할 때 보통 체중에 대한 비로 표시한다. 즉 안정상태의 Va는 약 35 ml keg min이며, Vo max는 일반인이 35~50 ml higimin, 윤 동 선수는 50~70 mL/kg/min을 나타낸다.
운동강도가 높아지면 단시간에 ATP의 요구량이 증가하므로 근육의 산소요구량을 충족하지 못함에 따라 무산소성 해당과정이 활성화되어 혈중 젖산이 정 상치(0.5~1.6 MMO/L)보다 증가하여 측정된다. 일반인은 운동강도가 Vo, max의 50~70%에 달하면 젖산의 축적이 일어나 혈중 젖산 농도가 증가하기 시작하는데, 이때의 운동강도를 무산소 역시라 한다. 운동선수의 무산소 역치는 Vo, max의 75~85%까지 높아져 있다. 이 값은 지구성 운동 수행 능력의 지표로 이용되며, to의 절대치 혹은 Vo, ma에 대한 백분율로 표시한다.

산소부채
운동을 시작하면 산소요구량은 갑자기 증가하나 Va 조금 늦게 증가하여 2~3분 후에 균형을 이룬다. 운동 초 기에는 산소가 필요 없는 무산소대사가 이루어질 뿐만 안 나라 초기 유산소 대사에 필요한 산소를 인체에 저장된 산 소에서 사용하기 때문에 호흡에 의한 산소공급이 증가하는 데는 약간의 시간이 걸린다. 평상시 인체 내에서 저장된 산소로는 폐의 잔류 용적 내 산소, 혈장에 용해된 산소, 혈색소와 myoglobin과 결합한 산소 등이 있다. 한편, 운동을 중지하면 Vo는 바로 운동 전의 값으로 회복되는 것이 아니라 일정 시간 동안 운동 전의 값보다 비싸게 유지면서 서서히 회복되는 것을 볼 수 있다. 이처럼 운동 후에 나타나는 V%의 과잉 부분을 산소부채라 한다.
산소부채는 두 부분으로 나눌 수 있다. 초기에 Vo가 급격히 하강하는 부분이 비전산-산소부채로 소모된 인원질과 평소에 저장되었던 산소를 보충하는 산소량을 말하며, 운동 후 2~3분 동안에 걸쳐서 회복된다. 다음 단계에서 eV가 서서히 회복되는 부분이 운동 중에 생성되었던 젖산을 다시 포도당으로 환원하는 데 사용되는 산소량인 젖산-산소부채는 대개 1시간 정도 소요된다.
이들보다 더 장기적인 기간에 걸쳐서 근육의 당원이 회복되는 과정도 필요한데, 고탄수화물 식이 조절을 한 경우는 2일 정도이지만 고단백 혹은 고지방 식이를 한 경우는 약 5일 정도가 소요된다. 따라서 운동선수의 고탄수화물 식이가 중요성이 여기에 있으며, 심한 운동 후에는 최소 2일 이상의 회복 기간이 필요한 것이다.