운동생리학

YOUNGSUB KWON 2007. 11. 17. 16:36

안녕하세요. 권영섭입니다.

제가 있는 뉴멕시코주립대에는 실험실 디렉터로서 Robert Robergs 교수님이 계시는데요, 이분이 볼스테이트 재학 당시 코스틸 박사 밑에서 활발히 연구활동을 했던 분입니다. 생화학전공이시고, 미국 운동생리학자 협회를 만든 분이기도 하죠. 한국에 이 분 운동생리학 교과서도 번역이 되었습니다.

제목의 글은 이 교수님께 미국에와서 한국에서 배웠던 것과는 다르게 알게 되었던 것이라서 운동사 전공자 분들과 공유하려 합니다.

예전 월드컵 때인가요? 체육학을 전공했다는 유명한 아나운서가 선수들이 지금 젖산이 쌓여서 피로하다고 방송을 하더군요. 젖산이 바로 피로 물질이라고 했습니다. 만일, 클럽이나 병원에서 운동시 힘들어 할 때 “젖산이 축적되어서 그래요!” 라고 할 수 있겠죠. 그동안 그렇게 배워왔으니까요. 저도 마찬가지 였습니다.

강도있는 운동이 젖산 분비를 촉진하고 이것이 H+(Proton) 방출하게 되고 산성화를 유발한다고 오랫동안 (1920년대 부터) 운동생리학 분야에서 교육되어 왔습니다.

노벨상 수상자들인 A.V. Hill 과 Meyerhoff은 젖산은 피로를 유발하는 근수축후에 발생한다는 이론을 1900년대 초에 발표 했는데, 그 당시에는 Lactate와 Lactate acid를 구별되지 않았습니다. (Lactate는 Lactate acid와는 다르게 산성의 성질이 없다.) 그렇지만, 산에 관한 생화학은 1940년대에 와서야 정립되었습니다.

강도있는 운동으로 인해 근육과 혈액에 Lactate가 증가하고 산성화가 되는것은 의심의 여지가 없기 때문에 대사적 산성화는 젖산이 원인이라고 여겨져 왔지만, 아이러니 하게도 운동중 근육에서 젖산이 생성된다는것을 뒷받침 해줄 연구는 없다고 합니다. 거기에 기초생화학에서는 운동중 acidosis의 원인을 다르게 설명하고 있고 많은 과학자들이 젖산이 산성증을 만든다는 이론에 문제를 제기하고 있습니다. 그렇지만, 아직까지 젖산이 산성증,피로의 원인이라고 운동생리학 분야에서 학생들에게 가르치고 있습니다.

다음은 이화작용(에너지를 내는)시 H+의 소비와 방출을 포함한 반응식입니다.
Phosphagan system

반응식 후에 앞에 나온 숫자가 ATP 뒤에 숫자가H+ 입니다.

CrP + ADP + H+ <-> Cr + ATP 1 -1
ATP <-> ADP+ H+ -1 1
AMP +H2O + H+ <-> IMP +NH4 0 -1

Glycolysis

Glucose+ATP<->Glucose 6-phosphate+ADP+H+ -1 1
Fructose 6-Phosphate+ATP<->Fructose 1,6-bisphosphate+ADP+H+ -1 1
그 이후 6개 탄소결합은 세개 씩 두개로 나눠지고
Glyceraldehyde 3-phosphate+Pi +NAD+ <->1,3 bisphosphateglycerate + NADH +H+ 0 2
Phosphoenolpyruvate +ADP + H+ <-> Pyrvuate + ATP 2 -2

Lactate production

Pyrvuate + NADH + H+ <-> Lactate +NAD+ 0 -2

Glycolysis 에서 글루코스가 아직 두개로 나눠지기 전에 H+ 두개가 발생되고, 두개로 나눠진 후에도 2개가 발생되는 반면 Pyrvuate가 될 때는 두개가 소모됩니다.

그래서 전부 2개가 발생되는데 이것이 산성증을 유도할수 있는 것 처럼 보이죠. 하지만, Lactate production을 보면 Lactate로 전환되면서 H+ 두개가 다시 소모되는 것을 알 수 있습니다. Glycolysis 시 Lactate덕분으로 H+ 에 의한 산성증은 생기지 않게 됩니다.

따라서 Lactate는 피로, 산성증의 원인이 아닌 산성증을 제거해주는 기능을 하고 거기이다 NADH를 산화시켜 NAD+가 생성되게 하는데 이것은 다시 해당작용을 도와 에너지를 생성하게 합니다.

그렇다면, Lactate가 아니라면 어떤것이 산성증을 유발하는가?

의외로 그 답은 간단한데, 근육 수축률이 빨라 지면, ATP가 가수 분해 되어 연료로 쓰여지고 그 공급보다 수요가 더 많아지게 되고, 미토콘드리아가 그 수요를 감당하지 못하게 되면 해당과정에서 그 수요를 충족시켜야 하는데, 이때 lactate의 발생은 H+줄여 산성증을 방지함으로 오히려 좋고, ATP-PC의 경우 역시 크레아틴키나제에 의해 H+의 균형을 맞춰줌으로 산성증을 유발하지 않습니다.

하지만, ATP가 가수분해 되고 해당작용에 의해서 다시 ATP로 전환되더라도 세포질에는 H+이 그때마다 남게되고 이것이 산성증을 유발하게 됩니다.

산성증은 젖산때문이 아닌, 해당작용(산성증을 예방하고)과 ATP 가수분해(CrP는 빨리 떨어 지므로)에서 생기는 H+에 의해서 입니다.

선수가 강도있는 운동중 지치는 이유는 해당작용시 Lactate에 의해서가 아니고 (이것은 오히려 산성증을 예방하고), ATP-PC시스템(여기서 CrP역시 산성증을 예방한다)에 의해 (H+의 제거보다 생성이 더 빨라서)것입니다.

실제적인 적용(중량운동이 전공인 저는 이렇게 해석하고 싶습니다.)

중량운동시 강도 높은 운동을 해야 근육이 형성되는 이유도, Lactate, Creatine kinase, HCO3 -와 더 불어, 아미노산 역시 산을 중화시킵니다. 부위별로 운동을 해서 그 부위의 근육의 산성도를 높히면 인체는 그것을 중화하기 위해 더 많은 아미노산(효소)이 필요하게 되고 그 아미노산이 바로 근육의 원료가 되지 않겠습니까?

산성증을 일으키는 또하나는 FT fiber (속근섬유) 인데 이 역시 강도있게 운동을 해야 자극되는 섬유이고 근육의 비대를 위해서는 강도있게 운동을 해야 하는 이유가 되겠습니다.

운동부위로 근육의 산성도를 높히는 가장 좋은 방법은 강도 있는 중량(75~85%)으로 어느 정도 횟수(8~10)를 가지며 세트간의 휴식시간은 최소한(1분30초)으로 가지면서 트레이닝 볼륨은 높은 운동방법이 되어야 겠습니다.

이러니 1키로 짜리 아령으로 운동해서야 어디 근육에 산성증을 만들어 낼 수 있겠습니까? 체육전공자들이 아닌 연예인등이 운동을 통한 체중조절같은 솔깃한 카피로 대중매체를 휘어 잡고 있을 때 우리 전공자들은 과학적인 방법으로 대처해 나가야 올바른 운동 문화를 선도할 수 있을 겁니다.

권영섭

미국뉴멕시코주립대학교 운동생리학 실험실

RCEP (임상 운동 생리학자) (Registered Clinical Exercise Physiologist),  American College of Sports Medicine

CSCS (근력 운동 전문가) (The certified strength training & condition specialist),  National strength training & conditioning association

안녕하세요 메일을 보내고 검색을 하다 블러그에까지 들어오게 되었습니다.
공부하면서 어는정도 기본은 알고 있었지만. 좀더 많은 것을 알 수 있었습니다.
좋은글 잘 읽었습니다. 감사합니다. 좋은하루 되세요.
격려해 주셔서 감사합니다. 저한테 메일을 보내셨나요? 저는 받지 못했습니다.
정말 좋은 정보네요^^ 제 블로그에 스크랩 하였는데 괜찮을까요?
감사합니다.
연골등에 문제가 있을 때는 등산등은 관절의 과사용이 되어서 관절에 부담을 줄수도 있습니다. 이런 임상적인 질문에는 제가 도움이 되지 못하고 (이런 온라인에서 임상적인 답변하는 것은 법에도 문제가 되고, 저 역시 병원에서 의사의 처방아래서만 환자를 돌볼수 있습니다.)병원에서 검사, 처방을 받으셔야 합니다. 운동에 대해서는 가까운 보건소에서 운동검사,처방을 받으시면 되겠습니다. 근육은 무리하더라도 휴식하면 회복될 수 있지만 관절은 그렇지 않기 때문에 지금처럼 100km 이렇게 장거리 산행은 관절에 운동이라고 할 수 없습니다.
답글 감사 함니다.
젖산이 몸에 싸이면 건. 연골. 인대가 약해지나요?
( 어디선가 이런글를 보아서 드리는 질문 입니다.)
장거리 산행해도 무릎에 이상 증상이 안이오면 해도 되는지요?
안이면 사용한만큼 무릎이 상하나요?
( 많이 사용하면 나중에 무릎에 병 생기나요.)
늘 운동해 조금씩 거리 및 속도 늘려주면 언제가는 맘 먹은데로 할수 있겠다 싶어서 질문 드립니다.

그렇지 않습니다. 인체내에서 젖산이란 말자체가 잘못된것입니다. Lactate (젖산염)라고 바로 쓰는게 좋고, 그것이 쌓여서 건, 인대를 약하게 해준다는 것은 말이되지 않습니다. Lacate는 강도 있는 운동시 운동을 지속적으로 할 수 있게 하니 오히려 좋은 것입니다.

나이가 들면 관절에 이상이 오게 됩니다. 사람마다 다르겠지만, 관절은 보호하면서 운동을 해야 하기 때문에 레그 익스텐션 같은 제한된 범위의 운동역시 다리를 최대한 피거나 너무 많이 굽히는 방법으로 운동은 피해야 합니다. 처음 질문에 이미 무릎이 좋지 않으셨다고 말씀하셨는데 무릎이 한번 상하면 항상 조심하셔야 합니다. 그리고 임상적인 질문은 이런 게시판에서 하시면 제가 곤란합니다. 원하시는 답변을 드리지 못해서 죄송합니다.
허리가 좋지 않지만 꼭 일을 할 때는 허리벨트도 도움이 됩니다. 같은 이유로 보호대가 슬개골을 산행중 지지해 준다면 도움이 되겠죠. 하지만 그것에 관한 과학적인 연구가 있는지는 모르겠습니다. 그리고 일반적이지 않은 임상적인 질문은 가까운 병원에서 진료를 받으셔야 합니다. 사람마다 케이스마다 다르기 때문에 이렇게 온라인 상에서 제가 도움이 될 수가 없습니다.
안녕하세요..다른 곳에서 링크를 타고 왔다가..궁금한 것이 있어서 댓글을 남깁니다+_+


동일한 중량으로 실패지점까지 반복하는 것을 1 set 이라 정하고, 5 set 의 웨이트 트레이닝을 한다고 할 때..

1. 각 set 내에서의 순간적인 운동 능력 감소 - 실패 지점 도달 - 는 신경 자극으로 인한 이온의 확산 속도가..이온 펌프에 의한 회복 속도보다 빨라서 일어나는 것입니까?

2. 마지막 set 은 첫번째 set 보다 반복 수가 적을텐데요.. 이때 반복 횟수가 적어진 이유가 근육의 산성화 때문입니까?


이상 두가지 질문입니다+_+
근육의 피로는 여러가지 이유가 있겠지만, ATP 가수분해되어 발생하는 양성자가 칼슘이 프로포닌에 붙는 것을 방해하여 트로포마이오신이 바인딩 사이트를 내 놓는 것을 방해하게 되겠습니다. 또한 축적된 양성자가 ATPase의 활성을 방해해서 ATP가수분해를 방해하기 때문이라고 합니다.
좋은 정보 갑사합니다^^
도움이 되셨다니 저도 좋습니다. 감사합니다.
좋은 정보 퍼갑니다^^
젖산에대해서 명확한 개념이 세워 졌습니다. 피로물질이 아니다라고는 들었었는데.... 정확히 몰랐었습니다. 감사합니다. 공부는 끝이없네요....;;
19번째 문단에 3번째 줄에 'H+줄여 산성증을 유발함으로...'라고 쓰셨는데, 무슨 말인지 이해가 안됩니다. 혹시 오타가 아닌가요?
Pryuvate이 두개의 수소이온을 받고 환원되어 lactate이 됩니다. 그러니 수소이온을 줄여 산성증을 방지하게 된다고 적혀 있는데 유발함으로 라고 되어 있나요? 다시 읽어 보세요.
저는 지금 17세로 고등학교1학년입니다.

이번에 저희 학교에서 교내 프로젝트경진대회를 하는데, 저와 친구들은 근육에 관해 해보기로하였습니다.

근육의 구성, 근육의 운동원리, 근육의 피로도 등을 알아보려고 하는데요,

저희 팀은 근육의 피로도가 젖산에 의해서인 줄 알고
개구리 근육에 전기자극을 계속 가하여 피로하게 한 후 젖산을 검출하여
'운동 후 생기는 물질인 젖산은 피로를 유발한다'라는 결과물을 내려고 하였습니다.

그래서 많은 질문을 드리겠습니다.

1. 젖산염이 피로의 원인인가요?
2. 산성증이 무엇인가요?
3. 산성증이 곧 피로인가요?아니라면 어떻게 다른가요?
4. H+가 어떻게 피로를 유발하나요?

그리고 조언(도움)을 해주시면 감사하겠습니다.

1. 젖산의 검출 방법이 있나요???
위의 글을 읽으면 젖산이 검출되지 못해서 확실히 인정받지 못하는 것 같은데...
2. 저희 프로젝트 팀이 할 만한 근육 관련 실험좀 알려주시면 감사드리겠습니다..

읽어주셔서 감사합니다.
답글 해주시면 더욱 감사드려요~^^
좋은 하루 되세요~
안녕하세요. 제가 요즘 여름 수업 티칭을 하고 있어서 블로그를 체크하지 않고 있어 답장을 지금 드립니다.
고등학생인데 아주 대단하군요. 하지만, 기초적인 공부없이 프로젝트를 하려고 하면 안됩니다. 충분히 공부를 한 부분에서 문제를 도출해야죠.
젖산이라고 하지 말고 lactate 영어로 그냥 부르시기 바라고요. 피로의 원인은 ATP 가수분해시 생성되는 수소이온이지 Lacatae가 아닙니다. 수소이온이 많이 생성되면 pH가 낮아지고 이것을 대사적 산성화, 강도 있고 휴식시간이 없는 운동시 유발되는 경우 운동으로 유발된 대사적 산성화라고 합니다.
학교에서, 프로젝트의 질문은 담당 선생님께 직접 문의하시기 바랍니다. 그런것들이 프로젝트를 수행하는 한 부분입니다.
안녕하세요 , 지금 전 독일에서 마스터 과정의 학생? 인데요. 늦은나이에 공부를 하는 도중. 숙제가 medicinishe Diagnostic 을 중점적으로 ..한 테마를 가지고 작성하는 것이라서요. 그게 이번 학기 테스트가 되네요. 교수님께서 잡아준 테마가 젖산이고. 그래서.이렇게..조금이나마 문의 드리고 싶어서 찾았습니다. 이번 달 (3월말) .까지 독일어로 작성해야 되는데..어떤 소주제를 가지면 좋을까 해서요..솔직이 제가 공부한 게 아주 많이 지나서요( 거의 15년이 지나가네요).막막하네요.. 락타드의 어떤면을 ..의료적인 진단속에서 중점적으로 다루는게 좋을까요?..
안녕하세요. 제가 바빠서 댓글을 바로 들일수가 없는데 혹 기다리실까봐 와중에 적습니다. 해당 교수님과 상의를 하셔야할 주제를 블로글에 대한 댓글로 임상진단에 관한 주제를 질문하셨네요. 해당 교수님과 상의를 하십시요. 그분이 또 grade도 주실것이니까요. 그런 과정들이 교수와 알아가는 그리고 학업과정이잖습니까? 저의 경우는 학생이 저와 상의를 하지 않고 그런 주제를 정하면 좋은 점수를 주지 않습니다. 그리고 이 블로그의 내용을 읽어 보셨다면 대사적인 산성화는 lactate acid가 아닌 H+이 원인이라고 나와 있지요? 그리고 젖산이라고 부르지 않고 Lactate이라고 부르는 것이 좋겠습니다.
감사합니다.. 사실 제가 좀 독일어도 미숙하고 . 전에 교수님께 여쭈었을때..그냥. 스쳐 지나가시기에..요..우리과가..8명인데, 저 혼자 외국인이고. 다른 아이들처럼 쉽게 접근이 안되네요. 또 전에 말씀드렸던 부분을 제가 놓쳤어요..미숙한 독일어가 ..발목을 ? 잡고 있어요..임상진단 자체 도 모르고요..같이 했던 독일 친구가 답답해서 .사실은 같이 아르바이트를 해야 하는데. 혼자 하려고 해요.. 나이가 많아서 힘들지만..임상진단이 어떤 의미인지 조차..무엇을 어떻게 해야 하는지 조차 모르고 시작한 공부였어요..그래서 교수님께 어떤 방향으로 해야할까 여쭈었을 때.. 큰 제목으로 락타드에 대해서 받은거고요, 원래.제목 자체도 원하는대로 하라고 하셨거든요..그렇게 주어졌을때. 아무런 의미(임상진단 )를 모르는 저로선 도데체..무엇을 어떻게 해야하는지 몰랐고 그래서..여기에 ..적어 놓았던 거였습니다...그런데..님께서 말씀한 부분이 무슨 의미인지 알겠습니다.교수님과의 관계가 중요한것 알고 있지만..제가좀 .아무것도 모르는 상태라..무엇을 어떻게 여쭙고 물어야 할지 조차 힘들었지만..그게 한 중요한 과정이고...지금이 기회라 생각됩니다. 다시 한번 교수님 찾아서 여쭈어 볼께요.건강하시고.요..좋은 하루 되세요..@^^@...