운동 생리학 근육의 산화 능력 이론

안녕하십니까.

오늘은 운동 생리학 근육의 산화 능력 이론에 대해서 포스팅하겠습니다.

근육의 산화 능력

가장 많은 양의 에너지가 산화적 대사 과정에서 생산되는 것을 앞에서 살펴보았다. 만일 이러한 과정이 항상 최대 수준에서 작용한다면 이상적일 것이다. 하지만 모든 생리적 현상과 마찬가지로 이 과정 역시 제약받으면서 작용한다. 근육의 산화적 능력이란 근육의 최대 산소 사용 능력을 측정하는 것이다. 이러한 측정은 실험실에서 이루어지며 적은 양의 근육 조직이 ATP를 생산하도록 화학적으로 자극될 때의 자극될 때의 산소 사용 능력을 조사하는 것이다.

 

효소 활성

근육 내의 모든 효소를 측정하는 것은 비현실적이므로 근섬유의 유산소 능력을 적용할 수 있는 몇 가지 대표적인 효소들이 선정되었다. 크렙스 회로에 관련된 그 외의 미토콘드리아 효소가 있다. 외측광근의 SDH 활성과 근육 산화 능력 사이의 관계를 보여주고 있다. 지구력 선수의 근육은 단련되지 않은 남자와 여자보다 산화 효소의 활성이 거의 2~4배 정도 높다.

근육의 탄수화물 및 지방 산화 능력은 측정하기가 어렵다. 여러 편의 연구에서 오랜 시간 동안 유산소 운동을 실행할 수 있는 근육 능력과 근육 산화 효소들의 활성 사이에 밀접한 관계가 있음을 보여준다. 산화 과정에는 많은 효소가 필요하기 때문에 근섬유 효소의 활성은 근육의 산화 잠재력에 대한 정보를 제공한다.

 

섬유 유형의 구성 비율과 지구력 트레이닝

지구력 트레이닝은 모든 섬유, 특히 섬유의 산화 능력을 향상시킨다. 산화적 인산화 과정에 자극을 주는 트레이닝은 미토콘드리아가 더 많아지고 더 커지도록 그리고 하나의 미토콘드리아당산화 효소가 더 많아지도록 근섬유를 자극한다. 베타 산화에 관련된 효소들을 증가시킴으로써 이러한 트레이닝은 근육으로 하여금 ATP 생산에 있어 지방을 더 많이 사용할 수 있도록 해준다. 그러므로 심지어 섬유 비율이 높은 사람도 지구력 트레이닝을 통해 근육의 유산소 능력을 증가시킬 수 있다. 하지만 지구력 운동으로 트레이닝된 섬유는 비슷하게 트레이닝된 섬유만큼 지구력 능력이 발달하지 않을 것이라는 의견이 일반적이다.근육의 섬유 유형 구성 비율은 부분적으로 근육의 산화 능력을 결정한다. 섬유는 해당과정 에너지 생산에 더욱 적합하다. 그러므로 일반적으로 자신의 근육에 섬유가 많을수록 근육의 산화 능력이 더 크다. 예를 들면, 우수한 장거리 선수들은 단련 안 된 사람들보다 섬유가 많으며, 미토콘드리아가 더 많고, 그리고 근육의 산화 효소 활성이 더 높다고 밝혀져 있다.

 

 

산소 요구량

비록 근육의 산화 능력은 미토콘드리아의 숫자와 산화 효소의 양에 의해 결정되지만 산화적 대사는 최종적으로 산소의 적절한 공급에 결정된다. 휴식 동안에는 신체의 ATP 요구량이 비교적 적기 때문에 적은 양의 산소 공급이 필요하다. 하지만 운동 강도가 증가함에 따라 에너지 요구량 또한 증가한다. 그러한 수요를 충족시키기 위해 산화적 ATP 생산 속도 또한 빨라진다. 근육의 산소 요구량을 만족시키기 위한 노력으로 호흡의 빈도와 양이 증가하면서 폐에서의 가스 교환이 많아지며, 심장의 박동수가 빨라지면서 산소가 풍부한 혈액의 근육으로 더 많이 공급된다.

인체에 저장되어 있는 산소의 양은 신체 조직의 산화적 대사에 의해 사용되는 양과 직접적으로 비례한다. 따라서 폐에서 섭취되는(폐로 들어가고 나가는) 산소의 양을 측정함으로써 유산소 에너지 생산을 비교적 정확하게 추정할 수 있다.

 

에너지 시스템의 상호작용

세 가지 에너지 시스템은 서로 독립적으로 작동하지 않는다. 가장 높은 강도의 운동(예를 들면, 8초 미만의 단거리 전력질주)에서부터 지구력 운동 경기(30분 동안 뛰는)에 이르기까지 각 에너지 시스템은 인체의 에너지 요구량을 공급하는 데 기여한다. 그렇지만 우세한 한 가지 시스템에서 다른 시스템으로 전환이 이루어질 때를 제외하고는 일반적으로 한 가지 에너지 시스템이 주도적이다. 예를 들면, 10초 동안의 100m 전력질주의 경우 ATP-PC 시스템이 주도적인 에너지 시스템이지만 무산소 해당과정 그리고 산화 시스템 두 가지 모두 요구되는 에너지의 일부분을 제공한다. 다른 극단적인 예로, 30분의 10,000m 달리기에서는 산화 시스템이 주도적이지만 ATP-PC와 무산소 해당과정 시스템 역시 일부 에너지를 제공한다.

그래서 이러한 시스템은 강도는 높지만 지속 시간이 아주 짧은 운동에서 주도적인 역할을 한다. 그와는 달리 지방 산화는 에너지 생산을 준비하는 데 시간이 더 걸리며 느린 속도로 에너지의 양은 거의 무제한적이다.

 

기질 대사

운동을 위해 근육 수축을 할 수 있는 능력은 에너지 공급과 에너지 요구의 문제이다. 골격근섬유의 수축과 이완은 에너지를 필요로 한다. 그러한 에너지는 섭취하는 음식물 그리고 신체에 저장된 에너지로부터 제공된다. ATP-PCr 시스템은 해당작용의 경우처럼 세포의 세포질 내에서 이루어지며 ATP 생산을 위해서는 두 경우 모두 산소를 필요로 하지 않는다. 산화적 인산화는 미토콘드리아 내에서 이루어진다. 유산소적 상태에서는 주요 기질 모두 탄수화물과 지방의 공통적인 중간물인 아세틸 CoA로 분해된 다음에 크렙스 회로로 들어간다.

산화적 시스템은 산소를 이용하면서 영양소를 분해한다. 이러한 시스템은 ATP-PCr이나 해당과정 시스템보다 더 많은 양의 에너지를 생산한다.

탄수화물 산화에는 해당과정, 크렙스 회로, 전자운반연쇄가 포함된다. 지방 산화는 유리지방산의 베타 산화로 시작되며 그런 다음에는 탄수화물 산화와 동일한 경로를 따른다.