훈련에 따른 근육은 어떻게 적응할까?

 

유산소 훈련은 우리 몸에 변화를 일으킨다

트레이닝의 종류에 따라 근육의 적응은 조금 달라질 수 있는데, 유산소 트레이닝과 무산소 트레이닝으로 나누어서 설명할 수 있다.

먼저 지구력 훈련과 같은 유산소 트레이닝을 수행할 때는 근육 섬유를 반복적으로 지속 사용함으로써 근육섬유의 구조와 기능에 변화가 생긴다. 유산소 트레이닝에서 가장 중요한 적응 기제는 근육 섬유를 에워싸고 있는 모세혈관의 숫자가 늘어나는 것이다. 지구력을 향상할 수 있는 훈련을 오랜 기간에 걸쳐 실시하는 경우에 모세혈관의 수가 유의미하게 증가하는 것으로 많은 연구에서 드러났다. 모세혈관이 많을수록 운동하는 주요 근육과 혈액 사이에 열이나 영양소의 이동이 활발해지며 노폐물의 방출이 늘어난다. 실제 모세혈관 밀도의 증가, 즉 근육섬유마다 모세혈관이 증가하는 것은 훈련에 대한 반응에서 가장 중요한 현상이다. 모세혈관 밀도의 증가는 모세혈관에서 미토콘드리아로의 산소 확산을 더욱 촉진해서 효율적인 에너지 생산과 반복적인 근육 수축에 적합한 환경을 만들어준다.
 
한편 조깅이나 저조한 강도의 자전거 타기와 같은 유산소 운동은 지근섬유에 거의 의존하게 된다. 지근섬유(slow twitch fiber)는 순발력 근섬유에 비해 근육의 수축력이 낮고 폭발력은 약하지만, 지방을 에너지원으로 하며 주요 피로도에 대한 저항력이 높다. 유산소 트레이닝에 대한 반응으로 이러한 지근섬유가 더욱 커진다. 변화의 정도는 훈련 시간에 실시하는 운동의 강도와 시간, 그리고 전체적인 프로그램의 기간에 따라서  지근섬유의 단면적이 최대 25% 증가하는 것으로 나타났다. 유산소 훈련 후 지근섬유와 순발력 근섬유의 구성 비율에서 많은 초기 연구가 뚜렷한 변화를 관찰하지 못하였으나, 순발력 근섬유의 하위형태에서는 미묘한 변화가 발견되었다. 순발력 근섬유는 Type IIX 섬유는 Type IIA 섬유보다 사용하는 빈도가 낮으며, 그렇기 때문에 Type IIX 섬유의 유산소 능력은 상대적으로 낮다. 하지만 상대적으로 운동 시간이 길어지게 되면 결국 이런 섬유들도 동원이 되어 Type IIA 섬유가 수행하던 것과 같은 진행 과정을 보인다. 이렇게 되면 Type IIX 섬유의 일부가 더욱 산화한 Type IIA 의 특성을 보이게 만들 수 있다. 

산소가 근육 섬유로 들어가면 미오글로빈(myoglobin)과 결합하는데 이 화합물은 철 성분을 가지고 있으며 산소를 세포막으로부터 미토콘드리아로 운반한다. 지근섬유에는 많은 양의 미오글로빈이 포함되어 있기 때문에 섬유가 붉은 색상을 띤다. 미오글로빈은 산소를 저장하고 운동 중에 산소의 양이 줄어들면 미토콘드리아에 추가적인 산소를 주는 역할을 한다. 산소의 저장량은 휴식에서 운동으로 바뀌는 동안에 사용되고 운동을 시작하고 나서 심장혈관계통에 의하여 산소 운반이 늘어날 때까지의 시간 동안 미토콘드리아에 산소를 제공하는 역할을 담당한다. 산소를 운반하는데 미오글로빈의 기여도는 아직 연구에서 확실하게 완전히 밝혀지지는 않았으나 지구력과 관련된 트레이닝은 근육의 미오글로빈 함유량을 전폭적으로 증가시킨다고 알려져 왔다. 이러한 현상은 근육의 유산소 대사 능력을 크게 향상할 것이다. 
 
유산소 에너지 생산은 미토콘드리아 내에서 일어난다. 그러므로 유산소 훈련이 근육 섬유의 ATP 생산 능력을 증가시키는 미토콘드리아의 기능의 변화를 가져온다. 산소를 사용하며 일어나는 산화 과정을 통해 ATP를 생산하는 능력은 근육 내에 있는 미토콘드리아의 크기와 그 수에 따라 달라진다. 트레이닝의 양이 늘어나면 미토콘드리아의 크기와 숫자 모두 증가한다.

지속적인 지구력 트레이닝은 근육 안 미토콘드리아의 크기와 수 증가를 포함해서 뼈대 근육에 다양한 변화를 초래한다. 연료의 산화한 분해 그리고 이어지는 ATP 생산력은 영양소 분해를 촉진하는 독특한 역할의 단백질인 미토콘드리아 산화효소의 활동에 따른다. 유산소 트레이닝은 이러한 중요한 효소의 활성을 증가시키는 것이다.

석신산 탈수소효소와 시트르산합성효소(Citrate Synthase)와 같이 근육효소를 활성화하는 것은 유산소 트레이닝에 의해 많은 영향을 받는다. 심지어 운동의 볼륨이 그리 크지 않다고 하더라도 근육 효소의 활성은 증가하며, 근육의 유산소 능력은 올라간다. 예를 들어서 하루에 겨우 20분 동안만 가벼운 달리기만 하더라도 다리근육의 SDH 활성이 25% 이상 늘어나는 것으로 나타났다. 더욱 비교적 격렬하게 운동하였을 때, 예를 들자면 하루에 1시간 30분 내외 정도로 활동을 수행했을 때 이러한 효소의 활성이 2.6배 증가하였다.

유산소 트레이닝에 따른 미토콘드리아 변화의 한 가지 대표적인 결과는 주어진 운동강도에서 글리코겐을 절약하기 위해 근육 안의 글리코겐 사용 속도가 느려지며, 연료의 공급은 지방에 더 많이 의존하는 것이다. 이와 같은 산화효소의 증가는 고강도의 달리기 운동을 수행하는 동안 더 빠른 페이스로 나아가는 것과같이 더 높은 운동강도를 지속하는 능력을 키워줄 것이다.

무산소 훈련은 스프린트와 같은 고강도 운동이 있으며 이러한 운동은 근육섬유의 동원을 특정적으로 반영하기 때문에 그 변화가 뼈대 근육에 나타난다. 높은 강도에서는 순발력 근섬유가 더 많이 동원되기는 하지만 순발력 근섬유만 오로지 동원되는 것이 아니라 지근섬유까지 계속 동원된다. 저항 훈련이나 스프린트와 같은 무산소 트레이닝은 유산소 활동에 비해 물론 순발력 근섬유를 훨씬 유의하게 많이 사용한다. 그 결과 Type IIA 와 Type IIX 근육 섬유 모두 단면적이 증가하는 결과를 불러온다. Type I 섬유의 단면적도 증가하지만 Type II 섬유보다는 증가 비율이 높지 않다. 그뿐만 아니라 스프린트와 같은 트레이닝으로 Type I 섬유의 비율이 감소하고 Type II 섬유의 비율이 증가하는 등의 결과를 살펴보면 Type IIA 에서 가장 큰 변화가 일어나는 것을 관찰할 수 있다. 관련 연구에서는 Type I 섬유의 비율은 57%에서 48%로 줄어들었고, Type IIA 에서는 32%에서 38%로 증가함을 알 수 있었다.