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등록자 카라 등록일 2008-01-10 20:52:40 조회수 2,101
인체의 생명을 유지하기 위한 모든 세포들의 활동은 물론, 운동을 위한 대사 활동에는 에너지가 필요하다. 특히 달리기와 같이 근육의 수축이 지속적으로 이루어지는 운동에서는 더 많은 에너지가 필요하다.

효율적인 달리기를 위해서는 음식물 섭취를 통해 에너지를 효과적으로 보충해 주는 것이 무엇보다 중요하다. 근육이 장거리 달리기에 필요한 힘을 끊임없이 발휘하기 위해서는 지속적인 에너지 공급이 이루어져야 하며, 장거리 달리기 중에 지속적으로 반복되는 근육의 수축은 근육 속에 저장되어 있는 ATP의 분해와 재합성을 필요로 한다.

영양소의 분해 과정에서 생산된 에너지는 모두 ATP의 형태로 저장되었다가 사용되는데, ATP란 아데노신 3인산이라고도 하며, 아데노신에 인산기가 3개 붙어 있는 화학물질을 말하는 것이다. 운동을 하면 이 ATP가 근육에 필요한 에너지를 공급하면서 분해되는 과정을 거치게 되므로, 운동을 계속하기 위해서는 새로운 ATP가 계속 합성되어야 한다.

느린 속도의 장거리 달리기에 필요한 ATP의 생산은 대부분 산소를 이용한 탄수화물과 지방의 분해에 의존하는데, 이러한 형태의 달리기는 유산소적 에너지 생산 속도를 조절하는 기전을 발달시킨다. 뿐만 아니라 꾸준한 장거리 달리기에 따른 근지구력의 향상도 기대할 수 있으며, 근육의 산소 운반능력 증가, ATP를 생산하는 근섬유 내의 유산소 시스템 발달, 근섬유 내의 글리코겐과 지방의 저장량 증가, 에너지 생산의 효율성 증가 등은 모두 장거리 달리기에 의한 지구력 향상을 의미하는 결과들이라 할 수 있다.

유산소적 에너지 생산은 전적으로 미토콘드리아에서 이루어진다. 근육 속에는 산소를 이용하여 음식물을 분해하는 과정에서 ATP를 생산하는 에너지 공장이 있는데, 이 공장이 바로 미토콘드리아다.

유산소적 에너지 생산

미토콘드리아는 산소를 이용하여 탄수화물과 지방을 태워서 에너지를 만들고 부산물로 수분과 이산화탄소를 배출하는 역할을 한다. 이러한 과정은 호흡·순환계를 통해 공급된 산소를 이용하여 탄수화물과 지방을 연소시키기 때문에 시간적인 제한을 거의 받지 않는다. 그러나 탄수화물과 지방을 연소시키는 데 필요한 산소를 운반하는 호흡·순환계의 능력이 제한되어 있기 때문에 한꺼번에 많은 양의 ATP를 생산하지는 못한다.

따라서 가벼운 운동을 할 때는 유산소 대사에서 생산된 ATP에 의해 필요한 에너지를 충분히 공급받을 수 있지만, 힘든 운동을 할 때는 유산소 대사에 의한 ATP 생산 능력을 초과하기 때문에 무산소 대사에 의해 에너지를 추가로 공급받게 되는 것이다.

생리학적 연구에 의하면, 장거리 달리기는 미토콘드리아의 수와 크기를 동시에 증가시킬 수 있다고 한다. 미토콘드리아의 변화는 오랜 시간의 꾸준한 훈련을 통해 지속적이고 점진적인 형태로 증가되는 특성을 보인다. 따라서 장거리 달리기를 통해 지구력의 향상을 기대하려면 몇 개월이 걸리며, 충분한 향상을 기대하기 위해서는 몇 년이 걸릴 수도 있다.

미토콘드리아가 에너지를 분해하고 최종적으로 ATP를 생산하기 위해서는 특수한 단백질 분자가 활동해야 하는데, 이것이 바로 효소다. 장거리 달리기는 효소의 양을 현저히 증가시키는 효과가 있으며, 장거리 달리기로 인해 증가된 효소들은 특수한 조절 작용을 통해 근육으로 하여금 지방을 더 잘 연소시키도록 만든다. 효소의 이러한 역할은 결과적으로 글리코겐 저장량을 절약할 수 있도록 도와주는 것이라 할 수 있다.

지방을 더 많이 사용함으로써 글리코겐의 저장량을 절약하며 달릴 수 있다는 것은 그만큼 에너지를 효율적으로 사용하면서 달릴 수 있다는 것을 의미한다. 다만 효소의 양을 효과적으로 증가시키기 위해서는 최소한 3∼4개월 이상의 훈련 기간을 거쳐야만 한다. 이와 같은 사실로 미루어 볼 때 마라톤대회 준비를 위한 효과적인 훈련 기간은 최소한 3∼4개월 이상은 되어야 한다는 것을 알 수 있다.

근육의 유산소적 에너지 시스템

근육의 유산소적 에너지 시스템의 발달은 훈련에 의해서만이 가능하다. 오랫동안 많은 훈련을 해온 마라톤 선수의 유산소적 에너지 시스템은 일반인에 비해 3∼4배 가량 높고, 달리기를 계속해온 아마추어 러너들의 유산소적 능력도 일반인에 비해 보통 2배 이상 높게 나타난다. 이것은 오랫동안 장거리 달리기를 계속한 결과라고 볼 수 있으며, 이러한 사실은 누구나 장거리 달리기를 하면 근육의 유산소적 능력이 향상될 수 있다는 것을 의미한다.

장거리 러너의 유산소적 능력이 훈련에 의해 충분히 향상되었다 하더라도 무산소 능력은 일반인에 비해 오히려 낮을 수도 있다. 장거리 달리기는 근육의 유산소적 능력을 향상시키는 반면, 무산소적 형태의 운동 능력은 감소시킬 수 있기 때문이다.

장거리 달리기에 충분히 익숙해진 러너들은 마라톤을 완주하는 데 큰 문제가 없다. 하지만 이러한 형태의 훈련만으로는 기록 향상을 기대하기 어렵다. 이것은 유산소적 대사 능력이 향상되었다 하더라도 무산소 대사에 가까운 빠른 속도의 달리기에서는 그 능력을 충분히 발휘할 수 없기 때문이다. 따라서 기록을 효과적으로 향상시키기 위해서는 장거리 달리기와 함께 무산소 대사 수준에 이르는 빠른 달리기를 포함시키는 것이 바람직하다.

근육 글리코겐의 고갈

마라톤에서 탈진 상태에 이르는 가장 큰 이유는 근육 글리코겐의 고갈 때문이다. 잘 알려져 있는 바와 같이 근육의 글리코겐 저장량에는 한계가 있다. 따라서 마라톤에서는 근육 글리코겐의 소모를 최대한 줄이면서 달리는 것이 성공의 지름길이다. 그렇다면 어떻게 해야 근육 글리코겐의 저장량을 높이면서도 근육 글리코겐의 소모를 최대한 줄이면서 달릴 수 있을까?

그 해답은 바로 꾸준한 장거리 달리기에 있다. 장거리 달리기를 꾸준히 하면 근육의 글리코겐 저장량이 증가할 뿐만 아니라, 달리기 중에 사용되는 에너지의 생산을 위해 지방을 이용하는 능력도 향상된다. 글리코겐 저장량이 증가한다는 것은 곧 에너지의 저장량을 증가시킬 수 있다는 것을 의미하며, 지방의 이용 능력이 향상된다는 것은 그만큼 근육 글리코겐의 소모를 줄이면서 달릴 수 있다는 것을 의미한다. 장거리 달리기에 필요한 가장 효율적인 에너지원인 글리코겐 저장량의 증가와 한정된 양의 근육 글리코겐을 절약하면서 달릴 수 있다는 것은 곧, 오랫동안 효율적으로 달릴 수 있다는 것을 말한다.

실제로 마라톤 선수들의 다리 근육은 일반인에 비해 지방의 산화 능력이 7배 이상 높다. 장거리 달리기를 꾸준히 계속해온 아마추어 러너들도 일반인에 비해 지방의 산화 능력이 4∼5배 가량 높은 것이 보통이다. 이것은 오랫동안 꾸준히 달린 결과이며, 누구에게나 가능한 것이다. 하지만 아무리 지방의 산화 능력이 향상되었다 하더라도 오랜 시간 동안 달리기를 멈추면 그 기능은 점차 감소한다. 결국 지방의 산화 능력을 향상시키고 유지시키기 위해서는 꾸준히 달리는 것이 최선의 방법인 것이다.

무산소 에너지 대사

무산소 대사란 말 그대로 산소 없이 에너지를 생산하여 공급해 주는 대사 과정을 의미한다. 무산소 대사는 에너지의 필요량이 아주 많아 유산소 대사에 의한 에너지 생산량을 초과할 경우에 이루어지는 대사 과정이다.

안정 시나 가벼운 운동과 같이 많은 에너지가 필요하지 않을 때에는 유산소 대사 과정에 의하여 필요한 에너지를 생산한다. 이때 생산된 에너지의 일정량은 ATP와 PC의 형태로 근육 속에 저장된다. 길을 걷다가 갑자기 장애물을 뛰어넘을 때처럼 갑자기 많은 에너지가 필요할 경우에는 이 에너지가 사용되며, 보통 10∼20초 정도 사용하면 거의 바닥이 나는 특성이 있다.

단거리 달리기와 같이 무산소 대사에 의해 이루어지는 운동을 무산소 운동이라고 하며, 완전한 무산소 운동은 거의 불가능하기 때문에 무산소 대사의 비중이 비교적 높은 운동이라고 이해하는 것이 무난하다. 무산소 운동을 10∼20초 이내로 할 경우에는 근육 속에 저장된 ATP와 PC를 주로 사용하기 때문에 피로감을 크게 느끼지 않는다. 하지만 그 이상으로 지속하면 젖산이 축적되어 점차 피로감을 느끼게 된다. 결국 이러한 상태에서 운동을 계속하면 산소 없이 글리코겐이 불완전하게 분해되어 피로 물질인 젖산만 쌓이게 되고, 젖산이 근육과 혈액 속에 쌓이면 근육이 뻣뻣해지고 심한 피로감에 빠지기 쉽다.

무산소 운동을 하는 동안에는 주로 속근 섬유, 특히 b형 속근 섬유의 동원 비율이 현저하게 증가한다. 또한 에너지 생산을 위해 글리코겐을 주로 사용하기 때문에 체내의 글리코겐이 빠르게 고갈된다. 따라서 무산소 대사 수준의 운동은 오랫동안 지속할 수 없다.

이와 같은 사실을 종합해 볼 때, 무산소 대사 능력과 장거리 달리기는 무관하다고 생각할 수 있다. 하지만 지친 후반이나 빠른 속도의 달리기에서는 무산소 대사에 의한 에너지를 추가로 공급받아야 하기 때문에 무산소 대사 능력을 전혀 배제할 수는 없다. 특히 기록 향상을 목표로 훈련하는 러너들에게는 더없이 중요한 문제다. 기록 향상을 목표로 훈련하는 러너들은 그만큼 빠른 속도에 적응할 수 있는 능력이 있어야 하기 때문이다.

빠른 속도에 적응할 수 있는 능력을 향상시키기 위해서는 무산소 대사 수준의 훈련이 필수적이며, 무산소 대사 수준에 가까운 훈련으로는 인터벌 트레이닝이 가장 효과적이다. 짧은 거리를 반복해서 달리는 인터벌 트레이닝은 무산소 대사에 의해 상당 부분의 에너지를 공급받는다. 따라서 이러한 훈련은 무산소 대사 능력을 향상시킬 수 있는 바람직한 방법이라고 할 수 있다.

호흡·순환계의 기능

무산소 대사에 의한 에너지 생산은 호흡·순환계의 도움 없이 근육 세포 내에서 일어난다. 다만, 젖산이나 다른 부산물을 처리하는 과정에서 호흡·순환계가 관여할 뿐이다. 그러나 장거리 달리기와 같은 유산소 운동에서는 산소를 근육으로 운반하는 능력이 에너지 생산 속도에 직접적인 영향을 주기 때문에 호흡·순환계의 역할이 달리기 능력을 좌우한다.

▲산소 운반능력: 달리기 중에 훈련이 부족한 러너에게서 가장 먼저 발견되는 피로의 신호는 호흡 곤란인데, 이것은 다리 근육의 유산소적 능력과 호흡·순환계의 능력이 발달되어 있지 않기 때문에 나타나는 현상이다.

유산소 운동에서는 에너지가 필요할 때 호흡·순환계를 통해서 산소를 근육으로 운반하여 에너지를 생산하는데, 에너지가 필요할 때 호흡·순환계를 통해 산소의 공급이 원활하게 이루어지지 않으면 근육은 에너지를 충분히 생산하지 못한다. 또한 산소의 공급이 충분히 이루어졌다 하더라도, 근육의 유산소적 능력이 떨어지면 필요한 에너지를 충분히 생산할 수 없다. 이러한 상태에서는 비교적 느리게 달릴 경우에도 근육이 쉽게 피로해져 호흡 곤란을 초래하는 것이다.

호흡·순환계의 능력과 근육의 유산소적 능력을 향상시킬 수 있는 가장 좋은 방법은 꾸준한 장거리 달리기다. 장거리 달리기는 호흡·순환계의 능력과 근육의 유산소적 능력을 동시에 향상시켜 호흡으로 인한 고통을 줄여준다. 또한 장거리 달리기는 폐에 공기를 출입시키는 호흡 능력을 향상시키고, 폐를 통과하는 혈류를 증가시켜 산소가 혈액 속으로 확산되는 비율을 증가시키는 데에도 효과적이다. 그 결과 혈액 중의 산소 함량을 충분히 유지시킴으로써 더 많은 에너지를 생산하게 되는데, 더 많은 에너지를 생산한다는 것은 결국 달리기의 효율성을 증가시킨다는 것을 의미한다.

▲심·혈관 기능: 장거리 달리기로 인한 심장·혈관 계통의 중요한 적응은 최대운동 중의 심박출량 증가다. 심박출량은 1분간에 좌심실로부터 박출되는 혈액의 양으로 정의할 수 있는데, 최대운동 중에 심박출량이 증가하는 것은 장거리 달리기에 의해 심장이 비대해졌기 때문이다. 장거리 러너들의 이러한 현상은 좌심실의 용적 증가에 기인한 것이며, 이는 좌심실에 채워진 후 심장 밖으로 박출되는 혈액의 양이 증가했다는 것을 의미한다.

장거리 달리기를 꾸준히 하면 심실이 더욱 강해지고, 심실 내의 혈액을 충분히 박출시킬 수 있게 된다. 이로 인해 장거리 러너들은 안정 시와 최대운동 시에 심박수가 낮게 나타난다. 이러한 심박수의 감소는 심실의 구조와 기능이 향상되어 1회 박출량이 증가하여야만 가능해질 수 있는데, 심박수가 낮으면서도 동일한 수준의 심박출량을 유지한다는 것은 그만큼 1회 박출량이 증가했다는 것을 뜻한다.

반면에 최대 심박수는 장거리 달리기에 의해 거의 변화를 보이지 않는다. 아무리 잘 훈련된 러너라도 최대 심박수는 달리기를 시작하기 전과 거의 동일하게 나타난다. 하지만 달리기를 시작하기 전보다 1회 박출량이 증가했기 때문에 심장으로부터 박출되는 전체 혈액량 즉, 최대 심박출량은 현저히 커졌다고 할 수 있다.

▲호흡·순환계의 기능: 호흡계는 코와 입, 기도, 기관지 그리고 좌우의 폐 등으로 구성되어 있다. 호흡계는 산소가 폐에서 혈액으로 원활하게 공급될 수 있는 조건을 만들어 주고, 혈액이 근육으로부터 실어온 이산화탄소를 폐를 통해 몸 밖으로 배출시킴으로써 에너지 생산에서 생긴 노폐물을 제거하는 역할도 담당한다. 폐는 수많은 공기주머니로 이루어져 있는데, 이것은 폐의 공기주머니와 혈액 사이에 기체 교환이 원만하게 일어날 수 있도록 하기 위함이다.

순환계는 심장, 혈관, 혈액의 세 가지 요소로 구성되어 있다. 심장은 혈액을 펌프질하여 혈관을 통해 순환시키는 역할을 한다. 혈관은 혈액이 순환할 수 있는 통로를 제공하며, 혈액은 산소와 노폐물을 직접 실어 나르는 역할을 담당한다. 순환계의 주된 기능은 폐로부터 받아들인 산소를 혈액과 근육으로 운반하는 것이다. 이를 통해 근육은 에너지를 생산하며, 근육에서 에너지 생산의 부산물로 생긴 이산화탄소를 운반하여 폐로 내보낸다.

심장은 좌심실과 우심실로 구성되는데, 우심실은 전신의 조직에 산소를 공급해 주고 이산화탄소를 실어온 혈액을 받아들인 다음 다시 폐로 내보내는 역할을 한다. 혈액이 폐를 순환하는 동안 이산화탄소는 폐의 공기주머니로 나가고, 산소는 폐의 공기주머니로부터 혈액을 통해 들어온다. 이렇게 폐를 순환하면서 산소를 많이 받아들인 혈액은 좌심실로 들어온 다음, 펌프 작용에 의해 근육을 비롯한 전신의 조직에 산소를 공급하는 것이다. 이러한 일련의 과정을 통해 산소와 이산화탄소를 실어 나르는 동시에 탄수화물과 지방을 비롯한 영양소를 운반하는 것이 순환계의 역할이다.

달리기의 속도가 증가할수록 근육은 에너지 생산을 위해 더 많은 산소를 필요로 하게 된다. 에너지의 효율적인 생산을 위해서는 그만큼 산소의 공급이 원활하게 이루어져야만 한다. 호흡·순환계의 가장 중요한 역할이 바로 근육과 신체의 여러 조직에 산소를 원활하게 공급하는 일이다. 우선, 호흡계는 달리는 속도가 증가할수록 호흡량과 호흡수를 증가시켜 신선한 공기를 더 많이 환기시키려는 노력을 하게 된다. 신선한 공기가 폐 속 깊은 곳까지 잘 드나들 수 있도록 하기 위해서는 깊고 리드미컬한 호흡법을 사용하는 것이 효과적이다.

호흡계를 통해 들이마신 산소를 근육으로 실어 나르는 역할은 순환계의 몫이다. 달리는 속도가 증가할수록 순환계는 더 많은 산소를 근육으로 실어 나르기 위해서 혈액의 순환 속도를 증가시키는데, 혈액의 순환 속도를 증가시키기 위한 가장 간단한 방법은 심장의 펌프질 빈도를 증가시키는 것이다. 이로 인해 심장의 박동은 달리기의 속도에 비례하여 증가하는 것이다.

이와 같이 장거리 달리기는 근육의 유산소적 능력 및 호흡·순환계의 조화로운 적응 현상을 가져온다. 이로 인해 효율적인 에너지의 생산 능력과 장시간 동안 근육 운동을 지속할 수 있는 능력이 향상되는 것이다. 이러한 생리적 변화들의 종합적인 효과는 최대산소섭취량(VO2 Max)의 증가로 집약할 수 있다. 최대산소섭취량의 향상은 달리기의 형태와 러너의 특성에 따라 다양하게 나타나지만, 보통 장거리 달리기를 통해 5∼20%의 향상을 기대할 수 있다.
출처:이의수칼럽

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