제3장 운동과 훈련의 생체에너지학

 

*생물학적 에너지 시스템

근육 세포에 ATP를 공급하기 위한 세 가지 기본적인 에너지 시스템

- 인원질 시스템phosphagen (근세포의 근형질에서 일어나는 대사과정)
- 해당과정glycolytic system (근세포의 근형질에서 일어나는 대사과정)
- 산화 시스템oxidative system (근세포의 미트콘드리아에서 일어나는 대사과정)

무산소성: 산소가 필요없는 과정
유산소성: 산소에 의존하는 대사과정

energy systems

 

인원질 시스템

단시간,  고강도 운동을 하는 동안 ATP를 공급하는 주요 에너지 시스템. 운동강도와 무관하게 모든 형태의 운동이 시작 될 때 활성화 된다.

인원질 시스템 과정

크레아틴 인산creatine phospate, CP(or 포스포크레아틴phosphocreatine, PCr) + 아데노신 이인산ADP
↓크레아틴 키나아제creatine kinase
아데노신 삼인산ATP + 크레아틴
*이런 크레아틴 키나아제 반응은 빠른 속도로 에너지를 공급하지만, 크레아틴인산CP가 소량만 저장되어 있기 때문에 인원질 시스템은 지속적이고 장시간 활동을 위한 에너지 공급원이 될 수는 없다.

 

ATP 저장과 조절

인체에 언제나 약 80-100g 저장. 기본적인 세포 기능 유지 위해 완전히 고갈되지는 않음. 50~60% 까지만 감소.
ATP농도를 유지하기 위해 크레아틴 키나아제 반응을 사용(빠른 ATP 보충을 위해 에너지 비축의 역할).

골격근의 크레아틴 인산 농도 = ATP의 크레아틴 인산 농도의 4배
지근섬유보다 속근섬유에 더 많은 크레아틴 인산. (속근섬유 비율이 높은 사람은 무산소 운동 시, 더 빠른 ATP 보충 가능)

질량 작용의 법칙law of mass action 또는 질량 작용 효과mass action effect에 의해 대부분 조절.
ADP나 ATP등의 농도에 따라 반응이 결정된다.
*질량 작용 법칙에 의한 반응물의 농도에 따라 그 방향이 진행되는 근접-평형 반응near-equilibrium reactions와 관련이 있다.

 

해당과정

탄수화물의 분해과정. 근육 속에 저장된 글리코겐이나 혈액 속에서 운반되는 글루코스가 ATP를 재합성 하는 것.
ATP 재합성 속도는 인원질 시스템 보다 느리지만 더 많은 ATP를 생성한다. (많은 글루코스와 글리코겐을 공급 받기에)

해당과정의 최종 산물은 피부르산염pyruvate이며, 피부르산염은 이후에 세포 내에서의 에너지 요구량에 의해 조절 된다.
1. 근원질에서 젖산염lactate로 변환 될 수 있다.
-> NAD+의 빠른 재생을 통해 ATP 재합성이 빠른 속도로 일어남. 하지만 H+가 생성되고 세포질의 pH감소시켜 오래 지속되지 못한다. -> 무산소성 해당과정(빠른 해당과정)
2. 미토콘드리아 내부로 수송 될 수 있다.
-> 크렙스 회로 작용, 다양한 반응들 때문에 ATP 재합성이 느린 속도로 일어남. 하지만 운동강도가 낮다면, 오랫동안 지속 할 수 있다. -> 유산소성 해당과정(느린 해당과정)

젖산염

지근과 심장근에서 에너지 기질로써 사용. 
장시간 운동과 회복 중 비탄수화물 에너지원으로부터 글루코스를 만들어내는 당신생gluconeogenesis에 사용.
혈액을 통해 간으로 이동 후 글루코스로 변환 -> 코리회로cori cycle

 

혈중 젖산이 기본 농도 이상으로 갑작스레 증가하기 시작하는 지점에서의 운동강도.
에너지 수요를 충족시키기 위해 무산소성 대사에 의존도가 높아지는 것.
비훈련자의 경우 최대산소섭취량 50~60%, 훈련자는 70~80%에서 시작.

 

산화적(유산소성) 시스템

주로 휴식이나 저강도 운동 중 주요 에너지원. 탄수화물과 지방을 주로 사용. 단백질은 거의 사용 안한다(하지만 장기간의 금식이나 90분 이상 장시간 운동에서 유의하게 증가)
휴식시, ATP생산의 대략 70% 지방, 30% 탄수화물로 부터 유래. 이후 운동강도가 증가함에 따라 탄수화물 비율 증가.
고강도 유산소 운동시, 거의 100% 탄수화물 사용, 극히 일부만 단백질과 지방에서 유래.
장시간 최대하, 정상상태 운동시에는 다시 지방사용으로 점진적 이동.

글루코스 한 분자로부터 얻어지는 총 에너지

단계	ATP 생성
느린 해당과정: 기질수준 인산화 산화적 인산화 2 NADH(3 ATP)	4 6
크렙스 회로(글루코스 당 2 크렙스 회로): 기질 수준 인산화 산화적 인산화 8 NADH(3 ATP) via GTP: 2 FADH2(2 ATP)	2 24 4
계	40

*해당과정은 2 ATP를 사용하며(혈중 글루코스를 사용할 경우), 순수한 ATP 생성은 40 -2 = 38개.
NADH를 미토콘드리아로 이동하는 셔틀시스템을 계산할 경우, 36개.

 

생물학적 에너지 시스템의 특징

운동지속시간, 운동강도와 주요 에너지 시스템의 관계.

운동 지속 시간	운동강도	주요 에너지 시스템
0-6초	극도로 높음	인원질
6-30초	매우 높음	인원질과 빠른 해당과정
30초-2분	높음	빠른 해당과정
2-3분	중간	빠른 해당과정과 산화적 시스템
3분 이상	낮음	산화적 시스템

 

ATP 생성의 속도와 능력의 순위

시스템	ATP 생성 속도	ATP 생성 능력
인원질	1	5
빠른 해당과정	2	4
느린 해당과정	3	3
탄수화물의 산화	4	2
지방과 단백질의 산화	5	1

 

특정 에너지 시스템을 훈련시키기 위한 인터벌 트레이닝의 이용

최대 파워의 백분율	주 자극 시스템	전형적 운동 시간	운동-휴식 비율 범위
90-100	인원질	5-10초	1:12 - 1:20
75-90	빠른 해당과정	15-30초	1:3 - 1:5
30-75	빠른 해당과정과 산화	1-3분	1:3 - 1:4
23-30	산화	3분 이상	1:1 - 1:3

 

출제유형

공인체력관리사(CSCS) 시험 대비 연습문제집 제1권

9번 문제 해설

특정 강도와 특정 지속시간을 가진 운동 시, 에너지 제한 요인에 대해 묻는 문제.

에너지 제한요인의 비중

운동의 유형(예)	ATP 및 크레아틴 인산	근육 글리코겐	간 글리코겐	지방 저장량	pH 감소
가벼운 강도(마라톤)	1	5	4-5	2-3	1
중강도(1500m 달리기)	1-2	3	2	1-2	2-3
고강도(400m 달리기)	3	3	1	1	4-5
매우 격렬한 운동(원반)	2-3	1	1	1	1
매우 격렬한 운동 (1RM60%로 스내치 10회) 의 반복	4-5	4-5	1-2	1-2	4-5

*1: 가장 적게 영향을 미치는 제한요인. 5: 가장 높은 제한 요인

 

 

*해당 게시글은 'NSCA-CPT, CSCS 대비 트레이닝의 정수'에 근거하고 있으므로, 최신 동향과는 다른 정보를 제공할 수도 있습니다.