[Jaetiger칼럼1] 유산소 트레이닝의 이점에 대한 고찰

 

해당 아티클은 이전에 CHIRONconsulting블로그에 올라온 저의 글을 옮긴 것입니다.

 

유산소 트레이닝에 대해선 많은 오해들이 있다.

그중 하나가 '유산소 운동을 하면 근육이 빠진다' 는 것이다.

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이런 오해들로 인해 유산소운동을 기피하는 사람들도 있지만, 거의 모든 스포츠에서 적절한 유산소 트레이닝을 하는 것이 오히려 더 효율적인 트레이닝으로 갈 수 있는 길이다.

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유산소 운동(aerobic exercise)은 심박수를 높이고 대근육군을 장시간 지속적으로 움직이는 신체활동이다. 유산소 운동은 신체활동 동안 근육조직에 충분한 양의 산소를 효율적으로 운반하는 심폐지구력을 향상시킨다.16

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또한 규칙적인 유산소 운동은 골격근 내의 미토콘드리아 수와 크기를 증가시켜 지질대사 작용과 운동 능력을 긍정적인 방향으로 향상시킨다.32

<그림1> 심장박동에 따른 운동의 구분

거의 대부분의 스포츠에서는 심폐기능이 우수한 선수들이 그렇지 않은 선수들에 비해 우월한 경기수행력을 가진 것으로 간주되며, 특히 지구력을 요구하는 경기종목에서 심폐기능은 매우 중요하게 여겨진다.5

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그리고 지구력을 요구하지 않는 경기종목에서도 유산소 운동은 큰 이점을 가져온다.

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바로 근섬유내 모세혈관의 밀도 및 수의 증가 즉, 혈관신생이다.

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혈관신생(angiogenesis)은 기존에 존재하던 혈관에서 새로운 혈관이 형성되는 것이다.

인체는 혈액순환을 통해 각 조직에서 다른 조직으로 산소와 영양분을 공급하고 대사 노폐물을 운반하여 인체의 항상성을 유지한다. 이와 관련해서 혈관이 더 많을수록, 혈관 총 표면적이 더 클수록 산소의 공급과 대사 노폐물의 제거가 더 강력하게 촉진되므로 골격근 조직은 물질대사의 작용을 촉진하기 위해 혈관신생이 증가하여야 하며, 그 결과 인체의 유산소성 심폐지구력도 향상된다.19

<그림2> 일하는 사람이 많을수록 더 큰 작용이 가능하다.

이러한 것들은 유산소 운동에 의한 근섬유내 조직, 화학적 변화의 특징 중 하나이며,

이러한 적응 반응은 활동하는 근세포에 충분한 산소와 에너지를 효율적으로 공급함으로써 운동 수행 능력을 향상시킨다.33

 

"혈관신생을 통해 새로운 일꾼들이 더 많이 생길수록 더 빠른 산소 공급, 노폐물 제거 등이 가능해지며 이를 통해 운동수행능력이 향상된다."

 

그렇다면 혈관신생은 어떤 작용을 통하여 일어나는 것일까?

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이와 같은 모세혈관의 생성 및 성장은 세포내 산소압 및 산소 포화도의 감소에 따른 국부적 저산소증과 혈류량의 증가에 따른 모세혈관내 shear stress 및 wall tension의 증가에 의해 유도될 뿐만 아니라 에너지 대사 과정의 변화에 의해서도 유발된다.18, 19

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그리고 이러한 변화들은 plasminogen, plasminogen activator(PA), plasminogen activator inhibitor(PAI)와 같은 단백 분해 효소의 활성을 증가시켜 세포내 기질의 변화를 유발함으로써 내피세포(endotheial cell)의 증식 및 이주를 자극하여 혈관의 생성 및 성장을 촉진하는 혈관 성장 인자(angiogenic growth factor)들의 발현을 유도하게 된다.12, 18, 25

<사진3> VEGF와 VEGF 수용체의 종류와 그 기능

이러한 변화에 의해 유도되는 혈관 성장 인자들에는 vascular endothelial growth factor(VEGF), Angiopoietin, transforming growth factor-β(TGF-β), insulin-like growth factor-Ⅱ(IGF-Ⅱ)등이 있는데 이러한 인자 중 VEGF는 내피세포에 매우 특이적으로 작용하는 강력한 유사분열물질로서 혈관의 endothelium에 존재하고 있는 VEFGR-1(flt-1) 및 VEGFR-2(flk-1)와 같은 receptor의 조절에 의해 혈관 침투성(vascular permeability)를 증가시켜 모세혈관의 성장을 유도할 뿐만 아니라 내피세포의 증식과 분화를 촉진함으로써 새로운 모세혈관의 생성에 매우 중요한 역할을 당담하고 있는 것으로 알려지고 있다.8, 10, 11, 20

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또한 혈관신생에는 MMPs가 연관되어있는데,

MMPs는 세포외기질을 용해하는 효소이며 세포외기질 리모델링을 통한 혈관신생에 중요한 역할을 한다.24

그리고 MMP는 VEGF와 FGF와 같은 혈관신생 촉진인자에 의해 분비가 유도된다.21

 

"즉, 혈관신생 촉진인자들(VEGF등)이 수용체와 결합하여 주변 혈관내피세포들이 활성화되고 혈관 투과성이 증가되며, VEFG등에 의해 분비가 유도된 MMPs가 기저막(basement membrane)과 세포외기질을 붕괴시킨다.
그리고 이렇게 이동하여 증식한 혈관내피세포들이 서로 일렬로 연결되어 새로운 혈관이 생성된다."

 

그리고 밑의 다양한 연구 결과들이 운동을 통한 VEGF와 MMPs의 증가에 대하여 이야기해주고 있으며,

이러한 연구결과들은 운동이 물질대사가 활발한 골격근으로 충분한 혈류량과 산소공급을 위해 골격근에서의 MMPs 작용에 의한 혈관신생을 촉진시킨다는 것을 시사하고 있다.

 

VEGF의 발현은 운동이나 트레이닝을 통한 골격근 내 저산소증 등에 의해 유도되어 모세혈관의 생성 및 성장을 촉진한다.9, 13,15, 27, 30, 34

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건강한 젊은 남성을 대상으로 한 4주 동안의 규칙적인 운동은 운동시작 전에 비해 다리 골격근에서의 VEGF 단백질의 양과 MMP-2와 MMP-9 mRNA가 증가되었으며, 허벅지 골격근 쪽으로의 혈류량과 산소 유입량이 증가되었다.17

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VEGF mRNA 및 protein이 운동에 의해 유도되어 내피세포의 증식과 분화를 촉짐함으로써 근섬유내 모세혈관의 생성 및 성장을 유도할 뿐만 아니라 혈관의 구조와 기능의 변화에 매우 중요한 역할을 담당하고 있는 것으로 보고한 바가 있다.1

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젊은 사람(19~30세, 평균 24±1세)과 나이든 사람(56~74세, 평균 64±2세) 모두에서 8주 동안의 유산소 운동은 유산소 운동을 실시하기 전에 비해 골격근에서의 VEGF mRNA 발현이 증가되었다.14

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그리고 이에 반대되는 혈관신생억제인자가 존재한다.

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VEGF-A가 골격근 혈관신생의 시작을 위해 중심적인 역할을 하는 반면, 혈관신생 억제인자인 TSP-1은 모세혈관 확장(capillary expansion)에 대한 생리적인 억제를 위해 필수적이다.26

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TSP-1은 MMP의 활성화와 혈관내피세포의 이동을 저해하고, 혈관내피세포의 세포 자연사(apoptosis)를 증가시키는 조절기작을 통해 혈관신생을 억제하는 것으로 알려져 있다.22, 23

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혈관신생에서 모세혈관의 불안정화를 위한 세포외기질 리모델링에 중요한 역할을 하는 MMP의 작용은 TSP-1과 TIMP와 같은 혈관신생 억제인자에 의해 억제된다고 보고되고 있다.7, 22, 23

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또한 TIMP는 MMP의 작용을 억제하여 세포외 기질의 파괴를 제한함으로써 세포외기질의 파괴와 재형성 간의 균형을 조절하는 혈관신생 억제인자로 알려져 있다.7

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하지만 이러한 혈관신생억제인자 또한 운동을 실시한 경우 감소되었다.

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운동을 실시한 건강한 젊은 남성에서의 골격근의 MMP-9 mRNA 발현은 운동 전에 비해 증가한 반면, TIMP-1 mRNA 발현은 감소되었다.29

 

​"즉, 운동을 통해 혈관신생인자들의 분비를 촉진시키고, 혈관신생억제인자들의 발현을 감소시켜 더 원활한 혈관신생을 유도할 수 있다."

 

<사진4> 유산소운동을 병행하는 것과 그렇지 않은것. 무엇이 더 좋을까?

 

위와 같은 연구 등을 통해 골격근 내 저산소증을 일으키는 유산소 트레이닝이 혈관 신생을 촉진시키고 혈관 기능을 향상시키며14, 28 , 혈관신생으로 인하여 운동수행능력이 향상된다33 는 것을 알 수 있다.

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이처럼 다양한 연구들을 통하여 유산소트레이닝의 이점에 대해서 알 수 있다.

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그리고 유산소트레이닝의 유무로 실험군과 비교군을 나눈 실험들로 유산소 트레이닝을 하는 것이 단순히 근력운동만을 진행하는 것에 비해 어떤 차이가 있었고 얼마나 효율적인지 다시한번 되짚어준다.

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1주에 3일(월, 수, 금) 80분간의 근력 훈련과 유산소 운동(HRmax의 70~80%)인 런닝과 줄넘기를 30분간 실시한 중학교 역도선수 중에 실험군 7명과 110분간의 근력 훈련만 실시한 비교군 7명을 대상으로 10주동안 실시 한 후 변화를 조사한 결과, 실험군은 각극력, 배근력, 완력이 유의하게 증가하였고, 비교군은 각근력만 유의하게 증가하였다. 팔꿈혀펴기와 윗몸일으키기로 확인한 근지구력의 변화에도 실험군은 유의하게 증가하였으며, 비교군은 차이가 없었다.3

유산소운동 후 유연성, 지구력, 민첩성, 순발력 등 기초능력 향상이 되었다는 것을 실험군에서 알 수 있었다.6

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그렇다고 무조건 유산소트레이닝을 많이 하라는 것은 아니다.

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중요한 것은 나의 목적에 따른 유산소 운동의 '비율 설정'이 될 것이다.

이것은 특히나 운동선수에게는 중요한 일이며, 스포츠에 따라 개인의 상황에 따라 달라질 것이다.

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혹시 유산소트레이닝을 하지 않거나, 방법을 모른다면 전문가의 지도 하에 실시하여 더 나은 퍼포먼스를 발휘하길 바랍니다.

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그리고 운동 전문가 또한 이러한 과정을 어느정도 알고 지도하는 것과 모르고 지도하는 것은, 지도과정에서의 아이디어나 방법의 질이 크게 달라질 것입니다.

 

 

참고문헌

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