운동생리학
운동생리학은 운동자극에 대한 반응 및 적응 과정의 생리적 기능을 다루는 분야로서 스포츠 과학의 근간을 이루고 있다.운동생리학은 인체가 정상적인 기능을 수행하는 능력을 가진 상태에서 운동자극에 대해서 반응하고 적응되는 과정을 분석하고 연구하는 학문이다.
인체는 가장 기본적인 단위인 세포를 바탕으로 조직, 기관 및 계통의 구성체계를 갖는다.세포들이 집단을 이루어 동일한 기능을 수행하는 것을 조직이라고 하며, 상피조직, 결합조직, 근육조직, 신경조직 등이 있다.신체 항상성이란 인체기능을 정상적으로 유지하기 위하여 자극에 대해서 적절하게 반응하고 적응하는 기능으로 이를 바탕으로 항상성이 유지되면서 인체의 생명유지가 가능하게 된다.
인체의 항상성은 세포 내외의 pH, 산소와 이산화탄소, 에너지원과 영양소, 수분과 전해질 농도, 온도 등의 요소에서 유지되어야 한다
▼운동과 에너지 대사
●인간이 활동을 하기 위해서는 계속적인 에너지의 공급이 필요하다. 자동차가 움직이려면 휘발유가 필요하듯이 인체가 운동을 하기 위해서는 반드시 ATP라는 에너지원이 필요하다. 인체가 필요로 하는 에너지원은 단시간이든 장시간이든 ATP이다.
●선수에게 종목의 특성에 따라 짧은 시간에 폭발적인 파워를 발휘할 수 있도록 하는 훈련이나 장시간에 걸쳐 지속적인 힘을 발휘할 수 있도록 하는 훈련을 시킬 때, 어떠한 에너지 동원체계를 주로 강화시켜야 하는지를 이해하는 것이 중요하다.
●인체에 필요한 에너지원은 무엇이며 어떻게 만들어지는지 그리고 단거리 선수와 장거리 선수의 훈련방법은 어떻게 다르게 수립되어야 하는가를 이해해야 한다.
●인체의 직접적인 에너지원은 ATP라는 화학물질이다.
●운동은 근육 속에 비축된 ATP가 분해되면서 생성되는 에너지에 의해 근육이 수축함으로써 이루어진다.
●근수축작용은 음식물 섭취에 의해 전환되는 화학적 에너지가 기계적 에너지로 전환된 것이다.
●ATP를 공급하는 방법에는 ATP-PC 시스템, 젖산 시스템, 산소 시스템이 있으며 이중 ATP를 가장 오랜 시간 동안 많이 만들어내는 방법은 산소 시스템이다.
●산소시스템은 유산소성 해당작용, 크렙스 사이클, 전자전달계의 3단계로 구분된다.
●에너지 시스템의 일반적인 특성은 화학적 연료, 산소이용여부, 반응속도, ATP 총생산량에 의해 비교된다.
●운동종목의 주에너지 시스템은 경기시간에 사용된 ATP총량과 파워발현시간의 ATP공급속도에 의해 결정된다.
▼근육기능과 운동
●근육기능은 신체활동을 포함한 운동시 가장 핵심적인 바탕을 이루는 것으로서, 신경계에 의한 자극의 전달, 골격계에 의한 구조적 지원, 호흡순환계에 의한 산소의 운반 등을 바탕으로 근수축을 수행하게 된다. 따라서 근육의 미세구조, 수축기전, 운동시나 트레이닝과정에서 나타나는 근육계의 변화 등을 이해해야 한다.
●근육은 근섬유로 불리는 세포로 구성되며, 근섬유는 다시 여러 개의 긴 실과 같은 근원섬유로 구성되어 있다. 근원섬유는 다시 수축성 단백질인 액틴(actin)과 미오신(myosin)이라는 단백질 필라멘트로 구성되어 있다.
●근수축은 신경섬유를 통해서 자극이 전달되면 칼슘이온의 결합에 의해 근세사섬유를 구성하는 액틴과 미오신이 결합하여 당기는 과정으로 이루어진다.
●근섬유는 속근과 지근섬유로 나누어지며 속근섬유는 수축속도가 빠르고 무산소 에너지 대사를 주로 하기 때문에 쉽게 피로해지는 특성을 가진 반면, 지근섬유는 수축속도가 느리고 유산소 에너지 대사를 주로 하기 때문에 피로에 강한 특성을 가지고 있다.
●근수축의 유형은 등장성, 등척성, 등속성 및 신전성 등으로 나누어진다.
●근육의 기능은 정적인 상태에서의 힘 발휘능력인 근력, 힘을 반복적으로 또는 지속적으로 발휘하는 능력인 근지구력, 빠른 스피드로 큰 힘을 발휘하는 능력인 순발력(근파워) 등으로 구분된다.
●근육은 유산소성 트레이닝에 의하여 유산소 능력과 관련된 근기능의 향상을 가져오며, 반면에 무산소성 트레이닝에 의하여 무산소성 능력과 관련된 근기능의 향상이 유발된다.
▼신경계와 운동
●신경계는 근육수축을 위한 자극을 내보냄으로써 운동의 시작을 조절하는 기능을 가진다. 또한 신경계는 인체내에서 매우 복잡한 구조를 가지며, 대뇌로부터 척수에 이르는 과정의 중추신경계와 이로부터 분지되어 각 부위의 움직임과 감각기능을 조절하는 말초신경계로 나누어진다.
신경계의 기본적인 구성단위는 뉴우런이며 뉴우런 사이의 연접에 의해서 서로 연결되어 있다. 연접부는 전기적 속성과 화학적 속성을 함께 가지면서 자극전달이 효율적으로 일어날 수 있도록 해준다.
●뉴우런은 크게 세포체, 수상돌기 및 축색의 세 부분으로 나누어진다.
●신경자극이 전달되면 탈분극 과정을 통해서 활동성 전위가 형성된다.
●연접은 신경세포간의 연결을 위한 접촉부로서 자극의 전달 및 정보의 통합이 이루어지는 부위이다.
●운동은 감각기능의 구심성계통과 운동기능의 원심성계통을 포함하는 말초신경계의 상호조절작용에 의해서 조절된다.
●자율신경계는 불수의적인 조절기능을 담당하며 심장 및 혈관 운동조절, 호르몬 분비, 내장운동 등을 조절한다. 중추신경계는 대뇌와 척수로 구성되며, 신체의 각부위로부터 대뇌로 전달되는 정보는 말초신경계의 구심성 혹은 감각계를 통해서 전달된다. 전달된 정보를 비교, 통합하여 체내 각 기관들의 기능을 조절한다.
▼운동과 호흡기능
●호흡은 운동시 가장 기본적으로 요구되는 산소공급과 이산화탄소 배출을 위한 과정으로 심폐기능 수행의 중요한 과정에 포함된다. 호흡은 폐포와 모세혈관사이의 외호흡, 조직과 모세혈관 사이의 내호흡으로 이루어진다. 호기와 흡기는 주로 횡경막, 늑간근 및 복부의 근육에 의해서 수행된다.
●폐기능과 관련된 호흡량은 1회 호흡량, 폐활량, 기도저항 등이 포함된다.
●조직, 혈액 및 폐포사이의 가스교환은 각 부분 가스간의 분압차에 의해서 수행되는데, 각 조직간의 가스분압이 크게되면 보다 신속하게 가스 이동이 일어난다.
●안정시는 물론 높은 강도의 운동중에도 동맥혈은 산소로 거의 충분하게 포화된다(98%).
●호흡의 빈도와 크기는 신경조절, 체온조절 및 화학적 요인들의 복합적인 기능에 의해서 조절된다.
●안정시에 혈액의 수소이온과 이산화탄소 농도는 호흡조절을 위해서 중요한 기전이 된다.
●호흡계는 이산화탄소의 제거에 의해서 혈액과 조직간의 pH 균형을 유지하게 된다. 이러한 조직이 pH의 좁은 범위 내에서 제기능을 발휘할 수 있기 때문에 수소이온 제거를 위한 체내 완충능력은 세포의 기능 및 수명을 결정하는 중요한 요인이다.
●젖산이 높은 강도의 무산소성 운동중에 완충되어진다 하더라도 변화된 혈액과 근육의 pH가 안정시 수준으로 회복되는 데는 30-120분의 시간이 요구된다. 이러한 과정은 회복기의 혈중 중탄산염 농도와 신체활동의 수준에 의해서 영향을 받게 된다.
●폐호흡과 산-염기 평형 조절간의 상호 관련성은 경기력을 결정하는 주요한 요인이 된다.
▼운동과 순환기능
●순환계는 물질의 흡수와 운반을 담당하는 체내 운송계통이라고 할 수 있다. 순환계는 운반작용에 의하여 영양소의 공급, 노폐물의 배출, 체온조절 및 산-염기 평형의 조절, 질병에 대한 저항력 촉진 등 생존에 필수적인 기능을 수행한다. 순환계는 펌프 역할을 하는 심장, 혈액의 통로가 되는 혈관, 물질을 실어 나르는 혈액의 세 가지 요소로 구성되어 있다.
●인체의 순환은 체순환과 폐순환으로 이루어지며 심장은 이 두 가지 순환의 중심으로 순환의 중추적 역할을 담당하고 있다.
●심장은 좌심장과 우심장으로 구성되어 있으며 이들 각각은 심방과 심실로 구성되어 있다. 심장은 수축활동을 통하여 혈액을 순환시키는 펌프역할을 한다.
●혈액순환량은 심박출량에 의하여 결정되며 심박출량은 심박수와 1회 박출량에 의하여 결정된다. 운동이 증가하면 이에 비례하여 심박출량이 증가하며 이는 심박수와 1회 박출량의 증가에 의하여 이루어진다.
●혈관계는 동맥계, 모세혈관, 정맥계로 이루어져 있다. 동맥계는 혈관의 내경을 조절함으로써 혈압과 혈류의 조절에 기여하며 모세혈관은 혈액과 조직 사이의 물질교환을 가능하게 하고 정맥계는 특유의 밸브에 의해 혈액을 심장으로 환류시키는 역할과 혈액을 저장하는 저장고의 역할을 수행한다.
●혈액은 산소와 각종 물질을 운반하는 운반체 역할을 수행하며, 특히 헤모글로빈을 포함하고 있는 적혈구는 산소운반에 중요한 역할을 한다. 적혈구 수의 부족이나 헤모글로빈 함량의 부족 등 산소운반능력이 비정상적으로 저하된 상태를 빈혈이라 한다.
●장기간의 지구력 트레이닝은 심실의 용적을 증가시킴으로써 1회 박출량을 증가시킬 뿐만 아니라 적혈구와 근 모세혈관의 밀도를 증가시키는 등 산소운반능력을 향상시킨다. 이는 결과적으로 최대산소섭취량과 유산소 운동능력을 향상시킨다.
▼유산소 능력의 검사
●유산소 능력은 유산소 대사에 의한 에너지 공급능력을 말한다. 유산소 대사에 의한 에너지 공급 속도는 산소와 연료를 이용하여 에너지를 생산하는 근육조직의 생화학적 능력과 근육조직까지 산소를 운반하는 호흡계와 순환계의 능력에 달려 있다. 일반적으로 이 두 가지 능력은 최대산소섭취량이나 무산소성 역치에 의하여 평가될 수 있다.
●유산소능력 또는 에너지 소비량은 산소섭취량에 의한 방법과 수행한 일량에 의하여 측정하는 방법이 병행된다. 따라서 이들 상호간의 관계가 환산법에 대한 이해가 필요하다.
●운동중에 측정한 산소섭취량과 호흡교환율을 근거로 하여 에너지 소비량을 계산하는 방법을 이해한다.
●최대산소섭취량은 지구성능력을 진단하는 유용한 지표로 이용될 수 있으며, 이는 점증운동부하에 의한 최대 운동시에 호흡가스분석 장치에 의해 측정될 수 있다.
●점증운동부하 방법은 운동종목에 따라 유사성이 높은 기구를 사용하는 것을 원칙으로 하며, 여기에는 자전거 에르고미터, 트레드밀 등의 기구가 이용된다.
●최대산소섭취량의 직접 측정이 어려운 경우에는 여러 가지 간접방법이 있지만 추정오차를 감안해야 한다.
●무산소성 역치는 지치지 않고 장시간 계속할 수 있는 최대운동강도로서 장시간 지속되는 운동의 경기력을 예측하는 데에 최대산소섭취량보다 더욱 유용한 것으로 알려져 있다.
▼운동과 피로
●피로는 과도한 신체적 활동을 무리한 작업으로 말미암아 운동능력이 저하된 상태로 정의된다. 피로는 근육기능을 보다 상위에서 조절하는 기능이 저하되는 중추성 피로와 근육부위를 중심으로 직접적인 기능수행에 영향을 미치는 말초성 피로로 구분될 수 있다.
●피로의 원인은 에너지원의 소모, 젖산을 비롯한 부산물의 축적, 신경기능의 장애 등이 있다.
●20-30초 이내의 짧은 시간동안 수행되는 격렬한 운동시 피로의 원인은 ATP와 PC의 고갈이라고 할 수 있으며, 수분간 격렬한 운동수행시 피로의 원인은 주로 젖산축적과 관련이 있다.
●장시간 운동시 피로의 원인을 글리코겐 고갈과 신경기능의 장애가 주된 요인이 되며 심리적 피로가 이러한 생리적 피로현상보다 선행되는 경우도 있다.
●피로의 지연효과와 함께 운동능력의 효율적인 발휘를 위해서 준비운동이 요구되며, 피로의 빠른 회복을 위해서 정리운동의 중요성이 강조된다.
●피로의 회복과정에서는 에너지원의 보충, 부산물의 제거, 수분과 전해질의 보충 등이 요구되며 아울러 신속한 회복을 위해서 목욕, 수면, 사우나, 마사지 등의 방법이 이용된다.
▼운동과 내분비 기능
●호르몬은 화학적으로 특별한 전달기능을 갖고 있다. 호르몬은 또한 어떠한 운동자극에 반응하여 내분비선 세포에 의해 분비된 후 혈액을 통해 세포활동이 인체내의 관련표적 기관으로 운반됨으로써 이들 각 표적기관은 주어진 운동자극에 대하여 적절한 반응을 하게 된다.
이러한 호르몬은 인체에서 신경계 다음으로 중요한 의사전달 기능을 지니고 있기 때문에 인체의 많은 기능을 조절하고 통합하는 임무를 맡고 있으며 신경계와 함께 외부자극에 대하여 신속하게 반응하기 때문에 운동상황에서 중요한 역할을 담당한다.
●인체의 호르몬 종류는 화학적 구조에 따라 단백질 펩타이드호르몬, 스테로이드 호르몬, 아미노산 유도체 호르몬으로 분류하고, 호르몬이 분비되는 기관에 따라 시상하부 호르몬, 뇌하수체 호르몬, 부신 호르몬, 췌장 호르몬 등으로 구분하기도 한다.
●뇌하수체 전엽에서 분비되는 엔돌핀은 통증완화, 기분 전환, 우울증 개선에 작용하고, 부신수질에서 분비되는 카테콜아민은 심박수 및 혈압조절에 작용하며, 췌장에서 분비되는 인슐린은 글루코스 이용률 및 지방합성에 관여한다.
●갑상선에서 분비되는 칼시토닌은 부갑상선 호르몬과 함께 혈중 칼슘과 인의 수준을 조절하고, 췌장에서 분비되는 인슐린은 여러 조직세포의 세포막을 통해 포도당이 세포내로 유입되도록 하여 혈당수준을 낮춘다.
●운동시 호르몬 분비반응은 상당부분 증가하는 경향을 보이나 일부는 증가하지 않거나 아직 불명확하다는 연구결과가 지배적이다.
▼운동과 신체구성
●신체의 구성은 지방성분과 지방이외의 성분을 구분할 수 있다. 이때 신체의 지방성분의 무게를 체지방 중량이라 하고 지방성분 이외의 무게를 제지방 중량이라 부른다. 이러한 지방은 인체의 생리적 기능과 조절에 꼭 필요한 필수지방과 불필요한 저장지방으로 구분된다. 인체의 체지방량은 이러한 필수지방과 저장지방을 합함 값으로 인체의 모든 지방무게를 말하며, 체지방율(% body fat)은 인체의 총체중에 대한 체지방량의 백분율을 나타내는 것이다.
●인체의 체지방량 측정방법에는 수중체중측정법, 피하지방두께 측정법, 생체전기저항 측정법(BIA) 등이 있다.
●피하지방두께 측정법(skinfold measurement)에는 추정식에 의한 방법과 노모그램을 이용하는 방법이 있다.
●단기간의 과다한 체중감량은 근력저하, 운동지속시간 및 혈액량의 감소, 심폐기능의 저하, 산소섭취량의 감소, 간 글리코겐의 감소, 그리고 전해질의 감소 등을 초래한다.
●선수가 체중을 감량할 때 1주일에 0.5에서 1.0kg 정도를 점진적으로 감량하는 것이 바람직하며, 1주일에 0.5kg의 체중을 줄이기 위해서는 하루에 500kcal 적게 섭취해야 한다.
●체급경기 선수는 시합일 24-48시간 전에 음식물을 제한하는 방법으로 자기체중의 2-3% 이상 감량해서는 안되고, 사우나에 의한 방법으로는 5%이상 감량해서는 안된다.
●운동선수의 체지방량은 일반적으로 일반인보다 낮지만 선수의 종목과 포지션에 따라 상당한 차이가 있으며, 따라서 선수가 필요이상으로 체지방이 높으면 경기력은 상대적으로 떨어지게 된다.
▼운동과 환경
●인간은 더운 날씨나 추운 날씨, 고지대나 물 속 깊은 곳까지 다양한 환경에서 활동하게 된다. 이러한 환경에서 운동할 때 인체는 생리적으로 추가적인 부담을 지게 되고 이에 따른 반응도 평상시와는 다르게 나타날 수 있다. 이러한 환경적인 자극에 대한 생리적 반응을 이해하고 대처하는 것은 운동수행능력의 향상은 물론 안전을 위해서도 중요하다.
●인간은 심부온도를 비교적 일정한 범위내에서 유지해야 한다. 이를 위해 외부기온이 높거나 낮으면 체열을 발산시키거나 보존시키려는 체온조절기전이 작동한다.
●더운 환경에 반복적으로 노출되면 체온조절기능의 적응이 이루어져 운동능력이 향상될 수 있다. 따라서 더운 환경에서 운동할 때는 체계적인 열순응과정을 거쳐야 한다.
●인체는 더위보다 추위에 대한 생리학적 적응능력이 약하기 때문에 추운 환경에서 운동할 때는 의복에 의한 체온보존이 중요하다.
●고도가 높아질수록 기압이 낮아지기 때문에 산소분압도 낮아진다. 따라서 인체의 산소섭취능력이 저하됨으로써 유산소능력이 감소된다.
●고지훈련은 유산소능력을 향상시켜 지구성 운동능력의 향상에 효과적인 것으로 생각되지만 이를 지지하는 연구결과는 많지 않다.
●스쿠버 다이빙과 같은 수중운동시에는 잠수에 따른 압력의 증가와 수면으로 되돌아올 때의 압력감소에 의하여 위험이 따르므로 이해와 주의가 필요하다.
1. 운동의 필요성
●신체적 건강: 심장, 혈관, 폐, 근육기능을 원활하게 유지.
●신체적 건강의 기본요소: 근력, 순발력, 근지구력, 심폐지구력, 유연성, 평형성, 민첩성.
●신체적 적성: 인간의 활동이나 생존에 기초가 되는 신체적 능력.
●신체적성은 흔히 체력으로 이해되는데 체력의 요소는 활동능력과 방위능력으로 구분된다.
(1) 활동력
* 신체활동을 일으키는 능력
●근력:
운동능력과 저항력의 근본.
●훈련을 통하여 근 섬유조직의 확대는 되지만 근섬유수는 증가하지않는다.근섬유의 수는 유전적이라고 할 수 있다.
●여성에게는 Testosterone의 양이 극히 적기 때문에 근비대가 쉽지않다.근력은 근육의 횡단면적에 비례. 배근력이나 악력을 측정
●순발력(Power):
에너지의 방출능력. 단위시간내에 수행하는 운동의 양에 의하여 결정.power = 일 / 시간 = 힘(근력) × 거리 / 시간
●제자리높이뛰기에 의하여 측정
각근 파워는 남성 12-15세, 여성 11-14세 사이에 급격히 증가. 남녀의 차이는 13세 이후 점차 커지고 15-17세 에서는 여성은 남성의 65% 정도가 된다.
* 신체활동을 지속하는 능력
근지구력:
근육 또는 근육집단이 피로를 느끼지 않는 반복수축능력 (예: 턱걸이, 팔 굽혀 펴기)
심폐 지구력:
신체적으로 건강을 나타내는 가장 기본적인 요소.Harvard step test에 의하여 측정 (심박수 지표).
* 신체활동을 조절하는 능력
유연성:
관절의 가동범위 능력. 인대나 관절이 다치는 것을 유연성이 극복해준다. 상체 앞으로 굽히기, 뒤로 젖히기에 의하여 측정.
평행성: 민첩성(agility):
(2) 방위력
* 물리화학적 스트레스에 대한 저항력
온도, 매연, 저산소, 고산소, 저압, 고압, 진동, 화학물질 등에 대한 저항력.
* 생물학적 스트레스에 대한 저항력
세균, 바이러스 등에 대한 저항력.
* 생리적 스트레스에 대한 저항력
운동, 공복, 갈증, 불면, 피로, 시차 등에 대한 저항력.
신체적 건강을 얻으려면 하루에 30분이상 개인 최대심박수의 75%로 1주 4회 운동을 해야함.자극적인 운동의 즐거움을 인식하는 데는 적어도 3-4 개월이 걸린다. Endorphin.규칙적인 운동습관의 중요성.
2. 운동에 따른 우리 신체의 반응
a) 신체의 기본단위 cell → tissue → organ → system
cell(세포): 신체에서 가장 기본적이고 기능적인 단위.
tissue(조직): 비슷한 기능을 수행하는 세포들의 집단.
organ(기관): 다른 종류의 조직들이 결합된 형태.
system(기관계): 기관들이 모여 집단을 이룬 것.
b) 근육:
골격근의 끝은 각각 tendon에 연결. 신경자극에 의해 수축, 이완. 근육의 힘: 에너지를 사용할 수 있는 능력.
ATP:
인체의 즉각적인 에너지원으로 성장, 근수축, 사고, 신경전도, 분비 등의 에너지원이다.근육이 신경계통으로 부터 전기적 자극을 받으면 ATP가 분해되면서 에너지를 방출한다.
Adenosine∼P∼P∼P → Adenosine∼P∼P ＋ P ＋ energy↑
ATP ← Adenosine∼P∼P ＋ P ＋ 영양소로부터의 에너지
ATP-PC SYSTEM: 투포환, 투원반, 역도. 즉각적이고 강한 에너지.
ATP ＋ H2O → ADP ＋ Pi ＋ energy. CrP ＋ ADP → ATP ＋ Creatine ATP ＋ Creatine → CrP ＋ ADP
ANAEROBIC ENERGY SYSTEM:
400 M run, 빠른 에너지 공급. 근세포내로 산소가 불충분하게 공급되면서 근육활동에 필요한 에너지가 생성되는 것.
GLUCOSE → 2 ATP ＋ 2 LACTATE (GLYCOLYSIS)
AEROBIC ENERGY SYSTEM: 2분 이상, 1500 M 이상 run, 늦지만 지속적인 에너지 공급.세포 내에 충분한 양의 산소가 존재해 있는 상태에서 영양소가 분해되면서 에너지가 생성됨.
GLUCOSE(C6H12O6) ＋ O2 → 36 ATP(골격근의 경우) ＋ CO2 ＋ H2O
PALMITATE (C16의 지방산) ＋ O2 → 130 ATP ＋ CO2 ＋ H2O
에너지 system 연 료 산소이용 반응속도 ATP출력 파워 ATP총량(moles)
ATP-PC system PC X 상 3.6 0.7
젖산 system C H O X 중 1.6 1.2
산소 system CHO,fat,protein O 하 1.0 no limit
1 mole의 ATP: 7-12㎉
에너지 대사양식의 지표 - ATP-PC system: 비젖산성 산소부채
젖산 system: 혈중 젖산 농도 산소 system: 산소 소비량 에너지 소비량: 산소 소비량 (1 liter당 5㎉)
호흡 교환율(RER) = VCO2/VO2 (호흡기 수준). 호흡상(RQ) = VCO2/VO2 (세포막 수준).
Slow twitch fiber(지근 섬유): 유산소성 에너지 생산능력이 높다, 장시간의 지구성 운동.
Fast twitch fiber(속근 섬유): 무산소성 에너지 생산능력이 높다, 단시간의 강한 수축에 적응.
인간의 경우 훈련에 따라서 근섬유의 종류에 변화가 많이 오지는 않는다.
c) 혈액
에너지 작용을 위해 영양분과 산소를 조직으로 운반.조직으로 부터 CO2와 노폐물을 심장으로 운반.
d) 심장
심장 →(폐동맥)→ 폐 →(폐정맥)→ 심장 → 동맥 →→ 모세혈관 → 조직 →모세혈관 →→ 정맥 → 심장
e) 폐:
혈액과 외부환경사이에 공기(O2, CO2)를 규칙적으로 교환시켜준다. alveoli & capillary
f) 호흡 순환계
심박수(HEART RATE):
운동강도 측정의 도구로 사용된다.지구성 체력훈련을 지속적으로 하면 휴식시의 심박수가 떨어지고, 주어진 운동부하에 따르는 심박수도 떨어진다
Q = HR × SV Q: cardiac output (심박출량) 5 liter/min HR: heart rate (분당 심박수) 72 beats/min
SV: stroke volume (1회 박출량) 70 ml/beat 산소 소비량 (VO2) VO2 = Q × (a - v)O2 difference
(a - v)O2 difference: 동맥과 정맥의 산소교차 VO2 = VE (FIO2 - FEO2)
VE: Ventilation/time FIO2: Fraction of Oxygen in Inspired gas
FEO2: Fraction of Oxygen in Expired gas
혈압:
혈액을 운반하기 위하여 심장이 혈액을 뿜어 올리는 활동과 혈관의 저항에 의하여 동맥속에 유지되고 있는 압력의 양. 휴식시 수축기 혈압(120 mmHg), 휴식시 이완기 혈압(80 mmHg)
Anaerobic threshold (무산소성 역치):
점증부하운동 중 대사적 산성증이 유발되기 시작하는 직전의 운동강도 또는 산소 소비량.유산소성 운동처방의 과부하 수준 파악, 장거리 운동중 산소소비량(강도) 결정,유산소성 체력 및 경기력 파악에 쓰인다. 최대산소섭취량보다 향상 가능성이 높음.
g) 최대 산소 섭취 능력
분당 소모할 수 있는 최대산소의 양, 체력의 기능적 측정치로 사용(최대호흡순환기능)잠재성과 유전적 요인에 의하여 결정.
미국 대학생정도 나이의 남자 (44-47 ㎖/㎏.min), 여자 (35-38 ㎖/㎏.min)의 VO2max.
신체의 크기와 근육량의 영향.
성별과 연령의 영향 (성차: 5%)
남성: 매년 0.28 ㎖/㎏.min 감소 여성: 매년 1.04 ㎖/㎏.min 감소
산소 섭취 능력 측정:
Relative VO2max (㎖/㎏.min), Absolute VO2max (ℓ/min).
휴식시 산소 소비량
MET: Metabolic Equivalent.
대사 당량, 운동강도의 지표.
1 MET: 3.5 ㎖/㎏.min
h) 생리학적인 기능에 있어서의 남녀 차이
여성은 남성보다 근육의 양이 적고 (남자 40%, 여자 23%), 뼈대가 가볍고, 지방질이 많다.남성 호르몬Testosterone이 남성의 근육발달에 관여한다.
헤모글로빈: 혈액속에서 산소 운반. 남성(15-16 ㎎/㎗), 여성(13-14 ㎎/㎗)
3. 운동의 효과
a) 운동과 관상동맥 심장병
심장근육은 관상동맥을 통하여 혈액을 공급받는다.Coronary artery disease의 징후는 콜레스테롤의 생성과 동맥벽의 내부에 지방질이 쌓여서 동맥이 손상될 때 나타난다. 지속적인 운동은 관상동맥 심장병의 발병을 줄인다.
b) 흡연과 운동
일산화 탄소는 헤모글로빈과 결합, 산소의 원활한 운반을 방해한다.담배연기 속의 발암물질이 폐암의 가능성을 현저하게 높인다.
c) 운동 프로그램과 심장병
걷기, 달리기, 자전거타기, 수영과 같은 규칙적인 지구력 운동은 심장의 순환기능 향상. 육체적 활동은 혈압과 혈중지방 수준, 비만수준을 낮춘다. Fox: 습관적인 육체활동의 증가는 심장병 발병의 가능성을 낮춘다.
d) 운동과 심폐기능
심장기능:
8-10 주 동안 4 days/week의 지구성 운동은 휴식시 심박수를 낮추므로 하루 24시간에 걸친 심박수 감소효과는 크다.
운동과 산소 섭취 능력:
운동 중에 산소를 소모하는 능력은 근육세포에 공급되는 더 많은 혈액의 양으로 결정되는 심박출량의 증가에 의해 향상된다.(심폐 지구력의 향상). 상대적 최대산소섭취량은 나이가 들수록 감소하므로 운동을 통하여 감소를 억제.
운동과 혈압의 변화:
혈압이 정상인 경우에 지구성 운동을 통하여 혈압은 낮아지지 않지만 고혈압의 경우에는 지구성 운동을 통하여 큰 효과를 볼 수 있다.고혈압인 경우에는 Weight-bearing exercise는 삼가해야 하며 변화있는 음식 섭취, 약물요법, 적당한 유산소성 운동이 조화를 이루어야 한다.
운동과 혈액:
Cholesterol Lipoprotein (지단백질)
VLDL: 간에서 지방세포까지 TG를 운반. Very Low Density Lipoprotein.
LDL: 간으로부터 세포막이나 일정한 호르몬을 만드는데 필요한 조직까지 cholesterol을 운반.
HDL: 세포 조직에서 불필요한 cholesterol을 간으로 보낸다.
Lipid (지질) Triglycerides(중성 지방): Glycerol ＋ 3 Fatty acid → Triglyceride
e) 운동과 체중조절
체중을 줄인다는 것보다는 체지방을 줄여야 한다.지방을 에너지 원으로 쓰려면 20분 이상의 너무 높지 않은 강도의 지속적인 운동을 할것.섭취 열량만을 줄인 diet를 하면 지방과 함께 근육도 저하되지만, 운동과 식이요법을 겸비하면 지방성분은 줄어들지만 근육은 오히려 증가한다.
◆운동 생화학
에너지 생산을 위한 음식섭취
힘을 발생하기 위해서는 actin과 myosin의 filament가 상호 결합해서 수축되기 위해서는 ATP가 필요하다.
신체에서 ATP가 생산되지 않으면 자신의 근육을 움직이거나 수축할 수 없게 된다. 근세포에는 단지 소량의 에너지가 저장되어 있다. 그러므로 계속해서 수축을 반복하거나 일을 하기 위해서는 에너지가 지속적으로 재공급이 되든지 또는 다른 에너지원이 사용되어야 할 것이다.
▼대사 작용(metabolism)
●근육활동을 위한 에너지의 생산은 지방과 탄수화물에 거의 의존한다.
●웨이트 트레이닝은 무산소성 운동이므로 운동 중에 근세포 내로 산소가 충분하게 공급되지 못하면서 근육활동에 요구되는 ATP가 생성된다. 무산소성 에너지원은 근세포 속에 저장된 ATP, CrP, 탄수화물밖에 없으므로 높은 강도의 운동을 시작하기 전에 지방과 단백질을 섭취하는 것은 효율적이지 못하다.
▼운동강도의 영향
●에너지는 동시에 유산소, 무산소적으로 생산될 수 있는데 노력의 정도가 크면 클수록(운동의 강도가 증가할수록) 무산소적인 에너지 생산의 비율이 커지고, 노력의 정도가 적을수록 유산소적인 에너지 생산의 비율이 커진다.
●운동의 강도가 낮은 경우에는 ATP를 재생산하는데 필요한 에너지를 근육세포 내에서 산소나 영양소의 결합으로 공급할 수 있도록 산소를 인체 내로 받아들여 운동하는 근육으로 운반하는데 충분한 시간적 여유가 있다. 하지만 신체활동의 강도가 증가되기 시작하면 이러한 과정을 적절히 수행할 수 있을 정도의 필요 산소량을 세포로 운반 시키기가 훨씬 어려워진다.
그 결과로 ATP를 재생산하는데 사용되는 에너지는 유산소적, 무산소적으로 동시에 생산된다. 만일 운동의 강도가 더 높아지면 무산소성 대사작용에 의한 에너지 생산이 더 많은 비율을 차지하게 될 것이다.
●근육의 무산소성 에너지 생산능력은 제한되어 있지만(40-60초의 전력을 다한 운동), 유산소성 대사작용에서는 에너지가 공급되는 한 무한정 계속될 수 있다.
▼무산소성 에너지 대사와 젖산의 형성
●탄수화물의 무산소성 대사(Anaerobic glycolysis)에서는 pyruvate가 젖산으로 전환되므로 운동의 성격이 100% 유산소성이 아닌 이상 젖산은 근세포 내에서 항상 만들어지고 있는 것이다. 또한 젖산은 근세포 내에서나 혈액을 통하여 간으로 가서 포도당 신생과정을 통하여 에너지원으로 변환되므로 젖산은 언제나 만들어지고 또 없어지고 있는 것이다.
하지만 운동의 강도가 높아지면 무산소성 해당작용이 활발해지면서 근세포내의 젖산 생성속도가 젖산 제거속도를 능가하게 되므로 강한 운동 중에는 근세포 속에 젖산이 축적되는 것이다.
음식섭취와 에너지의 대사
▼탄수화물의 에너지 대사
●포도당은 세포 내에서 무산소성 해당작용을 거치면 2개의 ATP 분자를 생성하며 추가로 계속해서 분해되어 에너지를 생산하는 것은 산소가 충분한지 아닌지에 의해 좌우된다. 만일 세포 속에 산소의 양이 충분하면 pyruvate로 분해된 포도당(glucose)은 미토콘드리아 속으로 들어가서 추가적으로 분해되면서 골격근의 경우에는 포도당 1 분자로부터 총 36 분자의 ATP를 생산하게 된다. 이러한 과정이 바로 유산소성 해당작용이다.
●만일 운동의 강도가 너무 높아서 세포 내에 있는 산소의 양이 에너지 생산에 불충분하다면 포도당의 분해물질(pyruvate)이 미토콘드리아 속으로 들어갈 수 없게되어 젖산으로 변환된다. 그러므로 무산소성 해당작용의 최종 생산물질은 젖산이다.
▼지방과 단백질의 에너지 대사
●지방과 단백질이 ATP의 재생산에 기여할 수 있는 유일한 장소는 미토콘드리아 속이므로 세포 내에 충분한 산소가 없이는 어떠한 영양소도 미토콘드리아 속으로 들어갈 수 없으므로 지방과 단백질은 유산소성 에너지 생산에만 관련되어 있다.
●탄수화물의 대사를 비교해보면 유산소성 해당작용이 무산소성 해당작용보다 18배 효과적 또는 생산적이다
(18배의 ATP를 만든다).
▼웨이트 트레이닝의 경우
●웨이트 트레이닝은 주로 무산소성 훈련이므로 운동 중에 사용될 에너지의 보충을 위해서는 탄수화물을 운동 전에 섭취해야 할 것이다.
▼경기 전의 음식 섭취
●경기 전의 식사는 양이 적고 소화가 잘 되어야 하며 최소한 경기 3시간 이전에 높은 운동강도에서 유일하게 사용되는 탄수화물이 많이 포함된 음식을 섭취해야 한다. 탄수화물은 지방이나 단백질에 비하여 stomach emptying이 빨리 된다. 만일 섭취한 영양소가 경기시작 이전에 혈액 속으로 운반되지 않으면 에너지 생산에는 아무런 도움을 주지 않을 것이다.
▼근육발달을 위한 음식 섭취
★탄수화물, 지방, 단백질의 구성요소
●이 3가지 영양소는 같은 원자로 구성되어 있다: 탄소, 수소, 산소.
●탄수화물, 지방, 단백질을 구별하는 것은 단지 이러한 원자들의 숫자와 배열에 좌우된다,
●지방에는 탄수화물보다 탄소와 수소가 더 많지만 산소원자의 수는 적다. 단백질은 질소와 또한 어떤 경우에는sulfur 원자를 포함하고 있어 탄수화물이나 지방과는 다르다. 그러므로 필요에 따라 인체는 이러한 영양소를 재구성해서 단백질을 만든다. 하지만 신체의 우선 순위는 에너지의 사용, 새로운 근육조직의 합성에 사용하고 그 후에 남는 열량을 지방의 형태로 체내에 저장시키는 것이다.
★아미노산-단백질의 구성단위
●모든 단백질의 구성단위는 amino acid이며 22종류의 아미노산이 있는데 그 중에 14종류는 음식에서 섭취한 탄수화물과 지방으로 인체 내에서 합성될 수 있으며 8종류의 아미노산은 음식에 포함된 단백질로 섭취되어야만 하고 이것들은 필수아미노산이라 부른다.
★단백질 섭취
●운동선수들은 힘든 신체활동을 하므로 단백질의 섭취가 하루에 체중 1 ㎏당 1.6-2.5 g정도 되는 것이 바람직하다고 하는데 이 양은 그리 많은 양이 아니다.
★탄수화물과 지방의 단백질 보존 효과
●신체의 에너지 요구를 충족시킬 수 있도록 탄수화물과 지방으로 충분한 열량을 섭취하면 에너지를 보충하기 위해 근육이 분해되는 것을 방지할 수 있어 근육 조직 속의 단백질을 보존할 수 있게 된다. 그 결과 자신의 훈련 방식을 통하여 근력을 향상시킬 수 있는 것이다.
★급속한 체중감소-단백질의 손실
●섭취열량만을 줄이는 과정을 통하여 1주일에 1㎏ 이상의 급속한 체중감소가 일어나면 그러한 감소의 상당량은 체내 수분이고 근육조직에서도 감소될 가능성이 많으며 지방은 그리 많이 감소하지 않는다.
운동을 겸비하지 않고 섭취열량만을 줄이는 방법을 통하여 체중을 감소시킨다면 그 사람의 생활양식이나 가치관에 큰 변화가 없는 한 곧 다시 체중이 늘어날 것이고 그 때는 주로 지방성분으로 체중이 증가할 것이므로 그런 과정이 계속 반복된다면(yoyo 현상), 그 사람의 체중은 비슷하더라도 체내에서는 계속해서 근육이 감소하고 지방의 양이 증가하므로 점점 건강을 해치는 쪽으로 가게되는 것이다.
★비타민과 무기질의 복용
●비타민과 무기질은 그 자체로는 에너지를 공급하지 못하지만 3대 영양소가 생성하는 에너지가 사용되는 과정에 관련되어 있다. 과도한 비타민의 섭취는 불필요하지만 꼭 원한다면 종합 비타민의 형태로 섭취하는 것이 안전하겠다.
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