운동과 근육의 역학 관계

근육은 힘줄에 의해 뼈에 단단하게 부착되어 있으며, 수축과 이완을 통해서 신체 활동이 가능하게 한다. 근육은 민무늬근과 가로무늬근으로 구분되며, 민무늬근에는 내장근이 있고, 가로무늬근에는 골격근과 심장근이 있다. 또한, 자신의 의지에 따라 수축할 수 있는 수의근과 자신의 의지와 상관없이 수축하는 불수의근으로 구분되며, 수의근에는 골격근이 있고 불수의근에는 심장근, 내장근이 있다.

근육의 종류

근육 조직의 형태는 골격근(가로무늬근), 내장근(민무늬근), 심장근의 3가지로 구분되는데, 내장근은 심장근을 제외한 인체의 모든 내장 기관이나 혈관의 벽을 구성하는 근육이며, 심장근은 심장벽을 구성하는 근육이다.

• 골격근(가로무늬근) - 살 또는 근육이라고 부르는 것으로, 대부분 골격(뼈대)에 부착되어 있기 때문에 골격근이라고 한다. 몸을 지탱하거나 자세를 바로 잡아주고 운동을 할 수 있게 하는 근육이며, 가로무늬근 구조이다. 약 300종류, 650개의 골격근이 있는데, 표면은 근막으로 싸여있고, 양 끝은 힘줄에 의해 뼈에 붙어 있다. 자신의 의지에 의해 움직일 수 있는 근육으로, 자신의 의지가 뇌의 신경을 통하여 근육에 전달되면 근육은 수축하게 된다.
• 내장근(민무늬근) - 식도, 위, 작은창자, 큰창자와 같은 소화기의 벽, 기관지나 허파와 같은 호흡기의 벽, 동맥이나 정맥과 같은 혈관의 벽 등 관으로 된 기관의 벽에서 볼 수 있기 때문에 내장근이라고 하며, 민무늬근 구조이다.
• 심장근 - 심장의 벽을 이루고 있는 근육으로, 민무늬근보다 빠른 움직임과 강력한 힘을 필요로 하며, 평생 동안 한 번도 쉬지 않고 움직이기 때문에 근섬유의 형태는 골격근과 같이 가로무늬근 구조이다.

 

골격근의 구조

골격근은 인체에서 체중의 약 40~50%를 차지하며, 근육의 기본 단위인 근섬유와 이를 결합하는 결합 조직으로 구성되어 있다. 하나의 근섬유는 여러 개의 근원섬유를 갖고 있으며, 근원섬유는 다시 여러 개의 미세한 근 필라멘트로 이루어지며, 근 필라멘트는 골격근의 가장 작은 구성단위인 액틴, 미오신의 두 가지 수축성 단백질로 구성된다.

 

골격근의 기능

근수축

근육의 근원섬유들을 이루는 미오신 단백질의 결합체인 굵은 필라멘트와 액틴 단백질로 구성된 가는 필라멘트 간 교차 결합으로 근수축이 일어난다. 이때 미오신이나 액틴 섬유 자체가 수축하는 것이 아니라 액틴과 미오신 분자들 간 미끄러짐에 의해 활주가 일어난다.

근섬유의 종류 및 특성

골격근은 수축 속도에 따라 속근 섬유와 지근 섬유로 나누어진다. 속근 섬유는 근섬유의 수축 속도가 매우 빠르며, 무산소적 대사 능력이 크기 때문에 짧은 시간에 전력 질주하는 것과 같은 순발력이 필요한 운동에 유리하다. 지근 섬유는 세포 내에 많은 미토콘드리아를 가지고 있으며, 수축 속도는 속근 섬유보다 느리다. 그러나 지속적으로 생산되는 유산소적 에너지에 의존함으로써 지구적인 운동에 유리하다. 미오글로빈은 산소와 결합하였을 때 붉은색을 띠기 때문에 미오글로빈 함량이 높은 지근 섬유를 적근 섬유라고 하며, 속근 섬유는 미오글로빈 함량이 낮아 지근 섬유에 비해서 상대적으로 흰색을 띠기 때문에 백근 섬유라고 한다.

근수축의 유형

근육이 수축할 때 근육 길이의 변화나 부하에 따른 근육의 장력 변화에 따라 근육의 수축 유형을 분류할 수 있다. 근수축은 근의 길이가 변하지 않으면서 힘을 발휘하는 정적 수축과 근의 길이가 변하면서 힘을 발휘하는 동적 수축으로 크게 구분한다. 정적 수축에는 등척성 수축이 해당되고, 동적 수축에는 등장성 수축과 등속성 수축이 포함된다. 그리고 등장성 수축은 단축성 수축과 신장성 수축으로 나울 수 있다.

1. 등척성 수축 - 장력은 증가하더라도 근육의 길이가 변하지 않는다. 예를 들어 고정된 벽에 양 팔꿈치가 굽혀지지 않도록 밀 때, 철봉 오래 매달리기를 할 때, 또는 턱을 봉 위쪽으로 당겨 매달릴 때 팔에서 일어나는 수축을 말한다. 등척성 수축은 재활의 초기 단계 훈련에 많이 응용된다. 그 이유는 관절을 움직이지 않고 국소근을 수축시킬 수 있으며, 수축에 따른 통증의 여부를 자신이 감지해 가며 트레이닝을 할 수 있기 때문이다.
2. 등장성 수축 - 근육이 수축할 때 근육에 작용하는 부하는 변하지 않는데 근육 자체의 길이가 변하는 경우를 등장성 수축이라고 합니다. 등장성 수축은 근육의 길이가 짧아지면서 수축하는 단축성 수축과 근육의 길이가 늘어나면서 수축하는 신장성 수축으로 구분됩니다.
3. 등속성 수축 - 등속성 수축은 속력을 고정시키고 저항이 조절되는 수축으로, 수축할 때 근에서 발생하는 장력은 운동의 전 범위에 걸쳐 모든 관절각에서 최대로 나타납니다. 즉, 관절각이 동일한 속도로 운동하는 수축을 말합니다.

유산소성 운동과 무산소성 운동의 효과

근육은 유산소성 운동에 의하여 유산소성 능력과 관련된 근 기능의 향상이 일어나는 반면, 무산소성 운동에 의하여 무산소성 능력과 관련된 근 기능의 향상이 일어납니다.

• 유산소성 운동의 효과 - 유산소성 운동은 적당한 강도로 장시간 운동을 수행하는 것으로, 적절한 산소 공급을 바탕으로 한 산호 작용을 통해 에너지를 생성하여 근육에 공급하면서 실시합니다. 운동의 효과로 근수축을 위한 산화 능력과 지속 능력의 향상, 지근 섬유의 비대, 산화성 효소 활성도가 향상되며, 미오글로빈, 미토콘드리아 및 모세 혈관의 밀도가 증가됩니다.
• 무산소 운동의 효과 - 무산소 운동은 운동 강도가 높고 산소가 공급되지 않은 상태에서 운동을 수행하는 것으로, 순차적으로 강한 힘을 내는 운동입니다. 운동의 효과로 순간적인 근수축 속도 및 발현 능력의 향상, 속근 섬유의 비대, 무산소성 대사 효소 활성도가 향상되며, 근육의 산성화에 대한 완충 능력 향상이 일어납니다.

 

운동이 근육계에 미치는 영향

1. 근육의 크기 증가 - 근력은 모든 체력을 기르는 데 바탕이 되는 힘으로, 근육의 횡단면적에 비례합니다. 근육이 운동을 통해 발달되는 주된 이유는 증식이 아닌 비대가 일어나기 때문입니다. 근육이 증식을 통해 발달하더라도 그 양은 5~10% 정도에 불과하기 때문에 실제로 근육의 발달은 비대를 통해 이루어집니다.
2. 모세 혈관의 분포 증가 - 지구성 훈련을 하면 근육의 모세 혈관 분포가 증가되어 신체에 보다 많은 산소와 영양분을 공급하고 이산화탄소와 노폐물을 효율적으로 배출합니다. 운동선수의 모세 혈관 밀도는 일반인에 비하여 20~50% 정도 높습니다.
3. 젖산의 축적 감소 - 운동으로 근육이 수축할 때 모세 혈관에서 조직으로의 산소 운반량이 증가하여 피로 물질인 젖산의 생성이 감소되고, 에너지원으로서의 활용률이 높아집니다.