근육 성장을 키우는 데 있어 앞서 얘기한 기계적 장력의 중요성은 논쟁의 여지가 없지만 대사 스트레스도 운동으로 인한 동화작용과 깊이 연관되어 있다고 합니다. 그래서 오늘은 대사 스트레스의 근섬유 동원 그리고 혈류 제한 훈련 연구에 대해 알아보겠습니다.
대사 스트레스
대사 스트레스는 운동으로 인한 대사산물, 특히 젖산, 무기 인산염 및 H+의 축적입니다.
그러나 인간 혈청에서 약 4,000개의 대사산물이 검출되었으므로, 다른 대사 부산물도 훈련 관련 적응과 관련이 있을 수 있습니다. 몇몇 연구자들은 대사산물 축적이 근력의 발달보다 근비대에 훨씬 더 큰 영향을 미칠 수 있다고 추측했지만, 다른 연구자들은 이러한 주장에 이의를 제기했습니다.
기에너지 생산을 위해 무산소성 해당 과정에 크게 의존하는 운동 중에는 대사 스트레스가 극대화되는데, 이는 PCr 농도 감소, 젖산 수치 상승 및 낮은 pH를 특징으로 합니다. 혐기성 해당 작용은 15~120초 동안 지속되는 운동 중에 우세하며, 해당 대사산물의 축적은 말초(중 심이 아닌) 유도 피로를 유발합니다.
연구에 의하면 실패할 때까지 12회의 반복을 1세트(총 34~40초의 긴장 상태에서) 하면 근육의 젖산 수치가 91 mmol/kg(건조 중량)으로 상승하고 값은 3세트 후에 118 mmol/kg으로 증가합니다. 대조적으로, 짧은 훈련 기간(일반적으로 세트당 10초 미만)은 주로 에너지 공급을 위해 포스 파겐 시스템을 사용하기 때문에 매우 무거운 부하(1RM의 90% 이상)를 포함하는 프로토콜에서는 최소한의 대사산물 축적이 나타납니다. 또한, 빠른 해당 과정에 의존하는 저항성 훈련 중에 근육 산소화가 손상됩니다. 더 긴 기간 동안 순환 흐름의 지속적인 압축은 급성 저산소증을 유발하여 대사산물 축적을 증가시킵니다.
이러한 요인들의 조합은 pH 수준의 수반되는 감소와 함께 근육 내 대사 물질의 급속한 축적을 유발합니다.
일반적인 보디빌딩 루틴은 부하의 강도를 높이는 대신 대사 스트레스의 성장 촉진 효과를 활용하기 위한 것입니다.
비교적 짧은 세트 간 휴식 간격으로 세트당 8~12회 반복의 여러 세트를 수행하는 이러한 루틴은 파워리프터가 일반적으로 사용하는 고강도 방법보다 대사 스트레스를 더 많이 증가시키는 것으로 밝혀졌습니다.
규칙적인 훈련에도 불구하고 적당한 강도의 부하에서 보디빌더는 근력이 강한 체격과 체지방량 수준이 파워리프터가 달성한 것보다 크지는 않더라도 그 이상을 나타낸다는 것이 잘 기록되어 있습니다. 실제로 보디빌딩 유형의 루틴이 고부하 파워리프팅 스타일 루틴에 비해 더 높은 근비대 증가를 일으킨다는 증거가 있지만, 결과가 체적 부하와 동일할 때 모든 실험에서 일치하지는 않았습니다. 증거는 다양한 대사산물이 근비대 자극으로 직접 작용할 수 있음을 시사합니다. 특히 관련성이 높은 여러 연구에서 젖산을 사용하여 시험관 내에서 근육 세포를 배양하면 단백 동화 신호 전달 및 근육 생성이 향상되었고, 생체 내 쥐 모델을 사용했을 때도 유사한 결과가 나타났습니다.
Oishi와 연구자들의 생체 내 연구는 트레드 밀 운동과 함께 젖산 및 카페인 보충제를 매일 경구 투여하면 수컷 쥐의 비복근과 경골근의 근비대가 운동군 및 좌식 대조군보다 훨씬 더 크게 증가하는 것으로 나타났습니다. 동일한 연구의 급성 결과를 봤을 때 젖산 및 카페인의 혼합과 젖산 단독 투여는 세포 내 단백 동화 신호의 지표에서 작은 이점만을 보여주었고, 보충제에 카페인을 포함시키는 것은 이러한 결과를 혼란스럽게 했습니다. 유사하게, Ohno와 연구자들은 쥐의 경구 젖산 투여가 근육의 Pax7 양성 핵의 증가와 함께 앞쪽 경골의 섬유 단면적을 증가시킨 것을 발견했다. 가장 최근 Tsukamoto와 연구 자들은 저항성 운동 후에 보이는 것과 유사한 수준으로 설치류에 젖산을 복강 내 주사하면 식염수 주사에 비해 경골 전방 근육의 근비대가 상당히 더 많이 발생한다는 것을 입증했습니다. 젖산의 잠재적인 근비대 효과의 기전은 밝혀지지 않았지만, 칼슘 의존적 신호 경로를 통해 조절될 수 있다는 가설이 세워졌습니다. 하지만, 이러한 동물 연구의 결과는 인간에게 운동 중 나타나는 생체 내 반응과 똑같지 않으므로 결과가 실제로 의미하는 것을 신중하게 해석할 수 있어야 합니다. 흥미롭게도 젖산 생산은 근육 성장의 부정적인 조절 인자인 히스톤 디아세틸레이즈(149의 활성을 억제하는 역할)를 하여, 근비대 효과를 유도하는 또 다른 잠재적인 루트를 제공합니다.
H+가 근비대 적응을 바꿀 수 있다는 증거도 있습니다.
Type II 근섬유는 특히 산증(acidosis)에 민감합니다. H+의 근육 내 축적은 이러한 섬유질의 칼슘 결합을 손상시켜 시지 대사에 부담을 주는 운동이 계속됨에 따라 힘을 생 성하는 능력을 점진적으로 감소시킨다는 이론이 있습니다. 따라서 이러한 변화는 힘 생성을 유지하고 발달을 향상하기 위해 Type I 섬유에 대한 부담을 증가시킵니다. 근 섬유 동원 증가, 마이오카인 생성 변화, 세포 부종, 대사산물 축적 및 전신 호르몬 생산 증가를 포함하여 운동 유발 대사 스트레스로부터 근비대 적응을 매개하기 위해 몇 가지 추가 요인이 이론화되었습니다.
근섬유 동원
앞서 논의한 바와 같이, 근섬유 동원은 질서 정연한 방식으로 수행되며, 그에 따라 낮은 역치 운동 단위가 먼저 동원되고 그 후 높은 역치 운동 단위가 점진적으로 동원되어 힘 요구에 따라 근수축을 유지합니다. 무거운 부하가 섬유 유형의 전체 스펙트럼을 빠르게 활성화하지만, 연구에 따르면 가벼운 부하를 들어 올릴 때에도 대사 스트레스가 더 높은 임계값을 가진 운동 단위의 동원을 하강시킨다는 사실이 밝혀졌습니다. 연구에 따르면 지속적으로 최대하 운동을 하는 동안 피로가 증가하면 동원 임제값도 그에 따라 감소합니다. 따라서 근육 실패 지점까지 세트가 수행되는 경우에는 FT 근섬유의 활성이 높습니다.
근전도 검사 글리코겐 고갈 및 유기 인산염 분할을 사용한 연구는 모두 혈류제한 훈련에서 FT 근섬유의 활성화가 증가한 것으로 나타났으며, 일부 연구자들은 이러한 결과를 가지고 혈류제한이 동화작용을 매개하는 주요 요인이라고 추측하였습니다. 신진대사 스트레스가 FT 근섬유 동원을 증가시키는 정확한 기전은 아직 명확하지 않습니다. 축적이 움직이는 근섬유의 수축을 억제하여 추가적으로 고 역치 운동 단위의 동원을 촉진함으로써 중요한 역할을 할 수 있다는 가설이 세워졌습니다. MacDougall과 연구자들은 단일 세트 훈련 중 피로는 산증과 PCr 고갈의 조합으로 나타난 반면 산증은 복수 세트의 저항성 운동이 원인일 가능성이 더 높다고 제안하였습니다.
증가된 근섬유 동원이 대사 스트레스와 관련된 근 비대의 증가에 적어도 부분적으로 책임이 있는 것처럼 보이지만 다른 요인들도 역할을 하는 것으로 보입니다.
Suga와 연구자들은 1RM의 20% 강도로 혈류제한 훈련 시 FT 근섬유 동원을 일으킨 연구 대상자가 1RM의 65~70%에 비해 31%에 불과한 것으로 나타났습니다. 이 강도(IRM의 20%)에서 혈류제한 훈련이 고강도 저항성 훈련 903과 비슷하거나 그 이상으로 근육 성장을 증가시킨 결과를 고려했을 때, 동화작용 효과가 단지 섬유 동원의 기능에 의한 것만은 아닐 수 있습니다. 이러한 발견은 TR의 20% 강도로 수행된 혈류제한 훈련과 비교하여 1801의 80%에서 전통적인 훈련을 수행할 때 표면 근전도 진폭이 상당히 높았다는 연구 결과를 통해 더욱 뒷받침되며, 이는 낮은 강도에서는 근육의 활성이 감소했음을 나타냅니다. 고강도와 낮은 강도의 훈련을 비교하여 조사한 최근 연구는 낮은 강도의 훈련에서 훨씬 더 많은 대사산물이 축적되었음에도 불구하고 고강도 훈련 중에 근육의 활성화가 훨씬 더 높았음을 보여줬습니다. 그러나 표면 근전도는 동원뿐만 아니라 속도 코딩, 동기화, 근육 섬유 전파 속도 및 세포 내 활동 전위를 포함하는 신경 전도에 대한 결과만 제공합니다.
혈류제한 훈련 연구
대사 스트레스가 근비대 적응에 미치는 영향은 혈류제한 훈련 연구를 통해 보여주고 있습니다. 혈류제한 훈련은 가벼운 무게(일반적으로 1RM의 40% 미만)로 훈련하는 동안 압력 커프(위 그림)를 사용하여 정맥 유입을 제한시켜 근수축 시 허혈을 높이는 것을 포함하고 있습니다.
잘 알려진 문헌에서는 혈류제한 훈련이 높은 수준의 근비대를 촉진하기에는 너무 낮다고 여겨지는 부하에도 불구하고, 단백 동화 신호 전달과 근육 단백질 합성을 자극하고, 근육 성장을 현저하게 증가시킬 수 있다는 결과를 보여줬습니다.
대사 스트레스가 혈류제한으로 인한 근비대를 유발하는 원동력이라고 추측되었습니다. 그러한 훈련 중에 상당한 대사산물의 축적이 관찰되면서, 대사 스트레스와 근육 성장 사이의 연관성을 나타냈습니다. 이 결합을 더욱 뒷받침 하기 위한 연구에서는 다리에서의 혈류제한을 사용하여 3주 동안 걷기를 한 남자 대학생 집단에서 허벅지 근육의 단면적이 크게 증가한 것으로 나타났습니다. 일반적으로 젊고 건강한 연구 대상자들은 저강도 유산소성 운동을 통해 근육을 얻지 못한다는 점을 감안할 때, 이 연구는 기계적 장력 이외의 요인이 근비대 적응의 원인이 될 수 있다는 강력한 증거를 제공하였습니다. 실제로 근육 단면적의 증가는 1RM의 20%에서 수행된 혈류제한 훈련 동안 무기 인산염(r=. 876) 및 근육 내 pH(r=. 601)의 변화와 유의한 상관관계가 있는 것으로 나타났습니다. 연구 결과는 운동 중에 발생하는 대사 스트레스가 근육 성장의 주요 조절자일 수 있음을 시사합니다.
허혈(대사 스트레스의 강력한 매개자)이 운동 수행 중 단백 동화 마이오카인을 상향 조절하는 것으로 나타난 증거는 이러한 가설을 더욱 뒷받침하고 있습니다.
저산소 조건에서 저항성 훈련의 효과를 조사한 연구는 대사 스트레스와 근육 성장 사이의 연관성에 대한 추가적인 증거를 제공하였습니다. Kon과 연구자들은 상당히 짧은 세트 간 휴식 간격(1분 정도) 으로 다중 세트, 저부하(1RM의 50%) 프로토콜에서는 호흡하는 산소량이 13% 정도였으며, 정상 산소 조건에서 동일한 루틴으로 수행하는 것에 비해 혈중 젖산 수치가 상당히 높아진 것을 발견하면서 저산 소증이 대사산물을 축적시킨다는 원리를 입증하였습니다. 몇몇의 연구에 의하면 저산소증은 저항성 훈련으로 인한 근비대 반응을 향상하는 것으로 나타났습니다. Nishimura와 연구자들은 급성 저산소증과 정상 산소 조건에서 1RM의 70%로 세트당 10회 반복, 총 4세트를 수행하게 했을 때 팔꿈치 굴곡근 단면적이 크게 증가했다고 보고하였습니다. 유사한 결과가 다른 연구에서도 보고되었습니다. 이러한 결과는 근 비대와 대사 스트레스 사이의 인과관계를 제공하지는 않았지만 증가된 대사산물 축적이 그 과정에서 역할을 할 가능성을 보여주었습니다. 저산소증 조건에서 방출된 활성산소종(ROS)은 다양한 신호 전달 반응을 수행하게 하는 것과 관련이 있어서 저산소증으로 인한 근비대를 설명하는 또 다른 잠재적인 기전 을 제공하고 있으며, 이것은 HIF-1a의 활성을 통한 근재생의 직접적인 유도로 매개될 수 있습니다. 하지만 저산소 조건과 정상 산소 조건에서의 훈련 시 변화를 조사한 모든 연구에서 저산소 조건이 더 큰 근 비대를 나타내지 않았으며, 저산소증이 전달되는 방법과 노출 기간의 차이가 근육 적응에 다른 영향을 미칠 수 있음을 보여주었습니다. 대사 스트레스 요인이 근비대 반응에 미치는 영향은 여전히 추측에 불과합니다.