오늘은 어떻게 유산소 지구력 운동이 근성장에 영향을 미치는지 알아보며, 유산소 운동만 할 때와 근운동과 병행할 때 어떠한 근육 변화가 나타나는지에 대해 알아보겠습니다.
일반적으로 유산소성 지구력 운동에 의한 근비대 효과는 거의 없는 것으로 알려져 있는데, 이는 무산소성 운동은 동화작용을 유도하고, 유산소성 운동은 이화작용을 유도한다는 내용과 연관이 있습니다. Erton과 연구자들은 이 두 가지 운동 타입에 대한 세포 내 신호 전달의 차이를 설명하기 위한 연구를 수행하였는데, 적출된 흰쥐 근육을 이 용하여 저항성 운동에 해당하는 간헐적 고주파 전기 자극과 유산소성 운동에 해당하는 지속적인 저주파 자극에 대한 근육 세포 내 신호 전달을 관찰하였습니다. 실험 결과 저 주파 조건에서 AMPK 인산화가 자극에 반응하여 즉시 2 배가량 증가하였고, 3시간 정도 유지되었으며, 고주파 조건에서는 같은 시간에 인산화가 감소된 결과를 보였습니다.
반대로 Akt의 인산화는 AMPK 인산화의 결과와 반대되는 변화 패턴을 나타냈으며, 고주파 조건에서 전반적인 인산화가 두드러지게 나타났습니다. AMPK는 에너지 센서로 작용하여 이화작용을 활성화시키지만, Akt는 동화작용을 증진시키는 역할을 수행하는 것으로 알려져 있습니다. 이러한 발견을 통해 유산소성과 무산소성 운동은 서로 다른 신호 전달 반응을 유도하고, 이 를 근거로 근육 적응의 최적화를 위한 AMPK-Akt 스위치 가설이 제시되었습니다.
그러나 이후 연구에서 근육 내 동화 신호 전달 체계와 이화 신호 전달 체계의 조절에 대한 스위치 개념은 지 나치게 복합적인 내용을 단순화하였고, 따라서 궁극적으로 오해의 소지가 있는 것으로 밝혀졌습니다. 근육의 유산소성 능력과 무산소성 능력을 나타내는 표현형의 후보 유 전자들 간에는 중첩이 존재하며, 이는 2개의 근육 특성이 완전히 독립적이지 않음을 의미합니다. 실제로 다양한 연구들에서 유산소성 지구력 운동 후 mTOR 활성이 증가하였다고 보고하는 반면, 저항성 운동에서는 AMPK 수준이 증가되었다고 보고하고 있습니다. 결론적으로 263개의 유전자 중 단지 21개만이 유산소성 지구력 훈련 선수들과 근력 훈련 선수들에서 서로 다르게 발현되는 것입니다.
유산소성 훈련만의 근비대 효과 일반적인 생각과 다르게, 다수의 연구를 통해 평소 훈련받지 않은 대상자들은 유산소성 훈련에 의해 근비대 반응이 촉진될 수 있다고 보고되고 있습니다. 유산소성 훈련에 의한 골격근의 단기간 증가는 저항성 훈련에 의한 근비대 프로토콜과 유사한 과정으로 보이고, 남성과 여성 모 두에서 그리고 전 연령대에 고르게 나타나는 것으로 보고되고 있습니다.
유산소성 운동에 의한 근육 성장을 설명하기 위해 다음과 같은 메커니즘이 제안되었지만, 이러한 요인과 그 상호 작용의 구체적인 역할은 아직 명확하지 않았습니다.
• 인슐린 매개 동화 신호 증가
• 영양 섭취와 인슐린 반응에 대한 근육 단백질 합성 반응 증가
• 흡수 후의 기초 근육 단백질 합성 증가
• 아미노산 전달 증가
• 혈류와 골격근 합성 증가
• 마이오스타틴의 감소
• 만성 염증의 감소
• FOXO 신호 전달 체계의 감소
• 단백질과 DNA 손상 감소
•미토콘드리아 증식과 활동성 증가
• 미토콘드리아 에너지 효율 향상(예: 만성적 활성 산 소종의 감소와 ATP 생산 증가)
유산소성 훈련에 의한 근비대 효과를 연구한 대부분 은 하지 근육을 대상으로 연구되었지만, 암 에르고미터를 이용한 상지에 대한 연구도 진행되었습니다. 근비대의 정도는 개인의 유전적 요인과 생활 방식 그리고 운동 강도, 운 동 빈도, 운동량, 운동 형태에 따라 달라집니다. 다음 장에 서는 이러한 각 요인들의 세부 사항에 대해 알아보도록 합니다.
운동 강도
유산소성 훈련을 통해 유의미한 근육 성장을 이루기 위해서는 고강도 운동이 필요합니다. 13 주 동안의 마라톤 훈련은 Type I과 Type II 근섬유 모두에서 근육 횡단면적이 대략 20% 감소하는 모습을 보였는데, 이는 유산소성 운동이 근비대에 효과적이지 않고, 실제로 장기간 수행되었을 때 근비대에 이롭지 않다는 것을 의미합니다.
비록 근비대를 유도할 수 있는 정확한 유산소성 운동의 강도는 개인에 따른 차이가 있으나, 이 연구에서는 적어도 예비 심박수의 80% 이상 수행되어야 근비대 효과가 나타난다고 보고하고 있습니다. 제2형 당뇨병을 가진 중년 집단을 대상으로 실시한 짧은 고강도 반복 훈련(V0, Peak의 85%)은 허벅지 근육 단면적을 24% 증가시킨 것으로 확인되었고, 이는 적어도 대사적으로 손상 이 있는 집단에서 근비대와 유산소성 운동 강도 사이에 잠재적인 정적 상관관계가 있다는 것을 의미합니다.
운동량과 빈도
유산소성 훈련의 운동량과 빈도 또한 근비대에 있어 중요한 역할을 합니다. Harber와 연구자들 은 12주간의 사이클 훈련을 통해 운동량은 상대적으로 적었으나 평소에 훈련받지 않은 노인 남성들이 젊은 비교군 대상자들과 비슷한 근비대 정도를 달성했다는 결과를 얻었습니다. 이러한 결과는 더 많은 시간의 좌식 생활이 근육량을 증가시키는데 필요한 총운동량을 감소시키고, 이는 시간이 지남에 따라 근육 손실을 회복시키는 것이 더 쉬울 수 있다는 것을 의미합니다. 따라서 평소에 운동을 꾸준히 수행하지 않은 젊은 사람들이 유산소성 운동을 통해 근비대를 달 성하기 위해서는 적응 반응의 촉진이 필요하고, 이는 더 많은 운동량이 필요하다는 것을 의미합니다.
운동량의 영향은 적어도 부분적으로 빈도에 의존적 인 것으로 보입니다. Schwartz와 연구자들은 6개월 간의 유산소성 지구력 운동 프로토콜에 따른 젊은 사람들과 노인의 신체 조성 변화를 비교한 실험을 진행하였습니다. 각 각의 세션은 45분간 지속되었고, 일주일에 5일 훈련이 진행되었습니다. 운동 강도는 점진적으로 증가되어, 마지막 2주에는 최대 예비 심박수의 85% 강도로 프로그램이 진행되었습니다. 그 결과 젊은 사람들은 근육량 변화가 없었고, 노인 집단에서만 근육량의 증가가 나타났습니다. 연구진들은 젊 은 사람들이 노인 집단보다 통계적으로 유의하게 실험 불참률이 높았고, 이는 유산소성 운동 빈도가 근비대와 정적 상관관계가 있다는 것을 암시합니다. 이 연구를 통해서 빈도의 영향과 운동량의 직접적인 관계를 확인할 수는 없었습니다. 단일 세션 동안 단순히 더 긴 시간을 수행하는 것이 일주일 동안 빈도를 증가시키는 것과 유사한 결과를 낼지에 대한 것도 알 수 없습니다. 이 연구를 통해 낮은 시간, 높은 강도의 유산소성 훈련이 더 자주 수행되면 근비대 적응을 최적화하는데 도움을 줄 수 있다는 가설을 세 울 수 있을 것입니다.
다른 요인들
비록 유산소성 훈련이 좌식 생활자들의 근육 성장을 유도할 수 있는 것처럼 보이지만, 근섬유 수준에서의 성장과 직결되는 것은 아닙니다. 지구성 훈련에 의한 변화와 같이, 유산소성 훈련은 Type I 섬유에 특정한 근비대를 일으키는 것으로 보입니다. Harber와 연구자들은 12주간의 사이클 훈련에 의해 훈련되지 않은 노인 여성의 Type I 근섬유 횡단면적이 약 16%의 증가되었고, Type IIa 섬유 에는 변화가 없었다고 보고하고 있습니다. 이어진 젊은 남성과 노인 남성을 대상으로 유사한 훈련을 진행한 연구 결 과에서는 12주간의 사이클 훈련을 통해 Type I 섬유의 횡단면적이 약 20% 증가한 결과를 보였다고 합니다. 이 연구에서 젊은 대상자들은 Type II 섬유의 직경이 통계적으로 유의한 수준은 아니지만 감소가 나타났고, 노인 남성 대상자들은 Type II 섬유의 직경이 유지되었다고 보고하고 있습니다. 이러한 연구 결과들은 속근 섬유에 있어 유산소성 훈련이 좋지 않은 영향을 미칠 수도 있다는 것을 의미합니다. 그러나 노인과 젊은 대상자들을 통한 또 다른 연구들에서는 유산소성 훈련이 Type II 섬유의 단면적을 증가시켰다고 보고하고 있는데, 이러한 연구 결과들 간의 차이의 원인은 명확하게 밝혀지지 않았습니다.
유산소성 지구력 훈련에 따른 근섬유의 성장은 미토 콘드리아 단백질의 증가에 의한 것이라는 연구 결과 또한 보고되어 있습니다. 많은 연구들이 유산소성 운동이 단지 미토콘드리아 단백질 합성을 증가시키고, 근섬유 단백질 합성에는 영향을 주지 않는다고 보고하고 있지만 Di Donato와 연구자들은 HRmax의 90%의 단발성 고 강도 유산소성 운동과 HRmax의 66%의 저강도 유산소성 운동 모두에서 미토콘드리아 단백질과 근섬유 단백질이 증가되었다고 보고하고 있습니다. 이러한 결과는 근형질 단백질이 유산소성 훈련에 의해 유도된 근비대 적응의 상당한 부분을 차지한다는 것을 의미합니다. 흥미로운 점은 단지 고강도 조건만이 운동 후 회복 24~28시간 동안 근 단백질 합성률이 향상된 상태를 유지한다는 것입니다. 앞서 단발성 훈련 결과에 기초하여, 유산소성 훈련에 의한 근비대 적응의 상당 부분은 근형질 단백질의 증가로 설명할 수 있습니다. 이러한 근섬유의 성장은 근육의 유산소성 지구력의 확장에 따른 것으로, 미토콘드리아 단백질의 부착이 수축에 관여하는 단백질의 근비대 능력의 최대화에 부정적 영향을 초래한 것으로 보입니다.
이 연구에서 중요한 제한점은 유산소성 훈련 동안, 시간에 따른 근비대 적응에 관한 조사가 제대로 이루어 지지 않았다는 것입니다. 좌식 생활자에게 유산소성 운동을 포함한 거의 모든 훈련 자극은 근비대에 충분한 자극이 됩니다. 이러한 자극은 조직 리모델링을 촉진하는 적응 반응을 유도하는 것입니다. 그러나 유산소성 훈련의 강도는 시간이 지남에 따라 점진적으로 근육에 과부하를 주기에 는 충분하지 않습니다. 따라서 유산소성 훈련에 의한 근비대 효과는 초기에 빠르게 증가된 후 정체를 보이게 됩니다.
유산소성 운동에 의한 근비대의 초기 증가는 미토콘드리아 양적 증가 또는 질적 향상 또는 이 모두에 의한 것으로 보입니다. 비활동은 미토콘드리아 형태의 부정적인 변화를 유발하며, 이러한 효과는 좌식 생활을 지속함으로써 악화됩니다. 미토콘드리아의 기능 이상은 AMPK 활성 증가 및 단백질 분해 과정과 연관되어 궁극적으로 근 위축을 유발합니다. 앞서 언급하였듯이, 유산소성 훈련은 미토콘드리아 단백질의 질과 양을 향상해 단백질 동화 과정에 긍정적인 영향을 미칩니다. 따라서 유산소성 훈련의 초기 단계에 나타나는 근비대는 정상적인 미토콘드리아 기능의 회복과 이에 따른 미토콘드리아 기능 향상에 의 한 것으로 생각됩니다.
비록 유산소성 훈련은 훈련받지 않은 사람의 근육량에 긍정적인 영향을 줄 수 있지만, 이러한 훈련은 신체적 으로 활동적인 사람들의 근육 성장에는 효과적이지 않다는 설득력 있는 증거들이 있습니다. 좌식 생활자들에 있어 사실상 모든 근육 자극들이 근신경계를 강화시키고, 이로 인해 근육 단백질의 축적을 유도하게 됩니다. 따라서 이러 한 초기 단계 적응은 만성적인 적응 메커니즘과 다르게 회성 운동에 의해 나타나게 됩니다. 반대로 잘 훈련된 사람 들은 이미 낮은 수준의 스트레스에 적응해 왔으므로, 유산소성 운동이 추가적인 근육 발달을 위해 충분한 자극이 되었는지는 의심의 여지가 있습니다. 실제로 유산소성 지구력 운동선수들은 Type II 섬유의 근비대는 감소된 반면 Type I 섬유 크기가 약간 증가되어 있는 것을 보여줍니다.
심지어 매우 강한 유산소성 운동조차도 신체 활동이 활발한 사람들에게는 유익한 근비대 효과를 보이지 않습니다.
요약하면, 유산소성 훈련에 대한 근육의 적응은 아직 논의 중에 있으며, 근비대 반응은 궁극적으로 다양한 개인 및 환경 요인에 따라 다르게 나타납니다. 연구들 간의 결과를 비교해보면, 유산소성 훈련과 저항성 훈련에 따른 초기 근육량 증가는 유사하지만, 하나의 연구 내에서는 명확한 근비대 효과가 저항성 훈련을 통해 나타났다는 것을 확인할 수 있습니다. 두 가지 유형의 운동에서 근비대를 직접 비교한 연구의 통합 데이터는 전체 근육과 근섬유 수준에서 모두 저항성 훈련을 통해 더 큰 효과 크기를 나타냈습니다. 또한 유산소성 훈련에 따른 근육의 크기 증가는 힘의 증가와 상관성이 적으며, 이는 근비대 적 응이 전적으로 기능적이지 않으며, 근형질 단백질 증가의 산물일 가능성이 있음을 나타냅니다.