운동과 산소섭취
1) 안정 시 에너지소비량
- 신체의 산소섭취량 측정은 유산소성 ATP생산을 평가할 수 있음
- 안정 시 산소섭취량 측정은 신체에 필요한 최소한의 에너지 소비량 예측가능
- 체중 당 1분에 약 3.5ml의 산소를 소비함
2) 운동 시작 시 산소섭취량
안정 시에서 운동 시작
- 운동을 시작하면 산소섭취량이 급격하게 증가해 1~4분 사이에 항정상태에 도달
- 운동 초기에 무산소성 ATP 대사작용에 의해 ATP가 공급되어, 산소섭취량이 바로 항정상태에 도달하지 않음
- 운동 초기에 근육의 PC농도가 감소함(ATP-PC시스템)
- 항정상태에 도달하면 순수하게 유산소성 ATP 대사적용에 의해 ATP공급됨
운동 초기에 근육의 PC감소를 통해 ATP-PC 시스템이 빠르게 작용하고 그 후 해당작용이 작용함
산소결핍(Oxygen deficit)
- 운동 초기에 산소섭취 지연에 따른 현상
- 운동 시작 후 초기의 산소섭취량과 항정상태 시 산소섭취량의 차이
- 유산소성 대사가 운동 초기 시 즉각적으로 반응하지 않기 때문에 발생하고, 그래서 운동 초기에 무산소성 대사가 작용함
운동 시 산소결핍
2) 운동 후 회복기의 산소섭취량
산소부채(Oxygen debt)
- 운동 종료 시 안정 시보다 초과된 산소섭취량
- 운동 초기의 산소결핍을 보충하는 것이라고 주장함
- 빠른 영역 : 운동 종료 후 2~3분 동안 산소섭취량이 빠르게 감소하는 영역으로, 산소가 ATP와 PC를 재합성하고 조직에 저장된 산소와 교체됨
- 느린 영역 : 운동 종료 후 30분 이상 산소섭취량이 서서히 감소하는 영역으로, 간에서 젖산을 포도당으로 전환
운동 후 초과산소섭취량(EPOC)
- 산소를 빌려왔다는 표현(산소부채)이 잘못되었다고 생각해 사용하는 대체 용어
- 회복기 초기의 초과 산소는 근육의 PC 재합성과 근육과 혈액의 산소 재보충에 사용됨
- 회복기의 느린 영역은 상승된 체온, 운동 후 높은 심박수와 호흡수, 에피네프린과 노르에피네프린 상승, 젖산이 포도당으로 전환되는 포도당신생작용에 의해 발생
- 고강도 운동시 저강도 운동보다 높은 체온, 더 많은 PC사용으로 인한 재합성량 증가, 젖산농도 증가, 에피네프린과 노르에피네프린 농도가 높아서 초과산소섭취량이 더 커짐
저강도와 고강도의 초과산소섭취량과 산소결핍(초과산소섭취량)
강도와 지속시간에 따른 대사 반응
1) 단기간 고강도 운동
- 2~20초 사이의 고강도 운동 시 ATP생산은 ATP-PC 시스템에 의해 공급
- 20초 이상 지속하는 고강도 운동 시 ATP생산은 무산소성 해당작용에 의해 공급
- 45초 이상 지속하는 고강도 운동 시 ATP생산은 ATP-PC시스템, 해당작용, 유산소성 시스템 모두 사용됨
- 1분 동안의 고강도 운동 시 무산소성 대사와 유산소성 대사의 비율이 7:3
운동시간에 따른 무산소성 대사와 유산소성 대사의 작용
2) 장시간 운동
- 장시간 운동을 위한 에너지는 유산소성 대사작용에 의해 생산됨
- 최대하 운동 중에는 산소섭취량의 항정 상태를 유지할 수 있음
- 덥고 습한 환경에서의 운동과 높은 강도에서의 운동은 산소섭취량을 증가시켜 항정 상태를 유지할 수 없음
3) 점증부하 운동
점증부하 운동검사
- 최대산소섭취량(VO2max) : 운동 중 산소운반과 이용의 최대능력으로 심폐지구력 측정에 사용
- 일정시간마다 일정하게 운동량을 증가시켜 피험자가 운동을 더 할 수 없을 때까지 실행하는 검사
- 환자의 심장질환 가능성과 피험자의 심폐지구력 측정에 사용됨
- 최대산소섭취량에 도달 시 운동량이 증가해도 산소섭취량은 더 증가하지 않음
최대산소섭취량
젖산역치
- 운동강도 증가에 따라 혈중 젖산농도가 비직선적으로 증가하는 시점
- 근육의 낮은 산소량으로 무산소성 대사 증가로 젖산 생성 증가
- 해당작용 활성화로 NADH 생성속도 조절 실패해 피루브산이 젖산으로 전환
- 속근섬유 활동 증가로 속근섬유의 LDH 동질효소(젖산탈수소효소)가 젖산 생성
- 운동 지속 시 젖산 제거 능력의 감소로 젖산 증가
- 위의 4가지가 복합적으로 발생해 운동강도 증가 시 젖산 농도 증가됨
산소 소비, 마라톤, 무산소 운동
유산소 운동은 산소가 필요하고 무산소 운동은 산소가 필요 없는 운동으로 들리지만 실상은 그 반대다. 무산소 운동이 오히려 더 많은 산소를 요구한다.
얼핏 유산소 운동은 산소가 필요하고 무산소 운동은 산소가 필요 없는 운동으로 들린다. 하지만 실상은 그 반대다. 오히려 무산소 운동이 유산소 운동보다 더 많은 산소를 요구한다. 심지어 산소의 공급이 미처 따라가지 못하는 경우도 있는데, 이를 무산소 운동이라 한다.
헬스장 트레이너들이 이렇게 말한다. “당신은 비만이라 지방을 태워야 하므로 유산소 운동을, 당신은 근력이 부족하기 때문에 무산소 운동을 해야 합니다”라고. 일반인에게는 이해되지 않는 용어지만 으레 그러려니 하고 따른다. 이처럼 그들은 운동을 크게 유산소 운동과 무산소 운동 두 가지 유형으로 구분한다.
그러나 이는 정확한 명칭도, 분류법도 아니다. 이런 오해는 영어로 ‘aerobic(호기적)’을 유산소, ‘anaerobic(혐기적)’을 무산소로 번역한 데서 비롯됐다. 그 명칭은 1967년 미국 군의관인 케네스 H. 쿠퍼가 심폐기능을 개선하는 운동 프로그램을 개발해 이것을 ‘에어로빅’이라고 명명하면서부터 생겨났다. 이름이야 어찌 됐든, 이런 호칭은 인체의 생리학적 현상을 반영한 올바른 명칭이 아니다.
에어로빅을 유산소로 번역
유산소 운동은 조깅, 달리기, 수영, 자전거, 등산, 에어로빅 등 비교적 강도가 약한 운동을 포함한다. 무산소 운동은 숨이 차고 지속이 힘든 마라톤, 빨리 달리기, 역도, 웨이트 트레이닝 등 강도 높은 단시간 운동을 지칭한다. 그런데 왜 조깅은 유산소 운동이고, 마라톤은 무산소 운동인지를 정확하게 아는 이는 많지 않다. 분류도 헷갈린다. 그러면서도 조금의 의심이나 설명 없이 전문가라는 사람들이 태연하게 스포츠 과학을 들먹이고 유·무산소 운동의 필요성을 강조한다.
생물이 필요로 하는 모든 에너지는 영양성분인 포도당, 아미노산, 지방산을 재료로 얻는다. ‘해당과정, TCA 회로, 전자전달계’라는 3가지 반응경로를 통해서다. 이때 호흡으로 산소공급이 충분한 정도(경도나 중도)의 운동이라면 이 세 회로가 연속해 진행된다. 운동이 격해 산소공급이 불충분(격한 운동)하면 3개의 회로가 완전히 작동해도 에너지 공급이 감당이 안 될 지경에 이른다.
이때는 무산소호흡이라는, 이른바 해당 과정만이 여분으로 작동해 소량의 에너지(ATP)를 추가한다. 모자라는 에너지를 조금이나마 보충하기 위해서다. 이때도 당연 TCA회로와 전자전달계는 최대한으로 돌아간다. 산소의 공급량에 비례해서 말이다.
다시 말해 유산소 운동은 운동의 강도가 낮아 세포 내 산소의 부족현상이 발생하지 않고, 산소량에 비례해 에너지의 공급이 충분히 생긴다. 반면 무산소 운동은 에너지를 생산하는 데 요구되는 산소의 공급량이 따라가지 못한다. 즉, 에너지(ATP)의 생성이 한계에 도달했을 때 고육지책을 동원해 해당과정을 과도하게 작동시켜 운동을 조금이나마 더 지속하도록 버티게 하는 경우를 말한다.
과연 조깅은 유산소 운동, 마라톤은 무산소 운동이라고 나눌 수 있을까? 유산소, 무산소 운동의 구분은 개인의 체력, 영양 상태, 운동의 강도에 따라 달라지는 상대적인 개념이다. 이를 바탕으로 보면 어떤 특정한 운동을 유산소·무산소로 단정 짓기 어렵지 않을까? [사진 pixabay, 중앙포토]
포도당이 완전 대사되면 36개의 ATP가 생성되나 무산소호흡인 해당과정에서는 단지 2개의 ATP만이 나온다. 이것이라도 보충하려고 피눈물 나는 노력을 감당하는 셈이다. 피로물질인 유산을 근육 속에 축적하면서까지. 다시 말해 에너지 생산과 산소의 소비량은 무산소 운동에서 최고조에 달한다. 그래도 모자라면 부족분을 조금이라도 채우기 위해 해당과정이 과도하게 작동한다.
이때 부작용이 수반된다. 포도당이 과잉으로 소모되고 해당과정의 최종 산물인 피루브산은 산소공급이 모자라 더 이상 대사되지 않고 유산으로 전환되어 세포 속에 축적된다. 그런데 근육 속에 유산이 쌓이면 세포질의 pH가 다소 산성으로 기울어 피곤함의 원인이 된다. 이를 피로물질이라고 부르기도 하는 이유다.
유산소·무산소 구분은 유산 생성여부
따라서 유산소, 무산소 운동은 해당과정을 거치는 포도당 등의 탄수화물 대사에만 국한되는 용어다. 즉, 해당과정이 필요 없는 지방산이나 단백질(아미노산)의 대사와는 관계가 없는 말이다. 결론적으로 유산소, 무산소 운동은 운동의 결과로 나타나는 유산의 생성 여부로 갈린다. 이런 구분은 운동의 강도뿐만 아니라 개인의 체력이나 영양 상태에 따라서도 달라진다. 당연히 누구에게는 유산소 운동이 나에게는 무산소 운동이 되고 그 반대도 되는 셈이다.
이른바 체력에 맞춰 숨이 차지 않을 정도로 운동하면 유산소 운동, 산소의 공급이 부족해 유산이 만들어지면 무산소 운동이 된다. 운동능력이 없는 사람에게는 유산소, 무산소 운동의 구분이 불가능하다. 빠르게 걷는 사람의 유산소 운동이 나에게는 무산소 운동이 될 수도 있으니까. 더불어 산소의 공급이 원활한 운동선수에게도 별 의미 없는 구분이다.