피로(fatigue)란 무엇인가?

운동에 있어 피로(fatigue)란 정의하기 참 어렵다.

운동 중에 피로를 가져오는 것이 무엇인가?라고 사람들에게 물었을 때 가장 보편적인 대답은 "젖산(lactic acid)"일 것이다. 하지만 이것은 극히 일부에 불과하며 오히려 젖산이 운동능력에 실질적으로 유익한 영향을 미치기도 한다.

피로는 아주 복잡한 현상이다.

1. 에너지 전달 속도의 감소 (ATP 공급의 지연)

2. 젖산염과 H+같은 대사 부산물의 축적 (근육 및 체액 산성화)

3. 근섬유 수축 작용의 문제

4. 근 수축에 대한 신경 조절의 변화

1. 에너지 시스템과 피로

PCr이 CK 효소로 분해되면 크레아틴+인산+에너지가 생성된다.

대사과정이 간단하여 매우 빠른 속도로 ATP(에너지원)를 만들 수 있다는 장점이 있다.

짧은 시간의 고강도 운동은 PCr을 급격히 소진시킨다. PCr은 수초 이내에 고갈되며 그 이후에는 무산소성/유산소성 대사과정을 통해 ATP(우리 몸의 에너지원)를 만들어 내야 하는데, 에너지 생산 속도보다 사용 속도가 더 빠를 경우, 즉 운동 강도가 매우 높고 그것이 지속될 경우 피로를 느끼게 된다.

전력 질주 달리기를 할 때 100m 이상 그 속도를 유지할 수 없는 이유가 바로 여기에 있다. (후천적 훈련과 크레아틴의 적절한 섭취는 더 많은 PCr을 보유할 수 있다.)

위 그림과 같이 PCr 대사과정 부산물로 Pi(인산)이 생성되는데, 이것이 피로의 잠재적 원인으로 보인다.

두 번째로는 글로코겐의 고갈이다.

글리코겐은 PCr 만큼은 아니지만 비교적 단순한 대사과정으로 빠른 시간내에 에너지원을 만들어낼 수 있다는 장점이 있다. 그러나 안타깝게도 체내 글리코겐 저장량은 한정되어 있으며 (인종/성별/훈련정도에 따라 다르지만 간과 근육에 약 250~600g) 빠르게 고갈된다.

전력질주시 걷기에 비해 약 35~40배 빠르게 소모됨.

재미있는 사실은, 글리코겐 소모량과 피로도가 반비례하기는 하지만 그 곡선의 정도가 같지 않다는 점이다. 비교적 높은 강도(70%VO2MAX)에서 3시간 트레드밀 달리기를 하였을 때 피험자들은 빠른 속도로 글리코겐을 사용하고 있음에도 운동 시작에 느꼈던 피로감과 크게 다른 점을 느끼지 못하였다.

그러나 글리코겐이 거의 소모될 즈음부터 피로의 강도가 높아지기 시작했다는 것이다. 따라서 장시간 운동 시 피로는 글리코겐 농도차이에서 오는 것이지 고갈의 속도와는 관련이 없다는 것이다.

또 한 가지 재미있는 사실~~(혹시 나만 재밌어!?)~~은, 운동 강도에 따라 Type l 혹은 Type ll 섬유로부터 선택적으로 글리코겐이 고갈된다는 것이다.

즉 높은 강도와 스피드를 요하는 운동에서는 Type ll의 글리코겐이, 중/저강도의 운동에서는 Type l의 글리코겐이 선택적으로 사용된다.

또한 여러 실험을 통해 오르막/내리막/평지 그 어떤 형태의 달리기를 하더라도 허벅지보다 비복근/가자미근의 글리코겐 고갈이 더 빠르다는 것이 나타났다. 따라서 장거리 달리기 동안 대퇴부보다는 하퇴부에서 피로가 많이 나타날 것을 시사한다.

2. 신진대사 부산물과 피로

위 언급했듯 PCr 대사과정의 부산물 Pi(인산)와 열, 젖산염, 수소이온(H+)이 있다.

남자 사이클 선수들을 대상으로 각각 4˚C, 11˚C, 21˚C, 31˚C의 서로 다른 대기 온도에서 운동 시간을 조사하였는데 결과는 11˚C에서 운동 시간이 가장 길었으며 31˚C에서 가장 빨리 피로를 느꼈다.

사람들이 가장 많이 알고 있는 부산물로써 젖산, 그러나 젖산은 비교적 짧은 시간, 고강도 운동에서만 근섬유 내에 축적된다. 예를 들어 마라톤 선수는 경기가 끝났을 때 극도한 피로감을 느끼지만 휴식 때와 거의 같은 혈액 내 젖산 농도를 보여준다.

젖산은 분리되면서 젖산염으로 바뀌어 수소이온(H+)의 축적을 가져온다. H+가 축적되면 근육의 산성화를 가져온다.

우리 몸에는 중탄산염(HCO3-)같은 완충제가 있어 H+의 영향을 최소화시킨다. 이러한 완충제가 없다면 우리 몸의 pH는 1.5까지 내려가 세포들이 괴사할 것이다. 휴식 시 우리몸의 pH는 약7.1, 운동 이후 기진맥진한 상태이더라도 중탄산염이 pH6.6~6.4이하로는 내려가지 않도록 해준다.

다만 이러한 작은 pH변화로도 근육 수축에 큰 방해를 끼친다. pH6.9이하가 되면 무산소성 대사과정의 속도조절 효소 PFK의 작용을 방해하여 ATP 생산에 차질을 주며 pH6.4 정도가 되면 더 이상 글로코겐 분해가 일어나지 못해 기진맥진하게 된다.

이 외에도 H+는 근섬유 내에서의 칼슘 결합을 감소시켜 액틴-마이오신 교차다리 형성을 방해해 근 수축력을 떨어뜨린다.

전력을 다한 달라기 이후 근육 내 pH를 정상 수준으로 되돌리는데에 약 30~35분의 회복시간이 필요하다.

3. 중추신경계와 피로

피험자의 근육이 거의 힘이 다 빠진 것처럼 보일 때 말로 격려하거나 고함을 지르거나, 심지어 근육에 직접적인 전기 자극을 가하면~~(너무 하네..)~~ 근육 수축의 강도를 증가시킬 수 있었다.

실제로 대부분의 연구진들이 근육의 생리적 한계점에 도달하기 이르기 전 미리 피로를 느낀다는 것에 의견이 일치한다.

예를 들어 최대산소섭취량(VO2max)을 측정하기 위한 트레드밀 달리기를 할 때 대부분이 생리적 VO2max 지점에 들어서기 전 자의적 피로를 느끼며 이를 peak VO2max라고 한다. 그러나 잘 단련된 마라토너들은 자의적 피로인 peak VO2max 보다 더 높은 VO2max 수준에 도달한다.

* 참고 문헌

운동과 스포츠 생리학 (대한미디어)

장코치 사견