운동의 생리적 반응 연구와 이해를 위한 근거

운동과 스포츠 과학자들은 훈련과 비훈련에 대한 적응만큼 일회성 운동에 대한 신체의 생리학적 반응에 대한 메커니즘의 관계를 활발히 연구하였다. 이러한 대부분의 연구는 표준화된 연구법을 적용하여 주요 연구 대학, 의료센터, 전문 연구기관에서 이루어져 왔 으며, 운동 생리학자들에 의해서 엄선된 기구들을 사용하여 진행되었다. 연구는 실험실 혹은 필드(운동장 및 체육관 등)에서 실시될 수 있다. 실험실 테스트는 보다 특수한 실험 기자재를 이용하며 실험 조건이 더욱 주의 깊게 통제된 상태에서 보다 정확하게 실시될 수 있다. 예를 들어 실험실에서의 최대산소섭취량에 대한 직접적인 측 정 결과는 심폐지구력의 가장 정확한 평가 지표로 간주되어 왔다. 그렇지만 1.5마일(2.4km) 테스트와 같은 몇몇 필드테스트도 최대 산소섭취량의 추정 방법으로 사용된다. 이러한 필드테스트는 정확성이 다소 떨어지지만 비용이 적게 들고 짧은 시간에 많은 사람을 측정할 수 있으며 최대산소섭취량의 합리적인 추정치를 제공한다. 필드테스트는 육상 트랙 혹은 수영장과 같은 경기장에서 혹은 실제 경기장면에서 수행될 수 있다. 최대산소섭취량을 직접적으로 정확하게 측정하기 위해서는 그와 같은 시설이 구비된 대학이나 병원에 가야 한다.

 

1) 연구도구 : 에르고미터

운동에 대한 반응을 실험실 연구에서 평가하고자 할 때 피험자의 신체적인 운동량은 일정하면서 잘 알 수 있는 운동효율로 조절되어야 한다. 이것은 일반적으로 에르고미터(ergometer)를 이용함으로 써 가능해진다. 에르고미터(ergo=운동, meter=측정)는 개인의 운동량과 비율이 일정하게 조절(표준화)되고 측정될 수 있도록 고안된 운동기구이다. 몇 가지 보기를 살펴봅시다.

 

1. 트레드밀

트레드밀은 현재 많은 연구자들과 임상학자들이 가장 널리 선택 하는 에르고미터로서 미국에서는 더욱 널리 이용되고 있다. 이 운 동부하기구는 그 위에서 걷거나 달릴 수 있는 커다란 벨트를 모터와 풀리 시스템을 이용해서 회전시키는 장치이다. 벨트의 길이와 폭은 피험자의 신체 크기와 보폭을 충분히 고려해야 한다. 과도하게 짧거나 좁은 벨트로 우수한 운동선수를 테스트 하기는 거의 불가능하다. 트레드밀은 여러 가지 장점을 가진 운동부하기구이다. 트레드밀 에서의 걷기 동작은 매우 자연적인 동작이기 때문에 특별한 기술이 필요없이 1~2분 이내에 스스로 조절하여 적용하게 된다. 일반인은 대부분 트레드밀에서의 운동 시 최대 수준의 생리학적인 능력을 발 휘할 수 있다. 일부 운동선수들은 자신의 종목에서 수행되는 트레 이닝 및 경기 형태와 가장 밀접한 동작이 수행되도록 하는 운동부하기구에서 가장 높은 생리학적인 능력을 발휘하게 된다. 트레드밀은 몇 가지 단점도 있다. 트레드밀은 자전거 에르고미터 보다 더 비싸다. 트레드밀은 또한 부피가 크며 전력이 요구되고, 이동하기가 아주 불편하다. 트레드밀 운동 시에는 정상적인 작동에 따른 소음 때문에 청진기를 통한 청각 기능 수행을 어렵게 만들기 때문에 혈압의 정확한 측정이 어려울 수 있다.

 

2. 자전거 에르고미터

자전거 에르고미터는 수 년 동안 가장 기본적으로 이용되어 온 운동검사 기구이다. 미국에서는 주로 트레드밀을 광범위하게 이용 하는 경향으로 바뀌고 있으나 오늘날에도 자전거 에르고미터는 연구와 임상적인 목적에서 여전히 널리 이용되고 있다. 자전거 에르고미터는 똑바로 앉은 자세나 누운 자세에서 이용 할 수 있다. 자전거 에르고미터는 일반적으로 물리적인 마찰저항과 전기적인 저항유형에 의해서 그 저항이 부과된다. 물리적인 마찰 저항을 이용하는 에르고미터는 자전거 바퀴를 감싸고 있는 벨트를 조이거나 느슨하게 함으로써 페달링 시 저항을 조절하게 된다. 이때 발휘되는 파워는 페달링 빈도에 의해서 결정되는데 페달링을 보다 빠르게 할수록 더 큰 파워를 발휘하게 된다. 테스트 과정에서 동일한 파워 발휘를 유지하기 위해서는 동일한 페달링 빈도를 유지해야 하므로 페달링 빈도가 일정하게 유지되는지 계속해서 살펴보아야 한다. 전기적으로 브레이크 시스템이 장치된 자전거 에르고미터는 전기적 저항을 이용하는 것으로서 마그네틱 혹은 전기적 마그네틱 치를 움직이는 전기적 콘덕터에 의해서 그 저항이 부가된다. 마그네틱 장치의 힘은 페달링 시 그 저항을 결정하게 된다. 이러한 에르고미터는 페달링 빈도가 감소함에 따라서 그 저항은 자동적으로 증가되며, 페달링 빈도가 증가되면 저항이 감소되도록 하여 항상 일정한 파워가 발휘되도록 조절하게 된다. 트레드밀과 유사하게 자전거 에르고미터는 다른 에르고미터에 비해 몇 가지 장점을 가지고 있다. 자전거 에르고미터를 이용하는 경우에는 상체의 움직임이 거의 없는 상태를 유지할 수 있기 때문에 운동 중에 더욱 정확한 혈압의 측정 및 혈액의 채혈이 보다 쉽게 이루어질 수 있다. 아울러 페달링 시 운동강도는 체중에 의해서 영향을 거의 받지 않게 된다. 이러한 장점은 일정한 운동량(파워)의 발휘에 대한 생리학적 반응을 관찰하는 데 매우 중요하게 작용 한다. 예를 들어 체중이 5kg(11파운드) 감소하였다면, 체중감소 전에 트레드밀을 이용하여 실시한 검사 결과와는 많은 차이가 날 것 이다. 왜냐하면 트레드밀에서의 동일한 스피드 및 경사에서 나타난 생리학적인 반응은 체중감소와 함께 변화하기 때문이다. 체중이 감소된 후에는 감소하기 전의 동일한 스피드와 경사에서의 운동량은 줄어들게 된다. 자전거 에르고미터를 이용하는 경우 체중 감소는 표준화된 파워 발휘에 대한 생리학적인 반응에 대해서 크게 영향을 미치지 않는다.
자전거 에르고미터는 몇 가지 단점도 있다. 자전거 에르고미터를 규칙적으로 이용하지 않는 피험자는 자신의 운동능력을 충분히 발 휘하기도 전에 다리의 근육이 피로를 나타내게 된다. 아울러 자전 거 에르고미터를 이용한 검사에서 얻어진 몇몇 생리학적 변인의 최고치(최대치)는 트레드밀에서 얻어진 최고치에 비해서 다소 낮은 결과를 나타낸다. 이러한 결과는 다리 근육의 국소적인 피로, 다리 에 혈액이 일시적으로 잔류하는 현상(심장으로 환류되는 혈액량의 감소), 트레드밀에서의 운동보다 사이클링에 동원되는 근육량의 감소 때문일 것이다. 그러나 훈련된 사이클 선수는 자전거 에르고미 터에서 최대운동능력을 발휘하게 될 것이다.