피로의 원인

운동에 있어 피로란 용어의 의미는 도대체 무엇인가? 400m 달리기와 같이 45~60초 정도 지속되는 종목에서 기진맥진하도록 운동할 때와 장시간 동안 힘든 운동을 할 때(마라톤 경기)의 피로의 느낌에는 현저한 차이가 있다. 그러므로 그러한 두 가지 상황에서 피로의 원인 또한 다르다는 것은 놀라운 일이 아니다. 우리들은 피로란 용어를 힘이 빠진 것 같은 일반적인 느낌을 수반하면서 계속되는 노력에도 불구하고 근육 능력이 저하되는 것을 묘사하기 위해 사용한다. 대안적인 정의는 주어진 강도에서 근육 활동을 계속하는 데 요구되는 파워 발휘를 유지할 수 없는 것이다. 근육의 허약함 또는 손상으로부터 피로를 구분하려면 피로는 휴식으로 되돌 수 있
는 것이라고 생각할 수 있을 것이다. 무엇이 운동 동안에 피로를 가져오는지를 사람들에게 물었을 때의 가장 보편적인 대답은 젖산이다. 이 같은 오해는 지나치게 단순한 것일 뿐만 아니라 젖산이 운동 능력에 실질적으로 유익한 영향을 미칠 수도 있다는 많은 증거가 있다. 피로는 아주 복잡한 현상이다. 피로의 원인과 장소를 찾아내기 위한 대부분의 노력은 다음과 같은 점에 초점을 맞추고 있다.

• 에너지 전달 속도의 감소 (ATP-PCr, 해당작용, 그리고 산화 대사)
• 젖산염과 H+같은 대사 부산물의 축적
• 근섬유 수축 작용에 있어서의 문제
• 근육 수축에 대한 신경 조절에서의 변화

처음 세 가지 원인은 근육 내부에서 일어나며 흔히 말초피로(peripheral fatigue)라고 지칭된다. 운동단위 수준에서의 변화 외에도 뇌 또는 중추신경계에서의 변화 또한 중추피로(central fatigue)를 초래할 수도 있을 것이다. 이것들 중 어느 하나만으로는 피로의 모든 측면을 설명할 수 없으며, 여러 가지 원인들이 함께 작용하면서 피로를 가져올 것이다. 피로의 기전은 운동의 형태와 강도, 운동하는 근육의 근섬유 유형, 트레이닝 상태, 그리고 심지어 섭취한 식단에도 좌우된다. 피로에 관한 많은 의문들이, 특히 근섬유 내부의 피로 발생 장소 등이 풀리지 않은 채로 남아 있다. 피로는 어느 한 가지 요인에 의해 초래되는 경우는 드물며 여러 측면에 작용하는 복합적인 요인에 의해 일반적으로 초래된다.

1) 에너지 시스템과 피로

피로를 가져올 수 있는 원인들에 대해 생각해 볼 때 에너지 시스템은 우선적으로 고려되어야 할 분야의 하나임이 명백하다. 피로하다고 느껴지면 우리들은 "에너지가 없다"라고 말한다. 하지만 에너지 라는 용어의 이러한 사용은 생리적인 의미의 에너지와는 많은 차이가 있다. 기질로부터의 ATP 제공이라는 진정한 생리적인 의미에서의 에너지 이용 가능성은 운동에서의 피로에 어떠한 역할을 하는가?

1. PCr 고갈

짧은 시간의 고강도 운동 같은 무산소적 상황에서는 분해되는 ATP를 보충하는 데 PCr이 사용되며 따라서 근육 내의 ATP 저장량이 유지된다. 허벅지 근육을 생검(biopsy)으로 조사한 연구 결과에서 반복적인 최대 수축 동안의 피로는 PCr의 고갈과 일치해서 나타난다고 보여주었다. 비록 ATP가 그러한 신체활동 동안에 사용되는 에너지와 직접적인 관련이 있지만 ATP는 다른 시스템들에 의해 보충되기 때문에 근육 활동 동안 PCr보다 느리게 고갈된다. 하지만 PCr이 고갈되면 사용된 ATP를 신속하게 재생성하는 능력은 저하된다. ATP 사용은 계속되지만 ATP-PCr 시스템은 ATP를 보충하는 능력이 떨어진다. 그러므로 ATP 농도 또한 감소한다. 기진맥진하게 될 때에는 아마도 ATP와 PCr 두 가지 모두 고갈되었을 수도 있을 것이다. PCr 분해로 인해 짧은 시간의 고강도 운동 동안에 증가하는 Pi가 이러한 형태의 운동에서 피로의 잠재적 원인인 듯하다. 피로를 지연시키기 위해서는, 선수들은 적절하게 스피드를 조절해야만 PCr과 ATP가 조기에 고갈되는 것을 막을 수 있을 것이다. 이것은 심지어 지구력 형태의 경기에도 적용된다. 만일 경기 초반의 페이스가 너무 빠르다면, 사용할 수 있는 ATP와 PCr이 빠르게 감소하므로 조기 피로를 가져오고 경기 종반부에서는 스피드를 유지할 수 없게 된다. 트레이닝과 경험을 통해 선수들은 경기 동안 ATP와 PCr의 가장 효율적인 사용을 가능케 해주는 최적의 스피드를 찾아낼 수 있을 것이다.

2. 글리코겐 고갈

근육 ATP 수준은 근육 글리코겐의 유산소적 그리고 무산소적 분해에 의해서도 유지된다. 몇 초 이상 지속되는 경기에서는 근육 글리코겐이 ATP 합성의 주된 에너지 공급원이 된다. 불행하게도, 글리코겐 저장량은 한정되어 있으며 빠르게 고갈된다. 근육 생김기법이 도입된 이후로 연구들은 장시간 운동 동안의 피로와 근육 글리코겐 고갈 사이에 상관관계가 있음을 보여 주었다. PCr 사용과 마찬가지로 근육 글리코겐 고갈 속도는 신체활동의 강도에 의해 결정된다. 운동 강도의 증가는 근육 글리코겐의 불균형적인 감소를 초래한다. 예를 들면, 전력 질주 동안에는 걸을 때보다 근육 글리코겐이 35~40배 빠르게 사용될 수도 있다. 심지어 중강도의 신체활동 동안에도 근육 글리코겐이 제한적인 요인이 될 수 있다. 운동의 높은 에너지 요구량을 충족시키기 위해서는 근육은 글리코겐의 지속적인 공급에 의존한다. 근육 글리코겐은 운동의 후반부보다는 운동 시작 초반의 몇 분 동안에 더욱 빠르게 사용된다. 비록 빠른 속도로 글리코겐을 사용하고 있었지만 글리코겐 저장량이 높은 수준에 있던 달리기 초반부에는 겨우 약간의 스트레스를 느꼈을 뿐이다. 근육 글리코겐 수준이 거의 고갈될 때까지 심한 피로를 느끼지 않았다. 그러므로 장시간 운동에서의 피로의 느낌은 근육 글리코겐 농도가 감소되었을 때 나타나며 고갈의 속도와는 관련이 없었다. 마라톤 선수들은 29~35km 지점에서 그들이 경험하는 피로의 갑작스러운 시작을 "벽에 부닥친다(hiting the wall)"라고 흔히 표현한다. 이러한 느낌의 최소한 일부분은 근육 글로코겐 고갈 탓으로 돌릴 수 있을 것이다.