인간이 최대 스피드로 20초 이상을 달리지 못하는 이유는?

                                                                                            글 / 이종각 (전 체육과학연구원장)

100m와 200m 스프린트 경주는 순수하게 산소를 이용하는 에너지대사과정에 의해 필요한
에너지를 공급받을 수 없다. 즉, 단거리 경주는 최대산소섭취량의 100%를 훨씬 상회하는 운동
강도로 수행해야 하는 종목이다. 시속 36km 이상의 속도로 10초 이내에 이루어지는 100m 경주는
1분에 140ml/kg의 산소가 공급되어 생산하는 만큼의 폭발적인 에너지가 요구되는 초고강도
운동이다. 그렇다고 하더라도 마라톤과 같이 42.195km를 2시간 4분대에 달리고, 울트라 마라톤과
같은 100km에 이르는 거리를 주파해내는 인간이 왜 자신의 최대스피드를 유지하면서 불과 20초도
채 달리지 못하는 까닭은 무엇인가?

단거리 경주는 산소 비의존적 에너지만으로 달린다.

다시 말하면 산소시스템에 의해 공급되는 ATP(삼인산아데노신)를 이용하지 못하고, ATP
시스템과 무산소 해당과정에 의해 제한적으로 공급되는 ATP만을 쓰게 된다. 그러나 우리
몸에는 근육 1kg당 6mmol의 ATP가 저장되어 있으며, 6mmol의 ATP는 약 1초간의 최대
스프린팅을 할 수 있는 에너지를 방출한다. 그리고 근육내에는 약 6초 동안 폭발적인 단거리
달리기를 수행할 수 있는 PCr(크레아틴인산)이 저장되어 있다. 게다가 근육은 80초 이상을
최대속도로 달릴 수 있는 글리코겐을 보유하고 있다(Newsholme &Leech,1983). 그럼에도
불구하고 세계적인 단거리 선수들 조차 20초 이상 최대 스피드를 지속하지 못한다. 왜 이러한
현상이 일어날까?

글리코겐,ATP,PCr의 가수분해과정에서 생기는 부산물이 원인이다.

강하고 빠른 무산소에너지공급과정에서 생기는 젖산, H+(수소이온), Pi(유리인산염),그리고
Mg++(마그네슘) 등과 같은 부산물이 그 원인이다. 수소이온의 축적은 근육의 pH를 낮춘다.
만일 인체내의 모든 근글리코겐이 젖산으로 전환된다면 3분 이내에 근육의 pH는 5.0 이하로
떨어질 것이다(Cooke & Pate,1985). pH가 6.2 이하로 떨어지게 되면 근세포의 정상적인
생명유지가 어렵게 된다. 그러나 다행히도 우리 몸은 이러한 위험 상황에 도달하지 않도록
하는 보호 기전을 갖고 있다.

우리 몸은 근육의 pH가 일정 수준 이하로 떨어지지 않도록 빠른 에너지의 공급과정에서
생성되는 부산물들을 이용하여 급속히 에너지 이용률을 낮춘다. 근육의 pH가 저하됨에 따라
근육의 수축기전에 사용되는 에너지의 이용 수준이 감소되고, 이에 따라 수소이온의 생성비율도
낮아진다. 따라서 근육의 pH 수준도 아주 낮은 수준까지 떨어지지 않게 된다. 이와 같은
제어기전에 의해 최대속도로 달리는 거리가 늘어감에 따라 에너지 이용률이 저하되고, 결국
이로 인하여 주행속도를 유지하지 못하게 되는 것이다.

근육내 H+, Pi, Mg++,그리고 젖산농도의 증가가 근수축을 억제한다.
 
이러한 부산물들에 의한 근수축 억제기전은 다음과 같다.

첫째, 최대운동에 의해 산성도가 높아짐에 따라 PFK(phosphofructokinase)와 같은 해당과정에 관여하는 효소의 활성이 감소되어 해당과정이 억제된다(Parkhouse & McKenzie,1984).  둘째, 축적된 H+, Pi, 그리고 Mg++이 칼슘과 troponin-C의 결합을 방해하고,근형질세망으로 부터의 칼슘 방출을 억제하며,그리고 마이오신 ATPase의 활성을 감소시킨다(Donaldson,1983). 이러한 변화들에 의해 궁극적으로 근수축을 일으키는 세포들의 정상적인 탈분극(depolarization)이 억제되는 것이다(Lindinger & Heigenhauser,1988).

이상과 같은 제어기전의 조절에 의해 운동 중에 인체는 체내의 모든 ATP를 사용할 수 없게 되는
것이며, 근육의 경직과 치명적 손상 또는 pH의 지나친 감소로 인한 근세포의 기능 정지를 방지할
수 있는 것이다. 동시에 에너지 이용의 억제로 인하여 최대 스피드를 20초도 지속할 수 없게
되는 것이다.

 

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