고온 환경에서 운동수행력을 유지하려면?

                                                                                            글 / 김경배 (육군사관학교 교수)

환경자극에 대한 생리적 적응(adaptation)은 인체가 그러한 변화에 대응하여 생활을 할 수 있도록 기능적, 형태적으로 변화되는 것을 말하는데, 적응 방법에 따라 순응(順應, acclimation)과 순화(馴化, acclimatization)로 나눌 수 있다. 순응은 실험실에서 조건을 설정하여 행해지는 것으로, 비교적 단순한 인위적 요인에 의해서 생긴 적응을 말하며, 순화는 계절, 기후, 지리적 영향(거주지) 등과 같은 자연환경에 노출되었을 때 얻어지는 적응으로, 요인이 복합적이고 종합적이다(McArdle et al., 2001; Buskirk, 1977; Prosser, 1964; Kuno, 1956).

또한, Hart(1957)와 같은 학자는 적응으로 인한 변화를 유지하는 정도에 따라 순화(acclimatization)를 환경의 연속적인 변화에 의해 생긴 생물의 기능과 반응의 변화로, 순응(acclimation)을 순화(acclimatization) 단계에서 습득된 반응의 변화를 일생 동안 유지하는 것으로, 적응(adaptation)을 순응(acclimation) 단계에서 습득된 반응을 그 후 수 세대에 걸쳐 유지하는 것으로 설명하였다.

이와 같이 인체의 환경적응에는 단계가 있어 어느 정도 시간이 걸릴 뿐만 아니라 사람에 따라 적응 수준도 다양하여 개인차가 많다. 환경의 변화에 잘 적응하는 사람은 그에 따른 신체적인 건강을 유지하는데 어려움이 없지만, 그렇지 않은 사람들은 건강을 해치게 되며 생활에 많은 불편을 느끼게 된다.

한편, 인간이 처한 자연환경 중에서 가장 기본적이면서 크게 영향을 미치는 것 중의 하나가 온열환경이라고 할 수 있다. 즉, 계절에 따른 온도 변화는 물론 같은 날에도 일교차가 있어서 인체는 추위, 더위, 쾌적함 등의 한서감각을 항상 느끼게 되고 이에 대응하는 체온조절 기능에 직접적으로 영향을 받는다. 더운 환경에 노출되거나, 옷을 많이 입거나, 운동을 해서 땀을 흘릴 기회를 많이 갖는 등 더위 자극을 빈번히 받아 열 적응을 하게 되면 이에 대응하는 생리적 기능이 개선되어 내열성(heat tolerance)이 강해진다. 반면에, 추위에 대응하는 쪽의 체온조절 기능을 발휘할 기회를 많이 가진 사람은 내한성(cold tolerance)이 커지게 된다. 따라서 온열환경 측면에서 적당한 자극을 받는다면 그에 따른 체온조절 기능이 개선되어 인체의 내한내열성이 증진될 것이다. 그러나 지속적으로 춥지도 덥지도 않은 쾌적한 상태에만 있게 된다면 생리적으로 편안하게 지낼 수 있지만, 인체의 적응 측면에서는 체온조절기능이 차츰 저하되어 추위와 더위의 자연적인 온열환경에 노출될 때는 오히려 생리적인 부담이 커지게 될 것이다(이순원 등, 2002).

                            [사진 : 기온에 따른 체표면 열손실 기전의 변화(이순원 등, 2002)]

따라서 열 자극과 환경변화에 효과적으로 대처하기 위해서는 에어컨과 같은 문명의 이기를 이용하여 더위를 피하는 것만이 능사가 아니며, 냉방장치에 대한 의존도가 높은 상태에서 더위에 노출되었을 때에는 이를 장시간 견디지 못하거나 열 관련 질환이 발생할 수 있기 때문에, 일정시간 인체가 온열환경에 노출되어 열적응 훈련을 통해 내열성(heat tolerance)을 기르는 적극적인 수단을 강구할 필요가 있다. 인체는 열 적응 훈련을 통해서 땀을 보다 원활하게 배출하게 만들고 땀의 이온농도를 개선하며, 혈관의 수축과 이완 능력을 향상시켜 결과적으로 체온조절 능력을 증진하게 되는데, 궁극적으로 이를 통해 더운 환경에 적응하게 된다.

기존의 연구들에 의하면 고온 환경에 대한 적응과 운동수행력 유지를 위해 내열성을 증진시키려면, 32∼46℃ 정도의 기온에서 최대산소섭취량의 50% 정도의 낮은 강도로 2∼3주 동안 매일 80∼100분간의 운동을 할 때 열 적응이 잘 이루어진다고 보고되고 있다(Robinson, 1963; Greenleaf, 1983; Araki, 1981; King, 1985; Amstrong, 1993). 즉, 고온에서 낮은 강도로 장시간 운동이 열 적응에 효과적이라는 것이다.

한편, 최근에는 장기간 열에 단순히 노출되거나 고온에서 낮은 강도의 운동으로 얻어진 열적응의 효과와 그 중요성에도 불구하고, 변화하는 기후 환경에서의 신체활동을 고려할 때 실제 온열환경과 비슷한 조건하에서 단기간 중고강도의 운동으로 열적응 훈련을 하는 것이 고려되고 있다(Molloy et al., 2004). 이 연구에서는 단기간 중고강도의 운동을 통한 열 적응을 위해서 고온 환경 하에서 VO2max 60% 이상의 운동 강도를 고려하여야 하며, 실제 30분간 VO2max 75%의 트레드밀 운동을 적용하여 열 적응 훈련을 실시하였다. ACSM(2005)에서도 열 적응을 위해서 더운 환경에서 시간과 강도를 점진적으로 증가시키면서 운동하는 것을 추천하고 있다.

열 적응을 위한 자극으로서 고온 환경과 운동의 차이를 살펴볼 때, 전자는 외적인 열 자극(thermal stress)이고 후자는 내적인 열 부하(thermal load)이며, 전자의 반응이 비교적 서서히 진행됨에 반해 후자는 양적으로도 크고 또한 동적인 반응을 보일 때가 많다. 두 가지의 자극을 동시에 고려할 때, 5∼30℃ 범위의 환경온도에서는 운동 강도에 비례하여 체온이 상승하지만(Mitchell, 1977), 환경온도가 30℃ 이상에서는 환경온도의 영향을 받아 체온이 현저히 상승하며(Lind, 1963), 열 적응에 의해 체온조절 능력이 향상되어도 운동에 의한 체온 상승은 똑같이 일어난다(Eichna et al., 1950).

즉, 운동 시 체온은 5∼30℃ 범위의 환경온도에서는 이에 대한 영향을 거의 받지 않고 주로 운동 강도에 비례하여 변화하지만, 환경온도가 30℃ 이상일 때는 이에 대한 영향으로 체온, 발한량, 혈류량 등이 현저하게 증가한다는 것이다(Nadel, 1980; Mitchell, 1977; Lind, 1963).

그러므로, 열 자극과 운동 모두 인체에 미치는 영향을 고려하여 조건화시켜야 하며, 직장온과 같은 체온 조절 측면에서는 열 자극 조건을, 심박수와 같은 심폐 능력 개선 측면에서는 운동 조건을 조절할 필요가 있다. 왜냐하면,  열 적응과 상관없이 유산소성 체력이 우수한 사람이 보통이거나 낮은 경우보다 운동내열성이 더 좋을 수 있지만, 운동과 열 순화를 병행하였을 때와 비교하면 고온 환경에서 생리적 반응의 영향이 현저하다는 것을 볼 때, 온열 자극에 노출되지 않으면 완전한 열순화가 이루어질 수 없기 때문이다(McArdle et al., 2001).

* 참고문헌 : 파워운동생리학, 2008(역자:최대혁, 최희남, 전태원)

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