운동형태에 따른 심장의 특성

                                                          글/김영주(인제대학교 상계백병원 심장재활센타 운동처방사)

운동선수들은 운동강도나 방법에 따라 신체의 체형이 각각 다르게 발달한다. 레슬링, 역도 그리고 보디빌딩 같은 저항성 운동을 시행하는 선수의 경우 겉모습만 보더라도 전신 근육들이 잘 발달되어있는 반면 장거리 달리기나 수영 같은 지구성 운동선수의 경우 저항성 운동선수만큼 근육이 크게 발달 되어 있지 않다. 그러면 저항성 운동선수와 지구성 운동선수의 심장과 두 가지 특징을 복합적으로 수행하는 선수들의 심장은 어떤 차이가 있을까? 종합적인 연구결과 운동선수의 심장은 좌심실 내강 크기와 심실벽 두께 그리고 좌심실 질량의 증가 등의 형태학적 변화가 나타난다. 이러한 지속적인 트레이닝의 결과 운동선수에게 나타난심장의 특징을 운동선수 심장(Athlete's heart)이라고 하는데 각각의 운동형태에 따른 심장의 특성을 알아보도록 하자.

지구성 트레이닝 선수의 심장

높은 강도의 지구성 운동으로 구성된 스포츠(마라톤, 5000m, 10000m, 철인삼종경기 등)로 훈련한 선수의 심장은 높은 심박출량과 연관된 용적 과부하의 원인으로 좌심실 벽두께의 균형잡힌 증가와 함께 뚜렷한 좌심실 반경(벽두께 반경에 대한 비율)의 증가를 보이는 편심성 좌심실 비대(eccentric left ventricular hypertrophy)를 보인다.

심실내강 직경과 심실벽 두께 모두를 증가시키는 지구성 트레이닝시 심장 적응은 격렬한 운동 중 심박수와 혈압의 반응을 고려한다면 잘 이해가 갈 것이다. 훈련된 지구성 운동의 심박출량은 안정시 5~6L/min에서부터 최대 40L/min까지 증가하는데 처음에는 심박동수의 증가에 의존하게 되며 운동으로 인한 자율신경 반사작용으로 각 장기와 근육 및 정맥혈관의 혈액이 심장으로 많이 유입되어 박출량이 증가하게 되고 심근수축력 또한 증가하게 된다.

그러나 이러한 기전으로 박출량이 증가하는데는 한계가 있고 장기간 동안 운동을 계속하게 되면 결국 좌심실의 확장기말 내경 및 용적이 증가하여 박출량을 증가시키게 된다. 이러한결과에 중요한 역할을 하는 것이 혈압이다. 혈압은 비록 근력 트레이닝시 보다는 덜 증가하지만 지구성 트레이닝 중에도 혈압은 상승한다. 트레드밀에서 달릴 때 사람마다 각각 다르지만 일반적으로 혈압상승이 175/69mmHg까지 적당하게 증가하여 장거리 달리기에서의 심장은 심실용적과 혈압부하 모두 지속적으로 자극되어 좌심실 내경과 약간의 심실벽 두께를 증가시키는 요인이다. 

저항성 트레이닝의 운동선수

정적 또는 등척성 운동(weight lifting)을 한 선수의 심장은 좌심실 내경 크기와 함께 좌심실 벽 두께가 현저히 발달된 것을 볼 수 있다. 이는 짧은 시간에 큰 힘을 발휘하는 운동형태에서 발생하는 체간 동맥의 과부하 압력이 그 원인이다. 따라서 근력트레이닝 선수들은 좌심실 벽두께의 지름이 내경크기의 비율보다 큰 동심성 좌심실 비대(concentric left ventricular hypertrophy)의 특징을 보인다.
저항성 운동으로 인한 심장의 적응은 약간의 좌심실 내 직경의 증가와 높은 좌심실벽 두께의 증가로 나타나며 중량을 들어올리는 동안 심박출량(cardiac output)과 혈압반응을 기초로 설명될 수 있다. 높은 저항성 운동 시에 혈압은  480/350mmHg까지의 높은 증가를 보이기도 한다. 물론 생리학적으로 복부 내와 흉부 내 그리고 두개 내 압력은 이러한 동맥압력에 대해 잘 적응하여 강화되어있기 때문에 임상적으로 문제는 없다. 이때 심박수와 심박출량도 저항성 운동 중에는 증가하지만 급작스런 증가는 오래가지는 못하고 짧은 시간 안에 끝난다. 선수들이 중량을 올리는 동안에 심박수가 102박에서 들어 올리는 동안 최고 170박 범위까지 증가한다. 따라서 저항성 운동 중에는 좌심실 내경을 증가시킬 만큼 충분한 자극이 지속적이지 못하고 짧게 끝나는 대신 순간적인 힘을 내기위한 심실벽에 큰 부하를 주게 되어 심실중격 및 후벽 두께 모두 두꺼워지게 된다.

복합식 트레이닝 운동선수

주로 저항성과 지구성 훈련에 해당하는 종목은 조정과 사이클 선수들이며 대근의 동적과 정적 복합운동을 수행한다. 최고수준의 사이클 선수들은 장시간 동안 거의 최대심박수로 운동을 수행할 수 있으며 때때로 6시간 이상을 운동할 때도 있다. 사이클 운동 중 수축기의 평균 동맥압은 증가하는데 특히 수축기 혈압은 200mmHg 이상 크게 상승한다. 조정을 하는 동안 심박수는 거의 190박 정도까지 증가하며 수축기 혈압도 200mmHg까지 크게 올라간다. 따라서 사이클과 조정선수들에서 큰 볼륨압과 압력부하가 왜 좌심실 내 직경과 좌심실 벽 두께를 크게 형성하는지 이해할 수 있을 것이다.

 

임상적 적용

심혈관 질환자에게 가장 유익한 운동은 유산소성 운동이라는 것은 잘 알려진 사실이다. 장기적인 유산소 운동은 심혈관 질환자의 관상동맥을 막는 플라크 형성을 예방하고 오히려 퇴화시키기도 한다. 또한 좌심실 용량을 증가시키고 1회박출량을 증가시켜 안정시 심박수를 감소시키는 유익성을 얻을 수 있다. 그 외 교감신경의 항진을 막고 부교감 신경을 활성화 하여 부정맥 개선에 도움을 주며 관상동맥에 모세혈관 밀도를 증가시켜 협심증을 개선하기도 한다. 결국 혈관 내피세포의 기능을 향상시켜 동맥경화와 고혈압을 개선시키는 등 헤아릴 수 없는 유익성을 갖고 있다. 이러한 개선들은 유산소 운동 형태의 특징에서 주로 볼 수 있지만 저항성 운동에 대한 유익성도 있기 때문에 배제해서는 안되며 복합적인 운동형태가 심혈관 질환자에게는 가장 이상적인 운동형태가 될 것이다.

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