글 / 이해동 (연세대학교 체육교육과 교수) 


지난 칼럼 (근육 기능에 영향을 미치는, 4가지 요인)에서는 근육의 수축 특성에 대하여 소개하였다.
이번 칼럼에서는 근수축 특성과 관련하여 다양한 구조 수준에서 근육의 기능에 영향을 미칠 수 있는
요인 중 “건조직 (tendon tissue)”에 대해서 이야기 해 보고자 한다.

인체의 움직임이 발현되는 과정은 다음과 같이 간략하게 정리해 볼 수 있다: 신경으로부터 신호를
받은 근육이 수축을 통하여 기계학적인 힘을 발현하면, 이 힘이 근육과 연결된 뼈에 전달되며, 그
뼈들이 구성하는 관절에서 근육이 발현한 근력과 근육과 관절의 공간적 구조에 의해서 만들어지는
모멘트암의 복합적인 작용으로 회전력이 만들어내게 되며, 이 회전력에 의해서 관절이 움직이게 된다.
따라서 관절에서의 움직임을 심도 있게  이해하기 위해서는 근육 자체의 힘 발현 능력뿐만 아니라 신경
-근육-골격이 구성하는 시스템에 대한 이해가 필요하다. 본 칼럼에서 집중적으로 다루고자 하는 부분은
근수축에 의해 발현된 근력이 뼈에 전달되는 과정에서 중요한 역할을 담당하는 건조직의 특성 및 기능이다.

인체의 근육은 뼈에 직접 연결되거나 건 혹은 건막을 통해서 연결된다(그림 1). 많은 근육들은 건조직
을 통해서 뼈에 연결되는데, 건은 스프링(탄성체)과 같은 특성을 갖는다(Alexander 2002). 잡아당기면
늘어나고 당기는 힘이 제거되면 원래 길이로 돌아오는 탄성 특성은 인체 근육의 활동을 보다 효율적으로
만들어 주는 중요한 역할을 한다.


                                       (그림 1) 자기공명 영상을 사용한 아킬레스건과 건막의
                                                      삼차원 구조 특성 (Lee et al., 2006)


건의 특성은 일반적으로 사체연구를 통해 얻는데, “잡아당기는 힘(tension force)”에 따른 “길이 변화(elongation 혹은 deformation)" 곡선으로부터 경도(stiffness)와 강도(failure load) 등의 변인을 추출하여
기계학적 특성을 결정한다(그림 2). 이와 같은 건의 탄성 특성 때문에 육안으로 관절의 움직임을
관찰하여근육의 수축 모드(등척성, 단축성 혹은 신장성)를 판단할 경우 실제 수행되는 근육의 수축
모드를 다르게 결정할 수 있다. Griffiths의 연구(1991)에서는 근육의 길이가 늘어나는 와중에도
근섬유의 길이는 일정하게 유지되거나 짧아질 수 있다는 결과를 보고 하였다. 이 결과는 최근 의료
영상을 활용한 인체 연구에서도 증명 되었다(Kawakami et al., 2002). 즉 관절의 각도, 근육의 길이,
근섬유 길이의 변화는 동기화된 형태로 나타나지 않는데, 이는 탄성 특성을 갖는 건의 역할 때문
이라고 할 수 있다.


                                   (그림 2) 하지 삼두근 건의 기계학적 특성 (Roger et al., 2002)

건의 탄성 특성은 우리가 일상생활에서 행하는 걷기, 뛰기와 같은 기초적인 이동 동작에서 건의
길이가 늘어나면서 저장한 탄성 에너지를 추진 구간에서 재활용 할 수 있게끔 도와주어 근수축
활동을 경감시키고 따라서 근수축에 필요한 대사 에너지를 절감시키는 역할을 한다. 또한 주(週),
도(跳), 투(投) 동작을 포함하는 많은 스포츠 활동에서 근육만 존재했을 경우보다 효과적으로 더
높이 뛰고, 멀리 던지고, 빠르게 달릴 수 있도록 도와주는 기능뿐만 아니라 건의 탄성으로 인해서
건 자체와
근육의 상해를 예방하는 기능도 수행한다.  
인체의 골격근은 부하환경에 민감하게 적응하는 기관
이다. 이 칼럼이 부가적으로 제공하는 정보는 근육과 함께 인체의 건조직 또한 주어진 부하 환경에
적합한 근-건 복합체 기능을 수행할 수 있도록 그 특성이 변한다는 점이다.  Reeves et al. (2002)의
연구에서 14주의 저항 운동이 슬개건 경도를 69% 증가시켰다는 결과는 건의 부하환경 적응성이
근육과 견줄 만 하다는 점을 보여주고 있다(그림 3), 또한 노화에 따른 건 특성의 변화로서 최근
Onambele et al. (2006)은 하지 삼두근 건막의 경도가 노화에 따라 감소한다고 보고하였다.  



                              (그림 3) 트레이닝에 의한 건의 탄성 특성 변화 (Reeves et al., 2003)

요약하면, 탄성 특성을 갖는 ‘건’이라는 조직은 근육과 함께 근-건 복합체를 구성하여 인체 동작의
효율성을 증대시키고, 운동 기능을 향상 시키며, 상해를 예방하는 기능을 수행하는 조직으로서 
부하환경에 잘 적응하는 특성을 가지고 있다.
따라서 건조직의 특성은 특성은 인체의 움직임 특히
스포츠와 관련된 기능의 이해에서 연관 조직의 기능과 더불어 항상 염두에 두어 야할 중요한
조직이다. 

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                                                                                     글 / 이지항 (성균관대학교 스포츠과학부 교수)


얼마 전 개최된 베를린 세계육상선수권대회에서 단연 돋보인 선수는 자메이카의 ‘우사인 볼트’일 것이다.
연이은 기록 갱신을 하고 있는 그이지만 이번에는 전과 달리 진지한 모습을 보였고 약점이었던
스타트도 매우 뛰어났다. 이와 관련되어 미디어에 오르내린 말이 스타트에서의 반응시간이란 단어이다.

반응시간은 출발 신호에서부터 스타팅 동작을 시작하는 시점까지의 아주 짧은 기간을
의미하는 단어
로서 이번 대회 우사인 볼트는 0.133초의 반응 시간 기록을 가지고 있다.
참고로 육상에서 0.1초 이하의 반응시간을 보인 선수는 출발 신호에 대한 반응이 아닌
예측 스타트를 한 것으로 여겨 부정출발이 되며 2002년 몽고메리는 0.104초라는
경이로운 반응시간 기록을 보인바 있다.

스포츠 상황에서 인간의 뛰어난 근력과 심폐기능이 필수 불가결한 것임을 모르는 사람은 없고,
많은 선수들이 이를 위해 매진하는 것 역시 당연한 일이다.
그러나 이와 관련된 두뇌를 비롯한 신경계의 역할에 대해서는 뜻밖에 무지한 경우가 많다.

우리가 운동 기술을 배우고 수행할 때 그 주체가 되는 것은 바로 신경계이다.
그러나 많은 사람들은 최대 산소 섭취량에 대해서는 알고 있지만,
감각센서를 통해 정보를 받아들이고 중추신경계에서 이 정보를 저장, 출력하며, 적절한 명령을
근육에 전달하는 과정에 대해서는 주의를 기울이지 않는 듯 하다.
앞서 언급한 반응시간이란 개념 역시 바로 이 같은 정보 처리 과정을 반영하는 시간이며,
이 같은 운동 준비 단계에서 나아가 신경계는 움직이는 중간에도 끊임없이 정보와 명령을 전달,
처리하고 있다.



사실 스포츠와 신경계의 역할에 관해서 그나마 우리가 가장 흔하게 접하는 표현은
“저 사람은 운동신경이 좋다”와 같은 내용 들이다.
그러나 ‘운동’ 신경이라는 표현은 운동 명령을 내려 보내는 일련의 신경군을 의미하며
사람들이 의도하는 ‘어떤 운동이던지 쉽게 익힌다’와 같은 표현을 하기엔 정확한 것이 아니다.
이와 비슷한 의미로 사용되는 ‘운동 감각’이라는 표현 역시 이같이 잘못된 용도로 종종 쓰인다.
실제, 운동 수행에 ‘연관된’ 신경은 감각, 운동 신경을 포함한 중추신경계의 많은 부분들을 포함한다.

그렇다면 이제는 ‘과연 스포츠 참여에 의한 신경계의 변화가 있는가’ 혹은
‘뛰어난 운동 관련 신경 활동을 보이는 사람이 엘리트 선수가 될 수 있는 가’와 같은 궁금증이
뒤따르게 된다.
과연 엘리트선수들과 일반인들간에 신경계의 활동, 조직, 혹은 구성에 차이가 있을까?

대부분의 관련 연구 결과들은 전통적으로 실험실에서의 눈 깜박임, 손 짚기, 키보드 누르기 등의
최소한의 동작만을 허용하는 과제들로 이루어져왔고,
수 많은 가변성이 있는 스포츠기술에 지 적용할만한 수준에 이르고 있지는 못하다.
그러나 최근의 연구들 중 이같은 문제에 접근한 몇 가지 결과들이 보고되고 있는 실정이다.

첫째, 일단 전문가와 초보자의 두뇌를 비교해 보았을 때 몇몇 두뇌 영역이
담당하는 역할 간에 차이가 있음은 비교적 분명하게 밝혀졌다.


전문가의 훈련된 움직임을 만들어내기 위해 근육 수축 명령을 내리는 두뇌 부위가
초보자에 비해 더욱 넓게 분포되어 있으며 그 명령 신호 자체도 더욱 강력했다.

둘째, 엘리트 선수들은 스포츠 상황에서의
우월한 판단 능력(making decision)을 보인다.


오류를 탐지하고 이에 관한 여러 가능한 대처 방안을 만들며
이 중 가장 효과적인 방안을 선택하는 능력에 관련된 여러 두뇌 영역들이
스포츠 상황 중에 엘리트 선수들에게서 더욱 활성화 된다는 결과가 보고되었다.

마지막으로 엘리트 선수들은 타인의 동작을 보고 그 중 필요한 정보를 받아들이고
그를 바탕으로 앞으로 발생할 상황을 예측할 수 있는 능력이 탁월
하며,
이는 실제 크리켓과 농구 같은 종목에서 엘리트 선수들의 상황 예측 능력이 우수했다는
결과가 보고된 된 바 있다.

한가지 운동 종목의 엘리트 선수가 되기 위해서는 10년 이상에 걸쳐 총10,000시간 이상의
연습을 해야 한다
고 알려져 있다.
또한, 공장에서 7년 이상 일하며 100만개 이상의 시가담배를 말아온 인부도
현재 그 작업 속도가 계속적으로 증가한다는 놀라운 사실도 보고된 바 있다.
이는 운동 기술이 신경계에 자리잡아 엘리트 수준의 수행능력을 보이기 위해서는
얼마만큼의 노력이 필요한 것인가를 나타낸다.

그러나 스포츠와 신경계 사이의 이 같은 방대한 관계성에 비하면 현재 알려진 바는
너무나 미미하다고 볼 수 있다.
사실 인간의 두뇌를 본격적으로 연구하기 시작한 것은 20여 년 밖에 되지 않았다.
따라서 앞으로 밝혀질 수 많은 사실들이 스포츠에 미칠 영향을 생각하면 가슴이 뛰는 것도 사실이다.
스포츠 현장에서 근육과 심장, 허파가 인간 한계에 도달한 현재,
두뇌가 기록 경신의 바톤을 이어받을 머지 않은 앞날을 기대해본다.

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