글 / 이해동 (연세대학교 체육교육과 교수)

이번 칼럼에서는 운동 수행 능력을 최적화 시키기 위해 인체의 바이오 엔진이라고 할 수 있는 근육의
기능 최적화에 대하여 이 분야의 권위자인 Dr. Walter Herzog (Faculty of Kinesiology, University of
Calgary)가 Sport-Orthopadie-Sport-Traumatologie 25:286-293 (2009)에 게재한 “The biomechanics of
muscle contraction: optimizing sport performance”를 바탕으로 논의해 보고자 한다.

인체의 움직임은 근수축으로 발현된 힘에 의해서 만들어진다. 특히 최대 근파워를 필요로 하는 스포츠
에서는 근육의 수축 특성이 기록을 좌우한다고 해도 과언이 아닐 것이다. 주•도•투가 주를 이루는 육상
경기뿐만 아니라 스피드 스케이팅, 스프린트 사이클, 야구, 축구 등 많은 스포츠 종목에서 근육의 폭발
적인 파워를 필요로 하며, 이는 주동근뿐만 아니라 (1) 협력근들의 효과적인 작용, (2) 최대 근활성화,
그리고 (3) 최적화된 근육의 기계학적 특성이 필요하다.

공학적인 개념에서 근파워(P)는 아래 공식과 같이 나타낼 수 있다.


F 시스템에 작용하는 기계학적인 힘; r 시스템의 전위; v 속도: t 시간

이 공식을 바탕으로 우리는 어떻게 근파워를 최대화 시킬 수 있을까? 이 질문에 대한 당연하고 명확한
답변은 트레이닝을 통해 근력(F)과 수축속도(v)를 극대화 시키면 된다는 것이다. 하지만 완벽하게 훈련된
선수의 경우 더 이상의 근력과 수축 속도의 향상을 기대하기는 힘들다. 이 경우 근육의 기초 수축 특성인
길이와 최대 근력 그리고 수축 속도와 근력(혹은 파워)을 생각해 볼 필요가 있다(그림 1).


                     (그림 1) 근육길이-최대 근력(Force-Length Relationship, FLR; 좌)과 수축 속도
                                    -근력(파워)(Force(Power)-Velocity Relationship, FVR; 우) 관계


근육의 길이와 최대 근력 관계(Force-Length Relationship, FLR): 근육이 발현할 수 있는 최대 등척성
근력은 근육의 길이에 의해서 결정된다. 이 관계는 1966년 Gordon 등에 의해서 밝혀졌는데 근절
(sarcomere)을 구성하는 액틴 필라멘트와 마이오신 필라멘트 사이에서 힘을 발현하는 크로스브릿지의
숫자가 최적인 길이(최적 근육길이)에서 최대 근력이 발현되고 이 길이를 중심으로 길이가 짧아지거나
길어지면 근력 발현 잠재력은 감소하게 된다. 이 관계를 바탕으로 운동선수의 운동능력 향상에 대하여
생각해 보면, 최대 근파워를 발현하기 위해서는 주어진 관절의 운동 범위를 고려하여(인체 근육은
관절의 운동범위 제한 때문에FLR 전 영역을 사용하지 못한다.) 최적 근육길이에 가장 가까운 영역에서
동작을 수행한다면 보다 좋은 결과를 얻을 수 있을 것이다.

근육의 수축 속도와 최대 근력 관계(Force-Velocity Relationship, FVR): 앞서 언급한 공식에서와 같이
근파워는 근력과 수축 속도의 곱으로 표현할 수 있다. 따라서 계산된 근파워값을 수축 속도에 대해
나타내면 근수축 속도와 근파워와의 관계를 얻을 수 있다. 일반적으로 최대 근파워를 낼 수 있는 근육의
수축 속도는 최대 근수축 속도의 약 30% 지점이라고 보고되고 있는데 이론적으로 앞서 언급한 최적
근육의 길이에서 최대 근수축 속도의 30% 정도로 수축할 때 근육은 최적 수행 능력을 발휘할 수 있다.

 

                                   (그림 2) 사이클 선수와 육상 선수의 기초 근수축 특성 차이


훈련을 통한 기초 근수축 특성 변화: 사이클 선수와 육상 선수는 운동 수행 자세에 있어서 차이를
보인다. 사이클 선수는 고관절이 상당히 굴곡된 상태에서 운동을 수행하고 육상 선수는 고관절이
신전된 상태에서 운동을 수행한다. 즉 사이클 선수는 상대적으로 짧은 근육 길이에서 근파워를 필요로
하고, 육상 선수는 상대적으로 긴 근육 길이에서 근파워를 필요로 한다. 이러한 점을 운동자세의
해부학적 차이로부터 알 수 있으며, 특히 대퇴사두근의 하나인 대퇴직근(rectus femoris)의 운동범위가
두 종목간에 큰 차이가 난다는 점을 쉽게 알 수 있다. 이와 같은 종목 특성을 반영하듯이 사이클 선수는
짧은 근육 길이, 육상 선수는 긴 근육 길이에서 최대 근파워를 발휘할 수 있는 특성화된 근수축 특성을
가지고 있는 것을 볼 수 있다. 우수한 선수들은 유전적으로 이러한 특성을 타고 난 것인지, 아니면
장기간의 강도 높은 훈련이 이와 같은 특성을 만들어 낸 것인지에 대해서는 현재 명확하지 않다.
하지만 일반인들의 근수축 특성이 크게 차이가 나지 않는 점을 고려해 보면 종목의 특성과 장기간의
고강도 트레이닝이 그림 2에서와 같이 대퇴직근의 기초 근수축 특성까지 변화시키지 않았나 생각해
볼 수 있다. 이 점을 고려하여 선수들에게 최적 바이오 엔진 장착 시키기 위해서 현재 스포츠 과학자와
현장 지도자 간의 긴밀한 협조를 통해 종목의 특성을 반영할 수 있는 특성화된 트레이닝 방법
연구/개발이 활발히 진행되고 있다.

근역학적 측면에서 최적 근파워 발현을 위한 스포츠 과학에 대하여 간략하게 논의해 보았다. 보다 자세한 내용은 이 칼럼의 바탕이 된 Dr. Herzog총설 논문을 참고하기 바란다.

ⓒ 스포츠둥지



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                                                                                  글 / 이홍열 (경희대학교 겸임교수)


1. 운동효과 높이기 위해서는 부상예방이 중요하다.

세계는 지금 걷기열풍과 운동혁명이 일어나고 있고 세계 의학계가 주목하는 주요 건강테마가
맞춤 워킹이다. 파워워킹을 하면 심장과 폐의 기능이 좋아지고 체력과 근력이 향상되며 몸무게를
줄일 수 있는 좋은 운동이다. 하지만 파워워킹을 하다가 어깨나 무릎을 다쳐 고생했던 분들이
많은데 원인은 운동능력이 부족한 초급자가 준비운동 없이 처음부터 눈높이까지 양팔을 크게
흔들어 무리해서다. 실제로 주변에 40-50대 주부들 중에서도 아령을 들고 무리하게 파워 워킹을
하다가 어깨탈구와 손목 건염 등 부상으로 병원 치료를 받은 사람들도 꽤 많을 것이다. 이유로는
팔 다리의 가동범위가 커질수록 평소 사용하지 않던 근육과 인대 등이 과다사용으로 심한
스트레스를 받아 어깨와 무릎관절에 뻐근한 통증을 일으켜 부상으로 이어지게 된다. 파워워킹을
할 때 부상의 위험도가 높다하여 무조건 양손에 아령을 들지 말라는 것은 아니다. 다만 자신의
체력을 무시하고 다른 사람이 하니까 한다는 식은 곤란하다는 뜻이며 자신의 체력에 맞춰 적당한
무게를 들거나 체력이 약할수록 맨손으로 하는 것이 운동 효과를 높일 수 있다. 

 


2. 워킹 시 통증에 민감해져라.

무엇보다 부상을 예방하고 파워 워킹을 제대로 하려면 먼저 자신의 운동수행능력을 꼼꼼히
점검한 상태에서 그에 맞는 운동량과 강도를 정한다음 단계적인 운동프로그램에 따라 운동을
하는 것이 제일 좋은 방법이다. 특히 파워 워킹을 할 때 우리 몸은 걷는 도중 작은 변화에도
민감하게 반응하는 경우가 많다. 때문에 아주 작은 통증이라도 느껴진다면 속도가 너무 빠르
다거나 보폭이나 팔 동작이 너무 크다는 신호라고 여겨야 한다. 이럴 때는 곧바로 속도를
줄이거나 걷기를 멈추고 몸을 풀어줘야 한다.

 

3. 파워워킹은 기본체력이 있어야 부작용이 최소화 된다.

운동수행능력이 부족한 초급자는 약 3개월 이상 가벼운 일반 워킹으로 체력을 향상시킨 다음
파워 워킹을 하는 것이 안전하다. 특히 워킹을 운동으로 목적을 두고 실천하는 사람 전체 약 80%
이상을 초급자로 보아야 한다. 때문에 파워워킹을 할 때 운동능력과 관계없이 시속 몇 km로 걸어야
된다는 규칙이랄까 그런 말들은 적절한 표현이 아니다. 예를 들어 운동능력이 부족한 초급자들이
시속 8km의 속도로 걷게 되면 대부분이 힘들어 도중 포기하기 때문에 오히려 걷는 시간이 줄어들어
운동효과가 떨어지게 된다.

 

4. 파워워킹은 자세와 호흡법이 운동효과 좌우한다.

파워워킹을 잘하기 위해서는 자세가 가장 중요하다. 먼저 등을 곧게 펴고 팔을 앞뒤로 흔들면서
자신의 운동능력에 맞춰 점진적으로 속도를 올려 약간 빠르게 걸어야 한다. 하지관절 움직임은
일반 워킹과 같고 보폭은 일반 워킹 때보다 약 10%~20% 정도 더 크게 하면 되는데 일반 워킹에서
80cm 라면 파워 워킹에서는 90cm가 적절하다. 편안한 속도에서 숨을 쉴 때는 코로만 들숨과 날숨을
자연스럽게 하되 얕은 숨을 자주 내쉬는 것보다 약간 깊게 들이마시고 길게 내쉬는 것이 좋다. 약간
빠른 속도에서 들숨은 코로만 들이마시고 날숨은 코와 입으로 동시에 내뱉는다. 빠른 속도로 심박
수가 빨라질 때는 입을 약간 벌려 코와 입으로 동시에 들숨과 날숨이 적절하게 이루어져야 한다.


5. 당일 컨디션에 맞춰 계획을 세워라.

파워 워킹을 잘하기 위해서는 그날의 체력 상태를 잘 체크한 뒤 어떤 속도로 어느 정도 걸을
것인지 또는 어떤 코스를 통해 몇 킬로미터를 걸을 것인지 미리 계획을 세워두는 것도 운동을
효과적으로 할 수 있는 방법이다. 그날의 몸 상태를 무시한 채 아무 계획 없이 걷다 보면 무리하게
되어 부상을 일으킬 수 있다. 만약 전문가의 지도를 받지 않고 혼자 파워 워킹을 하는 사람의
경우는 어떻게 하는 것이 몸에 무리가 가지 않으면서 운동 효과를 최대한 높일 수 있는지 잘
모를 것이다.


6. 단계별 맟춤 파워워킹 방법이 초급자의 운동효과 배가된다.

파워워킹을 하면 체지방분해가 빨라져 몸무게가 줄어들고 체력은 좋아져 건강해진다. 파워 워킹을
할 때 힘차게 흔드는 팔 동작의 경우 보기에는 쉬워 보여도 손에 쥔 무게가 많이 나갈수록 어깨와
팔꿈치에 강한 충격과 저항을 받게 된다. 따라서 파워워킹을 안전하게 할 수 있는 운동방법을 박사
과정에서 임상실험 시 스포츠과학을 접목하여 맞춤형 파워워킹 5단계 운동프로그램을 만들었고
누구나 쉽고 재미있게 따라 하며100% 성공할 수 있는 운동방법이 될 것이다.

1단계는 약 3~5분간 양손을 배꼽 높이에 맞춰 ‘아주 편안하다’ 는 느낌이 드는 상태로 가벼운
걷기로 워밍업을 해주는 단계다. 이때 양손을 자신의 골반 뼈 윗부분에서 아래쪽으로
약 5~7cm 내려 팔꿈치의 각을 약 120도 정도로 유지한다. 그리고 양팔을 앞뒤로 가볍게 흔들
때 앞쪽에서 오른손과 왼손이 교차하는 간격은 1단계부터5단계까지 자신의 양쪽가슴 꼭지점에
기준을 뒤고 배꼽 높이에 맞춘다. 몸 전체 쉬고 있는 근육과 인대에 조금씩 자극과 긴장을 주어
자신의 몸을 최적의 상태로 만들어야 운동효과를 극대화 시킬 수 있고 운동시 발생할 수 있는
부상과 사고를 예방할 수 있다.

2단계는 약 5~10분간 양손이 가슴높이에 맞춰 초기 파워 워킹을 하는 단계다. 양손을 자신의
골반 뼈 위쪽끝부분에 위치하여 팔꿈치의 각을 약 90도로 유지한 채 가볍게 흔들어 준다. 2단계
에서는 ‘편안하다’는 느낌이 드는 수준에서 파워 워킹을 해야 한다. 팔을 높이 올릴수록 에너지
소모량이 많아지기 때문에 초보자의 경우는 양손이 가슴 또는 어깨 높이 까지만 올리는 것이
바람직하다. 만약 운동능력이 좋은 사람이라면 눈높이까지 올려가도 된다. 다만 걷는 도중
어깨 관절이 아프다거나 힘이 든다는 느낌이 들면 곧바로 팔 높이를 낮춰야 한다.

 
3단계는 약 5~10분간 어깨 높이에 맞춰 파워 워킹을 하는 단계다. 양손을 2단계처럼 자신의
골반 뼈 위쪽끝부분에 위치하여 팔꿈치의 각을 약 90도로 유지한 채 양팔을 앞뒤로 흔들어 준다.
양손은 앞쪽에서 어깨 높이에 맞춰 준다. 이후 양손이 뒤쪽으로 이동할 때 골반 뼈 위치에 도달해야
어깨관절 가동범위가 커지게 되어 어깨인대와 근육이 튼튼해지고 체지방이 줄어든다. 따라서 3단계
에서는 체력과 유연성의 따라 편안하거나 ‘약간 힘들다’는 느낌이 드는 단계이며 자신의 운동능력에
맞춰 적절한 시간조절이 필요하다.

4단계는 약 5~10분간 눈 위치에 맞춰 가장 힘든 파워 워킹을 하는 단계다. 이때 팔꿈치 각도를
약 90도로 유치한 체 양손을 최고 높이인 눈 위치에 올라가도록 양팔을 크게 흔드는 단계다.
이렇게 되면 자연히 걷는 속도가 빨라지고 보폭도 커지게 된다. 하지만 무리하게 보폭을 크게
하려는 욕구는 억제 시켜야 한다. 왜냐하면 어깨관절과 다리관절의 가동범위가 커지게 되어
에너지 소비가 많아져 금방 지치기 때문이다. 대신 보폭을 약간 줄여 발걸음을 빠르게 하여
속도를 높이는 것이 오히려 효과적인 방법이다.

5단계는 약 3~5분간 양손을 배꼽 높이에 맞춰 ‘아주 편안하다’ 는 느낌이 드는 상태로 쿨링다운
단계다. 시작단계인 1단계와 같은 방법으로 마무리하는 정리 단계다. 4단계에서 팔다리의 가동
범위가 커져 늘어나 있는 근육과 인대 그리고 빨라진 심장박동수와 몸의 온도를 평상시 상태로
되돌아가게 해준다. 한 단계에서 걷는 시간은 자신의 운동수행능력에 맞춰 조절하되 적절한
단계에서 오랜 시간 할수록 운동효과는 더 높아진다. 초급자의 운동 시간은 워밍업과 쿨링다운
단계를 포함해 최소한 30분 이상해야 운동 효과를 제대로 볼 수 있다. 

 ⓒ 스포츠둥지

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