운동생리학 에너지대사와 운동 근육계와 운동 신경계와 운동 호흡계와 운동 순환계와 운동

에너지대사와 운동 인체의 에너지원 운동 후 회복기 산소 소비량 저장 에너지원의 보충

인체의 에너지원 인원질시스템(ATP-PC 시스템) 젖산시스템 유산소시스템

인원질시스템 무산소적 과정에 의해 에너지 공급 ATP와 PC의 공액반응에 의해 에너지공급 단시간 고강도의 운동에 이용 순발성 운동에 유리 가장 빨리 이용할 수 있는 에너지 공급 체계

젖산시스템 무산소적 과정에 의해 에너지를 공급 1-3분간의 단시간 고강도 운동에 이용 근피로를 유발하는 젖산을 축적하며 일정량 이상 축적이 되면 더 이상 운동을 계속할 수 없는 상태가 된다.

유산소시스템 대부분의 인체대사에 사용되는 시스템 지구성 운동의 주에너지 공급체계 유산소성 해당과정을 거쳐 TCA사이클과 전자전달계를 거쳐 39mole의 ATP 생성

운동 후 회복기 산소소비량 운동 후 초과산소소비량(EPOC) 안정시에서 최대하 운동까지의 시간대별 산소섭취량 변화 excess post-exercise oxygen consumption 안정시에서 최대하 운동까지의 시간대별 산소섭취량 변화 빠른 회복 단계 느린 회복 단계

빠른 회복기에서의 산소소비 증가의 원인 고갈된 PC의 재합성 체온 상승 에피네프린과 노르에피네프린의 (혈중 농도) 상승 저장 산소의 보충

느린회복기에서의 산소소비 증가의 원인 글리코겐 재합성 에피네프린과 노르에피네프린의 (혈중 농도) 상승 : 카테콜라민 효과 심장 작용을 위한 산소 소비 체온 상승

저장에너지원의 보충 1) 인원질의 보충 근육 내 저장되어 있는 ATP와 PC의 대부분은 운동중에 고갈되나 회복기 몇분 후에 곧 보충됨. PC는 음식물을 통해 섭취한 ATP의 분해에 의해 생성된 에너지에 의해 재합성됨. (공액반응) 운동 중의 인원질 고갈 비율이 높을수록, 회복기 중 그 보충에 요구되는 산소 소비량이 많아짐. 최대산소소비량이 크다는 것은 회복기 중에 많은 양의 인원질을 보충할 수 있다는 의미. 즉, 운동 중에 보다 많은 인원질을 고갈시킬 수 있다는 점에서 산소소비량이 많은 선수가 적은 선수에 비해 순발성 운동이 뛰어남.

2) 근 글리코겐의 보충 근 글리코겐 고갈을 초래한 운동 형태에 따라 회복기 중 섭취할 탄수화물 양이 다르게 나타남. 지구성 운동의 경우 순발성 운동에 비하여 고갈되는 글리코겐의 양이 2배에 이름. 지구성 운동 후에는 젖산, 초성포도산 등 전구체가 적지만, 순발성 운동 후에는 정상 수준 이상이 남아있음. 전구체의 경우 글리코겐으로 재합성되기때문에 순발성 운동 후 고탄수화물을 섭취할 필요가 없고, 지구성 운동에 비해 순발성 운동에서 글리코겐의 재합성이 더 빠르게 일어남.

3) 저장 산소의 보충 저장 산소는 무산소성 운동에서 중요한 역할을 하며 회복기에 빠르게 보충됨. 운동 중에는 마이오글로빈과 결합해 있던 산소가 계속 근육으로 방출, 전달되며 운동 후 회복기에는 그와 반대 현상이 일어난다. 수초간의 운동에서 APT-PC, 무산소성 해당 과정보다 더 높은 에너지 공급 체계를 이룬다.

운동 후 회복 지구성 운동 후 회복 순발성 운동 후 회복 운동 후 회복 지구성 운동 후 회복 지구성 운동 후 1-2시간 내에는 많은 양의 근글리코겐이 재합성되지 않는다. 고탄수화물을 2일에 걸쳐 섭취해야만 완전히 재합성할 수 있고, 섭취하지 않을 경우 5일이 지나도 근 글리코겐이 많이 보충되지 않는다. 순발성 운동 후 회복 운동 후 음식물을 섭취하지 않아도 30분에서 2시간 내에 많은 양의 근 글리코겐이 보충된다. 근글리코겐을 완전히 재합성하기 위하여 보통 이상의 고탄수화물을 섭취할 필요는 없다.

젖산의 제거 양식 뇨와 땀으로 배출: 젖산이 땀이나 뇨로 배출되나 그 양이 미약하다. 산화되어 이산화탄소와 물로 전환: 대부분이 이 경로를 거치며 산소가 충분한 상태에서 먼저 초성포도산으로 전환되고, TCA 사이클과 전자 전달계를 거쳐 이산화탄소와 물이 된다. 단백질로 전환: 소량으로 젖산만이 운동 직후 회복 초기에 단백질로 전환된다. 글리코겐으로 전환: 간과 근육에서 글리코겐으로 전환되며 이 양도 미약하다.

단속성운동과 지속성운동의 회복 차이점 운동 중 고갈된 근 글리코겐의 양 : 지속성 운동이 단속성 운동의 2배 가량 소모 근 글리코겐 전구체의 가용성: 지속성 운동은 적어지나, 단속성 운동은 정상 수준 근섬유의 재합성: FT 섬유의 재합성이 빠름. FT섬유가 단속성 운동에 주로 동원되므로 단속성 운동이 지구성 운동에 비해 회복이 빠름

근 글리코겐 초과 회복 매우 높은 고강도의 운동을 하여 근 글리코겐을 고갈시킨 후 고탄수화물을 섭취하여 운동 전보다 더 높은 수준의 근 글리코겐을 비축하는 것이다. 이는 특수한 운동식사 과정을 거쳐서 가능해진다. 탈진하는 운동을 하여 근글리코겐을 완전히 고갈시킨 후 고탄수화물 식사를 하면서 휴식을 취하면 근글리코겐 저장량이 평소의 운동전에 비하여 2-3배 증가한다.

근육계와 운동 골격근의 구조(238쪽 참조) 근섬유의 형태 및 특성 운동 신경과 운동 단위 근육 수축의 기전 근수축의 종류

근섬유의 형태 및 특성 근섬유의 형태 지근 섬유(Type I) : 수축 속도가 늦고 수축력도 작으나, 쉽게 피로하지 않는다. 속근 섬유(Type IIa, Type IIb) : 속근 b형 섬유는 수축 속도가 아주 빠르고 수축력도 근섬유중에 최대이지만, 빨리 피로하게 된다. 속근 a형 섬유는 지근 섬유와 속근 b형 섬유의 중간 성질을 나타낸다. 운동 선수와 비운동 선수의 근섬유형태 비율(239쪽 참조)

비교적 가벼운 지속적인 운동에는 지근 섬유가 동원되며, 강도가 증가함에 따라 속근 a형 섬유가 동원된다 비교적 가벼운 지속적인 운동에는 지근 섬유가 동원되며, 강도가 증가함에 따라 속근 a형 섬유가 동원된다. 그러나 순간적으로 큰 힘을 발휘하는 경우에는 속근 b형 섬유가 주로 동원된다.

골격근 섬유의 특성

트레이닝에 의한 근섬유의 상대적 변화 골격근의 유산소성 능력 : 속근과 지근 섬유 모두 공통적으로 증가한다. 따라서 지근 섬유는 속근섬유에 비하여 운동 전후에 모두 더 큰 유산소성 능력을 가진다. 인체골격근의 해당 능력: 속근 섬유가 더 큼. 선택적 비대: 지구성 운동 선수에게는 지근 섬유가 훨씬 비대해지며, 단거리선수에게는 속근 섬유가 훨씬 더 비대해진다. 선택적인 비대가 트레이닝 종류나 선수에 의해 수행되는 스포츠 활동에 의해서 이루어짐. 신체 훈련의 결과로써 속근-지근 섬유의 상호 전환이 일어나지않는다 : 유산소성 훈련이 FTb가 FTa로 점진적인 변화는 시키지만 지근섬유와 속근섬유 사이의 전체적인 비는 거의 변화가 없다.

운동신경과 운동단위 운동신경 운동단위 횡문근의 근세포를 지배하여 근수축을 일으키는 뉴런 운동신경이 지배하고 있는 근섬유군으로 구성된 기능 단위로 신경근 단위와 같다.

운동단위와 근력 발현 요인 다중운동단위 가중 파장에 의한 가중 주어진 시간에 수축하는 운동단위수를 한꺼번에 조절해 근력을 발생시키는 것 파장에 의한 가중 계속적인 자극에 의해 장력이 발생하는 것 단축가중(수축빈도한번) 파장 가중(여러 번 수축) 강축(계속적 자극)

근육 수축의 기전 마이오신위로 액틴이 미끄러짐에 의해 근육을 짧게 해주고 근육에 근력을 발생

근세사활주설 1. 안정 : 액틴과 마이오신의 결합 되어있지않음 2. 자극-결합: 근신경연접에서의 아세틸콜린의 분비-칼슘 방출-트로포닌 자극-트로포마이오신 위치 변화-액틴 변화-액틴과 마이오신 결합(액토마이오신 결합) 3. 수축 : ATP 분해-에너지 발생-십자형교 회전-액틴이 마이오신으로 미끌어져 들어가면서 근육이 짧아지며 수축해서 장력이 발생 4. 재충전: ATP 재충전-액토마이오신이 액틴과 마이오신으로 분해-액틴과 마이오신이 재순환 5. 이완: 신경 자극의 제거-아세틸콜린이 분비되지않음-칼슘 이온은 칼슘 펌프에 의해 제거-근육의 이완-안정시 상태로 재순환 (보다 자세한 내용은 243쪽 참조)

근피로의 원인 1. 중추신경계 : 수축 피로의 신호가 뇌에서 운동계에 억제 신호를 보내지는 것에 의한 국부적인 방해의 결과 2. 근신경연접부 : 신경말단의 화학적인 전달자인 아세틸콜린의 방출 감소에 의한 신경 자극 공급의 실패 3.수축 기전 젖산의 축적: 젖산의 축적에 의한 수소이온농도의 증가-자극 결합 과정을 방해, 칼슘과 트로포닌의 결합 능력 방해 ATP와 PC 저장의 부족 : 근육 내에서의 고에너지 인산 화합물의 부족은 직접적 피로의 원인 근 글리코겐 저장의 부족 : 장기간의 운동으로 근섬유에 저장된 글리코겐의 완전 고갈

근수축의 종류 1. 등장성 수축 2. 등척성 수축 3. 등속성 수축 근육의 길이에 변화가 있는 수축 단축성 수축: 근육의 길이가 짧아지며 장력 발생 신장성 수축: 근육의 길이가 늘어나며 장력 발생 2. 등척성 수축 근육의 외부 길이 변화없이 장력이 발생하는 수축 3. 등속성 수축 동작의 전 범위에 걸쳐서 근육에서 발생하는 장력은 최대이면서 움직임의 속도는 일정한 수축

트레이닝에 의한 근력 발달 효과 1. 근비대에 의해 미발달된 근이 발달된다 횡단면적(근원섬유 크기) 증대, 모세혈관망수 증가하고 모세혈관의 밀도가 높아진다. 2. 총혈류량이 증가하고 조직에서 산소 이용률이 높아진다 3. 운동 형태에 따른 선택적 비대 지구성 운동 - 지근 순발성 운동 - 속근 4. 결체조직의 변화 인대와 힘줄은 트레이닝에 의해 근력의 증가를 가져오고 부상의 기회를 줄일 수 있다. 관절에서 연골이 굵어지며, 적당한 운동을 통해 뼈의 성장과 밀도를 증가시킨다.

신경계와 운동 신경계의 이해 고유 수용기 전운동 영역

신경계의 이해 신경계의 중요성 신경계의 구성(246쪽 참조) 내외부의 환경을 인식하고 반응하는 신체의 수단 신체 항상성을 유지하기 위해 필수적 신경계의 구성(246쪽 참조) 중추신경계 말초신경계

신경원의 구조(247쪽 참조) 신경계의 전기적 활동 세포체 수상돌기 축색 자극 감응성: 수상돌기와 신경세포체가 자극에 반응하여 신경 자극으로 전환하기 위한 능력 전도성: 축색을 따라 자극이 전달되는 것 신경자극: 축색에 전달된 전기적 신호 전기적 신호는 신경의 정상적인 전위에 변화를 일으키는 특정 자극에 의하여 발생

안정시 막전압 안정시에 신경 세포를 포함한 모든 세포는 세포 외부의 전하에 대하여 세포내 전하가 음성을 나타냄. 세포 내부가 음이온인 이유는 양, 음이온을 가지고있는 이온들의 전위 차이때문에 신경원의 분극 현상이 나타남. 그와 같은 전기적 전위 차이를 안정시 막전압이라 함.

활동 전압 나트륨이온: 신경 세포에 확산되어 세포를 탈분극시킴으로써 양전하 생성 - 탈분극의 임계치 도달 - 활동 전위 또는 신경 자극의 형성 일단 활동전위가 일어나면 이온 교환의 연쇄적 반응이 축색을 따라 신경 전달이 이루어진다. 재분극은 탈분극 후에 곧바로 일어나서 신경 세포를 안정시 막전압으로 되돌린 후 다음 자극을 준비 극화 - 탈분극(Na이온 확산)- 과분극 상태 - 재분극(안정시 전위 수준) 248쪽 중앙 그림

248쪽 중앙 그림

신경 전달 물질(아세틸콜린) 흥분성 신경전달물질: 나트륨에 대한 신경 세포막의 투과성을 증가시켜 흥분성 연접후 전압을 만듬(EPSP) : 점증적인 탈분극 억제성 신경전달물질: 신경 세포를 더욱 음전하로 만들어 과분극시켜 억제성 연접후 전압을 만듬(IPSP) : 세포막의 과분극 249쪽 그림

249쪽 그림

고유 수용기 근육과 관절에 있는 특별한 감각 기관으로 근육, 힘줄, 인대, 관절에서 오는 여러가지 감각 정보를 중추신경계로 전달해서 부드럽고 협응적인 운동을 가능하게 해준다. 근방추 감마시스템에 의한 근육 수축 골지건 알파나 감마 운동신경에 의한 주동근의 수축을 억제하고 길항근을 흥분시켜 부상을 예방한다. 관절수용기 관절 수용기는 관절의 각도, 관절의 가속도, 그리고 압력에 의해서 변형된 정보에 관한 정보를 중추 신경계로 보낸다.

전운동 영역 추체로 추체외로 전신에 있는 골격근의 수의 운동을 지배하는 전도로 연수의 추체를 통과하지 않은 모든 신경로 부드럽고 협응적인 동작의 조정과 무의식적인 운동을 관장하는 곳(소뇌와 뇌간) - 무의식적인 운동의 운동로 소뇌의 역할 신체 평형과 자세의 조정 운동의 조절 제동효과 스피드 지각 작용

반사운동과 동작의 자동화 반사운동(척수반사) 동작의 자동화 일련의 신경 전달 과정이 감각, 감정, 의지 등의 정신 작용과 관계없이 자동으로 일어날 때 자극 활동을 변화시키는 반사가 중추에 있으면 척수반사라고 함 동작의 자동화 연습이나 동일한 운동을 반복하고 계속하면 정보처리와 지극의 전달이 원활해져서 운동이 자동적으로 일어나는 것 연습에 의해 관절과 근육의 기능이 향상되고 신경계가 발달하여 반사 운동과 같이 신경 소통이 척수에서 이루어지는 것 같이 됨(피질의 척수화) - 수의적 운동이 척수반사처럼 할 수 있게 되는 것

호흡계와 운동 호흡계의 이해 운동을 통한 폐환기의 변화 환기량 변화 환기량과 무산소성 역치 가스교환과 운반

호흡계의 이해 폐조직의 역할 공기와 신체사이의 가스 교환을 원활하게 이루어지도록 만들어 운동 중에 발생하는 산-염기의 균형을 조절 폐용적과 폐용량 폐용적은 용적과 용량으로 구분 용량은 2가지 이상의 용적을 합친 것 안정시의 폐용적과 폐용량(252쪽 그림)

(253쪽 표 2개)

(253쪽 표 2개)

분당 환기량 운동을 통한 폐환기의 변화 1분동안 흡기와 호기되는 공기의 양 분당 환기량 = 1회호흡량Ⅹ분당호흡수 안정시 분당환기량은 일정하다. 운동 중 분당환기량은 급격히 증가한다. 1회호흡량 증가에 따른 안정시 호흡수는 감소한다.

폐활량 증가 환기효율 상승 1회호흡량 증가에 의한 폐활량 증가 1회호흡량 증가에 따라 상대적으로 호기예비용적과 흡기예비용적이 감소 환기효율 상승 안정시에 보통 사람보다 적은 호흡수로 더 많은 산소를 호흡하고 공급할 수 있음. 호흡수 감소에 의한 호흡근 활동에 사용하는 산소량을 줄일 수 있기 때문

환기량 변화 운동전의 환기량 변화 운동 중의 환기량 변화 운동을 시작하기 직전에 환기량 증가: 운동을 예상하여 대뇌 피질로부터의 자극이 뇌간의 연수에 있는 호흡 중추를 흥분시키기 때문 운동 중의 환기량 변화 운동 시작후 몇초 이내에 급격한 증가 급격한 증가가 끝난 후 최대하 운동에서는 항정 상태를 나타내나, 최대 운동에서는 계속적인 증가를 나타냄

운동 후 회복기의 환기량 변화 운동 종료 직후 환기량이 급격히 감소 환기량이 급격히 감소한 후에 안정시 수준으로 천천히 감소 격심한 운동일수록 환기량이 안정시 수준으로 되돌아가는데에 오랜 시간이 소요 최대하운동시 환기량 변화(255쪽 참조) 최대운동시 환기량 변화

무산소성(젖산) 역치 무산소성 대사가 가속화되는 부하의 강도나 산소소비수준 무산소성역치 지점에서는 환기량과 이산화탄소 생성량이 급격하게 증가(257쪽 참조)

원인 무산소성 역치 증가의 원인과 방법 방법 근육의 혈류량 증가 근세포 수준에서 산화 능력 향상 적근 섬유 분포의 증가 최대하 운동을 통해서 최대심박출량에 의한 심폐 기능 향상 훈련

가스 운반 산소의 운반 혈액 내의 산소는 물리적으로 용해된 산소와 헤모글로빈과 결합한 산소의 두 가지 형태로 운반된다. 용해된 산소와 헤모글로빈과 결합한 산소의 양은 모두 동맥혈 산소 분압에 의해 결정된다. 이산화탄소의 운반 이산화탄소 운반은 확산과 정맥혈에서 폐로 계속적인 운반과정을 통해서 이루어짐. 이산화탄소는 혈액에서 용해, 중탄산염 이온, 카바비노 화합물의 형태로서 헤모글로빈 혹은 단백질과 결합한 형태로 운반됨.

산소 해리곡선 영향 요인 산소 분압과 산소-헤모글로빈 해리 곡선 근육의 pH 이산화탄소 분압 온도 (259쪽 그림 참조)

운동이 가스 교환과 운반에 미치는 영향 운동중의 반응 트레이닝의 효과 운동 중에는 에너지 대사가 증가하게 된다. 폐포-모세혈관과 조직-모세혈관의 표면적이 증가하여 이들을 통과하는 산소와 이산화탄소의 확산이 증가하게 된다. 트레이닝의 효과 운동 선수가 확산능력이 크다(특히 지구력 선수) 가스 운반 능력은 장기간 트레이닝 후 증가

순환계와 운동 순환계의 이해 트레이닝을 통한 순환계의 변화 정맥혈 회귀 혈류 재분배 산소 섭취량과 심박출량의 관계

순환계의 이해 심장의 구조(261쪽 참조) 심박출량 : 심장수축에 의해 1분간 펌프되는 혈액량 261쪽 그림

1회 박출량에 영향을 미치는 요인 심박수에 영향을 미치는 요인 심실에 채워지는 혈액량(preload): 비례관계 심실 수축력: 비례관계 대동맥 및 폐동맥의 평균 압력(afterload): 반비례관계 심박수에 영향을 미치는 요인 부교감 신경: 심장으로의 부교감 신경적 긴장의 감소는 심박수를 증가시키는 반면에 부교감 신경 활동의 증가는 심박수를 감소시킨다. 교감 신경: 심박수와 수축력 모두를 증가시킨다.

트레이닝을 통한 순환계의 변화 안정시 변화 심장 크기 변화(심장 비대) 심박수 감소 1회박출량 증가 헤모글로빈과 혈액량의 증가 지구성운동종목: 정상적인 두께이지만 큰 심실 용적 비지구성운동종목: 정상 심장 용적보다 두꺼운 심실벽 심박수 감소 안정시 운동 서맥: 부교감 신경의 억제 작용에 의한 것 1회박출량 증가 지구력 운동 종목 선수들의 1회 박출량 증가가 뚜렷 헤모글로빈과 혈액량의 증가 고지와 고온에서의 운동에 중요

264쪽 표(최대하 운동 중 변화) 264쪽 표(최대 운동 중 변화)

정맥혈 회귀를 촉진시키는 작용 정맥 수축: 혈액을 저장하는 정맥의 용량 감소에 의해 정맥혈 회귀가 증가한다. . 근육 펌프: 근육이 수축할 때 정맥들을 압축하며 심장으로 혈액을 되돌리도록 누른다. 호흡 펌프: 규칙적인 패턴의 호흡은 정맥혈 회귀를 돕게 하는 펌프 기전을 제공한다.

혈류 재분배 비활동적인 신체 부위로 가는 동맥의 반사적인 혈관 수축 활동적인 근육으로 연결되어있는 동맥의 혈관 확장 운동이 지속됨에 따른 국부 온도와 이산화탄소의 증가, 젖산의 증가, 산소 감소, 활동근에 혈관 확장에 의해서 재분배가 이루어진다.

산소섭취량과 심박출량의 관계 수송되는 산소의 양은 1회박출량, 심박수, 동정맥 산소차에 의해 결정된다. 267쪽 그림

트레이닝 후 심폐 기능의 향상 요인 에너지 운반계 에너지 소비계 1회 박출량, 심박출량의 증가 심박수 감소 심장의 심실강 크기 증대 혈류의 원활한 재분배 정맥혈회귀의 증가 에너지 소비계 모세혈관망 수의 증가 모세혈관의 벽이 얇아져 혈액량이 증가 혈액량 증가에 따른 조직으로의 산소 확산 능력 증대 동정맥 산소차 증대

사점의 원인 세컨드 윈드의 원인 운동에 의해 내장 혈관이 수축하여 혈액의 공급이 제한되기 때문 축적된 젖산때문에 혈액이 산성화되어 호흡이 곤란해지기 때문 세컨드 윈드의 원인 운동 초기에 느린 환기 적응에 의한 호흡곤란으로부터의 회복 활동중인 근육에서 운동 초기에 혈류 변화의 지연에 의해 축적된 젖산 제거 국소근 특히 호흡근(횡격막)의 피로 회복 심리적인 원인