[전공체육] 운동생리학3 (순환계, 내분비계, 에너지소비량측정) & 트레이닝방법론

순환계

▶ 순환계의 기능

1. 운송기능 : 산소와 영양분

2. 제거기능 : 이산화탄소나 노폐물

3. 운반기능 : 호르몬을 목표 수용체까지 운반

4. 유지기능 : 체온 유지, pH유지

5. 방어기능 : 기관의 감염을 방지

 

(심장→혈관→혈액)

▶ 혈액의 주요기능

1. 운반기능

2. 체온 조절

3. 산-염기 평형유지

 

▶ 혈액 점성

- 운동을 잘하기 위해서는 더 많은 적혈구 세포가 있으면서 혈액의 점도가 낮은 상태가 바람직하다

- 운동으로 땀을 흘리면 혈장량(혈액량)은 감소하고 혈장량이 감소하면 혈액의 점도가 높아진다.(혈액이 끈끈해짐) 따라서 혈액이 흐르는 속도가 느려지고 조직으로 가는 영양분과 산소의 공급, 조직에서 생겨난 노폐물의 제거 속도가 떨어져 운동 수행력의 감소를 초래한다.

 

▶ 평균 동맥 혈액

평균동맥혈압 = 이완기혈압(최저혈압) + 1/3맥압(수축기혈압-이완기혈압)

- 평균동맥혈압이 최고혈압과 최저혈압의 중간값이 아닌 이유는 심실의 확장시간이 수축시간보다 더 장시간 지속되기 때문이다.(이완시간 > 수축시간)

 

▶ 혈류 저항

- 혈류 저항의 요인 : 혈액의 점액성, 혈관의 길이, 혈관의 직경

- 이 중 저항을 결정하는 주요 인자는 혈관의 직경이다. 혈관 직경의 4제곱에 반비례하여 저항이 발생한다.

 

(순 환)

▶ 심박출량

심박출량 = 1회 박출량 ‧ (분당) 호흡수

 

▶ 최대산소섭취량(VO₂max)

최대산소섭취량(VO₂max) = 최대 심박출량 ‧ 최대 동정맥산소차

▶ 1회 박출량

1회 박출량 = 이완기말혈액량 - 수축기말혈액량

- 1회 박출량은 최대 산소 섭취 능력의 40%정도에서 최대에 이르고 더 이상 증가하지 않는다. (그 이후부터는 심박수를 빠르게하여 심박출량을 충당한다.)

▶ 1회 박출량을 결정하는 3가지 변인

1. 심실에 채워지는 혈액량(확장기말 혈액량)
2. 심실 수축력

3. 평균동맥혈압

- 확장기말 혈액량과 심실수축력은 비례요인, 평균동맥혈압은 반비례요인

 

▶ 프랭크 스탈링 법칙(F-S)

-정맥 환류량↑ → 심실강 크기↑ → 심근의 크기/길이↑ → 심실수축력↑ → 1회 박출량↑

 

▶ 심장 박동의 강도를 조절하는 요인

1. 기계적 요인 : 스탈링의 심장 법칙

2. 신경적 요인 : 교감신경계

3. 화학적 요인 : 카테콜라민

 

(혈 압)

▶ 운동 중 혈압 상승의 원인

1. 1회 박출량 및 심박수의 증가

2. 혈액량 증가

3. 혈액의 점도 증가

4. 말초 저항의 증가

 

▶ 동맥혈압의 결정 요인

1. 혈관 내 혈액의 양 : 동맥혈관 내에 혈액의 양이 많아지면 동맥혈압은 증가

2. 심박출량 : 심박출량이 많아지면 동맥혈압 증가

3. 말초저항 : 혈액과 혈관 벽 사이의 마찰로 생기는 저항이 혈류에 오기 때문에 생기는 요인이다.

- 마찰이 일어나는 것은 소동맥 및 모세혈관의 직경이 작다는 점에서 기인한다.

- 저항이 크면 소동맥에 흐르는 혈액이 적고 대동맥에 남아있는 혈액의 양이 많아지게 되어 동맥혈압이 높아진다.

 

▶ 혈류의 재분배

- 운동을 하게 되면 교감신경에 의해 활동근 쪽 혈관은 확장되고 비활동근 쪽 혈관은 수축하게 된다.

- 기전 : 운동 중 활동부위의 대사율이 증가하여 부산물이 축적되고 조직이 산성화되어 이산화탄소 배설량이 증가되어 근섬유 온도가 높아진다. 이러한 국소적 변화는 혈관 확장을 일으키며 활동부위의 혈류량을 증가시킨다.

 

※ 운동 중 세동맥 수준에서 국부 혈류량의 조절 : 교감신경, 자율조절

- 골격근의 높은 신진대사비율 국부적인 변화를 일으킨다. (세동맥 팽창)
- 동맥혈관 가장 안쪽에서 혈관확장물질이 발생한다. → 일산화질소(NO)

 

▶ 정맥혈 회귀

- 운동 중 심박출량이 증가한다는 것은 그만큼 정맥혈 회귀량도 증가해야 한다는 것을 의미.

- 정맥혈 회귀의 3가지 요인

1. 근육에 의한 펌프 : 근육이 수축하면 근육에 있는 정맥 혈관이 압박을 받아 혈액이 심장 쪽으로 밀려서 흐르게 된다. (이때 역류하지 않는 이유는 정맥혈관에 있는 수많은 판막 때문)
2. 호흡에 의한 펌프 작용 : 숨을 들여 마실 때, 흉곽 내의 압력이 대기압보다 낮아져 정맥혈이 우심방 쪽으로 빨려 들어가는 작용을 한다.

3. 정맥 혈관 압축에 의한 펌프 작용 : 정맥혈관 수축은 온몸의 정맥 계통의 용적을 줄이도록 작용하여 혈액을 심장으로 밀어 넣는 역할

 

(트레이닝을 통한 순환계의 변화)

▶ 안정 시의 변화

1. 심장 크기의 변화 = (스포츠 심장이 된다) → 형태적 변화

심실강 크기(심장용적)의 증가 : 지구성 트레이닝에 의해 심실강 크기가 증가 됨

심근층 두께(심장벽두께)의 증가 : 순발성 트레이닝에 의해 심근층 두께가 증가 됨

 

2. 1회 박출량의 증가 → 기능적 변화

심실에 채워지는 혈액량(이완기말 혈액량)의 증가

심실 수축력의 증가

평균동맥혈압의 감소

 

3. 심박수의 감소 = (운동성 서맥 현상) → 기능적 변화

- 안정 시 심박수 감소의 요인은 부교감 신경계의 자극의 증가에 의해 이루어지고

- 운동 시 심박수 감소의 요인은 교감 신경계 자극의 감소에 의해 이루어진다.

 

4. 혈압의 감소 : 혈관에 쌓인 찌꺼기가 정화되어 혈압이 낮아진다.

 

5. 조직에서의 변화 : 모세혈관 밀도의 증가, 미토콘드리아의 수 증가

 

▶ 최대하 운동 중 변화

산소 소비량 감소

조직에서의 산소 추출력이 증가함으로서, 일반인에 비해 산소소비량이 감소한다. 이것은 운동중의 인체 효율성이 증가했다는 것을 의미한다.

[ 초기 글리코겐 사용량 감소 (포도당 절약 효과), 지방산 산화 증가, 젖산 대사 연료로 이용하는 비율의 증가 ]

 

2. 심박출량의 변화 : 최대하 운동 시 일반인의 심박출량과 동일하거나 약간 낮다. 인체의 효율성이 증대되었기 때문

 

3. 1회 박출량의 증가

- 심실강의 크기 증가로 인해 심실에 혈액이 많이 들어오고 결과적으로 1회 박출량 증가

 

4. 심박수 감소

- 운동 시 이기 때문에 교감신경계 자극의 감소로 인해 심박수가 감소

 

5. 근혈류량의 감소

- 일반인에 비해 근육으로 가는 적은 혈류량에 의해서도 많은 산소를 추출할 수 있는 능력이 생긴다. 즉 동정맥 산소차가 크다는 것으로 효율성이 높다.

 

6. 젖산 생성량 감소, 무산소성 역치 증가

지방산 산화 증가로 초기 근 글리코겐 이용 감소, 미토콘드리아 산화능력 개선, 동정맥산소차 증가, 미토콘드리아의 수와 크기 증가, 젖산을 대사연료로서 사용비율 증가

 

▶ 최대운동 중 변화

최대산소섭취량 증가 (최대 심박출량 ‧ 최대 동정맥산소차)

- 심박출량 증가를 통해 활동근육으로의 총 혈류량 증가 = 최대 심박출량 증가

- 골격근에 의한 혈액에서의 산소 추출량의 증가 = 최대 동정맥산소차 증가

 

2. 심박출량의 증가

 

3. 1회 박출량의 증가

- 1회 박출량은 심박출량과 최대산소섭취량의 크기를 결정하는 가장 중요한 요인

 

4, 심박수의 변화

- 최대 심박수는 트레이닝 전과 후의 비교 시 큰 변화가 없다 (ex. 카보넨 공식에서의 최대심박수는 220-연령으로 상수 값으로 지정되어있다. 즉 최대 심박수는 트레이닝에 의한 변화가 거의 없다는 뜻)

 

5. 젖산 생성량의 증가

해당능력의 증가로 인해 탈진적인 운동 중 더 많은 젖산을 생성 할 수 있다. 근 글리코겐 저장량 역시 증가

 

6. 근 혈류량 변화

- 전체 활동근으로의 혈류량이 많아지지만 kg당 근육으로 흐르는 혈류에는 차이가 없다.

(활동근 전반에 대한 혈류 재분배)

 

7. 동정맥 산소차의 증가

- 모세혈관 밀도의 증가, 미토콘드리아 산화 능력의 향상.

 

내분비계와 운동

(내분비선과 분비되는 호르몬)

▶ 뇌하수체 전엽

1. 성장호르몬

- 성장호르몬은 조직의 아미노산 섭취, 새 단백질의 합성, 장골의 성장을 자극

- 성장호르몬은 혈장포도당을 다음과 같이 비축

(1) 혈장포도당의 이용을 감소시키기 위해 인슐린 활성을 억제

(2) 간에서의 새로운 포도당 합성 증가

(3) 지방조직으로부터의 지방산 동원 증가

- 성장호르몬은 운동 중 지방조직에서의 지방산 활용을 증가시켜 혈중 포도당 수준을 유지시키도록 한다.

 

▶ 뇌하수체 후엽

1. 항이뇨호르몬

- 신장 집합관의 수분 투과성을 높임으로써 인체 수분 보유를 증가시킨다.

- 그 결과 소변으로 배출되는 물의 양이 감소. 따라서 탈수 위험을 감소시켜 준다.

- 항이뇨호르몬의 분비를 증가시키기 위한 중요한 자극

(1) 물 보충 없이 과도한 수분 손실로 인한 높은 혈장 삼투압 농도

(2) 혈액 손실이나 불충분한 수분 보충으로 인한 낮은 혈장량

 

▶ 부신선 - 부신수질

1. 카테콜라민(에피네프린, 노르에피네프린)

- 부신수질이 교감신경계에 의해 자극되면 부신수질에서 에피네프린(80%)과 노르에피네프린(20%)이 분비된다.

- 두 호르몬의 복합적인 작용

(1) 심장의 박동수와 수축력 증가

(2) 간과 근육의 글리코겐 분해

(3) 혈액 속으로의 글루코스와 유리지방산 방출 증가

(4) 골격근으로의 혈액 공급 증가

(5) 혈압의 증가 / 호흡량의 증가

 

▶ 부신선 - 부신피질

1. 전해질 코티코이드(알다스테론)

- 소디움(Na⁺) 과 포타시움(K⁺)의 균형을 유지한다.

- 신장의 소디움(나트륨) 재흡수를 증가시켜 인체가 더 많은 소디움(나트륨)을 보유하도록 만들고 탈수 현상을 방지한다.

 

 

2. 글루코 코티코이드(코티졸)

- 탄수화물, 지방, 단백질 대사 조절

- 간에 의해 새로운 포도당을 생성(글루코스 신생합성)

- 포도당이 조직으로 들어가는 것을 방해하여 조직이 더 많은 지방산을 대사연료로 이용하도록 유도하는 역할

 

▶ 췌장

1. 인슐린

- 혈장 포도당 농도가 증가하면 인슐린이 분비되어 조직의 포도당 흡수를 높게 하고 혈장의 포도당 농도를 낮추게 한다. (혈당을 근조직에 글리코겐 형태로 재흡수 - 혈당치를 낮춤)

- 특징

(1) 세포 내부로의 글루코스 이동을 촉진 → 혈액속의 글루코스↓, 글리코겐 생성↑

(2) 단백질과 지방 합성을 촉진

 

2. 글루카곤

- 낮은 혈장 포도당 농도에 반응하여 증가 (혈당치가 낮을 때 분비되어 혈당치를 높임)

- 특징

(1) 글리코겐을 분해 → 혈장 글루코스의 농도↑

(2) 글루코스 신생합성을 촉진

(3) 운동 중 혈당치가 높아야 하기 때문에 인슐린 수준은 감소하며 글루카곤은 점차 증가

 

▶ 신장

1. 레닌 : 혈압 조절을 돕는다

 

(운동에 대한 내분비계의 반응)

▶ 운동 동안의 글루코스 대사 조절

- 혈장 글루코스의 양을 중가시키는 4가지 호르몬

1. 글루카곤 : 간 글리코겐 분해와 글루코스 신생합성을 촉진

2. 에피네프린 & 노르에피네프린 : 글리코겐 분해

3. 코티졸 : 단백질 분해를 증기시켜 아미노산이 간에서 글루코스 신생합성에 사용되도록 함

(운동 중 인슐린의 양은 감소한다)

 

▶ 운동 동안의 지방 대사 조절

- 중성지방은 지방세포와 근섬유 내부에 저장되어 있다.

- 중성지방은 라이페이스라는 효소에 의해 유리지방산과 글리세롤로 분해되며 4가지 호르몬에 의하여 활성화 된다.

1. 코티졸

2. 에피네프린

3. 노르에피네프린

4. 성장호르몬

※ 서서히 작용 호르몬 : 코티졸, 성장호르몬 / 빠르게 작용 : 카테콜라민, 인슐린, 글루카콘

▶ 운동 중의 신체 수분과 전해질 균형에 대한 호르몬의 영향

1. 알다스테론과 레닌-앤지오텐신의 작용

(1) 레닌- 엔지오텐신 : 감소된 혈압이나 혈액 공급에 의해 신장에서 레닌이라는 효소를 생성 → 레닌은 엔지오텐신이라는 혈장 단백질 활성화 → 부신피질로부터의 알다스테론 분비 촉진

(2) 알다스테론 : 신장의 소디움(나트륨)흡수에 기여하여 신체 수분 증가, 혈장량과 혈압상태를 정상 상태로 상승

 

2. 항이뇨호르몬(ADH)

- 삼투질이 증가하면 시상하부는 뇌하수체 후엽의 항이뇨호르몬 분비를 증가

- 항이뇨호르몬은 신장에서의 수분 재흡수를 증가시켜 인체의 수분 배설을 감소시킴.

 

 

일, 파워, 에너지소비량의 측정

▶ (생리학에서의)일과 파워

1. 일

- 일 = 힘 ‧ 거리

- kp = N

- 1kpm = 9.81J (중력가속도 = 9.81m/s²

- 1000kpm = 1KJ

 

2. 파워

- 파워 = 일/시간

- 파워의 단위는 watt이며, 6.12kpm ‧ min⁻¹

 

 

2. 자전거 에르고미터

- 회전당 이동거리(m)과 플라이휠 저항(kp)를 고려하여 계산

 

3. 트레드밀

- 트레드밀을 경사지게 하는 것을 단위로 표현할 때 ‘경사도’라고 하며 이 경사도는 트레드밀의 사인각 ‧ 100을 통해 계산할 수 있다.

- 수직 이동거리 : 경사도(%) ‧ 거리 → ex. 7% = 0.075

- 전체 작업량(일량) : 트레드밀 속도 ‧ 트레드밀 각도 ‧ 운동시간 ‧ 피험자의 체중

 

▶ 에너지 소비량 평가

- 1MET는 안정 시 산소섭취량의 의미로 3.5ml ‧ kg⁻¹ ‧ min⁻¹를 나타낸다.

- 에너지 소비량은 MET에 대한 곱으로 표현할 수 있다.

- ex. 10MET의 에너지소비를 요구하는 신체활동은 35ml ‧ kg⁻¹ ‧ min⁻¹의 산소가 필요하며 이는 안정 시 대사 작용의 10배에 해당한다. 60kg인 사람이 10MET의 운동을한다면 필요한 분당 산소섭취량은 다음과 같다.

분당산소섭취량 = 35ml ‧ kg⁻¹ ‧ min⁻¹ x 60kg = 2100ml ‧ min⁻¹

※ MET의 개념을 구할 시에는 최대하 운동(항정상태)시를 제시할 것

▶ 운동효율성

순수효율성(%) = 운동량/안정시를제외한에너지소비량 ‧ 100

※ 분당 산소섭취량은 최대하 운동(항정상태) 동안 평가해야 한다,

- 전체 산소섭취량에서 안정 시 산소섭취량을 뺀 순산소섭취량을 구해야 한다,

- 에너지 소비량 = 순산소섭취량 x 산소섭취량 1L ‧ min⁻¹ 당 일량(그래프에 제시)

- 답은 22~28% 사이로 제시될 것.(실제 인체는 22~28%이상의 효율성을 만들기 어려움)

 

 

트레이닝방법론

건강, 체력 및 트레이닝

▶ 건강관련체력과 운동관련체력

1. 건강관련체력 : 근력, 근지구력, 심폐지구력, 유연성, 신체조성(체지방률, 제지방률)

2. 운동관련체력 : 순발력, 민첩성, 평형성, 협응력, 스피드

 

트레이닝의 기초

▶ 트레이닝을 위한 운동 처방의 요소

(질적 요소)

1. 운동 형태(양식)

- 트레이닝의 목적에 따라 운동 형태는 선별되어야 한다.

2. 운동 강도

- 운동 강도란 어느 정도로 강한 운동을 할 것인가를 결정하는 중요한 척도가 되는 것이다.

- 운동 강도, 즉 운동처방범위는 적정 범위 내에서 고려되어야 한다. 운동처방범위는 안전한계와 유효한계 범위 사이에서 채택되어야 한다.

(1) 안전 한계 : 그 이상의 강도에서는 위험을 수반할 수 있는 운동 강도 → 부상확률↑

(2) 유효 한계 : 그 이하의 강도에서는 효과를 기대하기 어려운 운동 강도 → 운동효과X

※ 운동 강도(운동처방범위)는 체력이 좋을수록 범위가 넓어지고, 체력이 떨어질수록 범위가 좁아지게 된다.

- 운동 강도는 근력에서의 최대반복횟수(RM), 스피드에서의 %HRmax, %VO₂max 등으로 표현한다.

 

- 절대운동강도 : 개인의 최고 능력을 고려하지 않는 상태에서의 운동강도를 부여하는 것

- 상대운동강도 : 개인의 최고 능력에 대한 비율(%)로 나타내는 것

▶ 카보넨 공식을 이용한 목표 심박수의 계산

(1) 최대심박수(HRmax) : 220-나이 (2) 최대예비심박수(여유심박수) : 최대심박수 - 안정시심박수 (3) 목표심박수 : [ 여유심박수 ‧ 운동강도(%) ] + 안정시심박수

 

▶ 최대반복획수(RM)을 이용한 운동강도 설정

1RM 결정법 : Wo + W1 Wo : 약간 무겁다고 생각되는 임의의 중량 W1 : Wo ‧ 0.025 ‧ R(반복횟수)

 

(양적 요소)

1. 운동 시간

- 이미 결정된 운동 강도로 얼마 동안 운동을 지속할 것인가에 대한 운동의 양적 조건

- 일반적으로 1세트, 1세션과 같은 시간단위 혹은 카운트단위로 처방되는 경우가 많다.

2. 운동 빈도

- 결정된 운동 강도와 운동 시간으로 구성된 한 번의 연습을 몇 번 트레이닝 할 것인가에 대한 운동의 양적 요소

3. 운동 기간

- 한번 결정된 운동강도, 시간, 빈도 등이 트레이닝 요소에 따라 운동을 실시할 때 얼마 동안의 기간이 경과하면 원하는 효과가 나타날 것인가를 의미한다.

 

▶ 트레이닝을 위한 운동처방의 원리

1. 과부하의 원리

- 훈련 효과를 얻기 위해서는 일정한 수준의 부하 이상으로 기관계나 조직이 자극을 받아야 한다는 것을 의미

2. 가역성의 원리

- 과부하가 이루어지지 않거나 운동이 중지되었을 때 운동능력이 빠르게 감소된다는 것을 의미

3. 특수성(특이성)의 원리

- 훈련의 효과는 운동 중에 사용된 근육에만 영향을 미친다.

- 유산소성 / 무산소성 중 어떤 에너지 체계를 사용하는지, 신장성 / 단축성 / 등척성과 같은 근육 수축의 형태가 어떠한지 등에 따라 운동 효과가 달라진다.

- 특이성이란 훈련의 결과로 근육에서 일어나는 적응 형태(선택적 비대) 와도 관련이 된다.

4. 점증 부하의 원리

- 트레이닝의 처방 요건에 따라 운동의 질과 양을 점증적으로 늘려가는 것을 의미 한다.

5. 개별성의 원리

- 개개인마다 운동 수행의 정도가 다르고 운동능력, 잠재력, 연령, 건강상태, 회복능력 등이 다르므로 트레이닝의 목표를 개인의 특성에 입각하여 하는 것을 의미한다.

6. 다양성의 원리

- 수영, 달리기와 같은 종목들은 자칫 훈련의 단조로운 반복으로 지루함을 느끼기 쉽다.

- 때문에 트레이닝 방법의 다양한 변화를 줌으로써 슬럼프에 빠지지 않고 경기력을 향상 시킬 수 있다.

7. 적극 참여의 원리

- 트레이닝의 목적을 알고 트레이닝의 요소들을 자발적이고 적극적으로 참여하는 태도는 트레이닝의 결과에 긍정적인 영향을 주게 된다.

8. 전면성의 원리

- 신체의 여러 측면에서의 발달을 도모하는 것은 우리 신체를 보다 튼튼히 하며, 기술을 완벽하게 만드는 데 중요한 역할을 한다.

 

▶ 준비운동 및 정리운동

1. 준비운동의 필요성

(1) 근, 인대 등 상해의 위험을 최소화한다.

(2) 운동피로의 조기 발현을 예방한다. (본 운동 시 젖산축적을 지연시킴)

(3) 신경계의 통합적인 조절 기능을 높여준다.

(4) 신장 손상의 위험을 감소시킨다.

 

2. 정리운동의 필요성

(1) 젖산 등의 피로물질을 제거 (운동 후 동적 휴식을 통한 산소공급량의 증가)

(2) 뇌빈혈의 예방 (갑작스러운 활동 정지는 정맥 환류량이 감소하고 심박출량이 급격히 감소되어 뇌빈혈을 초래)

(3) 근통증이나 근경직을 예방

 

▶ 학생건강체력평가시스템(PAPS) - 12개 종목

1. 심폐지구력 : 왕복오래달리기, 오래달리기-걷기, 스텝검사

2. 유연성 : 앉아윗몸앞으로굽히기, 종합유연성검사

3. 근력, 근지구력 : (무릎대고)팔굽혀펴기, 윗몸말아올리기, 악력검사

4. 순발력 : 50m달리기, 제자리 멀리뛰기

5. 체지방(신체조성) : 체질량지수(BMI), 체지방률(%Fat)

 

▶ 순발력 트레이닝 - 플라이오메트릭 트레이닝의 신전수축주기 기전

단계	동작	생리학적 결과
1. 신장성	주동근의 신전	- 탄성에너지가 연속 탄성 요소에 저장됨 - 근방추가 자극
2. 아모티제이션	1과 2단계에서의 지연시간	- 구심성신경이 알파운동신경과 연접 - 알파운동신경이 신호를 주동근군에 전달
3. 단축성	주동근의 수축	- 탄성에너지가 연속 탄성요소로부터 방출 - 알파운동신경이 주동근군을 자극

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