[183호 과학학술] 건강을 지키기 위한 겨울철 운동

 

최근 자연에서 얻을 수 있는 식재료를 마음껏 섭취하며 단당류, 가공 식품, 유제품 등의 섭취를 제한하는 “원시인 다이어트”가 각종 매체에서 관심을 받고 있다. 가공되지 않은 자연식품을 섭취하면 신체 면역력도 증강될 것이라는 기대와 더불어 건강한 다이어트 방법으로 인식되고 있다. 그러나 우리가 간과하고 있는 것은 현재 우리의 생활환경 자체가 원시인과 다르다는 것이다. 농업과 축산업이 발달되지 못했던 원시시대에 사람들은 식량 확보 및 생계유지를 위해서 선택의 여지없이 초원을 떠돌아다니는 유목민 생활을 하였다. 수렵생활을 통하여 열량소인 탄수화물, 지방 그리고 단백질을 얻었으며, 이는 모든 세포의 기능 수행을 위한 에너지원인 ATP(adenosine triphosphate)를 합성하는데 사용되어졌다. 그러한 생활환경 속에서 지속적인 활동으로 체내 지방 축적이 어려웠을 것이며, 현대인들과 같은 과식, 과음 및 운동 부족으로 발생할 수 있는 현대병, 문화병이라 지칭되는 생활 습관병(life habit disease)은 발병되지 않았을 것이다. 현대인들은 문명의 발달로 인하여 먼 거리도 큰 에너지 소비 없이 편리하게 이동할 수 있으며, 섭취하고 싶은 모든 음식들은 주변에서 쉽게 구할 수 있게 되었다. 즉, 신체활동 없이 쉽게 에너지 보충이 가능해 졌으며, 그에 따른 활동량은 줄어든 것이다. 활동의 제한은 섭취한 음식물에 대한 에너지 소비를 감소시켰다. 섭취 에너지와 소비 에너지를 일치시키지 못하면 남아있는 에너지는 지방으로 우리 몸에 저장된다. 따라서 소비에너지를 늘이기 위해서 운동은 매우 중요하다. 그러므로 주로 좌업생활을 하고 있는 현대인들에게는 체중조절 및 대사활성을 위해서 원시인들의 식이요법을 추구하는 것도 중요하지만 수렵활동을 대신할 수 있는 신체활동이 꼭 수반 되어야 한다. 신체 활동의 중요성을 인식한다면 추운 날씨로 활동양이 줄어드는 겨울, 저온에 대한 신체의 생리학적인 반응 및 변화를 알아보고 겨울철 영양 섭취 및 목적에 적합한 운동법을 살펴 볼 필요가 있다.

겨울철, 저온 환경에 대한 신체의 반응

외부 온도가 낮아질수록 체내에는 여러 가지 생리학적인 반응이 나타나며, 열보존 및 열생산에 대한 기전(mechanism)들을 활성화 시켜 체온 손실을 최소화 시키게 된다. 이런 저온 상태에서의 대표적인 생체 반응은 다음과 같다. 외부 저온환경에 대한 첫 번째 반응으로 인체는 열보존을 통한 체내 심부 온도를 유지하게 된다. 저온 환경에 의한 피부 및 심부온도가 떨어지게 되면 시상하부에 있는 체온조절중추는 피부에 넓게 퍼져 있는 동맥을 수축시키게 된다. 이런 반응은 체외로 빼앗길 수 있는 온도를 최소화 시키며 심부에 혈류를 재분배하여 심부체온을 유지하는데 도움을 주게 된다. 동시에 신경 피드백은 시상하부로 전달되고 체온조절중추는 뇌하수체를 통해 갑상선과 아드레날린선을 활성화 시킨다. 갑상선에서 분비되는 티록신(thyroxin)은 최대로 분비될 때, 대사율을 정상보다 50~100%이상 상승시킨다. 운동에 대한 갑상선의 반응을 실험한 신창호(2005)의 연구에서는 60분간의 수중 트레이드밀 운동이 대조군에 비해 티록신을 유의하게 증가 시켰다고 한다. 이는 시상하부 뇌하수체 갑상선축(HPT axis; Hypothalamic–Pituitary–Thyroid axis)이 운동에 의해 자극되면 갑상선 호르몬인 티록신의 분비가 왕성하게 되고 티록신은 에피네프린의 활성을 증가시켜 지방산화를 증가시키게 된다. 저온 상태인 수중운동은 열보존을 위한 대사증가로 인하여 티록신의 분비가 상승하게 된다. 아드레날린선으로부터 분비되는 카테콜아민(에피네프린, 노르에피네프린)은 부신수질로부터 배출되어 세포의 대사를 증가시키게 된다. 운동에 따른 카테콜아민의 반응에 있어서 정덕조 등(2003)의 연구에서는 고강도 트레이드밀 운동 후 이러한 호르몬 반응이 높게 상승되었다고 한다. 그러므로 운동은 체내 두 호르몬의 긍정적인 변화를 유도 할 것이다. 저온 환경에 따른 인체의 두 번째 반응으로는 떨림(shivering)으로 인한 열생산이다. 떨림은 통제되지 않은 근육의 수축 활동을 통하여 대사작용을 50%나 상승시키며, 이는 안정 시 보다 체내 열 생산량을 4~5배까지 증가시키게 된다. 이러한 열생산 기전으로 인하여 체내에 축적되어있는 에너지원은 더욱 많이 분해되어 열생산에 기여할 것이다. 그러므로 떨림은 저하된 체온의 상승을 유도하는 적절한 생리학적인 신체 반응이다. 세 번째는 심혈관 반응 및 근육활동이다. 저온 환경에서 신체는 체온 유지를 위해 혈류 재분배를 통한 피하 모세혈관들의 혈류 유입을 감소시킴으로써 단열층을 늘리고 대류와 전도에 의한 열손실을 최소화 시키게 된다. 이로 인해, 혈액량의 분포는 몸의 안쪽인 심부에 집중된다. 그러나 외부 온도가 내려 갈수록 단열만으로는 체내 열손실을 막을 수 없으며, 궁극적으로는 정상적인 생리활동을 유지할 수 없게 된다. 그러므로 체온 유지를 위해 부가적인 열공급이 필요하며, 여러 가지 방법 중 운동이 근육의 수축·이완을 통하여 추가적인 열생산을 공급하게 된다. 특히 격렬한 운동은 대사 작용을 7배 정도 증가시키며, 그 중 75%가 인체의 체온을 유지하는데 동원된다. 또한 지속적인 저항 트레이닝은 근 단면적을 증가시켜 체온유지에 효과적인 작용을 하게 된다. 체중 당 체표면적이 큰 사람이 작은 사람에 비해서 체온을 유지하는데 유리하다. 예를 들어 체구가 큰 사람은 피부 아래의 지방질 외에도 근육층에 혈관을 수축함으로써 단열층을 더욱 두껍게 유지할 수 있다는 장점이 생기게 된다. 외부 온도 저하는 많은 양의 근육 및 중추신경을 자극하여 혈관을 수축시키고 혈류 재분배는 체내 열손실을 최소화 시켜 주므로 심혈관 반응 및 근육활동은 열생성에 긍정적인 영향을 주게 된다.

겨울철 운동 시 신체의 생리학적 반응

저온에 의한 심부체온이 낮아진 상태에서 운동을 수행하게 되면 심박수가 감소하여 결국 최대심박출량이 감소하게 된다. 또한 혈액온도의 저하는 산소해리곡선(oxygen dissociation curve)을 왼쪽으로 이동하게 하며, 이는 조직으로의 산소유입을 감소시키게 한다. 즉, 최대산소섭취량(VO2max)이 떨어지게 되는 것이다. 그러나 아직까지 저온 환경에서의 활동이 해당작용(당을 분해하여 에너지를 만드는 과정)을 활성화 시켜 근육 글리코겐(에너지대사 물질)의 소비를 촉진한다는 것은 정설로 되어 있다. 이는 저온이라는 외부적 스트레스 특히 수중에서 실시된 연구에서 찬물의 입수 시 젖산(당이 에너지로 바뀌면서 생성되는 부산물)의 축적이 발생 되었으며, 심부온도의 저하 및 통제군(control group)과 비교하여 운동 중 산소섭취량의 증가가 나타났다. 이런 선행연구들을 비교하여 근 글리코겐의 소모는 저온의 외부환경에서 월등히 높게 나타난다는 사실을 알 수 있다. Jacobs 등(1985)의 연구에서 피험자를 대상으로 9°C와 21°C의 환경에서 저강도(55W)의 싸이클링 운동을 실시한 결과 따뜻한 환경에서 보다 추운 환경에서 더욱 많은 근 글리코겐의 소모가 나타났다. 이는 다른 대사적인 변화 보다는 열발산을 위한 떨림(shivering)에 의해 더욱 많은 근 글리코겐의 소모가 발생한 것으로 볼 수 있다. 이렇듯 운동 중 저온에서 더욱 높은 해당작용 반응과 젖산 축적에 원인이 될 수 있는 요인은 다음과 같다. 일반적인으로 근육의 온도가 저하 된다면 효율성은 떨어질 것이다. 이는 근육의 온도저하가 신경의 민감성를 떨어뜨려 수축 속도를 느리게 하기 때문이다. 그러므로 효율적인 근력을 발현할 수 있도록 근육에 적정온도 유지 및 근력발현을 위한 에너지 소모가 발생될 것이다. 즉, 저온에서의 활동은 상온에서의 활동과 비교하여 두 가지 생리적인 에너지 소모 반응이 동시에 나타나게 된다.

겨울철 우리 몸이 원하는 영양소

신체는 저온 환경에 적응하기 위해 대사 항진에 의한 열 생산의 증가가 나타나게 된다. 이 때 에너지 소비가 높아지게 되는데, 이는 영양소의 이화가 항진되기 때문이다. 그러므로 적절한 영양분 섭취 및 내분비 계(뇌하수체, 부신, 갑상선등)의 기능을 유지하기 위해 단백질과 비타민 B, C를 충분히 섭취하는 것이 좋다. 특히 단백질은 에너지 대사의 특이동작용(specific dynamic action)으로 인하여 상대적으로 체내의 축적이 적으며, 내한성(cold resistance)이 높아 적절한 섭취는 저온에서 체온을 유지할 수 있는 원동력이 되기도 한다. 저온 환경에서는 각종 대사가 저하되므로 원활한 에너지대사 작용을 위해 비타민 B군(티아민, 리보플라빈, 피로독신, 나이신, 판토텐산)을 충분히 섭취해야 한다. 또한, 비타민 C는 내한성을 높일 수 있는 부신기능을 활성화 시킬 수 있기 때문에 적절한 섭취가 요구되어 진다.

183-06-2

건강 및 체력 향상을 위한 운동법

신체가 저온 상태에 갑자기 노출될 경우 급격한 혈관 수축으로 인하여 혈압 상승이 나타나게 된다. 이런 혈압 상승은 정상인의 경우 외부 환경에 빠르게 적응하여 원활한 혈액 흐름을 유지해 주지만, 고혈압 환자의 경우 심각한 상황에 이르게 되는 경우도 있다. 그러므로 운동 프로그램은 개인의 건강과 체력 목표에 맞게 계획되어야 한다. 체력 향상을 위한 대표적인 운동 형태는 근력 및 근비대를 위한 운동, 심혈관 개선을 위한 운동 또는 축적된 지방을 연소하기 위한 운동 등으로 나눌 수 있다. 근력을 향상시키기 위한 중량운동의 경우 운동강도는 높게 설정(1RM 90%; 1 Repetition Maximum 90%)하고 휴식시간을 길게 설정(3분)하여 실시하는 것이 좋다. 근비대의 경우 점증부하 방식으로 무게를 설정(1RM 40~80%)하여 실시하고 세트간 휴식시간은 짧게 설정(30초)하여 실시하면 된다. 중량운동을 통한 근력 및 근비대 향상 기전으로는 근수축에 의해 근육세포로부터 인터루킨-6(IL-6)와 같은 사이토카인(cytokine; 혈중 면역 단백질)이 분비되고, 이는 시상하부를 거쳐 뇌하수체로부터 성장호르몬(growth hormone)의 분비를 자극하게 된다. 이런 호르몬의 분비는 근단백질의 합성을 촉진하는 작용을 하게 된다. 미국스포츠의학회(ACSM; American college of sports medicine)에서는 일반인을 대상으로 근육 성장을 위한 중량운동 프로그램의 경우 최소 48시간의 간격을 두고 주 2~3일, 주요 근육군(가슴, 어깨, 등, 허리, 복부, 엉덩이, 다리)을 운동해야 한다고 정의하였다. 예를 들어 하체의 근육들은 월요일과 목요일에 실시하며, 상체 근육들은 화요일과 금요일에 실시하면 된다. 각 근육군은 총 2~4세트를 실시하는 것이 바람직하다. 이들 세트에는 동일한 운동이거나 동일한 근육군에 영향을 미치는 운동들을 혼합하여 실시하면 된다. 예를 들어 가슴 근육인 흉근인 경우 벤치프레스를 4 세트 실시하거나 벤치프레스 2 세트와 흉근과 관련된 다른 동작을 2 세트 할 수도 있다. 세트 간 휴식 시간은 2~3분이 적당하다. 또한 근육군당 4 세트는 2 세트로 하는 것보다 효과가 있다. 초보자의 경우 장기적으로 볼 때 운동 시마다 1 세트씩 실시하는 경우라도 근력을 향상 시킬 수 있다. 또한 동일한 근육군에 영향을 줄 수 있는 2종류의 운동을 각각 1세트 씩 수행하더라도 해당 근육을 2 세트 운동한 것이 된다. 근육 발달에 필요한 저항성 운동은 세트당 8~12회를 실시하는 것이 바람직하며, 이는 1RM의 약 60~80%의 무게를 이용하는 것이 효율적이다. 예를 들어 1RM이 100kg이라면 트레이닝 기간 중에는 60~80kg 범위 내에서 실시해야 이상적인 운동 효과를 얻을 수 있다. 만약 운동할 때마다 여러 세트를 실시한다면 첫 세트에서는 12회 정도이고, 마지막 세트 운동은 약 8회로 줄어들게 된다. 또한 과도한 근피로가 발생되기 전까지 운동을 진행해야 효과적인 향상을 기대할 수 있다. 과도한 근피로는 상해 발생 위험이 있으며 지연성 근통증(Delayed onset muscle soreness; DOMS)으로 인한 트레이닝의 지연을 초래할 수 있기 때문에 피하는 것이 좋다. 저항성 트레이닝 프로그램에서 근지구력의 향상이 목적이라면 15~25회로 반복 횟수를 증가시켜 근피로의 내성이 생길 수 있도록 하며, 세트와 세트 사이 휴식시간도 줄여야 할 것이다. 근지구력을 위한 강도 설정은 1RM의 50%이하로 설정하는 것이 효과적이다. 심혈관 개선을 위한 유산소성 운동의 경우 다른 운동과 비교하여 적은 양의 칼로리가 소모되지만 좌업생활을 하는 사람들에게는 여러 가지 이점이 있기 때문에 권장되어진다. 미국스포츠의학회에서는 주당 3~5일간의 유산소성 운동을 권장하고 있다. 이는 주당 3일 미만의 운동에서는 체력의 향상이 적었으며, 주당 5일 이상의 운동에서는 상해 유발의 위험성이 증가할 수 있기 때문이다. 그러나 운동 형태를 다양하게 하거나 각기 다른 근육군을 이용하는 운동 프로그램인 경우 매일 고강도의 신체활동도 가능하다. 일반적으로 중강도(40%~<60% VO2R; 심박수와 호흡이 약간 증가)의 수준이 성인의 최소운동 강도로 권장되어지고 있으나, 더욱 많은 체력 향상을 위해서는 고강도(≥60% VO2R)를 병행한 중·고강도의 복합실시가 체력향상에 이상적이라 할 수 있다. 체지방 연소를 위한 운동은 칼로리를 최대한 소비하기 위해 주 5일을 실시해야 하며, 중강도에서 고강도로 실시하는 것이 바람직하다. 처음 실시하는 경우 중강도(40~60% VO2R)에서 시작해야 한다. 중강도의 운동이 어느 정도 적응되었다면 점차 고강도 운동(50~70% VO2R)으로 증가시키면 된다. 운동 시간의 경우 일일 30~60분 정도로 실시해야 하며, 대근육군을 포함한 신체활동이 주로 실시되어야 한다. 3가지의 운동은 목적에 따라 약간의 차이는 있지만 결국 전체적인 운동 설계는 준비운동, 본운동, 정리운동의 형태로 구성되어야 바람직하다. 준비운동의 경우 체온을 증가시키고 운동 후의 근육통 및 근강직의 가능성을 줄이기 위해 저강도(<40% VO2R)에서 중강도(40%~<60% VO2R)의 유산소성 및 근지구성 운동을 최소 5~10분 지속한다. 이후 본운동의 경우 FITT원칙(빈도, 강도, 시간 및 기간, 형태)에 맞게 개인별 운동 프로그램을 작성해야 하며, 일일 최소 20분에서 60분까지 지속되어야 한다. 본운동 후 정리운동은 준비운동과 마찬가지로 실시하면 된다. 운동 시 주의점은 대부분의 운동이 저온 환경에서 실시하게 되면 대류에 의한 열손실 발생되며, 이는 체온을 떨어뜨리는 원인으로 작용하게 될 것이다. 이런 반응으로 피로가 증가하게 되며, 근육에서 나타날 수 있는 대사량을 줄여 오히려 피하지방의 축적을 증가시킬 것이다. 그러므로 외부 운동 보다는 실내운동을 권장하며, 18~20도의 실내온도는 운동을 지속할 수 있는 가장 적절한 환경일 것이다. 점점 추워지는 겨울, 꾸준한 운동으로 체지방을 낮추고 근육량을 높여 신체의 기초대사량을 증가시킬 수 있다. 이러한 노력은 따뜻한 봄이 왔을 때 건강과 더불어 아름다운 신체를 선사해 줄 것이다.

 


이 광 규 / 고려대학교 체육학 박사과정

 

 

 

* TIP : 지연성 근육 통증(DOMS), 특이동작용

 

  • 지연성 근육통증(delayed onset of muscle soreness; DOMS)

지연성 근육통증은 운동 후 발생되는 근육부위의 통증으로 보통은 운동이 끝나고 24~72시간 사이에 심한 근육통증이 나타난다. 이는 단축성(concentric)운동보다는 신장성(eccentric)운동에서 주로 나타난다. 지연성 근육통증의 발생 기전에 대해서는 여러 이론이 존재하나 단독적으로는 이 현상을 설명하지는 못한다. 그 종류로는 젖산이론 · 근육경련이론 · 결합조직손상이론 · 근육손상이론 · 염증이론 등이 제시되고 있다.

  • 특이동작용(specific dynamic action)

특이동작용은 식품을 섭취한 후 휴식대사량 이상으로 소비되는 열량을 말한다. 식품의 소화·흡수·운반 및 대사가 될 때 일어나는 여러 과정이 에너지를 필요로 하기 때문에 에너지 대사가 자극된다고 본다. 이 효과는 먹은 식품의 양과 형태에 따라 좌우되며, 단백질로만 된 식사를 할 경우 단백질의 대사효과에 의한 값이 25~30%나 상승된다. 탄수화물의 경우 6%, 지방의 경우 6~14%정도 상승시키게 된다.

작성자: khugnews

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