근육 해부학 및 VBT

근육 해부학과 근력 강화 방법을 이해하는 것은 서로 밀접한 관련이 있습니다. 이 글에서는 해부학적 관점에서 근육 수축의 메커니즘을 설명하고, 이를 바탕으로 속도 기반 훈련의 원리와 목적이 어떻게 직접적으로 연관되는지 살펴보겠습니다.

VBT와 근육 수축

아래의 모든 내용은 근력 훈련, 특히 속도 기반 훈련과 어떻게 연관되는지 파악할 수 있도록 근육의 해부학 및 생리학에 대한 매우 구체적인 이해를 돕기 위한 것입니다. 이전 글에서 우리는 힘-속도 프로파일링에 대해 다룬 바 있습니다. 힘-속도 관계란 단순히 근육 길이가 변화하는 속도(외부 부하 또는 다른 근육에 의해 조절됨)와 동일한 근육이 생성하는 힘의 양 사이의 관계를 의미합니다. 개인의 근육 조직 특성에 따라 힘-속도 프로파일의 곡선 모양이 결정되며, 이 곡선은 수축 시 더 많은 운동 단위를 동원하거나 각 수축의 발화 빈도를 높임으로써 다시 변화할 수 있습니다. 그리고 이 두 가지 변수는 훈련을 통해, 특히 속도 기반 훈련과 같이 구체적이고 의도적인 훈련을 통해 변화시킬 수 있습니다.

Perch 같은 VBT 기기를 통해 즉각적이고 객관적인 피드백을 제공받으면, 리프팅의 의도를 수치화할 수 있을 뿐만 아니라 시간 경과에 따른 변화도 추적할 수 있습니다. 이러한 데이터 포인트를 통해 코치는 선수의 근육 깊은 곳에서 실제로 어떤 일이 일어나고 있는지 엿보거나 기본적인 이해를 얻을 수 있습니다. 노력도에 숫자를 부여함으로써 선수들은 다양한 강도 수준에서 근육 수축이 어떤 느낌인지 이해하게 되고, 자신의 신체와 더욱 조화를 이루도록 장려할 수 있습니다. 근육이 더 많은 힘을 발휘하도록 훈련시키는 것은 간단하지만, 결코 쉬운 일은 아닙니다. 여러분의 프로그램은 선수들에게 다음을 가르쳐야 합니다:

1. 수축할 때마다 더 많은 운동 단위를 동원하십시오
2. 이미 활성화된 운동 단위 집단의 발화 빈도를 높인다

다양한 근력 및 스포츠 경기력 향상 분야에서 속도 기반 훈련 기술이 점점 더 보편화됨에 따라, 목표 달성에 걸리는 시간이 단축되고 선수들은 자신의 잠재력을 극대화할 수 있게 되었습니다. 다음 내용은 근육이 수축하는 이유와 그 원리를 이해하는 데 도움이 될 것입니다.

근육 수축의 종류

근육 수축에는 네 가지 유형이 있습니다:

1. 등장성 수축: 근육의 길이는 변하지 않은 채로 긴장을 발생시키는 것
2. 등장성 수축: 근육의 길이가 변하더라도 일정한 긴장을 유지하는 현상.
3. 동심 수축: 근육의 수축력이 저항하는 외부 부하를 이겨내고, 근육이 수축하면서 길이가 짧아진다
4. 이심성 수축: 근육의 장력이 이에 대항하는 외부 부하보다 크지 않으며, 수축 중에 근육이 늘어나는 현상.

골격근의 해부학

(반사 작용을 제외하고) 모든 골격근 수축은 뇌에서 시작됩니다. 전기화학적 신호가 신경계를 통해 여러 근육 섬유에 신경을 공급하는 운동 신경 세포로 전달됩니다. 개별 근육의 실제 해부학적 구조는 아래에서 확인할 수 있습니다:

가장 작은 것부터 가장 큰 것까지, 근육 조직의 층은 다음과 같습니다:

사르코메르: 근육의 수축을 결정하는 가장 작고 기본적이며 기능적인 단위이다. 서로 맞물린 섬유(액틴과 미오신)로 구성되어 있으며, 근육 섬유의 줄무늬를 형성하는 역할을 한다. 하나의 근섬유소 안에는 수많은 사르코메르가 존재한다.

근섬유: 두꺼운 근필라멘트와 얇은 근필라멘트(액틴과 미오신이라 불리는 수축 단백질, 그리고 트로포닌과 트로포미오신이라 불리는 조절 단백질)로 구성된, 길고 평행한 근육 섬유의 단위. 근소포체(또는 SR)로 둘러싸여 있다.

근섬유: 수많은 근섬유를 포함하고 있는 긴 원통형 세포로, 근막으로 둘러싸여 있다. 근육 세포라고도 한다.

근막: 각 근섬유를 둘러싸고 있는 세포막 또는 세포외막.

내근막: 단일 근섬유를 감싸고 있는 가장 작은 결합 조직.

근속: 근막으로 둘러싸인 근육 섬유의 묶음.

페리미시움: 다발 구조로 묶인 여러 근섬유를 감싸고 있는 중간 크기의 결합 조직.

근막: 근육 전체를 감싸는 가장 큰 결합 조직으로, 탄력 있고 섬유질의 막을 이루며, 근육이 그 형태를 유지하도록 돕는 동시에 주변의 다른 조직이나 장기와 독립적으로 움직일 수 있게 해준다.

근막: 근육 전체를 감싸고 근막하층 위에 위치한 두꺼운 결합 조직층.

신경근 접합부

신경근 접합부(근신경 접합부 또는 운동 말단판이라고도 함)는 본질적으로 운동 신경세포와 근섬유 사이의 접촉 부위에서 형성되는 화학적 시냅스입니다. 가장 기본적인 단위는 운동 단위라고 하며, 이는 하나의 알파 운동 신경세포와 이 신경세포가 신경 분포를 형성하는 모든 근섬유로 구성됩니다. 이는 아래 그림에서 확인할 수 있습니다:

운동 신경세포는 세포체, 수상돌기, 핵, 축삭(미엘린 수초로 둘러싸여 있음) 및 축삭 말단으로 구성된다. 축삭은 시냅스 구(또는 부통, 시냅스 전 측)에서 끝나며, 이곳에서 시냅스 접합부가 형성됩니다. 부통의 끝과 표적 세포의 시작 부분(시냅스 후 측) 사이에는 시냅스 틈새가 있습니다. 골격근에서 시냅스 후 측의 표적 세포에는 수용체로 덮인 일련의 접합 주름이 있습니다. 다음은 신경근 접합부에서 일어나는 과정을 단계별로 요약한 것입니다:

1. 활동 전위는 운동 신경 세포를 따라 전달되며, 이로 인해 시냅스 단추가 아세틸콜린이라는 신경전달물질을 시냅스 틈새로 방출하게 된다.
2. 아세틸콜린은 시냅스 후 측의 접합 주름에 있는 아세틸콜린 수용체에 결합한다.
3. 결합이 이루어지면 이온 채널이 열리면서 양이온인 나트륨(Na) 이온이 시냅스 후 세포로 유입됩니다. 이로 인해 세포가 탈분극되고 말단판 전위가 발생합니다.
4. 탈분극은 전압 의존성 나트륨(Na) 채널의 개방을 유발하여, 말단판 전위를 활동 전위로 전환시킨다.
5. 활동 전위는 근섬유를 따라 이동하며, 흥분-수축 연동 작용을 통해 근섬유의 수축을 유발한다.

흥분-수축 연동

흥분-수축 연동은 시냅스 하류에서 일어나는 일련의 과정으로, 여기에서 단계별로 요약해 보겠습니다:

1. 말단판 전위의 탈분극에 의해 유발된 활동 전위는 세포막의 나머지 부분을 따라 세포 표면을 가로질러 이동한다
2. 활동 전위는 육종소체(SR)에 인접해 있는 T-관이라는 구조물로 전달됩니다
3. 활동 전위는 골격근 소포체(SR)의 말단 소포에서 세포질로 칼슘(Ca)이 방출되도록 유발한다
4. 그런 다음 칼슘 이온은 트로포닌에 결합하여 트로포미오신을 이동시키고, 액틴 표면의 미오신 결합 부위를 노출시킵니다.
5. 미오신 헤드는 액틴과 교차교를 형성하여 근육 수축을 시작한다
6. ATP는 미오신 헤드에 결합하여 미오신 헤드가 이완되고 초기 상태로 돌아가게 한다
7. Ca가 효소 작용을 통해 SR로 다시 펌핑되면 이완이 일어난다

슬라이딩 필라멘트 이론

‘슬라이딩 필라멘트 이론’은 근육 수축의 가장 기본적인 과정을 설명하는 이론입니다. 이 이론은 흥분-수축 연동 현상과 일부 중첩되는 부분이 있으나, 여기서는 단계별로 요약해 보겠습니다:

활동 전위는 근육 세포 내로 칼슘이 방출되도록 자극한다

Ca는 (이전에 액틴에 결합해 있던) 트로포닌에 결합하여, 트로포미오신 가닥을 액틴에서 분리시킴으로써 미오신이 결합할 수 있는 부위를 확보한다.

미오신 구형 머리가 ADP + P 형태로 구성된 ATP를 이용해 이용 가능한 액틴 결합 부위에 결합하면, “파워 스트로크”가 발생하여 액틴 필라멘트를 중심부 또는 M-라인 쪽으로 당기게 된다

그러면 새로운 ATP가 미오신에 결합하여, 형성된 교차교가 액틴 결합 부위에서 분리되도록 한다.

ATP가 더 많이 존재하면 근육은 수축을 계속하며 또 다른 교차교를 형성할 수 있고, 그렇지 않으면 이완되어 칼슘이 소포체(SR)로 다시 이동하게 된다.

골격근 수축의 차이

근육 수축은 (앞서 읽으셨듯이) 활동 전위에 의해 조절되며, 일반적으로 다음과 같이 분류할 수 있습니다:

1. 트위치: 근육 섬유 내에서 일어나는 단일 수축 및 이완 주기
2. (파동) 합산: 연속적인 여러 번의 근육 수축이 더해져 더 크고 강력한 근육 수축이 일어날 때 발생한다
3. 파상풍: 여러 번의 수축이 연속적으로 일어나 지속적이고 강력한 수축을 일으키며, 이는 융합되거나 융합되지 않을 수 있다.

가장 기본적인 차원에서 골격근에서 발생하는 힘의 크기를 변화시키는 방법은 단 두 가지뿐이라는 점을 기억하는 것이 중요합니다:

1. 수축할 때마다 더 많은 운동 단위를 동원하십시오
2. 이미 활성화된 운동 단위 집단의 발화 빈도를 높인다

가능한 모든 운동 단위가 동원되어 최대 속도로 수축할 때, 1회 최대 중량(1RM)에 도달한 것입니다. 신체는 압박을 받을 경우, 현재 사용 중인 운동 단위를 소진시키는 것보다 더 많은 운동 단위를 동원하는 쪽을 항상 선택합니다. 수축의 지속 시간과 정도는 다음과 같은 방법을 통해 운동 단위 동원을 조절함으로써 조절될 수 있습니다:

1. 활성 운동 신경세포의 수를 늘리는 것
2. 가장 작고 약한 운동 단위를 먼저 활성화한 다음, 더 큰 운동 단위를 활성화한다

결론

Perch( Perch)에서는 모든 일의 ‘이유’를 이해하는 것을 매우 중요하게 생각합니다. 따라서 우리는 근력을 정밀하게 단련하고 전반적인 운동 능력을 향상시키기 위해 속도 기반 훈련이 모든 웨이트 트레이닝 공간에서 필수적인 요소여야 한다고 믿지만, 이를 진정으로 이해하기 위해서는 근육 해부학을 파악하는 것이 중요하다고 생각합니다. 이 내용이 여러분께도 도움이 되었기를 바랍니다!

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출처

1. Baechle, T., Earle, R., & 미국 근력 및 컨디셔닝 협회 (U.S.). (2008). 근력 훈련 및 컨디셔닝의 기초 (제3판). 일리노이주 샴페인: Human Kinetics.
2. Gardiner, P. (2011). 『고급 신경근 운동 생리학』(고급 운동 생리학 시리즈). 일리노이주 샴페인: Human Kinetics.
3. Gonzalez-Friere, M., Rafael, de C., Stephanie, S., & Luigi, F. (2014년 8월). 신경근 접합부의 구조. 2019년 10월 23일, https://www.researchgate.net/figure/The-architecture-of-a-neuromuscular-junction-NMJ-A-B-The-NMJ-is-composed-of-three_fig1_265056822에서 검색함.
4. Gray, H., Williams, P., & Bannister, L. (1995). 그레이의 해부학: 의학과 외과의 해부학적 기초 (제38판). 뉴욕: Churchill Livingstone.
5. Scanlon, V., & Sanders, T. (1999). 해부학 및 생리학 개론 (제3판). 필라델피아: F.A. Davis.
6. Scientist, C. (발행일 미상). 근육과 반사 신경 실험. 2019년 10월 23일 https://www.scientistcindy.com/muscles-and-reflexes-lab.html에서 확인함.