근력과 지구력 (Muscular Strength and Endurance) - 1

 

 

아래 자료는 임상적 경험이 적은 임상 1-2년차 또는 물리치료 임상실습을 앞두고 있는 졸업예정자들에게 도움을 주고자 작성한 것입니다. 대구대학교부속 재활의원에서 매주 임상물리치료와 관련된 study를 하고 있으며, 이 자료는 그 중의 일부입니다. Therapeutic exercise와 관련된 개념들과 각 관절별로 실제 임상에서 적용되는 운동을 중점적으로 편집 정리하고 있으며, 총 22개 chapter에서 제가 맡은 부분은 strength and endurance, therapeutic modality, back rehabilitation 입니다. 아직 교정 작업 중이며, 자료 정리가 끝나면 free copy version 또는 인터넷상으로 자료들을 올릴 예정입니다. 내용상 미비한 점에 대해서는 연락을 주시면 나름대로 최선을 다해 첨가하도록 하겠습니다.

 

2000. 9.1 열린 정보를 추구하는 giftset!!!

 

 

근력과 지구력 (Muscular Strength and Endurance) - 1

   

근력의 중요성

 

스포츠 재활프로그램의 주목적은 근력(strength)과 지구력(endurance)을 손상 전으로 되돌리는 것이다. 근력이란 어떤 저항에 대해서 근육이 힘을 내는 능력이며, 일반적으로 근의 단면적에 비례하는 것으로 보고 있다. 또한 근 섬유의 비율에 따라 단위 면적 당 발휘할 수 있는 근력도 달라지며, 개인차가 존재한다. 10회를 1 set로 최대 근력의 90% 이상 수준의 수축을 2-3sets 실시하면 근력강화가 이루어진다.

 

근 약화나 불균형은 비정상적인 움직임이나 보행을 초래함으로써 정상적인 기능적 움직임을 손상시키며 또한 자세를 불량하게 만든다. 그러므로 정상적인 건강한 생활을 영위하기 위해서는 각 근육과 근육군들의 적절한 근력유지가 매우 중요하다.

 

근 지구력의 중요성

 

근력과 근 지구력은 매우 밀접한 연관을 가지고 있다. 근 지구력은 어떤 저항에 대해 어느 시간동안 반복적인 근 수축을 할 수 있는 능력이며, 근력이 증가하면 지구력도 따라서 증가하게 된다. 예를 들어 들기(lift)를 25회 할 수 있는 사람이 근력 훈련을 통해 근력을 10% 증강시킨다면 들기 최대 반복횟수도 증가하게 된다. 근지구력은 최대 근력의 30-40%정도의 약한 등장성 수축을 장시간 반복 했을 때 효과적이다.

 

대부분의 사람들에 있어서 일상의 생활동작을 위해서는 근력보다는 근 지구력의 발달이 더욱 중요한 의미를 지니므로 환자를 위한 운동프로그램에서 이를 고려하여 운동프로그램을 작성해야 한다.

 

골격근의 수축종류

 

등척성 수축(Isometric contraction)

근육의 길이와 관절각도의 변화 없이 근의 장력이 증가되는 근 수축이다. 벽을 밀거나 물건을 들고 서 있는 상태의 근 수축이다.

 

등장성 수축(Isotonic contraction)

일정한 근의 장력을 유지하면서 근의 길이가 변화되는 근 수축이며, 원심성(eccentric contraction)과 근심성(concentric contraction)이 있다.

 

등속성 수축(Isokinetic contraction)

일정한 속도를 유지하면서 근 긴장도가 변화되는 수축이다.

근력에 영향을 주는 요인들

 

근력은 근 섬유들의 직경과 관련이 있다. 근육의 직경과 크기가 클수록 더 많은 힘을 낸다. 부하훈련(weight training)을 통해 근육의 직경은 증가되는 편이며, 이러한 근 크기 증가를 근 비대(hypertrophy)라 한다. 반면에 근 크기 감소는 위축(atrophy)이라 한다. 근 섬유의 수는 선천적 특성에 따라 결정되며, 근 섬유가 많은 사람일수록 근 비대가 잘 일어난다.

 

근력은 신경근계 효율성과 근육 힘을 생산하는 운동단위(motor unit) 기능과 직접적으로 관련되어 있다. 이장 뒷부분에서 언급하겠지만, 부하훈련프로그램에서 첫 8-10주간에 볼 수 있는 초기 근력증가는 주로 신경근 효율성 증가에 의한 것이다. 근력훈련을 통해 3가지 방식의 신경근 효율성 증가가 이루어진다. ; 첫째는 동원되는 운동단위 증가, 둘째는 각 운동단위 발화률 증가, 셋째는 운동단위의 발화 동조 증가. 근력은 각 근육 생리적 용적뿐만 아니라 외부 물체의 역학적 요인에 의해 발생된 지렛대 원리에 의해서도 달라진다.

 

인간의 주관절에서 이러한 지렛대 원리의 예를 들 수 있다. 주관절의 굴곡에는 상완이두근이 관여하며, 전완에서의 상완이두근 부착부위에 따라 이 근육이 만들어 내는 힘이 달라진다. 근육의 부착부위에 차이가 있는 A와 B라는 두 사람이 있다고 가정하자. A의 상완이두근 부착부가 B에 비해 지렛대의 지점(주관절)에 더 가까이 있다면, A는 물건을 든 상태에서 주관절을 직각으로 유지하기 위해 B보다 더 많은 노력과 힘을 들여야 한다. 따라서 동일한 근 직경을 가졌다 할지라도 환경에 따라서 실질적인 근력은 차이를 보이게 된다.

 

근육 길이에 따라 근육에서 발생되는 장력(tension)이 달라지며, 다양한 근육 길이는 다양한 장력 발생을 의미한다. 최대 장력은 myofilament overlap이 이상적이고 action과 myosin binding(cross-bridge formation)이 최대가 될 때 발생한다. 그림 4-2는 이러한 길이-장력 관련성을 보여준 것이다. 곡선 B지점에서 sarcomere 내부 action과 myosin myofilaments들간의 교각 상호작용(interaction of the cross-bridge)은 최대화된다. A지점에서 근육은 짧아지고, C지점에서는 근육이 길어진다. 이때는 action과 myosin간의 상호교각이 크게 감소하므로, 근육은 유의한 장력을 발생시킬 수 없게 된다. 대부분 근육들에 있어서 최적 길이(optimal length)는 안정길이(resting length)와 일치한다. 안정길이 상태에서 대부분 근육들은 다소 신장되어 있고, 이는 높은 효과의 장력생성을 위한 pre-position 상태를 만들어 주게 된다.

 

근력은 연령(aging)과도 관련이 있다. 남성과 여성은 주로 사춘기와 청소년기에 걸쳐 근력이 증가되며, 이 시기에 대부분은 어느 정도의 근력을 갖추게 된다. 그러나 소수의 경우에 있어서는 이때부터 근력 감소가 나타나기도 한다. 일반적으로 25세를 넘어서면 매년 최대근력의 1%정도씩 근력이 감소하며, 65세가 되면 25세 때 근력의 60%정도를 가지게 된다. 이러한 근력감소는 각 개인들의 신체활동 정도에 따라 달라진다. 활동을 많이 하는 사람이나 꾸준히 근력훈련을 하는 사람들에 있어서는 이러한 근력감소가 덜한 편이다. 일생동안 일상생활의 기본 활동들(숨쉬기, 잡기, 보행 등)을 위해 근육들이 지속적으로 사용하기 때문에 이러한 근육들의 근력은 오랫동안 일정하게 유지된다. 근육이 노화되어 작아지더라도 각 횡절단 영역의 단위에서 힘을 발생시킬 수 있는 실질적 능력은 일정한 정도를 유지한다. 노화에 의해 발생하는 근 크기와 근력 감소의 주된 원인은 각 근 섬유 크기 감소 때문이 아니라 근섬유들의 활동성 감소 때문이다. 그러나 노화에 따른 특정 근섬유들의 숫자와 크기가 실질적으로 어떻게 변화되는지에 대해서 명확히 알려져 있지는 않다.

 

꾸준한 운동은 체지방 증가를 느리게 할 뿐 아니라 심혈관 지구력과 유연성 감소도 어느 정도 억제한다. 따라서 운동을 통한 적절한 근력 유지는 모든 연령 사람들에게 매우 중요한 의미를 지닌다.

 

저항훈련을 통해 얻어진 근력은 가변적이며, 만약 어떤 손상이나 이유로 훈련을 중단하면 훈련을 통해 얻은 근력은 급격히 감소하게 된다.

 

과훈련(overtraining)은 오히려 근력발달에 부정적 영향을 미친다. 과훈련은 근골격계 손상, 피로 등을 유발시킴으로써 신경쇠약이나 생리학적 과용(overuse)을 일으키기도 한다. 그러나 효과적인 저항운동, 적당한 식이요법, 적절한 휴식을 병행함으로써 과훈련에 의해 생길 수 있는 부정적 효과를 최소화 할 수 있다.

 

빠른-연축 섬유 대 느린-연축 섬유

 

특정 운동단위 근육 섬유들은 slow-twitch 또는 fast-twitch 섬유들로 되어 있으며, 이 두 섬유들은 각기 다른 대사와 수축성을 지니고 있다. Slow-twitch섬유들은 type I fiber로 불리며, 이들은 fast-twitch 섬유에 비해 피로에 대한 더 강한 저항력을 가지며, 힘을 발생시키는 시간은 fast-twitch 섬유에 비해 지연된다. Mitochondria lipid granules가 많으며, Krebs cycle(구연산 회로)과 oxidative metabolism을 사용한다. Active motor neurons에 의해 지배를 받으며 낮은 빈도로 발화되고 전도 속도가 느리다. 이 섬유들은 쉽게 피로를 느끼지 않기 때문에 주로 장기간의 활동이나 유산소 활동에 사용된다.

 

Fast-twitch(type II) 섬유는 빠르고 강한 근 수축을 하며, slow-twitch 섬유에 비해 쉽게 피로해지는 경향이 있으므로 무산소성의 단기간 고강도 활동에 유용하다. Fast-twitch 섬유를 크게 type IIa와 type IIb의 두 종류로 분류하며, 두 종류 다 빠른 수축을 할 수 있는 능력을 가지고 있다. Type IIa는 피로에 대해 중간정도의 내성을 지니고 있고, type IIb 섬유는 실질적인 빠른-연축 섬유로 간주되며 쉽게 피로를 느낀다. Type IIa 섬유는 type I과 type IIb 사이의 중간형으로 잘 발달된 oxidative와 glycolytic capabilities를 가지고 있으며, 산발적으로 active motor neurons에 의해서 지배를 받으며 빠른 빈도로 발화되며, 높은 전도속도를 가진다. Type IIb 섬유는 다수의 glycogen과 약간의 mitochondria를 가지며, glycolysis로부터 대부분의 에너지를 얻는다. 실제 근육 내에서는 여러 형태의 섬유들이 공존하고 있으며, 개인차에 따라 각 근육내의 비율이 달라진다. 동물실험을 통해 근 섬유의 종류는 그것의 innervation에 의해 크게 결정됨이 밝혀졌다. 예를 들어 fast-twitch에 우세한 근육에 slow-twitch nerve가 reinnervation되면 근육의 특성이 생리학적 조직학적으로 slow로 전환된다. 참고로 하나의 운동신경원 지배를 받는 운동단위내의 모든 근 섬유들은 같은 유형을 가진다.

 

섬유유형은 근육이 수행하는 기능 유형에 대응하여 분포된다. Slow-twitch 섬유들은 심부 자세 근육들에 많이 있으며, fast-twitch 섬유는 사지나 표층의 근육에 주로 많이 분포하고 있다. 특히 항중력 자세유지 근육들은 지구력을 더욱 필요로 하는 근육들이며, 이 근육들에서는 slow-twitch 섬유들의 비율이 높게 나타난다.

 

근수축 초기에는 type I 근섬유들이 먼저 수축을 시작하고, 필요시 뒤이어 type IIa와 IIb가 수축을 시작한다. 이런 순서의 근섬유의 동원이 일어나며, 미세한 근반응의 변화는 뇌의 조정을 통해 더욱 정교하게 이루어 진다. 근섬유들의 강화에 있어서 대부분의 type I과 IIa가 먼저 동원되기 전에는 type IIb가 동원되지 않기 때문에 type IIb를 훈련시킬 때는 어려움이 있다.

 

근육내 섬유 비율은 스포츠 활동에 따라 극명히 드러난다. 역도선수나 단거리 선수들에서는 느린-연축 섬유들보다는 빠른-연축 섬유들의 비율이 높게 나타나며, 반대로 마라톤 주자들에서는 일반적으로 느린-연축섬유의 비율이 높게 나타났다. 동물실험에서 스트레칭과 전기자극(20Hz), 저항훈련에 의해서 type I 근섬유 myosin heavy chain의 gene ｅxpression 촉진되고 mRNA와 ribisomes이 증가됨이 보여졌으며 인간에서도 이러한 변화들이 있음이 보고 되었다. 훈련에 의해 근 섬유의 형태가 바뀌는가에 대해서는 아직 정확히 밝혀지지 않았지만 근 강화와 지구력 훈련을 통해서 두 섬유들의 대사성이 증진된다는 것은 분명하다.