[트레이닝학] 축구경기에서 에너지 생성과정 - Dr. Thomas Hauser

축구경기에서 에너지 생성과정

지구력은 스포츠 의학에서 신체조정능력, 유연성, 근력 그리고 스피드와 함께 운동의 주요 5대 요소 중 하나이다. 스포츠 의학에서 지구력은 이미 1950년대 중반부터 집중적으로 연구되고 있다. 특히 지구력 향상을 위한 다양한 훈련방법들이 어떤 영향을 가지는지 1970년과 1990년대에 학문적 기반의 토대가 마련되었다. 연구의 주요점은 고강도 인터벌 트레이닝(HIIT)과 오랜 시간동안 휴식없이 운동하는 훈련방법(Dauermethode)이다. 지구력 향상을 위해 도입된 이 방법들을 알기위해 해당방법들을 통한 해당선수의 개별적인 유기체의 생리학적인 변화가 어떻게 일어나는지 이해하는 것이 필수적이다.

대부분의 사람들은 병원에서 혈압을 측정한 경험이 있을 것이다. 혈압이 140mmHG가 넘으면 일반적으로 의사가 혈압을 내리는 약을 처방했을 것이다. 이 약을 구성하고 있는 성분이 무엇일까? 이 약을 복용한 후에 어떻게 혈압이 낮아진걸까? 약에 포함된 성분은 칼슘길항제이다. 이것은 혈관과 심장의 세포막의 칼슘 채널에 작용하여 혈관을 확장시켜 혈압을 낮춘다. 그 결과 혈압이 낮아진다.

자신의 환자에게 적합한 약과 치료법을 처방하는 의사처럼 트레이너는 선수의 유기체에 적합한 강도를 설정하여 부담을 줘야한다. 적절한 트레이닝강도의 선택을 통해 선수의 지구력이 향상될수 있다. 해당 트레이너는 당연히 개개인에 적합한 약 즉 적절한 운동처방을 해야한다. 트레이너는 개개인에게 최상의 처방을 내리기 위해 트레이닝 강도와 생리학적인 변화과정의 작용원리를 이해해야한다.

근육세포는 하나의 근원섬유로 구성된다. 이것은 두가지 요소를 포함한다. 하나는 마이오신이고 또 다른 하나는 액틴이다. 어떤 자극이 뇌로부터 근육을 향해 주어진다면 근육은 수축한다. 이 단계에서 마이오신은 액틴에 결합한다. 이와 동시에 근육을 가동하는 ATP가 방출된다. 새로운 ATP가 생성되고 마이오신은 악틴으로부터 분리된다. ATP는 근육을 수축하기 위해 항상 신체내에 있어한다. ATP의 집중도가 격렬한 운동으로 인해 감소한다면 해당 선수의 운동능력 또한 떨어진다. 이를 통해 선수의 근육은 지속적인 ATP 생성능력에 기반한다는 것을 추론할수 있다. 이것을 학문적 용어로 ATP생성과 소비의 균등상태라한다.

근육세포 내부에 지속적인 ATP 생성을 위한 두가지 생물학적 시스템이 있다. 포도당과 호흡이다. 운동 전에 세포에 이미 일정한 ATP 집중도가 형성되어있다. 운동을 시작할 때 ATP의 소비가 늘어나고 ATP를 재생산하기 위한 양 시스템의 활성화가 시작된다. 이 시스템들은 지속적으로 ATP가 사용가능한지 점검한다. ATP 집중도가 떨어진다면 즉각적으로 호흡을 통해 활성화되 추가로 공급된다. 빠른 근육수축으로 인해 ATP가 대량으로 소비되었을 경우 호흡을 통한 ATP의 추가유입이 불충분하다. 이 지점부터 해당과정이 ATP 추가공급자로서 활동한다. 이 두가지 시스템 모두 운동 시 ATP 집중도를 유지시켜주고 운동을 가능케 한다.

젖산제거시스템

인간은 분당 특정 양의 산소를 마신다. 산소는 폐와 혈관을 통해 근육으로 공급되고 ATP 생성을 위한 호흡체계를 통해 이용된다. 이러한 생성과정으로 부터 이산화탄소와 물이 생기는데 호흡을 통해 발산이 가능하다.

젖산생성시스템

포도당은 부산물인 젖산을 생성한다. ( 학문적으로 더욱 정확히 말하자면 피루브트가 생성하는 것이다). 이 젖산은 이산화탄소 혹은 물처럼 호흡으로 발산되지 않고 근육세포에 저장되어 호흡시 발산한다. 즉 에너지원으로서 재활용이 가능하다. 젖산생성비율과 젖산제거비율이 지속적으로 같게 유지(Laktat Steady State)되다 그 최대치(MAXLASS)를 넘어서 젖산생성비율이 젖산제거비율보다 높아진 후에 에너지원으로서 활용이 불가능하다.

(해당과정에서 젖산생성비율이 호흡을 통한 최대 젖산제거비율과 똑같은 현상을 MAXLASS: maximale Laktat-steady-state라 칭한다)

강도 높은 운동을 지속한다면 젖산생성비율이 제거비율보다 높아질 것이고 균형상태가 깨지게된다. 많이 생성된 젖산은 해당과정을 정지시켜 운동수행능력을 감소시킨다. 왜냐하면 운동에 필요한 ATP가 생성되지 않기 때문이다. 해당과정과 산소를 통한 시스템 모두 궁극적으로 상호보완 작용해야하고 스포츠종목별로 기능해야한다. 그렇다면 이 중 하나의 시스템이 더욱 더 발전해야만 하는가? 어떤 시스템이 어떤 트레이닝방법으로 주로 활용되어야 하는가?

이해도를 높이기 위해 세 가지 예를 들어보자. 세계기록보유자 우사인 볼트는 100m에서 9,58초를 기록했다. 이 종목에서 해당과정만 작용된다. 볼트는 자신의 ATP를 해당과정을 통해 공급받는다. 호흡 후 산소가 폐와 혈액을 통해 근육에 도달할 때 이미 100m 달리기는 끝나있다. 간략하게 말해서 고강도 운동은 해당과정만 훈련하는 것이다. 단점으로는 젖산이 근육내에 매우 빠르게 생성되는 것이다.

10,000m 기록 보유자인 케네시아 베켈레는 26분 17초의 기록을 세웠다. 이 경우 근육세포는 매우 다르게 반응한다. 여기서도 ATP와 젖산을 생성하는 해당과정이 발생한다. 하지만 대부분의 ATP는 호흡을 통해 공급된다. 호흡은 ATP 생성뿐만 아니라 젖산제거에도 기여한다. 에너지는 80%는 호흡 20%는 해당과정을 통해 생성된다. 100m 달리기와 비교해봤을 때 완전 다른 생리학적 작용이 발생한다.

마라톤 세계기록보유자인 데니스 키프루토 키메토는 2시간 02분의 기록을 가지고 있다. ATP 생성은 해당과정을 통해 이루어지지않는다. 이것은 활성화 되기는 하지만 달리는 거리를 고려했을 때 ATP는 거의 100%는 호흡을 통해 생성된다.

축구에서의 에너지 생성

축구경기에서 에너지는 대부분 호흡 즉 산소를 통해 생성된다. 하지만 상황에 따라 전력질주 시 해당과정을 통한 에너지 생성이 필수적이다. 이에 근거하여 결론을 내리자면 운동강도의 지속적인 변화(스프린트, 천천히 중간속도의 축구적인 훈련)을 통해 해당과정과 호흡을 통한 에너지생성을 활성화 시킬수 있다. (앞서 설명한 Fahrtspiel의 기본개념과 관련성이 있다)

한 분데스리가 선수의 ATP는 76%는 호흡을 통해 생성되었다. 반대로 해당과정에 의한 ATP 생성은 9-10%였다. 에너지생성은 당연히 개인의 근육의 적응, 개개인의 무산소 영역의 최대치 수준, 개개인의 유전적인 근육의 성질, 개개인의 체력수준와 연관이 있다.    

고강도 인터벌 트레이닝은 해당과정을 100% 사용하는 것이고 이것은 선수가 최대 10-15초 동안 최고의 속도를 달릴 때 나타난다. 스프린트 시간이 10-15초를 넘어간다면 호흡이 ATP 생성에 주요한 시스템으로 작용한다. 즉 고강도 인터벌 트레이닝 시 해당과정이 향상된다. 이를 통해 ATP의 생성이 빨라진다. 이 지점에서 젖산생성비율이 최대화된다. 

많은 연구들은 고강도 인터벌 트레이닝을 통해 호흡을 통한 최대 산소섭취량을 향상 시킬수 있다고 한다. 지구력도 물론이다. 주의할 점은 고강도 인터벌 트레이닝을 주마다 지속적으로 반복한다면 선수들은 쉽게 지치고 피곤을 느낀다. 오히려 지구력이 경향에 따라 감소할수 있다. 다소 저강도의 훈련(Dauermethode)의 주요 에너지 공급처는 호흡이다. 해당과정은 거의 일어나지 않는다. 휴식없는 저강도 훈련을 통해 최대산소 섭취량을 증가 시킬수 있다. 이 훈련의 목적은 ATP 생성과 젖산제거 능력을 키우는 것이다.

한 선수의 기초체력이 오랜 시간동안 휴식없이 트레이닝하는 방법(Dauermethode)을 통해 발전되었다면 그는 젖산을 생성하지 않고 ATP 생산을 오랜 기간동안 할수있다. 하지만 축구 경기 특성상 추가적인 고강도 인터벌 트레이닝이 행해져야 한다. 근육세포는 경기동안 필수적으로 ATP를 해당과정을 통해 생산하기 때문이다. 이로 인해 생성된 젖산은 호흡을 통해 에너지원으로 사용하여 제거해야한다. 

해당과정은 젖산을 생성하는 시스템이고 호흡을 통해서 젖산이 제거된다. 이를 통해 선수의 수행능력을 평가하고 진단할수있다. 젖산제거는 최대 산소섭취량과 관련있다. 해당과정과 호흡을 통한 에너지 생성구간을 통해 트레이너는 선수의 젖산생성 최대치와 최대 산소호흡량을 향상시킬수있다. 

출처

http://dokhakbuphak.tistory.com/61?category=827781 - Fahrtspiel 

http://dokhakbuphak.tistory.com/31?category=827781 - 시간당 젖산 생성 비율 최대치 - 오성환

https://www.bdfl.de/images/ITK/2015/hauser_online_sicher.pdf - 고강도 인터벌 트레이닝과 Dauermethode 

https://www.abiweb.de/biologie-neurobiologie/motorische-endplatte/muskelkontraktion.html - 이미지