0. 목차
- 근육이란?
- 근육의 구조
- 근섬유
- 트레이닝을 하면 근육이 커지는 이유
- 근육을 늘리려면?
- 근육이 건강에 미치는 영향
1. 근육이란?
물건을 들어 올릴 때나 걸을 때 움직이기 위해서는 뼈를 움직여야 한다. 이 뼈를 움직이는 것이 바로 '골격근(Skeletal Muscle)'이다. '골격근'은 온몸의 뼈에 붙어 있으며, 그 수는 400개 정도이다. 근육의 무게는 몸무게의 40~50%를 차지한다. 골격근은 2개의 뼈에 걸쳐 붙어 있으며, 관절을 축으로 골격을 상하좌우로 움직이거나 회전시킨다.
근육끼리는 서로 협력해 움직이는 경향이 있어서, 몸 일부를 움직이는 단순한 움직임에도 복수의 근육이 작용하고 있다. 예를 들어, 팔꿈치를 구부리는 움직임을 살펴보자. 팔꿈치를 구부리면 알통이 생긴다. 알통을 만드는 근육은 '상완(어깨에서 팔꿈치까지의 부분)'의 바깥쪽에 있는 '상완이두근(위팔 두 갈래근)'이다. '상완이두근''의 수축이 팔꿈치를 구부리는 주요 원동력이 된다. 그러나 움직이는 근육은 이것만이 아니다. '상완이두근(위팔 두갈래근)' 옆에 있는 '상완근(위팔근)'은 '상완이두근'이 움직이기 시작할 때, 탄력을 주거나 필요하지 않은 관절의 움직임을 억제하는 보조 역할을 한다. 더구나 '상완이두근'은 수축하기 때문에, 이 근육의 안쪽에 있는 '상완삼두근'을 늘이게 된다. 이처럼 뼈가 움직일 때 주요 원동력이 되는 근육과 함께 근처에 있는 근육이 그 반대로 움직이는 경우가 있다.
몸속에는 다른 역할을 하는 다양한 근육이 작용하고 있다. 모든 근육은 '근섬유(Muscle Fiber)'라는 세포가 모여서 이루어진다. '근섬유'에는 기묘한 성질이 있다. 피부의 세포나 뼈의 세포와는 달리 분열해서 늘어나지 않는다는 점이다. 그렇다면 헬스장에서 근육 트레이닝을 하면 근육이 굵어지는 이유는 무엇일까? 근육 트레이닝에서는 격렬한 운동을 통해 근육에 부하를 건다. 그러면 근육의 근섬유에 부하가 걸리면, 근섬유가 상처를 입고 그 둘레에 '위성 세포'가 증식하기 시작한다.
2. 근육의 구조
그러면 근육은 어떻게 수축하는 힘을 만들어내는 걸까? 그 메커니즘을 알기 위해, 먼저 근육의 구조를 자세히 살펴보자.
'근섬유(Muscle Fiber)'라고 하는 가늘고 긴 섬유가 모여 '작은 다발(Fascicle)'이 되고, '작은 다발'이 모여 '근다발(Muscle Bundle)'이 되고, '근다발'이 모여 '근육(Muscle)'이 된다. '근섬유' 한 가닥 한 가닥은 세포 하나에 해당한다. 허리에서 무릎까지 뻗은 길이 50cm 정도인 넓적다리 근육의 근섬유조차도 하나의 세포이다. 일반적인 세포와는 형태가 크게 다른 이유는, 근섬유가 복수의 세포가 하나로 융합해 이루어진 세포이기 때문이다.
'근섬유' 안에는 또다시 '근원섬유(Myofibril)'라는 섬유가 가득 차 있다. '근원섬유'는 근세포 속에 있는 세로로 뻗은 섬유로, 이 근원섬유야말로 근육을 수축시키는 장치의 정체이다. '근원섬유'는 '굵은 섬유'와 '가는 섬유'의 두 종류가 규칙적으로 교대로 늘어선 구조를 하고 있다. 굵은 섬유는 '미오신(Myosin)', 가는 섬유는 '액틴(Actin)'이라는 단백질로 이루어져 있다. '근섬유'와 접합한 '신경섬유(Nerve Fiber)'로부터 근육을 수축시키는 신호가 오면, '굵은 섬유(미오신 섬유)'가 '가는 섬유(액틴 섬유)'를 끌어당겨 2개의 섬유가 미끄러져 움직인다. 그 결과, 근원섬유 전체가 짧아지고, 근육이 수축한다. 이때 에너지원으로는 'ATP(아데노신 3인산)'가 이용된다.
3. 근섬유
3-1. '지근섬유'와 '속근섬유'
근육을 구성하는 근섬유는 사실 '지근섬유'와 '속근섬유'의 2개의 유형으로 나뉜다. '지근섬유(Slow Muscle Fiber)'는 지구력이 뛰어나고, '속근섬유(Fast Muscle Fiber)'는 순발력이 뛰어나다. '지근 섬유'는 순간적으로 큰 힘을 발휘하기는 어렵지만 ATP를 섬유 안에서 효율적으로 합성할 수 있어, 에너지가 지속적으로 공급되어 '쉽게 피로해지지 않는 성질'이 있다. 반면에 '속근 섬유'는 큰 힘을 발생시킬 수는 있지만, ATP의 합성 효율이 낮아 '피로해지기 쉬운 성질'이 있다.
이 두 가지 유형의 근섬유의 차이는 근섬유 안의 '미오신(Myosin)'의 종류에 있다. '지근섬유' 속의 미오신에 비해, '속근섬유' 속의 미오신이 액틴 섬유를 잡아당기는 반응의 속도가 2배 빠르다. 더구나 '지근섬유'에는 ATP를 합성하는 세포소기관 '미토콘드리아'와 ATP 합성에 필요한 산소를 운반하는 빨간색의 '미오글로빈(Myoglobin)'이라는 단백질이 많이 포함되어 있다.
근육의 종류에 따라 다르긴 하지만, 일반인의 경우에는 근육에 지근섬유와 속근섬유가 대략 1:1의 비율로 섞여 있다. 그러나 흥미롭게도 뛰어난 운동선수의 근육에는 그 종목에 적합한 유형의 근섬유가 많이 존재한다. 예컨대 마라톤 선수는 지구력이 있는 '지근섬유'의 비율이 높고, 단거리 달리기 선수는 순발력이 있는 '속근섬유'의 비율이 높은 경향을 보인다. 결국 각 종목에 적합한 근섬유를 많이 가지고 있는 셈이다.
| 특징 | 지근섬유 | 속근섬유 |
| '미오신'이 액틴 섬유를 잡아당기는 속도 | ×1 | ×2 |
| 미토콘드리아 | O | X |
| 미오글로빈 | O | X |
3-2. 근섬유의 유형을 바꿀 수 있을까?
그렇다면 지금 가지고 있는 지근섬유나 속근섬유를 다른 한쪽의 유형으로 바꿀 수는 없을까? 사람의 경우, 속근섬유가 완전히 지근섬유로 변하거나 그 반대의 극단적인 변화가 일어나는 일은 확인되지 않았다. 동물 실험에서는 이런 일이 일어나지만, 사람의 경우에는 일반적인 트레이닝에 의해 단기간에 일어나는 일은 아니라고 생각된다.
또 1976년에 다음과 같은 연구가 이루어졌다. 일란성 쌍둥이와 이란성 쌍둥이의 근섬유 비율을 조사한 것이다. '일란성 쌍둥이'는 서로 완전히 같은 가지지만, '이란성 쌍둥이'는 유전자가 다르다. 조사 결과, '일란성 쌍둥이' 사이에서는 근섬유의 비율이 서로 완전히 일치했지만, '이란성 쌍둥이' 사이에서는 근섬유의 비율이 일치하지 않았다. 이 결과는 '근섬유의 비율'이 태어나면서부터 가지고 있는 유전자의 지배를 강하게 받고 있음을 나타낸다. 하지만 어떤 유전자가 '근섬유의 비율'에 관여하는지는 아직 밝혀지지 않았다.
4. 트레이닝을 하면 근육이 커지는 이유
근육의 양은 트레이닝을 통해 늘릴 수 있다는 사실을 누구나 안다. 하지만 근육이 비대해지는 메커니즘은 아직 완전히 밝혀지지 않았다.
근육이 비대해지는 주요 원인은 근섬유 속에서 '액틴(Actin)'이나 '미오신(Myosin)'이 많이 합성되고, 단백질 섬유가 증가해, 근섬유 자체가 굵어지는 것이다. 일반적으로 단백질은 세포의 핵 속에 있는 유전 정보를 바탕으로 '리보솜(Ribosome)'이라는 공장에서 합성된다. 트레이닝에 의해 근육을 몇 차례 수축시키면, 근섬유 안의 리보솜이 활성화된다. 그리하여 합성된 단백질의 양이 증가한다. 이 변화는 매우 신속할뿐더러 정기적으로 트레이닝을 계속하면 리보솜의 수 자체도 증가한다. 근육을 발달시키려면, 정기적으로 트레이닝을 계속해 근섬유 안에 있는 리보솜의 수 자체를 늘리는 일이 중요하다.
다만 근육의 내부에서는 단백질의 분해도 항상 일어나고 있으므로, 트레이닝을 중단해서 단백질 합성량이 보통으로 돌아서면 근육량도 서서히 원상태로 돌아간다. 하지만 한 번 단련해두면 잠시 쉬었다가 트레이닝을 다시 할 때, 비교적 빠르게 예전 상태로 돌아간다. 이 신기한 현상은 '근육의 기억'이라고 불린다. 결국 근육의 비대에는 단백질 양의 증가뿐만 아니라 다른 메커니즘도 관여하고 있는 셈이다.
거기에 관여한다고 생각되는 것이 근섬유 바깥쪽에 붙어있는 '위성 세포'이다. '위성 세포'는 본래 근육에 상처가 났을 때, 그것을 복구하는 기능을 가진 세포이다. 트레이닝을 하면, 위성 세포가 분열해 근섬유에 융합한다. 그 결과, 근섬유의 핵의 수가 늘어난다. 단백질을 합성하기 위해서는 핵 속의 DNA가 필요하므로, 핵이 늘어나면 단백질의 합성량이 증가하게 된다. 예전에는 트레이닝을 해도 근섬유가 굵어질 뿐, 근섬유의 수는 일정하다고 생각되었지만, 최근에는 트레이닝을 통해 위성 세포끼리 분열·융합하여 새로운 근섬유를 만들어 낸다고 밝혀졌다. 이처럼 위성 세포'의 활약으로 근섬유의 핵과 근섬유 자체의 수가 늘어나면, 트레이닝을 멈춰도 그들의 수는 유지된다.
5. 근육을 늘리려면?
5-1. 근육을 늘리기 위해서는 속근을 사용해야 한다.
그러면 실제로 근육이나 근육량을 효율적으로 늘리려면 어떻게 해야 할까? 가장 중요한 점은 '속근섬유'를 사용하는 것이다. 트레이닝의 작용은 '속근섬유'와 '지근섬유'에 따라 다르다. 위에서 말한 근육량의 증가는 주로 속근섬유에서 일어난다. 지근섬유는 트레이닝을 통해 몇 차례 수축시켜도 '미토콘드리아'나 '미오글로빈'의 양이 늘어날 뿐이고, '액틴'이나 '미오신'의 합성량은 그다지 상승하지 않는다.
그렇지만 보통의 생활에서 이루어지는 부하가 적은 동작의 경우, 우리는 '속근섬유'를 이용하지 않는다. 원래 우리가 힘을 낼 때는 '근섬유에 신호를 전달하는 신경 세포의 수를 조정'함으로써, 힘을 낼 근섬유의 수를 바꾸어 총체적인 힘의 크기를 조절한다. 이때 무의식적으로 지근섬유와 연결된 신경 세포로부터 우선적으로 활동하게 한다.
본래 '속근섬유'는 '지근섬유'로는 감당할 수 없는 상황을 대비해 비상수단으로 준비된 것이다. 결국, 근육량을 늘리려면 '지근섬유'의 힘만으로는 감당할 수 없는 커다란 부하가 필요하다. 비교적 쉽게 할 수 있는 부하가 적은 트레이닝으로는 근력이나 근육량의 증가는 그다지 기대할 수 없다.
| 부하의 크기(%) | 반복할 수 있는 횟수 | 주된 효과 |
| 100 | 1 | 신경의 발달 (근력의 증가) |
| 95 | 2 | |
| 90 | 4 | |
| 85 | 6 | 근력·근육량의 증가 |
| 80 | 8 | |
| 75 | 10~12 | |
| 70 | 12~15 | |
| 65 | 18~20 | 근지구력 향상 |
| 60 | 20~25 | |
| 50 | 30~ |
5-2. 가벼운 부하로 속근을 효율적으로 불리는 방법
그렇지만 비교적 가벼운 부하를 통해 '속근섬유'를 우선적으로 자극하는 지름길과 같은 트레이닝 방법도 개발되어 있다. 그중 하나는 근육에 흘러드는 혈류량을 억제하는 방법이다. '지근섬유'가 작용하기 위해서는 대량의 산소가 필요하기 때문에, 지근섬유로 흘러드는 혈류를 억제함으로써 산소 운반을 막아 '지근섬유'의 기능을 억제할 수 있다.
- 혈류 제한 트레이닝(Blood Flow Restriction Training): 혈류를 억제하는 방법으로는 벨트로 묶는 방법도 있지만, 혼자서 하기에는 약간 위험이 따른다. 정식적인 명칭은 '혈류 제한 트레이닝(Blood Flow Restriction Training)'이지만 '혈관 폐쇄 트레이닝(Vascular Occulsion Traing)'이라고도 하며, 흔히 Kaatsu 라고 불린다. 다만, 이 방법을 혼자서 하기에는 약간 위험이 따른다.
- 슬로 트레이닝(Slow Training): 더 안전하고 손쉬운 것은 매우 느린 트레이닝 동작을 해서 근육에 장시간 계속 힘을 주는 방법이다. 이것을 '슬로 트레이닝(Slow Training)'이라고 한다. 일반적으로 근육에 힘을 주어 수축시키면 내부의 혈관이 눌려 혈류량이 제한된다. 동작을 천천히 하면, 근육으로 향하는 혈액 공급이 장시간 제한되는 상태가 되어, 속근섬유가 이용되는 것처럼 된다. 이 방법은 관절 등에 걸리는 부하가 적기 때문에, 고령자도 쉽게 할 수 있다.
- 브레이크를 거는 동작: 또 하나의 지름길은 불리고 싶은 근육을 '브레이크(Break)'로서 늘리면서 사용하는 방법이다. 예컨대 팔을 구부리는 데 사용하는 '상완이두근'을 덤벨로 단련할 때, 팔을 구부린 상태에서 덤벨을 완전히 받치면서 내리는 것이다. 이때 '상완이두근'은 덤벨을 받치는 브레이크로서, 늘어나면서 힘을 발휘한다. 이런 동작에는 속근섬유가 흔히 이용된다. 살아가는 동안 '브레이크를 거는 동작'은 돌발적으로 일어나는 경우가 많아 순발력이 요구된다. 따라서 속근섬유를 사용하게 되었을 것이다.
5-3. 트레이닝에는 휴식이 중요
'근육은 트레이닝으로 손상되고 그것을 복구함으로써 근육이 굵어지기 때문에, 복구 기간 중에는 트레이닝을 멈추어야 한다.'는 이야기를 들어본 적이 있을 것이다. 하지만 보통의 트레이닝으로는 그 정도의 손상이 일어나지 않으며, 근육의 손상을 일으키는 것이 근육 비대에 꼭 필요한 것도 아니다. 다만, 트레이닝에 휴식이 필요하다는 것은 맞는 말이다.
쥐를 세 그룹으로 나누고 8시간 간격, 24시간 간격, 72시간 간격으로 트레이닝을 시킨 연구가 있다. 이 연구에 따르면, 8시간 간격의 쥐의 근육에서는 단백질 합성량이 증가하지 않아, 트레이닝 효과도 나타나지 않았다. 그리고 가장 큰 트레이닝 효과를 보인 것은 72시간 간격의 쥐였다. 쥐의 72시간이 인간의 몇 시간에 해당하는지는 알 수 없지만, 격렬한 트레이닝 후에는 며칠간 쉬는 것이 트레이닝 효율을 높일 것으로 생각된다.
6. 근육이 건강에 미치는 영향
근육량을 유지하는 것은 건강 유지에도 중요하다. 그 이유는 근육이 힘을 발휘하는 것 이외의 역할도 하기 때문이다.
6-1. 근육은 혈당값의 상승을 억제한다.
근육의 역할 중 하나는 혈액 속의 당을 저장하는 기능이다. '당'은 다양한 기관에서 ATP를 합성하는 재료로 사용되지만, '혈당치(혈액 속의 당의 농도)'가 지나치게 높으면 혈관에 상처를 입기 쉬워지는 등의 나쁜 영향이 있다. 따라서 혈당치가 너무 올라가지 않도록 당의 대부분은 근육 속에 저장된다. 실제로 근육량이 줄어들면 혈당값 조절 기능이 떨어진다고 알려져 있다.
혈당값이 높은 상태를 유지하는 '2형 당뇨병'은 근육에서의 당의 흡수를 촉진하는 호르몬인 '인슐린(insulin)'이 어떤 이유로 작용하지 않아 일어난다. 예컨대 당뇨병의 예방과 치료에 운동이 효과적이라는 사실은 잘 알려져 있었지만, 나중에 그 이유가 근육에 있음이 밝혀졌다. 근육을 움직여서 근섬유 안의 ATP가 고갈되면, 그것이 자극이 되어 근육의 당 흡수가 촉진된다. 근육을 움직이는 것은 인슐린과 같은 기능이 있었던 것이다.
6-2. 근육이 수명에 영향을 준다.
통계적인 조사를 통해, 근육은 암, 심장 질환, 알츠하이머병의 발병률 저하, 면역력 향상, 뇌 기능의 개선 등 몸 전체에 다양한 이득을 준다는 사실이 인정되고 있다. 근육이 왜 몸 전체에 다양한 이득이 있는지, 그 메커니즘은 분명히 밝혀지지는 않았다. 하지만 그 일부를 근육이 담당하고 있다고 생각된다.
아래의 그래프는 덴마크에서 12년에 걸쳐 조사한, '허벅지의 굵기'와 '사망률'의 관계를 나타낸 것이다. '허벅지의 굵기'는 전신 근육량의 지표가 된다. 이 그래프를 보면, 허벅지가 가는 사람일수록 사망률이 높았음을 알 수 있다. 이 밖에도 근육량이 많은 사람일수록 사망률이 높았음을 알 수 있다. 이 밖에도 근육량이 많은 사람일수록 '호흡기 질환'이나 '심장 질환'으로 인한 사망률이 낮아졌다는 조사 결과도 있다.
사실 근육은 다양한 물질을 혈액으로 분비함으로써, 적극적으로 온몸에 영향을 미치고 있다. 이와 같이 근육에서 혈액 속으로 분비되는 물질을 통틀어 '마이오카인(Myokine)'이라고 한다. 근섬유 배양 기술의 개발 등을 통해, 수십 종류가 넘는 물질이 마이오카인으로서, 근육에서 분비된다는 사실이 밝혀졌다. 효과에 대한 확인은 충분하다고 할 수는 없지만, '마이오카인'으로서 '지방의 분해를 촉진하는 물질'이나 '대장암 발병을 억제하는 물질' 등이 보고되어 있다. 더 나아가, 초파리의 근육에서 분비되는 마이오카인이 수명에 영향을 미친다는 연구 결과도 있다. 이와 마찬가지로 사람도 근육량이 많을수록 분비되는 마이오카인이 많다고 예측할 수 있기 때문에, '근육량'과 '사망률'의 인과 관계가 밝혀질 것으로 기대된다.
