'걷기'의 과학
걷기는 시간과 장소에 관계없이 할 수 있고 특별한 도구도 필요 없는 간단한 운동이다. '걷기'는 고령자도 쉽게 시작할 수 있으며, 최근에는 건강에 대한 관심이 높아지면서 고령자를 중심으로 많은 사람들의 일상생활의 일부가 되고 있다. 운동 부족을 해소하기 위해 새로 직하는 사람도 많다. 서점과 인터넷에는 이에 관련된 정보가 있지만, 손쉬운 까닭에 과학적인 이해를 소홀히 하기 쉬운 면도 있다. 과학적으로 올바른 걷기란 무엇일까?
0. 목차
- '체력'이란?
- 보통 속도로 아무리 걸어도 체력은 좋아지지 않는다.
- 체력 향상에는 강도 높은 운동이 필요하다.
- 강한 운동은 어떻게 체력을 향상시키는가?
- 강한 운동은 생활 습관병 등의 증상도 개선한다.
- 인터벌 속보(Interval Walking)
1. '체력'이란?
어떤 운동이 체력 향상에 효과적일까? 그 이야기를 하기 전에 우선 '체력'이 무엇인지에 대해 알아보자. '운동 생리학(Physiology of Exercise)'에서 '체력(Fitness)'이란 '지구력(Endurance)'과 '근력(Muscular Strength)'을 의미한다.
1-1. '지구력'이란 무엇인가?
'지구력'이란 어떤 사람이 어느 정도의 강도로 운동을 일정 시간 계속할 수 있는가라는 지표이다. 근육은 강도 높은 운동일수록 에너지를 얻기 위해 많은 산소를 필요로 한다. 따라서 온몸에서 일정 시간당 최대 어느 정도의 산소를 사용할 수 있는가로 지구력을 나타낼 수 있다. 이것을 '최대 산소 소비량' 또는 '최고 산소 소비량'이라고 한다. 결국 일정 시간당 많은 산소를 소비할 수 있는 사람일수록 근육이 많은 에너지를 얻을 수 있어, 강도 높은 운동을 계속할 수 있는 지구력이 높은 사람인 셈이다.
최대 산소 소비량은 호흡을 통해 몸속에 산소를 받아들이는 '폐', 그 산소를 근육 세포에 공급하는 '심장과 혈관', 그리고 공급된 산소를 사용해 에너지를 만드는 근육세포의 작용 등에 의해 결정된다. 예컨대 체중 60kg인 일류 마라톤 선수는 1분당 4.2L 정도의 산소를 사용하지만, 보통 체중에 평소 약간의 운동을 하는 중노년층은 2.1L 정도밖에 사용하지 못한다. 그리고 근육 세포 등에서 산소와 에너지원을 통해 에너지를 만드는 것은 '미토콘드리아(Mitochondria)'라는 세포소기관이다. 이렇게 만들어진 에너지는 '아데노신 3인산(ATP)'이라는 분자로, 생명 활동에 필수적인 물질이다.
1-2. '근력'이란 무엇인가?
한편, 근력에서 중요한 것은 먼저 '수축력'이다. 근육 세포 안을 보면, 가는 실 같은 근원섬유가 모여 있다. 그것이 서로 당겨져 수축함으로써 근육은 힘을 발휘하는데 이때 에너지를 필요로 한다. 이 근육 세포에는 '지근(Slow-Tiwitch Muscle)'과 '속근(Fast-Tiwitch Muscle)' 두 종류가 있다.
- 지근(Slow-Tiwitch Muscle): '지근'은 수축 속도는 느리지만 오랜 시간 운동을 계속할 수 있는 근육으로, 산소를 사용해 ATP를 만드는 미토콘드리아를 많이 포함하고 있다. 미토콘드리아 내부에는 철분을 포함한 단백질이 있어 붉게 보인다. 따라서 미토콘드리아가 많은 근육은 붉게 보인다.
- 속근(Fast-Tiwitch Muscle): '속근'은 순간적으로 커다란 힘을 낼 수 있는 근육으로, 산소를 사용하지 않고 ATP를 만드는 능력이 뛰어나지만 짧은 시간만 지속할 수 있다. 속근은 미토콘드리아가 적어서 하얗게 보인다.
또 근력에는 '근지구력'이라는 지표도 포함된다. '운동생리학(Exercise Physiology)'에서는 이론상 근육에 '산소'와 '에너지원'이 충분히 공급되는 한 힘들다고 느끼지 않을 정도의 강도 낮은 운동은 얼마든지 계속할 수 있다고 생각한다. 어떤 근육이 일정 강도의 운동을 어느 정도 계속할 수 있는가를 나타내는 것이 '근지구력'이다.
1-3. 운동에 필요한 에너지의 공급
그러면 이번에는 운동에 필요한 에너지의 공급에 대해서 알아보자. 인간이 운동을 시작하면, 먼저 근육에 원래 있는 ATP를 이용한 다음, 같은 근육에 있는 '크레아틴 인산(Creatine Phosphate)'이라는 물질을 분해해서 얻는 ATP를 사용한다. 이들 과정은 산소를 필요로 하지 않지만 10초 정도밖에 사용할 수 없다. 100m 달리기 등의 단시간에 하는 강도 높은 운동의 경우 이 메커니즘에 의해 에너지가 공급된다.
이어서 에너지원인 당질을 세포 안에서 분해함으로써 ATP를 만드는 메커니즘이 작동해, 산소를 필요로 하지 않고 에너지를 공급할 수 있다. 이 과정은 '혐기적 대사'라고 하며, '해당계(Glycolytic System)'라고도 한다. ATP를 만드는 속도가 빠르다고 알려져 있다. 다만 1분자의 포도당에서 2분자의 ATP밖에 얻을 수 없어 효율은 나쁘다. 산소가 공급되지 않는 경우, 분해된 글루코오스는 젖산이 되는데, 앞에서 말한 대로 젖산에서 생긴 수소 이온의 작용으로 인해 사람은 힘들다고 느끼거나 숨이 차다고 느끼게 된다.
운동이 대략 1분 이상 계속되면 세포 안에 있는 미토콘드리아에서 '산소'와 당질·지방·단백질 등의 '에너지원'을 이용해 ATP를 만드는 메커니즘이 작동한다. 이 대사에는 산소가 필요하기 때문에 '호기적 대사'라고 한다. 한 분자의 포도당에서 30분자의 ATP를 만들 수 있지만 그 속도는 느리다. 급속하게 많은 에너지를 필요로 하는 강한 운동의 경우 '혐기적 대사'에 의존하는 비율이 커진다. 그 경우 젖산이 생겨 '힘들다'고 느낀다. 마라톤이나 걷기 등에 이용되는 것은 주로 '호기적 대사'를 통해 얻는 에너지이다.
2. 보통 속도로 아무리 걸어도 체력은 좋아지지 않는다.
걷기와 관련해서 예전부터 '하루 만보'가 목표로 널리 알려져 있다. 하지만 대부분의 경우 단순히 하루 '만보 걷기'를 하는 것만으로는 운동으로서의 강도가 너무 낮아 체력 향상에 그다지 도움이 되지 않는다. 뒤에서 자세히 다루겠지만, 체력을 향상시키기 위해서는 일정 수준 이상의 강도 높은 운동이 필요하므로, 천천히 보통 속도로 걷는 등의 강도가 낮은 운동은 하루 만보를 걷는다고 해도 효과는 낮다. 신슈 대학의 연구 그룹이 2019년에 발표한 논문에 따르면, 약 680명의 중노년층에게 5개월간 걷기를 하게 한 결과를 분석했더니, 보통 속도로 걷는 시간이 제아무리 길어도 체력의 기준이 되는 수치는 개선되지 않았다. 하루 만보라는 말이 최초에 어떻게 퍼지기 시작했는지는 모르겠지만, 그 효과는 기대만큼 크지 않았다.
다이어트를 위해 걷기를 하는 사람도 많을 것이다. 천천히 오래 걷는 것이 몸속의 지방을 줄이는 데 좋다는 말은 사실일까? 이 견해를 믿는 사람들은 강도가 낮은 운동으로는 에너지원으로서 지방이 소비되기 쉽지만, 강도 높은 운동일수록 '포도당(Glucose)'의 당질이 소비된다고 믿는다. 하지만 이는 오해다. 다이어트가 목적이라고 할지라도 어느 정도 강도 높은 운동을 하는 것이 효과적이다.
왜냐하면 먼저 운동의 강도가 높을수록 필요로 하는 에너지양 전체가 커지기 때문이다. 강도가 낮은 운동보다 많은 지방을 소비하기 때문이다. 또 강도 높은 운동을 한 다음에는 근육에 '포도당' 등이 보충되거나 작은 손상을 복구하는 상태가 일시적으로 지속되며 이때 많은 지방이 소비된다. 이것을 '운동 후 과잉 산소 소비(EPOC: Excess Post-exercise Oxygen Consumption)'라고 한다.
그리고 강도 높은 운동을 일정 빈도로 하면 근육이 커진다. 근육은 안정 상태에서도 에너지원을 필요로 하기 때문에 여기서도 많은 지방이 소비된다. 안정 상태에 몸속에서 소비되는 에너지를 '기초 대사'라고 하며, 다이어트의 결과를 좌우한다. 이런 이유 때문에도 설령 시간이 짧아도 일정 수준 이상의 강도 높은 운동이 필요하다.
3. 체력 향상에는 강도 높은 운동이 필요하다.
예전에는 '강도 높은 운동으로 생기는 '젖산(Lactic Acid)'은 '피로 물질'이라는 생각이 일반적이었다. 그렇지만 최근 연구에서 젖산은 근육의 에너지원으로 재이용되는 것으로 밝혀졌다. 젖산은 물에 녹으면 '젖산 이온'과 '수소 이온'으로 나뉘고 '젖산 이온'은 에너지원으로 재이용된다. 그러나 수소 이온이 많이 생기면, 세포 안의 산성화가 진행되어 근육 수축에 필요한 효소의 작용을 방해한다. 또 혈액의 산성화가 진행되면 호흡이 빨라져 숨이 차게 된다. 결국 인간은 '힘들다', '숨이 차다'고 느끼게 된다. 따라서 강도 높은 운동을 함으로써 '젖산'에서 생긴 '수소 이온'은 피로에 관여한다고 말할 수 있다. 그러나 이런 강한 운동은 근육 성장과 체력 향상을 위해 필요하다.
걷기의 경우라면 '약간 힘들다'고 느낄 정도의 빠른 걸음이다. 그것은 젖산이 나오기 시작하는 운동 강도에 해당하며, 최고 산소 소비량의 60% 정도라는 점이 경험적으로 밝혀져 있다. 그렇다면 이런 강한 운동을 하면 어떤 일이 일어날까?
4. 강한 운동은 어떻게 체력을 향상시키는가?
- 혈액량 증가: 몇 주 동안 계속하면 몸속의 혈류량이 증가해, 1회의 심장 박동으로 내보내는 혈액이 많아지며, '최고 산소 소비량'이 커져 지구력이 향상된다. 그 이유는 약간 힘든 것이 자극제가 되어 분비되는 호르몬 등의 작용에 의해 체액량이 증가하거나 혈액 속의 '알부민(Albumen)'이라는 단백질이 증가해 농도가 진해지고, 그것을 묽게 하려는 '삼투압'이라는 작용으로 인해 혈관 바깥쪽에서 안쪽으로 흡수되는 수분이 늘어나기 때문이라고 생각된다. 또 혈관 벽이 부드러워져 더 많은 혈액을 머금을 수 있수 있게 되는 점 등도 지적된다. 참고로 혈액량이 늘면 피부의 혈류가 많아지는 한편, 땀샘의 기능도 향상되어 체온 조절 기능이 좋아지고 열사병에도 잘 걸리지 않는다.
- 호기적 대사의 기능 개선: 몇 달 사이에 혈액 속의 적혈구와 근육 세포의 미토콘드리아가 늘어나거나 주변의 모세혈관이 발달해 호기적 대사의 기능이 개선된다. 그 메커니즘으로는 근육의 수축 자체가 자극이 되어 단백질 합성이 촉진되는 것을 들 수 있다. 그 외에 젖산에서 생긴 수소 이온에 의해 세포 안의 산성화가 강화되면, 그것이 뇌에 전달되어 성장 호르몬 등이 분비되면서 근육이 더 커지는 것 등을 들 수 있다. 그러한 호르몬은 근육만이 아니라 온몸의 다양한 조직의 세포에도 작용한다. 이들은 기초 대사의 증가로 이어져서 다이어트에도 좋다.
이렇게 설명하면, 체력을 향상시키기 위해서는 '운동생리학(Exercise Physiology)'에 근거한 정밀한 프로그램이 필요할 것이라고 생각하기 쉽다. 그러나 중노년층의 경우에는 반드시 그렇지만은 않다. 대부분의 중노년층은 일부로 돈을 들여 스포츠 센터에 가지 않고 걷기만으로도 충분히 원하는 강도의 운동을 할 수 있다. 또 운동선수의 경우 '근력'과 '지구력'을 키우는 것이 일반적이지만, 중노년층의 경우에는 이것을 굳이 나누어서 할 필요까지는 없다.
5. 강한 운동은 생활 습관병 등의 증상도 개선한다.
젖산이 나오기 시작할 정도로 강도 높은 운동의 장점은 체력 향상만은 아니다. 당뇨병과 고혈압이라는 생활 습관병 등의 증상을 개선하는 효과도 있다고 한다. 왜냐하면 나이가 들면서 체력이 떨어지면, 다양한 질병의 근본적인 원인이 되는 경우가 많기 때문이다.
최근 이러한 생활 습관병의 커다란 요인으로 '근감소증(Sarcopenia)'이 지적되고 있다. '근감소증'은 나이가 들면서 근육이 쇠퇴하는 것으로 그 누구도 피할 수 없는 현상이다. 근육이 쇠퇴하면 미토콘드리아의 기능이 떨어져 '활성 산소'라는 물질을 많이 배출하게 된다. '활성 산소'란 산소 원자를 포함하는 분자 가운데 다른 물질과 반응하기 쉬운 상태의 것으로, 생명 활동에 의해 몸속에서 항상 만들어진다. 활성 산소'는 병원체를 물리치는 데 도움을 주는 등 인간에게 필수적인 문질이지만, 몸속의 세포와 조직을 손상시키거나 염증을 일으키는 폐해도 있다. 그러한 만성적인 염증이 지방 세포에서 생기면 당뇨병이 원인이 되는 등 다양한 질병에 관여한다고 생각된다.
강도 높은 걷기를 통해 미토콘드리아의 기능을 향상시키면, 활성 산소가 나오기 어렵게 되어 온몸의 만성 염증이 줄어든다고 생각된다. 그리고 그것은 당뇨병과 고혈압 등 생활습관병의 예방과 개선으로 이어진다. 이 밖에 '인지 기능'과 '기분 장애(우울증 등)', '골다공증', '관절통' 등의 개선에도 효과가 있다.
6. 인터벌 속보(Interval Walking)
여기서는 실제로 걷기를 어떻게 하면 좋을지 구체적으로 소개한다. 일본 신슈대학의 '노세 히로시(Hiroshi Nose)' 교수는 오랜 연구를 바탕으로 '인터벌 속보(Interval Walking)'라는 방법을 고안해서 주로 중노년층에게 권장하고 있다.
간단하게 설명하면 자신이 '약간 힘들다'고 느낄 정도의 빠르기로 3분, 보통 빠르기의 보행 3분을 교대하면서, 이것을 하루 5세트(하루 30분), 그리고 주 4회 이상 하는 것이다. 빨리 걷기는 최대 산소 소비량의 70% 이상, 보통의 보행은 40% 이하를 상정하고 있다. 빨리 걷기를 60%가 아니라 70%로 한 이유는 확실하게 젖산이 나오는 운동을 할 수 있기 때문이다. 체력 향상에 중요한 점은 '빨리 걷기'이지만, 그것을 줄곧하기에는 부담스럽다. 그래서 누구든 쉽게 할 수 있도록 보통 보행과 번갈아 하는 방법을 택한 것이 '인터벌 속보(Interval Walking)'이다. 따라서 3분마다 바꾸어 걷기를 엄밀하게 지킬 필요는 없으며, 걷는 코스 등에 따라 자유롭게 설정해도 된다. 또 하루 30분을 한꺼번에 하지 않고 아침과 저녁으로 나누어도 문제가 없다. 주 4일이 어렵다면 주말 등에 모아서 해도 괜찮다. 요컨대 빨리 걷는 시간이 주 합계 60분 이상이면 된다는 뜻이다.
6-1. 인터벌 속보의 효과
'인터벌 속보'에 실제로 어떤 효과가 있는지 데이터를 살펴보자. '노세 히로시' 교수 등의 연구팀은 2007년에 발표한 논문에서 중노년층 약 250명을 대상으로 5개월 동안 '인터벌 속보'를 하게 한 뒤 그 결과를 제시했다.
- 근력 상승: 그에 따르면 '인터벌 속보'를 한 그룹은 실시 전에 비해, 무릎을 펴는 근력이 13%, 무릎을 굽히는 근력이 평균 17%, 최대 산소 소비량이 평균 10% 상승되었다. 이것은 체력 나이가 10세 정도 젊어졌음을 의미한다. 한편, 하루 만보를 걸은 그룹의 변화는 각각 2%, 7%, -1%로 나타나 거의 효과가 없는 것으로 나타났다. 하루당 평균 걸음 수는 '인터벌 속보 그룹'이 8520보, '만보 걷기 그룹'이 10135보였다.
- 혈압 개선: 이와 동시에 혈압의 변화도 측정했더니 '인터벌 속보'를 한 그룹은 실시 전에 비해 최고 혈압이 평균 10mmHg, 최저 혈압이 평균 10mmHg, 최저 혈압이 평균 5mmHg 낮아졌다. 이것은 그후 5년 이내에 심근경색이나 뇌출혈 등이 발생할 위험을 40% 정도 낮춘 수치라고 한다. 한편 '만보 걷기를 한 그룹'과 '아무 것도 하지 않은 그룹'에서는 변화가 거의 없었다. 그 후 혈당값과 혈중 콜레스테롤, 비만 등에 대해 같은 실험을 했더니 모두 '인터벌 속보'를 하기 전후에서 개선 효과가 나타났다.
- 인지 기능 개선: 이런 효과를 활용하기 위해 일본 아키다현 '유리혼조 시(由利本莊 市)'에서는 지역 전체가 인터벌 속보에 참여했다. '노세 히로시' 교수 등은 이 시에서 중장년층 약 200명을 대상으로 인지 기능에 미치는 영향을 검증했다. 그에 따르면 5개월 동안 인터벌 속보를 한 그룹은 '최대 산소 소비량'이 평균 3%, '인지 기능'이 평균 4% 향상되었으며, 특히 경도 인지 장애 진단을 받은 참가자의 경우 인지 기능이 평균 34% 개선되었다는 결과를 얻었다. 최근 최대 산소 소비량이 많아지면 뇌 혈류가 증가해 인지 기능의 개선으로 이어진다는 점이 보고되었으며, 지구력 트레이닝을 통해 알츠하이머병의 증상이 개선되었다는 보고도 있다.
6-2. 꾸준히 하는 것이 중요하다.
주의해야 할 점은, 운동 강도를 올릴수록 좋은 것은 아니라는 사실이다. '노세 히로시' 교수에 따르면 최대 산소 소비량의 85%가 넘으면 사고의 위험이 높아지고 피로가 남아 오래 계속하지 못하는 경우가 많으므로 권장하지 않는다. 지금까지의 데이터를 보면, 빨리 걷기가 일정 시간을 넘으면 효과가 떨어지는 것으로 밝혀졌다. 따라서 앞서 말한 기준보다 길게 할 필요도 없다고 한다.
중요한 점은 꾸준히 계속하는 것이다. 5개월 동안 열심히 하면 대부분의 사람에게서 결과가 나타난다는 점이 과학적으로 확인되었다. 다만 운동을 그만두면 체력이 다시 떨어져 5개월 동안에 얻은 효과는 같은 정도의 시간에 사라진다. 결국 꾸준히 계속하는 일이 중요하다.
그리고 '인터벌 속보'를 한 뒤 30분 이내에 우유, 치즈, 요구르트 등 단백질이 풍부한 유제품을 섭취하는 것이 효과적이라고 한다. 강한 운동을 한 뒤 30분 이내에는 에너지원을 소비한 근육이 혈액에서 포도당을 흡수하는 작용이 높아지고, 이때 아미노산의 섭취도 활발해지기 때문이다. 이 타이밍에 유제품을 섭취하면 근육 세포에서 단백질이 합성되기 쉽고, 혈액량의 증가도 촉진된다.