근육은 무엇으로 힘을 내는가
ATP, 해당과정, 그리고 근막의 성질
근육이 실제로 쓰는 연료는 ATP 하나뿐입니다. 그런데 근육 안에 저장된 ATP는 1초에서 2초면 바닥날 만큼 적습니다. 그래서 몸은 세 가지 방식으로 ATP를 계속 만들어냅니다. 이 순서를 이해하면 세트 시간을 왜 그렇게 잡는지, 휴식을 왜 그만큼 주는지가 설명됩니다. 뒤이어 칼슘이 하는 일, 근육이 의지와 무관하게 굳는 이유, 그리고 근막이 근육과 어떻게 다른지까지 정리했습니다.
■ 세 줄 요약
첫째, ATP는 크레아틴인산이 곧바로 되살려 주고 그 저장분은 10초 안팎입니다.
둘째, 칼슘은 ATPase를 직접 켜는 것이 아니라 액틴의 결합부위를 열어줍니다.
셋째, 근막은 늘어난 채로 굳는 조직이 아니라 물기와 활주를 잃으면서 뻣뻣해지는 조직입니다.
근수축에 직접 쓰이는 에너지는 무엇인가요
ATP입니다. 다른 어떤 영양소도 근육이 직접 태워 쓰지 못합니다. 탄수화물이든 지방이든 결국 ATP로 바꿔야 근육이 씁니다.
ATP가 ADP와 무기인산으로 쪼개질 때 나오는 에너지를 미오신 머리가 받아 씁니다. 이 반응을 일으키는 효소가 미오신 머리에 붙어 있는 ATPase입니다.
문제는 양입니다. 안정 상태의 근육 1킬로그램에는 ATP가 약 5밀리몰 들어 있습니다. 그런데 전력을 다해 힘을 쓰면 초당 15밀리몰씩 소모됩니다. 재합성이 없다면 1초에서 2초 만에 동이 납니다.
그래서 근육은 크레아틴인산을 곁에 두고 있습니다. 크레아틴키나제라는 효소가 크레아틴인산의 인산을 ADP에 붙여 즉시 ATP로 되돌립니다. 이 반응은 산소도 필요 없고 중간 단계도 없어서 가장 빠릅니다. 예전 교재에서 CPK라고 표기하던 그 효소입니다.
세 가지 에너지 시스템은 언제 바뀌나요
▪ 첫 번째, ATP-PCr 시스템 - 산소가 전혀 필요 없습니다. 근육 1킬로그램에 크레아틴인산이 약 20밀리몰 저장되어 있고, 최대 강도로 쓰면 5초에서 10초 사이에 절반 이상이 빠집니다
▪ 두 번째, 무산소 해당과정 - 10초 무렵부터 주된 공급원이 되고 대략 2분까지 버팁니다. 젖산과 수소이온이 쌓이면서 힘이 떨어집니다
▪ 세 번째, 유산소 시스템 - 2분을 넘어가는 운동은 여기서 대부분의 ATP가 나옵니다. 대신 속도가 느립니다
이 셋은 스위치처럼 딱딱 넘어가는 게 아니라 항상 함께 돌아가면서 비중만 바뀝니다. 첫 세트 첫 반복에도 유산소 대사는 이미 작동하고 있습니다.
그래서 세트 사이 휴식은 얼마나 줘야 하나요
크레아틴인산이 회복되는 속도를 알면 답이 나옵니다. 1976년에 사람 대퇴사두근을 직접 채취해 측정한 연구가 지금도 기준입니다.
탈진할 때까지 운동한 직후 크레아틴인산은 안정 시의 15에서 16퍼센트만 남아 있었습니다. 회복은 두 단계로 나뉘어 진행됐는데, 빠른 단계의 반감기가 21초에서 22초, 느린 단계는 170초를 넘었습니다. 쉽게 말해 20초 남짓이면 절반 정도가 돌아오지만, 나머지를 다 채우려면 3분에서 5분이 걸립니다.
고중량 저반복으로 힘을 키우려면 3분 이상 쉬는 것이 이치에 맞습니다. 60초만 쉬고 다음 세트에 들어가면 크레아틴인산이 아직 절반 남짓입니다. 그 상태에서 나오는 힘은 첫 세트보다 낮을 수밖에 없습니다. 반대로 근비대나 대사 스트레스를 노린다면 60초에서 90초로 짧게 끊는 게 맞습니다. 목적이 다르면 휴식도 달라야 합니다.
칼슘은 정확히 무슨 일을 하나요
평소 액틴 필라멘트의 미오신 결합부위는 트로포미오신이라는 실 모양 단백질이 덮고 있습니다. 이게 덮여 있지 않다면 온몸의 근육이 통제 없이 오그라들 것입니다.
신경 신호가 오면 근형질세망에 저장된 칼슘이 쏟아져 나옵니다. 이 칼슘은 트로포닌C에 달라붙고, 트로포닌의 모양이 바뀌면서 트로포미오신을 옆으로 밀어냅니다. 그제서야 결합부위가 드러나고 미오신 머리가 붙습니다.
순서를 정확히 하면 이렇습니다. 칼슘이 ATPase를 직접 켜는 것이 아닙니다. 칼슘은 자리를 열어줄 뿐이고, 미오신이 액틴에 실제로 결합한 뒤에야 ATPase 활성이 크게 올라갑니다. 결합이 원인이고 효소 활성이 결과입니다.
여기서 자주 오해가 생깁니다. 근육을 쓰려면 칼슘을 많이 먹어야 하고, 부족하면 뼈에서 빼서 쓴다는 이야기입니다. 근수축에 쓰이는 칼슘은 혈액이 아니라 근세포 안 근형질세망에 따로 저장된 칼슘입니다. 혈중 칼슘 농도는 부갑상선호르몬이 아주 좁은 범위로 붙들고 있어서, 운동을 많이 한다고 그날 뼈가 녹는 식으로 움직이지 않습니다.
물론 칼슘 섭취가 장기간 부족하면 뼈에서 빠져나가는 것은 맞습니다. 다만 그건 몇 년 단위의 이야기이지 오늘 스쿼트 때문에 벌어지는 일이 아닙니다.
근형질세망과 T세관은 어떻게 다른가요
근형질세망은 근원섬유를 그물처럼 감싸고 있는 칼슘 저장고입니다. 영문 약자는 SR입니다. 근원섬유를 세로로 따라가는 부분을 세로세관, 양 끝의 부풀어 있는 부분을 종말수조라고 부릅니다.
T세관은 이것과 완전히 다른 구조입니다. 근섬유막이 안쪽으로 파고 들어간 관이라서 T세관 속은 세포 바깥과 이어져 있습니다. 근형질세망 안으로 들어가는 통로가 아니고, 두 구조는 막으로 분리되어 있습니다.
양쪽 종말수조가 T세관 하나를 사이에 두고 붙어 있는 구조를 삼련구조라고 합니다. T세관 쪽 수용체와 근형질세망 쪽 수용체가 물리적으로 맞물려 있어서, 전기 신호가 T세관을 타고 들어오면 그 힘으로 칼슘 통로가 열립니다.
근막이완은 왜 하는 건가요
굳어 있는 조직을 물리적으로 늘려서 펴려는 것이 아닙니다. 반복해서 돌고 있는 신경 고리를 끊어주려는 것입니다.
근육 안에는 근방추라는 길이 감지기가 들어 있습니다. 근방추의 민감도는 감마운동뉴런이 조절합니다. 통증이나 손상, 스트레스로 감마운동뉴런이 과하게 활동하면 근방추가 예민해지고, 별로 늘어나지도 않았는데 늘어났다는 신호를 보냅니다. 그러면 알파운동뉴런이 다시 수축을 시키고, 수축이 다시 감각을 자극합니다. 이것이 반복되는 것을 감마 루프라고 부릅니다.
이 상태가 이어지면 회복은 안 되고 손상만 쌓입니다. 만져보면 계속 딱딱합니다. 근막이완이나 폼롤러가 겨냥하는 것은 이 고리입니다.
한 가지 짚어둘 것이 있습니다. 눈 밑이 파르르 떨리는 증상은 이 감마 루프와 관계가 없습니다. 안면 근육에는 근방추가 사실상 없기 때문입니다. 눈꺼풀 떨림은 운동단위가 초당 3회에서 8회 정도로 제멋대로 발화하는 현상이고, 피로와 수면 부족, 카페인, 스트레스가 주된 유발 요인입니다. 대개 며칠에서 몇 주 안에 저절로 사라집니다. 근육이 뭉쳐서 그런 것이 아니니 마사지로 풀려고 애쓰실 필요가 없습니다.
왜 하필 승모근이 늘 뭉쳐 있을까요
해부학적인 이유가 있습니다. 흉쇄유돌근과 승모근은 둘 다 11번 뇌신경인 부신경의 지배를 받습니다. 부신경은 이 두 근육만 담당하는 운동신경입니다.
참고로 부신경은 굵은 말이집이 감싸고 있는 운동신경 섬유입니다. 그래서 신호 전달이 빠릅니다. 승모근은 여기에 더해 3번과 4번 목신경으로부터 감각과 고유수용 정보를 함께 받습니다.
긴장하거나 놀라면 목을 움츠리고 어깨가 올라가는 반응이 함께 나오는 것이 이 때문입니다. 두 근육이 같은 지배를 받으니 같이 긴장합니다. 상부 승모근만 따로 풀어서는 잘 안 풀리는 이유이기도 합니다. 목 앞쪽의 흉쇄유돌근을 함께 봐야 합니다.
근육은 어떤 상황에서 찢어지나요
힘을 쓰면서 늘어날 때입니다. 신장성 수축이라고 부릅니다. 무게를 내리는 구간, 착지하는 순간, 갑자기 끌려가는 순간이 여기에 해당합니다.
근절이 다 똑같이 늘어나면 문제가 없는데, 실제로는 약한 근절이 먼저 확 늘어나 버립니다. 그 근절이 감당 못 할 만큼 늘어나면 액틴과 미오신이 겹치는 구간을 벗어나고, 여기서 미세 손상이 발생합니다. 운동 다음날 늦게 찾아오는 근육통도 상당 부분 이 과정과 연결됩니다.
힘줄 파열도 마찬가지입니다. 이두근을 예로 들면, 전체 이두근 파열의 90퍼센트에서 97퍼센트가 어깨 쪽 기시부, 그중에서도 장두 힘줄에서 일어납니다. 팔꿈치 쪽 정지부 파열은 10만 명당 한 해 1명에서 5명 정도로 훨씬 드뭅니다.
다만 부상 성격은 반대입니다. 어깨 쪽 파열은 오랜 마모가 쌓여 어느 날 툭 끊어지는 경우가 많아 회전근개 문제가 함께 있는 비율이 높습니다. 팔꿈치 쪽 파열은 무거운 것을 받아내다가 갑자기 늘어나면서 한 번에 끊어지는 사고성 부상이고, 대부분 수술이 필요합니다. 헬스장에서 급하게 무게를 받아내는 상황이 딱 이 기전입니다.
근육과 근막은 성질이 어떻게 다른가요
근육은 탄성이 강합니다. 늘렸다 놓으면 제 길이로 돌아옵니다. 근막은 여기에 점성이 더해진 점탄성 조직입니다. 같은 힘이라도 얼마나 오래 유지하느냐에 따라 반응이 달라진다는 뜻입니다.
▪ 크리프 - 일정한 힘을 오래 유지하면 조금씩 더 늘어납니다
▪ 응력 이완 - 일정한 길이로 붙잡고 있으면 저항하는 힘이 서서히 줄어듭니다
▪ 이력 현상 - 늘렸다 놓는 과정에서 에너지가 열로 흩어집니다
스트레칭을 30초씩 유지하라고 하는 근거가 여기에 있습니다. 짧게 당겼다 놓으면 점성이 반응할 시간이 없습니다.
다만 근막이 영구적으로 형태가 바뀐다는 설명에는 조심할 부분이 있습니다. 2008년에 나온 계산 연구가 자주 인용됩니다. 대퇴근막을 1퍼센트만 압축하는 데도 9,000뉴턴 가까운 힘이 필요하고, 족저근막은 8,300뉴턴, 무게로 치면 850킬로그램에 해당하는 힘이 있어야 한다는 결과였습니다. 사람 손으로 낼 수 있는 힘의 범위가 아닙니다.
그래서 폼롤러를 굴리고 나서 몸이 부드러워지는 감각은 조직이 늘어나서가 아닙니다. 통증 역치가 올라가고 신경계의 긴장 조절이 달라지면서 생기는 변화로 보는 쪽이 우세합니다. 실제로 폼롤러는 관절 가동범위를 즉시 늘려주고 힘도 떨어뜨리지 않지만, 그 효과는 대체로 짧게 지속됩니다.
이걸 알고 쓰는 것과 모르고 쓰는 것은 다릅니다. 폼롤러는 운동 전에 몸을 열어주는 도구이지, 굳은 것을 영구히 펴는 도구가 아닙니다. 진짜 변화는 그 다음에 어떤 자세로 어떤 운동을 하느냐에서 나옵니다.
피부에서 근육까지는 몇 겹인가요
바깥에서 안쪽으로 이렇게 이어집니다.
▪ 표피
▪ 진피
▪ 피하지방층 - 이 안에 얇은 천부근막이 들어 있습니다
▪ 심부근막 - 근육을 직접 감싸는 질긴 막입니다
▪ 근외막, 근주막, 근내막 - 근육 전체, 근다발, 근섬유 하나를 각각 감쌉니다
심부근막은 한 장이 아니라 콜라겐 층이 여러 겹 겹쳐 있고, 층마다 섬유 방향이 다릅니다. 층과 층 사이에는 히알루론산이 채워져 있어 서로 미끄러집니다.
그래서 근막 문제는 두께보다 미끄러짐의 문제로 보는 것이 실제에 가깝습니다. 층 사이가 잘 안 미끄러지면 움직임이 뻑뻑해지고 통증이 생깁니다. 근막이 두꺼워지는 것도 좋은 신호가 아닙니다. 만성 통증이 있는 부위에서 오히려 근막이 두꺼워지고 활주가 떨어져 있는 소견이 관찰됩니다.
■ 한눈에 정리
▪ 근수축의 직접 연료는 ATP뿐이고 저장량은 1초에서 2초분입니다
▪ 크레아틴인산이 크레아틴키나제를 통해 즉시 ATP를 되살립니다
▪ ATP-PCr는 10초 안팎, 해당과정은 2분까지, 그 이후는 유산소입니다
▪ 크레아틴인산 회복은 반감기 약 21초, 완전 회복은 3분에서 5분입니다
▪ 칼슘은 트로포닌에 붙어 결합부위를 열 뿐 효소를 직접 켜지 않습니다
▪ T세관은 근형질세망 안이 아니라 근섬유막이 함입된 별개의 관입니다
▪ 감마 루프는 근방추가 예민해져 수축이 반복되는 상태입니다
▪ 눈꺼풀 떨림은 감마 루프가 아니라 운동단위의 자발 발화입니다
▪ 이두근 파열은 어깨 쪽 기시부가 90에서 97퍼센트를 차지합니다
▪ 근막은 손 힘으로 영구 변형되지 않으며 층 사이 활주가 관건입니다
자주 묻는 질문
Q. 세트 사이에 3분씩 쉬면 운동 효과가 떨어지지 않나요
목적에 따라 다릅니다. 최대 근력을 올리는 것이 목표라면 3분 이상이 오히려 유리합니다. 크레아틴인산이 덜 회복된 상태로 다음 세트에 들어가면 들 수 있는 무게 자체가 줄어들기 때문입니다.
Q. 크레아틴 보충제는 이 원리와 관계가 있나요
있습니다. 근육 안 크레아틴 저장량을 늘려서 크레아틴인산 풀을 키우는 것이 원리입니다. 다만 늘어나는 것은 짧고 강한 노력의 지속시간이지 지구력이 아닙니다.
Q. 젖산 때문에 근육통이 오는 건가요
아닙니다. 젖산은 운동이 끝나면 한 시간 안에 대부분 정리됩니다. 다음날 오는 근육통은 신장성 수축으로 생긴 미세 손상과 그에 따른 염증 반응입니다.
Q. 근육이 뭉쳤을 때 세게 눌러야 잘 풀리나요
세기보다 시간과 견딜 만한 강도가 중요합니다. 참기 힘들 정도로 누르면 오히려 방어 수축이 일어납니다. 아프긴 한데 숨을 편히 쉴 수 있는 정도가 적당합니다.
Q. 폼롤러를 매일 하면 몸이 유연해지나요
가동범위는 즉시 늘어나지만 그 효과는 오래가지 않습니다. 폼롤러 뒤에 늘어난 범위 안에서 실제로 근력 운동을 해줘야 변화가 남습니다.
Q. 어깨가 늘 뭉치는데 승모근만 풀면 되나요
흉쇄유돌근을 함께 보셔야 합니다. 두 근육이 같은 신경의 지배를 받아 함께 긴장합니다.
Q. 눈 밑 떨림은 어떻게 해야 하나요
잠을 늘리고 카페인을 줄이면 대개 며칠에서 몇 주 안에 사라집니다. 몇 주 이상 이어지거나 얼굴 다른 부위로 번지면 병원 진료를 받으시기 바랍니다.
■ 관장 한마디
현장에서 오래 하다 보면 이론을 몰라도 손이 먼저 아는 순간이 옵니다. 그런데 손만 아는 상태로는 설명을 못 합니다. 왜 3분을 쉬어야 하는지 회원님이 물으실 때, 그냥 그래야 한다고 답하면 다음 주에 또 같은 질문을 받습니다.
크레아틴인산이 절반 돌아오는 데 20초쯤 걸리고 다 차는 데 3분에서 5분이 걸린다는 걸 알면, 오늘 세트 사이에 휴대폰을 보다가 90초를 흘려보내는 것과 3분을 정확히 재는 것이 다른 일이 됩니다.
근막도 마찬가지입니다. 폼롤러로 굳은 게 펴진다고 믿고 20분씩 굴리는 분들이 계십니다. 그 시간에 5분만 굴리고 나머지 15분을 제대로 된 운동에 쓰시는 편이 훨씬 낫습니다. 폼롤러는 문을 여는 도구이지 방을 정리하는 도구가 아닙니다.
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