축구경기 에너지 생성과정

스포츠생리학

Jan 5. 2020

에너지 생성과정

지구력은 스포츠 의학에서 신체조정능력, 유연성, 근력 그리고 스피드와 함께 운동의 주요 5대 요소다. 스포츠 의학에서 지구력은 이미 1950년대 중반부터 집중적으로 연구되었다. 지구력 향상을 위한 다양한 훈련방법들이 어떤 영향을 가지는지 1970년과 1990년대에 학문적 기반의 토대가 마련되었고, 연구의 초점은 고강도 인터벌 트레이닝(HIIT)과 오랜 시간 동안 휴식 없이 운동하는 훈련방법(Dauermethode)에 맞추어졌다. 지구력 향상을 위해 도입된 이 방법들을 알기 위해 선수들의 생리학적인 변화가 어떻게 일어나는지 이해하는 것이 필요하다.

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 낮아진 걸까? 약에 포함된 성분은 칼슘 길항제이다. 이것은 혈관과 심장의 세포막의 칼슘 채널에 작용하여 혈관을 확장시켜 혈압을 낮추어 혈압을 낮춘다.

자신의 환자에게 적합한 약과 치료법을 처방하는 의사처럼 트레이너는 선수의 유기체에 적합한 강도를 설정해야 한다. 적절한 트레이닝 강도 조절을 통해 선수의 지구력이 향상될 수 있다. 즉 적절한 운동처방을 해야 한다. 트레이너는 개개인에게 최상의 처방을 내리기 위해 트레이닝 강도와 생리학적인 변화과정의 작용원리를 이해해야 한다.

근육세포는 하나의 근원섬유로 구성된다. 이것은 두 가지 요소를 포함한다. 하나는 마이오신이고 또 다른 하나는 액틴이다. 어떤 자극이 뇌로부터 근육을 향한다면 근육은 수축한다. 이 단계에서 마이오신은 액틴에 결합한다. 이와 동시에 근육을 가동하는 ATP가 방출된다. 새로운 ATP가 생성되고 마이오신은 악틴으로부터 분리된다. ATP는 근육을 수축하기 위해 항상 신체 내에 있어한다. ATP의 집중도가 격렬한 운동으로 인해 감소한다면 운동을 수행하고 있는 선수의 운동능력 또한 떨어진다. 이를 통해 선수의 근육은 지속적인 ATP 생성능력에 기반한다는 것을 추론할 수 있다. 이것을 학문적 용어로 ATP 생성과 소비의 균등 상태라 한다.

근육세포 내부에 지속적인 ATP 생성을 위한 두 가지 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 사용 가능한지 점검한다. ATP 집중도가 떨어진다면 즉각적으로 호흡을 통해 ATP를 추가로 공급한다.

빠른 근육 수축으로 인해 ATP가 대량으로 소비되었을 경우 호흡을 통한 ATP의 추가 유입이 불충분하다. 이 지점부터 포도당을 분해하고 호흡이 없는 해당 과정이 ATP 추가 공급자로서 활동한다. 이 두 가지 시스템 모두 운동 시 ATP 집중도를 유지시켜주고 운동을 가능케 한다.

저강도 운동 간 그리고 해당과정에서 피루브산이 생성되고 젖산으로 전환되는데, 이는 호흡을 통해 에너지원으로서 재활용이 가능하다. 강도 높은 운동을 지속했을 경우 젖산 생성 비율이 제거 비율보다 높아져 균형 상태가 깨진다. 많이 생성된 젖산은 근수축 능력을 저하시킨다. 해당 과정과 산소를 통한 시스템 모두 궁극적으로 상호보완 작용해야 하고 스포츠 종목별로 기능해야 한다. 그렇다면 어떤 시스템이 어떤 트레이닝 방법으로 주로 활용되어야 하는가?

이해도를 높이기 위해 세 가지 예를 들어보자. 세계기록 보유자 우사인 볼트는 100m에서 9,58초를 기록했다. 이 종목에서 해당 과정만 작용된다. 볼트는 자신의 ATP를 해당과정을 통해 공급받는다. 호흡 후 산소가 폐와 혈액을 통해 근육에 도달할 때 이미 100m 달리기는 끝난다. 간략하게 말해 고강도 운동은 해당과정만 훈련하는 것이다. 단점으로는 젖산이 근육 내에 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 젖산 제거에도 기여한다. 에너지는 80%는 호흡 20%는 해당과정을 통해 생성된다. 100m 달리기와 비교해봤을 때 완전 다른 생리학적 작용이 발생한다.

마라톤 세계기록 보유자인 데니스 키프루토 키메토는 2시간 02분의 기록을 가지고 있다. ATP 생성은 해당과정을 통해 이루어지지 않는다. 이것은 활성화되기는 하지만 달리는 거리를 고려했을 때 ATP는 거의 100%는 호흡을 통해 생성된다.

축구경기에서 에너지 생성

축구경기에서 에너지는 대부분 산소를 통해 생성된다. 하지만 상황에 따라 전력질주 등 고강도 운동 시 해당과정을 통한 에너지 생성이 필수적이다. 즉 운동 강도의 지속적인 변화(스프린트, 천천히 중간 속도의 축구적인 훈련)를 통해 해당과정과 호흡을 통한 에너지 생성을 활성화시킬 수 있다.

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

축구 경기에서 발생하는 고강도 액션을 위해 ATP를 해당과정을 통해 생산해야 하기 때문에 추가적인 고강도 인터벌 트레이닝이 필요하다. 주의할 점은 고강도 인터벌 트레이닝을 주마다 지속적으로 반복한다면 선수들은 쉽게 지치고 피곤을 느낀다. 오히려 지구력이 경향에 따라 감소할 수 있다.

휴식 없는 저강도 훈련(Dauermethode)의 주요 에너지 공급처는 호흡이다. 휴식 없는 저강도 훈련을 통해 최대 산소 섭취량을 증가시킬 수 있다. 이 훈련의 목적은 ATP 생성과 젖산을 빠르게 에너지원으로 사용하는 능력을 배양하는 것이다.

요약하자면 고강도 액션의 질과 양을 위한 훈련과 저강도 액션 시 신속하게 회복하는 능력을 배양하는 훈련을 단일형태로 혹은 혼합형태로 편성하여 주기화를 구성하는 것이 축구 종목의 특수성을 이해한 훈련 방식이라고 할 수 있다.

젖산 축적?

선수가 격렬한 운동을 할 때 신체는 젖산을 생성하고, 신체는 호흡을 통해 젖산을 에너지원으로 사용한다. 이 상태는 오랜 시간 동안 유지가 된다. 하지만 운동 강도가 높아지는 특정 구간부터 젖산 생성량이 젖산을 에너지로 이용하는 양보다 많아져 젖산이 신체에 쌓이게 됩니다. 이 구간을 무산소 운동(anaerobe Schwelle)라고 칭한다. 하지만 과도한 젖산 축적은 축구경기 중 나타나지 않는다 (Verheijen, 1999)

축구경기 중 젖산 축적이 과도하게 나타나지 않는다. 그 이유는 호흡을 통해 ATP를 생성하는 저강도 운동과 무산소 영역에서 크레아틴 인산과 포도당을 분해하여 ATP를 생성하는 고강도 운동이 지속적으로 반복되어 나타나기 때문이다. 저강도 운동 시 신체는 호흡을 통해 산소를 공급받고 젖산을 에너지원으로 사용하게 되어 젖산의 과도한 축적을 방해한다.

생리학적 원리에 입각한다면 젖산 생성을 과도하게 촉진시키는 400m 훈련보다 고강도 액션 지속 후 반복적인 휴식을 부여하는 간헐적 인터벌 방법이 효과적이다고 단언할 수는 없지만 효율적이고 종목의 특성에 적합하다고 할 수 있다. 간헐적 인터벌 방법 도입 이전 기본적인 지구력을 배양하기 위해 휴식 없는 장기간 저강도 훈련이 선행되어야 한다.