운동생리학의 호흡계 파트2: 사점, 세컨드윈드, 완충계, 무산소성역치

이 글에서는 운동 시 호흡과 관련된 사점, 세컨드윈드, 완충계, 무산소성 역치의 역할에 대해 알아보겠습니다. 이들의 기능과 역할, 운동을 하면서 호흡계에 일어나는 변화를 이해하고 그에 따른 호흡제어의 중요성에 대해 살펴보겠습니다. 

 

호흡: 사점, 세컨드윈드

운동생리학에서 호흡계는 운동 시 비정상적인 호흡으로 인한 산소 부족을 예방하고 가슴과 복부의 근육을 이용하여 효율적으로 숨을 쉬는 것이 중요합니다. 운동 중 호흡과 관련된 두 가지 개념을 알아보겠습니다. 첫 번째 개념은 사점(dead point)입니다. 사점(dead point)은 격렬한 운동 중에 산소 요구량을 충족시키기에 일시적으로 호흡이 부족해져 숨가쁨을 유발하는 지점을 의미합니다. 사점(dead point)은 운동 개시 초기에는 호흡이 짧아서 숨이 차고, 호흡과 맥박이 빨라지며 가슴이 조여지고 근육이 아픈 여러가지 고통스러운 증상이 나타납니다. 발생하는 이유는 무산소 에너지가 고갈되고, 운동 초기 호흡, 순환기능이 적응을 하지 못했기 때문입니다. 활동하는 근육으로의 혈류량을 충족시키기 위한 심장의 부담이 증가하기 때문입니다. 두 번째 개념은 세컨드 윈드(second wind)입니다. 세컨드 윈드(second wind)는 몸이 적응하고 호흡이 개선되어 개인의 적은 노력으로 더 오랜 기간 동안 운동을 유지할 수 있게 합니다. 정상상태의 운동에서 사점(dead point)은 심한 발한, 근육이 아픈 여러가지 고통스러운 증상이 사라진 상태입니다. 세컨드 윈드(second wind)는 산소 요구량에 적당한 산소섭취가 이루어지는 산소 전달 개선, 대사 부산물 감소, 호흡기 및 심혈관 시스템의 효율성 향상에 기인합니다. 

 

완충계

운동하는 동안 완충 시스템은 신체의 산-염기 균형을 유지하는 데 중요한 역할을 합니다. 운동하는 동안 신체는 젖산과 같은 대사부산물을 생성하여 근육과 혈액의 산도를 증가시킬 수 있습니다. 안정적인 산-염기의 균형을 유지하기 위해서 신체는 pH수준을 조절하고 안정화하는 데 도움이 되는 여러 완충시스템에 의존합니다. 완충시스템은 1차 방어선과 2차 방어선으로 구성됩니다. 1차 방어선은 세포 내 완충계와 세포 외(혈액) 완충계가 있습니다. 세포 내 완충계는 단백질, 중탄산염, 인산염이 있습니다. 세포 외 (혈액) 완충계는 중탄산염, 단백질, 헤모글로빈이 있습니다. 중탄산염은 혈액과 조직의 pH 조절을 돕는 완충 시스템입니다. 운동이 심해지면 대사과정에서 과도한 수소 이온(H+)이 생성되어 산도가 증가합니다.(pH 감소) 이에 대응하기 위해 혈액 내의 중탄산염 이온(HCO3-)은 과잉 수소이온(H+)과 결합하여 탄산(H2CO3)을 형성하여 완충제 역할을 합니다. 그런 다음 탄산(H2CO3)은 탄산탈수효소에 의해 물과 이산화탄소(CO2)로 빠르게 전환됩니다. 이러한 과정은 pH의 급격한 감소를 방지하여 신체가 운동 중에 상대적으로 안정적인 산-염기 균형을 유지할 수 있도록 합니다. 2차 방어선은 호흡보상작용과 신장에서 이루어집니다. 호흡보상은 운동 중 혈중 젖산 증가 현상에 대응하여 환기량을 증가키셔 이산화탄소(CO2)를 제거하고 수소 이온(H+) 농도가 급격히 증가하는 것을 억제시키는 현상입니다. 신장은 산성 혹은 염기성 뇨를 배출하여 수소 이온(H+) 농도를 정상 수준으로 유지시킵니다. 

 

무산소성역치 (AT)

환기량(Ventilation)은 우리가 숨 쉬는 시간 동안 폐로 들어가나 폐에서 나오는 공기의 양을 의미합니다. 환기량은 일반적으로 분당 숨쉬는 횟수와 숨쉬는 양에 따라 결정됩니다. 무산소성 역치(Anaerobic Threshold)는 환기량이 급격하게 증가하는 시점으로 유산소 대사에 의한 에너지 생산 능력을 넘어서 무산소성 대사에 의한 에너지 공급이 가속화 되는 지점입니다. 즉, 무산소성 역치(AT)는 인체가 한계를 넘어서 산소 공급 양이 부족할 때 근육이 에너지를 생성하는 데 사용하는 대사 과정에서 생성되는 산성 대사산물이 축적되는 지점입니다. 이 때문에 이 역치는 운동 성능을 판단하는 중요한 지표 중 하나로 사용됩니다. 이 역치(AT)는 무산소성 대사가 더욱 우세해져서 부산물인 젖산 생성이 증가합니다. 근육의 피로감과 관련이 있습니다. 무산소성 역치(AT)는 개인의 최대 산소 섭취량(VO2 max)의 백분율 또는 최대 심박수의 백분율로 표시됩니다. 운동 강도와 지구력 성능의 지표로 사용됩니다. 무산소성 역치(AT) 강도에서 훈련하면 젖산 및 대사 부산물의 축적과 관련된 피로의 시작점을 지연시켜 더 오랜기간 동안 고강도 운동을 지속할 수 있습니다.