골격근의 구조와 기능 그리고 운동

골격근은 뼈에 붙어있는 근육으로 600개 이상으로 구성된 수의근이다. 이는 우리 체중의 40~50%를 구성하고 있다. 운동 신경을 통해 명령을 전달하여 수축이 일어나면 힘이 발생한다. 이것을 골격근이 수축했다고 한다. 골격근은 주로 세 가지의 기능을 한다. 첫째는 자세 유지를 위한 근수축, 둘째는 운동과 호흡을 위한 근수축, 셋째는 체온유지를 위한 열을 생산한다. 골격근은 힘줄(건)에 의해 뼈에 부착되어 있다. 근육의 한쪽 끝이 움직이지 않는 뼈에 부착되고, 반대쪽은 근육이 수축할 때 움직이는 뼈에 고정되어 있다. 골격근의 구조와 기능에 대해 알아보자.

 

골격근의 구조

 

골격근의 구조

골격근은 여러 종류의 조직으로 구성되어 있다. 각각의 근육은 서로 분리되어 있고, 근막으로 불리는 것으로 싸여있다. 골격근은 근외막, 근다발막, 근내막과 같은 막이 있다. 근외막은 근육의 가장 바깥쪽을 덮고 있고, 근육의 힘을 전달하는 중요한 역할이 있다. 근다발막은 근육의 계층을 형성하고 근육의 손상을 보호한다. 근내막은 가장 안쪽에서 결합조직을 이룬다.근섬유는 근육세포라고도 한다. 근육을 구성하는 최소단위이다.

 

근수축의 형태

근육의 가장 중요한 기능은 수축이다. 근수축은 크게 동적 수축과 정적 수축으로 구분된다. 동적 수축은 등장성 수축과 등속성 수축으로 나눠진다. 등장성 수축은 단축성 수축과 신장성 수축으로 또 나눌 수 있다. 근육의 길이가 짧아지면서 힘이 발생하는 것은 단축성 수축이라 하고 근육의 길이가 길어지면서 힘이 발생하는 것을 신장성 수축이라고 한다. 단축성과 신장성 수축은 근육의 길이가 변하는데 이를 등장성 수축이라고 한다. 예를 들어 턱걸이를 할 때 철봉을 할 때 상완이두근이 단축성 수축이 이루어진다. 팔꿈치를 천천히 펴서 내려올 때 상완이두근에서 신장성 수축이 이루어진다. 등장성 수축은 근력 강화를 위해 주로 사용한다. 신장성 수축 형태의 근력 운동은 근섬유의 미세한 손상을 초래하여 근육통을 만든다. 등속성 수축은 관절각이 동일한 속도로 움직이는 것을 말하는데 운동 장비를 사용하여 운동한다. 특정한 운동 속도와 전체 관절가동범위에서 운동하기 때문에 부상 위험이 적고 재활트레이닝에서 주로 사용한다. 등장성 수축과 반대로 근육의 길이가 변하지 않으며 장력이 발생하는 수축을 정적 수축이다. 이것을 등척성 수축이라고도 한다. 예를 들어 양손으로 벽을 미는 것을 생각하면 쉽다. 등척성 수축은 수축 시 근혈류가 감소되고, 관절 가동 범위를 다 써서 근력 발휘가 일어나지 않아 근력 향상의 효과는 떨어진다. 하지만 운동의 안정성과 운동 범위를 고려하면 재활트레이닝에 적합한다.

 

근수축의 원리

근수축을 근원섬유에 초점에 맞춰서 보도록 하자. 액틴과 미오신의 작용을 보면 수축이 일어나기 위해서는 거리를 두고 있던 액틴과 미오신이 서로 붙는다. 미오신 헤드가 액틴의 결합부위에 붙는다. 두 필라멘트가 붙어서 엑토마이오신이 된다. 이를 교차겹합이라고 한다. 교차결합이 되면 미오신 헤드가 액틴을 잡아당기는데 이를 파워스트로크라고 한다. 파워스트로크 과정에서 미오신 헤드는 ATP를 분해하여 힘을 얻는다. 근육의 수축단계를 순서대로 나눠보자. 운동신경의 활동 전위가 운동신경말단으로 전도되면 연접간격으로부터 아세틸콜린이 방출되고 근세포막 활동전위가 생성된다. 이다음 근질세망으로부터 칼슘이 방출되고, 칼슘이 트로포닌에 결합하여 액틴결합부위에 노출된다. 미오신 십자형 가교가 액틴결합부위와 강한 결합을 하여 근수축이 일어난다. 트로포닌으로부터 칼슘 분리 및 제거가 되어 근육이 이완된다. 근수축을 위해서는 ATPase 효소에 의한 ATP의 분해로 일어난다. ATP가 ADP + Pi로 분해되면서 마이오신 십자형 가교를 활성화하고 이것은 마이오신 위로 액틴 분자를 끌어당겨서 근육을 짧게 한다. 

 

근섬유 형태

인간의 근섬유는 속근과 지근으로 나눌 수 있다. 지근은 느린 수축을 하는 근육 형태로 많은 수의 미토콘드리아를 가져 산화효소에 효과적이며 많은 모세혈관에 둘러싸여 있다. 지근(근섬유 I형)은 유산소성 대사에 높은 능력과 피로에 대한 저항능력이 높다. 속근은 두 가지 형태가 있다. IIa형과 IIx형이다. 근섬유 IIa형은 빠른 유산소 해당섬유라고 불리는데 I형과 IIx형의 중간적인 특성을 같는다. 근섬유 IIx형은 다른 형에 비해 미토콘드리아의 수가 적다. 제한된 유산소성 대사능력을 갖고 있고, 지근보다 피로에 대한 저항이 약하다. 하지만 해당작용 요소가 많아 무산소성 능력이 좋다. 요약하면 근섬유의 형태는 지근(I형), 속근(IIa형, IIx형) 세 가지로 구분된다. 규칙적인 운동은 인간의 근섬유의 생화학적 및 특성을 조절가능하고 속근을 지근으로 전환할 수 있다.

 

근육의 기능과 운동

근육은 주동근, 협력근, 고정근, 길항근 등 근육의 역할을 분류할 수 있다. 인체의 근육은 1개의 근육에서 단독적으로 이루어 질 수 없다. 여러 개의 근육이 협동해서 운동이 일어난다. 주동근이란 움직임에 직접적으로 관여하는 근육을 말한다. 협력근은 주동근의 운동을 돕거나 보조하는 근육이다. 길항근은 특정 관절에서 작용에 반대되는 운동을 하는 것을 말한다. 고정근은 뼈 혹은 신체의 부분을 고정하고 지지하여 움직이고 있는 다른 작용을 돕는 근육이다. 일반적으로 근육의 기능은 근력, 순발력, 근지구력으로 구분할 수 있다. 근력은 한 번의 노력으로 발휘할 수 있는 최대힘을 말한다. 근육의 굵기 및 횡단면적에 비례한다. 순발력은 근력을 바탕으로 발휘되는 능력으로 힘과 속도의 결합이다. 근지구력은 부하를 반복적으로 할 수 있는 능력을 말한다. 어떤 무게나 최대근력에 반복적으로 들어 올리거나 반복하는 횟수로 측정한다.