운동단위(motor unit)의 동원은 근수축(muscle contraction)의 동원

김형욱의 칼럼언어

 운동단위(motor unit)는 근육의 수축(muscle contraction)과 더불어, 실제로 발생될 수 있는 수축(contraction) 정도에 대한 정보를 담고 있습니다. 이것은 신경학적인 이야기입니다. 신경(nerve)의 것들은 우리가 자주 접하는 정보도 아닌 데다가 눈에 보이지도 않기 때문에 다소 추상적입니다. 하지만 먼저 단어 자체부터 풀이하면, 조금 더 쉽게 와닿을 수 있습니다.
 사전적으로 '단위(unit)'란, 수량을 잴 수 있는 것들을 수치로 나타낼 때 지표가 되는 일정한 기준입니다. 그렇다면, 앞에 '운동(motor)'이 붙어서 '운동단위(motor unit)'가 되었으니, 이것은 움직임의 수량을 일정한 기준으로 표현하는 용어입니다. 이때 여기에서의 일정한 기준은 신경학적인 이야기라고 사전에 밝혔던 것처럼, 운동신경(motor unit)의 관점에서 살펴봐야 합니다. 그럼 움직임을 단위로 삼는 이야기, 운동단위(motor unit)에 대해서 소개합니다.

 

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 서론에서 운동단위(motor unit)의 명칭을 정의했던 표현은 제 나름대로 쉽게 풀이하기 위한 표현이었지만, 정확한 의미에서의 운동단위(motor unit)란 하나의 운동신경(motor unit)과 이것에 의해 지배되는 근섬유(muscle fiber)들을 아우르는 단위입니다.
 이미 잘 알고 있는 것처럼, 근육은 신경의 지배를 받고 있습니다. 신경(nerve)의 통제와 조절에 의해 근육은 제 기능을 발휘할 수 있으며, 또한 우리가 힘을 내고 움직일 수 있는 것도 이러한 이유 때문입니다.
 인체에는 무수히 많은 운동신경(motor unit)이 존재합니다. 하지만 그 수많은 운동신경(motor unit)들은 저마다 다른 길이(length)와 부피(volume), 그리고 경로(pathway)를 가집니다. 그러니 각각의 운동신경(motor unit)들은 저마다 지배하게 되는 근섬유(muscle fiber)들이 서로 다릅니다. 이때 운동신경(motor unit)들은 척추(spine)로부터 보호(protection)되는 척수(spinal cord) 앞쪽(anterior)에서부터 분포됩니다. 이것을 생각했을 때, 인체 중심지로부터 얼마나 많은 운동신경(motor unit)들이 파생되고 주행하게 되는지 쉽게 상상해볼 수 있습니다.

 모든 근육은 하나도 빠짐없이 신경(nerve)에 의해서만 자기 본연의 역할을 수행할 수 있기 때문에, 이것을 표현하는 운동단위(motor unit)는 근육과 신경(nerve)이 각각의 개념이 아니라, 이미 하나의 유기적인 관계임을 나타내고 있습니다. 근육과 신경(nerve)은 이렇게 하나입니다. 여기에서 근신경계(neuromuscular system)라는 개념도 시작되는 것입니다.
 척수(spinal cord)로부터 분포되는 척수신경(spinal nerve), 즉 말초신경(peripheral nerve)은 각기 달리 근육과 연결되어 있습니다. 편의상 연결이라고도 표현하지만, 정확하게는 연접입니다. (단일의 신경세포 축삭돌기에서는 인접한 세포에 자극을 전달하기 위해 화학적 신호를 내보냅니다. 사전적으로는 연접은 연결과도 동일한 의미로 풀이되지만, 여기에서의 연접은 연결되기 직전의 상태라고 생각하면 됩니다.) 특정한 근섬유(muscle fiber)에 연결된 말초신경(peripheral nerve)은 근육의 수축(muscle contraction)을 도모하기 위해, 신경의 말단(nerve ending)이 되는 축삭돌기(axon)에서 신경전달물질(neurotransmitter)인 아세틸콜린(acetylcholine)을 분비하여 수축(contraction) 신호(signal)를 일으키게 됩니다. 이때 신호(signal)를 받게 되는 근막(fascia)에는 아세틸콜린(acetylcholine) 감수체를 통해서 수용기(receptor)에 아세틸콜린(acetylcholine)이 결합됩니다. 이것은 비스테로이드 호르몬(nonsteroidal hormone)이 근막(fascia)의 수용기(receptor)와 결합되어 있는 상태로, 이로 인해 생성된 활동 전압이 근막(fascia)을 따라 가로세관으로 전파됩니다. 그러면 근형질세망의 종말수조로부터 칼슘이 유리되어 근수축(contraction)을 위한 과정이 차례대로 발생되는 것입니다.
 잠시 동안 근수축(contraction) 원리에 대해 도입 부분에 해당되는 내용만 서술했지만, 이렇게 간단하게 살펴봤을 때에도 근수축(contraction)을 위해서는 신경(nerve)의 역할이 선행된다는 것을 알 수 있습니다. 결국, 이것은 운동단위(motor unit)의 기준은 근섬유(muscle fiber)가 아닌 운동신경(motor unit)이라는 이야기입니다. 신경(nerve)에 연접된 모든 근섬유(muscle fiber)들의 집합이 운동단위(motor unit)였으니, 근섬유(muscle fiber)가 아니라 운동신경(motor unit)이 운동단위(motor unit)의 기준이 되는 것입니다. 그러니 운동신경(motor unit)이 하나라면 운동단위(motor unit)도 하나이고, 운동신경(motor unit)이 둘이라면 운동단위(motor unit)로 둘인 셈입니다.

 운동단위(motor unit)는 이렇게 운동신경(motor unit)과 근섬유(muscle fiber)의 관계를 잘 이해해줄 수 있게 만듭니다.
 하나의 운동신경(motor unit)에서 분포되는 여러 개의 축삭돌기(axon)는 인접한 근섬유(muscle fiber)에 파고들어 각각 하나의 근섬유(muscle fiber)와 축삭돌기 말단(axon ending)에 결합하여 근신경연접(myoneural junction)을 형성합니다. 이 상태에서 하나의 운동신경(motor unit)이 활동전위(action potential)를 전달하면, 연결된 모든 근섬유(muscle fiber)들이 동시에 수축(contraction)하게 됩니다. 단, 여기에서 활동전위(action potential)를 전달하기 위해서는 역치(threshold) 이상의 자극(stimulation)이 발생되어야 합니다. 그렇지 않는다면, 운동신경(motor unit)에서 활동전위(action potential)는 발생되지 않습니다.
 따라서 자극(stimulation)이 발생되더라도 그 자극(stimulation)이 역치(threshold) 이상인지 미만인지에 따라서, 근섬유(muscle fiber)들은 일부는 수축(contraction)하고 일부는 수축(contraction)하지 않는 현상이 발생하지 않는다는 것입니다. 전부가 아니면 전무입니다. 전체 다 수축(contraction)하든지, 아니면 하나도 수축(contraction)하지 않든지에 대한 의미입니다. 이것은 근육의 고유한 특징과도 같습니다. 따라서 하나의 운동단위(motor unit)는 항상 근육과 같이 활동합니다. 그래서 더욱 '단위(unit)'라는 용어를 사용하는 것입니다.

 그렇다 보니 운동단위(motor unit)는 그 수와 크기가 근육의 다양한 기능적 특성을 결정하는 중요 요인이 됩니다. 가장 강조되고 있는 특징 중 하나는 하나의 근육에 운동단위(motor unit)의 수가 많을수록, 그 근육은 섬세하게 조정될 수 있다는 것입니다. 당연히 단일의 근육에 운동신경(motor unit)이 많이 분포되어 있으니, 그 근육을 조절하기 훨씬 용이할 수밖에 없습니다. 여기에 운동단위(motor unit)에서 관장되는 근섬유(muscle fiber)의 크기가 클수록, 그 운동단위(motor unit)가 동원될 때 발휘하는 힘(force) 또한 클 수밖에 없습니다. 그래서 본 포스팅의 제목을 운동단위(motor unit)의 동원은 근수축(contraction)의 동원이라고 표현한 것입니다. 근수축(contraction) 정도의 비례함이, 단순히 운동단위(motor unit)에 의해서만 절대적인 것은 아니지만 (근섬유(muscle fiber)의 유형, 역학적인 이점, 수축(contraction) 속도(speed), 시간(time), 수축(contraction) 필라멘트 결합의 수 등도 존재), 신경학적인 논의가 가장 우선시되어야 하기 때문에, 다양한 요인 중 가장 큰 비중을 차지하고 있다고 해도 좋습니다.
 따라서 운동단위(motor unit)의 동원 수가 증가될수록, 운동신경(motor unit)을 많이 사용한다는 것을 의미하기 때문에, 해당 운동신경(motor unit)과 연결과 근섬유(muscle fiber)들은 더욱 많을 것이고, 그러니 수축(contraction) 시에 그 힘을 더욱 강할 수밖에 없습니다.

 이러한 예로, 최초에 운동을 하지 않다가 운동을 시작하게 되면, 근력(strength)의 증가 속도가 상당히 빠르다는 것을 경험할 수 있습니다. 운동 수행에 있어서 중반기의 시기보다 그 발달 속도가 더욱 빠릅니다. 이것이 바로 운동단위(motor unit) 동원 수에 의한 것입니다. 운동 초반기에는 근섬유(muscle fiber)의 구조적인 발달보다 신경적인 발달로 인해 운동단위(motor unit)의 동원 수가 증가하기 때문입니다. 운동을 하면 할수록 운동신경(motor unit)을 계속해서 사용되고, 그만큼 운동신경(motor unit)이 발달될 가능성도 증가합니다. 그러니 운동을 하지 않다가 하게 됐을 경우에는 이러한 결과가 도출되는 것입니다.
 우리는 살아가면서 우리가 지닌 운동신경(motor unit)을 최대한으로 발휘하지 못할 것입니다. 이것은 우리의 두뇌와 모든 감각신경계(sensory nerve system)의 잠재된 능력까지 포함하기 때문입니다. 하지만 몸을 움직이면 움직일수록, 그리고 그 움직임이 올바르고 효율적일수록 운동신경(motor unit)은 그에 맞게 효율적으로 발달합니다. 많은 전문가들은 운동신경(motor unit)의 발달은 운동 초기의 큰 비중을 차지한다고 합니다. 이것이 충분히 발달된 뒤에는 운동신경(motor unit)이 아닌 다른 기계적인, 구조적인, 혹은 대사적인 발달로 인해서 근력(strength)이 증가된다고 합니다. 하지만 개인적인 생각으로는 초반기에 운동신경(motor unit)의 활성으로 인한 운동수행능력 발달에는 동의하지만, 그 이후 시기에 발달되는 변화에 대해서는 어떠한 훈련을 통해서 운동수행능력을 이끌어내는지에 달렸다고 봅니다.

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 김형욱이 읽어주는 '운동단위(motor unit) 동원'

 훈련을 통해서 인체가 발달되는 과정에서 발휘되는 모든 요인들은 가역적이면서 가변적입니다. 운동신경학이 발달된 이래, 운동단위(motor unit)를 기준으로 한 운동수행능력 발달에 대한 의견이 다양하게 제시되고 있으며, 심지어는 더 나은 퍼포먼스와 수축(contraction) 강도에 있어서, 운동단위(motor unit)가 아닌 다른 요인들이 더 많은 기여도를 보인다는 내용까지 소개되고 있습니다. 하지만 이 모든 것들은 어찌 됐든, 신경계(nervous system)의 기반 아래 발휘됩니다. 그러니 운동신경(motor unit)과 관련된 훈련 원칙들을 제대로 이해하고 실제 현장에서 적용할 수 있다면, 다른 발달 요인에도 더 큰 시너지 효과를 불러일으킬 수 있을 것입니다.

 

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