근육은 어떻게 커질까요 — 기계적 장력이라는 자극

근육은 무엇을 자극으로 받아들여 커질까요

근력운동으로 근육이 커지는 가장 유력한 자극은 근섬유가 힘을 내며 버틸 때 걸리는 기계적 장력입니다. 2019년 문헌고찰은 근육을 키우는 첫 자극의 후보로 기계적 장력, 운동으로 생기는 근손상, 대사 스트레스 세 가지를 검토했습니다. 연구진은 기계적 신호를 가장 유력한 자극으로 꼽았고, 근손상은 근비대에 꼭 필요하지는 않을 것이며 대사 스트레스를 지지하는 근거는 간접적이라고 정리했습니다 [1].

근육이 커진다는 것은 대부분 근섬유 하나하나가 굵어진다는 뜻입니다. 근섬유가 굵어지려면 근육 단백질을 만드는 속도가 허무는 속도보다 커야 합니다. 이 리뷰는 단백질 합성을 조절하는 mTORC1이라는 신호 경로를 운동 뒤 근육 성장의 중심축으로 보았습니다 [1].

기계적 장력을 첫손에 꼽는 근거는 세 갈래입니다. 근육은 깁스처럼 부하가 줄면 작아지고, 동물 실험에서 한 근육에 부하를 몰아주면 커집니다. 그리고 큰 힘을 내는 근력운동은 근육을 키우지만 가벼운 힘을 오래 쓰는 지구력 운동은 거의 키우지 않습니다. 연구진은 이 근거들이 대부분 간접적이라고 밝혔습니다 [1].

근섬유가 장력을 어떻게 알아채는지는 아직 다 밝혀지지 않았습니다. 리뷰는 근섬유 안에서 힘이 전달되는 마디인 Z선에 붙은 단백질 복합체(필라민-C와 BAG3)와 근섬유를 바깥 결합조직에 고정하는 부위 등을 후보로 들었지만, 어느 것도 완전히 규명되지 않았다고 적었습니다 [1].

장력을 주려면 꼭 무거운 무게를 들어야 할까요

기계적 장력이 핵심이라는 말이 가장 무거운 무게를 들어야 한다는 뜻은 아닙니다. 같은 리뷰는 근비대를 일으키는 데 부하가 지나치게 클 필요는 없고, 1RM(한 번에 들 수 있는 최대 무게)의 약 30% 무게로도 최대에 가까운 근비대가 일어나는 것으로 보인다고 적었습니다 [1].

가벼운 무게로 근육을 키운 연구들이 세트를 어떻게 수행했는지, 무게에 따라 최대 근력의 향상은 어떻게 달랐는지는 몇 회 들 수 있는 무게로 해야 할까요에 따로 정리해 두었습니다.

저는 이 결과를 "몇 kg을 들었나"보다 "근육이 얼마나 힘을 내며 버텼나"를 먼저 보라는 뜻으로 읽습니다. 근육의 힘을 뼈로 전달하는 힘줄이 부하에 적응하는 속도는 근육과 다를 수 있는데, 이 이야기는 다른 글에서 다룹니다.

펌핑과 타는 느낌은 근육을 키우는 신호일까요

세트 끝의 펌핑이나 타는 느낌이 근육을 직접 키운다는 근거는 아직 간접적입니다. 세트를 이어 가면 근육은 산소만으로 에너지를 다 채우지 못해 크레아틴인산이 줄고 젖산이 쌓이며 산도가 떨어집니다. 리뷰는 이런 변화를 대사 스트레스라고 정의했습니다 [1].

대사 스트레스 가설의 주된 근거는 혈류제한 훈련입니다. 허벅지나 팔에 띠를 감아 피의 흐름을 줄인 채 가벼운 무게로 운동하면 근육이 뚜렷이 커지는데, 이때 대사 스트레스가 커지기 때문입니다 [1].

반론도 같은 리뷰에 있습니다. 대사 스트레스는 가벼운 무게로 한계까지 간 세트에서 무거운 세트보다 크고, 400m 달리기처럼 근육을 키우는 데 알맞지 않은 운동에서 오히려 더 큽니다. 에너지가 모자랄 때 켜지는 신호(AMPK)는 성장 신호인 mTORC1을 누르기도 합니다. 대사물질이 쌓여 근섬유가 지치면 힘을 유지하려고 더 많은 근섬유가 동원되고, 그렇게 동원된 근섬유가 장력 자극을 받는다는 해석도 소개됐습니다 [1].

펌핑도 비슷합니다. 리뷰에 따르면 근력운동 한 번으로 근육 전체가 부을 수는 있지만 근섬유 자체가 부푼다는 확실한 증거는 적습니다. 부푼 세포가 골격 단백질을 당겨 성장 신호가 될 수 있다는 생각은 아직 가설 단계입니다 [1].

근육통이 있어야, 근육이 찢어져야 근육이 자랄까요

근육통이나 뚜렷한 근손상이 없어도 근육은 비슷하게 자랄 수 있습니다.

2011년 Flann 연구팀은 이 질문을 직접 실험했습니다. 최근 1년 동안 하체 근력운동을 하지 않은 대학생 14명(남 8명, 여 6명)을 7명씩 나눴습니다. 두 무리 모두 모터가 페달을 거꾸로 돌리고 사람이 그 힘을 버티는 자전거에서, 허벅지 근육이 늘어나며 힘을 내는 신장성 운동을 주 3회 20분씩 했습니다. 한 무리는 3주에 걸쳐 강도를 아주 천천히 올렸고, 다른 무리는 처음부터 목표 강도로 시작했습니다. 전체 운동량은 두 무리 모두 3.2×10³ kJ로 맞췄습니다 [3].

처음부터 시작한 무리는 근손상 지표인 혈중 크레아틴키나아제(CK)가 5주째 평균 580 U/L까지 올랐고 초반 근육통도 더 심했습니다. 천천히 올린 무리의 CK는 평균 107 U/L 아래에 머물렀습니다. 그런데 MRI로 잰 허벅지 앞 근육(대퇴사두근) 부피는 천천히 올린 무리가 6.5%, 처음부터 시작한 무리가 7.5% 늘어 차이가 없었습니다. 근력 향상도 25%와 26%로 비슷했습니다 [3].

근손상 지표는 크게 달랐지만 근육이 자란 정도는 비슷했습니다. Flann 등(2011)의 수치로 만든 그림이며(AI로 제작, 수치는 직접 대조), 대학생 14명을 7명씩 나눈 작은 연구이고 천천히 올린 무리는 3주를 더 운동했습니다.

이 연구는 한 무리가 7명뿐이고 특수한 기계로 한 신장성 운동입니다. 천천히 올린 무리는 3주를 더 운동했고, 연구진도 증상으로 드러나지 않는 미세한 손상까지 없었다고는 말하지 않았습니다 [3].

2016년 Damas 연구팀은 같은 사람을 10주 동안 따라가며 근손상과 근육 성장을 함께 쟀습니다. 참가자는 예전에 하체 근력운동을 해 봤지만 6개월 넘게 쉬고 있던 젊은 남성 10명이었습니다. 레그프레스와 레그 익스텐션을 주 2회, 세트마다 더 못 들 때까지 했고, 허벅지 바깥쪽 근육인 외측광근에서 조직을 떼어 현미경으로 봤습니다 [2].

허벅지 바깥쪽의 Vastus lateralis가 외측광근입니다. 이 글에서 다룬 사람 연구 가운데 Damas 등(2016)과 Psilander 등(2019)이 이 근육에서 조직을 떼어 근섬유와 근핵을 셌습니다. 크기를 줄였습니다. 출처: Henry Gray, Anatomy of the Human Body 20판(1918) 그림 430, 퍼블릭 도메인(Wikimedia Commons).

첫 주 운동 뒤 48시간에 무릎을 펴는 힘은 운동 전의 77.9%로 떨어졌고, 100mm 척도로 잰 근육통은 61mm, CK는 416 U/L이었습니다. 10주째 같은 운동을 한 뒤에는 힘이 97.7%에 머물렀고 근육통은 8mm, CK는 110 U/L로 거의 오르지 않았습니다 [2].

근섬유 단면적은 10주째에야 의미 있게 늘었습니다(약 14%). 운동 뒤 근육 단백질 합성은 첫 주에 가장 컸지만 나중의 근비대와 관련이 없었고, 3주째와 10주째의 합성은 근비대와 강하게 관련됐습니다(상관계수 약 0.9) [2]. 연구진은 처음의 합성 증가가 손상된 단백질을 복구하는 데 쓰였을 수 있고, 근비대는 손상이 줄어든 뒤 쌓인 합성의 결과라고 해석했습니다 [2]. 10명을 잰 상관관계여서 인과를 증명한 결과는 아닙니다.

2019년 리뷰도 근손상이 근비대에 도움이 되더라도 어느 선까지일 것이고, 손상이 심하면 힘을 내는 능력이 떨어져 훈련과 회복을 방해할 수 있다고 보았습니다 [1]. 저는 이 연구들을, 근육통을 운동 효과의 척도로 삼을 이유는 크지 않다는 뜻으로 읽습니다.

위성세포와 근핵은 근육이 커질 때 무슨 일을 할까요

근섬유는 핵을 여러 개 가진 긴 세포이고, 근육이 커질 때 근섬유 곁의 줄기세포인 위성세포가 새 핵을 보탤 수 있습니다. 근섬유 안의 핵을 근핵이라 부르고, 핵 하나가 맡는 세포질의 범위를 근핵 영역이라고 합니다. 위성세포는 근섬유 가장자리에 붙어 쉬고 있다가 자극을 받으면 분열하고, 일부가 근섬유와 합쳐져 근핵이 됩니다. 2019년 리뷰는 위성세포를 근육에 상주하는 줄기세포로, 근력운동 뒤 성인의 근섬유에 핵을 보태는 세포로 설명했습니다 [1].

오랫동안 근섬유가 26% 이상 커져야 근핵이 늘어난다는 문턱 이론이 있었습니다. 2018년 메타분석은 근력운동, 지구력 운동, 단백질 보충, 스테로이드 투여 연구 27편(62개 집단, 903명)을 모아 이 문턱을 따졌습니다. 근섬유가 10% 이하로 커졌을 때도 근핵이 늘었고, 약 22% 커졌을 때 근핵이 더 뚜렷하게 늘었습니다. 나이, 성별, 근섬유 유형은 결과에 영향을 주지 않았습니다 [4]. 이 수치는 공개된 초록 기준입니다.

근핵이 먼저 늘고 근섬유가 뒤따라 커진다는 관찰은 동물에서 나왔습니다. 2010년 생쥐 실험에서 옆 근육을 일부 잘라 한 근육에 부하를 몰아주자 근핵 수는 6일째부터, 근섬유 단면적은 9일째부터 늘기 시작했습니다. 21일 동안 근섬유 단면적은 35%, 근핵 수는 54% 늘었습니다 [5].

위성세포가 꼭 필요한지도 주로 동물에서 따져 왔습니다. 2019년 리뷰는 위성세포를 없앤 생쥐에서도 처음의 근비대는 일어날 수 있지만 그 크기가 몇 달 동안 유지되지는 못했다는 연구들을 정리했습니다. 처음의 근비대에도 위성세포가 필요하다는 연구도 함께 소개하면서, 위성세포가 시간이 걸리는 온전한 근비대에 필요하다고 보았습니다 [1].

사람에게서는 결과가 늘 같지 않습니다. 운동 경험이 없던 성인 19명이 한쪽 다리만 10주 동안 훈련한 2019년 연구에서는 근섬유 단면적이 약 17% 늘었는데도 근핵 수는 달라지지 않았습니다 [6].

운동을 쉬었다가 다시 하면 근육이 더 빨리 돌아올까요

근핵이 쉬는 동안에도 남아 있다는 관찰은 사람에게서도 나왔지만, 그 덕분에 근육이 더 빨리 돌아오는지는 아직 분명하지 않습니다.

이른바 근육 기억의 근거는 동물 실험에서 시작됐습니다. 2010년 연구에서 부하로 근핵이 늘어난 생쥐 근육은 신경을 끊어 몇 달 동안 쓰지 못하게 한 뒤에도 근핵을 잃지 않았습니다. 근섬유 단면적은 부하를 받았을 때의 23%(중앙값)까지 줄었는데도 그랬습니다. 쥐 실험에서는 미리 부하를 받았던 근육이 2주 동안 신경을 끊은 뒤 그런 이력이 없는 근육보다 33% 컸습니다 [5]. 수술로 부하를 몰아주고 신경을 끊은 모형이어서, 사람의 훈련과 휴식을 그대로 옮긴 실험은 아닙니다.

사람 연구는 두 편을 볼 만합니다. 2019년 연구에서 운동 경험이 없던 19명(여 10명, 남 9명)은 한쪽 다리만 10주 훈련했고, 근육 두께는 약 10%, 레그 익스텐션 1RM은 약 20% 늘었습니다. 20주를 쉬자 두 다리의 근육 두께는 비슷해졌지만 늘었던 근력의 60%는 남아 있었습니다. 이어 두 다리를 함께 5주 훈련했을 때 근육 두께와 근력은 두 다리에서 비슷하게 늘었습니다 [6]. 연구진은 첫 훈련에서 근핵이 늘지 않았기 때문에 근핵 가설을 제대로 시험한 결과는 아니라고 밝혔고, 남은 근력은 운동 학습 같은 신경 쪽 적응의 몫일 수 있다고 보았습니다 [6].

2024년 연구는 팔꿈치를 굽히는 근육으로 같은 질문을 다시 던졌습니다. 팔 근력운동을 해 본 적 없는 12명(여 8명, 남 4명)이 한쪽 팔만 10주 훈련하자 근섬유 하나당 근핵 수가 1형 섬유에서 13%, 2형 섬유에서 34% 늘었습니다. 16주를 쉬는 동안 근섬유 단면적은 21% 줄었지만 근핵 수는 거의 그대로였습니다 [7].

그러나 두 팔을 함께 10주 다시 훈련했을 때 근육 두께는 예전에 훈련한 팔이 13%, 처음 훈련하는 팔이 15% 늘어 비슷했습니다. 2형 근섬유가 늘어난 폭도 두 팔 사이에 의미 있는 차이가 없었고, 1RM이 오른 비율은 오히려 처음 훈련하는 팔이 컸습니다(61% 대 38%) [7]. 연구진은 근핵이 오래 남는다는 점은 사람에게서 확인됐지만 그것이 재훈련에 주는 이득은 아직 정해지지 않았다고 결론지었습니다. 근섬유 분석까지 마친 사람은 9명이었습니다 [7].

저는 이 결과를, 운동을 쉬었다가 다시 시작해도 처음 시작할 때보다 불리할 이유는 없지만 "근육이 기억하니 금방 돌아온다"고 장담하기는 이르다는 뜻으로 읽습니다.

통증이 생기면

익숙하지 않은 운동을 처음 한 뒤 하루 이틀 근육이 넓게 뻐근한 것은 흔한 지연성 근육통입니다. 위 연구에서처럼 같은 운동을 반복하면 대개 줄어듭니다. 다음은 근육통이 아니라 진료가 먼저인 경우입니다.

• 운동 중 뚝 하는 느낌과 함께 한 자리가 찌르듯 아프고 힘이 빠졌습니다
• 근육이 심하게 붓고 단단해지며 소변 색이 콜라처럼 진해졌습니다. 이때는 당일 진료가 필요합니다
• 아픈 자리가 한 점으로 또렷하고, 멍이 들거나 근육 모양이 달라졌습니다
• 무게를 줄이고 쉬었는데도 2주 넘게 같은 자리가 아픕니다
• 통증이 팔이나 다리로 뻗치거나 저림, 힘 빠짐이 함께 있습니다

근육통과 부상을 가르는 기준은 운동 뒤 통증, 근육통과 부상은 어떻게 구분할까요에, 파열을 의심할 신호는 운동 중 뚝 소리와 함께 아팠다면에, 다친 직후 이틀의 대처는 운동하다 다친 직후 이틀에 정리해 두었습니다. 벤치프레스 중 가슴이 끊어지는 느낌이 들었다면 대흉근 파열을 먼저 읽어 보시면 좋겠습니다.

저희는 마취통증의학과(통증의학) 전문의가 광화문·종로에서 근골격계 통증을 비수술적으로 진료합니다. 아픈 원인을 확인한 뒤 어느 운동을 어느 강도로 이어 갈지를 함께 정합니다.