신체지구력훈련에 의한 최대주행시간과 근섬유 조성비의 상호관계

Abstract

[영문]

[한글]

포유동물의 골격근은 크게 type Ⅰ 섬유(또는 slow twitch fiber-ST)와 type Ⅱ 섬유(

또는fast twitch fiber-ST)로 구성되어 있으며 이는 생리학적, 조직화학적 그리고 생화학

적 방법에 의하여 구별된다(Padykula 및 Herman, 1955; Stein 및 Padykula, 1962; Guth

및 Yellin, 1971). 특히 효소의 조직화학적 방법중 myosin ATPase황성도의 염색법은 최근

활용되고 있는 면역세포학적 방법 (Gauthier, 1979) 및 gel 전기영동법 (Pette등, 1979)

에 의한 근섬유 구별 결과와 일치하고 있어 근섬유의 조성연구에 널리 이용되고있다(Ande

rsen및 Henriksson, Jansson 및 Kaijser,1977; Klausen등, 1981; Blomstrand 및 Ekblom,1

982). 그러나 골격근섬유는 장기간 전기자극을 가하던지 (Streter 등, 1973) 또는 신경

교차문합(nerve cross-innervation; Buller등, 1960)에 의하여 그 유형이 상호전환되는

것으로 알려져 있으나 신체운동으로 인한 근섬유전환에 대하여서는 아직 논란의 대상이

되고 있다(Gollnick등, 1972; Burke및 Edgerton, 1975; Komi등, 1977; Saltin등, 1977).

특히 장거리선수의 경우 단거리선수나 비선수에 비하여 type Ⅰ 섬유가 많고(Gollnick

등, 1972) ST/FT 조성비가 높은 것이 (Saltin등, 1977) 유전적인 요인에 의하여 결정되는

것인지 아니면 훈련효과에 의한 적응현상인지는 확실히 규멍된 바 없다. 이와 같이 신체

훈련에 의한 근섬유 조성변화에 대하여 학자들간에 상이한 견해를 보이고 있지만, 최근의

실험보고에 의하면 장기간 강한 신체훈련을 부가하거나 기능적인 요구에 의하여 근섬유

조성이 변화할 가능성이 있는 것으로 시사된 바 있다(Thorstensson, 1976; Fugl-Meyer등,

1982). 따라서 장기간 신체지구력훈련 및 훈련중지가 근섬유조성에 미치는 영향을 확인

하고자 본 연구에 착수하였다.

생후 6주된 150gm 내외의 흰쥐 (Wistar strain)를 대조군과 실험군으로 분류하여 대조군

은 treadmill상에서 주행에 관한 학습만 시켰을뿐 주행훈련을 시키지 않았으며 실험군은

treadmill상에서 Pattengale 및 Holloszy(1967)의 훈련방법을 수정하여 24주간의 주행훈

련을 시켰다. 주행훈련 및 훈련중지후 네가지 골격근(족척근, 가자미근, 비닥근 및 장지

신근)에서 조직화학적염색방법 (Brooke 및 Kaiser, 1970a,b)으로 myosin ATPase 활성도의

변화를 측정하였으며 아울러 주행훈련중 및 훈련후 6주간의 훈련중지시 체중 및 최대주

행시간을 측정하였고 이들 상호간의 관계를 분석하였는데 그 실험성적을 요약하면 다음과

같다.

1. 실험군의 경우 신체지구력훈련 6주 이후부터 전 훈련기간 동안 체중증가가 대조군에

비하여 둔화되었으며 훈련중지후에도 실험군의 체중은 변화하지 않아 대조군보다 감소된

상태를 유지하였다.

2. 주행훈련의 강도와 기간이 증가함에 따라 실험군의 최대주행시간이 대조군에 비하여

증가하였으나(P<0.05), 6주간 훈련을 중지한 후에는 대조군과 동일한 수준으로 감소하였

다.

3. 대조군의 연령이 증가됨에 따라 족척근, 비복근 및 장지신근에서 oxidative capacit

y가 큰 type Ⅰ과 type Ⅱ^^A 섬유가 증가한 반면에 glycolytic capacity가 큰 type Ⅱ^^

B 섬유는 감소하였다. 그러나 가자미근의 경우 연령증가에 따라 type Ⅰ 및 type Ⅱ^^C

섬유는 증가하였으나 오히려 type Ⅱ^^A 섬유는 감소하였다.

4. 신체지구력훈련에 의하여 실험군의 족척근과 가자미근의 근섬유조성이 대조군에 비

하여 의의있게 변화하였으나(P<0.05) 이와 같은 변화는 6주간 훈련중지로 소실되었다. 한

편 신체지구력훈련 및 훈련중기결과 비복근과 장지신근의 경우 근섬유조성은 대조군과 비

교하여 유의한 변화가 없었다(P>0.05).

5. 족척근은 신체지구력훈련후 실험군의 Ⅱ^^A /Ⅱ^^B ratio가 대조군에 비하여 의의있

게 증가하였으나(P<0.01) 6주간 훈련중지에 의하여 이같은 차이가 소실되었다. 반면에 비

복근과 장지신근에서는 양군 모두 신체지구력훈련 및 훈련중지에 의하여 Ⅱ^^A /Ⅱ^^B ra

tio의 유의한 변화가 없었다(P>0.05).

6. 실험군의 경우 족척근의 Ⅱ^^A /Ⅱ^^B ratio의 변화는 신체지구력훈련 및 훈련중지

에 의한 최대주행시간의 변화와 일치하는 상관성을 나타냈다.

이상과 같은 실험성적은 treadmill을 이용한 장기간의 신체지구력훈련에 의하여 흰쥐의

골격근섬유가 일부 다른 유형의 섬유로 전환될 수 있음을 의미하며 신체지구력훈련에 의

한 골격근섬유의 조성변화는 개개의 근육종류에 따라 서로 상이한 것으로 사료된다.

Interrelationship between the Maximal Running Time and Muscle Fiber Composition

after Intensive Physical Endurance Training

Syng Ill Lee

Department of Medical Science The Graduate School, Yonsei University

(Directed by Prof. Doo Hee Kang, H.D., Ph.D.)

Mammalian skeletal muscles are mainly composed of type Ⅰ fiber (slow twitch

fiber-ST) and type Ⅱ fiber(fast twitch fiber-FT). These muscle fiber types have

teen classified by physiological, biochemical and histochemical method(Padykula and

Herman. 1955; Stein and Padykula, 1962; Bernard et al, 1970a; Burke et at, 1971;

Guth and Yellin, 1971). Especially, it has been well known that the classification

of muscle fiber type by histochemical reaction of myosin ATPase activity agrees

well with that by immunocytochemical methods(Gauthier, 1979) and also agrees with

gel eleotrophoretic pattern of myosin(Pette et at. 1979). Therefore. the former

method because of it's simplicity is widely used to study the muscle fiber

composition(Anderson and Henriksson, 1977; Jansson and Kaijser, 1977; Klausen et

al, 1981; Blomstrand and Ekblom. 1982).

On the other hand, the experimental manipulations, such as nerve

cross-innervation(Buller et al, 1960), electrical stimulation(Streter et at. 1973)

can be lead to change the muscle fiber composition. Nevertheless, the possibility

of interconversion of muscle fiber types by physical training is currently the

subject of discussion(Gollnick et al, 1972; Burke and Edgerton. 1975; Komi et at,

1977; Saltin et al, 1977). There is no direct information in support of the view

whether the predominance of type Ⅰ fiber in endurance athletes is hereditary or

induced by training. In recent studies, it was reported that the posaibility of

intereonversion of muscle fibers may be introcuced by the long term effects for

systemic training(Thorstenason, 1976)and the the functional demands(Fugl-Meyer et

at, 1982).

The present study was undertaken to evaluate the interrelationship between

maximal running time and muscle fiber compositiom after long term physical

endurance training(24 wks) and the subsequent detraining(6 wks).

Male rats of a Wistar strain weighing approximately 150 gm were divided into the

experimental group and sedentary group. The experimental group was trained by means

of a modified program of treadmill running as described by Pattengale and

Holloszy(1967). Maximal running time and body weight were measured during training

and detraining. After training and detraining, the four muscles(m. soleus, m.

plantaris, m. gastrocnemius, m. extensor digitorum longes) were dissected out and

the proportions of type Ⅰ, type Ⅱ^^A, type Ⅱ^^B and type Ⅱ^^C fibers were

determined according to their histochemical activitr of myosin ATPase.

The results are summarized as follows :

1. During the prolonged physical endurance training, the experimental rats showed

a significantly less gain in body weight than the controls.

2. As the intensity and duration of physical endurance training were increased,

maximal running time of the experimental rats was increased up to about 650% of the

controls but reduced to the same level of the controls after detraining.

3. With ageing, in plantaris, gastrocnemiua and extensor digitorum longue muscles

type Ⅰ and type Ⅱ^^A fibers with high oxidative capacity were increased but type

Ⅱ^^B fiber with high glycolytic activity was reduced. On the other hand, in soleus

muscle type Ⅰ and type Ⅱ^^C fibers were increased and type Ⅱ^^A fiber reduced

with ageing.

4. Muscle fiber composition of the plantaris and soleus muscle in experimental

group was significantly changed by physical endurance training. However these

changes were disappeared after detraining for 6 weeks. In the other muscles, no

significant changes were shown in muscle fiber composition butt the gastrocnemius

muscle in which the appearance of type Ⅱ^^C fibers was observed.

5. The Ⅱ^^A /Ⅱ^^B ratio of the plantaris muscle was significantly increased

after physical endurance training but decreased to the same level as the control

group after detraining. On the other hand, the significant change in Ⅱ^^A /Ⅱ^^B

ratio of gastrocnemius and extensor digitorum longus muscle were not observed in

both groups.

6. The changes in the Ⅱ^^A /Ⅱ^^B ratio of the plantaris muscle induced by

training and detraining represented a good correlation with those in maximal

running time.

These results suggest the possibility that muscle fiber type can be

interconverted by the long term physical endurance training but the changes in the

pattern of muscle fiber composition induced by physical training depend on the

types of muscle.