신경근의 개념, 운동 단위와 실무율 법칙

1. 운동 단위와 실무율 법칙

 각각의 근육세포는 운동 신경세포에 연결되어 있는데 신경근 접합부(Neuromuscular junction)에서 연결이 되어 있다. 운동 단위(Motor unit)는 한개의 운동 신경세포와 그 세포가 신경지배하는 모든 근섬유로 이루어져 있다. 운동 단위는 하나의 단위로써 기능을 한다. 특정 근육이 수축을 하면, 실제로 수축은 특정 운동 단위 내의 근섬유 수준에서 발생하게 되는 것이다. 근육 수축에서 반응을 하는 운동 단위의 수와 수축하는 근섬유의 수는 각각 활성화된 운동 단위에 따라 매우 다양하다. 활성화된 숫자와 관계없이 운동 단위 내의 개별 섬유들은 최대로 수축하거나 아예 수축하지 않거나 하는데, 이것이 실무율의 법칙(All or none principle)이다.

2. 근섬유 형태

  사람은 세 종류의 근섬유를 가지고 있다. TypeⅡa형과 TypeⅡb형의 두 개의 유형으로 나누어진 빠른 근섬유(Fast fibers)와 Ⅰ형으로 알려져 있는 느린 근섬유(Slow fibers)이다. 빠른 근섬유는 수축 속도가 빨라서 큰 힘을 낼 수 있지만 느린 근섬유에 비하여 빨리 피로해진다. 반면에 느린 근섬유는 피로에 대한 저항성이 높지만 일반적으로 빠른 근섬유보다 적은 힘을 낸다.

3. 근 장력의 발달에 영향을 미치는 요인

 최소의 무게를 들어 올리기 위해 특정 근육이 수축되는 것과, 최대 무게를 들어 올리기 위해 같은 근육이 수축하는 것에 대한 차이는 동원되는 근섬유의 숫자에 있다. 이 숫자는 동원되는 근섬유의 수를 많이 가진 운동 단위를 활성화하거나, 더 많은 운동 단위를 활성화시키거나, 혹은 운동 단위 활성화의 빈도를 증가시켜서 높일 수가 있다. 운동 단위 당 근섬유의 수는 눈 주위 근육 같은 세밀하고 정확한 반응을 요구하는 부위에서는 10개 미만이며, 보다 단순한 운동을 수행하는 대퇴사두근같이 큰 근육군에는 몇 천개 정도로 그 수가 매우 다양하다. 또, 빠른 근섬유를 포함한 운동 단위의 동원과 최상의 길이에서의 근섬유 동원은 큰 장력을 만드는 데 도움이 된다.

 장력은 근섬유의 안정 시 길이가 60% 정도로 줄어들었을 때 가장 최소화되고, 안정 시 길이의 130% 이상으로 늘어나면 장력이 발휘될 수 있는 한계를 넘게 된다.

 특정한 운동 단위의 근섬유가 수축하기 위해 운동 단위는 전기적 신호라고 알려진 활동전위(Action potential)를 통하여 먼저 뇌와 척수로부터 축삭을 통해 자극이 전달되어야 한다. 만약 자극이 활동전위를 일으킬 정도로 충분하지 않는다면 역치하 자극(Subthreshold stimulus)이 되어 수축이 일어나지 않는다. 자극이 하나의 운동 단위 축삭에서 자극을 일으킬 만큼 충분하다면 이때는 역치 자극(Threshold stimulus)이 되어 운동 단위의 모든 근섬유가 수축을 한다. 부가적으로 운동 단위에 있는 활동 전위를 생산하는 지점의 더 강한 자극은 최대하 자극(Submaximal stimuli)이라고 하며, 특정한 근육 전부의 운동 단위에서 활동 전위가 일어나도록 하기 위해서는 최대 자극이 필요하다. 자극이 역치에서부터 최대까지 증가한다면 더 많은 운동 단위가 동원이 되고, 근 수축의 전체적인 힘은 점차적으로 증가하는 경향을 보인다. 최대 수치를 넘긴 자극의 증가는 효과가 없다.

 더 큰 수축력은 운동 단위의 활성화 빈도의 증가에 따라 이루어질 수 있는데, 하나의 근 섬유의 수축 단계를 단순화하면 자극이 제공된다. 뒤이어 몇 천분에 1초의 짧은 잠복기(Latent period)가 오고 다음 단계인 약 0.04초 정도의 수축기(Contraction phase)가 시작되며, 근섬유는 짧아지기 시작한다. 뒤이어 약 0.05초 정도의 이완기(Relaxation phase)가 지속된다. 이런 수축의 가중(summation)은 한개의 수축이 혼자 만들 수 있는 것보다 더 큰 장력을 발생시킬 수 있다. 자극의 빈도가 증가할수록 가중이 증가해 근육의 장력도 크게 증가하는 것이다. 그러나 만약 자극이 너무 자주 일어나 이완기가 없어지게 되면 지속근강직(Tetanus)이 발생한다. 다른 현상인 계단현상(Treppe)은 수축 사이에 완전한 이완을 하기 충분하게 낮은 빈도에서 휴식을하고 있는 근육에 여러개의 최대 자극이 제공될 때 발생한다. 자극이 제공됨에 따라 점점 커지는 장력이 만들어지는데 이러한 계단 효과는 처음 몇 개의 자극에서만 발생한다.