근육의 연료와 섬유 종류

근육에 저장된 ATP는 몇 초 동안 수축할 만큼뿐이라서 근육은 쉬지 않고 ATP를 새로 만들어야 합니다.

작은 연료 탱크

가로다리가 한 바퀴 돌 때마다, 칼슘 펌프가 한 번 일할 때마다 ATP가 쓰입니다. 그런데 근육섬유에 들어 있는 ATP는 몇 초 동안 수축할 만큼밖에 되지 않습니다. 그래서 근육섬유는 쓰는 것과 거의 같은 빠르기로 ATP를 다시 만들어야 합니다. 근육세포는 세 가지 방법으로 ATP를 만드는데, 각 방법은 얼마나 빨리 일하는지와 얼마나 오래 버틸 수 있는지가 저마다 다릅니다.

크레아틴 인산: 처음 몇 초

쉬고 있는 근육에서는 쓰고 남는 여분의 ATP가 크레아틴(creatine)이라는 분자에 인산기를 넘겨 크레아틴 인산(creatine phosphate)을 만들어 둡니다. 수축이 시작되면 크레아틴 키나아제(creatine kinase)라는 효소가 그 인산을 ADP에 다시 붙여 ATP를 만듭니다. 이 반응은 아주 빠르지만, 저장해 둔 양이 적어서 약 15초 동안의 일만 감당합니다.

해당 과정: 빠르지만 헤픈 방법

그다음은 산소 없이 포도당을 분해하는 해당 과정(glycolysis)입니다. 이때 쓰는 포도당은 피에서 오거나, 근육에 저장해 둔 글리코겐(glycogen)에서 나옵니다. 해당 과정은 크레아틴 인산 방식보다 느리고 효율도 그리 높지 않습니다. 포도당 한 분자에서 얻는 ATP는 순수하게 두 개뿐이고, 여기에 피루브산(pyruvic acid) 두 분자가 함께 생깁니다. 산소가 모자라면 피루브산이 젖산(lactic acid)으로 바뀌는데, 그 덕분에 해당 과정이 계속 돌아가지만 피로를 거들 수도 있습니다. 해당 과정만으로는 약 1분 동안의 활동밖에 감당하지 못해서, 짧고 격렬하게 힘을 쓰는 순간에 알맞습니다.

유산소 호흡: 느리고 꾸준한 방법

산소가 있으면 미토콘드리아가 포도당, 피루브산, 지방산을 이산화탄소와 물이 될 때까지 완전히 분해합니다. 이 유산소 호흡(aerobic respiration)은 포도당 한 분자에서 ATP를 약 30~32개 만들어 해당 과정보다 훨씬 많지만, 속도가 더 느리고, 산소가 끊기지 않고 꾸준히 공급되어야 합니다. 쉬고 있거나 적당히 일하는 근육이 쓰는 ATP의 약 95%를 유산소 호흡이 댑니다. 미오글로빈(myoglobin)이라는 단백질은 섬유 안에 적은 양의 산소를 따로 저장해 둡니다. 힘든 일을 한 뒤 한동안 숨이 가쁜 것은 ATP와 크레아틴 인산을 되채우고 젖산을 처리하는 데 산소가 더 필요하기 때문입니다. 이렇게 더 필요해진 산소를 산소 빚(oxygen debt)이라고 합니다.

근육이 지치는 까닭

근육 피로(muscle fatigue)는 근육이 신경계의 신호에 더는 제대로 반응하지 못하는 상태를 말합니다. 그 원인은 아직 다 밝혀지지 않았습니다. ATP가 줄어드는 것, 세포 안의 pH가 낮아지는 것, 나트륨과 칼륨의 균형이 흐트러져 칼슘 방출을 방해하는 것이 모두 피로와 관련이 있다고 알려져 있습니다. 신경계는 운동 단위들에게 일을 나눠 맡기기도 합니다. 길고 꾸준한 일을 할 때는 몇몇 운동 단위가 쉬는 동안 다른 운동 단위가 일합니다.

세 가지 섬유

뼈대근육 섬유는 얼마나 빨리 수축하는지, 그리고 ATP를 어떤 방법으로 만드는지에 따라 서로 다릅니다. 느린 산화 섬유(slow oxidative, SO)는 천천히 수축하고 주로 유산소 호흡에 기댑니다. 이 섬유는 가늘고, 안에 미토콘드리아와 모세혈관이 빽빽하게 많으며, 미오글로빈 때문에 붉은색입니다. 내는 힘은 크지 않지만 오래 버텨서 자세를 지키는 데 알맞습니다. 빠른 산화 섬유(fast oxidative, FO)는 빨리 수축하면서도 주로 산소를 써서, 힘이 더 크고 조금 더 빨리 지칩니다. 걷기 같은 움직임에 알맞습니다. 빠른 해당 섬유(fast glycolytic, FG)는 굵고 글리코겐을 많이 저장하며 해당 과정에 기댑니다. 이 섬유는 색이 희고, 빠르고 강하게 수축하지만 금세 지칩니다. 빠른 섬유는 느린 섬유보다 ATP를 약 두 배 빨리 분해하기 때문에 가로다리가 더 빨리 돕니다. 대부분의 근육에는 이 세 종류의 섬유가 모두 섞여 들어 있고, 그 비율은 근육이 하는 일에 맞춰져 있습니다.

모형에서 ATP를 끄면 ATP가 바닥났을 때 가로다리 수준에서 무슨 일이 생기는지 직접 볼 수 있습니다.

이 내용은 몸의 구조와 작동을 배우기 위한 교육 자료입니다. 의학적 조언이 아니며 진단이나 치료에 쓰지 않습니다.