다쳐도 걱정하지말아라!! 교차훈련(Cross Education)의 효과
팔이나 다리를 다쳐서 몇 주 또는 몇 달 동안 그 쪽을 훈련할 수 없을 때 좌절감을 느낄수있습니다.
부상은 치유하는 데 시간이 필요하며, 회복시간이없으면 더 큰 부상을 입고 훈련을 하지 못할 위험이 있습니다.
하지만 훈련을 장기간 쉬면 근력과 근육량이 손실될 위험이 있으며, 특히 근육량이 지속적으로 약하게될 경우 더욱 그렇습니다.
장기간 부상을 치료하는 동안 신체의 유산소 능력이 저하될 수도 있습니다.
어떤 경우에는 지금 실시하는 운동을 아픈부위를 피해서 수정할수도 있지만, 한쪽 팔이나 다리를 전혀 사용할 수 없다면 어떻게 해야 할까요?
코펜하겐 대학의 연구진은 근력에 대한 사용하지않는 측의 사지관절의 영향을 연구한 결과, 2주 동안 활동하지 않으면 다리 근력이 33%나 감소하여 40-50세이상 나이가 많은 사람과 동등하게 비슷해질수있단 사실을 밝혔습니다. (Vigelsø A 외)
그리고 이런상황이 환자자신에게 충분히 충격적이지 않다면, 이 잃어버린 힘을 회복하는 데 2-3배의 시간이 걸릴 수 있습니다!
다행히도 우리는 활용할 수 있는 교차 교육 효과(Cross Education Effect)라는 것을 가지고 있습니다!
교차 교육 효과는 신체의 한쪽을 훈련하면 신체의 반대쪽의 힘이 증가하는 현상입니다.
이 효과는 100여 년 전에 처음 관찰되어 문헌에 발표되었으며, 그 이후로 이 주제를 조사한 수백 건의 연구가 있었습니다.
훈련을 통해 이러한 교차 효과를 중재하는 신경 회로에서 오래 지속되는 적응이 유도될 수 있습니다.
첫 번째 가설은 편측 저항 훈련이 훈련되지 않은 반대쪽 팔다리로 투사되는 운동 경로를 장기적으로 수정하는 신경 회로를 활성화할 수 있음을 시사합니다. 이것은 결과적으로 훈련되지 않은 신경이 근육을 구동하는 능력을 증가시켜 근력을 증가시킬 수 있습니다. 이러한 유형의 적응 가능성을 나타내는 여러 척추 및 대뇌피질 회로가 활성화됩니다..
두 번째 가설은 편측 저항 훈련이 훈련된 팔다리의 움직임 제어에 주로 관여하는 운동 영역의 적응을 유도한다는 것을 시사합니다. 훈련되지 않은 반대쪽 팔다리는 운동 학습과 유사한 방식으로 최대 자발적 수축 중에 이러한 수정된 신경 회로에 접근할 수 있습니다. 교차 교육의 기본 메커니즘에 대한 더 나은 이해는 신체의 한쪽에 주로 영향을 미치는 운동 장애 환자의 회복을 개선하기 위해 이러한 사지 교차 효과를 활용하는 저항 훈련 프로토콜을 보다 효과적으로 사용하는 데 잠재적으로 기여할 수 있습니다.
이러한 교차 교육 효과를 통해 우리는 어떤 종류의 이득을 경험할 수 있습니까?
반대측 근력 증가의 크기는 훈련 기간과 유형에 따라 다르지만, Green et al의 2018년 메타 분석에 따르면 다음과 같은 근력 증가가 나타났습니다.
- 젊고 건강한 성인 18%증가
- 나이가 많고 건강한 참가자의 경우 15%,증가
- 뇌졸중 후, 신경근 질환 및 골관절염 환자로 구성된 환자 집단에서 29%.증가
이것은 훈련된 사지의 이득의 52-80%를 나타내며 사용되지도 않는다는 점을 고려하면 상당히 놀랍습니다!
이러한 효과는 단일 근육 그룹이나 부위에 국한되지 않는 것 같습니다. 몸 전체에 걸쳐 효과가 나타났습니다.
어떻게 이런 일이 일어나며, 어떻게 하면 이를 극대화할 수 있을까요?
아직까지 연구자들은 교차훈련효과의 정확한 메커니즘에 대한 합의에 도달하지 못했지만, 훈련을 받지 않은 쪽의 근력 증가는 신경에 의해 주도된다는 것이 주요 이론입니다.
크로스오버 효과는 아마도 문제가 발생시 신체가 대칭을 추구하려는 시도일 것이라는 이론이 있습니다(Hendy et al)
Cirer-Sastre 등은 2017년 연구에서 교차 교육 효과를 극대화할 수 있는 훈련 매개변수(세트/반복/수축 유형)를 조사했습니다. 그들은 세트 사이에 1-2분의 휴식 시간을 두고 원심성 수축을 8-15회 반복하는 3-5세트를 수행하는 것이 가장 큰 변화를 일으킨다는 것을 발견했습니다.
Leung et al은 또한 움직임을 제어하기 위해 더 높은 부하와 더 많은 인지적 요구가 있는 근력 운동이 교차 교육을 증가시킨다는 것을 발견했습니다.
교차 교육 효과의 잠재적 사용
평소 저항 훈련을 수행할 수 없게 되는 모든 부상. 사용의 몇 가지 예는 다음과 같습니다.
- 어깨 통증이 있고 평소 벤치 프레스와 오버헤드 프레스의 50%만 수행할 수 있습니까? 덤벨로 전환하고, 100%의 컨디션으로 부상하지 않은 쪽을 계속 훈련하고, 부상 부위에서 할 수 있는 일을 한다
- 다리가 부러져 6주 동안 깁스를 하고 계신가요? 부상 당한 다리의 근력 감소를 늦추기 위해 레그 프레스, 레그 익스텐션, 레그 컬, 스플릿 스쿼트, 종아리 올리기와 같은 다치지 않은 쪽을 위해 단일 다리 웨이트로 전환하십시오.
- 무릎 골관절염의 급성 재발? 다른 쪽 다리를 훈련시켜 29%의 이득을 활용하세요!
- 어깨 또는 전방십자인대 재건술? 재활 과정 초기에는 수술 쪽에서 많은 것을 할 수 없지만 반대쪽을 계속 훈련하십시오!
결론
- 부상은 훈련을 중단할 핑계가 될 수 없습니다
- 다치지 않은 쪽을 소홀히 하지 말고, 일방적인 훈련을 통해 교차 교육 효과를 활용하십시오.
- 교차 교육은 상대방의 힘을 18-29%라는 놀라운 증가로 이끌 수 있습니다
- 편심 수축을 8-15회씩 3-5세트, 세트 사이에 1-2분의 휴식 시간을 두고 수행할 때 메트로놈을 사용하면 더 큰 변화를 가져올 수 있습니다.
훈련되지 않은 팔다리의 힘이 증가하는 메커니즘은 어떻습니까?
중추 신경계(뇌와 척수)의 적응이 이를 설명할 수 있을 것입니다.
이러한 잠재적인 적응을 이해하려면 먼저 신경계가 근육과 어떻게 상호 작용하는지에 대한 기본적인 이해가 필요합니다.
근육이 수축하는 이유는 뇌에서 나오는 전기 신호를 받기 때문입니다.
이 시스템에는 두 개의 뉴런(신경 세포라고도 함)이 있는데, 하나는 상부 운동 뉴런이고 다른 하나는 하부 운동 뉴런입니다.
상부 운동 뉴런은 대뇌(뇌의 반구)에서 시작되며 대부분 척수의 특정 영역에서 끝납니다.
하부 운동 뉴런은 대부분 척수에서 시작되어 근육에서 끝납니다.
방금 언급했듯이 대뇌는 두 개의 반구로 구성되어 있습니다.
오른쪽 반구는 몸의 왼쪽 근육을 제어하고 왼쪽 반구는 몸의 오른쪽 근육을 제어합니다
왼쪽 이두근을 수축시키는 간단한 사건을 살펴 보겠습니다.
대뇌의 오른쪽 반구에서 시작된 상부 운동 뉴런은 전기 신호를 대뇌 길이로 보냅니다.
뇌백색수질이 위치한 부위에서 일부 상부 운동 뉴런은 신체의 반대쪽으로 건너갑니다.
다른 상부 운동 뉴런은 같은 쪽으로 계속 내려갑니다.
척수에서는 상부 운동 뉴런이 교차하는지 여부에 관계없이 하부 운동 뉴런에 전기 신호를 전달할 수 있습니다.
이 하부 운동 뉴런이 충분히 흥분되면 전기 신호를 길이로 보내고 신경 자극을 받는 근육으로 신호를 전달합니다.
이 예에서는 왼쪽 이두근입니다. 이두근 내의 전기 신호는 궁극적으로 이두근을 수축시킵니다.
상부 및 하부 운동 뉴런에는 이름이 있습니다.
대뇌에서 내려오는 수많은 상부 운동 뉴런의 섬유를 통칭하여 피질척수로(corticospinal tract)라고 합니다.
코르티코(Cortico)는 대뇌피질(cerebral cortex)을 말하며, 대뇌피질은 대뇌의 바깥층으로, 상부 운동 뉴런이 시작되는 위치입니다. 물론 척추는 상부 운동 뉴런이 대부분 끝나는 척추를 말합니다.
피질 척수관에서 신호를 받아 수축하는 근육 섬유로 신호를 전달하는 하부 운동 뉴런을 알파 운동 뉴런이라고 합니다.
,피질척수관은 대뇌 피질에서 유래합니다.궁극적으로, 대뇌 피질에는 근육 수축을 유발하는 역할을 하는 수많은 영역이 있습니다.
Frazer et al.의 리뷰 논문 대뇌 피질의 한쪽에 있는 배쪽 전운동 피질(dorsal premotor cortex), 보조 운동 영역(supplementary motor area),대상피질 (cingulate cortex)이 반대쪽 대뇌 피질의 상동 영역(homologous zone)과 강한 연관성을 가지고 있음을 시사합니다.
즉, 오른쪽과 왼쪽 등쪽 전운동 피질 사이에 연결이 있고, 오른쪽과 왼쪽 보조 운동 영역 사이에 연결이 있으며, 오른쪽과 왼쪽 대상 피질 사이에 연결이 있습니다.
신체의 한쪽 면, 즉 대뇌의 한쪽 반구만 훈련할 때 대뇌 피질이 활성화된다는 것을 기억하십시오.
한 반구의 활성화된 영역, 특히 방금 논의한 영역에서 발생하는 적응은 기존 연결을 통해 반대 대뇌반구로 어느정도 전달될 수 있습니다.
훈련되지 않은 반대쪽 팔다리를 제어하는 훈련되지 않은 반구에 대한 이러한 적응의 전이는 어떻게든 그 팔다리의 강도를 증가시킬 수 있습니다.
훈련되지 않은 사지의 근력 증가 뒤에 있는 또 다른 잠재적 메커니즘은 훈련되지 않은 사지와 관련된 피질 척수관의 흥분성 증가 또는 억제 감소와 관련이 있습니다.
이것이 무엇을 의미하는지 이해하려면 먼저 뉴런의 구조를 이해해야 합니다. 수많은 상부 운동 뉴런 섬유가 피질 척수관을 구성한다는 것을 기억하십시오.
뉴런은 수상돌기가 연장된 세포체를 가지고 있습니다.
이 수상돌기는 주로 다른 뉴런으로부터 신호를 받는 역할을 합니다.
하나의 뉴런은 여러 뉴런으로부터 많은 신호를 받습니다.
뉴런이 수신하는 신호의 대부분이 억제성이면 뉴런이 전기 신호를 생성할 가능성은 낮습니다. 반대로, 뉴런이 수신하는 대부분의 신호가 흥분성 신호라면 전기 신호가 생성될 가능성이 높습니다. 이 신호는 축삭을 따라 전송됩니다.
축삭돌기에는 미엘린 수초(myelin sheath)라고 하는 구조가 있습니다.
전기 신호가 뉴런을 따라 더 빨리 이동할 수 있습니다. 뉴런을 따라 계속 진행하면 축삭돌기가 가지를 뻗는 것을 볼 수 있습니다. 이러한 가지를 축삭 말단이라고 합니다. 축삭 말단은 본질적으로 전기 신호를 다른 뉴런으로 전달합니다.
피질척수(corticospinal excitability)의 증가는 주로 피질척수관(corticospinal tract)을 구성하는 뉴런(neuron)이 통신하는 뉴런(neuron)으로부터 더 많은 흥분 신호를 받는다는 것을 의미합니다.
이것은 이 피질 척수관과 관련된 근육(우리의 경우 훈련되지 않은 근육)이 더 많은 신호를 받아 더 큰 근육 수축을 일으킨다는 것을 의미합니다
이것은 훈련되지 않은 반구가 다른 훈련된 반구의 억제가 감소한 결과로 궁극적으로 훈련되지 않은 근육에 도달하는 더 많은 전기 신호를 전송할 수 있음을 의미합니다.
부상을 입었다면 더 큰 손상을 입지 않도록 훈련에 신중을 기하고 훈련할 수 없는 시간을 늘리되, 가능하다면 근육 위축과 소모를 줄이기 위해 반대쪽 훈련을 계속하십시오.
원점에서 다시 근육 크기와 근력을 키우는 번거로움을 덜어줄 수 있습니다.
또한 하체가 다쳤다면 어떤 형태의 저항 무게를 사용하여 상체를 계속 단련하십시오.
마찬가지로 상체가 다쳤다면 유산소 운동이나 하체 운동을 통해 하체를 단련하십시오.
가지고 있는몸의 능력만으로 운동을 만들어 내는게 효과적입니다.
부상을 입었을 때 어떤 식으로든 몸을 움직이는 것도 정신을 유지하는 데 도움이 됩니다. 하지만 심각한 부상을 입었다면 의료진의 조언을 따라야 하지만, 안전하게 하되 계속 움직이세요!
참고문헌 References
- Carroll, T. J., et al. (2006). "Contralateral effects of unilateral strength training: evidence and possible mechanisms." J Appl Physiol (1985) 101(5): 1514-1522.
- Cirer-Sastre, R., et al. (2017). "Contralateral Effects After Unilateral Strength Training: A Meta-Analysis Comparing Training Loads." J Sports Sci Med 16(2): 180-186.
- Fimland, M. S., et al. (2009). "Neural adaptations underlying cross-education after unilateral strength training." Eur J Appl Physiol 107(6): 723-730.
- Green, L. A. and D. A. Gabriel (2018). "The effect of unilateral training on contralateral limb strength in young, older, and patient populations: a meta-analysis of cross education." Physical Therapy Reviews 23(4-5): 238-249.
- Hendy, A. M., et al. (2012). "Cross education and immobilisation: mechanisms and implications for injury rehabilitation." J Sci Med Sport 15(2): 94-101.
- Hortobágyi, T., et al. (1997). "Greater cross education following training with muscle lengthening than shortening." Med Sci Sports Exerc 29(1): 107-112.
- Latella, C., et al. (2012). "Reduction in corticospinal inhibition in the trained and untrained limb following unilateral leg strength training." Eur J Appl Physiol 112(8): 3097-3107.
- Lepley, L. K. and R. M. Palmieri-Smith (2014). "Cross-education strength and activation after eccentric exercise." J Athl Train 49(5): 582-589.
- Leung, M., et al. (2015). "Motor cortex excitability is not differentially modulated following skill and strength training." Neuroscience 305: 99-108.
- Scripture EW, Smith TL, Brown EM. On the education of muscular control and power. Studies Yale Psychol Lab 1894;2:114-119.
- Shields, R. K., et al. (1999). "Effects of repetitive handgrip training on endurance, specificity, and cross-education." Phys Ther 79(5): 467-475.
- Vigelsø, A., et al. (2015). "Six weeks' aerobic retraining after two weeks' immobilization restores leg lean mass and aerobic capacity but does not fully rehabilitate leg strength in young and older men." J Rehabil Med 47(6): 552-560.