Eccentric vs. Concentric Resistance Training: A Systematic Review and Meta-Analysis on Muscle Hypertrophy

초록

동적 저항 운동의 두 가지 주요 국면(신장성 수축(eccentric contraction, 근육이 늘어나는 국면)과 단축성 수축(concentric contraction, 근육이 짧아지는 국면))은 생체역학적·기계생물학적으로 서로 구별되지만, 두 수축이 골격근 비대를 차별적으로 촉진하는 정도는 지속적인 연구 주제로 남아 있다. 고전적 생체역학 이론에 따르면, 더 낮은 대사 비용으로 단위 근육 활성화당 더 큰 힘 발현을 가능하게 하는 신장성 수축이 더 효율적인 근비대 자극을 제공할 것으로 예측된다. 그러나 인간 저항 훈련 연구들의 경험적 증거는 일관되지 않은 결과를 보여 본 체계적 고찰 및 메타분석을 수행하게 되었다.

최소 4주 이상의 신장성 전용 대 단축성 전용 저항 훈련 프로토콜을 비교한 적격 연구들을 체계적으로 확인하고 무선효과 메타분석 방법을 이용하여 통합하였다. 결과에는 근비대 지표(횡단면적, 근육 두께, 근육 부피) 및 보고된 경우 근속 길이와 같은 구조적 지수가 포함되었다.

통합 분석 결과, 신장성 및 단축성 훈련 방식 모두 전체 근육 수준에서 유의하고 광범위하게 비교 가능한 근비대를 유발하였다. 그러나 중요한 질적 차이가 나타났다: 신장성 훈련은 직렬 근절 추가에 부합하는 근속 길이 증가에 선호적인 효과를 보였으며, 단축성 훈련은 횡단면적 증가에서 미미한 우위 경향을 나타냈다. 이러한 기전적 차이는 근비대 중심, 수행 능력 지향, 재활적 맥락에서의 운동 처방에 실용적 함의를 가진다. 증거는 근비대 지향 프로그램에서 두 수축 유형의 통합을 지지하며, 신장성 국면에서 유도되는 독특한 구조적 적응을 활용하기 위해 신장성 국면을 의도적으로 조절할 것을 권장한다 [1].

서론

골격근 수축은 세 가지 기본 방식을 포함한다: 단축성(부하에 대항하여 단축), 등척성(isometric, 부하 하에서 일정한 길이 유지), 신장성(장력 하에서 신장). 바벨 스쿼트, 벤치 프레스, 이두근 컬과 같은 표준 저항 운동은 단일 반복 내에서 세 가지 수축 유형 모두를 포함하며, 단축성과 신장성 국면은 일반적으로 전통적인 훈련 패러다임에서 동일한 시간을 부여받는다. 이러한 실제적 동시 발생에도 불구하고, 두 가지 주요 동적 국면은 기계생물학적으로 서로 구별되는 방식으로, 이는 연구자들로 하여금 이들이 근비대 적응을 차별적으로 자극할 것이라는 가설을 세우게 하였다 [1].

신장성 수축은 동등한 활성화 수준의 단축성 수축보다 더 큰 힘을 생성할 수 있는 특성을 가지며, 이는 때때로 '근력 결손(strength deficit)'으로 묘사된다. 이는 신장성 동작 중에 교차결합 분리가 지연되고, 티틴(titin)이 탄성 에너지를 저장하며, 주어진 힘을 달성하기 위한 운동단위 동원 요구가 단축성 국면에 비해 감소하기 때문이다. 이는 신장성 수축이 활성 근섬유당 더 큰 역학적 부하를 부과하여, 잠재적으로 더 강력한 근비대 신호를 제공할 수 있음을 의미한다. 더욱이, 신장성 수축 중 부하 하에서의 근육 신장은 근섬유가 더 긴 근절 길이에서 장력을 경험하게 하며, 이는(신장 매개 근비대 문헌이 보여주듯이)병렬(CSA) 및 직렬(근속 길이) 근절 추가 모두에 특히 효과적인 자극을 구성할 수 있다 [2].

단축성 수축은 반대로 발생시킨 힘의 단위당 에너지 소비가 더 크고 근복의 단축을 수반한다. 이는 상당한 대사 스트레스와 성장인자 분비(국소 IGF-1 및 그 접합 변이체 포함)를 유발하지만, 활성 섬유당 힘은 더 낮고 수축 중 근절 길이는 긴 것에서 짧은 것으로 이동하여, 잠재적으로 다르지만 반드시 열등하지 않은 근비대 자극을 제공한다.

등속성 측력계(isokinetic dynamometer)와 플라이휠 장치를 사용하여 신장성 대 단축성 훈련을 분리한 인간 실험 연구들은 표준 프리웨이트 훈련에서 재현할 수 없는 격리된 조건을 사용하였다. 본 고찰은 근비대에 대한 신장성 훈련의 이론적으로 예측된 우월성이 가용한 경험적 증거에 의해 지지되는지를 결정하고, 각 수축 방식에 대한 적응 반응의 질적 차이를 특성화하기 위해 이러한 실험 데이터를 종합하고자 하였다 [3].

연구 방법

검색 전략 및 연구 선정

PubMed/MEDLINE, EMBASE, SPORTDiscus, Cochrane Central Register of Controlled Trials를 포함한 전자 데이터베이스에서 창간 시점부터 검색 날짜까지 검색을 실시하였다. 검색 용어는 "eccentric training(신장성 훈련)", "eccentric contraction(신장성 수축)", "concentric training(단축성 훈련)", "concentric contraction(단축성 수축)", "muscle hypertrophy(근비대)", "cross-sectional area(횡단면적)", "muscle volume(근육 부피)", "fascicle length(근속 길이)", "muscle thickness(근육 두께)", "resistance training(저항 훈련)"을 다양한 불리언 조합으로 포함하였다. 언어 제한은 부과하지 않았으나, 번역 제한으로 인해 영어 초록이 없는 비영어 논문은 제외하였다.

적격 기준

연구는 다음 조건을 모두 충족하는 경우 포함하였다: (a) 인간 참가자를 대상으로 한 대조 실험 설계를 활용한 동료 심사 원본 연구 논문일 것; (b) 주로 또는 전적으로 신장성 근육 수축을 포함하는 조건과 주로 또는 전적으로 단축성 수축을 포함하는 조건을 비교할 것; (c) 최소 4주 지속되는 저항 훈련 중재를 채택할 것; (d) 검증된 영상 도구로 측정된 적어도 하나의 형태학적 결과(CSA, 근육 두께, 근육 부피 또는 근속 길이)를 보고할 것; (e) 효과 크기를 계산하거나 추정할 충분한 데이터를 제공할 것. 자발적 노력 없이 전기 자극 수축을 사용한 연구, 또는 별도의 집단 또는 사지에서 신장성과 단축성 수축을 분리하지 않은 연구는 제외하였다.

데이터 추출 및 코딩

두 명의 독립 검토자가 적격 출판물에서 데이터를 추출하였다. 추출된 변인은 연구 설계(집단 간 대 피험자 내), 표본 크기 및 특성, 수축 방식과 강도(% 1RM 또는 등속성 속도), 근육 군, 훈련 볼륨과 기간, 측정 방법, 결과 평균 및 표준편차를 포함하였다. 피험자 내 설계(대측 사지 비교)가 사용된 경우, 쌍으로 된 데이터를 고려하여 효과 크기를 계산하였다. 수축 속도는 잠재적 조절 변인으로 기록하였다.

통계 분석

각 결과에 대해 95% 신뢰구간을 포함한 Hedges' g 효과 크기를 계산하였다. 신장성 훈련에 유리한 효과는 양수로 코딩하였다. DerSimonian-Laird 추정량을 이용한 무선효과 통합을 수행하였다. 이질성은 I²와 Cochran's Q를 통해 평가하였다. 하위집단 분석은 (1) 결과 유형(CSA/두께 대 근속 길이), (2) 훈련 속도(느린 대 빠른 신장성), (3) 수축 방식 분리 방법(등속성 대 플라이휠), (4) 훈련 상태에 대해 수행하였다. 메타회귀는 수축 속도와 효과 크기 간의 관계를 탐구하였다 [4].

결과

연구 선정

데이터베이스 검색 및 참고문헌 목록 검색을 통해 2,891건의 고유 문헌이 확인되었다. 제목 및 초록 선별 후 96편의 전문 논문이 검토되었다. 17개 연구가 모든 포함 기준을 충족하여 메타분석에 포함되었다. 이 연구들은 여러 국가에 걸쳐 376명의 참가자를 포함하였으며, 평균 연령 23.8세(범위 18~45세), 약 71% 남성이었다. 팔꿈치 굴근이 가장 많이 조사된 근육 군이었으며(n = 9편), 무릎 신근(n = 6편) 및 무릎 굴근(n = 2편)이 그 뒤를 이었다. 훈련 기간은 6~20주였다 [1].

전체 근비대 결과

모든 가용한 근비대 결과(CSA, 두께, 부피)를 통합했을 때, 신장성과 단축성 훈련 간의 전체적 차이는 작고 유의하지 않았다(Hedges' g = 0.17, 95% CI: −0.05–0.39, p = 0.12). 이질성은 중간 수준이었다(I² = 39%). 이 데이터는 전체 근육 수준에서 신장성과 단축성 훈련이 다주 훈련 기간에 걸쳐 광범위하게 비교 가능한 근비대를 유발함을 나타낸다.

하위집단: 횡단면적 및 근육 두께

CSA와 두께 결과에 제한된 분석은 단축성 훈련의 우월성에서 작고 유의하지 않은 경향을 보였으며(Hedges' g = −0.14, 95% CI: −0.38–0.11, p = 0.27), 단축성 수축이 병렬 근절 추가와 일치하여 반경 방향으로 근육 부피를 증가시키는 데 미미하게 더 효과적일 수 있음을 시사하였다.

하위집단: 근속 길이

8개 연구에서 가용한 근속 길이 결과는 현저히 다른 양상을 보였다. 신장성 훈련은 단축성 훈련에 비해 근속 길이 증가에서 유의하게 더 큰 효과를 나타냈으며(Hedges' g = 0.78, 95% CI: 0.41–1.15, p < 0.001), 낮은 이질성을 보였다(I² = 18%). 이 대 효과는 신장성 수축이 직렬 근절 추가(근원섬유 사슬의 종적 범위 증가)를 촉진하는 데 실질적으로 더 효과적임을 나타낸다 [2,3].

조절 변인 분석

메타회귀는 수축 속도가 근속 길이 결과의 유의한 조절 변인임을 밝혔으며(β = −0.42, p = 0.04), 느린 신장성 속도가 더 큰 근속 길이 증가와 관련이 있었다. 이 결과는 더 긴 근육 길이에서 조절되고 느린 신장성이 더 큰 티틴 및 교차결합 결합을 생성한다는 증거와 일치한다. 훈련 상태, 기간, 분리 방법은 전체 근비대 결과에서 유의한 조절 변인이 아니었다.

고찰

질적 차이를 동반한 전체 근비대의 동등성

본 메타분석의 핵심 결과는 신장성과 단축성 저항 훈련이 전체 근육 크기를 증가시키는 능력에서 대략 동등하지만, 유발하는 적응의 구조적 특성에서 실질적으로 차이를 보인다는 것이다. 이 차이는 실용적으로 중요하다: 전체 근육 둘레(CSA와 두께)는 두 방식 모두에서 비교 가능하게 증가하지만, 신장성 훈련은 단축성 훈련이 따라오지 못하는 현저한 근속 길이 증가를 유발한다. 이 구조적 차이는 단순한 근육 질량 축적을 넘어 근육 기능에 함의를 가진다.

근속 길이(fascicle length)는 근육의 힘-속도(force-velocity) 특성의 주요 결정 인자이다. 더 긴 근속은 최적 수축 속도를 더 높은 속도로 이동시켜, 빠른 단축 속도에서 최대 파워 출력을 증가시킨다. 빠른 힘 발현이 요구되는 스포츠(단거리 달리기, 도약, 투척)의 운동선수에게 신장성에 의한 근속 길이 증가는 단순한 근육 크기 측정에서 포착되지 않는 수행 능력 이점을 부여할 수 있다 [3]. 신장성에 의해 선호적으로 생성되는 근속 신장은 신장 매개 근비대 문헌과 일치하며, 긴 근절 길이에서의 종적 장력이 직렬 근절 추가를 독특한 적응 과정으로 자극하는 능력을 반영한다.

기계생물학적 기반

신장성 대 단축성 훈련의 차별적 구조적 적응의 기저에 있는 기전은 다인자적이다. 신장성 수축은 특히 수동 티틴 기여가 실질적인 긴 근육 길이에서 활성 섬유당 더 높은 힘을 생성한다. 이 역학적 환경은 종적 성장을 특이적으로 촉진하는 티틴 기반 기계감수성 경로를 활성화하는 것으로 생각된다 [4]. 또한, 신장성 수축과 관련된 더 큰 역학적 손상(근원섬유 손상)(특히 비숙련 대상자에서)이 위성세포 활성화 및 융합을 포함하는 보다 광범위한 재형성 반응을 자극하여, 잠재적으로 종적 축을 따른 구조적 재조직화를 야기할 수 있다.

재활 및 손상 예방에 대한 함의

신장성 훈련은 건병증(tendinopathy)과 근육 긴장 손상 예방을 위한 재활 프로토콜에서 오랫동안 활용되어 왔으며, 현재의 결과는 이러한 적용에 근비대적 맥락을 제공한다. 신장성 훈련이 선택적으로 근속 길이를 신장시키는 능력은 짧은 근속 길이와 관련된 손상 위험(짧은 근속은 신장 손상 감수성 증가와 상관됨)을 줄이면서 기능적 근육 질량을 동시에 구축할 수 있다. 예를 들어 햄스트링 손상 예방을 목표로 하는 프로그램은 근속 길이와 근육 두께를 동시에 증가시키기 위해 노르딕 햄스트링 컬(Nordic hamstring curl)과 같은 신장성 우세 운동의 통합으로부터 이점을 얻을 수 있다 [2].

실용적 적용

실제로 표준 프리웨이트 또는 케이블 기반 훈련에서 신장성과 단축성 수축을 완전히 분리하는 것은 실현 가능하지 않다. 그러나 전문가들은 각 반복의 내리는 부분을 조절하여(예: 2~4초 네거티브) 신장성 국면을 강조하고, 긴 근육 길이에서 신장성으로 근육에 부하를 가하는 운동을 선택할 수 있다. 단축성 국면을 제거하지 않으면서 느리고 조절된 신장성을 일반 저항 훈련에 중첩시키는 것(즉, 의도적으로 신장성 국면을 강조하는 것)은 근비대 지향 프로그램 내에서 신장성 부하의 구조적 이점을 포착하기 위한 실용적인 전략을 나타낸다. 향후 연구는 응용 훈련 맥락에서 신장성 볼륨/속도와 근속 길이 적응 간의 용량-반응 관계를 검토해야 한다 [1,4].