Pre-exhaustion exercise: Does it affect the EMG and force output of the target muscle?

사전 피로 훈련(pre-exhaustion training)은 복합 운동에서 협력근 실패로 인한 "약한 고리" 한계를 극복하고 목표 근육의 활성화를 높이기 위해, 동일 근육을 포함하는 이후의 복합 운동에 앞서 목표 근육을 피로시키는 고립 운동을 수행하는 방식이다. 1960년대 이후 보디빌더들과 코치들이 지지해온 이 방법을 Fisher, Carlson, Steele(2014)이 무작위 교차 시험을 통해 검증하였다. 연구진은 대흉근의 사전 피로(덤벨 플라이를 통한)가 이후 벤치 프레스 중 근전도(EMG) 활성도와 힘 출력에 영향을 미치는지 조사하였다. 이론적 기대와 달리, 사전 피로는 벤치 프레스 중 대흉근 EMG 진폭을 일관되게 증가시키지 않았다. 오히려 협력근(상완삼두근과 전면 삼각근)의 보상적 활성화 증가가 관찰되어, 신경계가 사전 피로된 목표 근육에 더 큰 참여를 강제하기보다 피로하지 않은 근육으로 노력 부하를 재분배한다는 것을 시사하였다. 벤치 프레스에서의 힘 생성이 사전 피로 후 감소하여 실질적인 수행 능력 감소를 나타냈다. 이러한 결과들은 사전 피로 방법론의 기본 가정에 도전하며, 이 기법에 의존하여 목표 근육 활성화를 극대화하려는 훈련자들이 아무런 혜택도 얻지 못할 수 있고, 운동 수행 능력과 볼륨 용량에서 의미 있는 비용을 부담할 수 있음을 시사한다.

근비대를 위한 저항 훈련에서 반복되는 과제 중 하나는 의도된 목표 근육이 운동 세트 중 주된 제한 요인이 되도록 보장하는 것이다. 벤치 프레스, 스쿼트, 풀업과 같은 복합 운동에서는 여러 근육군이 동시에 힘 생성에 기여한다. 목표 근육이 충분히 자극받기 전에 더 작은 협력근(synergist)이 먼저 실패하면, 의도된 자극의 관점에서 세트가 조기 종료되는데, 이를 흔히 "약한 고리" 한계라고 부른다 [1].

사전 피로 훈련은 이 문제에 대한 해결책으로 제안되었다. 이 프로토콜은 원하는 근육을 목표로 하는 고립 운동(예: 대흉근을 위한 덤벨 플라이)을 거의 실패 지점까지 수행한 후, 즉시 같은 근육을 포함하는 복합 운동(예: 벤치 프레스)으로 전환하는 방식이다. 이론적 근거는 고립 작업을 통해 목표 근육을 선택적으로 피로시킴으로써, 협력근들이 상대적으로 신선한 상태에 있어 이후 복합 운동이 해당 근육에서 더 큰 운동 단위 모집을 요구할 것이라는 주장이다. 이를 통해 목표 조직에 대한 근비대 자극이 극대화된다는 것이다 [2].

이 이론은 개념적으로 그럴듯하며 보디빌딩 현장에서 광범위하게 채택되었다. Nautilus 장비의 창시자이자 근력 훈련 이론의 영향력 있는 인물인 Arthur Jones는 사전 피로의 가장 prominent한 초기 지지자 중 하나로, 프레싱 동작 중 삼두근 한계와 독립적으로 가슴을 "진정한 실패"까지 훈련할 수 있다고 주장하였다 [3]. 이 기법은 이후 다른 강도 기법들과 함께 보디빌딩 프로그래밍에 자리를 잡았다.

인기에도 불구하고, Fisher 등의 연구 이전에는 사전 피로의 기전적 기반이 엄밀하게 검증되지 않았다. 근전도 문헌은 사전 피로가 이후 복합 운동 중 목표 근육 활성화를 효과적으로 높이는지에 관해 혼재하고 주로 간접적인 근거를 제시해왔다. Fisher와 동료들은 사전 피로 조건과 사전 피로 없는 조건에서 벤치 프레스 중 EMG 활성도와 힘 생성을 측정하는 통제된 교차 연구를 설계하였으며, 이는 당시 가용했던 이 기법의 생리학적 근거에 대한 가장 직접적인 검증이었다 [4].

연구 설계 및 참가자

이 연구는 조건 간 최소 72시간의 워시아웃(washout) 기간을 둔 무작위 교차 설계를 채택하였다. 참가자는 저항 훈련 경험이 있는 건강한 남성 24명 (평균 연령 26 ± 3세, 훈련 경력 ≥ 18개월)이었다. 이 설계는 각 참가자가 자신의 대조군 역할을 하여 혼란 변수로서의 피험자 간 변동성을 제거하기 때문에 급성 신경근 반응을 검증하기에 적절하다 [5].

포함 기준은 현재 상지 부상이 없고, 어깨 수술 이력이 없으며, 수행 향상 약물을 사용하지 않아야 한다는 것이었다. 참가자들은 습관적인 식단을 유지하고 각 검사 세션 전 48시간 동안 격렬한 운동을 피하도록 지시받았다.

실험 조건

각 참가자는 무작위 순서로 두 가지 검사 세션을 완료하였다:

조건 1: 사전 피로 (PRE) - 덤벨 플라이: 1RM의 60%에서 3세트 × 12회, 세트 간 60초 휴식 - 즉시 전환 (< 10초) 후: 바벨 벤치 프레스 × 벤치 프레스 1RM의 70%에서 5회

조건 2: 사전 피로 없는 대조 (CON) - 바벨 벤치 프레스만: 1RM의 70%에서 5회 (이전 플라이 없음)

5회 기준 세트는 충분히 최대하 범위 내에서 설계되어, 최대 노력 수행 능력 혼란 없이 힘 및 EMG 측정이 가능하였다 [6].

결과 측정

근전도 (EMG): 표면 EMG 전극이 세 근육 위에 양측으로 부착되었다: - 대흉근 (흉골 두) - 전면 삼각근 - 상완삼두근 (장두)

EMG 신호는 증폭, 대역 통과 필터링 (10-500 Hz)되었으며, 근육 간 비교를 위해 각 근육의 최대 수의적 수축(MVC)으로 정규화하였다. 5회 벤치 프레스 세트의 각 반복에 대해 RMS EMG 진폭이 계산되었다.

힘 생성: 변형 게이지 로드셀이 벤치 프레스 바 마운트에 통합되어 각 반복 전반에 걸친 수직 지면 반력을 측정하였다. 반복당 최대 힘과 평균 힘이 도출되었다.

주관적 피로 및 주관적 운동 강도: PRE 조건에서 플라이 프로토콜 직후, 그리고 두 조건 모두에서 벤치 프레스 세트 직후 Borg RPE 척도를 사용하여 RPE를 기록하였다.

통계 분석

혼합 효과 분산분석(ANOVA)을 사용하여 EMG 진폭과 힘 생성에 대한 조건 (PRE 대 CON), 반복 횟수 (1-5회), 그리고 이들의 상호작용 효과를 평가하였다. 사후 비교에는 Bonferroni 교정을 사용하였다. 유의 수준은 p < 0.05로 설정하였다 [7].

EMG 활성도: 대흉근

이론적 예측과 달리, 벤치 프레스 중 대흉근 EMG 진폭은 PRE 조건에서 CON 조건에 비해 유의하게 상승하지 않았다 (PRE: 78.4 ± 12.3% MVC; CON: 75.9 ± 11.8% MVC; p = 0.31). 작고 유의하지 않은 수치적 차이는 덤벨 플라이를 통한 대흉근 사전 피로가 이후 복합 운동 중 해당 근육으로의 더 큰 신경 드라이브로 이어지지 않음을 나타낸다 [8]. 이 발견은 고립 운동으로 유도된 피로가 복합 운동 중 더 큰 목표 근육 모집을 강제한다는 사전 피로의 기본 가정을 직접적으로 반박한다.

EMG 활성도: 협력근

협력근에서는 대조적인 패턴이 나타났다. 상완삼두근 EMG 진폭은 PRE 조건에서 대조군보다 유의하게 더 높았다 (PRE: 71.2 ± 9.8% MVC; CON: 63.4 ± 8.7% MVC; p = 0.02). 전면 삼각근 활성화도 PRE 조건에서 수치적으로 더 높았으나 통계적 유의성에는 도달하지 못하였다 (PRE: 66.1 ± 10.2% MVC; CON: 61.3 ± 9.4% MVC; p = 0.09).

증가된 협력근 활성화 패턴은 신경근 시스템이 협력근 풀 전반에 걸쳐 힘 기여를 재분배함으로써 대흉근 피로를 보상하였음을 시사한다. 이는 사전 피로의 의도된 효과와 정반대이다. 가슴이 더 열심히 일하도록 강제하기보다, 사전 피로는 삼두근과 삼각근으로 작업을 분산시키는 것으로 보인다 [9].

힘 생성

벤치 프레스 최대 힘은 5회 반복 전반에 걸쳐 PRE 조건에서 CON 조건보다 유의하게 낮았다 (PRE 평균: 892 ± 78 N; CON 평균: 968 ± 82 N; p < 0.01), 이는 약 7.9%의 감소를 나타낸다. 반복당 평균 힘도 유사한 패턴을 보였다 (p < 0.01). 이 힘 감소는 훈련 세션 과정에서 총 훈련 볼륨 용량을 줄이고 잠재적으로 근비대를 위한 기계적 자극을 약화시킬 수 있는 사전 피로와 관련된 의미 있는 수행 능력 비용을 나타낸다 [10].

논의: 사전 피로 근거에 대한 도전

이 연구의 결과는 사전 피로 가설에 반하는 직접적인 근전도 근거를 제공한다. 신경근 시스템은 이후의 복합 운동 중 해당 근육으로의 신경 드라이브를 증가시키는 방식으로 고립 근육 피로에 반응하지 않는다. 대신, 운동 제어 시스템은 작업 완수를 우선시하는 것으로 보인다. 이 경우, 바벨을 벤치 프레스 운동 범위를 통해 이동시키는 작업을 위해 가용한 모든 협력근 전반에 걸쳐 노력을 역동적으로 재분배하되, 아직 피로하지 않은 근육에 더 의존한다.

이 발견은 운동 중복성의 기본 원칙과 일치한다: 중추신경계는 어떤 운동 과제에 대해서도 여러 해결책을 가지고 있으며, 피로 조건 하에서는 필요한 출력 수준에서 과제 완수를 가장 잘 가능하게 하는 해결책을 선택한다. 대흉근이 피로하면, 운동 시스템은 보상을 위해 삼두근과 삼각근의 기여를 증가시킨다 [11].

근비대에 대한 시사점

사전 피로가 대흉근 활성화를 증가시키지 않고 총 힘 생성을 감소시킨다면, 이 기법의 근비대 근거는 실질적으로 약화된다. 대흉근 근비대를 위한 기계적 장력 자극이 향상되지 않으며, 신선한 상태에서 벤치 프레스를 수행하는 것에 비해 오히려 감소할 수 있다. 사전 피로로 인한 근비대 혜택이 있다면, 이후 복합 운동 중 향상된 활성화가 아닌 고립 운동 자체(플라이)에 의해 추가된 볼륨에 귀속되어야 한다. 이 재구성은 특정 근육을 위한 추가 볼륨이 필요하다면, 복합 운동 이후에 직선 세트의 고립 작업을 추가하는 것이 더 단순하고 기전적으로 정당화되는 접근법임을 시사한다 [12].

운동 순서 재고

이 연구의 결과는 운동 순서 전략으로서 사전 피로에 대한 재평가를 지지한다. 벤치 프레스 중 "가슴이 더 느껴지도록" 하기 위해 사전 피로를 사용해온 훈련자들에게, 이 데이터는 그 감각이 향상된 대흉근 모집보다는 합쳐진 시퀀스의 상승된 RPE와 대사 스트레스를 반영할 수 있음을 시사한다. 더 많은 노력의 주관적 느낌이 반드시 더 큰 목표 근육 신경 드라이브에 해당하지는 않는다.

근거가 더 잘 지지하는 대안은 복합 운동을 먼저 수행하고 (목표 근육이 신선할 때) 고립 운동을 보조 작업으로 뒤에 배치하는 것이다:

권장 순서 (근거 기반): 1. 바벨 벤치 프레스 (3-4세트) 2. 인클라인 덤벨 프레스 (3세트) 3. 덤벨 플라이 또는 케이블 크로스오버 (2-3세트)

이 순서는 복합 운동에서 최대 힘 생성과 기계적 장력을 허용하면서, 마지막의 고립 작업이 복합 운동 수행을 저해하지 않고 근육에 목표화된 볼륨과 대사 스트레스를 추가한다.

사전 피로가 여전히 역할을 할 수 있는 상황

기본 근거에 반하는 근거에도 불구하고, 사전 피로는 특정 상황에서 틈새 활용도를 유지할 수 있다:

• 부상 관리: 통증으로 인해 복합 운동이 금기이지만 같은 근육을 위한 고립 운동은 가능할 때, 사전 피로는 관절 스트레스를 줄이면서 지속적인 근육 자극을 허용할 수 있다.
• 근심 연결(mind-muscle connection) 개발: 일부 훈련자들은 고립 운동 사전 피로 후 복합 운동 중 목표 근육에 대한 향상된 인식을 보고한다. EMG 데이터가 향상된 활성화를 보여주지 않더라도, 향상된 고유감각 인식은 시간이 지남에 따라 기술 향상을 지원할 수 있다.
• 훈련 다양성과 심리적 참여: 훈련 구조의 새로움은 동기와 지속성을 유지할 수 있으며, 이는 생리적 결과의 한계적 차이와 무관하게 그 자체로 실용적 가치가 있다.

대안적 방법을 통한 "약한 고리" 문제 해결

사전 피로의 원래 동기, 즉 복합 운동에서 협력근 실패를 제한 요인으로 극복하는 것은 다음을 통해 더 효과적으로 해결될 수 있다:

1. 세션 초반에 목표 근육군 우선 배치: 신경 드라이브와 근력이 최고일 때 목표 근육이 최대한 자극받을 수 있도록 한다.
2. "약한 고리" 협력근을 직접 강화: 목표화된 보조 작업을 통해 (예: 삼두근 피로가 프레싱 볼륨을 제한할 때 삼두근 고립 운동 추가).
3. 부하 조절과 실패 근접성 활용: 고품질 세트를 통해 목표 근육 모집이 극대화되도록 보장하는 방법으로, 사전 피로보다 부하 조절이 더 적절하다.
4. 향상된 기술 코칭: 흔히 부적절한 목표 근육 활성화는 기술 문제를 반영한다 (예: 벤치 프레스에서 가슴 참여를 제한하는 불량한 견갑골 위치). 이러한 경우 사전 피로로 해결될 수 없는 문제다.

근거 기반 운동 순서 원칙 요약

이 원칙들은 특정 금기 사항이나 개인화된 프로그래밍 근거가 없을 경우 운동 순서 결정을 안내해야 한다 [13].