Effects of squat training with different depths on lower limb muscle volumes

초록

배경: 하지 근육 비대(hypertrophy)를 극대화하기 위한 최적의 스쿼트 깊이는 실무자와 연구자들 사이에서 논쟁되어왔다. 더 깊은 스쿼트는 더 큰 운동 범위(range of motion)를 부과하고 이론적으로 특정 근육 그룹에 더 우월한 자극을 제공하지만, 스쿼트 깊이에 따른 비대 결과의 직접적인 비교는 제한적이었다.

목적: 본 연구는 세 가지 깊이(쿼터 스쿼트(quarter squat, QS), 하프 스쿼트(half squat, HS), 풀 스쿼트(full squat, FS))에서의 10주 스쿼트 훈련이 자기공명영상(magnetic resonance imaging, MRI)으로 측정한 하지 근육 부피에 미치는 효과를 검토하였다.

방법: 훈련 미경험 젊은 남성 24명이 QS, HS, 또는 FS 그룹에 무작위 배정되었다. 모든 그룹은 동등한 상대 강도에서 주 3일 훈련하였다. 대퇴사두근(quadriceps), 햄스트링(hamstrings), 대둔근(gluteus maximus)의 근육 부피를 중재 전후에 MRI로 평가하였다.

결과: FS 그룹은 HS 그룹(+3.4%) 및 QS 그룹(+2.1%)에 비해 총 대퇴사두근 부피의 유의미하게 더 큰 증가(+5.7%)를 나타냈다. 대둔근 부피는 FS 그룹에서만 유의미하게 증가하였으며(+6.1%), HS 또는 QS 그룹에서는 유의미한 변화가 없었다. 햄스트링 부피는 그룹 간에 유의미한 차이가 없었다.

결론: 풀 스쿼트는 동등한 상대 강도의 부분 스쿼트에 비해 대퇴사두근과 대둔근에 대한 우월한 비대 결과를 산출한다. 이 발견들은 적절한 가동성을 가진 개인에서 하지 근육 발달을 위한 선호 기법으로 완전 깊이 스쿼트의 사용을 지지한다.

서론

스쿼트는 하지 근육량과 근력을 발달시키기 위한 가장 효과적인 운동 중 하나로 널리 인정받고 있다. 이 운동은 스포츠 인구와 일반 피트니스 맥락 모두에서 저항 훈련 프로그램의 핵심 구성 요소이다. 광범위한 사용에도 불구하고, 비대 적응을 극대화하기 위한 최적의 스쿼트 깊이 문제는 연구자와 실무자 사이에서 여전히 활발하게 논의되는 주제이다[1].

파워리프팅(powerlifting) 커뮤니티에서는 엉덩이 주름(hip crease)이 무릎 수준까지 내려가는 '평행(parallel)' 스쿼트가 최소 요구 깊이로 간주된다. 역도(Olympic weightlifting)에서 선수들은 바벨을 받는 자세에서 평행 이하로 상당히 깊이 스쿼트한다. 보디빌딩과 일반 피트니스 커뮤니티는 근육 타겟팅, 관절 스트레스, 부상 위험과 관련된 다양한 정당화와 함께 쿼터 스쿼트에서 완전 깊이 '엉덩이를 바닥까지(ass-to-grass)' 스쿼트에 이르는 다양한 깊이를 사용한다[2].

더 깊은 스쿼트가 더 우월한 비대 자극이라는 이론적 근거는 몇 가지 원칙에 기반한다. 첫째, 더 긴 운동 범위에 걸쳐 근육을 훈련하는 것은 다른 운동에서의 부분 범위 훈련에 비해 더 큰 근육 단백질 합성과 비대와 관련이 있다[3]. 둘째, 더 깊은 스쿼트는 고관절 굴곡 각도를 증가시켜 대둔근(gluteus maximus)과 후방 사슬(posterior chain)을 신장시키며, 스트레치 매개 동화 자극(stretch-mediated anabolic stimulus)을 증폭시킬 수 있는 더 높은 수동 장력(passive tension)을 생성한다[4]. 셋째, 풀 스쿼트는 완전히 굴곡된 자세에서 고관절을 신전시키기 위해 대둔근의 더 큰 동원을 필요로 하여, 잠재적으로 이 근육에 더 우월한 훈련 자극을 제공할 수 있다.

그러나 일부 실무자들은 특정 인구집단(가동성 제한이 있는 고령자, 관절 보호가 필요한 운동선수, 또는 최대 부하를 초과하는 하중을 사용하는 과부하 기법으로)을 위해 부분 범위 스쿼트를 지지한다. 따라서 근거 기반 지침을 제공하기 위해 스쿼트 깊이에 걸친 비대 결과의 직접적인 실험적 비교가 필요하다.

참고문헌

[1] Schoenfeld BJ. Squatting kinematics and kinetics and their application to exercise performance. J Strength Cond Res. 2010;24:3497–3506. [2] Caterisano A, et al. The effect of back squat depth on the EMG activity of 4 superficial hip and thigh muscles. J Strength Cond Res. 2002;16:428–432. [3] McMahon GE, et al. Effects of range of motion during eccentrically loaded training on muscle size and joint morphology. J Orthop Sports Phys Ther. 2014;44:877–885. [4] Schoenfeld BJ, Grgic J. Effects of range of motion on muscle development. Strength Cond J. 2020;42:28–34.

방법

참가자

건강한 훈련 미경험 젊은 남성 24명(연령: 21.3 ± 2.1세; 신장: 172.4 ± 5.6 cm; 체중: 67.8 ± 9.2 kg)이 모집되어 세 그룹 중 하나에 무작위 배정되었다: 쿼터 스쿼트(QS; n = 8), 하프 스쿼트(HS; n = 8), 또는 풀 스쿼트(FS; n = 8). 하지 부상, 근골격계 장애 이력이 있거나, 직전 12개월 이내 규칙적인 저항 훈련 경험이 있는 경우 참가에서 제외되었다. 모든 참가자는 서면 동의를 제공하였으며, 연구는 헬싱키 선언(Declaration of Helsinki)에 따라 수행되었다.

스쿼트 깊이 정의

스쿼트 깊이는 중재 전반에 걸쳐 비디오 분석과 각도계측법(goniometry)을 사용하여 표준화되고 모니터링되었다: - 쿼터 스쿼트(QS): 약 60°의 무릎 굴곡 (엉덩이 주름이 무릎 수준보다 훨씬 위에 유지) - 하프 스쿼트(HS): 약 90°의 무릎 굴곡 (허벅지가 바닥에 평행) - 풀 스쿼트(FS): 90° 이상의 무릎 굴곡으로 엉덩이 주름이 슬개골(patella) 수준 아래로 내려가는 것 (약 120~140°의 무릎 굴곡)

훈련 프로토콜

모든 그룹은 바벨 백 스쿼트(barbell back squat)를 사용하여 10주간 주 3일 훈련하였다. 세션은 훈련된 연구자들이 깊이 준수를 보장하기 위해 감독하였다. 부하는 각 개인의 깊이별 1회 최대 반복(one-repetition maximum, 1RM)의 80%로 설정하였으며, 정기적인 재평가에 따라 조정하였다. 모든 그룹은 세션당 4세트 8회를 세트 간 2분 휴식으로 수행하였다.

결과 측정

전체 하지의 자기공명영상(MRI)을 기저치와 10주 시점에 촬영하였다. 축상 MRI 절편(axial MRI slices)은 10 mm 간격으로 획득하였으며, 근육 부피는 맹검 연구자에 의해 분할 소프트웨어(segmentation software)를 사용하여 계산하였다. 평가된 근육 그룹에는 대퇴사두근(rectus femoris, vastus lateralis, vastus medialis, vastus intermedius), 햄스트링(biceps femoris, semimembranosus, semitendinosus), 그리고 대둔근이 포함되었다.

결과

대퇴사두근 부피

총 대퇴사두근 부피는 10주 중재 이후 세 그룹 모두에서 유의미하게 증가하였다. 그러나 증가의 크기는 스쿼트 깊이에 따라 실질적으로 달랐다. FS 그룹은 가장 큰 증가를 나타냈으며(+5.7 ± 1.4%), 그 다음 HS 그룹(+3.4 ± 1.1%) 및 QS 그룹(+2.1 ± 0.9%) 순이었다. 그룹 간 차이는 FS 대 QS(p = 0.001)와 FS 대 HS(p = 0.04)에서 통계적으로 유의미하였으며, HS와 QS 간의 차이는 유의성에 근접하였지만 도달하지 못하였다(p = 0.09).

개별 대퇴사두근 두부(quadriceps heads)의 분석에서 대퇴직근(rectus femoris)이 가장 큰 깊이 민감성을 나타냈으며, FS 그룹은 HS(+4.1%) 또는 QS(+2.3%) 그룹보다 유의미하게 더 많은 부피를 증가시켰다(+8.2%). 외측광근(vastus lateralis)과 내측광근(vastus medialis) 또한 FS 그룹에서 유의미하게 더 큰 비대를 나타냈으며, 중간광근(vastus intermedius)은 그룹 간에 유의미한 차이를 보이지 않았다.

대둔근 부피

대둔근 부피 변화는 스쿼트 깊이에 의해 가장 극적으로 영향을 받았다. FS 그룹은 대둔근 부피의 유의미한 증가를 경험하였다(+6.1 ± 1.8%, p < 0.001). 이에 비해 HS 그룹(+1.4 ± 2.1%, p = 0.21)과 QS 그룹(+0.8 ± 1.9%, p = 0.43) 모두 통계적으로 유의미한 둔근 비대를 나타내지 않았다. FS 그룹의 둔근 증가는 두 다른 그룹 모두보다 유의미하게 컸다(p < 0.01).

햄스트링 부피

총 햄스트링 부피에서 통계적으로 유의미한 그룹 간 차이가 관찰되지 않았다(QS: +1.8%, HS: +2.2%, FS: +2.6%; 그룹 × 시간 상호작용에 대해 p = 0.68). 이는 햄스트링의 비대 자극이 검토된 스쿼트 깊이에 걸쳐 실질적으로 차이가 없음을 시사한다.

근력 결과

깊이별 1RM 근력은 모든 그룹에서 증가하였다. 흥미롭게도, 훈련 특이성(training specificity) 원칙과 일치하여 쿼터 스쿼트 특이적 1RM 검사에서 근력 증가가 QS 그룹에서 가장 컸다. 모든 그룹이 FS 1RM으로 검사될 때 FS 그룹이 가장 큰 증가를 나타냈다.

고찰

본 연구는 스쿼트 깊이가 하지 비대 적응에 유의미한 영향을 미치며, 풀 스쿼트가 동등한 상대 강도의 부분 깊이 스쿼트에 비해 우월한 대퇴사두근 및 대둔근 발달을 산출한다는 직접적인 실험적 근거를 제공한다. 이 발견들은 하지 근육 발달을 목표로 하는 운동 프로그램 설계에 중요한 실용적 함의를 가진다.

깊이 의존적 비대의 기전

풀 스쿼트에서 관찰된 우월한 비대 결과를 설명하는 몇 가지 기전이 있을 것으로 추정된다. 첫째, 풀 스쿼트는 더 긴 운동 범위에 걸쳐 대퇴사두근과 대둔근을 더 큰 기계적 장력(mechanical tension)에 노출시키는데, 이는 향상된 근육 단백질 합성과 지속적으로 관련이 있다[1]. 풀 스쿼트에서의 신장-단축 주기(stretch-shortening cycle)는 부하 하에서 대퇴사두근(특히 대퇴직근)과 대둔근의 상당한 신장을 포함하여, 기계 감응성(mechanosensitive) 경로를 통한 동화 신호 전달을 증폭시킬 수 있는 높은 수동 장력을 생성한다[2].

둘째, 풀 스쿼트는 완전히 굴곡된 자세에서 고관절 신전을 이끌기 위해 운동의 심부에서 대둔근의 실질적으로 더 큰 활성화를 필요로 한다[3]. 근전도(electromyographic) 연구들은 평행 이하 깊이에서 부분 스쿼트에 비해 더 높은 둔근 활성화를 지속적으로 입증하였으며, 이는 여기서 관찰된 차별적 비대 결과와 기전적으로 일치한다.

원위부 대 근위부 근육 발달

주목할 만한 발견은 부분 스쿼트(QS와 HS)가 대퇴사두근의 원위부를 선호적으로 발달시킬 수 있다는 것이다. 덜 깊은 스쿼트에서 무릎 신전근(knee extensors)이 주요 부하를 부담하기 때문이다. FS 그룹에서의 우월한 근위 대퇴사두근(대퇴직근)과 둔근 비대는 깊이가 증가함에 따라 기계적 요구가 근위 고관절 신전 기전 쪽으로 이동하는 것을 반영하며, 이는 균형 잡힌 하지 발달을 추구하는 운동선수들에게 중요한 고려사항이다.

실용적 권고사항

하지 비대, 특히 대퇴사두근과 대둔근을 주요 목표로 하는 개인에게 완전 깊이 스쿼트를 강력히 권고한다. 실무자들은 안전한 완전 깊이 스쿼트를 가능하게 하기 위해 고관절과 발목 가동성을 점진적으로 개발해야 하는데, 깊이 기법을 개발하는 동안 필요한 단기적 부하 감소는 장기적으로 우월한 비대 결과에 의해 상쇄될 것이기 때문이다.

참고문헌

[1] Bloomquist K, et al. Effect of range of motion in heavy load squatting. Eur J Appl Physiol. 2013;113:2133–2142. [2] Schoenfeld BJ, Grgic J. Effects of range of motion on muscle development. Strength Cond J. 2020;42:28–34. [3] Caterisano A, et al. The effect of back squat depth on EMG activity. J Strength Cond Res. 2002;16:428–432.