Training methods to improve VO2max: A systematic review

Abstract

최대산소섭취량(VO2max)은 심폐 체력의 황금 표준 측정값이자 사실상 모든 지구력 스포츠에서 심혈관 질환 위험, 전체 원인 사망률, 운동 능력의 강력한 독립적 예측인자다. Buchheit와 Laursen(2013)의 이 체계적 문헌고찰은 VO2max를 향상시키기 위한 다양한 훈련 방법에 대한 근거를 평가하며, 서로 다른 집단에 걸쳐 장시간 인터벌 HIIT, 단시간 인터벌 HIIT, 스프린트 인터벌 훈련, 역치 훈련, 중강도 지속 훈련의 상대적 효과를 검토한다.

이 리뷰는 장시간 인터벌 HIIT(VO2max의 90–100%에서 2–5분 인터벌)가 주로 심박출량 및 1회박출량 증가를 포함한 중추 심혈관 적응을 통해 비훈련 및 훈련된 집단 모두에서 가장 큰 VO2max 향상을 일관되게 만들어 낸다고 결론 내린다. 가장 강력한 근거로 뒷받침되는 대부분의 개인을 위한 최적 프로토콜은 3분 능동 회복을 두고 HRmax의 90–95%에서 4분씩 4회 반복하는 방식이다. 역치 훈련과 중강도 지속 훈련은 비훈련 개인에서 의미 있는 VO2max 향상을 만들어 내지만, 훈련된 집단에서는 인터벌 방식에 비해 수익이 감소하는 경향을 보인다.

핵심어: 최대산소섭취량, VO2max, 인터벌 훈련, 심박출량, 1회박출량, 유산소 체력

Introduction

VO2max, 즉 전신 운동 중 달성 가능한 최대 산소 소비율은 거의 한 세기 동안 운동생리학에서 중심적 위치를 차지해 왔다. 1920년대 A.V. Hill에 의해 처음 체계적으로 연구된 VO2max는 이제 지구력 성능의 주요 결정 요인이자 생리적 노화와 질병 위험의 강력한 지표로 확립되었다 [1]. VO2max 측정으로 심혈관 사망률을 예측하는 능력은 대규모 전향적 연구에서 혈압, 콜레스테롤, BMI, 흡연 상태를 포함한 전통적 위험 인자들과 동등하거나 그것을 능가한다.

생리적으로 VO2max는 세 가지 상호작용하는 시스템에 의해 상한이 제한된다. 산소 공급 용량(심박출량), 혈액의 산소 운반 능력(헤모글로빈 농도와 혈액량), 말초 산소 추출 효율(골격근 산화 용량)이 그것이다. 이러한 구성 요소 중 하나라도 증가시키는 훈련 적응은 VO2max를 향상시키지만, 중추 심혈관 적응(1회박출량 증가)이 대부분의 집단에서 훈련 유발 VO2max 향상의 대부분을 차지한다 [2].

어떤 훈련 방법이 VO2max를 가장 효과적으로 향상시키는가의 질문은 과학적으로 논쟁 중이면서도 실용적으로 중요하다. VO2max의 60–75%에서의 중강도 지속 훈련은 대부분의 공중보건 운동 권장사항의 기반을 형성하며 지속 가능한 훈련 프로그램에 필요한 유산소 기반을 만든다. 다양한 강도(VO2max의 85–130%)에서의 고강도 인터벌 훈련은 VO2max 향상의 시간 단위 효율을 더 높이지만 더 많은 회복을 필요로 하고 부상 위험이 높으며 불편함에 대한 더 큰 심리적 내성을 요구한다 [3].

훈련 강도, 볼륨, VO2max 향상 사이의 용량-반응 관계를 이해하는 것은 임상 및 성능 응용 모두에 필수적이다. 심장 재활에서 어떤 운동 처방이 체력을 가장 효율적으로 향상시키는지, 코치들은 어떤 인터벌 형식이 선수에게 최고의 경기력을 만들어 내는지, 레크리에이션 피트니스 애호가들은 VO2max 향상과 현실적인 시간 제약 및 회복 요구 사이의 균형에 대한 지침을 필요로 한다 [4].

Evidence Review

VO2max 향상의 생리학

VO2max 향상은 Fick 방정식 구성 요소에서의 적응을 필요로 한다:

VO2max = 심박출량 × 동정맥 산소 차이

여기서 심박출량 = 심박수 × 1회박출량

훈련 유발 1회박출량 증가(대부분의 집단에서 주된 동인)는 다음을 통해 일어난다: 1. 혈장량 및 총 혈액량 증가(1–2주 이내 발생) 2. 심장 강 확장(원심성 비대, 수주에서 수개월에 걸쳐 발생) 3. 좌심실 충전 및 박출률 향상 4. 자율신경 톤 향상(안정 시 부교감신경 우세, 운동 중 교감신경 반응성 증가)

말초 구성 요소(동정맥 산소 차이, 골격근 산소 추출을 반영)는 근육 모세혈관 밀도와 미토콘드리아 함량을 증가시키는 만성 저강도 훈련에 주로 반응한다 [5].

훈련 방법별 근거

중강도 지속 훈련(MICT, VO2max의 60–75%)

• VO2max 향상: 12주 동안 +8–15%(비훈련), +2–5%(훈련됨)
• 필요 시간: 세션당 30–60분, 주 5회
• 주요 기전: 말초 적응, 중간 정도의 심장 적응
• 적합 대상: 유산소 기반을 구축하는 초보자, 임상 집단

역치 훈련(VO2max의 75–85%, 20–40분 지속)

• VO2max 향상: 8–12주 동안 +6–12%(비훈련), +3–6%(중간 정도 훈련됨)
• 필요 시간: 세션당 20–40분, 주 3–4회
• 주요 기전: 젖산 역치 향상, 중간 정도의 중추 적응
• 적합 대상: 중간 수준 선수, 기반 구축 단계

장시간 인터벌 HIIT(VO2max의 90–100%, 2–5분 인터벌)

• VO2max 향상: 8주 동안 +7–10%(훈련됨), 최대 +15%(비훈련)
• 필요 시간: 총 35–45분(준비 운동/회복 포함), 주 2–3회
• 주요 기전: 최대 심박출량 자극, 중추 적응 지배적
• 적합 대상: VO2max 향상 효율을 추구하는 모든 집단 [6]

단시간 인터벌 HIIT(VO2max의 100–120%, 15–60초 인터벌)

• VO2max 향상: 6–8주 동안 +5–8%
• 세션당 VO2max 체류 시간이 높고, 장시간 인터벌보다 절대 강도 요구가 낮음
• 초보자가 장시간 인터벌보다 더 잘 견딤

스프린트 인터벌 훈련(VO2max의 >120%, 10–30초 전력)

• VO2max 향상: 6주 동안 +5–9%(비훈련)
• 주로 말초(미토콘드리아) 적응
• VO2max 향상에서 장시간 인터벌 HIIT보다 덜 효과적 [7]

프로토콜 비교 요약

Discussion

장시간 인터벌 HIIT가 VO2max 향상을 지배하는 이유

VO2max 향상에서 장시간 인터벌 HIIT(VO2max의 90–100%에서 2–5분 인터벌)의 일관된 우위는 심박출량에 대한 그것의 독특하게 효과적인 자극에서 나온다. VO2max를 향상시키려면 심장이 규칙적으로 최대 펌핑 용량 근처에서 자극받아야 한다. 짧은 폭발(SIT, 30초 스프린트)은 심혈관계를 활성화하지만 최적의 심장 리모델링을 만들기에 충분히 긴 시간 동안 인터벌당 최대에 가까운 심박출량을 유지하지 못한다. HRmax의 90–95%에서의 장시간 인터벌은 인터벌당 3–4분간 최대에 가까운 심박출량을 달성하고 유지하여 세션당 12–20분의 '효과적인' 심혈관 자극을 축적한다 [8].

이 통찰은 4×4분 프로토콜의 반복적으로 검증된 우위를 설명한다. 그것은 VO2max 근처의 누적 시간을 최대화하면서(각 인터벌의 마지막 1–2분을 포함하여 VO2가 최대에 도달할 때 약 15–18분) 합리적인 체력을 가진 대부분의 개인이 달성 가능하고 인터벌 사이에 충분한 회복(3분 능동)을 제공하여 질을 유지한다.

훈련 경력 효과

가장 실용적으로 중요한 발견 중 하나는 훈련 경력이 최적 프로토콜 선택을 어떻게 결정하는가이다. 비훈련 개인에서 VO2max 향상은 본질적으로 훈련 방법에 관계없이 일어난다. VO2max의 60% 이상에서 규칙적으로 수행되는 어떤 유산소 운동이든 8–12주에 걸쳐 상당한 VO2max 향상을 만들 것이다. 비훈련 개인은 말초 산소 이용에서 엄청난 적응 용량을 가지고 있어 겸손한 심혈관 자극도 충분하기 때문이다 [9].

훈련 상태가 향상됨에 따라 VO2max 반응은 점점 더 강도에 의존하게 된다. 중간 정도 훈련된 개인(VO2max 45–55 ml/kg/min)은 역치 훈련과 단시간 인터벌 HIIT에 가장 잘 반응한다. 고도로 훈련된 개인(VO2max >55 ml/kg/min)은 일반적으로 VO2max의 90–95%에서 장시간 인터벌 HIIT를 필요로 하며, 이는 말초 적응이 거의 최대화되어 추가 향상이 중추 심혈관 변화에 달려 있기 때문이다 [10].

건강 지표로서의 VO2max

운동 성능을 넘어 VO2max는 일반 집단에서 수명의 가장 강력한 예측인자 중 하나다. VO2max와 전체 원인 사망률 사이의 관계는 연속적이며, 유산소 능력의 1 MET(3.5 ml/kg/min) 향상마다 사망 위험이 약 13–15% 감소하는 것과 관련된다 [11]. 이 효과는 나이, 성별, 체중, 다른 위험 인자와 독립적이며, 심혈관 질환이 확립된 집단에서도 관찰된다.

공중보건 관점에서 VO2max의 절대적 향상보다 개인을 가장 낮은 체력 5분위(VO2max <25 ml/kg/min)에서 더 적당한 체력 수준(>35 ml/kg/min)으로 이동시키는 것이 더 중요하다. 이 전환에서의 사망 위험 감소(약 45–50%)는 엘리트 체력 범위 내에서 달성 가능한 어떤 운동 유발 향상보다 훨씬 크다 [12].

저항 훈련 및 회복과의 상호작용

VO2max 중심 훈련 세션은 상당한 심혈관 스트레스를 발생시키며, 저항 훈련으로 인한 잔류 피로가 있을 때 최고 품질로 수행될 수 없다. 고중량 하체 리프팅(스쿼트, 데드리프트) 다음 날의 4×4 인터벌 세션은 안정적으로 인터벌 성능을 저하시킨다. 대퇴사두근과 고관절 신전근이 사이클링과 달리기 인터벌 중 주된 힘 생성 근육이기 때문이다 [13]. VO2max 인터벌 세션을 고중량 하체 저항 훈련과 별도의 날에 프로그래밍하면 두 가지 적응 자극이 모두 최적화된다.

Practical Recommendations

현재 VO2max 추정

실험실 검사 없이 다음 현장 추정법을 사용할 수 있다:

HRmax는 220에서 나이를 빼는 것으로 추정할 수 있다(개인 편차 ±10 bpm).

훈련 상태별 프로토콜 선택

초보자(VO2max <35 ml/kg/min, 유산소 훈련 6개월 미만): - 인터벌을 도입하기 전에 3–4주간 30분 쉬운 유산소 세션(존1–2)으로 시작 - HRmax의 85–90%에서 1분 인터벌-1분 휴식을 10회 반복하는 단시간 인터벌로 시작 - 4–6주의 단시간 인터벌 적응 후 장시간 인터벌 방식으로 전환

중간 수준(VO2max 35–50 ml/kg/min, 훈련 기간 6개월~3년): - HRmax의 90–95%에서 4×4분 프로토콜, 주 2회 - 주당 1회 더 긴 존2 세션(45–60분) 보완

고급(VO2max >50 ml/kg/min, 구조화된 훈련 3년 초과): - 4×4분 프로토콜은 여전히 유효하지만 5×4 또는 4×5분으로 확장이 필요할 수 있음 - 수동 휴식 인터벌을 두고 HRmax의 95–100% 강도 - 개별 역치 강도를 정확히 파악하기 위한 젖산 검사 고려

4×4 프로토콜: 단계별 수행

1. 준비 운동: HRmax의 50%에서 75%까지 점진적으로 높여 가며 10분
2. 인터벌 1: HRmax의 90–95%에서 4분. 90초 이내에 HR이 90%에 도달해야 함.
3. 회복 1: HRmax의 60–70%에서 3분(능동 사이클, 조깅, 또는 걷기)
4. 인터벌 2–4: 인터벌과 회복 패턴 반복
5. 마무리 운동: 저강도 5–10분

확인: 세 번째 또는 네 번째 인터벌까지 4분 전체 동안 HRmax 90% 이상을 유지하는 것이 도전적이지만 달성 가능해야 한다. 쉽다면 강도가 부족한 것이다. 4회 모든 인터벌을 목표 HR에서 완료하지 못한다면 처음 2회 인터벌의 속도를 약간 줄인다.

빈도 및 주기화

• 전용 VO2max 발달 단계 동안 최대 주 2회 인터벌 세션 수행
• 인터벌 세션 사이에 최소 48시간 유지
• 4–6주의 VO2max 인터벌 후 적응 통합을 위해 1주간 회복 주(강도/볼륨 40–50% 감소) 후 재개
• 8–12주의 VO2max 집중 후 다른 훈련 목표를 강조하면서 유지 단계(주 1회 인터벌 세션)로 전환