마라톤과 같은 장거리 지구성 훈련을 지속하면 골격근은 반복적인 수축 자극에 적응하며 지구력 수행에 유리한 방향으로 표현형이 전환된다. 이 문제의 핵심은 지구성 훈련이 근섬유의 대사적·구조적 특성에 미치는 영향을 이해하는 것이다.
지구성 훈련과 근섬유 표현형 전환
골격근은 크게 느린 연축(slow-twitch, type I) 섬유와 빠른 연축(fast-twitch, type II) 섬유로 나뉜다. type I 섬유는 미토콘드리아 밀도가 높고, 모세혈관 분포가 풍부하며, 미오글로빈(myoglobin) 함량이 많아 붉은색을 띠고, 산화적 인산화(oxidative phosphorylation)를 통해 ATP를 지속적으로 생산한다. 반면 type II 섬유는 해당작용(glycolysis)에 의존하는 비율이 높아 순간적인 힘 발생에는 유리하지만 쉽게 피로해진다. 장거리 지구성 훈련은 근섬유의 대사 표현형을 type I 섬유와 유사한 방향, 즉 산화적 대사 중심으로 재편한다.
AMPK/SIRT1/PGC-1α 신호축과 미토콘드리아 적응
지구성 훈련 중 반복되는 근수축은 세포 내 에너지 상태(AMP/ATP 비율 증가)를 변화시키며, 이는 AMPK(AMP-activated protein kinase)를 활성화한다. 활성화된 AMPK는 하위 신호인 SIRT1과 PGC-1α(peroxisome proliferator-activated receptor gamma coactivator 1-alpha)를 순차적으로 자극한다. PGC-1α는 미토콘드리아 생합성(mitochondrial biogenesis)의 핵심 조절자로서, 지구성 훈련 시 근섬유 내 미토콘드리아의 수와 크기를 증가시키고 산화적 대사 효소의 발현을 상향 조절한다. 이 신호축은 근섬유 type 전환(type I 섬유로의 전환)에도 관여한다
[3].
EPAS1과 지구성 표현형의 연관성
EPAS1(endothelial PAS domain protein 1, HIF-2α)은 PGC-1α 하위에서 작동하며 느린 연축 근섬유 프로그램을 조절하는 인자로 보고되었다. 인간 골격근에서 EPAS1 유전자 발현은 근섬유 조성 및 지구력 관련 유전자 발현과 연관되며, 유산소 훈련에 반응하여 발현이 변화한다. 이는 지구성 훈련 적응에서 type I 섬유 특성 유지와 산화적 대사 능력 향상에 EPAS1이 기여함을 시사한다
[1].
CaMKII와 훈련 유발 대사 리모델링
운동 중 골격근에서는 칼슘 신호에 의해 CaMKII(calcium/calmodulin-dependent protein kinase II)가 활성화된다. 골격근 특이적 CaMKIIγ/δ 결손 마우스 연구에서, 내인성 CaMKIIγ/δ가 지구성 훈련으로 유도되는 미토콘드리아 대사 적응과 운동 능력 향상에 필요함이 확인되었다. 이는 칼슘 신호가 AMPK/SIRT1/PGC-1α 축과 함께 지구성 훈련 적응의 상위 조절 기전으로 작용함을 보여준다
[2].
미토콘드리아 리모델링의 기능적 결과
지구성 훈련에 의한 미토콘드리아 리모델링은 말과 인간, 설치류 연구에서 공통적으로 관찰된다. 미토콘드리아 밀도와 산화 효소 활성이 증가하면 동일한 운동 강도에서 지방산 산화 비율이 높아지고, 글리코겐 사용이 절약되며, 젖산 생성이 감소한다. 결과적으로 근섬유의 피로저항성(fatigue resistance)이 크게 향상된다. 모세혈관 밀도 역시 증가하여 산소와 기질의 공급이 원활해지고, 미오글로빈 함량도 증가하여 근육 내 산소 확산과 저장 능력이 높아진다
[4].
보기 분석에서, 해당작용 효소가 많고 수축속도가 빠르며 쉽게 피로해지는 특성(보기 1, 5)은 type II 섬유의 특징이고, 모세혈관 밀도가 낮고 미오글로빈 함량이 낮아 색이 흰 특성(보기 3, 4) 역시 빠른 연축 섬유 또는 지구성 적응이 결여된 상태를 설명한다. 반면 미토콘드리아 밀도가 높고 피로저항성이 큰 특성(보기 2)은 지구성 훈련을 지속한 마라톤 선수의 근섬유에서 상대적으로 우세하게 나타나는 적응 결과와 정확히 일치한다.
참고 문헌 (논문 출처)
- [1]
EPAS1 is associated with human muscle fiber composition and endurance phenotypes.일반논문Dautova AZ, Valeeva EV, Semenova EA, Mavliev FA, Zverev AA, Nazarenko AS, John G, Zhelankin AV, Larin AK, Kulemin NA, Sultanov RI, Generozov EV, Ahmetov II. (2026) · DOI: 10.14814/phy2.70928
- [2]
CaMKIIγ/δ contributes to mitochondrial metabolic adaptation in skeletal muscle during endurance training.일반논문Tsukahara R, Kitajima Y, Ichihashi Y, Iwase H, Ohki S, Sotomaru Y, Kurosaki T, Kawano Y, Yasuda T. (2026) · DOI: 10.1016/j.molmet.2026.102419
- [3]
The Central Role of the AMPK/SIRT1/PGC-1α Signaling Axis in Skeletal Muscle Physiology and Pathology and Its Targeted Therapeutic Strategies.일반논문Wang J, Gu J, Li X, Sun H, Yang X. (2026) · DOI: 10.3390/ph19071056
- [4]
Mitochondrial Adaptations to Exercise Training in Equine Skeletal Muscle: A Narrative Review.일반논문Cocioba V, Nistor P, Bratu DG, Blaga Ș, Zanfira BC, Mircu C, Huțu I. (2026) · DOI: 10.3390/life16061008