전기자극으로 유발한 근수축이 수의적 수축보다 빨리 피로해지는 이유로 옳은 것은?

전기자극에서는 지름이 굵어 저항이 낮은 신경섬유가 먼저 흥분하므로 수의적 수축의 크기원리와 반대로 쉽게 지치는 큰 운동단위가 먼저 동원된다. 또 같은 운동단위가 동기화되어 반복 수축하므로 교대 휴식이 없어 피로가 빨리 온다.

전기자극으로 유발한 근수축이 수의적 수축보다 빨리 피로해지는 핵심 이유는 운동단위 동원 순서의 차이에 있습니다. 수의적 수축에서는 크기가 작은 운동단위부터 큰 운동단위 순서로 동원되는 생리적 동원 원칙을 따르지만, 전기자극은 이 순서를 따르지 않습니다.

수의적 수축 시 중추신경계는 크기 원칙(size principle)에 따라 지근 섬유를 포함한 작은 운동단위를 먼저 동원하고, 힘 요구량이 커질수록 큰 운동단위를 추가로 동원합니다. 작은 운동단위는 피로에 강한 제1형 근섬유(type I fiber)로 구성되어 있어 오래 지속되는 수축에 유리합니다.

반면 전기자극은 신경 다발 내에서 축삭의 위치나 피부와의 거리 등 물리적 요인에 따라 탈분극이 일어나므로, 전기자극에서는 축삭 직경이 큰 운동단위가 작은 운동단위보다 먼저 동원되는 역전된 동원 순서가 나타납니다. ^[4] 큰 운동단위는 피로에 취약한 제2형 근섬유(type II fiber)를 많이 포함하고 있어 수축 초기부터 동원되면 근육 전체의 피로가 빠르게 진행됩니다.

또한 전기자극은 동일한 운동단위를 반복적으로 활성화시키는 경향이 있습니다. 수의적 수축에서는 중추신경계가 운동단위를 교대로 동원하거나 발화 빈도를 조절하여 피로를 지연시키지만, 전기자극은 고정된 자극 강도와 빈도로 동일한 운동단위 집단을 지속적으로 활성화하므로 대사적 부담이 집중되어 피로가 가속화됩니다. ^[1]

혼동 주의! 전기자극이 작은 운동단위만 선택적으로 동원한다고 생각하기 쉽지만, 실제로는 오히려 큰 운동단위가 먼저 동원되는 역전 현상이 발생합니다. 이는 말초신경 자극에서 축삭 직경이 클수록 전류에 대한 흥분 역치가 낮기 때문입니다. ^[4]

척수 손상 후 시간 경과에 따른 동원 순서 변화를 살펴본 연구에서도, 손상 후 2주 차에는 큰 단위가 작은 단위보다 낮은 자극 강도에서 먼저 동원되는 역전이 관찰되었습니다. ^[3] 이는 전기자극에 의한 근피로가 단순히 자극 빈도만의 문제가 아니라 운동단위 동원 순서의 비생리적 역전과 밀접하게 연관되어 있음을 시사합니다. ^[2]

결국 전기자극 유발 수축이 빨리 피로해지는 이유는 큰 운동단위가 먼저 동원되는 역전된 동원 순서로 인해 피로에 취약한 제2형 근섬유가 수축 초기부터 과도하게 사용되기 때문입니다. ^[1]