스포츠 현장에서 경기력을 극대화하기 위해 적용해 온 전략 중 하나는 운동능력 향상을 위한 보조물(ergogenic aids)의 사용이다. 운동능력 향상 보조물에는 영양학적 운동 보조제뿐만 아니라 컨디셔닝이나 회복 처치 등과 같은 생리적 처치도 포함된다. 허혈 전처치는 혈액 공급을 단시간 차단하는 허혈과 차단된 혈류를 재개시키는 재관류를 반복하는 것으로, 처치 후 보다 긴 기간의 허혈에 노출되더라도 조직의 내성을 증가시켜 허혈로 인해 발생하는 세포 손상이나 기능이 떨어지는 것을 감소시킬 수 있다고 보고하고 있다^1,2. Murry 등³은 허혈 전처치로 인해 심근경색의 정도가 감소되어 심장보호 작용이 나타났음을 최초로 보고하였으며, 이후 허혈 전처치는 심장이나 혈관기능을 보호하는 임상적 측면에서 주로 적용되어 왔다⁴. 그러나 허혈 전처치의 심혈관 보호 메커니즘이 운동수행 능력을 증가시키는 기전과 비슷하기 때문에, 최근에는 허혈 전처치가 국부적 또는 원격적으로 작용하여 운동수행 능력을 향상시킬 수 있는 운동능력 향상 보조물로서의 역할에 대한 연구가 일부 진행되고 있다⁵. 일부 연구에서 허혈 전처치는 단거리 수영⁶ 및 사이클⁷에서 수행력을 유의하게 향상시켰으며, 최대 점증운동부하 검사 중 혈중 젖산 농도 상승을 억제하였고⁸, 근 활성도를 증가시켰다고⁹ 보고하고 있다. 이러한 허혈 전처치의 운동수행 능력 증가 기전은 혈관 내피세포 기능이 향상되어 조직으로의 혈액 흐름이 개선되고, 골격근의 미토콘드리아 효소 활성도가 증가하며, 근육 내 adenosine triphosphate (ATP) 민감성 칼륨 채널(K-ATP)이 증가하기 때문으로 제시된다¹⁰. 이에 반해 허혈 전처치가 운동수행 능력에 영향을 미치지 않는다는 연구들도 일부 존재하는데^11-13, 이는 대상자의 성별이나 연령, 인종, 훈련 여부의 차이, 허혈 전처치 방법과 적용 부위의 차이, 스포츠 종목이나 운동 형태의 차이 등에 의해 나타난 것으로 보인다⁵. 따라서 허혈 전처치가 운동수행 능력에 미치는 영향에 관한 연구는 이러한 점을 고려하여 지속적으로 이루어져야 한다.

많은 스포츠 종목에서는 경기력 향상의 지표로 하지 근기능 평가를 필수적으로 수행하고 있으며¹⁴, 하지 근기능은 강하고 빠른 근수축력과 관련이 있으므로 등속성 운동에 의한 평가가 중요시되고 있다. 이와 관련된 한 편의 연구에서, Paradise-Deschenes 등¹⁵은 허혈 전처치가 등속성 근기능 검사를 통해 근력 훈련된 운동선수들의 최대 근수축력을 유의하게 증가시켰다고 보고하며 등속성 운동에서 허혈 전처치의 긍정적 영향에 대한 가능성을 제시하였다. 그러나 현재 등속성 근기능 검사를 통해 허혈 전처치가 근력 향상에 미치는 영향을 보고한 연구는 매우 부족하며 이러한 효과를 검증할 추가적인 연구가 필요하다.

야구는 투구나 타격 시 발현되는 힘의 절반 이상이 상체가 아닌 하지와 허리 힘에 의해 나타나므로 야구 선수들에 있어서 하지의 근기능은 중요하다¹⁶. 따라서 야구 선수들을 대상으로 등속성 근기능 검사를 통하여 허혈 전처치가 근수행력과 근피로 관련 지표에 긍정적 효과가 있는지 검증하는 것은 매우 중요한 일이라 생각된다. 또한, 지금까지 허혈 전처치가 운동수행 능력에 미치는 영향에 대해 보고한 연구는 대부분 국외 선수들을 대상으로 하였다. 국내 선수와 국외 선수들은 유전자 알고리즘에 의한 기본적인 체력 요인뿐만 아니라 각 나라의 사회적 배경에 따라 다른 경기력을 갖기 때문에^17,18 국내 선수들을 대상으로 허혈 전처치의 효과를 검증하는 것은 중요한 의미를 가질 수 있다고 생각된다.

따라서 본 연구는 허혈 전처치가 남성 대학야구 선수들의 하지 등속성 근기능과 혈중 젖산 농도에 어떤 영향을 미치는지 알아보고자 하였으며, 이를 통해 운동능력 향상 보조물로서 허혈 전처치를 스포츠 현장에 적용할 수 있는 근거자료로 제공하고자 하였다.

허혈에 따른 산소 부족과 재관류 시 생성되는 과산화 음이온은 체내 독성을 유발하는데, 이는 야구와 같은 단시간 폭발적인 힘을 사용하는 운동 시 골격근의 강한 수축을 통해 혈관에 가해지는 압력이 변화하며 근피로를 유발시킨다²¹. 따라서 허혈 전처치가 운동능력 향상 보조물로서 야구선수의 체력 요인의 증가뿐만 아니라 근피로를 억제하고 지연시킬 수 있을지에 대한 의문이 제기되었다.

이에 따라 대학야구 선수 10명을 대상으로 우측 하지에 적용된 허혈 전처치가 등속성 근기능과 근피로 관련 지표 중 하나인 혈중 젖산 농도에 미치는 영향을 알아보고자 하였다. 연구 결과, 허혈 전처치는 통제 처치에 비해 등속성 근력과 근파워를 증가시키는 경향을 보였으나 통계적으로 유의한 차이가 나타나지 않았다. 또한 회복 3분에서 통제 처치에 비해 허혈 전처치가 유의하게 혈중 젖산을 덜 축적시킨 것으로 나타났으나 상호작용 효과는 나타나지 않았다. 따라서 허혈 전처치는 야구 선수의 등속성 근기능과 혈중 젖산 농도에 유의한 긍정적 효과를 나타내지 않은 것으로 생각된다. 본 연구에서 이러한 결과가 나타난 몇 가지의 이유를 들면 다음과 같다.

허혈 전처치를 수행한 그룹이 통제 그룹보다 등속성 신근력에 유의한 증가가 나타났다고 보고한 Paradise-Deschenes 등¹⁵의 연구에 참여한 10명의 피험자들은 모두 주당 3–5회의 근력 훈련으로 단련된 파워 및 역도, 태권도 선수였다. Lee 등²²의 연구에서 허혈 전처치 후 최대 근수축 운동에 따라 발생하는 프리 라디칼(free radical)에 대한 방어 물질인 superoxide dismutase와 catalase 등 항산화 효소가 일반 집단보다 유도선수 집단에서 더 높게 나타났다고 보고하였으며, 그 이유는 장기간 근력 훈련으로 단련된 대상자와 산화적 내성에 차이가 있기 때문이라고 하였다. 본 연구의 대상자들은 야구 경기나 기술 훈련 외 정기적인 근력 훈련을 진행하지 않는 대학야구 선수들로, 연구 대상자의 정기적인 근력 훈련에 의한 근력 수준의 차이가 결과에 영향을 미쳤을 수 있다고 생각된다. 따라서 추후에는 대상자의 근력 훈련 수준을 고려하여 연구를 진행하는 것이 필요할 것이다.

근력 훈련 수준과 더불어 연구 대상자의 운동경력이나 경기력 수준도 연구 결과에 영향을 미쳤을 수 있다. 본 연구 대상자의 운동경력은 적게는 7년부터 많게는 13년이었으며, 연령은 19세부터 21세로 운동경력과 학년에 따라 경기력 수준과 근력 훈련 수준에 차이가 있을 수 있다. 또한 연구 대상자의 수는 본 연구에서 통계적 유의성을 얻을 만큼 충분하지 못했을 수 있다. 사후검사로 Cohen의 효과크기(effect size)를 알아본 결과 등속성 근력 및 근파워에서 각각 최대 0.57, 0.50으로 나타나, 허혈 전처치가 운동능력 향상 보조물로서 근수행력을 향상할 가능성을 제시한다. 통계적 유의성은 연구 대상자의 수에 영향을 받으므로 추후 본 연구 결과를 토대로 적절한 대상자 수를 산출하여 본 연구의 한계점을 보완할 수 있는 추가적 연구가 필요할 것이다.

Gibson 등²³은 6초 사이클을 5회 반복한 후 회복 3분 시점에서 혈중 젖산 농도가 유의하게 감소했다고 보고하면서, 이는 허혈 전처치 이후 혈관 확장을 통해 혈류가 개선됨에 의한 것으로 보인다고 하였다. 또한 Bailey 등⁸은 점증운동부하 검사 중 14 km/hour에서 혈중 젖산 농도가 유의하게 감소했다고 보고하였는데, 운동 중 혈중 젖산의 약 75%가 에너지원으로 이용되어 ATP 소비가 감소하고 운동 중 증가된 근수축의 효율로 젖산 생성이 감소할 수 있다고 추측하였다. 하지만 본 연구에서는 운동 중 통제 처치에 비하여 허혈 전처치에서 혈중 젖산 농도 변화율의 감소가 나타나지 않았는데, 이러한 상반된 결과는 운동 형태의 차이에 의한 것일 수 있으며 아직 허혈 전처치가 혈중 젖산 농도에 미치는 영향이 명확하지 않음을 의미한다. 따라서 허혈 전처치와 근피로에 관련된 연구의 축적이 필요할 것으로 생각된다.

운동수행 능력에 있어 허혈 전처치가 미치는 영향의 차이는 허혈 전처치 자체의 프로토콜에 의해서도 발생할 수 있다. 지금까지 동물 실험이나 임상에서 허혈 전처치가 장기간 지속되는 허혈과 재관류에 의한 손상에서 심장 보호 효과를 나타낸다고 보고한 국내 의학 연구들은 1분의 허혈과 1분의 재관류를 3회 반복하거나²², 5분의 허혈과 10분의 재관류를 1회 반복하거나²⁴, 3분의 허혈 및 5분의 재관류를 2회 반복하거나²⁵, 또는 5분 허혈과 5분 재관류를 3회 반복하는 등²⁶ 다양한 허혈 전처치 프로토콜을 사용하였다.

그리고 Lee 등²⁷의 연구에서는 10분의 허혈과 10분의 재관류를 반복하는 허혈 전처치를 1회, 2회, 3회 반복하는 실험군으로 나누어 토끼 골격근의 근육세포의 손상을 관찰하고 괴사 정도와 근육 조직 내 고에너지 인산 농도를 비교하였는데, 그 결과 허혈 전처치를 3회 반복할 때 오히려 보호 효과가 사라짐을 관찰하였고, 1회 실시한 군에서 유의미한 보호 효과가 있었다고 하였으며 동일한 골격근 내에서도 근육에 따라 허혈-재관류 손상에 대한 감수성이 다르다고 보고하였다.

반면 운동수행 능력에 허헐 전처치를 적용한 해외 연구에서는 5분의 허혈과 5분의 재관류를 3번 또는 4번 반복하는 연구가 주를 이뤄왔다. 그러나 최근 Johnsen 등²⁰은 허혈 전처치의 프로토콜과 관련하여 허혈 시간, 허혈과 재관류의 반복 횟수, 적용된 사지의 수 등을 심근경색 크기와 재관류 시 좌심실 압의 변화로 알아보았는데, 허혈 시간이 2분과 5분에서 대조군과 비교하여 동일한 유의한 효과를 나타냈고 10분의 허혈에서는 오히려 대조군과 차이를 보이지 않았다고 보고하였다. 더불어 허혈과 재관류를 4번 또는 6번 반복하는 것은 8번 반복하는 것과 비슷하게 대조군에 비해 유의한 효과를 보였으며, 2번 반복하는 것은 대조군과 차이를 보이지 않았다고 보고하였다.

허혈 전처치가 적용된 사지의 수에 대해서는 1개나 2개일 때 대조군과 비교하여 동일하게 유의한 효과를 보였는데, 이는 우측 하지에만 허혈 전처치를 적용하였으나 좌측과 우측의 등속성 근기능에서 동일한 경향이 나타난 본 연구 결과를 뒷받침할 수 있는 근거로 볼 수 있다.

허혈 전처치 시 압력과 관련하여 대부분의 선행연구에서는 혈류를 완전히 차단하기 위하여 220 mm Hg나 200 mm Hg의 압력을 사용하였는데, Sharma 등²⁸은 허혈 전처치 시 적정한 압력을 찾기 위한 연구에서 180 mm Hg의 압력으로도 상지와 하지에 혈류가 충분히 제한되었다고 보고하였다.

본 연구는 이러한 연구 결과들을 바탕으로 180 mm Hg의 압력으로 2분의 허혈과 5분의 재관류를 3회 반복하는 허혈 전처치 프로토콜을 설계하였으며 이는 스포츠 현장에서 보다 덜한 통증을 수반하며 간편하게 이용할 수 있는 운동능력 향상 보조물로서 활용하고자 하는 이유가 있었다. 그러나 앞선 Johnsen 등²⁰의 연구는 동물실험이기 때문에 사람에게 적용하는 데 한계가 있을 수 있으며, 만일 선행연구에서 주를 이룬 허혈 전처치 방법을 사용하였다면 또 다른 결과를 기대해볼 수 있었을 것이다.

Patterson 등⁷은 반복적인 6초 사이클을 통하여 통제 처치에 비해 허혈 전처치에서 파워 변인이 증가하고 운동 중 더 좋은 조직 산소포화지수(tissue saturation index)를 유지하는 것을 확인하였으며, 이는 허혈 전처치가 근육으로의 산소 공급을 증가시켰기에 가능했다고 추측하였다. 사이클 점증운동부하를 실시한 연구²⁹와 등척성 운동을 통한 연구³⁰에서는 통제 처치에 비해 허혈 전처치가 운동 지속시간을 증가시켰는데, 헤모글로빈 수치가 운동 중 높게 유지됨을 확인하고 허혈 전처치가 골격근 혈류를 개선하였다고 제안하였다. 또한 허혈 전처치를 통하여 100 m 최대 수영 시간을 단축시켰다고 보고한 연구자들은 그들의 후속 연구에서 허혈 전처치를 통해 증가된 ATP 생산이 운동수행 능력 증가에 기여한 것으로 추측하였다. 그러나 허혈 전처치가 미토콘드리아의 K-ATP 채널에 미치는 영향을 통해 심근의 허혈 전처치가 이후의 허혈 중 ATP 생산을 유지할 수 있다는 분명한 몇몇 증거거 존재하지만, 사지에 적용된 허혈 전처치가 골격근에서도 유익한 영향을 미칠지는 증명해야 한다⁶. 이렇듯 임상에서의 긍정적 경험을 바탕으로 허혈 전처치를 운동에 적용하였지만 그 결과가 임상과는 차이를 보이고 있으며, 운동 중 허혈 전처치의 기전은 아직까지 명확하지 않다. 또한 임상에서와는 다른 허혈 전처치의 적용 기전이 존재할 수 있으므로 다양한 관점의 연구가 필요하며, 최종적으로는 스포츠 과학 현장에서 허혈 전처치의 긍정적 효과를 증명할 수 있어야 할 것이다.

본 연구는 허혈 전처치가 대학야구 선수의 운동수행 능력 향상에 어떠한 영향을 미치는지 알아본 국내 첫 번째 연구라는 의미가 있다. 이를 바탕으로 타격 시 배트 스윙 속도나 투구 시 팔 스윙 속도와 같은 야구 선수의 실질적 경기력과 연결되는 변인에서 허혈 전처치의 영향에 대한 추후 연구를 제안하는 바이다.