대한민국 공군 조종사는 영공을 수호하는 막중한 임무를 가진 국가적으로 매우 중요한 인적자원이다. 이들이 타군 장교들에 비해 갖는 차별성은 1차적으로 공중임무에 적합한 신체적 능력을 갖추어야 하며, 두 번째는 이 신체적 능력을 연령에 무관하게 조종석을 떠날 때까지 최고 수준으로 유지해야 한다는 점이다.

공군사관학교 생도들은 4학년 졸업 전(비행입과 전) 신체검사를 통과하여야 비행훈련과정에 입문할 수 있으며, 이어 중급, 고급 비행과정을 거쳐 전투조종사가 된다. 특히 사관생도들은 비행입과 전 고가속도 테스트에서 6G/30sec를 견뎌내야 하며, G-LOC 등으로 불합격되면 비행 입문과정에 입문을 못하기 때문에 생도들에게 있어 고가속도 적응 테스트는 매우 중요한 항목이다.

또한, 공군사관생도들에게 필요한 신체적 능력은 지금까지의 선행연구들을 종합해 볼 때, 크게 G-내성[1], 공간지각능력[2], 근골격계 능력[3]으로 정리해볼 수 있다. G-내성(G-tolerance)은 항공기의 급가속시 인체에 주어지는 양가속도(+Gz)를 극복하여 뇌의 혈액이 하부로 쏠리는 것을 방지함으로써 의식을 지켜내는 능력이다[4]. F-35나 F-22와 같은 신형 전투기 기종은 최대 9G까지 고가속도가 주어지는데 개인 체중의 9배의 무게가 머리를 내리누르는 수준의 힘 부하가 주어지게 된다. 공간지각능력(Spatial Disorientation)은 항공기의 수직, 수평 회전이 반복될 때 몸의 자세를 인지하는 능력이다. 근골격계 능력은 Hi-G 상황과 비상탈출 시 목, 허리 등 관절을 보호하고 골절 등의 부상을 예방하기 위해서 필요하다.

한편, 유전자에 대한 연구분석은 인간의 능력을 극대화하거나 노화를 지연시키기 위하여 많은 과학적 노력들이 활발히 진행중에 있다. 스포츠에서도 1970년대부터 시작되어 종목별 특성을 충족할 수 있는 적합한 체형, 체력의 종류와 기능, 신경과 근육의 성분 등을 밝히기 위한 연구들이 다양하게 이루어지고 있으며[5,6,7], 이를 토대로 선수선발과 훈련방법 적용에 많은 활용을 하여 좋은 결과를 나타내고 있다. 특히, 유전자 중 운동수행능력과 밀접하게 관련된 유전자 중 하나로 ACTN-3 유전자 다형성을 들 수 있다[8]. ACTN-3 유전자 다형성은 스포츠와 관련된 120개 이상의 유전자 중 유·무산소성 운동 모두와 관련된 소수 유전자 중의 하나로써[9], 근원섬유의 구조적 형태를 유지하고 근수축을 위한 지지역할을 하며[10], 속근의 최대수축시 에너지 대사를 조절하는 기능에도 관여한다[11,12]. ACTN-3 유전자 다형성은 RR, RX, XX의 세 형으로 구분되는데, 연구자들마다 차이는 있으나 대다수 연구에서 RR, RX형은 근력, 순발력 등과 관련되어 무산소성 운동에 적합하며, XX는 지구성 운동에 적합한 것으로 보고하고 있다[10,13,14,15].

실제로 전투기 조종사에게는 근력과 근지구력, 그리고 순발력 적인 체력 요소가 중요한 부분으로 다수의 연구에서 제시된 바가 있는데[4], 만약 ACTN-3 유전자 다형성의 특성을 예비 조종사인 공군 사관생도들을 대상으로 적용시켜 연구해 본다면 우수 전투기 조종사 양성을 통한 정예군인 양성에 큰 이바지를 할 것으로 사료된다.

따라서 본 연구에서는 예비조종사인 남자 공군사관생도들을 대상으로도 ACTN-3유전자 다형성을 분석하여 RR, RX, XX 세그룹으로 분류하고, 8주간의 G-내성을 강화하기 위한 트레이닝을 실시하여 신체조성, 등속성 근기능, G-내성능력을 분석하여 사관생도들이 4년간의 교육기간 동안 어떤 체형을 만들고, 어느 정도의 체력 수준을 보유하는 것이 조종임무에 적합한지를 알아보고자 본 연구를 진행하였다.

본 연구는 G-내성을 강화하기 위한 트레이닝을 8주(주4회)간 실시한 후 공군 사관생도의 ACTN-3 유전자 다형성(RR, RX, XX)에 따른 신체조성, 심폐지구력, 등속성 근기능, G-내성능력(6G/30sec)의 변화차이를 규명하여 공군 사관생도의 ACTN-3 유전자 다형성별 G-내성 강화 운동프로그램의 효과를 검증하였다.

본 연구에서는 8주간 G-내성을 강화하기 위한 트레이닝 후 ACTN-3 유전자 다형성별 골격근량(kg)의 변화를 살펴보았다. 골격근량의 경우 트레이닝 후 RR형과 RX형 집단에서 골격근량이 증가되었다. ACTN-3 유전자 다형성 중 RR형과 RX형은 속근에서 발현하여 속근의 Z-line을 형성하여 속근섬유의 근수축을 유도하지만, ACTN-3 유전자 다형성 중 XX형은 α-actinin-3을 전혀 발현하지 못한다[14]. 따라서 본 연구에서 실시한 트레이닝 중 저항성 트레이닝에 따른 RR형과 RX형의 골격근량 증가는 이와 같은 유전자 특성에 따라 속근 섬유의 근수축을 유도하여 근섬유가 증가한 것으로 사료된다. 또한, 고강도의 저항성 트레이닝이 근력을 증가시키고, 운동기간 동안 근육량을 유지 또는 증가시킬 수 있다고 보고되어[16], 본 연구에서 실시한 G-내성 강화 운동프로그램이 고강도의 저항성 프로그램으로 구성되었기 때문에 나타난 결과라 생각된다. 조종사에게 있어 골격근량은 G-내성능력에도 영향을 미치는 중요한 요인이다. 조종사가 +Gz 가속도에 노출되면 뇌혈류량을 유지하기 위해 동맥압을 상승시키는데[17]의 연구에 의하면 +5Gz에서 140mmHg이며, +10Gz에서는 180mmHg 그리고 +15Gz에서는 220mmHg까지 동맥압이 증가한다고 하였다. 고가속도 환경에서 동맥압을 상승시킬 수 있는 요인으로는 근육의 정적 수축에 의해 말초저항이 상승하였기 때문이다. 결국 조종사가 +Gz 내성을 상승시키기 위해서는 근육의 크기를 키워 정적 수축력을 증가시켜야 하는 것이다[18]. 체지방률의 경우 8주간의 G-내성 강화 운동프로그램 후 XX형 집단의 체지방률이 증가되었다.

[18]의 연구에서는 공군 사관생도를 대상으로 G-내성을 검사를 실시하여 신체조성이 G-내성능력에 미치는 영향을 연구한 결과, 상대적으로 높은 BMI를 가지고 있는 대상자가 G-내성능력에 긍정적인 영향을 준 것으로 나타났다. 이는 급격하게 증가하는(1초에 1G씩 증가) G-내성을 견디기 위해서는 상대적으로 높은 BMI가 필요함을 시사한다.

심폐지구력의 경우 8주간 G-내성을 강화하기 위한 트레이닝 후 RX형과 XX형 집단의 심폐지구력이 증가되었다. 이러한 연구결과는 쇼트트랙 스피드스케이트 국가대표 남자선수 20명을 대상으로 한 연구에서 XX형이 지구성 운동에서 강점을 보인다고 제시하고[10], 있어 본 연구결과에서 나타난 RX형, XX형의 심폐지구력 증가는 지구성 능력과 관련 있기 때문에 선행연구의 결과를 뒷받침할 수 있는 것으로 나타났다. 또한, 호주 국가대표 선수 429명의 ACTN-3 유전자 다형성 분포를 분석한 연구에 따르면 무산소성능력과 관련된 근력과 스프린트 종목에서 RR형과 RX형의 빈도가 높은 반면, 지구성 선수들에게서는 XX형의 빈도가 유의하게 높게 나타났다고 보고하였다[14]. 핀란드 엘리트 운동선수 141명을 대상으로 ACTN-3 유전자 다형성을 비교한 연구결과 지구력 선수들에게 RR형에 비해 XX형의 빈도가 높은 것으로 나타났다고 보고하였다[19]. 이와 관련한 국내 연구로는 일반인(410명)과 국가대표선수(458명)를 대상으로 실시한 연구에서 지구성 종목에서는 ACTN-3 유전자 다형성 중 XX형의 영향력이 크게 작용할 수 있다고 보고하고[20], 있어 본 연구의 결과를 뒷받침하는 결과로 사료된다.

슬관절 등속성 근력의 변화를 살펴본 결과 8주간 G-내성을 강화하기 위한 트레이닝 후 RX형과 XX형 집단에서 최대근력(체중 당 최고토크)이 증가하였고, RR형과 XX형에서 굴근과 신근의 비율이 향상되었다.

이러한 연구결과는 주 3회 10주간 저항성 트레이닝 후 최대근력에서 ACTN-3 유전자 다형성간 유의한 차이가 나타나지 않았으나 저항성 트레이닝 후 RR형, RX형, XX형 집단에서 최대근력(체중당 피크토크)이 향상되었음을 보고한 연구와 유사한 결과를 보였다[15]. 12주간의 근력 트레이닝 후 XX형에서 근력이 증가하였다는 연구결과를 보고하고[21], 있어 본 연구결과와 일부 유사한 결과를 나타내고 있다.

슬관절 등속성 근지구력의 변화를 살펴본 결과 8주간 G-내성을 강화하기 위한 트레이닝 후 RR형, RX형, XX형 집단 모두에서 근지구력(체중 당 최고토크)이 증가하였고, RR형과 RX형 집단에서 굴근과 신근의 비율이 향상되었다.

본 연구의 결과는 10주간 저항운동을 통해 RR형, RX형, XX형 집단 모두 근지구력이 증가한 연구와 유사한 결과를 나타내었다[15]. 이러한 결과는 α-actinin-3 단백질이 속근섬유의 형성을 촉진하거나 운동훈련에 따른 당대사를 변화시키며, 반복적인 운동에 의해 야기되는 α-actinin을 포함한 단백질의 저하와 형태학적인 손상에 가장 민감한 구조를 가진 속근 내 Z-선의 손상을 최소화시키기[22], 때문에 나타난 결과로 생각된다. 또한 XX형 집단의 근지구력도 발달한 것으로 나타났는데, 이는 XX형 유전자형이 속근에서 α-actinin-3가 발현되지 않고, 지근에서 α-actinin-2가 발현되어 지구성 운동수행 능력을 향상시킨 것[23]이라 생각된다.

G-내성능력의 변화를 살펴본 결과 8주간 G-내성을 강화하기 위한 트레이닝 후 RR형 집단에 비해 RX 집단의 G-내성능력을 더 증가시키고, XX형 집단의 G-내성능력도 증가시키는 것으로 나타났다. 정상적으로 속근에서 α-actinin-3가 존재하며, 최대근력을 발휘하는 무산소성(근력/파워)운동 종목 선수들에게 유리한 RR형보다 지구성능력에도 관련 있는 RX형에서 G-내성능력이 더 크게 증가한 것을 알 수 있다. 이는 이형접합체(heteroztgous; RX형)의 경우 지구성능력과도 관련성이 있다고 선행연구에서 예측하고[24], 있기 때문에 근력과 지구성 능력이 G-내성능력 강화에 있어 발달시켜야 하는 신체적 능력으로 사료된다.

[25]의 연구에 따르면 무산소성 운동능력은 RR형과 높은 관련성이 있으며, 파워 관련 종목과 육상 단거리 달리기 선수들에게서 RR형의 빈도가 높게 나타났다고 보고하였다. 또한, [26]의 연구에서는 크로스컨트리 스키 선수들의 ACTN-3 유전자 분포에 따른 유·무산소성 능력의 차이를 분석한 결과, 유산소성 능력이 뛰어난 선수들은 XX형의 빈도가 높게 나타났다고 보고하여 선행연구를 통해 유전자 다형성 특성에 따라 신체적 능력에도 차이가 있는 것을 알 수 있다. 선행연구에서 제시한 ACTN-3 유전자 다형성별 특성에 따라 본 연구에서 나타난 G-내성능력 변화패턴에는 근력뿐만 아니라 근지구력과 유산소성 능력이 영향을 미치는 것으로 사료된다. 이는 G-내성능력이 선행연구에서 제시된 최대근력 향상뿐만 아니라 근지구력과 심폐지구력의 향상이 중요한 영향을 미치고 있음을 제시해주고 있다. 하지만 선행연구에서는 G-내성능력을 견디기 위해 최대근력을 발달시켜 high-G 상황에서 나타나는 뇌혈류량 감소에 의한 의식상실을 지켜내야 한다고 하였으며[4], [27]의 연구에서도 12주간의 저항성 트레이닝으로 최대근력을 발달시켜 G-내성능력을 강화할 수 있다고 보고하였다.

공군 사관생도들은 G-내성을 강화하기 위하여 트레이닝을 실시 후 ACTN-3 유전자 다형성별 G-내성능력 변화 패턴에 차이가 나타나 RR형에 비해 RX형 사관생도들의 G-내성능력이 더 크게 증가되었으며, XX형 사관생도들의 G-내성능력도 증가되었다. 따라서 G-내성을 강화하기 위한 트레이닝이 RX형과 XX형의 유전자형을 가진 공군사관생도들에게 효과적인 트레이닝방법 이라는 것을 검증할 수 있었다.

따라서, 본 연구에서 실시한 8주간의 G-내성을 강화하기 위한 트레이닝은 공군사관생도들의 G-내성능력 강화에 긍정적인 영향을 미쳤으며, 향후 G-내성능력이 부족한 기성조종사와 생도들에게 8주 이상의 운동프로그램을 적용시켜 그 변화를 확인하면서 지속적인 연구가 이루어질 필요가 있다고 제언한다.