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더 빨리, 더 멀리, 더 높이!

지상 최대의 쇼라 할 수 있는 올림픽에서 선수들은 최고를 가리기 위해 경쟁한다. 오랜 시간 엄청난 노력을 쏟은 선수들은 누구나 육체적·정신적으로 잘 훈련되어 있지만, 승자와 패자가 나뉘게 마련이다. 그럼 우승자와 나머지 선수들을 가르는 핵심 요소는 무엇일까? 이 책 《스포츠의 과학》은 그 해답의 일부를 알려주고 있다.

우선 뛰어난 선수의 머릿속에선 어떤 일이 일어나는지, 정신력을 강화하는 훈련법이 따로 있는지 등 승리의 심리학에서부터 이야기를 풀어나간다. 또한 이른바 ‘섬(insula)’이라는 뇌 속의 작은 부위에서 기량이 차이 나는 이유를 찾아보기도 한다. 일부 선수들은 한계를 뛰어넘기 위해 불법 약물과 유전자 조작의 유혹을 받는다. 갈수록 정교해지는 도핑을 적발하기 위한 검사 기법도 진화하고 있지만, 이 책에서는 선수들이 도핑에 빠져들지 않는 환경을 만드는 것이 더 중요하다고 강조하며 그 해결법을 제시한다.

최고가 되기 위해서는 여러 부상의 위험을 감수해야 한다. 이 책에서는 뇌 질환으로 발전할 수 있는 뇌진탕 사고가 빈번한 경기에 대해 사회적 질문을 던지기도 한다. 한편 기량을 겨루는 경기에서 사용되는 여러 장비에 대한 사회적 합의 과정과, 장비에 적용된 과학적 기술을 소개한다. 최고의 선수들을 지켜보는 평범한 사람들도 더 빨리 헤엄치고, 더 멀리 달리고, 더 높이 뛰고 싶어 한다. 그게 아니라도 운동을 통해 건강관리나 체중 조절을 하려는 사람도 있을 것이다. 그들 모두에게 도움이 되는 과학적 연구 결과들이 이 책에 담겨 있다.

▶▷ 이 책의 구성

1 승리의 심리학
운동선수들의 능력에는 신체적인 면뿐만 아니라 정신적인 면까지 포함된다. 신체적 능력이 엇비슷한 가운데 정신적 요소를 승리의 주된 요인으로 여기는 사람들이 많아지면서, 스포츠 심리학에 대한 연구가 활발하다. 오늘날의 스포츠 심리학자들은 선수뿐 아니라 코치와 가족에 대한 심리적 훈련이 필요하다고 말한다. 인간이 스포츠에 열광하는 이유를 진화론적 관점에서 고찰하고, 데이터에 근거하지 않고 비이성적인 판단을 하게 되는 여러 심리학적 이유에 대해 설명한다.

2 인간의 한계를 넘어
운동선수의 기량 차이는 뇌에 의해 결정된다고 볼 수 있다. 최근의 연구 결과에 따르면, 뇌의 섬 피질(insular cortex)이 경기력에 영향을 미치는 것으로 보인다. 유전적 요인 역시 운동 능력에 영향을 미치는 것으로 보이고 유전적으로 뛰어난 능력을 타고난 사람들이 분명 존재하지만, 유전적 유리함이라는 주제에 대해서는 이제 막 연구를 시작한 단계일 뿐이다.

3 약물과 도핑
몇몇 유전자와 호르몬에 의해서 엄청난 능력이 발휘되는 것은 잘 알려져 있다. 그래서 불법 약물의 유혹을 받는 선수들도 많고, 몇몇 유명 선수들이 금지 약물 복용으로 징계를 받기도 했다. 이제는 유전자 조작을 통해 최고의 실력을 보여주는 일도 머지않아 가능해질 것이다. 물론 어떤 유전자가 운동 능력에 영향을 미치는지 알아내는 것은 어려운 문제다. 하지만 질병 치료나 건강 증진 목적의 유전자 조작이 이뤄지는 가운데 스포츠 분야도 혜택을 입게 될 것은 분명하다.

4 뇌진탕
미식축구와 하키 경기에서 일어나는 뇌진탕 사고 때문에, 다른 모든 종목에서도 머리 부위의 손상에 따른 장기적 영향에 대한 관심이 높아지고 있다. 사실 머리 부상은 파킨슨병과 보통 루게릭병으로 알려진 근위축성측삭경화증(ALS)을 포함한 다양한 종류의 신경 퇴행성 질병과 유사한 증상을 일으킬 수 있다. 특히 청소년의 뇌는 장기적 영향을 받기가 더 쉽다는 것이 최근의 연구에서 밝혀졌다.

5 부상에서 회복하기
올림픽 참가 선수들 중 10퍼센트 정도가 경기나 훈련을 하다가 부상을 당한다. 하계 올림픽에서는 다리 부상이 가장 흔하고, 동계 올림픽에서는 머리를 다치는 경우가 많다. 운동선수들뿐 아니라 활발히 운동하는 누구나 쉽게 당하는 부상 중 하나인 전방십자인대 파열에 대해 알아보고, 점차 증가하는 무릎 인공관절 수술의 장기적 효과와 안전성에 대한 실태를 살펴본다. 심각한 외상을 입었을 때 신경학적 손상을 예방하는 데 도움이 될 수 있는 저체온치료법에 대해서도 알아본다.

6 장비와 실력
인간의 한계를 뛰어넘고 실력을 더욱 향상하기 위한 장비들에 대한 논쟁을 다룬다. 탄소섬유로 제작된 피스토리우스의 특수 의족, 최신 기술이 적용된 수영복, 축구에서 심판을 대신하는 골 판독 기술 등이다. 선수의 신체적 능력을 기반으로 겨뤄져야 하는 운동경기에서 이러한 장비들의 사용은 비교적 제한되어왔지만, 차츰 더 다양한 기술이 개발되고 적용될 전망이다.

7 운동에 대한 전문가의 조언
건강관리와 체중 조절에 도움이 될 만한 과학 정보를 소개한다. 운동에 의한 심장 및 혈관 건강 개선, 암 예방, 지능 향상, 체중 감량 효과를 과학적으로 점검한다. 운동이 뇌에 왜 도움이 되는지에 대한 생화학적 설명은 여전히 불가능하지만, 운동은 분명 아이들의 두뇌 발달을 촉진한다. 흔히 겪는 정강이 통증이나 열사병을 피하는 방법에 대해서도 조언한다.

8 폐회식
경기장에서 열정에 휩쓸려 파도타기 응원을 하면 부상을 당할 수 있다고 경고한다. 그러므로 경기장에 가면 이 같은 파도타기 응원에 휩쓸리지 말고, 세계 최고 수준의 선수들이 경기하는 모습에 집중하라고 조언한다.


책속으로 추가
여러 경기 단체에서 선수들의 약물 사용 여부를 간접적 증거를 통해 확인하는 새로운 반도핑 프로그램, 즉 선수생체여권(ABP)을 시행 중이다. (…) 경기 직전이나 직후에 혈액이나 소변 샘플을 채취해 금지 약물을 검출하는 기존 방법과 달리, ABP는 샘플에서 얻어진 결과를 오랜 기간에 걸쳐 측정한 기준 신체 상태와 비교하여 약물 사용 여부를 판단한다. (3-3 진화하는 약물검사 기법)

스테로이드를 섭취하면 웨이트트레이닝을 안 해도 근육량과 근력이 비교적 빠르게 증가합니다. 하지만 아나볼릭 스테로이드 사용으로 얻는 가장 큰 장점은 더 강한 훈련을 할 수 있고 회복도 빠르다는 데 있습니다. (3-4 스테로이드를 쓰면 더 뛰어난 선수가 될까?)

일부 과학자들은 아직도 전직 미식축구 선수들이 머리에 가해진 충격 때문에 심각한 우울증, 기억상실, 행동 장애, 초기 치매를 겪는다는 주장을 받아들이지 않는다. 그러나 상당수의 은퇴한 미식축구 선수들이 정신 질환을 겪은 후 자살을 시도하거나 자살했고, 이들 중 많은 수는 자신의 뇌를 연구용으로 기증했다. (4-1 충돌 증후군)

10대의 뇌는 특별하다. 아직 성장 중인 어린이의 뇌보다는 덜 유연하지만, 성인의 뇌처럼 모든 기능이 완성되지도 않은 상태다. 그래서 청소년의 뇌는 머리 부상으로 장기적 영향을 받기가 더 쉽다는 것이 최근의 연구에서 밝혀졌다. (4-3 10대의 뇌가 가장 취약)

《랜싯(The Lancet)》 2012년 3월호에 실린 보고서에 따르면, 이들 인공관절 중 상당수는 아직 장기적인 효과와 안전이 입증되지 않았다. (5-2 과학적 근거가 부족한 무릎 관절 교체)

바이오엔지니어와 정형외과 의사 들은 통계를 바탕으로 닳아버린 인대와 다른 관절 부위를 고칠 수 있는 소재와 새로운 기법을 개발하려 애쓰고 있다. 그렇게 되면 40대, 50대는 물론이고 60대도 금속이나 세라믹 소재의 인공관절을 사용하지 않거나, 사용 시기를 미룰 수 있게 될 것이다. 병원과 연구실에서 이들은 환자의 고통을 줄이고, 운동 능력을 회복하며, 손상된 관절을 고칠 수 있는 방법을 찾으려 노력 중이다. (5-3 무릎 십자인대 파열)

한랭 치료(혹은 저체온 치료)는 환자의 체온을 낮춰 신진대사 속도를 늦추는 실험적인 치료법이다. 체온을 낮추면 부상이 일어났을 때 면역 체계 반응에 따른 세포 손상과 감염을 막아서, 큰 부상 후 신경계에 가해지는 피해를 줄이거나 신경계를 보호할 수 있는 것으로 보인다. (5-4 케빈 에버렛은 저체온 치료법 덕분에 다시 걷게 되었을까?)

종아리가 없는 사람이 어떻게 정상인보다 유리할 수 있단 말인가? 논쟁은 2007년 독일팀에서 피스토리우스가 정상적인 선수보다 에너지를 25퍼센트 덜 쓴다는 보고서를 발표하면서 불거졌다. (6-1 논쟁 : 의족 육상 선수 피스토리우스는 올림픽에서 뛰면 안 되는가?)

지난 수십 년 동안 수영 선수들이 기록을 경신한 데는 새로운 수영복의 역할이 컸다. 하지만 최신 기술이 적용된 수영복을 규제하기 시작한 것은 최근에 들어서다. (6-2 다시 불거진 수영복 논란)

보통 사람들에게는 열량 섭취가 (운동을 통한 열량 소비보다) 체중 감량에 훨씬 큰 영향을 미친다. 그러나 열량 섭취가 더 중요하긴 해도 적절한 체중을 유지하는 데 운동이 핵심적 역할을 하지 않는다는 의미는 아니다. (7-1 운동을 하면 정말 건강해질까?)

대부분 연구에서 유산소 능력이 높을수록(그러나 근력과 유연성은 아니다) 표준 시험 성적이 좋았다. 다시 말해 청소년들은 육체적으로 건강할수록 학업 성적이 좋다는 뜻이다. 그것도 초등학교부터 대학교까지 변함없이 그렇다. (7-2 운동이 어린이의 두뇌 발달을 촉진한다)

운동이 뇌에 왜 도움이 되는지에 대한 생화학적 설명은 여전히 불가능하다. (…) 현재 가장 설득력 있는 이론은 심장이 운동을 함으로써 성장 인자들을 자극해 뇌에서 새로운 신경세포가 만들어진다는 것이다. (7-4 뚜렷한 연관이 없는 운동과 치매)

열과 관련된 병은 가볍게 볼 일이 아니다. 다행히 강한 열의 영향을 막거나 피할 몇 가지 방법이 있다. 수분 공급은 열 관련 증상 예방에서 가장 중요한 요소다. (7-6 열사병을 피하는 법)

이명현(과학 저술가)
이 시리즈의 미덕은 현대과학의 어려운 내용을 비껴가지 않는다는 데 있다. 현대 과학의 복잡한 내용을 생략하거나 비유로만 설명하지 않고, 진지하게 핵심적 내용에 정공법으로 접근하고 있다.

김범준(성균관대 물리학과 교수)
커피 한잔 마시며 기분 내키는 대로 뒤적거리다가 재밌어 보이는 칼럼이 있으면 처음부터 끝까지 부담 없이 읽을 수 있는 그런 잡지, 바로 《사이언티픽 아메리칸》이다. (…) 한 번도 접해본 적 없는 무지한 분야라도 비전공자 누구나 읽고 이해할 수 있을 정도로 쉽게 설명되어 있고, 칼럼 두어 편만 찾아보면 그 분야의 과거와 현재 연구에 대해 빠르고도 정확하게 알게 해준다.

이은희(과학 커뮤니케이터)
《사이언티픽 아메리칸》의 눈은 동시대를 살아가는 이들이 과학에 어떤 관점을 가지고 있는지 보여주었고, 《사이언티픽 아메리칸》의 입은 과학이 진정으로 하고 싶은 이야기를 들려주면서 오늘에 이르렀다. 그랬기에 그 수많은 이야기들 중에서 엄선된 가장 핵심이 되는 칼럼들이 스무 권의 책으로 묶여 나온다는 소식을 듣고 조금의 망설임도 없이 이를 추천하게 되었다.

1 승리의 심리학
1-1 정상급 선수의 빠른 두뇌 회전과 집중력
1-2 승리욕과 정신 훈련
1-3 코치, 가족, 스포츠 심리학자
1-4 라이벌 : 동기부여 또는 타락의 원인
1-5 스포츠가 사랑받는 이유 : 최고에 이른 자들의 성공
1-6 비이성적 순간들 : 감독, 해설자, 팬

2 인간의 한계를 넘어
2-1 최고와 나머지를 가르는 뇌 속의 작은 부분
2-2 유전자가 미래의 챔피언을 예측할 수 있을까?
2-3 운동선수의 체지방은 어느 수준까지 낮아질 수 있는가?
2-4 사이클 선수의 식단 : 엄청난 하루 열량
2-5 40야드 달리기는 누가 가장 빠른가 : 다람쥐, 코끼리, 돼지, 인간?

3 약물과 도핑
3-1 도핑의 딜레마
3-2 비자연선택 : 근육, 유전자, 유전학적 속임수
3-3 진화하는 약물검사 기법
3-4 스테로이드를 쓰면 더 뛰어난 선수가 될까?

4 뇌진탕
4-1 충돌 증후군
4-2 더 주의를 기울여야 하는 어린이 뇌진탕
4-3 10대의 뇌가 가장 취약

5 부상에서 회복하기
5-1 올림픽에서 가장 흔한 부상
5-2 과학적 근거가 부족한 무릎 관절 교체
5-3 무릎 십자인대 파열
5-4 케빈 에버렛은 저체온 치료법 덕분에 다시 걷게 되었을까?

6 장비와 실력
6-1 논쟁 : 의족 육상 선수 피스토리우스는 올림픽에서 뛰면 안 되는가?
6-2 다시 불거진 수영복 논란
6-3 고~올! 축구 심판을 대체하는 두 가지 기술

7 운동에 대한 전문가의 조언
7-1 운동을 하면 정말 건강해질까?
7-2 운동이 어린이의 두뇌 발달을 촉진한다
7-3 DNA에 도움이 되는 운동법
7-4 뚜렷한 연관이 없는 운동과 치매
7-5 정강이 통증을 피하는 법
7-6 열사병을 피하는 법

8 폐회식
8-1 ‘파도타기’ 응원 하지 마세요

선수들의 능력에는 신체적인 면뿐만 아니라 정신적인 면까지 포함된다는 것도 기억해두자. 선수들이 그처럼 정신적·육체적으로 뛰어난 능력을 보일 수 있는 까닭은 오랜 시간에 걸친 고된 훈련을 통해 뇌가 운동에 적합하게, 어쩌면 운동이 아닌 분야에서도 뛰어날 정도로 정교하게 다듬어졌기 때문이다. (1-1 정상급 선수의 빠른 두뇌 회전과 집중력)

어떤 스포츠에서건 좋은 성적을 내려면 몸을 적절한 상태로 만들고 다양한 기법과 전술을 습득하는 것이 가장 중요하다는 사실이다. 심리 훈련만으로 마라톤 경기에서 우승할 수는 없는 법이다. (1-2 승리욕과 정신 훈련)

미국을 비롯한 선진국에서는 프로 선수, 올림픽 대표팀, 심지어 대학교 운동부도 스포츠 심리학자와 긴밀히 협력하고 있지만, 세계적으로 이런 호사를 누리는 경우는 흔치 않다. 이 분야에서 가장 어려운 점은 결과를 평가하기가 힘들다는 것이다. (1-3 코치, 가족, 스포츠 심리학자)

라이벌의 존재는 동기를 부여할 뿐만 아니라 이성적인 사고를 마비시키고, 기억을 왜곡하며, 심지어 비윤리적 행동도 마다하지 않게 만든다. (1-4 라이벌 : 동기부여 또는 타락의 원인)

다윈주의적 관점에서 볼 때 스포츠는 사회적 지위를 얻으려고 만들어진 문화적 행위라고 할 수 있다. 지위를 획득한다는 것은 (인류가 적응한 원시 환경의 장기적이고 평균적인 관점에서 보자면) 번식에 유리하다는 의미다. 그렇다고 지위를 얻는 것이 경기에 참여하는 인간의 (유일한) 의식적 또는 무의식적 동기라는 뜻은 아니다. (1-5 스포츠가 사랑받는 이유 : 최고에 이른 자들의 성공)

스포츠에서는 데이터가 직관보다 훨씬 중요하다. 그러나 감독, 코치, 팬, 해설자는 예나 지금이나 너 나 할 것 없이 각자의 직감에 의존하고, 이런 현상은 특정 팀이나 선수와 감정적으로 연결되어 있을수록 더 심하다. (1-6 비이성적 순간들 : 감독, 해설자, 팬)

최근의 연구 결과는 뇌의 섬 피질(insular cortex)이 달리기 선수로 하여금 경쟁자보다 조금 더 빨리 뛰도록 돕는 것일 수도 있다는 점을 보여준다. 이 부위는 권투 선수가 상대방의 펀치를 보다 효과적으로 막거나, 다이빙 선수가 공중에서 몸을 얼마나 회전했는지 계산해서 정확한 자세로 거의 물을 튀기지 않고 입수하게 하는 데도 관여한다. 보통 섬(insula)이라고 불리는 이 부분은 사격 선수가 방아쇠를 당기는 순간 과녁에 집중하도록 하고, 농구 선수가 자유투를 던질 때 관중이 내지르는 함성이나 방해하는 손동작들을 무시하도록 해주기도 한다.
(2-1 최고와 나머지를 가르는 뇌 속의 작은 부분)

분명히 유전적으로 뛰어난 능력을 타고난 사람들이 존재하지만, 유전적 유리함이라는 주제에 대해서는 이제 막 연구를 시작한 단계일 뿐입니다. (2-2 유전자가 미래의 챔피언을 예측할 수 있을까?)

“일부 운동선수들은 체지방률이 2퍼센트에 가까울 정도로 낮아지는 경우가 있지만, 저는 선수들에게 그걸 권장하지 않습니다. 체지방이 이 정도 수준이면 부상과 감염의 위험을 포함해서 건강에 위협이 됩니다. 이렇게 체지방을 낮추려면 식단과 식사 형태가 섭식 장애가 있는 사람과 별반 다르지 않게 됩니다. 선수들이 운동 능력과 건강을 동시에 챙기려면 모든 종류의 다량 영양소(단백질, 탄수화물, 지방)를 적절히 섭취하는 것이 아주 중요합니다.” (2-3 운동선수의 체지방은 어느 수준까지 낮아질 수 있는가?)

체중에 비해서 다리가 길면, 지면에 상대적으로 오랜 시간 동안 힘을 가할 수 있다. “속도를 변화시킬 수 있는 순간은 다리가 땅에 붙어 있을 때뿐입니다. 땅을 뒤쪽으로 밀면 반작용에 의해서 앞으로 나아가는 거죠.” (…) 빠르게 달리는 사람들은 체중에 비해 큰 힘으로 짧은 시간 동안에 땅을 밀어낸다. (2-5 40야드 달리기는 누가 가장 빠른가 : 다람쥐, 코끼리, 돼지, 인간?)

여러 증거를 볼 때 사이클, 야구, 미식축구, 육상 등의 종목에서 대부분의 정상급 선수들이 지난 20년간 약물을 사용했다고 결론 내릴 수밖에 없다. 이제 그들에게 약물을 쓰지 말라고 말하는 것이 아니라, 왜 약물을 썼는지 물어야 할 때가 됐다. (3-1 도핑의 딜레마)

“근육을 더 강하게, 더 많이, 더 큰 힘으로 수축하게 만들려면 어떻게 해야 하는지에 대해서는 많이 밝혀졌습니다”라고 이야기한다. 연구 결과 쥐의 조직에 IGF1 단백질을 투여하면 노화 과정에서 일어나는 정상 근육의 퇴화를 막을 수 있다는 사실이 드러났다. (3-2 비자연선택 : 근육, 유전자, 유전학적 속임수)