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[ 테크 ] 최강의 약물의 유혹, 도핑의 과학

적혈구를 늘리는 고지대 적응 훈련은 도핑일까?

by한겨레

16화 혈액 도핑 ① - 고지대 훈련


한겨레

“고국에 계신 동포 여러분 안녕하십니까. 여기는 이역만리 멕시코의 몬테레이입니다.”[1]


1983년 6월 12일 아침 8시, 텔레비전에서 흘러나오는 조춘제 아나운서의 목소리에 우리 국민은 일요일 아침 단잠을 기꺼이 포기했다. 세계청소년축구선수권대회(현 20세이하 월드컵) 한국과 우루과이의 8강전이 열렸기 때문이었다. 1대1로 맞선 상황에서 연장 전반 14분, 김종부가 우측을 돌파하여 낮은 크로스를 보냈고, 골문 앞의 신연호는 침착하게 오른발로 터닝슛을 성공시켰다. 결승골이었다. 국제축구연맹(FIFA) 주관 대회에서 우리나라가 처음으로 4강에 오른 역사적 순간이었다.


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당시 대표팀 감독 박종환의 별명은 ‘독사'였다. 훈련할 때 선수들을 사정없이 몰아세웠기 때문이었다. 평가 경기를 치른 뒤 실점이 있으면 승패와 상관없이 선수들이 한 골 당 운동장 10바퀴를 도는 식이었다. 그의 스파르타식 훈련을 가장 잘 보여주는 것은 ‘'마스크 구보'였다. 고지대 적응을 목적으로 선수들에게 마스크를 쓰고 운동장을 뛰도록 명령했다. 지나가던 사람들이 화생방 훈련하느냐며 비웃었지만 그는 아랑곳하지 않았다.

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청소년 대표팀이 홈팀 멕시코와 경기를 펼쳤던 멕시코시티의 고도는 무려 2250미터이다. 남한 최고봉 한라산보다 300여미터 더 높은 이 곳은 운동 선수의 고지대 적응 및 경기력에 대한 논란을 촉발시킨 장소이기도 하다. 시작은 멕시코시티가 하계 올림픽 개최지로 결정된 1963년으로 올라간다.

멕시코올림픽 뒤 고지대로 달려간 선수들

1968년 하계 올림픽을 유치하기 원했던 도시는 멕시코시티 외에도 디트로이트, 리용, 부에노스아이레스였다. 다른 도시들은 유력 후보지였던 멕시코시티를 겨냥해 고도가 낮다는 점을 강조했다.[2] 1955년 멕시코시티에서 팬 아메리칸 게임이 열렸을 때 선수들이 힘들어했던 것을 상기시키는 전략이었다. 당시 여러 국가에서 고지대의 부족한 산소가 선수들의 신체에 끼칠 부정적 영향을 걱정했다.


멕시코 측은 고지대에서 경기력이 떨어진다는 주장을 뒷받침하는 과학적 근거가 없고, 선수들의 의학적 문제가 보고된 적이 없으며, 조금 불편해도 며칠 적응하면 다 괜찮아질 것이라고 주장했다. 아울러 적응 도중에 비용이 발생하면 기꺼이 지원하겠다는 의사도 밝혔다. 덕분이었을까? 1963년 국제올림픽위원회(IOC) 총회에서 멕시코시티는 총 58표 중 30표를 획득하며 경쟁 도시들을 여유 있게 따돌렸다.


그래도 고지대에 대한 걱정은 쉽게 사라지지 않았다. 결국 올림픽을 2년 앞두고 25개국에서 788명이 참가하는 대규모 연구가 진행되었다. 각 국가들은 선수들을 멕시코시티로 보내 고지대에서 나타나는 신체적인 변화를 꼼꼼히 살폈다. 그리고 자료를 바탕으로 온전한 경기력을 위해 최소 3주, 실제적으로는 6주, 길게는 3개월 정도의 적응 기간이 필요하다는 의견이 IOC에 전달되었다.


처음에 IOC는 과학적인 제안을 받아들이지 않았다. 당시는 아직 아마추어리즘이 신성시 되던 때였다. 직업이 아닌 취미로 운동을 하는 아마추어 선수가 본업을 4주 이상 떠나 훈련하는 것은 운동경기 정신을 위배하는 행동으로 여겨졌다. 고지대 훈련은 윤리적 논란의 대상이 되기 시작한 도핑과 비슷한 취급을 받았다. 하지만 많은 국가들은 반발했고, IOC는 마지못해 2주의 추가 기간을 예외적으로 허용했다.[3]


올림픽이 시작되자 과학자들의 예측대로 고도는 경기력에 크게 영향을 끼쳤다. 고지대에서 온 선수들이 멕시코시티의 엷은 공기에 더 잘 적응하며 저지대에서 온 선수들을 압도했다. 한 예로 10,000 달리기 금메달은 케냐 선수에게, 은메달과 동메달은 튀니지 선수에게 돌아갔다. 당시 케냐 선수는 세계 기록보다 1분48초나 늦게 들어왔는데도 우승을 거머쥐었고, 원래 세계 기록을 갖고 있던 호주 선수는 경주 막판에 쓰러져 10분 동안이나 의식을 잃었다.


멕시코 올림픽이 끝난 뒤 각국 선수들은 너나 할 것 없이 고지대로 향했다. 아마추어의 이념적 굴레를 벗어나 전문(프로페셔널) 운동 선수로서의 발걸음을 내딛은 것이었다. 이후 축적된 자료와 연구 결과를 바탕으로 1978년 미국올림픽위원회(USOC)가 뉴욕을 떠나 1,839미터 높이에 위치한 콜로라도주의 콜로라도스프링스로 둥지를 옮긴 것도 이런 흐름을 반영한 결정이었다.

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생활은 높은 곳에서, 훈련은 낮은 곳에서

몇 년 전 미국 콜로라도 주로 여행을 갔었다. 아침에 캔사스시티를 떠나 양쪽으로 옥수수 밭이 끊임없이 펼쳐진 70번 고속 도로를 한참 달리니 본격적으로 길이 가팔라졌다. 해가 뉘엿뉘엿 질 무렵 주도(州都) 덴버에 도착하자 허기가 밀려왔다. 출발할 때 샀던 과자가 생각나 가방을 주섬주섬 뒤지다가 깜짝 놀랐다. 과자 봉지가 터질 듯이 부풀어 있기 때문이었다. 1마일(약 1,600미터) 높이에 위치한 ‘마일 하이 시티(Mile High City)’에 왔다는 사실을 새삼 느낄 수 있었다.


과자 봉지를 부풀리는 고지대의 낮은 기압은 인체에 어떤 영향을 미칠까? 우리가 숨을 쉴 때 폐로 들어온 산소는 압력의 차이를 이용해 폐포에서 모세 혈관으로 이동한다. 따라서 똑같이 숨을 쉬어도 고지대에서는 저지대에 비해 산소가 혈액으로 덜 들어온다. 고도가 저산소증을 유발하면 체내에서 저산소증 유도인자(hypoxia-inducible factor; HIF)가 만들어지고, HIF는 신장에서 적혈구생성인자(erythropoietin; EPO)의 생산을 촉진한다. EPO가 혈액을 타고 골수로 이동하면 이곳에서 산소를 운반하는 적혈구가 만들어진다. 고지대에 적응한 운동 선수가 저지대에서 경기를 펼칠 때, 늘어난 적혈구만큼 근육에 더 많이 공급되는 산소가 경기력, 특히 지구력의 향상으로 이어지는 것이 바로 멕시코 올림픽 이후 널리 퍼진 고지대 훈련의 핵심이었다.


그런데 시간이 지나면서 고지대 훈련이 기대에 못 미치는 측면이 나타났다. 선수들이 산소를 적게 들이마시다 보니 훈련 강도가 떨어지면서 근력이 감소했고, 지구력 향상에 필요한 자극을 덜 받게 되었다. 흔히 ‘연습은 실전처럼, 실전은 연습처럼' 하라는 말이 있는데 고지대에서는 실전과 같은 연습이 불가능했다. 고지대에서 향상된 지구력을 꼼꼼히 따져보니, ‘고지대 거주'로 늘어난 적혈구는 도움이 되었지만, ‘고지대 훈련'은 오히려 방해 요인이었다.


1990년대 초 미국의 제임스 벤자민 레빈(Benjamin Levine) 교수는 기존 방식을 개량하는 연구에 착수했다. 그리고 대안으로 ‘고지대 거주-저지대 훈련(living high-training low)’을 제안했다. 고지대에서 살 때는 적혈구를 늘려 근육에 제공하는 산소를 증가시켜 지구력을 끌어올리고, 저지대에서 운동할 때는 최대한의 산소를 이용하는 강도 높은 훈련으로 경기력 향상에 필요한 자극을 극대화시키는 것이 핵심이었다.


레빈 교수는 1997년 발표한 논문에서 자신의 주장을 확인해봤다.[4] 대학생 달리기 선수 39명을 세 집단 - 고지대 거주/고지대 훈련, 저지대 거주/저지대 훈련, 고지대 거주/저지대 훈련 ? 으로 나눴다. 28일 뒤 고지대에서 거주한 두 집단에서 적혈구의 증가가 나타났지만, 경기력 향상은 오직 고지대 거주/저지대 훈련 집단에서만 나타났다. 이들의 경기력은 실험 전보다 약 1.5퍼센트 향상했다. “애걔, 겨우 1.5퍼센트?”라고 비웃을 수도 있겠지만, 시간으로 따져보면 선수들이 4주 전보다 5,000미터를 13.4초나 빨리 뛴 기록이었다.


그렇다면 어느 정도의 높이가 도움이 될까? 산이 많은 우리 나라에서도 고지대 거주-저지대 훈련의 효과를 누릴 수 있을까? 여러 연구 결과를 종합하면 고지대는 2,000~2,500미터 사이가, 저지대는 1,250미터 이하가 추천된다.[5] 우리 나라의 대표적 장소인 태백 선수촌의 높이 1,330미터는 사실 저지대에 가깝다. 아쉬운 일이지만 외국에서도 적당한 장소는 손꼽을 정도이다. 또한 효과가 있다 하더라도 선수들이 양쪽을 번갈아 오르락내리락 하는 것은 번거롭다. 하지만 뜻이 있는 곳에 길이 있는 법. 과학은 높이와 불편을 뛰어넘는 새로운 기술을 제시한다.

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저지대 끌어올리거나, 제논 기체 마시거나


미국에는 고지대 거주-저지대 훈련을 할 수 있는 장소가 여럿 있다. 애리조나주의 플래그스태프(2100미터)와 50킬로미터 떨어진 세도나(1320미터), 캘리포니아주의 맘모스(2400미터)와 68킬로미터 떨어진 비숍(1265미터), 레빈 교수가 연구를 진행한 장소이기도 한 유타주의 파크시티(2135미터)와 48킬로미터 떨어진 솔트레이크시티(1320미터)가 그런 곳들이다. 그런데 정작 올림픽 선수촌이 자리잡고 있는 콜로라도스프링스는 고원(高原)이어서 저지대로 이동하기 어려운 단점이 있다.


올림픽 선수촌은 발상의 전환을 통해 문제에 접근했다. 저지대로 내려가기 힘들다면 저지대를 끌어 올리면 되지 않을까? 그래서 선수촌에 과학 기술을 이용한 저지대 환경이 조성되었다. 선수들은 산소가 많이 공급되는 밀폐 공간에 들어가 달리기틀(트레드밀)에서 뛰거나 휴대용 산소통을 메고 여분의 산소를 흡입하며 얼음을 지쳤다. 실제 연구에서 추가 산소를 공급받으며 훈련한 자전거 선수들이 3주 뒤 높은 강도로 진행된 검사에서 평균 기록을 15초 앞당긴 것으로 나타났다. 반면 평소처럼 훈련한 선수들의 기록은 불과 2초 향상하는 데 그쳤다.[6]


가만, 인위적인 수단으로 경기력을 끌어 올리는 것은 도핑 아니었던가? 2000년대 중반 기압과 산소를 조절하는 소위 ‘고도 방(altitude room)'을 둘러싸고 세계반도핑기구(WADA)에서 광범위한 논의가 진행되었다.[7] 처음에는 경기력 향상 효과와 운동경기 정신 위배를 근거로 금지 목록에 고도 방을 포함시키려 했으나, 이후 여러 과학적 근거를 바탕으로 추가적인 산소 흡입은 2010년부터 허용되고 있다(자세한 내용은 추후 수혈(輸血)과 적혈구생성인자(EPO)를 살펴본 뒤 다루도록 하자).


반면 적혈구 생성과 관련해 WADA가 최근 금지 목록에 올라간 물질로 제논 기체(xenon gas)가 있다. 제논은 대기에서 0.000009%에 지나지 않는 극소량의 물질이지만, 러시아 선수촌에서는 경기력 향상을 위해 대다수의 선수들이 들이마신 물질이었다. 러시아 정부 주도 아래 선수들은 제논과 산소가 50:50으로 섞인 기체를 수면 전에 몇 분 동안 흡입했다. 경기 전에는 피곤함을 떨쳐내고, 경기 후에는 신체의 회복을 돕는 목적이었다.[8]


제논은 체내에서 저산소증 유도인자(HIF)의 생성을 촉진한다. 맞다. 고지대에 올라가 산소가 부족해질 때 몸에서 만들어지던 물질이다. 제논을 흡입하면 굳이 고지대에 올라가지 않아도 적혈구를 늘리는 효과를 얻을 수 있는 것이다. 의료용 제논을 생산하던 회사가 정부로부터 상을 받은 기록으로 짐작해보면 러시아 선수들은 2004년 하계 올림픽 때부터 제논을 흡입하면서 경기력 향상을 꾀했던 것으로 보인다.


제논 기체 의혹이 제기된 때는 러시아 소치에서 동계 올림픽이 열렸던 2014년이다. 당시 러시아는 메달 29개를 획득하며 1위에 올랐다. 제논 덕분이었을까? 물론 러시아 정부는 제논 기체 사용 여부를 긍정도 부정도 하지 않았다. 아울러 설령 사용했다 하더라도 불법이 아니고, 의학용으로 사용되는 물질이므로 문제될 것이 없다고 밝혔다. 눈보라가 몰아치는 시베리아의 잿빛 하늘 같은 회색 지대에 놓여 합법과 불법을 구분 짓기 어려운 경기력 향상 약물의 특성을 재차 확인하는 씁쓸한 순간이었다.

마스크 쓰고 달리는 훈련은 효과가 있을까?

얼마 전 우리나라 20세 이하 남자 축구대표팀이 결승에 오르며 36년 전 선배들의 성과를 뛰어넘었다. 활약의 밑바탕에는 선수들의 경기력, 감독의 지도력과 함께 과학적이고 체계적인 지원이 있었다. 대회 전에는 3단계 프로그램으로 체력을 다졌고, 경기 전반전이 끝나면 얼음 찜질을 받으면서 고탄수화물 성분의 음료를 마셨고, 경기가 끝나면 근육통을 줄이는 체리 음료를 마셨다.[9] 감독이 선수들의 식사를 준비할 정도로 지원이 부족했고, 전지 훈련 대신 마스크를 쓰고 운동장을 달렸던 선배들과 대비되는 모습이다.

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말이 나온 김에 짚고 넘어 가자. 고지대 훈련 마스크(elevation training mask)는 효과가 있을까? 마스크를 끼고 운동을 하면 숨이 차므로 고지대에서 훈련하는 것처럼 느낄 수 있다. 하지만 호흡이 가빠지는 이유는 전혀 다르다. 고지대에서는 산소가 희박하기 때문이지만 마스크는 산소가 드나드는 길을 좁게 만들기 때문이다. 빨대로 숨을 쉬면 힘든 것과 같은 이치다. 아울러 마스크는 지구력의 핵심인 적혈구 생성에는 별 다른 영향을 끼치지 못한다.


일각에서는 마스크 때문에 숨 쉬기 힘들어지면서 호흡 근육이 강화된다는 주장도 있다. 그럴 수 있다. 힘들게 역기를 들면 팔 근육이 발달하는 것처럼. 문제는 발달한 호흡 근육이 경기력의 향상을 도모하는지 여부는 아직 명확하지 않은 점이다. 또 연습을 실전처럼 하는 운동 선수들이 마스크를 쓰고 훈련하면, 팔다리로 열심히 흘러가야 할 피가 호흡 기관으로 이동하면서 전력을 다해 훈련에 임하기 어렵게 된다.


고지대 훈련은 고지대 거주-고지대 훈련에서 고지대 거주-저지대 훈련으로 진화했고, 과학 기술의 발달로 다양하게 분화했다. 이런 시대에 마스크를 쓰고 운동하면 글쎄, 사회관계망서비스(SNS)에서 ‘좋아요'를 많이 받는 것 외에는 장점이 없어 보인다. 물론 운동경기에서 정신력은 중요하다. 하지만 별 다른 고민 없이 투지, 투혼을 부르짖으며 별다른 고민 없이 구습(舊習)을 좇는 것은 아닌지 뒤돌아봐야 하겠다.


도핑과 관련해 운동 선수들이 좀처럼 버리지 못하고 있는 구습이 하나 더 있다. 바로 수혈을 통해 지구력에 도움되는 적혈구를 바로 몸에 투여하는 것이다. 진정한(?) 의미에서의 ‘혈액 도핑(blood doping)’은 1984년 로스엔젤레스 올림픽에서 미국 자전거 팀이 거둔 성과를 퇴색시켰다(②부에서 계속).



1. 송지훈 and 박린, 후배들아 꼭 넘어다오, 34년 전 멕시코 신화. 중앙일보, 2017. http://news.joins.com/article/21565033.


2. Hunt, T.M. and J. Hoberman, Drug Games: The International Olympic Committee and the Politics of Doping, 1960?2008. University of Texas Press, 2011: p. 18-21.


3. Wrynn, A.M., 'A debt was paid off in tears’: Science, IOC politics and the debate about high altitude in the 1968 Mexico City Olympics. The International Journal of the History of Sport, 2006. 23(7): p. 1152-72.


4. Levine, B.D. and J. Stray-Gundersen, "Living high-training low": effect of moderate-altitude acclimatization with low-altitude training on performance. J Appl Physiol (1985), 1997. 83(1): p. 102-12.


5. Constantini, K., D.P. Wilhite, and R.F. Chapman, A Clinician Guide to Altitude Training for Optimal Endurance Exercise Performance at Sea Level. High Alt Med Biol, 2017. 18(2): p. 93-101.


6. Morris, D.M., J.T. Kearney, and E.R. Burke, The effects of peathing supplemental oxygen during altitude training on cycling performance. J Sci Med Sport, 2000. 3(2): p. 165-75.


7. Wilber, R.L., Application of altitude/hypoxic training by elite athletes. Med Sci Sports Exerc, 2007. 39(9): p. 1610-24.


8. Breathe it in. The Economist, 2014. http://www.economist.com/science-and-technology/2014/02/08/peathe-it-in.


9. Kuehl, K.S., et al., Efficacy of tart cherry juice in reducing muscle pain during running: a randomized controlled trial. J Int Soc Sports Nutr, 2010. 7: p. 17.


최강/정신과 의사 ironchoi@hanmail.net