연구대상

연구대상자는 50-59세의 신체적으로 건강한 총 19명을 대상으로 모집하였다. 연구대상자의 제외 기준은 심혈관계 및 근골격계 질환을 포함하는 의학적 질환이 있는 자이며 또한, 본 프로그램에서 제공하는 유산소성 운동을 제외한 다른 운동 프로그램에 참여할 예정이거나 지난 6개월간 규칙적인 운동을 지속한 자는 제외하였다.

연구대상자 모집 시 여성이라는 특성상 월경 기간이 실험 결과에 영향을 미칠 수 있다는 선행연구에 따라(Bisdee et al., 1989) 폐경 유무와 월경 일정을 확인한 후 채혈 등 실험 일정을 조율하였다. 모든 연구대상자에게는 연구 목적 및 절차를 충분히 설명하였으며, 연구 기간 중 실험 결과에 대해 영향을 줄 수 있는 음주, 흡연, 약물 복용 등을 금하도록 교육하였다. 연구대상자들은 고강도 유산소성 운동 그룹(Vigorous-Intensive Aerobic Exercise; VIAE, n=10), 중등강도 유산소성 운동 그룹(Moderate-Intensive Aerobic Exercise; MIAE, n=9)으로 무작위로 분류하였으며, 연구대상자들의 신체적 특성은 <Table 1>에 제시한 바와 같다.

연구 설계 및 절차

모든 연구대상자는 사전·사후 실험을 위해 각 실험 전날 과도한 신체활동을 금하고 12시간 공복을 유지하였다. 실험 당일에는 무선심박측정기(FT2, Polar, Finland)를 이용하여 안정시 심박수(80bpm/min 이하)에 도달하였을 때 채혈하도록 하였다. 그리고 본 운동 전 운동부하검사를 통해 V̇O₂max를 산출하고 공식에 의해 두 운동 그룹 간 운동량(kcal)을 동일화하였으며, 8주간 주 3회 격렬한 강도 및 중등강도 유산소성 운동을 각각 실시하였다.

유산소성 운동 프로토콜

본 연구에서 유산소성 운동은 트레드밀을 이용하여 8주간 주 3회 실시하였다. 최근 ACSM(2018)에 의하면 성인 대상 운동 프로그램의 대부분 목표 운동량은 주당 1,000Kcal의 에너지 소모량과 함께 주당 약 150분 정도 수준을 제시하고 있다(ACSM, 2018). 이에 본 연구에서는 운동부하검사를 통한 V̇O₂max를 기준으로 VIAE 그룹은 V̇O₂max의 75-80% 강도에 해당하는 METs 값을 적용하여(Norton et al., 2010), 주당 1,000 Kcal가 소비되도록 계산하였고 트레드밀 운동 속도는 약 8.5 METs 강도에 해당하는 5.2 mph을 설정·적용하였다. MIAE 그룹은 V̇O₂max 약 55-60% 강도에 해당하는 METs 값을 적용하여(Norton et al., 2010), 주당 1,000 Kcal가 소비되도록 계산하였고 트레드밀 운동 속도는 Ainsworth(2000)의 Compendium of Physical Activities에서 제시한 METs별 달리기 속도를 참고하여 약 6 METs에 강도에 해당하는 4mph을 설정·적용하였다. 단, 본 연구에서는 METs 강도를 토대로 집단의 운동량을 동일화하고자 하였으나 개인별 운동강도를 고려하지 못한 제한점이 있다. 두 그룹에 대한 에너지소비량 계산 방법은 <Table 2>에 제시한 바와 같다.

측정 항목 및 방법

통계 처리

모든 데이터는 SPSS PC+ for Windows(version 23.0) 통계 프로그램을 이용하여 종속 변인들의 평균(M)과 표준편차(SD)를 산출하였다. 고강도와 중등강도 유산소성 운동 그룹에 대한 평균 운동 시간 차이를 알아보기 위해 독립 t-test를 하였으며, 고강도와 중등강도 유산소성 운동 그룹에 의한 BDNF 농도, 노화 관련 호르몬, 생활습관병 관련 혈액 변인에 대한 영향을 검증하기 위해 이원변량분석(Two-way ANOVA)을 하였다(그룹(2)×시점(2)). 유의 수준은 α=.05였다.

유산소성 운동 그룹 간 평균 운동 시간 차이

VIAE와 MIAE 그룹 간 평균 운동 시간 차이는 <Table 3>에 제시한 바와 같다. 평균 운동 시간은 VIAE 그룹의 경우, 40.30 ± 3.71분, MIAE 그룹의 경우, 59.22 ± 3.99분으로 MIAE 그룹이 VIAE 그룹보다 유의하게 길었다(p<.05)(Table 3).

유산소성수행능력의 변화

규칙적인 고강도 및 중등강도 유산소성 운동에 따른 유산소성수행능력의 변화는 다음 <Table 4>에 제시한 바와 같다. 최대산소섭취량은 VIAE 그룹의 경우 사전 29.8ml/kg/min에서 사후 35.2ml/kg/min로, MIAE 그룹의 경우, 사전 32ml/kg/min에서 사후 33.3ml/kg/min로 그룹과 시점 간 상호작용 효과가 나타났다(F=6.058, p=.019). 주효과 분석 결과, 그룹에서 유의한 차이가 나타나지 않았으나(F=.047, p=.830), 시점에서는 유의한 차이가 나타났다(F=16.901, p=.001)(Table 4).

신체구성의 변화

규칙적인 고강도 및 중등강도 유산소성 운동에 따른 신체구성의 변화는 <Table 5>에 제시한 바와 같다. 체중은 그룹과 시점 간 상호작용 효과가 나타나지 않았으며(F=065, p=.800), 주효과 분석 결과, 그룹에서 유의한 차이가 나타나지 않았고(F=.015, p=.904), 시점에서는 유의한 차이가 나타났다(F=5.650, p=.023). BMI는 그룹과 시점 간 상호작용 효과가 나타나지 않았으며(F=.081, p=.778), 주효과 분석 결과, 그룹에서 유의한 차이가 나타나지 않았고(F=.350, p=.558), 시점에서 유의한 차이가 나타났다(F=6.903, p=.013). 체지방률은 그룹과 시점 간 상호작용 효과가 나타나지 않았으며(F=.297, p=.589), 주효과 분석 결과, 그룹과 시점에서 각각 유의한 차이가 나타났다(각각 F=4.114, p=.050; F=8.271, p=.007)(Table 5).

혈중 BDNF 및 노화 관련 호르몬 농도의 변화

규칙적인 고강도 및 중등강도 유산소성 운동에 따른 혈중 BDNF 농도와 노화 관련 호르몬 농도 변화는 <Table 6>에 제시한 바와 같다. 혈중 BDNF 농도는 그룹과 시점 간 상호작용 효과가 나타났으며(F=6.028, p=.019), 주효과 분석 결과, 그룹에서 유의한 차이가 나타나지 않았으나(F=.106, p=.747), 시점에서 유의한 차이가 나타났다(F=12.442, p=.001). DHEA-s 농도는 그룹과 시점 간 상호작용 효과가 나타나지 않았으며(F=.906, p=.348), 주효과 분석 결과, 그룹에서 유의한 차이가 나타나지 않았으나(F=.880, p=.355), 시점에서는 유의한 차이가 나타났다(F=6.092, p=.019). IGF-1 농도는 그룹과 시점 간 상호작용 효과가 나타나지 않았으며(F=.904, p=.348), 주효과 분석 결과, 그룹과 시점에서 각각 유의한 차이가 나타났다(각각 F=8.385, p=.007; F=7.381, p=.010)(Table 6).

생활습관병 관련 혈액 변인의 변화

규칙적인 고강도 및 중등강도 유산소성 운동에 따른 생활습관병 관련 혈액 변인의 변화는 <Table 7>에 제시한 바와 같다. 글루코스 농도는 그룹과 시점 간 상호작용 효과가 나타나지 않았으며(F=.883, p=.354), 주효과 분석 결과, 그룹과 시점에서 모두 유의한 차이가 나타나지 않았다(각 F=003, p=.956; F=1.676, p=.204). 유리지방산 농도는 그룹과 시점 간 상호작용 효과가 나타나지 않았으며(F=1.472, p=.233), 주효과 분석 결과, 그룹에서 유의한 차이가 나타나지 않았으나(F=2.653, p=.113), 시점에서는 유의한 차이가 나타났다(F=5.668, p=.023). 중성지방 농도는 그룹과 시점 간 상호작용 효과가 나타나지 않았으며(F=.010, p=.992), 주효과 분석 결과, 그룹과 시점에서 모두 유의한 차이가 나타났다(각 F=6.046, p=.019; F=8.036, p=.008)(Table 7).

HDL-C 농도는 그룹과 시점 간 상호작용 효과가 나타나지 않았으며(F=.082, p=.776), 주효과 분석 결과, 그룹에서 유의한 차이가 나타나지 않았으나(F=3.119, p=.086), 시점에서는 유의한 차이가 나타났다(F=6.291, p=.017). LDL-C 농도는 그룹과 시점 간 상호작용 효과가 나타나지 않았으며(F=.650, p=.426), 주효과 분석 결과, 그룹과 시점에서 모두 유의한 차이가 나타나지 않았다(각각 F=.102, p=.751; F=2.258, p=.142)(Table 7).

신체구성 및 운동수행능력 변화

본 연구 결과, VIAE 그룹과 MIAE 그룹 모두에서 체중(kg), BMI(kg/m²), 체지방률(%)이 감소하였음을 관찰하였다. 이는 포괄적으로 유산소성 운동 강도 차이와는 높은 상관 비례 없이 운동에 따른 신체구성에 대한 긍정적인 효과로 볼 수 있으며, 이는 강도차이에 따른 여러 선행 연구를 통해서도 체중과 BMI, 체지방률의 유의한 감소를 보고한 바 있다(Botero et al., 2014; Kelly et al., 2014; Willis, 2012). 단, 본 연구에서는 운동 강도에 따른 체지방률의 유의한 차이를 관찰하지 못하였다. 이는 본 연구의 8주라는 상대적으로 적은 운동 기간 또는 적은 대상자 수에 기인하는 결과일 수 있다. 그럼에도 VIAE 그룹이 MIAE 그룹보다 수치상 신체구성의 모든 요인들이 더욱 감소함을 확인하였는데 이러한 결과를 토대로, 유산소성 운동 수행을 함에 신체적인 장애가 없다면 중등강도 이상 높은 강도를 실시하는 것이 더욱 효과적일 수 있을 것으로 생각된다(Khoo et al., 2013).

한편, 본 연구에서 두 운동 그룹 간 유산소성수행능력 즉 최대산소섭취량은 그룹과 시점 간 상호작용 효과를 확인함으로써 VIAE 그룹이 MIAE보다 유의하게 높음을 관찰하였다. 규칙적인 유산소성 운동은 보편적으로 최대산소섭취량 증가에 이점을 제공한다(Bernhardt et al., 2016; Conraads et al., 2014; Sijie et al., 2012). Gormley et al. (2008)은 성인을 대상으로 주 4회 60분가량 강도별 유산소성 운동(moderate: V̇O₂ 50%, vigorous: V̇O₂ 75%, maximal: V̇O₂ 95%)을 한 결과, 그룹별 약 10%, 약 14.3%, 약 20.6% 최대산소섭취량이 증가하였음을 보고하며, 유산소성 운동 강도에 따라 최대산소섭취량의 증가가 비례함을 입증한 바 있다. 최대산소섭취량 증가에 대한 규칙적인 유산소 운동의 효과는 심폐기능 적응과 골격근 내 mitochondria 크기와 수의 증가, 그리고 근육 내 glycogen 저장량 능력 향상, 그리고 Krebs cycle과 호흡 연계에 의한 대사 활동의 증가에 의한 결과라고 사료된다(Aoike et al., 2015; Dandanell et al., 2017; Yoon et al., 2017). 본 연구에서 적용한 VIAE 그룹의 운동 강도가 MIAE 그룹보다 신체 내 대사 적응을 더욱 유도하며, 보다 강한 운동 강도로 인해 심폐 기능과 골격근에서의 mitochondria 크기와 수 증가 등 더욱 향상할 수 있기에 최대산소섭취량의 선형적인 증가 현상은 MIAE 그룹보다 VIAE 그룹에서 나타난 것으로 생각된다.

혈중 BDNF 농도 및 노화 관련 호르몬의 변화

본 연구 결과, 혈중 BDNF 농도는 그룹과 시점 간 상호작용 효과를 확인함으로써 VIAE 그룹이 MIAE보다 유의하게 높음을 관찰하였다. 선행연구들에서는 고강도 유산소성 운동이 중등강도와 비교하여 혈중 BDNF 농도의 증가에 효과적임을 보고한 바 있다(Afzalpour et al., 2015; Ross et al., 2019; TaheriChadorneshin et al., 2017).

특히, 운동 시 BDNF는 신경조직, 골격근 등에서 발현되며(Matthews et al., 2009), 학습과 기억에 중요한 역할을 한다고 보고되며(Aguiar et al., 2011; Araki et al., 2014; Corripio et al., 2012; Cowansage et al., 2010), 혈중 BDNF 농도의 증가가 혈당, 유리지방산, 총콜레스테롤과 같은 생활습관병 관련 혈액 변인의 개선과 밀접한 관련이 있다고 보고한 바 있다(Tsuchida et al., 2002; Tsuchida et al., 2001).

게다가, 대부분의 선행연구에서는 유산소 운동 후 혈중 BDNF가 증가하며(Rushcheweyh et al., 2011), 이는 운동강도와 비례하며, 강도 차이에 따라 의존 될 수 있다고 주장하였다(Rojas Vega et al., 2012).

이러한 주장은 혈중 BDNF 농도가 운동 강도와 밀접한 관련성이 있음을 입증하는 부분이고, 이는 본 연구와 일치하는 결과이며, 나아가 혈중 BDNF는 중등강도 보다는 고강도의 유산소성 운동이 혈중 BDNF의 발현에 더욱 반응하기에 고강도의 운동이 효과적인 것으로 사료된다.

이로 말미암아 고강도 유산소성 운동이 중등강도보다 중년 여성의 혈중 BDNF 농도를 증가함으로써 학습 및 기억 능력 개선뿐만 아니라 생활습관병 관련 혈액 변인의 개선에도 긍정적인 영향을 미칠 수 있을 것으로 판단된다.

다만, 본 연구에서는 혈액 변인만 검증하였기에, 학습 및 기억 능력 개선 효과를 규명하지 못한 제한점이 있다. 이러한 효과를 명확히 규명하기 위하여 추후 유산소성 운동 강도에 따른 혈중 BDNF 농도와 학습, 기억 및 인지 능력을 측정할 필요가 있을 것으로 생각된다.

아울러, 본 연구에서는 유산소성 운동 강도에 따른 노화 관련 호르몬의 변화를 살펴보기 위해 혈중 DHEA-s와 IGF-1 농도의 변화를 검증하고자 하였으며, 그 결과, 혈중 DHEA-s와 IGF-1 농도는 두 그룹 모두 사전과 비교하여 사후에 유의하게 증가함을 관찰하였다. 선행연구에서는 12주간 유산소성 운동을 통해 DHEA-s 농도를 증가하였다고 보고한 바 있다(Di Blasio et al., 2017; Izzicupo et al., 2013). 본 연구에서는 운동량을 동일하게 적용하고자 하였으며, 그 결과, 두 그룹 모두 혈중 DHEA-s 농도를 증가하였는데 이를 비추어볼 때 혈중 DHEA-s 농도를 변화시키기 위해서는 운동 강도보다 운동량이 중요한 역할을 할 것으로 생각된다. 또한, IGF-1과 관련하여 선행연구에서는 고강도 및 저강도 운동에 의해 혈중 IGF-1 농도가 모두 증가하였으며(Schwarz et al., 1996), Walsh et al. (2015)는 유산소성 운동이 IGF-1과 BDNF 증가에 효과적임을 확인한 바 있다. 다른 선행연구에서는 혈중 IGF-1 농도가 유산소성 운동뿐만 아니라 운동의 형태와 관계없이 유의하게 증가한다고 보고하였다(Zoladz et al., 2008). 본 연구 결과, IGF-1 농도는 두 그룹 모두 사전보다 사후 유의하게 증가하였는데 이러한 결과는 선행연구의 결과와 유사한 결과이다(Kennedy et al., 2016; Walsh et al., 2015). McCusker et al. (2006)은 뇌에서 IGF-1과 BDNF가 신경세포 생존과 가소성을 향상하기 위해 활동하며, IGF-1 증가에 의해 BDNF도 증가한다고 보고하여 IGF-1과 인지기능과 관련이 있음을 확인한 바 있는데(Aleman et al., 1999) 본 연구결과를 토대로 살펴볼 때, 혈중 IGF-1 농도는 운동 강도 및 형태에 독립적으로 증가할 수 있으며, BDNF와 연관은 있지만, 직접적인 연관성은 다소 낮음을 확인할 수 있었다. 중요한 것은 규칙적인 유산소성 운동에 의해 운동 강도와 상관없이, 혈중 DHEA-s, IGF-1 농도를 모두 증가하였다는 것은 주목할 만한 결과이다. 즉 고강도 및 중등강도 유산소성 운동은 중년 여성의 혈중 DHEA-s와 IGF-1 농도에 긍정적인 영향을 미침으로써 노화를 지연할 수 있을 것으로 생각된다.

생활습관병 관련 혈액 변인의 변화

일반적으로 운동은 여러 가지 건강상의 이점을 제공하기에, 건강 유지 및 관리를 위한 치료적인 생활습관의 변화를 위해 추천된다(Kannan et al., 2014). 특히, 다수 선행연구에서 규칙적인 운동으로 인한 체지방률의 긍정적인 변화가 궁극적으로 동맥경화성 혈관 질환 등의 조기 발병 예방에 기여할 수 있으며, 지방 산화를 통한 비만 개선 등 신체 내 건강상의 이점을 보고하고 있기에(Jordy et al., 2015; Park et al., 2010; Pesta et al., 2017), 규칙적인 운동의 필요성은 한층 더 강조되고 있다.

이와 관련하여 본 연구에서는 유산소성 운동 강도에 따른 생활습관병 관련 혈액 변인의 변화를 검증하고자 하였으며, 그 결과, 혈중 글루코스 농도는 상호작용 효과와 그룹과 시점에 대한 주효과가 관찰되지 않았다. 통계적인 유의함은 관찰되지 않았으나 VIAE 그룹에서 사전과 비교하여 사후에 수치상 감소하는 경향을 확인하였다. 이러한 이유로는 사전 검사 시 두 그룹 모두 정상 범위 내에 있어 운동을 통한 생리적 변화의 여지가 적었기 때문으로 사료된다. 그러나 비록 통계적으로 유의한 차이는 나타나진 않았으나 혈중 글루코스 농도의 감소 결과는 보편적인 운동 효과로 골격근의 myoglobin의 증가와 mitochondria 수와 크기 증가 그리고 유산소성수행능력 향상과 더불어 근육에서의 glycogen 이용률 감소, 지방 산화 증가에 기인한다고 생각된다(Carrera-Quintanar et al., 2017; Cayla et al., 2008).

혈중 유리지방산 농도의 결과를 살펴보면, 혈중 유리지방산 농도는 두 그룹 모두 사전보다 사후에 유의하게 감소함을 관찰하였다. 이는 규칙적인 운동을 통해 글루코스와 유리지방산 농도를 감소함으로써 여러 가지 생활습관병 위험 요인들을 개선할 수 있음을 의미한다. 특히, 규칙적인 운동 적용 이후 기간의 경과에 따라 인체 내에서는 애당초 적용한 운동 강도보다 더욱 낮은 강도로 받아들이는 탓에, 상대적으로 지방 산화에 의한 에너지 생성에 의존하게 되고 이에 따라 탄수화물보다 지방을 더 많이 사용하였을 가능성이 있다. Kannan et al. (2014)의 강도별 운동을 한 결과, 중등강도 그룹에서는 유의한 변화가 없었고 고강도 그룹에서 중성지방, LDL-C의 감소를 관찰한 바 있다. 또한, 운동 강도에 따른 또 다른 선행연구들에서는 운동 강도와 혈중 지질의 개선이 비례하는 경향을 일관되게 보고하고 있는데(Marandi et al., 2013; Ouerghi et al., 2014) 이는 본 연구 결과에서 LDL-C의 통계적인 유의함을 확인하지 못하였으나 본 연구의 수치상 결과 변화와 유사함을 보인다. 본 연구는 선행연구들과 비교하여 상대적으로 8주라는 짧은 운동 기간이며, 연구대상자 수도 상대적으로 적은 편에 속한다. 추후 더욱 긴 기간의 운동과 함께 더욱 많은 연구대상자를 모집함으로써 유산소성 운동 강도에 따른 혈중 글루코스 및 유리지방산, 중성지방 등의 농도 변화를 명확히 검증할 필요가 있을 것으로 생각된다.

또한, 본 연구에서 유산소성 운동 강도에 따른 혈중 HDL-C 농도의 변화를 검증한 결과, 두 그룹 사전보다 사후에 유의하게 증가함을 관찰하였다. 그리고 혈중 LDL-C 농도는 두 그룹 모두 수치상 감소하는 경향을 나타냈으나 통계적인 유의함은 나타나지 않았다. 결과적으로 HDL-C와 LDL-C 농도는 VIAE 그룹이 MIAE 그룹보다 수치상 긍정적인 변화가 관찰되었다. 선행연구에서는 유산소성 운동이 지단백 분해효소인 lipoprotein lipase의 활성을 증가함으로써 중성지방 농도 감소를 촉진하고 HDL-C 농도를 증가하였다고 보고한바 있다(Mezghanni et al., 2012; Narayani & Sudhan, 2010). 또한, 선행연구에 따르면, TC 또는 LDL-C 농도가 1% 감소하면 관상동맥 질환 위험성이 2% 감소하고, HDL-C 수치가 1% 감소하면 관상동맥 심장질환 위험성이 2~3%가 증가함을 시사하고 있다(Gordon et al., 1989; Ouerghi et al., 2014; Pedersen et al., 1998). 이에, 고강도 유산소성 운동과 중등강도 유산소성 운동은 HDL-C과 LDL-C 농도에 긍정적인 변화를 유도하며, 특히 수치상 변화로 말미암아 고강도 유산소성 운동이 HDL-C과 LDL-C 농도에 더욱 긍정적인 변화를 유도할 수 있음을 확인하였다.