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문제 정의
- 이에 본 연구는 비만 아동들이 흥미롭고 재미있게 할 수 있는 짐볼(Gym-ball) 운동과 유산소 운동 프로그램을 통하여 비만 아동에서 발생하는 비알코올성 지방간과 adipokine및 심혈관 질환 위험인자들의 변화를 규명하여 성장기 아동 및 청소년들의 비만으로 인한 합병증 예방과 심혈관 질환 위험요인 감소를 위한 운동효과를 검증하고, 더 효과적인 운동 프로그램을 개발하는데 그 목적이 있다.
- 따라서 본 연구에서는 12주간 짐볼 운동과 유산소 운동 두 집단으로 나누어 운동을 실시하여 비알코올성 지방간을 가지고 있는 비만아동들에게 어떤 운동이 더 효과적인지 실험 하였다.
- 그러나 아직 비알코올성 지방간을 가진 환자와 운동간의 관계를 밝힌 연구는 없는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 비만아동들에게 긍정적인 운동효과를 가지고 있는 유산소 운동과 흥미를 유발할 수 있는 짐볼 운동을 실시하여 긍정적인 결과를 나타내었다. 운동 전에 비해 운동 후 두 운동군에서 비알코올성 지방간의 위험인자인 adiponectin, insulin, HOMA-IR, AST, ALT 모두 유의한 차이를 나타내었다.
제안 방법
- 12주간 유산소 운동 프로그램을 위한 운동강도는 ACSM (2005)의 기준을 근거로, 중강도(fast walking or jogging 50%HRR)로 설정하고, ACSM의 대사방정식[VO2=3.5+0.2(속도)+0.9(속도)×경사도]을 이용하여 사전실험을 통해 얻은 최대산소섭취량을 기준으로 피험자들의 속도(speed)와 경사도(% grade)를 산출하였다.
- 비만도는 한국 소아의 신장별 체중 백분위의 50백분위수의 값을 표준체중으로 하여 [비만도(%)=(실측체중-표준체중)×10 /표준체중]으로 계산하여 비만 학생을 선정하였다.
- 본 연구는 부산시에 거주하는 A, B초등학교에 재학중인 11~13세의 초등학생 20명을 대상으로 실시하였다. 본 실험에 앞서 본 운동프로그램에 참가를 희망하는 학생과 학부모에게 실험에 관한 전반적인 내용을 설명한 후 동의서에 서명을 받고 전문의에 의한 의학적 검진을 실시하였다. 비만의 판정기준은1998년 대한소아과학회에서 측정한 한국 소아의 표준 발육치를 참고로 하여 BMI 백분위수가 >95% 또는 비만도(%)>120%에 해당하고, 의학적 검사에서 비알코올성 지방간을 가진 어린이를 대상자로 선정하였다.
- 5, Jawon medical, Korea)를 이용하여 측정하였다. 체질량지수는 신장과 체중을 이용하여 계산하였다. 허리둘레는 줄자를 이용하여 직립자세에서 12번 늑골과 장골능선 가운데를 측정하였다.
- 체질량지수는 신장과 체중을 이용하여 계산하였다. 허리둘레는 줄자를 이용하여 직립자세에서 12번 늑골과 장골능선 가운데를 측정하였다.
- 혈압 측정은 혈액채취 시와 동일한 시간대에 표준화된 수은 혈압계(HICO, Japan)를 이용하여 최소 10분간의 안정을 취하게 한 후 좌측 상완을 심장과 동일한 높이로 하여 최고혈압과 최저혈압을 2회 측정하여 평균값을 산출하였다.
- 운동프로그램 실시 전과 12주 후의 최대운동부하 검사방법은 전자동 대사분석기(Quark b2 Cosmed, Italy)를 이용하여 변형된 Balke 트레드밀 프로토콜로 수행하였다. 최대운동부하 판정기준은 운동의 강도가 증가하여도 심박수가 증가하지 않고, 산소섭취량이 150 ml/min 이상 증가하지 않을 경우, 자각적 운동강도(RPE; ratings of perceived exertion)가 17 이상 그리고 호흡교환율(RER; respiratory exchange ratio)이 1.
- Cosmed, Italy)를 이용하여 변형된 Balke 트레드밀 프로토콜로 수행하였다. 최대운동부하 판정기준은 운동의 강도가 증가하여도 심박수가 증가하지 않고, 산소섭취량이 150 ml/min 이상 증가하지 않을 경우, 자각적 운동강도(RPE; ratings of perceived exertion)가 17 이상 그리고 호흡교환율(RER; respiratory exchange ratio)이 1.15 이상 일 때로 하고 이것들 중 2개 이상을 만족할 때 최대운동부하로 판정하였다(ACSM, 2005). 12주간 유산소 운동 프로그램을 위한 운동강도는 ACSM (2005)의 기준을 근거로, 중강도(fast walking or jogging 50%HRR)로 설정하고, ACSM의 대사방정식[VO2=3.
- 혈액 분석은 D대학병원 약리학실험실에서 직접 aspartate aminotransferase (AST), alanine aminotransferase (ALT), Adiponectin, Leptin, Insulin, TNF-α, CRP를 분석하였다.
- 혈액 분석은 D대학병원 약리학실험실에서 직접 aspartate aminotransferase (AST), alanine aminotransferase (ALT), Adiponectin, Leptin, Insulin, TNF-α, CRP를 분석하였다. 채혈 시기는 운동 전과 12주 운동 후 운동의 마지막 효과를 배제하기 위해 72시간 경과한 후 동일한 조건에서 실시하였다. 혈중 포도당 농도는 hexokinase법으로 자동분석기(Hichi, Japan)를 이용하여 측정하였다.
- 유산소 운동 프로그램은 12주간 주 3일 빈도로 개인별로 산출된 운동강도(속도, 경사도, %HRR)에 따라 300 kcal에 도달할 때까지 트레드밀 운동을 실시하였으며, 이 강도의 유지를 위하여 심박수 측정기(X-trainer, Polar, Finland)를 이용하여 모니터링 하였다. 운동처치 6주 후에 체력이 향상됨에 따라 중간실험(최대운동부하검사)을 통하여 새로운 운동강도를 설정하였으며, 12주까지 그 강도로 트레이닝을 실시하였다.
- 유산소 운동 프로그램은 12주간 주 3일 빈도로 개인별로 산출된 운동강도(속도, 경사도, %HRR)에 따라 300 kcal에 도달할 때까지 트레드밀 운동을 실시하였으며, 이 강도의 유지를 위하여 심박수 측정기(X-trainer, Polar, Finland)를 이용하여 모니터링 하였다. 운동처치 6주 후에 체력이 향상됨에 따라 중간실험(최대운동부하검사)을 통하여 새로운 운동강도를 설정하였으며, 12주까지 그 강도로 트레이닝을 실시하였다. 운동강도에 따른 유산소성 트레이닝 시 생리적 반응에 미치는 영향을 고려하여 트레이닝 기간 중에 모든 피험자들의 식생활과 일상생활이 규칙적이 되도록 독려하였으며, 12주간의 트레이닝 기간 동안 탈락자를 예방하기 위하여 개인면담을 실시하고, 수시로 격려하였다.
- 운동처치 6주 후에 체력이 향상됨에 따라 중간실험(최대운동부하검사)을 통하여 새로운 운동강도를 설정하였으며, 12주까지 그 강도로 트레이닝을 실시하였다. 운동강도에 따른 유산소성 트레이닝 시 생리적 반응에 미치는 영향을 고려하여 트레이닝 기간 중에 모든 피험자들의 식생활과 일상생활이 규칙적이 되도록 독려하였으며, 12주간의 트레이닝 기간 동안 탈락자를 예방하기 위하여 개인면담을 실시하고, 수시로 격려하였다. 구체적인 유산소 운동 프로그램은 Table 2에 나타난 바와 같다.
- 짐볼 운동 프로그램은 학생들에게 전혀 경험이 없었기 때문에 기본적인 짐볼을 이용한 스트레칭과 자기체중을 이용한 부위별 운동방법을 숙지한 후 운동을 실시하였다. 운동은 주 3회, 1회 60분씩 총 12주로 실시하였다.
- 짐볼 운동 프로그램은 학생들에게 전혀 경험이 없었기 때문에 기본적인 짐볼을 이용한 스트레칭과 자기체중을 이용한 부위별 운동방법을 숙지한 후 운동을 실시하였다. 운동은 주 3회, 1회 60분씩 총 12주로 실시하였다. 짐볼 운동에 사용된 볼의 규격은 직경 45 cm로 피험자의 신장을 고려하여 선택하였다.
- 짐볼 운동에 사용된 볼의 규격은 직경 45 cm로 피험자의 신장을 고려하여 선택하였다. 짐볼운동은 300 kcal에 도달할 때까지 실시하였으며, 이 강도의 유지 및 칼로리 소비를 확인하기 위하여 신체활동시 소비 에너지를 측정하는 시스템인 Actical (Philips, United Kingdom)을 이용하여 모니터링 하였다. 짐볼 운동 프로그램은 Table 3에 나타난 바와 같다.
- 짐볼 운동 프로그램은 Table 3에 나타난 바와 같다. 두 운동군 모두 운동시 소모되는 칼로리량은 동일하게 하여 실시하였다.
대상 데이터
- 비만의 판정기준은1998년 대한소아과학회에서 측정한 한국 소아의 표준 발육치를 참고로 하여 BMI 백분위수가 >95% 또는 비만도(%)>120%에 해당하고, 의학적 검사에서 비알코올성 지방간을 가진 어린이를 대상자로 선정하였다.
- 본 연구는 부산시에 거주하는 A, B초등학교에 재학중인 11~13세의 초등학생 20명을 대상으로 실시하였다. 본 실험에 앞서 본 운동프로그램에 참가를 희망하는 학생과 학부모에게 실험에 관한 전반적인 내용을 설명한 후 동의서에 서명을 받고 전문의에 의한 의학적 검진을 실시하였다.
- 비만도는 한국 소아의 신장별 체중 백분위의 50백분위수의 값을 표준체중으로 하여 [비만도(%)=(실측체중-표준체중)×10 /표준체중]으로 계산하여 비만 학생을 선정하였다. 모든 연구 대상자들은 최근 6개월 이내 정기적인 운동을 하지 않은 피험자들로서 짐볼 운동군 10명, 유산소 운동군 10명으로 구성하여 본 연구에 참여 시켰다. 대상자의 신체적 특성은 Table 1과 같다.
- 운동은 주 3회, 1회 60분씩 총 12주로 실시하였다. 짐볼 운동에 사용된 볼의 규격은 직경 45 cm로 피험자의 신장을 고려하여 선택하였다. 짐볼운동은 300 kcal에 도달할 때까지 실시하였으며, 이 강도의 유지 및 칼로리 소비를 확인하기 위하여 신체활동시 소비 에너지를 측정하는 시스템인 Actical (Philips, United Kingdom)을 이용하여 모니터링 하였다.
데이터처리
- 본 연구의 자료처리는 SPSS 19.0을 사용하여 모든 자료에 대한 평균(M)과 표준편차(SD)를 산출하였다. 운동 프로그램의 실시 전과 12주 후의 차이검증은 Independent Sample t-test를 적용하여 통계적 의의를 분석하였고, 집단 내에는 Paired t-test를 실시하였다.
- 0을 사용하여 모든 자료에 대한 평균(M)과 표준편차(SD)를 산출하였다. 운동 프로그램의 실시 전과 12주 후의 차이검증은 Independent Sample t-test를 적용하여 통계적 의의를 분석하였고, 집단 내에는 Paired t-test를 실시하였다. 유의수준(α)은 p<0.
이론/모형
- 본 연구의 신체구성 변인인 신장, 체중, 체지방률은 임피던스의 원리를 이용한 체성분 분석기(Venus 5.5, Jawon medical, Korea)를 이용하여 측정하였다. 체질량지수는 신장과 체중을 이용하여 계산하였다.
- 채혈 시기는 운동 전과 12주 운동 후 운동의 마지막 효과를 배제하기 위해 72시간 경과한 후 동일한 조건에서 실시하였다. 혈중 포도당 농도는 hexokinase법으로 자동분석기(Hichi, Japan)를 이용하여 측정하였다.
- Total cholesterol (TC), triglyceride (TG)와 free fatty acid (FFA)는 automatic analyzer (Hitachi 736-20, Japan)를 이용하여 효소법으로 분석하였다. Low density lipoprotein cholesterol (LDL-C)과 high density lipoprotein cholesterol (HDL-C)은 automatic analyzer (Hitachi 736-20, Japan)를 이용하여 침전법과 직접법으로 분석하였다.
- Total cholesterol (TC), triglyceride (TG)와 free fatty acid (FFA)는 automatic analyzer (Hitachi 736-20, Japan)를 이용하여 효소법으로 분석하였다. Low density lipoprotein cholesterol (LDL-C)과 high density lipoprotein cholesterol (HDL-C)은 automatic analyzer (Hitachi 736-20, Japan)를 이용하여 침전법과 직접법으로 분석하였다. 인슐린은 INC (limmuno Nucleo Cooperative, Stillwarer, USA) kit를 이용하여 방사면역측정법으로 측정하였다.
- Low density lipoprotein cholesterol (LDL-C)과 high density lipoprotein cholesterol (HDL-C)은 automatic analyzer (Hitachi 736-20, Japan)를 이용하여 침전법과 직접법으로 분석하였다. 인슐린은 INC (limmuno Nucleo Cooperative, Stillwarer, USA) kit를 이용하여 방사면역측정법으로 측정하였다. 또한 Adiponectin, Leptin, IL-6는 ELISA법(AdipoGen, Seoul, Korea)을 이용하여 측정하였다.
- 인슐린은 INC (limmuno Nucleo Cooperative, Stillwarer, USA) kit를 이용하여 방사면역측정법으로 측정하였다. 또한 Adiponectin, Leptin, IL-6는 ELISA법(AdipoGen, Seoul, Korea)을 이용하여 측정하였다.
- 인슐린저항성은 공복혈당과 인슐린 농도를 이용하여 Homeostasis model assessment of insulin resistance (HOMA-IR)법으로 다음의 공식을 이용하여 계산하였다[12]. HOMA-IR=[fasting insulin (uU/ml)×fasting glucose (mg/dl)/405
성능/효과
- 체중당 산소섭취량에서는 두 운동군 모두 유의하게 증가하는 것으로 나타났고(p<0.01), 수축기 및 이완기 혈압은 두 운동군 모두 운동 후에 감소하는 경향을 보였으나, 운동 전과 비교하여 운동 후에 유의한 차이는 없었다.
- 유산소 운동군 내에서는 체중, BMI, 체지방률, WHR이 각각 유의하게 감소하였고(p<0.01, p<0.01, p<0.01, p<0.05), 짐볼 운동군 내에서도 체중, BMI, 체지방률에서만 각각 유의하게 감소하였다(p<0.05, p<0.05, p<0.01).
- 유산소 운동군 내에서는 운동 전보다 운동 후HDL-C, AST, ALT에서 통계적으로 유의한 차이가 있는 것으로 나타났고(p<0.001, p<0.001, p<0.001), 짐볼 운동군에서는 운동 전보다 운동 후 TC, LDL-C, TG가 유의하게 감소하였고(p<0.05, p<0.05, p<0.05), HDL-C는 유의하게 증가하는 것으로 나타났다(p<0.05).
- 그리고 Glucose, Insulin, HOMA-IR, AST, ALT도 12주 후 짐볼 운동군에서 유의하게 감소하는 것으로 나타났으나(p<0.05, p<0.05 p<0.05, p<0.001, p<0.001), 집단 간에는 유의한 차이가 없는 것으로 나타났다.
- Adipokine인 Adiponectin 은 유산소 운동군과 짐볼 운동군 모두 각각 유의하게 증가하였고 (p<0.05, p<0.01), Leptin은 두 운동군에서 각각 유의하게 감소 하는 것으로 나타났다(p<0.01, p<0.01).
- 심혈관 질환 위험인자인 CRP 는 유산소 운동군과 짐볼 운동군에서 각각 유의하게 감소하는 것으로 나타났으나 (p<0.05, p<0.05), 집단 간에는 유의한 차이가 없는 것으로 나타났다
- 또 다른 선행연구에서도 비만학생 일부를 선발하여 규칙적인 운동을 6주간 실시한 결과 체중, BMI, 중성지방이 유의하게 감소되었다고 보고하였다. 본 연구에서도 유산소 운동군과 짐볼 운동군 모두 신체조성의 긍정적인 변화를 나타냈다. 따라서 비만 아동을 대상으로 실시한 짐볼 운동도 유산소 운동과 같은 긍정적인 운동효과가 있는 것으로 나타나 규칙적인 운동은 신체조성의 긍정적 변화와 함께 비만의 치료 및 예방에 도움이 될 수 있을 것으로 생각된다.
- 본 연구에서는 adiponectin과 더불어 비만 아동들에서의 비알코올성 지방간 질환 발병에 있어 leptin, TNF-α의 의의를 평가 하여 보았으나, 그 결과 TNF-α 농도는 관련성이 없는 것으로 나타났다[26].
- Obisesan 등(2008)은 20분은 VO2max 50%로 실시하고, 40분부터는 VO2max 70%로 트레드밀 달리기를 한 결과 HDL-C 농도가 유의하게 증가하였다고 보고하였다. 본 연구에서는 선행연구 결과와 같이 유산소 운동군과 짐볼 운동군에서 혈중 지질 및 인슐린 저항성 등 통계적으로 유의하게 나타났다. 이처럼 규칙적인 운동은 LDL-C를 감소시키고, HDL-C를 증가시켜 심혈관 질환을 예방하고 고혈압 및 고지혈증을 개선하는데 도움이 될 것으로 사료된다.
- 따라서 본 연구에서는 비만아동들에게 긍정적인 운동효과를 가지고 있는 유산소 운동과 흥미를 유발할 수 있는 짐볼 운동을 실시하여 긍정적인 결과를 나타내었다. 운동 전에 비해 운동 후 두 운동군에서 비알코올성 지방간의 위험인자인 adiponectin, insulin, HOMA-IR, AST, ALT 모두 유의한 차이를 나타내었다. 이러한 연구결과는 adiponectin은 비만환자에서 혈중 농도가 감소하는 것으로 보고되고 있는데, 이러한 adiponectin의 결핍은 비만 환자에서 나타나는 인슐린 저항성과 관련이 있으며, 인슐린 저항성은 결과적으로 비만과 관련된 심혈관계 질환 발생을 포함한 여러 합병증들의 위험성을 높일 가능성이 제시된 바 있다[6].
- Hui 등(2004)에 의하면 비알코올성 지방간염이 있는 환자들은 단순 지방간에 비해 낮은 adiponectin 값과 높은 HOMA-IR을 보였으나, 혈중 adiponectin이 감소할수록 간 조직에서는 염증정도가 심한 양상을 보였다고 보고함으로써 adiponectin의 감소와 인슐린 저항성이 비알코올성 지방간염의 발현에 어느 정도 기여할 것으로 결론을 내렸다. 또한 본 연구에서는 비알코올성 지방간을 가진 비만 아동들에게 운동을 실시함으로서 혈중 adiponectin의 상승과 leptin이 감소하는 것으로 나타났으며, HOMA-IR 역시 감소하는 것으로 나타났다. 이는 운동을 실시함으로서 체중과 체지방의 감소와 함께 인슐린 저항성의 개선효과로 간 기능 지수에도 긍정적인 영향을 미침으로서 비알코올성 지방간의 발생을 억제하는 효과가 있는 것으로 사료된다.
- 결론적으로 규칙적인 운동은 adiponectin향상과 함께 HOMA-IR이 감소되어 짐으로 AST와 ALT가 떨어지는 것으로 나타났다. 따라서 유산소 운동뿐만 아니라 짐볼 운동과 같이 규칙적인 운동은 비알코올성 지방간을 가진 비만 아동의 혈중지질과 간 기능 지수의 개선 및 혈중 adiponectin의 발현 증가로 인해 인슐린 저항성 역시 개선되므로 규칙적인 운동이 무엇보다 중요하다고 할 수 있다.
후속연구
- 또한, TNF-α는 인슐린 감수성을 감소시키며 염증매개 효과를 보이는 상반된 작용을 갖는 것으로 알려져 있는데[8], 비만 환자들의 지방 조직에서 과발현 되어 인슐린 수용체의 tyrosine kinase 활성도를 감소시킴으로써 insulin signaling을 방해하여 비만 환자에서 인슐린 저항성을 유발하고 결과적으로 간 내 지방축적을 초래할 수 있으며[7], 이와 동시에 TNF-α 가 갖는 염증 유발작용은 단순 지방간에서 비알코올성 지방간염으로 진행하는 기전에 중요한 작용을 할 것으로 기대 되었 으나, 아직까지 이에 대한 연구가 그리 많지 않은 상태였다.
- 이처럼 규칙적인 운동은 LDL-C를 감소시키고, HDL-C를 증가시켜 심혈관 질환을 예방하고 고혈압 및 고지혈증을 개선하는데 도움이 될 것으로 사료된다. 또한 인슐린 저항성을 낮춤으로서 혈당조절 능력을 향상시켜 비만으로 인해 당뇨병으로 이어질 수 있는 요인들을 예방할 수 있을 것으로 생각된다.
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