[논문]복합운동이 제2형 당뇨병 비만 여성노인의 Irisin, 신체조성 및 당 대사에 미치는 영향

하수민; 김정숙; 하민성; 김보성; 김도연

doi:10.12925/jkocs.2019.36.4.1268

복합운동이 제2형 당뇨병 비만 여성노인의 Irisin, 신체조성 및 당 대사에 미치는 영향
Effects of Combined Exercise on Irisin, Body Composition and Glucose Metabolism in Obese Elderly Women with Type 2 Diabetes Mellitus 원문보기

Journal of the Korean Applied Science and Technology = 한국응용과학기술학회지, v.36 no.4, 2019년, pp.1268 - 1280

하수민 (부산대학교 체육교육과) , 김정숙 (부산대학교 체육교육과) , 하민성 (츠쿠바 대학교 건강스포츠과학부) , 김보성 (부산대학교 체육교육과) , 김도연 (부산대학교 체육교육과)

초록
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본 연구는 만 65세 이상 85세 이하의 제2형 당뇨병 비만 여성 노인을 대상으로 12주간 복합운동 후 irisin, 신체조성 및 당 대사에 미치는 영향을 구명하기 위하여 복합운동군(n=20), 대조군(n=16)으로 구분하여 실시하였다. 복합운동 프로그램은 야외 걷기 운동과 탄성 밴드 운동을 12주간 주 3회, 1회 60분간 실시하였으며, 야외 걷기 운동의 운동강도는 중강도(RPE 5~6)로 수행되었으며, 탄성 밴드 운동은 1~4주는 저강도(OMNI-RES 3~4), 5~8주는 중강도(OMNI-RES 5~6), 9~12주는 고강도(OMNI-RES 7~8)로 점진적으로 운동강도를 증가시켰다. 그 결과 복합운동군의 irisin이 유의하게 증가하였고(p<.001), 체지방률은 유의하게 감소하였으며(p<.001), 골격근량은 유의하게 증가하였다(p<.001). 당 대사 관련 인자 중 HbA1c(p=.020), 혈당(p<.001)은 유의하게 감소하였고, HOMA-β는 유의하게 증가하였다(p<.001). Irisin의 변화는 체지방률의 변화와 부적 상관이 있는 것으로 나타났고(r=-.423, p=.010), 유산소성 지구력 변화와 정적 상관이 있었다(r=.355, p=.034). 또한, HbA1c(r=-.351, p=.036)와 혈당(r=-.424, p=.010)의 변화는 부적 상관이 있었으며, HOMA-β는 정적 상관이 있는 것으로 나타났다(r=.411, p=.013). 결론적으로 규칙적인 복합운동의 실천은 제2형 당뇨병 비만 여성노인의 혈중 irisin의 수준을 증가하고, 신체조성 변화에 긍정적인 영향을 주는 것으로 나타났다. 그리고 당화혈색소, 공복혈당 및 인슐린 분비능을 개선하여 당 대사 조절 능력에 도움을 주어 당뇨 예방 및 관리를 위해 효과적인 운동으로 권장될 것으로 사료된다.

Abstract ▼ AI-Helper

The purpose of this study was to investigate the effects of combined exercise on irisin, body composition and glucose metabolism in obese elderly women with type 2 diabetes mellitus. The subjects were thirty-six obese elderly women with type 2 diabetes volunteers, aged 65 to 85 years, composed of the combined exercise type 2 diabetes mellitus group (n=20) and non-exercise type 2 diabetes mellitus group (n=16). The 60 minute combined exercise program (outdoor walking exercise & elastic-band exercise) was performed 3 times per week for 12 weeks. Exercise intensity of outdoor walking exercise was performed as medium intensity (RPE 5~6) and elastic-band exercise was progressively increased every four weeks (1-4 weeks: OMNI-RES 3~4, 5-8 weeks: OMNI-RES 5~6, 9-12 weeks: OMNI-RES 7~8). The results of the study in the combined exercise type 2 diabetes mellitus group were as follows; Irisin and skeletal muscle mass had significantly increased (p<.001), percentage of body fat had significantly decreased (p<.001). Further, HbA1c (p=.020) and fasting glucose (p<.001) was significantly decreased, and HOMA-β was significantly increased (p<.001). Correlation results showed that change of irisin had a significant negative correlation between percentage of body fat mass (r=-.423, p=.010), HbA1c (r=-.351, p=.036) and fasting glucose (r=-.424, p=.010). Also, irisin changes showed a positive correlation with aerobic endurance (r=.355, p=.034) and HOMA-β (r=.411, p=.013). In conclusion, the practice of regular combined exercise was found to increase the level of irisin in elderly women with type 2 diabetes and have a positive effect on body composition changes. In addition, HbA1c, fasting glucose and insulin secretion was improved, which helped to regulate glucose metabolism. Walking exercise and elastic band exercise are recommended as effective exercise for the prevention and management of diabetes in obese elderly women with type 2 diabetes mellitus.

주제어

표/그림 (7)

표 Table 1. Physical characteristics of participants
표 Table 2. Combined exercise program
표 Table 3. Effect of the combined exercise on in irisin in obese elderly women with type 2 diabetes mellitus
표 Table 4. Effect of the combined exercise on in body composition in obese elderly women with type 2 diabetes mellitus
표 Table 5. Effect of the combined exercise on in senior fitness in obese elderly women with type 2 diabetes mellitus
표 Table 6. Effect of the combined exercise on in glucose metabolism factors in obese elderly women with type 2 diabetes mellitus
표 Table 7. Correlation between change of irisin level and change of body composition and fitness and glucose metabolism factors

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구는 평소 규칙적인 운동을 하지 않는 제2형 당뇨병 비만 여성노인을 대상으로 중 강도의 야외 걷기 운동과 점진적 운동강도를 적용한 탄력 밴드운동으로 구성된 복합운동 프로그램을 통해 신체조성, irisin 및 당 대사 관련 인자에 미치는 영향을 구명하고, irisin 변화와 각 변인의 관계를 알아보는 데 있다.

제안 방법

채취한 혈액은 원심분리기 Combi-514R(Hanil, Korea)을 이용하여 10분간 3,000 rpm에서 원심 분리하고 혈장과 혈청을 분리한 후 micro tube에 옮긴 후 분석 전까지 –70℃ 이하에 보관하여 분석하였다. Irisin은 Phoenix(USA)사의 Irisin ELISA kit(no. EK-067-26)를 사용하여 분석하였으며, 당화혈색소(HbA1c)는 Cobas Integra Hemolyzing Reagent Gen2(Roche Diagnostics, USA)으로 분석하였다. 혈당은 Glucose/HK kit(Roche Diagnostics, USA)를 사용하였고, 인슐린(insulin) 은 Elecsys Insulin (Roche Diagnostics, USA)를 사용하여 분석하였다.
복합운동 프로그램은 유산소 운동으로 야외 걷기 운동과 저항운동으로 탄력 밴드 운동을 수행하였다. 걷기 운동의 강도는 운동 자각도(RPE 0~10)의 5~6(중강도)을 유지하였고, BPM 120 이상의 경쾌한 트로트 음악을 통해 운동 수행을 독려하였다. 탄력 밴드 운동은 10점 OMNI-저항 운동척도(OMNI-resistance exercise scale; OMNI-RES)를 사용하여 사전검사에서 개인의 운동강도를 설정(어깨 외전과 고관절 외전의 15 RM 수행 그립 폭: 고강도, 고강도 그립 폭의 +25% : 중강도, 고강도 그립 폭의 +50%: 저강 도)한 뒤, 1~4주는 OMNI-RES 3~4(저강도), 5~8주는 OMNI-RES 5~6(중강도), 9~12주는 OMNI-RES 7~8(고강도)로 저항운동을 실시하였다.
복합운동 프로그램은 유산소 운동으로 야외 걷기 운동과 저항운동으로 탄력 밴드 운동을 수행하였다. 걷기 운동의 강도는 운동 자각도(RPE 0~10)의 5~6(중강도)을 유지하였고, BPM 120 이상의 경쾌한 트로트 음악을 통해 운동 수행을 독려하였다.
본 연구의 신체조성, 노인 체력 검사 및 혈액 분석은 복합운동군과 대조군 모두 동일한 방법과 조건으로 복합운동 실시 전과 12주 후에 총 2회에 걸쳐 실시하였다.
신장과 체중, 골격근량 및 체지방률은 간편한 복장을 착용한 후 X-Scan Plus 2 (Jawon Medical, KOR)를 이용하여 측정하였다.
채취한 혈액은 원심분리기 Combi-514R(Hanil, Korea)을 이용하여 10분간 3,000 rpm에서 원심 분리하고 혈장과 혈청을 분리한 후 micro tube에 옮긴 후 분석 전까지 –70℃ 이하에 보관하여 분석하였다.
걷기 운동의 강도는 운동 자각도(RPE 0~10)의 5~6(중강도)을 유지하였고, BPM 120 이상의 경쾌한 트로트 음악을 통해 운동 수행을 독려하였다. 탄력 밴드 운동은 10점 OMNI-저항 운동척도(OMNI-resistance exercise scale; OMNI-RES)를 사용하여 사전검사에서 개인의 운동강도를 설정(어깨 외전과 고관절 외전의 15 RM 수행 그립 폭: 고강도, 고강도 그립 폭의 +25% : 중강도, 고강도 그립 폭의 +50%: 저강 도)한 뒤, 1~4주는 OMNI-RES 3~4(저강도), 5~8주는 OMNI-RES 5~6(중강도), 9~12주는 OMNI-RES 7~8(고강도)로 저항운동을 실시하였다. 구체적인 복합운동 프로그램은 [Table 2]와 같다.
EK-067-26)를 사용하여 분석하였으며, 당화혈색소(HbA1c)는 Cobas Integra Hemolyzing Reagent Gen2(Roche Diagnostics, USA)으로 분석하였다. 혈당은 Glucose/HK kit(Roche Diagnostics, USA)를 사용하였고, 인슐린(insulin) 은 Elecsys Insulin (Roche Diagnostics, USA)를 사용하여 분석하였다. 인슐린 분비능과 인슐린 저항성은 항상성 모델 평가의 계산법[24] HOMAβ=360×fasting insulin(μU/mL)/[fasting blood glucose(mg/dL)−63], HOMA-IR=[fasting insulin(μU/mL)×fasting blood glucose (mg/dL)]/405을 이용하여 산출하였다.
혈액검사를 위해 10시간 이상 공복을 유지하도록 하여, 채혈 당일 오전 8~9시에 전문 임상병리사에 의해 진공채혈관과 바늘을 이용하여 전완정맥에서 10 ml 혈액을 채취하였다. 채취한 혈액은 원심분리기 Combi-514R(Hanil, Korea)을 이용하여 10분간 3,000 rpm에서 원심 분리하고 혈장과 혈청을 분리한 후 micro tube에 옮긴 후 분석 전까지 –70℃ 이하에 보관하여 분석하였다.

대상 데이터

B광역시에 거주하는 65세 이상 85세 이하의 제2형 당뇨병 여성 중 BMI 23kg/m2 및 체지방률 30% 이상인 자를 대상으로 공복 시 혈당은 126 mg/dL 이상이며, 당뇨병 진단 후 6개월 이상 경과한 자로 선정하였다. 대상자들은 최근 6개월간 규칙적인 운동을 하지 않고, 보조 기구의 사용 없이 독립 보행 및 신체활동이 가능하며, 본 연구의 목적과 내용을 충분히 이해하고 자발적인 의사를 보인 자에 한하여 실험동의서에 자필 서명을 받아 참여하도록 하였다.
25에 따라 분석한 결과 총 34명으로 나타났다. 이에 따라 초기 연구 대상자는 탈락률을 고려하여 40명을 모집하였으나 복합운동군 1명, 대조군 3명, 총 4명의 탈락자가 발생하여 최종적으로 복합운동군 20명, 대조군 16명의 결과를 최종 분석하였다. 연구 대상자의 신체적 특성은 [Table 1]과 같다.

데이터처리

그룹 및 시기의 주 효과 또는 그룹과 측정 시기 간 상호작용이 유의한 경우, 그룹 내 전·후의 차이는 paired t-test, 그룹 간 차이는 independent t-test로 분석하였다.
그룹 및 시기의 주 효과 또는 그룹과 측정 시기 간 상호작용이 유의한 경우, 그룹 내 전·후의 차이는 paired t-test, 그룹 간 차이는 independent t-test로 분석하였다. 또한 irisin 변화와 신체 조성, 노인 체력 및 당 대사 관련 인자 변화 간의 상관을 비교하기 위하여 Pearson correlation을 실시하였고, 항목별 통계적 유의수준은 .05로 설정하였다.
수집된 자료는 SPSS 23.0 (IBM Corp., Armonk, NY, USA) 프로그램을 사용하여 측정 항목에 대한 평균값(M)과 표준편차(SD)를 산출하고, 측정 변인들에 대한 그룹 및 측정 시기 간 상호작용을 검증하기 위하여 two-way repeated measures ANOVA를 실시하였다. 그룹 및 시기의 주 효과 또는 그룹과 측정 시기 간 상호작용이 유의한 경우, 그룹 내 전·후의 차이는 paired t-test, 그룹 간 차이는 independent t-test로 분석하였다.

이론/모형

Rikli & Jones[23]이 개발한 노인체력검사(Senior Fitness Test, SFT)의 매뉴얼에 따라 하지근력(30초간 의자에서 일어섰다 앉기), 상지 근력(30초간 덤벨 들기), 하지 유연성(의자에 앉아 앞으로 굽히기), 상지 유연성(등 뒤에서 손잡기), 전신지구력(2분 제자리 걷기), 평형성 및 민첩성(2.44 m 왕복 걷기)을 측정하였다.
인슐린 분비능과 인슐린 저항성은 항상성 모델 평가의 계산법[24] HOMAβ=360×fasting insulin(μU/mL)/[fasting blood glucose(mg/dL)−63], HOMA-IR=[fasting insulin(μU/mL)×fasting blood glucose (mg/dL)]/405을 이용하여 산출하였다.

성능/효과

HOMAβ는 상호작용 효과가 유의한 것으로 나타났고 (p<.001), 그룹 내 운동군에서 유의하게 증가하였으며(p<.001), 대조군에서 유의하게 감소하였다 (p<.01).
HOMA-IR은 상호작용 효과가 유의한 것 으로 나타났고(p<.05), 그룹 내 유의한 차이는 없었으나, 그룹 간 차이는 변화 값에서 운동군이 대조군보다 유의하게 감소한 것으로 나타났다 (p<.05).
HbA1c는 상호작용 효과가 유의한 것으로 나타났고(p<.001), 그룹 내 운동군에서 유의하게 감소하였으며(p<.05), 대조군에서 유의하게 증가하였다(p<.01).
Irisin의 변화는 신체조성 중 체지방률의 변화와 유의한 부적 상관관계가 있는 것으로 나타났으며(p<.01), 노인 체력 중 지구력의 변화와 유의한 정적 상관관계가 있는 것으로 나타났다(p<.05).
결론적으로 제2형 당뇨병 비만 여성노인을 대상으로 12주간의 규칙적인 복합운동의 실천으로 혈중 irisin의 발현 수준이 증가하였으며, 체지방률의 감소와 HbA1c, 공복혈당 및 HOMA-β 개선에 도움을 주는 것으로 나타났다. 따라서 야외 걷기 운동과 탄력 밴드 운동을 적용한 복합운동은 비만한 제2형 당뇨병 환자의 irisin 증가와 함께 신체조성 및 당 대사 기능 개선에 효과적인 운동방법으로 제안될 수 있다.
골격근량은 상호작용 효과가 유의한 것으로 나타났고(p<.001), 그룹 내 운동군에서 유의하게 증가하였으며(p<.001), 그룹 간 차이는 변화 값에서 운동군이 대조군보다 유의하게 증가한 것으로 나타났다(p<.001).
이러한 변화는 근육의 자극으로 PGC1α의 발현이 증가하면서 FNDC5가 발현된 후 절단됨으로 써 irisin을 생성한 뒤 에너지 소비를 증가시킬 뿐 만 아니라 인슐린의 분비와 베타세포 기능 개선 한 결과가 나타난 것으로 설명된다[43]. 따라서 규칙적인 복합운동에 따른 irisin의 증가는 제2형 당뇨병 비만 여성노인의 당 대사와 인슐린 조절 능력에 유익한 효과가 있는 것으로 판단된다.
또한, HOMA-β는 유의하게 증가하였고, irisin 변화와 정적 상관이 있는 것으로 나타났다.
또한, 본 연구에서는 노인의 기능 체력 수준을 평가하여 함께 분석하였는데, 복합운동 후 하지 근력과 평형성 및 민첩성에서 유의한 변화가 나타났으며, 지구력의 변화는 irisin의 변화와 정적 상관이 있는 것으로 나타났다.
본 연구결과, irisin의 변화는 복합운동 후 유의 하게 증가하였고, 체중과 BMI 및 체지방률의 감소와 함께 골격근량은 증가하였으며, 체지방률의 변화는 irisin의 증가와 부적 상관이 있는 것으로 나타났다. 따라서 복합운동 중재 후 증가한 골격 근량은 irisin의 발현을 높이고, 이러한 irisin의 변화는 지방 세포 내로 당 흡수 능력, 지방산 합성 및 지질 동원을 촉진하게 함으로써[13], 최종적으로 백색 지방 조직의 갈변화를 통한 에너지 소비 증가 효과[12] 및 지방세포 분화 억제 효과 [37]에 의해 제2형 당뇨병 비만 여성노인의 체지방률이 감소하는 데 긍정적인 영향을 준 것으로 판단된다.
본 연구결과, 복합운동 후 HbA1c와 혈당 수준 은 유의하게 감소하였고, HbA1c와 혈당의 변화 는 irisin의 증가와 부적 상관이 있는 것으로 나타났다. 또한, HOMA-β는 유의하게 증가하였고, irisin 변화와 정적 상관이 있는 것으로 나타났다.
05)에서 운동군이 대조군보다 유의하게 증가한 것으로 나타났다. 상지 근력, 하지 유연성, 상지 유연성 및 지구력은 상호작용 효과가 유의 하지 않은 것으로 나타났다. 평형성 및 민첩성은 시기의 주 효과(p<.
시기의 주 효과(p<.05)와 상호작용 효과(p<.001)가 유의한 것으로 나타났고, 그룹 내 운동군에서 유의하게 증가하였으며(p<.001), 그룹 간 차이는 12주 후(p<.05), 변화 값(p<.001)에서 운동군이 대조군보다 유의하게 증가한 것으로 나타났다.
체중과 BMI는 상호작용 효과가 유의한 것으로 나타났고 (p<.05), 그룹 내 차이는 운동군에서 유의하게 감소하였으며(p<.05), 그룹 간 차이는 변화 값에서 운동군이 대조군보다 유의하게 감소한 것으로 나타났다(p<.05).
체지방률은 시기의 주 효과(p<.001)와 상호작용 효과(p<.001)가 유의한 것으로 나타났고, 그룹 내 운동군에서 유의하게 감소하였으며(p<.001), 그룹 간 차이는 12주 후(p<.05), 변화 값(p<.001)에서 운동군이 대조군보다 유의하게 감소한 것으로 나타났다.
44 m 왕복 걷기)을 측정하였다. 측정항목 중상･하지 유연성, 평형성 및 민첩성은 2회 실시 중 좋은 점수를 기록하였다.
평형성 및 민첩성은 시기의 주 효과(p<.01)와 상호작용 효과(p<.05)가 유의한 것으로 나타났고, 그룹 내 차이는 운동군에서 유의하게 감소하였으며(p<.01), 그룹 간 차 이는 변화 값에서 운동군이 대조군보다 유의하게 감소한 것으로 나타났다(p<.05).
하지 근력은 그룹(p<.05) 및 시기(p<.01)의 주 효과와 상호작용 효과(p<.05)가 유의한 것으로 나타났고, 그룹 내 운동군에서 유의하게 증가하였으며 (p<.01), 그룹 간 차이는 12주 후(p<.01), 변화값(p<.05)에서 운동군이 대조군보다 유의하게 증가한 것으로 나타났다.

후속연구

하지만 제2형 당뇨병 환자는 정상인보다 irisin 수준이 결핍되어있는 것으로 나타나며[29,30], 노화할수록 irisin 수준은 감소하고, 성인의 경우 여성이 남성보다 낮은 것으로 보고된다[31]. 이러한 맥락으로 볼 때 본 연구의 대상이 비만한 제2형 당뇨병 여성노인으로 irisin 수준이 매우 취약할 것으로 판단된다.
또한, 질환에 대한 건강상의 이점을 제공하고, 이환율과 사망률을 낮추기 위해서는 개별화된 운동강도의 처방이 필수적이며[20], OMNI-RES (OMNI-resistance exercise scale)는 탄성 밴드의 그립 너비를 조절하여 운동강도를 적용하므로 노인의 운동강도를 설정하는데 적합한 척도이다 [21]. 이러한 이점을 통해 본 연구에서는 OMNI-RES를 이용하여 대상자 개인에 맞는 강도를 설정하여 적용한 밴드 운동이 제2형 당뇨병 비만 여성노인의 저항운동 효과를 극대화할 수 있을 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	대부분의 제2형 당뇨병 환자가 과체중이거나 비만이 선행되어 나타나는 이유는 무엇인가?	대부분의 제2형 당뇨병 환자는 과체중이거나 비만이 선행되어 나타나고, 비만은 전 세계적으로 제2형 당뇨병이 증가하는 가장 중요한 위험 요인이 되므로 “Diabesity”라는 용어로 불리고 있다 [1]. 즉, 비신체적 활동과 높은 칼로리의 식단은 비만과 무증상의 조직 염증 상태를 촉진하게 되고, 이로 인한 포도당 대사의 불균형은 인슐린 저항성을 야기하기 때문에 제2형 당뇨병의 발병으로 이어진다[2,3]. 따라서 비만과 제2형 당뇨병의 대사 장애는 모두 인슐린 작용의 결함이 특징적이다[4].
	irisin은 어떤 역할을 하는가?	WAT와 BAT는 서로 다른 기능적 역할을 하지만 직접적으로 서로 전환 될 수 있다[11]. 그 과정은 uncoupling protein 1 (UCP1)이라는 특수한 미토콘드리아 단백질을 통해 이루어지는데, myokine 중 하나인 irisin은 백색 지방 세포의 UCP1 발현을 자극하여 백색 지방을 갈색 지방으로의 전환을 유도하는 역할을 한다[12]. Irisin은 골격근에서 운동의 효과를 전달하는 역할을 하는 peroxisome proliferator activated receptor γ co-activator-1-α (PGC1α)에 의해 유발되며, 세포막 단백질인 fibronectin type III domain-containing protein 5 (FNDC5)로부터 단백질 분해로 잘린 후 혈액 내 순환하는 myokine으로 112개의 아미노산의 펩타이드 구조로 이루어져 있다[12].
	운동을 통한 근수축 자극이 제 2형 당뇨병 환자에게 있어 중요한 이유는 무엇인가?	Irisin은 세포 에너지 조절과 관련된 대사 유전자를 유도하여 에너지 소비 및 산화 대사를 증가시키며[14], 지방세포로 이동하여 작용함으로써 비만과 제2형 당뇨병에 잠재적인 치료 이점이 있는 것으로 제안된다[12]. 하지만 대부분의 제2형 당뇨병 환자는 골격근의 기능이 손상되어 PGC1 α의 조절 장애로 인해 낮은 수준의 irisin이 나타나기 때문에 운동을 통한 근수축 자극은 제2형 당뇨병 환자에게 있어 매우 중요한 역할을 할 수 있을 것으로 제안된다[15,16].

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저자의 다른 논문 :

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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