운동 강도와 에너지소비량에 따른 단기간의 유산소운동이 면역세포에 미치는 영향 The Effects on Immune Cell of Short-Term Aerobic Exercise by Exercise Intensity and Expenditures Calorie원문보기
본 연구는 남자학생 8명을 대상으로 GXT로 사전검사를 실시하여 최대운동검사를 통하여 측정된 피험자 개개인의 VO2max를 기준으로 각각 50%, 70%에 해당되는 산소섭취량과 경사도 및 속도를 산출하고, 산소섭취량(ml/min/kg)의 METs 및 칼로리 소비량을 대입, 전체 300kcal와 600kcal가 소모되는 운동시간을 산출하였다. 유산소운동에 따른 T, B, NK cell의 변화는 림프구 전체에서 T, B, NK 림프구가 차지하는 상대적 비율이 운동 강도에서는 유의한 차이가 없었고, T cell에서 에너지 소비량(p<.01), 상호작용(p<.05)효과에서, B cell은 에너지소비량(p<.01)에서, NK cell은 에너지소비량(p<.001), 상호작용(p<.05)효과에서 통계적으로 유의한 것으로 나타났다.
본 연구는 남자학생 8명을 대상으로 GXT로 사전검사를 실시하여 최대운동검사를 통하여 측정된 피험자 개개인의 VO2max를 기준으로 각각 50%, 70%에 해당되는 산소섭취량과 경사도 및 속도를 산출하고, 산소섭취량(ml/min/kg)의 METs 및 칼로리 소비량을 대입, 전체 300kcal와 600kcal가 소모되는 운동시간을 산출하였다. 유산소운동에 따른 T, B, NK cell의 변화는 림프구 전체에서 T, B, NK 림프구가 차지하는 상대적 비율이 운동 강도에서는 유의한 차이가 없었고, T cell에서 에너지 소비량(p<.01), 상호작용(p<.05)효과에서, B cell은 에너지소비량(p<.01)에서, NK cell은 에너지소비량(p<.001), 상호작용(p<.05)효과에서 통계적으로 유의한 것으로 나타났다.
The study of subjects were 8 persons. The study measured VO2max of each person and substituted METs at exercise intensity of both VO2max 50% and VO2max 70% in accordance with energy consumption formula to set exercise time at energy consumption of both 300kcal and 600kcal. And, the study substituted...
The study of subjects were 8 persons. The study measured VO2max of each person and substituted METs at exercise intensity of both VO2max 50% and VO2max 70% in accordance with energy consumption formula to set exercise time at energy consumption of both 300kcal and 600kcal. And, the study substituted inclination and rate at exercise intensity that was measured at preliminary test. T, B, NK cell varied depending upon aerobic exercise to have no significant difference of exercise intensity at relative ratio of T, B, NK lymphocyte of all of lymphocytes and to have significant difference of Expenditures Calorie (p<.01) and interaction (p<.05) by T cell and Expenditures Calorie (p<.01) by B cell and Expenditures Calorie (p <.001) and interaction (p<.05) by NK cell.
The study of subjects were 8 persons. The study measured VO2max of each person and substituted METs at exercise intensity of both VO2max 50% and VO2max 70% in accordance with energy consumption formula to set exercise time at energy consumption of both 300kcal and 600kcal. And, the study substituted inclination and rate at exercise intensity that was measured at preliminary test. T, B, NK cell varied depending upon aerobic exercise to have no significant difference of exercise intensity at relative ratio of T, B, NK lymphocyte of all of lymphocytes and to have significant difference of Expenditures Calorie (p<.01) and interaction (p<.05) by T cell and Expenditures Calorie (p<.01) by B cell and Expenditures Calorie (p <.001) and interaction (p<.05) by NK cell.
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문제 정의
따라서 본 연구의 목적은 다양한 강도, 특히 ACSM Guideline(2000)에서 제시한 적정 운동 강도 중 # 50%와 # 70%의 운동 강도로 운동을 실시할 때, 각각 300kcal, 600kcal를 소비하는 시점에서 유발되는 면역세포의 변화를 분석함으로써 건강 증진과 운동이 효과를 극대화할 수 있는 적정 운동 강도와 에너지소비량을 제시하고자 한다.
또한, 부족한 또는 과도한 운동이 건강을 해치는 주요한 원인 중의 하나로써 본인의 운동능력에 따른 적정 운동을 제시하고, 면역세포에 영향을 주지 못하는 저강도 운동을 제외한 중·고강도의 운동이 에너지소비량에 따라 면역세포에 어떠한 상이한 영향을 미치는지를 밝힘으로써 인체 면역 세포의 긍정적 변화와 면역력 강화를 위한 적정 운동방법을 규명하는데 있다.
운동과 관련하여 인체 면역세포 변화에 영향을 주는 요소에는 운동 형태, 강도, 시간, 피험자의 체력, 나이 등 다양한 인자들이 포함된다. 본 연구에서는 건강한 남자 대학생을 대상으로 엘리트 선수들뿐만 아니라 일반인들도 널리 이용하는 트레드밀 달리기 운동을 선택하였고, 운동 강도와 에너지소비량을 차별화 하여 피험자마다 다른 운동 강도와 에너지소비량을 설정 하여 인체 면역기능의 활성화와 이에 따른 개인별 적정 운동강도 및 에너지소비량의 역치점을 찾고자 하였다. 추후 연구에서는 면역세포에 영향을 미치는 다양한 인자들을 상호 통제하여 다양한 운동 형태 별로 최적의 운동 기준을 제시할 수 있는 연구와 본 연구에서 실험하지 못한 면역세포 및 기능(T helper cell, T suppressor cell, T cytotoxic cell 및 각 림프구 증식반응) 및 NK cell의 독성작용(NKCA)에 대한 다양하고 세분화된 효과 및 면역세포와 내분비계의 관련 변인들의 상호작용을 분자생물학적 접근을 통하여 그 기전을 검증할 지속적 실험 연구가 있어야 할 것으로 사료된다.
따라서 개인에게 맞는 운동 강도와 에너지소비량의 설정은 무엇보다 중요하다. 본 연구의 목적은 부족한 또는 과도한 운동이 건강을 해치는 주요한 원인 중의 하나로써 본인의 운동능력에 따른 적정 운동을 제시하고, 면역세포에 영향을 주지 못하는 저강도 운동을 제외한 중․고강도의 운동이 에너지소비량에 따라 면역세포에 어떤 상이한 영향을 미치는지를 밝힘으로써 인체 면역 세포의 긍정적 변화와 면역력 강화를 위한 적정 운동방법을 규명하는데 있다.
제안 방법
총 림프구에 대한 NK cell의 상대적 비율은 지속적 운동뿐만 아니라 단시간 최대 또는 최대하 운동 후 50～300% 가량 증가하였다[19], [20], [22], [25]. NK cell 수 변화의 폭은 운동 시간보가 운동 강도에 의존한다고 보고[17],[22]하였는데, # 25%, 50%, 75%에서 60분간으로 비례하였다. 또한 고강도(# 80%) 운동과 저강도(# 40%) 운동을 비교한 연구에서 고강도 운동집단에서만 운동직후 NK cell수의 증가를 보고하였고, Nieman 등(1993)은 # 80%에서 트레드밀 달리기 운동이 # 50%에서 운동한 것보다 더 큰 NK cell 수 증가를 보고[25]하였다.
피험자는 본 실험 전 12시간 동안 공복상태로 유지하였으며, 각 운동 강도별 실험은 2주간의 간격을 두도록 하였다. 각 운동 강도별 실험 순서를 결정하기 위해 피험자 8명을 임의의 조(A, B)로 나누고 2가지의 에너지소비량 별 실험에 무선할당 배정하고 2차례의 운동 강도별 실험을 실시하였다.
따라서 운동 강도와 에너지소비량에 따른 면역세포(T cell, B cell, NK cell)의 변화를 보기위해 반복측정설계(repeated measure design)로 실험을 설계하고, 운동간 생리적 반응에 미치는 영향을 고려하여 검사기간 중에 모든 피험자들의 규칙적인 식생활과 일상생활이 되도록 독려하였다.
또한 300kcal와 600kcal에 해당하는 운동시간을 개인별로 산출한 후, 운동 강도(속도, 경사도, #)에 따라 300kcal와 이후 600kcal을 소모할 때까지 트레드밀에서 유산소성 운동을 실시, 운동 전 안정 시와 운동 중 300kcal를 소모되는 시점, 운동 직후 인 600kcal를 소모되는 시점에서 전완주정맥에서 채혈 하였으며, 각 실험은 2주일의 간격을 두어 이전 실험의 효과를 배제토록 하였다.
사전검사에서 측정된 #를 토대로 각각 50%, 70%에 해당되는 산소섭취량(ml/min/kg)과 경사도 및 속도를 산출하고, 산소섭취량은 순간 호흡의 불균형 값을 배제하기 위해 20초 단위로 필터링하여 평균을 산출하여 적용하였으며, 필터링 내 산소섭취량(ml/min/kg)의 METs 및 칼로리 소비량을 대입 하여, 전체 300kcal와 600kcal가 소모되는 운동시간을 산출하였다. ACSM(2000)의 metabolic equation은 [Table 2]와 같고, 운동 강도별 피험자들의 운동 요소는 [Table 3]과 같다.
실험 1시간 전에 실험실에 도착하여 안정 시 혈액을 채취하고, 트레드밀에서 3분간 준비운동 후, 주어진 운동 강도에 해당 하는 경사도와 속도로 맞추어 본 운동을 실시하였다.
운동 강도는 ACSM(2000)에서 제시한 유산소성 운동프로그램을 기준으로 중강도 수준인 # 50%와 고강도 수준인 # 70%로 운동 강도를 설정하였다.
운동시작과 동시에 운동검사 중 피험자의 상태를 주관적 자료인 운동자각도(PRE scale)와 객관적인 자료인 심박수, 산소 섭취량, 호흡교환율 등을 이용하여 계속 관찰하였다.
최대운동 상태의 도달 여부 결정은 수의적 피로에 도달하여 운동 강도가 증가하였음에도 불구하고 더 이상 심박수의 증가가 발견되지 않거나 산소섭취량이 일정 상태를 유지하는 경우 (혹은, 150ml/min 만큼 산소섭취량이 증가되지 않는 경우), 호흡교환율이 1.15 이상, 운동자각도 17(6～20 척도)인 경우로 하였으며, 이 수준에 도달했을 때 운동을 중단하도록 하였다. 이러한 기준은 지속적인 점증운동검사중에 고원(plateau)상태가 일관성 없게 나타나고, 여러 가지 정의와 운동 중 데이터를 얻는 방법에 의해 혼동되기 때문이다[18].
피험자 8명을 대상으로 사전검사는 최대운동부하검사로 피험자의 공복상태와 검사일정 및 하루 분석 가능한 최대 sample 을 고려하여 1주차에 3～4명씩 측정하였다.
피험자들은 실험 12시간 전에 식사를 한 후 계획된 순서에 따라 실험 1시간 전에 검사 동의서 작성 및 신장과 체구성 성분을 측정하였다. 피험자는 20여 분간 충분한 스트레칭과 최대 운동부하검사 전 3분간 Warm-up과 Cool-down을 트레드밀에서 1.5mph의 속도와 0%의 경사도의 걷기 운동을 실시하였으며, 피험자가 최대로 운동을 할 수 있도록 격려한 후, Bruce Protocol을 이용하여 최대 운동부하검사를 실시하였다.
피험자는 본 실험 전 12시간 동안 공복상태로 유지하였으며, 각 운동 강도별 실험은 2주간의 간격을 두도록 하였다. 각 운동 강도별 실험 순서를 결정하기 위해 피험자 8명을 임의의 조(A, B)로 나누고 2가지의 에너지소비량 별 실험에 무선할당 배정하고 2차례의 운동 강도별 실험을 실시하였다.
피험자들은 검사 48시간 전부터 음주, 격심한 운동을 제한하였고, 실험 전 12시간은 공복인 상태로 운동 전․중(300kcal)·직후(600kcal)에 전완주정맥에서 1회에 약 15ml씩 채취하여 EDTA(ethylenediaminetetraacetic acid)가 처리된 vacutainer 에 담았고, 채혈 직후 원심 분리하여, 얼음으로 채워진 용기에 보관․운반하여 각 키트별 T cell(CD3), B cell(CD19), NK cell(CD16+CD56)로 flow cytometry를 통해 즉시 분석, 각 세포의 분석 값은 백분율(%)로 표시하였다.
피험자들은 실험 12시간 전에 식사를 한 후 계획된 순서에 따라 실험 1시간 전에 검사 동의서 작성 및 신장과 체구성 성분을 측정하였다. 피험자는 20여 분간 충분한 스트레칭과 최대 운동부하검사 전 3분간 Warm-up과 Cool-down을 트레드밀에서 1.
대상 데이터
본 연구의 대상은 건강하고 의학적으로 특별한 질환이 없는 S시 소재 H대학교 남자학생 8명으로 선정, 피험자들은 연구목적 및 취지를 충분히 이해할 수 있으며 트레드밀 운동에 익숙하고, 본 실험에서 제시되는 운동을 끝까지 수행할 수 있는 신체능력을 갖춘 자로 운동 강도와 에너지소비량에 따른 측정 변인들에 영향을 주는 기타 약품을 실시 3개월 전부터 복용한 경험이 없는 자로 실험 동의서에 서명을 받고 선정하였으며, 이들의 신체적 특성은 [Table 1]과 같다.
데이터처리
본 연구의 자료 분석은 SPSS Ver. 12.0 프로그램을 이용, 모든 자료는 평균(M)과 표준편차(MD)를 산출하였으며, 각 측정 변인간의 차이 검증은 two-way ANOVA with repeated measure를 적용하였다. 유의한 차에 대한 사후검증은 Turkey HSD(honestly significant difference) 방법을 사용하였다.
이론/모형
0 프로그램을 이용, 모든 자료는 평균(M)과 표준편차(MD)를 산출하였으며, 각 측정 변인간의 차이 검증은 two-way ANOVA with repeated measure를 적용하였다. 유의한 차에 대한 사후검증은 Turkey HSD(honestly significant difference) 방법을 사용하였다. 모든 통계치의 유의수준은 p＜.
성능/효과
1.1 유산소운동에 따른 T cell의 변화는 림프구 전체에서 T 림프구가 차지하는 상대적 비율이 운동 강도에서는 유의한 차이가 없었고, 에너지소비량(p＜.01), 상호작용(p ＜.05)효과에서 통계적으로 유의한 것으로 나타났다.
1.2 유산소운동에 따른 B cell의 변화는 림프구 전체에서 B 림프구가 차지하는 상대적 비율이 운동 강도와 상호작용에서는 유의한 차이가 없었고, 에너지소비량(p＜.01)에서 통계적으로 유의한 것으로 나타났다.
1.3 유산소운동에 따른 NK cell의 변화는 림프구 전체에서 NK cell이 차지하는 상대적 비율이 운동 강도에서는 유의한 차이가 없었고, 에너지소비량(p＜.001), 상호작용(p ＜.05)효과에서 통계적으로 유의한 것으로 나타났다.
[Table 5]에서 보는 바와 같이 two-way ANOVA with repeated measure를 실시한 결과는 운동에 의한 T 림프구의 변화는 림프구 전체에서 T 림프구가 차지하는 상대적 비율이 운동 강도에서는 유의한 차이가 없었고, 에너지소비량(p＜.01), 상호작용(p＜.05)효과에서 통계적으로 유의한 것으로 나타났다.
[Table 7]에서 보는 바와 같이 two-way ANOVA with repeated measure를 실시한 결과는 운동에 의한 B 림프구의 변화는 림프구 전체에서 B 림프구가 차지하는 상대적 비율이 운동 강도와 상호작용에서는 유의한 차이가 없었고, 에너지소비량(p＜.01)에서 통계적으로 유의한 것으로 나타났다.
[Table 8]은 운동 강도가 에너지소비량에 따른 NK cell의 변화를 평균 및 표준편차를 분석한 결과로 운동 강도 # 50%는 에너지소비량에 따라 운동 전보다 300kcal에서 증가하 였고, 600kcal에서는 300kcal보다 다소 감소하였으며, # 70%에서는 운동 전보다 에너지소비량이 많을수록 증가하였다.
본 연구의 결과에 의하면 운동 시작 후 에너지소비량 600kcal 에너지를 소모할 때까지 B cell이 감소를 보인 것은 앞서 T cell에서 언급했듯이, 운동 후 면역 억제의 가능성을 제기할 수 있으며, 특히 [Fig. 2]에서 볼 수 있듯이 운동 강도에 따라 # 70%의 고강도 운동에서 이 비율의 감소폭이 더 큰 것은 운동 강도와 에너지소비량이 클수록 면역성이 떨어지지만, 감소 비율의 폭이 크지 않기 때문으로 사료된다.
본 연구의 결과에 의하면 운동 시작 후 에너지소비량 600kcal 에너지를 소모할 때까지 T cell이 감소를 보인 것은 운동 후 면역 억제의 가능성을 제기할 수 있으며, 특히 [Fig. 2]에서 볼 수 있듯이 운동 강도에 따라 # 70%의 고강도 운동에서 비율의 감소폭이 더 큰 것은 운동 강도와 에너지소비량이 클수록 면역성이 떨어지고, 이에 따른 면역 억제 유발 및 방지할 수 있는 운동 강도가 존재함을 시사한다.
이상의 결과들은 본 연구의 결과와 일치하는 것으로서, 본 연구의 # 70%의 그룹에서 운동전, 300kcal 보다 600kcal(p＜.05)에서 유의하게 증가를 보였다. 이는 본 연구의 채택한 운동 강도와 다양한 에너지소비량의 차이를 검증하였기 때문으로 사료된다.
한편, 사후검증 결과 에너지소비량에서 # 70%의 운동 강도가 안정 시 보다 600kcal에서 더 높게 나타났다.
후속연구
물론, 각각의 면역세포 증감이 여러 환경적 요인과 연구대상의 차이에 제한을 받을 수 있지만 이를 일반화하기 위해 향후 연구에서 면역기능의 기전을 명확히 규명하기 위해 분자생물학적 분석기법의 도입과 함께 좀 더 다양한 운동 강도 및 에너지소비량의 설정을 통해 운동 방법론적 연구 및 다각적으로 접근 가능한 중․장기적인 연구와 건강분야의 임상적 지식을 넓힐 필요가 있다고 사료된다.
본 연구에서는 건강한 남자 대학생을 대상으로 엘리트 선수들뿐만 아니라 일반인들도 널리 이용하는 트레드밀 달리기 운동을 선택하였고, 운동 강도와 에너지소비량을 차별화 하여 피험자마다 다른 운동 강도와 에너지소비량을 설정 하여 인체 면역기능의 활성화와 이에 따른 개인별 적정 운동강도 및 에너지소비량의 역치점을 찾고자 하였다. 추후 연구에서는 면역세포에 영향을 미치는 다양한 인자들을 상호 통제하여 다양한 운동 형태 별로 최적의 운동 기준을 제시할 수 있는 연구와 본 연구에서 실험하지 못한 면역세포 및 기능(T helper cell, T suppressor cell, T cytotoxic cell 및 각 림프구 증식반응) 및 NK cell의 독성작용(NKCA)에 대한 다양하고 세분화된 효과 및 면역세포와 내분비계의 관련 변인들의 상호작용을 분자생물학적 접근을 통하여 그 기전을 검증할 지속적 실험 연구가 있어야 할 것으로 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
운동과 면역력에 대한 선행연구들 중 림프구 증식 반응에 관한 연구는 어떠한 결과를 보였는가?
운동과 면역력과의 선행연구들 중 운동에 따른 림프구 증식 반응에 관한 연구에서는, 운동 중, 운동 후의 T 림프구 증식 반응이 대체로 감소하는 것으로 알려져 있으나, 반응의 크기나 기간은 다양하게 나타났다. T림프구 증식 반응이 반복적인 #O2max 100% 전후의 운동 강도로 60초 동안 스프린트 달리기 운동을 실시한 결과 운동 직후 30～60% 유의한 감소를 보였다는 연구[10], [11], [12]가 있었고, 45분 동안 #O2max 75～80% 달리기 운동을 한 결과, 운동 직후와 회복기 150분까지 유의한 감소를 보였다는 연구[13] 등이 있다.
인체 면역세포의 긍정적 변화를 유도하기 위한 운동의 적절한 강도 설정이 무엇보다 중요한 이유는 무엇인가?
이처럼, 면역기능에 대한 운동 효과를 규명하려는 시도들이 사용되어진 실험 프로토콜에 따라 다소 혼란스러운 결과를 내기도 했는데, 이것은 운동 강도, 기간, 형태를 다양한 수준의 체력과 트레이닝 경험을 가진 피험자들을 대상으로 적용하였기 때문이다. 따라서 인체 면역세포의 긍정적 변화를 유도하기 위한 운동의 적절한 강도 설정이 무엇보다 중요하다.
면역력에 영향을 주는 요인들은 무엇이 있는가?
건강한 생활을 영위하기 위해서는 면역력을 구축하는 것이 중요한데 반하여, 일반적으로 연령이 증가함에 따라서 면역력이 감소하는 것으로 보고되고 있어, 건강한 시기에서부터 면역력의 관리가 더욱 중요하게 여겨진다[1]. 이러한 면역력에 영향을 주는 요인들로는 질병[2], 다양한 종류의 스트레스[3], 연령의 증가[4], 영양결핍[5], 비만[6], 고지혈증[7], 선천성 혹은 후천성 장애[8] 및 운동[9] 등이 있다. 이 중 대부분의 요인들이 면역력을 감소시키는 요인인 반면, 운동은 수행하는 운동의 형태, 강도, 빈도, 시간, 운동경험 및 운동 후 관리법 등에 따라서 면역력에 긍정적 혹은 부정적 영향을 주게 된다.
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