Effects of Circuit Training on Health-Related Fitness and IGF-1 in Elderly Patients with Metabolic Disease

서킷트레이닝이 노인 대사질환자의 노인건강관련체력과 대사관련질환 변인 및 IGF-1에 미치는 영향

Abstract

Purpose : The purpose of this study was to identify variables related to metabolic syndrome and to examine the positive physiological and functional effects of a short-term circuit training program in elderly individuals diagnosed with metabolic diseases Methods : Participants engaged in a structured circuit training program consisting of 40-minute circulation-based exercise sessions, performed twice per week over a 4-week period. The training protocol included alternating resistance and aerobic components designed to improve mmetabolic efficiency. All participants were older adults with clinically confirmed metabolic disorders. Preand post-intervention measurements were obtained for body composition, blood pressure, grip strength, and blood lipid profiles, including HDL-C. Results : The changes in body composition observed after a 4-week circuit training program in older adults with metabolic disorders showed no statistically significant interaction effects between time and group across all variables (p>.05). Regarding grip strength and health-related fitness, a significant increase in grip strength was observed in the exercise group after the 4-week program (p<.05). For metabolic syndrome-related variables, interaction effects between group and time were identified in systolic blood pressure and waist circumference, with post-hoc analysis confirming significant reductions in the exercise group. Furthermore, main effects were found in diastolic blood pressure and HDL-C; compared to the control group, the exercise group demonstrated significantly lower diastolic blood pressure (p<.05) and significantly higher HDL-C levels (p<.05). Conclusion : In conclusion, the 4-week circuit training program yielded beneficial outcomes on multiple metabolic and cardiovascular parameters, including improvements in grip strength, reductions in both systolic and diastolic blood pressure, increased HDL-C, and decreased waist circumference. These findings suggest that circuit training can serve as an effective, low-cost, and practical intervention strategy for managing and improving metabolic syndrome risk factors in older adults with metabolic disorders.

Ⅰ. 서론

우리나라에서는 출산율 감소와 기대수명 증가로 인해 인구 고령화가 빠르게 진행되고 있으며, 2030년에는 전체 인구의 24.1 %가 65세 이상 노인일 것으로 전망된다(Statistics Korea, 2022).

인구 고령화와 더불어 노인의 당뇨병 유병률 또한 증가하고 있다. 대한당뇨병학회 발표에 따르면, 202년 기준 당뇨병 전단계 인구는 약 1,497만 명으로 30세 이상 성인의 44 %에 해당하며, 65세 이상 노인의 경우 50 %에 이른다. 이는 이상지질혈증 및 복부비만의 증가와 관련이 있는 것으로 나타났다(Zamboni 등, 2003).

노화에 따른 체성분 변화는 체중 변화와 무관하게 발생하며, 지방량은 증가하는 반면 근육량 및 제지방량은 감소한다. 축적된 지방은 근육과 간 등 다양한 조직에 침착되며(Cree 등, 2004; Goodpaster 등, 2001), 이로 인해 염증성 사이토카인이 증가하여 단백질 대사가 억제되고 인슐린 저항성이 유발될 수 있다(Roubenoff, 2000; Zamboni 등, 2003). 이러한 변화는 신체기능 저하, 부상, 사망률 증가로 이어지므로 이를 예방·관리하기 위한 전략이 필요하다.

대사성 질환의 예방 및 치료에 있어 가장 효과적인 방법은 운동으로 알려져 있으며, 운동은 체지방을 감소시키고 근육량과 근력을 증진시키는 효과가 있다(Kryger & Andersen, 2007). 특히 서킷트레이닝은 유산소운동과 저항운동을 결합한 순환형태의 운동으로 두 가지 운동의 장점을 동시에 활용할 수 있으며(Figueroa 등, 2011), 체력 향상, 신체구성 개선, 대사증후군 완화에 긍정적인 영향을 미친다(Romero-Arenas 등, 2013). 또한 체중 감소 및 인슐린 저항성 개선(Stojanovska 등, 2014), 대사증후군 개선 효과(Grindler & Santoro, 2015) 등이 보고되어 관련 연구가 활발히 이루어지고 있으나 대사질환을 가지고 있는 노인을 대상으로 한 연구는 부족한 실정이다.

인슐린유사 성장인자-1(IGF-1, Insulin-like Growth Factor-1)은 성장호르몬(Growth Hormone; GH)이 뇌하수체 앞엽에서 분비된 후 간과 말초조직에서 생성되는 펩타이드 호르몬으로, 단백질 합성과 세포 성장, 분화를 촉진하는 중요한 역할을 한다. 규칙적인 유산소 및 저항성 운동은 GH–IGF-1 축을 활성화하여 혈중 IGF-1 농도를 증가시키고, 근단백 합성률을 높여 근육량 유지와 신체기능 향상, 대사증후군 위험인자 개선에 긍정적인 영향을 미친다.

따라서 본 연구에서 대사질환을 가지고 있는 65세 이상 노인을 대상으로 서킷트레이닝을 4주 처치하여 대사질환관련 변인의 개선효과를 검증하고 대사질환을 예방하고 개선하는 것에 도움이 되고자 시도되었다.

Ⅱ. 연구방법

1. 연구 대상

대사질환 중 1가지 이상에 해당하는 65세 이상 노인을 대상으로 실험 목적, 내용, 절차, 프로그램 진행절차, 채혈을 포함한 측정절차에 대해 충분히 설명하고 연구참여에 동의한 사람들을 대상으로 20명을 선정하였다.

대상자 수는 G*Power 3.1.9.7을 이용하여 이원변량반복분석(two-way repeated measures ANOVA)에 필요한 유의 수준(α)= .05, 중간정도의 효과크기= 0.25, 검정력(1-2종 오류[β])= 0.85로 차이분석을 실시할 때 본 연구에서는 18명이 필요하여, 탈락률(약 20 %)을 고려하여 약 20명을 선정하였고(Table 1), exercise group(EG= 10명), control group(CG= 10명)으로 무작위 배정하여 실험을 진행하였다. 본 연구는 K대학교 연구윤리위원회의 승인(1040460-A-2024-014)을 받은 후 진행하였다.

Table 1. Physical characteristics and baseline of study subjects

values are the means±SD, EG; exercise group, CG; control group

2. 측정 항목 및 방법

1) 신체조성 및 신체둘레(body composition and circumference)

체성분 분석기(InBody 720, Bio space Co, Korea)를 사용하여 체성분 검사를 위해 Heyward와 Gibson(2014)의 권고안에 근거하여 측정 4시간 전에 음식섭취와 12시간 전에는 운동을 금하도록 하였고, 프로그램 사전, 사후 총 2회로 측정하였으며 측정항목은 체중, 체지방률, 근육량, 내장지방이다.

신체둘레는 인체 측정용 줄자를 사용하여 허리둘레와 엉덩이둘레를 측정하였다. 허리둘레는 편안한 자세로 서고 평상시 호흡을 들이마시고 다 내뱉은 후 갈비뼈의 최하단부 뼈와 엉덩뼈능선 사이의 들어간 부분의 둘레를 측정하였다. 엉덩이둘레는 선 자세에서 줄자는 두덩뼈 위를 지나 엉덩이의 가장 돌출한 부위를 측정하였다.

2) 노인건강관련체력(short physical performance battery; SPPB)

본연구에서 노인건강관련체력은 노인신체력검사(short physical performance battery; SPPB)를 적용하였으며 노인신체력검사(SPPB)의 측정 방법은 Guralnik 등(2000)이 제시한 방법을 근거로 균형검사(standing balance)는 일반자세(side-by side stance), 반 일렬 자세(semi tandem stance), 일렬 자세(tandem stance)의 세 가지 항목으로 구분하여 각각의 자세를 순서대로 검사하였다.

일반자세와 반 일렬자세를 유지할 수 없으면 0점, 10초 이상을 유지할 수 있으면 1점을 부여하였으며 일렬자세는 3초 이상을 유지하면 1점, 10초를 넘게 유지하면 2점을 부여하였으며, 균형검사의 만점은 4점을 적용하였다. 보행속도(gait speed) 검사는 대상자가 4 m 거리를 걸어오는 데 걸리는 시간을 측정하였다. 평소의 속도로 걷도록 지시하였으며, 수행하지 못하였을 경우 0점, 8.70초 이상은 1점, 6.21~8.69초 2점, 4.82~6.20초 3점, 4.82초 미만인 경우는 4점을 적용하였다. 의자에서 일어서기(repeated chair stands) 검사는 대상자가 팔을 가슴 앞에 교차하여 의자에 앉은 상태로 5회 일어서고 앉기를 반복하는 데 걸리는 시간으로 측정하였다. 60초 이내에 검사를 마치지 못하였을 경우 0점, 16.70초 이상인 경우 1점, 13.70~16.69초 2점, 11.20~13.69초 3점, 11.19초 이하인 경우 4점을 적용하였다. SPPB 총점은 균형검사, 보행속도 검사, 의자에서 일어서기의 검사 후 점수를 부여하고 항목별 점수를 합친 값으로 평가하였다.

3) 악력(hand grip strength)

악력은 악력계(Takei Scientific Instruments, Japan)를 이용하여 둘째 손가락의 제2 관절이 직각이 되도록 폭을 조절하여 직립자세에서 오른팔을 2회씩 실시하여 최대값을 ㎏ 단위로 측정하였다. 2회 측정치 중 가장 높은 수치를 참고로 하였다.

4) 채혈 및 혈중지질(blood lipids)

채혈은 전날 오후 8시 이후부터 공복을 유지하도록 하여, 그다음 날 오전 7~8시에 간호사가 혈액을 채취하였다. 사전, 사후 총 2회를 주정맥에서 약 3 ㎖를 채혈하였다(Kim 등, 2022). 혈중지질인 TG(triglyceride), HDL-C(high density lipo-protein cholesterol)의 분석은 자동생화학분석기(BioSystems Co., Spain)를 이용하였고, IGF-1 은 효소면역분석기를 이용하여 분석하였으며 모든 분석은 녹십자에 의뢰하였다.

5) 혈압(blood pressure)

혈압 측정은 안정을 취한 후, 자동혈압계(EASY X 800, Jawon Medical, Korea)를 이용하여 왼팔에서 수축기 혈압(systolic blood pressure; SBP)과 이완기혈압(diastolic blood pressure; DBP)을 각각 2회씩 측정하여 평균값을 기록하였다.

6) 인슐린 저항성(homeostasis model of assessment for insulin resistance; HOMA-IR)

공복혈당은 enzymatic assay로 GLU Kit(Roche, Mannheim, Germany)와 Modular Analytics(E 170, Roche, Mannheim, Germany)를 이용하여 분석하였다. 공복 인슐린(fasting plasma insulin: FPI)은 electrochemiluinescence immunoassay로 insulin kit (Roche, Mannheim, Germany)를 이용하여 분석하였고, HOMA-IR은 Matthews et al.(1985)이 제시한 공식으로 산출하였다. HOMA-IR= [fasting insulin(nU/mL) × fasting glucose(mg/dl)]/405 Multiskan Go(Thermo. Co. USA)를 사용하여 계산하였다.

4. 처치방법

1) 운동처치

EG 집단의 대상자는 4주간 순환운동을 주 2회, 회당 40분씩(준비운동 5분, 본운동 30분 정리운동 5분) 실시하였다. 이 연구의 운동프로그램은 Rasmussen 등(2004)과 Kim 등(2014)의 운동프로그램을 이 연구의 목적에 맞게 수정·보완하여 구성하였으며, 점핑잭, 스쿼트, 제자리 뛰기, 푸시업, 버피, 런지, 마운틴 클라이밍, 그리고 플랭크를 수행하게 하였다. 운동강도는 운동자각도 RPE (rating of perceived exertion)를 적용하였으며 중강도(다소 힘듦)에 해당하는 RPE 12~13 수준을 유지하도록 하였다. 운동 전문가가 PT 형태로 운동을 지도하였다.

5. 자료 처리 및 분석

본 연구를 통해 수집된 자료의 통계적 분석은 SPSS version 24.0(IBM SPSS Statistics for Windows, IBM Corp, USA)을 사용하여 분석하였다. 모든 자료는 평균과 표준편차로 표기하였다.

집단간 시기간의 변화와 상호작용을 검증하기 위하여 이원변량반복분석(two-way repeated measures ANOVA)을 실시하였다. 모든 자료의 통계적 유의 수준은 .05로 설정하였다.

Ⅲ. 결과

1. 신체조성의 변화

대사질환 노인에게 4주간 서킷트레이닝을 실시한 후 나타난 신체조성의 변화는 Table 2와 같다. 시기와 집단의 상호작용분석 결과 신체구성의 모든 항목에서 통계적 유의차는 나타나지 않았다(p>.05).

Table 2. Circuit training program

Table 2. Changes in body composition

values are the means±SD, EG; exercise group, CG; control group, A; time, B; group, A×B; time×group

2. 노인건강 관련체력 및 악력의 변화

대사질환 노인에게 4주간 서킷트레이닝을 실시한 후 나타난 노인건강 관련체력의 변화는 Table 3과 같다. 악력에서 4주 프로그램 진행 후 운동군에서 유의하게 증가하였다(p<.05).

Table 3. Changes in grip strength and geriatric physical function test (SPPB)

values are the means±SD, EG; exercise group, CG; control group, A; time, B; group, A×B; time×group

3. 대사증후군 관련변인 및 인슐린 저항성의 변화

대사질환 노인에게 4주간 서킷트레이닝을 실시한 후 나타난 대사증후군 관련 변인 및 IGF-1의 변화는 Table 4와 같다. 수축기혈압, 허리둘레에서 상호작용효과가 나타나 사후분석한 결과 4주 프로그램 진행 후 운동군에서 감소하였다. 이완기혈압, HDL-C에서 집단과 시기의 주 효과가 나타나 분석한 결과 이완기혈압은 4주 프로그램 진행 후 대조군에 비해 실험군이 유의하게 감소하였고 HDL-C은 실험군이 유의하게 증가하였다(p<.05).

Table 4. Changes in metabolic disease-related variable and IGF-1

values are the means±SD, EG; exercise group, CG; control group, A; time, B; group, A×B; time×group

Ⅳ. 고찰

서킷트레이닝은 유산소운동과 저항성운동을 동시에 실시하는 운동으로 체중감소와 인슐린저항성 개선효과(Stojanovska 등, 2014) 및 대사증후군 개선효과(Grindler & Santoro, 2015)가 있는 것으로 보고되고 있다.

노인 대사질환자를 대상으로 서킷트레이닝을 40분씩, 주 2회, 4주 실시한 후 대상자의 신체구성, 노인건강 관련체력, 대사증후군 관련 변인 및 IGF-1의 변화를 파악하고자 실시한 본 연구의 주요 논의는 다음과 같다.

신체구성의 변화에서는 모든 항목에서 집단 및 시기 간 유의한 차이가 나타나지 않았다. 이는 운동을 통해 근육량 증가가 관찰되더라도 체중이 감소할 경우 제지방량의 유의한 변화가 나타나지 않을 수 있다는 Vink 등(2016)의 결과와 일치한다. 또한 체중을 활용한 서킷트레이닝은 전형적인 저항성 운동에 비해 근육에 가해지는 부하가 상대적으로 적어, 근육량 자체의 증가는 제한적일 수 있다는 Romero-Arenas 등(2013)의 보고와도 관련성이 있다.

노화는 뼈대근량 감소 및 이로 인한 근력과 신체수행력 저하를 초래한다. 본 연구에서는 악력과 노인건강 관련체력(SPPB)을 측정한 결과, 악력은 실험군에서 유의하게 증가하였으나(p<.05), SPPB는 집단 간 차이가 나타나지 않았다. 악력의 개선은 서킷트레이닝이 전신 근육의 신경자극과 빠른 수축을 유도하여 자세 제어능력, 균형감각, 다리 근기능을 향상시킨 결과로 해석된다(Zhuang 등, 2014). 또한 SPPB의 증가 경향은 서킷트레이닝 동작이 신체 균형 및 근기능을 자극하여 노인건강 관련체력 향상에 기여했음을 시사한다.

대사증후군 관련 변인에서는 혈압과 허리둘레에서 긍정적인 변화가 확인되었다. 4주간의 중재 후, 실험군은 대조군에 비해 수축기·이완기 혈압이 유의하게 감소하였으며(p<.05), 이는 유산소와 저항운동 병행이 동맥경직도를 개선한다는 Figueroa 등(2011)의 보고와 일치한다. 또한 허리둘레에서 운동군의 유의한 감소가 관찰되었는데(p<.05), 이는 서킷트레이닝이 근육량 증가와 지방 산화를 촉진하여 체지방 및 허리둘레 감소를 유도한다는 Stojanovska 등(2014) 및 Kim 등(2014)의 연구와 유사하다. 이러한 결과는 규칙적인 서킷트레이닝이 대사질환 고위험군 노인의 신체구성과 대사증후군 위험인자 개선에 효과적임을 시사한다.

인슐린 및 인슐린 저항성 지표에서는 집단 간 뚜렷한 유의차가 나타나지 않았으나, 운동군에서 개선 경향을 보였다. 이는 실험기간이 4주로 짧아 통계적으로 유의한 차이를 도출하지 못한 것으로 판단된다. 그러나 선행연구에 따르면 규칙적인 운동은 인슐린 민감도를 향상시켜 저항성을 완화하며(Ha & Son, 2018), 뼈대근육 내 미토콘드리아 기능을 강화하여 당 대사에 긍정적 효과를 미친다(Kim 등, 2014; Sultani 등, 2017). 따라서 장기간 중재가 이루어진다면 인슐린 관련 지표에서 보다 유의한 효과가 확인될 것으로 사료된다.

노인의 경우 정상적인 노화에도 체지방이 점진적으로 증가하고 있으며 비만은 심각한 질환을 일으킬 수 있는 원인으로 고혈압, 당뇨병, 고지혈증, 그리고 대사증후군 등의 대사질환을 유발하여 결국 심혈관질환을 일으켜 사망에까지 이르게 하는 치명적인 위험(Williams 등, 2016)을 초래한다.

인슐린유사 성장인자 1(IGF-1, Insulin like growth factor 1)은 성장호르몬이 뇌하수체에서 분비되면 간이나 다른 표적조직에서 IGF-1이 생성된다. 이러한 IGF-1은 소아성장 및 성인 신체유지 효과가 있으며 체지방을 감소시키고, 근육, 신경세포를 재생시키는 역할을 한다. 대사질환 노인 대상 4주 서킷프로그램 참여에 따른 IGF-1의 변화를 분석한 본 연구에서 상호작용 효과 및 주효과가 나타나지 않았다(p>.05). 이는 근지구력 운동을 12주간 적용했을 때 근감소성 비만 노인의 IGF-1이 유의하게 증가했다는 Zajac 등(2014)의 연구와 상반된다. 이러한 결과는 본 연구의 운동 기간이 짧아 IGF-1 수준의 변화를 유도하기에는 충분하지 않았을 가능성이 크며, 장기적 개입을 통해 효과를 검증할 필요가 있다.

종합하면, 4주간의 서킷트레이닝은 신체구성 변화에는 제한적인 영향을 미쳤으나, 악력 향상, 혈압 및 허리둘레 감소, 혈중지질 개선 등 대사질환 관련 변인 개선에 긍정적 효과를 나타냈다. 특히 인슐린 저항성과 IGF-1은 통계적으로 유의하지 않았으나 개선 경향을 보여, 추후 장기간 연구를 통해 그 효과를 규명할 필요가 있다.

Ⅴ. 결론

노인 대사질환자를 대상으로 서킷트레이닝을 40분씩, 주 2회, 4주 실시한 후 대상자의 대사증후군 관련 변인의 긍정적 효과를 파악하고자 실시한 본 연구에서 대사질환 관련 변인에 긍정적인 영향을 미친다는 것을 관련한 항목 분석을 통하여 입증하였다. 결론은 다음과 같다.

대사질환 노인에게 4주간 서킷트레이닝을 실시한 후 나타난 신체조성의 변화는 시기와 집단의 상호작용분석 결과 신체구성의 모든 항목에서 통계적 유의차는 나타나지 않았다(p>.05).

악력 및 노인건강 관련체력의 변화는 4주 프로그램 진행 후 악력에서 운동군에서 유의하게 증가하였다(p<.05).

대사증후군 관련 변인에서는 수축기혈압과 허리둘레에서 집단과 시기의 상호작용 효과가 나타났으며, 사후 분석 결과 실험군에서 유의한 감소가 확인되었다. 또한 이완기혈압과 HDL-C에서는 주효과가 나타났으며, 실험군은 대조군에 비해 이완기혈압이 유의하게 낮아지고(p<.05), HDL-C는 유의하게 증가하였다(p<.05).

이상의 결과를 종합하면, 4주간의 서킷트레이닝은 신체조성에는 뚜렷한 변화를 유도하지 못했으나, 악력 향상, 혈압 개선, HDL-C 증가, 허리둘레 감소 등 대사질환 관련 변인에 긍정적 효과를 나타냈다. 따라서 서킷트레이닝은 노인 대사질환자의 대사증후군 위험인자 개선에 효과적인 중재 전략으로 활용될 수 있을 것으로 사료된다.