Effects of 4-week Circuit Training on Physical Strength and Growth Hormone in Middle-aged Adults with Sarcopenia

4주 서킷 트레이닝이 근감소증 중년성인의 체력 및 성장호르몬에 미치는 영향

Abstract

Purpose : This study aims to investigate the effects of four weeks of circuit training on physical strength and growth hormone levels in middle-aged adults experiencing sarcopenia, suggesting effective exercise plans for the management of sarcopenia patients, and providing basic data for the development of effective exercise programs for the prevention and treatment of sarcopenia. Methods : This study was conducted on middle-aged adults with sarcopenia living in Y-si, Gyeongsangnam-do, Korea, and when diagnosing and evaluating whether sarcopenia falls under the EWGSOP2 evaluation criteria, all were applicable, and the experiment was conducted by dividing into an experimental group (EG, Exercis Group, 9 people) and a control group (CG, Control Group, 10 people) through random allocation. Results : First, As a result of body composition analysis, there were no changes in body composition. Second, As a result of the physical strength analysis, the interaction effect occurred in all items of flexibility (p<.01), muscle strength (p<.001), and muscle endurance (p<.01). As a result of the post-analysis, flexibility increased significantly in both EG (p<.01) and CG (p<.05) in the changes within the group, and EG significantly increased in muscle strength (p<.001) and muscle endurance (p<.05). Third, As a result of the analysis of GH, the interaction effect occurred (p<.01), and as a result of the post-analysis, GH increased significantly in EG in the change within the group (p<.05). Conclusion : In conclusion, it is necessary to clearly analyze changes in body composition in consideration of the reset of the duration and frequency of the exercise program and the participants' basic metabolic rate, nutritional status, and exercise history in future studies, but it was confirmed that circuit training had a positive effect on the physical strength improvement and growth hormone of middle-aged adults with sarcopenia disease. This provides important implications for the future development of exercise programs for middle-aged adults with sarcopenia.

Ⅰ. 서론

근감소증(sarcopenia)은 노화, 신체 활동량 부족, 영양 섭취 불균형, 호르몬의 변화 등 다양한 원인에 따라 발생하는 근육량 및 근력의 감소와 근육 기능 손실로 정의되며(Cederholm & Morley, 2015; Kong, 2020), 노년기의 낙상(falls), 장애(disability), 부동(immobility), 사망(death) 등 다양한 부작용을 일으키는 임상적 상황이기에(Landi 등, 2012; Ling 등, 2010) 근감소증을 인지하고 예방 및 개선하는 것은 건강관리에 있어 중요하다.

근감소를 진단하는 기준으로, 과거에는 근육량 감소에 국한되었으나, 유럽근감소증연구회(EWGSOP)와 아시아 근감소증연구회(AWGS)는 악력을 포함시키며 해당 기준 EWGSOP(남성 27 kg, 여성 16 kg) AWGS(남성 26 kg, 여성 18 kg)을 제시하였다(Chen 등, 2014). 악력은 손의 힘을 측정하는 지표이자, 근감소증 질병뿐만 아니라, 장애 등 전체적인 근육 기능과 근력을 평가 진단하는 매우 중요한 변인으로써 의미를 갖는다(Hanger-Ross & Rosblad, 2002). 악력의 저하는 높은 확률로 근감소증에 해당되며, 건강 관련 삶의 질적 저하와 높은 사망과 관련성이 있다(Ibrahim 등 2016; Leong 등, 2015).

성장호르몬(GH; growth hormone)은 신체 성장과 대사 조절에 중요한 역할을 하며, 근육량 증가 및 지방 대사에 기여한다. GH 분비는 사춘기에 정점을 이루었다가 20대부터 감소하기 시작하여 10년당 약 14 %씩 감소하고, 연령이 50세 이상이 되면 GH 분비가 검출되지 않을 정도로 미미하며, 60세 이상에서는 GH 결핍증 환자와 구분하기 어려울 정도로 분비가 감소한다(Lee, 2005). GH의 수치가 낮거나 결핍되었을 시, 정상인에 비하여 심혈관계 유병률이 2배 이상 증가하며 신체조성, 인슐린 등의 변화에 많은 영향을 받는다(Rasmussen, 2010).

운동은 성장호르몬 방출호르몬(GHRH: growth hormone releasing hormone)의 분비를 촉진하고, GHRH는 뇌하수체 전엽에서 GH 분비를 유도하는 중요한 역할을 하며, 이는 근세포의 성장과 발달을 촉진하는데 기여한다.

운동을 통해 유발되는 생리적 스트레스는 GH의 방출을 더욱 증가시키며, 이 과정은 근세포 내 단백질 합성 및 근력 향상에 영향을 미치고, GH의 분비량 빈도를 증가시켜 근육의 적응 반응을 강화하고, 이로 인해 근육량과 힘의 증가를 이끌어낸다(Kim 등, 2001; Singh 등, 1999).

한편, 서킷 트레이닝(circuit training)은 영국의 Morgan과 Adamson에 의해 개발된 운동 방식으로서 근력과 근지구력을 향상시키기 위해 무산소적 저항운동에 유산소 요소를 결합한 훈련방법이며, 엘리트 선수뿐만 아니라 일반 성인의 체력 증진을 위한 효과적인 훈련 프로그램으로 널리 활용되고 있다(Back, 2016). 서킷 트레이닝은 본인의 체중만을 이용한 운동프로그램으로서 부상의 위험도가 적으며, 머신을 활용한 웨이트 트레이닝과 같이 관절가동범위의 제한 없이 운동을 진행할 수 있어 심부 깊은 근육까지 효과적으로 발달이 가능하며(Myers 등, 2015), 장소와 시간에 구애받지 않는 효율적인 운동방법이다. 또한, 서킷 트레이닝은 운동의 형태를 다양하게 구성하여 운동 프로그램이 다채롭게 구성될 수 있어, 운동에 대한 흥미를 유발시켜 운동참여에 긍정적 영향을 기대해 볼 수 있다(Davis 등, 2011).

여러 연구에서 서킷 트레이닝에 대한 효과성을 검증하는 연구들이 많이 진행되고 있으나(Choi & Oh, 2021; Jeong 등, 2017), 근감소증 환자를 대상으로 악력과 GH에 대한 효과성을 검증한 연구는 미비한 실정이다.

따라서, 본 연구에는 4주간의 서킷 트레이닝이 근감소증을 경험하는 중년성인의 악력 및 성장호르몬 수치에 미치는 효과를 규명하여, 근감소증 환자들의 관리를 위한 효과적인 운동 방안 제시와 근감소증 예방 및 치료에 대한 효과적인 운동 프로그램 개발을 위한 기초 자료를 제공하고자 한다.

Ⅱ. 연구방법

1. 연구 대상

본 연구는 대한민국 경상남도 Y시에 거주하는 근감소증 중년성인을 대상으로 진행하였으며, 전체 연구 대상자는 연구 내용과 목적을 이해한 뒤, 연구 참가에 동의하였다.

또한, 유럽연합 근감소증 평가위원회(European working group on sarcopenia in older people; EWGSOP)에서 2018년 제시한 EWGSOP2 평가기준(Cruz 등, 2019)에 따라 근감소증 진단평가를 실시한 결과, 모두 해당되었고 무작위 배정을 통해 실험군(Exercis Group, 9명)과 대조군(Control Group, 10명)으로 구분하여 실험을 진행하였다. 대상자들의 신체적 특성은 Table 1과 같다.

Table 1. Physical characteristics of study subjects

Values are the means±SD, EG: exercise group, CG: control group

대상자들의 근감소증 질환 여부를 판단하는 진단기준은 다음과 같다.

1) 남성: 기준값 27 kg 미만

2) 여성: 기준값 16 kg 미만

2. 측정 항목 및 방법

1) 신체조성 및 신체둘레

체성분 분석기(InBody 720, Bio space Co, Korea)를 사용하여 체성분 검사를 위해 측정 4시간 전에 음식 섭취와 12시간 전에는 운동을 금하도록 하였고, 측정 30분 전에는 화장실에서 소변을 보게 하였으며 프로그램 사전, 사후 총 2회 체중, 체지방률, 근육량을 각각 측정하였다.

2) 체력 측정

(1) 유연성(Sit-and-reach)

유연성은 앉아서 윗몸 앞으로 굽히기 측정기를 이용하여 무릎을 편 상태에서 앞으로 굽히기를 2회 실시하여 최고값을 cm 단위로 측정하였다.

(2) 근력(Hand grip strength)

근력은 악력계를 이용하여 둘째손가락의 제2 관절이 직각이 되도록 폭을 조절하여 직립자세에서 한팔 당 2회씩 실시하여 최대값을 kg 단위로 측정하였다. 양손의 2회 측정값 중 가장 높은 수치를 참고로 하였다.

(3) 근지구력(Sit-up)

근지구력은 윗몸일으키기 측정대 위에 누워서 무릎을 세우고 양손을 목 뒤로 잡고 배근육만을 이용하여 상체를 일으켜 앞으로 굽히는 동작을 30초간 시행한 후 횟수로 측정하였다.

3) 혈액 채취 및 분석

GH 분석을 위해 채혈 전날 오후 8시 이후부터 공복을 유지하도록 하여, 그 다음날 오전 7~8시에 간호사가 혈액을 채취하였다. 4주 운동 전, 운동 후 총 2회를 주정맥에서 약 5 ml를 채혈하여 Multiskan Go(Thermo, Co. USA) 효소면역분석기를 이용하여 분석하였으며 모든 분석은 녹십자센터에 의뢰하였다.

4. 서킷 트레이닝 프로그램

본 연구에서 실시한 서킷 트레이닝 프로그램은 Table 2와 같이 구성하였다. 본 운동 7가지 동작과 준비운동과 정리운동으로 구성된 프로그램을 주 2회, RPE 10~13의 강도로 40분간 진행하였다. 8~12회, 3세트를 진행하였고, 세트 종료 후 휴식시간은 30초씩 실시하였다.

Table 2. Circuit training program

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 측정항목의 평균값(M), 표준편차(SD)를 산출하여 통계 결과값을 확인하였다. 각 집단 내의 서킷 트레이닝 전·후 차이 검증은 paired t-test를 실시하였고, 집단 간의 차이 검증은 two-way repeated ANOVA 기법으로 분석하였다. 통계적 모든 유의수준은 .05로 설정하였다.

Ⅲ. 결과

1. 신체조성의 변화

근감소증 성인에게 4주간 서킷 트레이닝을 실시한 후 나타난 신체조성의 변화는 Table 3과 같다. 분석 결과 신체조성의 변화는 나타나지 않았다.

Table 3. Changes in body composition (unit: Mean±SD)

EG; exercise group, CG; control group, A; time, B; group, A×B; time×group

2. 체력의 변화

근감소증 성인에게 4주간 서킷 트레이닝을 실시한 후 나타난 체력의 변화는 Table 4와 같다. 분석 결과 유연성(p<.01), 근력(p<.001), 근지구력(p<.01) 모든 항목에서 상호작용 효과가 발생하여 사후분석을 진행한 결과 집단 내 변화에서 유연성은 EG(p<.01)와 CG(p<.05) 모두 유의하게 증가하였고, 근력(p<.001)과 근지구력(p<.05은 EG가 유의하게 증가하였다.

Table 4. Changes in physical strength (unit: Mean±SD)

*; paired t-test, *p<.05, **p<.05, ***p<.05, #; two-way repeated measures ANOVA, #: p<.05, ##; p<.01, ###: p<.001, A; time, B; group, A×B; time×group, EG; exercise group, CG; control group,

3. GH의 변화

근감소증 성인에게 4주간 서킷 트레이닝을 실시한 후 나타난 GH의 변화는 Table 5와 같다. 분석 결과 상호작용 효과가 발생하여(p<.01) 사후 분석을 진행한 결과 집단 내 변화에서 EG에서 GH가 유의하게 증가하였다(p<.05).

Table 5. Changes in GH (unit: Mean±SD)

*; paired t-test, *p<.05, #; two-way repeated measures ANOVA, ##; p<.01, A; time, B; group, A×B; time×group, EG; exercise group, CG; control group.

Ⅳ. 고찰

신체조성은 골격근, 체지방 등 신체를 조성하는 요소들의 절대적, 상대적인 양을 뜻한다. 노화가 진행되면서 골격근의 변화, 운동신경의 손실 및 기능 약화 중추신경 질환 또는 내분비계의 호르몬의 변화, 신체 활동량 감소, 영양 결핍 등으로 인하여 신체를 조성하고 있는 요소들의 변화들이 발생하며(Kim & Yang 등, 2009; Kim 등, 2015), 신체조성은 개인의 건강 및 영양 상태를 평가하는 중요한 지표로 활용되고 근육량의 경우 근감소증 판별을 위한 기준치로 정의한 사례가 많다(Delmonico 등, 2007; Kang 등, 2008).

본 연구에서는 근감소증 질환을 가진 중년 성인을 대상으로 4주간, 주 1회, 40분의 서킷 트레이닝을 실시한 결과, 신체조성의 모든 항목에서 유의한 효과가 나타나지 않았다. 본 연구의 결과의 원인을 여러 요인에 기인할 수 있을 것 같다.

우선, 일반적으로 신체조성의 변화는 시간이 걸리는 과정이며, 중년 성인의 경우 대사율이 낮아 체지방 감소와 근육량 증가는 더욱 긴 시간을 필요한 것을 고려하였을 때(Donnelly 등, 2009), 운동의 기간이 4주라는 짧은 개입 기간이 신체조성 변화에 미치는 영향이 제한적일 수 있다. 근육량과 체지방 변화는 일반적으로 장기적인 운동 개입을 통해 나타나는 경향이 있으므로(Peterson 등, 2010), 보다 긴 기간의 훈련이 필요할 것으로 사료되며, 서킷 트레이닝 프로그램의 강도나 빈도가 신체조성 변화에 충분한 자극을 제공하지 않았을 가능성이 있다. 따라서 트레이닝 프로그램의 강도나 유형을 조정하는 것이 필요할 것으로 판단된다.

또한, 개인의 기초 대사율, 영양 상태, 운동 이력 등도 신체조성 변화에 영향을 미치는 중요한 요소인데, 연구 참여자들의 기본적인 신체 조건이나 이전 운동 경험 및 식이 습관을 통제하지 못한 부분에서 신체조성 변화에 대한 결과에 영향을 미쳤을 수 있으며, 이로 인해 일관된 변화를 관찰하지 못했을 가능성도 있다.

본 연구에서 체력의 변화를 살펴보면, 체력 항목 중 유연성은 EG와 CG 모두에서 유의하게 증가하였으나, 악력과 윗몸일으키기는 EG에서만 향상된 것으로 나타났다. 이러한 결과는 근력과 근지구력 향상을 목적으로 하는 서킷 트레이닝 프로그램의 구성동작들이 특정 근육군을 더욱 집중적으로 강화시키고(Gettman 등, 1978), 저항운동 동작을 실시할 때, 근육을 효율적으로 협응하고 활성화할 수 있도록 발달되어 나타난 결과로 사료된다(Hortobágyi & Maffiuletti, 2011).

또한 근육 섬유의 효율성을 증가시켜, 근육 섬유가 동일한 양의 힘을 생성하는데 필요한 에너지 소비를 줄이게 되어, 이는 근력과 근지구력의 향상으로 이어진 것으로 판단된다(Andersen 등, 2010). 중년 성인에게 근력과 근지구력은 신체기능 유지, 대사질환 예방, 일상생활의 활동성 유지에 필수적이며 특히, 근력의 증가는 근감소증 질환자에게 중요한 지표이자 근력(악력)의 수준이 전반적인 체력 수준을 가늠할 수 있는 요소이기도 하다. 실제로 근감소 집단과 정상 집단으로 구분지어 체력(근력, 근지구력, 유연성, 평형성, 심폐지구력)요인을 비교한 연구에서 근력이 강한 정상집단이 전반적인 체력수준이 높은 것으로 나타났다(Lee & Sung, 2021). 따라서 본 연구의 서킷 트레이닝이 중년 성인에게 긍정적인 체력적 변화를 가져올 수 있음을 시사한다.

GH는 뼈와 연골의 성장작용뿐만 아니라 지방분해, 단백질 합성에 관여하며, 성장호르몬은 사춘기 시절에 분비량이 크게 증가하다가 나이가 들면서 점차 감소되는데, 20대 이후 10년마다 평균 14.4 % 감소하며 60대가 되면 20대의 50 % 이하로, 70세에 20 % 이하로 감소한다(Klerman 등, 2003). 성인에게 GH 분비 감소는 신체의 체지방량 증가, 근육량 감소, 운동 및 일상생활 능력 저하의 원인이 되며, 각종 질환의 발병률 증가와 함께 노화의 속도를 빠르게 진행시킨다(Salomon 등, 1989; Sung 등, 2012). 본 연구에서는 GH의 수치가 EG에서 유의하게 증가하였는데, 유·무산소성 결합한 서킷 트레이닝 프로그램이 신체의 대사 활동을 증가시키고, 스트레스 반응 유도를 통하여 GH의 분비를 촉진하는데 효과적임을 시사하여 선행연구들의 결과를 지지하는 것으로 나타났다(Kraemer 등, 2001; Kraemer & Ratemess, 2005).

하지만, 본 연구에서 신체조성의 유의미한 변화를 나타내지 못하였는데 본 연구에서 적용한 서킷 트레이닝 프로그램의 기간과 빈도의 설정과 참가자들의 기초 대사율, 영양 상태, 운동 이력 등을 고려하지 못한 점에서 비롯된 결과로 사료된다. 따라서, 추후 연구에서는 이러한 제한점을 보완하여 신체조성 및 관련 변인에 미치는 영향을 규명할 것을 제안한다.

Ⅴ. 결론

본 연구는 경상남도 Y시에 거주하는 대한민국 중년성인을 대상으로 진행하였으며, 유럽연합 근감소증 평가위원회(European working group on sarcopenia in older people; EWGSOP)에서 2018년 제시한 EWGSOP2 평가기준에 따라 근감소증에 해당 대상자들을 무작위 배정을 통해 실험군(Exercis Group, 9명)과 대조군(Control Group, 10명)으로 구분하여 4주간, 주 1회, 40분으로 구성된 서킷 트레이닝을 실시하여 신체조성과 체력, GH의 수치 변화를 분석하였다.

신체조성 및 허리·엉덩이둘레 분석 결과 신체조성 및 허리·엉덩이 둘레의 변화는 나타나지 않았다. 체력분석 결과 유연성(p<.01), 근력(p<.001), 근지구력(p<.01) 모든 항목에서 상호작용 효과가 발생하여, 사후 분석을 진행한 결과 집단 내 변화에서 유연성은 EG(p<.01)와 CG(p<.05) 모두 유의하게 증가하였고, 근력(p<.001)과 근지구력(p<.05은 EG가 유의하게 증가하였다.

GH의 분석결과 상호작용 효과가 발생하여(p<.01) 사후분석을 진행한 결과 집단 내 변화에서 EG에서 GH가 유의하게 증가하였다(p<.05).

결론적으로, 향후 연구에서는 운동프로그램의 기간과 빈도의 재설정과 참가자의 기초 대사율, 영양 상태, 운동이력 등을 고려하여 신체조성 변화를 명확히 분석할 필요가 있지만, 서킷 트레이닝이 근감소증 질환을 가진 중년성인의 체력 향상과 성장호르몬에는 긍정적인 영향을 미쳤음을 확인하였다. 이는 향후 근감소증 중년성인을 위한 운동 프로그램 개발 시 중요한 시사점을 제공한다.