Effects of 60% VO₂R Intensity Equicaloric Intermittent and Continuous Exercise on EPOC and Fat Oxidation

Article information

Asian J Kinesiol. 2018;20(3):11-18

Publication date (electronic) : 2018 July 31

doi : https://doi.org/10.15758/ajk.2018.20.3.11

Sung-Sik Ko^1,*, Keun-Ok An^1,*, Sang-Hyoun Lee^1,

¹Korea National University of Transportation, Chungju, Korea

^**Correspondence: Sang-Hyoun Lee, Korea National University of Transportation, 50 Daehak-ro, Chungju-si, Chungbuk 27469, Republic of Korea E-mail: lshskh@naver.com

*These two authors contributed equally to this work.

Received 2018 May 2; Accepted 2018 June 30.

Abstract

서론

운동의 효과를 객관적으로 파악하기 위해서는 운동강도나 운동량의 조건뿐만 아니라 운동중과 운동후 회복기를 포함시켜 규명하는 것이 중요하다[1]. 운동후 초과산소소비량(excess post-exercise oxygen consumption; EPOC)의 개념이 소개된 이래, 여러 선행연구에서는 운동강도가 높을수록, 운동시간이 길수록, 운동량이 많을수록, 저항운동 유형에서 EPOC가 높게 나타났다는 견해를 제시하였다[2-5]. 그러나 최근에는 운동강도나 운동방법이 달라도 총운동량이 같으면 운동의 효과가 비슷하다는 용량-반응 관계(dose-response relationship) 이론에 근거하여[6] 동일한 운동량의 조건에서 운동방법에 따른 EPOC의 차이를 규명하고 있다. 왜냐 하면, EPOC는 운동에서 총에너지소비량에 영향을 미치게 되며, 지속적 및 간헐적인 운동방법에 따라 차이가 있을 가능성을 시사하므로 중요한 의미가 있다.

동일한 운동량과 운동시간의 조건에서, 고강도의 간헐적(또는 인터벌) 운동은 중강도의 지속적인 운동보다 운동중의 산소소비량과 EPOC를 높인다고 하였다[7]. VO₂R의 75% 강도에서 동일한 400kcal를 소비시킬 때, 간헐적인 운동조건에서 EPOC가 높았음을 보고하였다[8]. 반면, 동일한 운동량의 조건에서, 고강도의 간헐적 운동과 중강도의 지속적 운동을 비교했을 때, EPOC의 차이는 없었으며 전체 에너지소비량에 미치는 영향도 매우 미미했다고 보고하였다[9]. 20대 남성을 대상으로 VO₂max의 70% 강도에서 간헐적 및 지속적인 운동 후의 EPOC가 비슷하였고[10], 운동강도와 운동시간이 동일한 조건에서, 두 운동방법에 따른 에너지소비량은 차이를 보이지 않았다고 하였다[11]. 한편 동일한 운동량의 지속적 및 간헐적 운동에서 운동중과 운동후 회복기의 지방대사에 대한 상이한 보고도 있다. 중강도에서 두 운동방법 간의 운동중 지방대사가 비슷하였지만[12], 간헐적 운동에서 운동후 회복기 지방산화가 더 활성화되었다고 보고하였다[13].

이와 같이 동일한 칼로리소비량 조건에서 간헐적인 운동과 지속적인 운동에 따른 EPOC, 칼로리소비량 및 지방산화율은 아직까지 이견을 보이고 있고, 두 운동의 이점이 같은지에 대한 문제도 제기되고 있다. 더욱이 동일한 운동량의 조건에서 운동방법에 따른 EPOC를 비교한 몇몇 연구가 최근 시도되고 있지만, 동일한 운동량과 운동시간의 조건은 물론 동일한 운동강도의 조건을 포함한 운동방법에 따른 EPOC를 규명한 연구는 논문검색에서 거의 발견되지 않았다. 또한 이들 연구에서 EPOC, 에너지소비량 및 지방산화가 상이하게 보고되고 있는 요인은 회복기의 시간과 변인들의 측정시점의 차이에서 기인되는 것으로 보여 진다. 선행연구의 실례로 동일한 운동강도와 운동시간의 조건에서, 간헐적 운동의 경우 10분간 운동세션 후 15분간 회복기를 측정하고 곧바로 다음 세션의 운동을 실시하도록 하였으므로 회복시간이 짧아 후속되는 운동세션에 영향을 미쳤을 것으로 보인다[5].

본 연구는 이를 보완한 후속연구로서, 회복시간을 늘려 회복기에 안정시 수준으로 산소소비량이 낮아진 후에 다음 세션의 운동을 실시함으로써 운동량의 모든 조건이 가장 비슷한 상태에서 두 운동조건에 따른 EPOC의 차이를 비교하고자 하였다. 뿐만 아니라 최대지방연소 운동강도는 성별에 따라 유의한 차이를 보이며[14], 기본적으로 지방산화는 남자보다 여자에게 낮게 나타난다는 연구에 근거하여[15] 성별에 따른 측면도 포함시켜 보다 포괄적인 측면에서 규명하고자 하였다.

따라서 본 연구는 남녀 대학생을 대상으로 동일한 운동강도(60%VO₂R), 운동시간(30분) 및 회복시간(60분)의 조건에서 지속적 운동(30분×1회)회복(60분×1회)과 간헐적 운동(10분×3회)회복(20분×3회)의 두 운동방법에 따른 운동중과 운동후 회복기의 산소소비량, 에너지소비량 및 지방산화율에 미치는 차이를 규명하는데 목적을 두었다.

연구 방법

연구대상

본 연구에서는 연구대상자 선정을 위해 G-power 3.1.3 프로그램을 이용하였으며, effect size=.25, α=.05, power=.95, 반복측정 간의 상관관계(r=.80) 조건에서 16명이 요구되었다. 따라서 K 대학교의 체육전공자를 대상으로 실험의 목적, 검사의 내용과 방법에 관한 자세한 내용을 공고를 통해 안내하였으며, 자발적으로 참여의사를 밝히고 참가동의서에 서명한 남학생 8명과 여학생 10명의 총 18명을 선정하였다. 그 중 남학생 1명은 실험과정 중에 포기하여 17명의 자료를 분석의 대상으로 삼았다. 이들은 의학적으로 이상이 없고 건강하였으며, 사전에 본 실험에 대한 운동검사의 내용과 방법 및 피험자 숙지사항을 충분히 이해하였다. 피험자들의 신체적 특성은 (Table 1)과 같다.

Table 1.

Physical characteristic of subjects

측정항목 및 방법

VO2max VO₂max은 Bruce 프로토콜로 트레드밀 최대운동부하검사 중에 자동가스분석기(quark series, USA)로 분석하였으며, 매회 피험자 측정 전에는 16% 혼합가스(High Cal. O₂ 16%, CO₂ 5%)와 가스용적측정기(3ℓ)를 이용하여 영점조절을 하였다. VO₂max의 결정은 호흡교환율이 1.15 이상이거나, 운동강도가 증가함에도 불구하고 산소소비량이 고원을 이루거나, 심박수가 예측된 최대심박수의 90%이상 도달되었거나 혹은 피험자가 중지를 요구한 시점 중 두 가지 이상 만족했을 때의 VO₂peak를 VO₂max로 결정하였다.

대사변인 안정시의 산소소비량, 칼로리소비량 및 지방산화율은 20~30분간 앉은 자세에서 휴식을 취하는 중에 지속적 및 간헐적인 두 조건에서 운동을 실시하기 전에 각각 측정하였으며, 가장 낮게 측정된 10분간의 평균값으로 결정하였다. 이후 VO₂R의 60% 강도에서 지속적이거나 혹은 간헐적인 운동중과 회복기의 대사변인을 각각 측정하였다. 운동강도는 대학생들의 최대지방연소 운동강도가 VO₂R의 60% 정도라는 선행연구를 참고하여 결정하였다[5].

먼저 지속적인 운동조건에서는 VO₂R의 60% 강도가 유지되도록 속도를 맞춘 다음 트레드밀에서 30분간 운동중과 운동직후부터 앉은 자세로 60분간 회복기 대사변인을 측정하였다. 간헐적인 운동에서는 지속적인 운동과 동일한 강도에서 10분간의 운동과 40분간 앉은 자세에서의 회복을 3회 반복하도록 하였다. 간헐적인 반복운동 시간은 선행연구에서 권장하고 있는 최소시간인 10분을 참고하였고[17], 회복시간을 40분으로 결정한 이유는 예비실험(pilot study)을 통해 산소소비량이 안정시 수준으로 낮아지는 시간에 근거하였으며, 그 이후에 새로운 10분간의 운동세션을 안정시 수준에서 시작하고자 하는 의도이었다. 따라서 간헐적 운동조건에서는 운동중 대사변인 30분(10분×3회)과 회복기 대사변인 60분(총 회복시간 40분 중 분석을 적용한 초기 20분×3회)을 분석함으로서 두 운동조건에서 운동강도는 물론 안정시(10분), 운동중(30분) 및 회복기(60분)까지 모두 동일한 조건에서 비교하였다(Figure 1).

Figure 1.

Intermittent exercise

결과

(Table 2)는 성별과 운동방법에 따른 안정시, 운동중 및 회복기에 측정된 산소소비량, 칼로리소비량 및 지방대사율을 검증한 결과이다. 먼저 산소소비량에서, 안정시의 산소소비량은 성별과 운동방법 모두 통계적인 차이를 보이지 않았다. 운동중의 분당산소소비량과 30분간의 산소소비량은 남학생이 여학생들보다 유의하게 높았지만(p<.001) 운동방법과 두 요인의 상호작용효과는 통계적인 유의성이 없었다. 회복기의 분당산소소비량과 60분간의 산소소비량(EPOC)는 남학생이 여학생보다 각각 유의하게 높았으며(p.=044, p<.001), 남녀 모두 간헐적 운동이 지속적 운동보다 통계적으로 유의하게 높았다(p<.001, p<.001). 상호작용효과는 유의성이 없었다. 운동중과 회복기를 포함한 90분간의 총산소소비량은 남학생이 여학생보다 유의하게 높았으며(p<.001), 남녀 모두 간헐적 운동이 지속적 운동보다 통계적으로 유의하게 높게 나타났다p<.001). 상호작용효과는 유의성이 없었다.

Table 2.

Results of two-way ANOVA for VO₂, RER, Kcal, and fat oxidation rate (M±SD)

칼로리소비량의 경우, 안정시의 칼로리소비량은 남학생이 여학생보다 유의하게 높았지만(p<.001), 운동방법과 상호작용효과는 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았다. 운동중의 분당칼로리소비량과 30분간의 칼로리소비량은 남학생이 여학생들보다 유의하게 높았지만(p<.001) 운동방법과 두 요인의 상호작용효과는 통계적인 유의성이 없었다. 회복기의 칼로리소비량과 60분간의 칼로리소비량은 남학생이 여학생보다 각각 유의하게 높았으며(p<.001, p<.001), 남녀 모두 간헐적 운동이 지속적 운동보다 통계적으로 유의하게 높았다(p<.001, p<.001). 상호작용효과는 유의성이 없었다. 운동중과 회복기를 포함한 90분간의 칼로리소비량은 남학생이 여학생보다 유의하게 높았으며(p<.001), 남녀 모두 간헐적 운동이 지속적 운동보다 통계적으로 유의하게 높게 나타났다(p<.001). 상호작용효과는 유의성이 없었다.

다음으로 지방산화율에서, 안정시의 칼로리소비량은 성별과 운동방법 모두 통계적인 차이를 보이지 않았다. 운동중 30분간의 지방산화율은 성별간에 차이를 보이지 않았으나 남녀 모두 간헐적 운동이 지속적 운동보다 통계적으로 유의하게 높았다(p<.001). 상호작용효과는 유의성이 없었다. 회복기 60분간의 지방산화율은 성별간에 차이를 보이지 않았으나 남녀 모두 지속적 운동이 간헐적 운동보다 통계적으로 유의하게 높게 나타났(p<.001). 상호작용효과는 유의성이 없었다. 운동중과 회복기를 포함한 90분간의 지방산화율은 성별과 운동방법 상호작용효과 모두 통계적으로 유의차를 보이지 않았다.

논의

본 연구는 동일한 운동강도와 운동시간의 조건에서 간헐적인 운동과 지속적인 운동에 따른 운동중과 운동후 회복기의 산소소비량, 칼로리소비량 및 지방산화율의 차이를 규명하고자 하였다. 먼저 안정시를 제외한 운동중과 회복기의 산소소비량은 남학생이 여학생보다 모두 높게 나타나 선행연구와 일치된 결과를 보였으며[10], 이는 성별의 차이에서 기인되는 당연한 결과로 보여 진다. 반면 간헐적 및 지속적인 조건에서 운동중의 분당산소소비량과 30분간의 총산소소비량은 남녀 모두 두 조건에서 비슷하였다. 선행연구에서 동일한 운동량 조건에서 남녀 모두 두 운동방법 간에 산소소비량이 차이가 없었고[18], 동일한 운동량과 운동시간의 조건에서 지속적인 운동이 간헐적인 운동보다 약간 높은 경향을 보였지만 유의한 차이는 아니었음을 밝힌 바 있다[12]. 본 연구도 이들 연구와 비슷하였으며, 전체 운동시간이 같다면 지속적 및 간헐적 운동중의 에너지대사의 유사성은 연령, 성별, 체력수준에 걸쳐 일관된 경향을 보인다는 견해에 동의되었다[12].

한편, 본 연구에서 운동후 회복기의 분당산소소비량과 60분간의 총산소소비량(EPOC)은 간헐적 운동이 지속적 운동보다 남녀 각각 14.5%와 10.3% 높게 나타나 간헐적 운동에서 EPOC가 높았다는 연구 결과와 비슷하였다[19, 20]. 그에 반해 20대 남성을 대상으로 동일한 강도에서 30분간 지속적 운동과 15분씩 2회의 운동후 회복기 40분간 측정된 EPOC가 비슷하다고 하여 본 연구 결과와 상이하였다[21]. 이러한 차이는 간헐적 운동후 회복기의 측정방법이 달랐기 때문으로 설명된다. 즉, EPOC는 운동직후 회복기 10분까지는 지속적 운동보다 간헐적 운동후에 높게 나타나게 되는데[22], 다른 연구에서는 간헐적 운동조건에서 15분간 2회의 운동세션을 모두 마친 다음에 회복기 40분간 EPOC를 측정하였다[21]. 그러나 본 연구에서는 간헐적 운동조건에서 3회의 운동세션마다 각 운동세션 회복직후부터 20분까지 3회의 회복기를 합산하여 산출하였다. 따라서 간헐적 운동조건에서는 운동직후 10분까지의 EPOC가 높은 국면이 3회 포함되었으므로 지속적인 운동조건보다 높게 나타난 것으로 볼 수 있다. 동일한 운동량과 운동시간의 조건에서 간헐적 운동이 지속적 운동보다 EPOC가 높다고 함으로서 본 연구를 지지하였고[7], 또한 본 연구의 결과에 비추어 본다면, 운동중과 회복기를 포함한 90분간의 총산소소비량이 남녀 모두 간헐적 운동조건에서 높게 나타난 것은 운동중보다는 운동후 회복기의 산소소비량(EPOC)의 차이에서 기인되는 것으로 해석된다.

본 연구에서 안정시와 운동중 및 회복기의 칼로리소비량은 남학생이 여학생보다 모두 높았는데, 이는 EPOC의 결과와 같은 맥락에서 이해된다[9]. 반면 간헐적 및 지속적인 운동중의 분당칼로리소비량과 30분간의 총칼로리소비량은 남녀 모두 두 조건에서 비슷하였다. 중년 여성을 대상으로 30분간 지속적인 걷기와 10분간 3회의 간헐적인 걷기를 비교했을 때 지속운동이 간헐적인 운동보다 유의성은 없었지만 약간 높은 경향을 보였다[23]. 체력수준이 높은 남자 대학생을 대상으로 VO₂max의 70% 강도에서 운동시간을 동일하게 설계하였을 경우 두 운동조건 간에 에너지소비량은 차이가 없었다고 하였다[11]. 본 연구의 결과도 지속적인 운동이 간헐적인 운동보다 약간 높게 나타는 추세를 보였지만 유의한 차이는 아니었다. 이는 현재까지 총 운동시간이 같다면 지속적인 운동과 간헐적인 운동조건 간에 에너지소비량이 거의 비슷하다는 견해에 동의된다[11].

반면, 운동후 회복기의 분당칼로리소비량과 60분간의 총칼로리소비량은 20분씩 3회 측정된 간헐적 운동조건이 지속적 운동조건보다 남녀 각각 15Kcal와 11Kcal 정도 높게 나타나 간헐적 운동에서 칼로리소비량이 높았다는 연구와 맥을 같이 하였다[4,20]. 그러나 다른 선행연구에서는 운동강도와 운동시간이 동일한 두 운동조건에서 회복기의 에너지소비량이 차이가 없었음을 보고하였다[11]. 이는 본 연구와 상이한 결과이며, 이러한 차이가 피험자의 특성 등에 따른 변화인지는 향후 반복연구를 통해 확인할 필요가 있다고 보여 진다. 그럼에도 불구하고 여러 선행연구와 본 연구의 결과에 근거한다면, 간헐적 운동방법은 운동후 회복기 동안의 에너지소비량을 증가시킨다는 견해에 동의되며[7], 지속적 운동방법보다 총칼로리소비량을 높인다는 주장이 설득력이 있다고 보여 진다[20]. 따라서 본 연구의 결과로 미루어 볼 때, 동일한 운동강도와 운동시간의 조건에서 운동중과 회복기를 포함한 90분간의 총에너지소비량은 EPOC의 변화 양상과 동일한 기전으로, 간헐적 운동방법이 지속적 운동방법보다 에너지소비량을 높이는 이점이 있다고 보여 지며, 또한 보다 장기적인 측면에서 본다면 간헐적인 운동이 갖는 이점이 더 커질 것으로 예측된다[24]. 본 연구에서 안정시의 지방산화율(FOR)은 성별과 운동조건 간에 차이를 보이지 않았다. 일반적으로 지방산화는 남자가 여자보다 높게 나타난다고 하였는데[15], 이는 본 연구의 결과와 상이한 결과이다. 그렇지만 이러한 차이는 운동이 포함된 24시간 동안의 지방대사에 대한 규명을 통해 밝혀야 할 것으로 보여 진다. 반면 운동중의 지방산화율은 남녀 모두 간헐적 운동조건에서 높았고, 회복기에는 운동중과 반대로 지속적 운동조건에서 높게 나타났다. 또한 60%VO₂max 강도에서 30분간 1회 지속적 운동과 10분간 3회 운동, 10분간 휴식 2회의 간헐적 운동을 비교한 결과 운동중(30분)과 회복기(180분) 모두 간헐적 운동에서 지방대사가 높았다고 하였다[25]. 반면에 60%VO₂R의 동일한 강도에서 운동중(30분)의 지방산화율은 간헐적 운동이 지속적 운동보다 높은 경향을 보였으나 유의한 차이는 아니었고, 회복기(60분)에는 간헐적 운동보다 지속적 운동에서 높았음을 보고하였다[5]. 지속적 및 간헐적 운동에서 운동중의 지방대사가 비슷하였다고 하였다[12]. 본 연구에서는 운동중의 경우 간헐적 운동에서, 회복기에는 지속적 운동에서 지방산화율이 높게 나타나 운동중과 회복기의 지방산화율은 선행연구들 간에 또한 본 연구의 결과와도 상이한 부분이 있었다. 이는 운동중 지방산화율에 대한 전체 변량 중 피험자의 트레이닝 상태, 식이조건, 성별, 지방체중 등을 모두 고려하더라도 34% 정도만 설명되며, 운동에 따른 개인간 지방대사의 변이성이 상당 수준으로 존재하고 있다는 견해에 동의된다[26]. 따라서 동일한 강도에서 운동방법에 따른 지방대사는 후속연구를 통해 보다 명확하게 밝힐 필요성을 시사하였다.

반면에 회복기의 지방산화율은 지속적 운동에서 높게 나타나 선행 연구와 맥을 같이 하고 있으나[27], 운동후 회복기 지방대사율이 간헐적인 운동에서 높았다는 연구와는 상반된 결과를 보였다[25]. 이러한 본 연구와 선행연구와의 차이는 주로 회복기의 측정방법과 밀접한 관련이 있다고 보여 진다[28]. 즉, 간헐적 운동조건에서 10분씩 2회의 휴식시간이 자료분석에서 제외되었고 마지막 운동세션 이후부터 회복기를 측정하였음을 발견하였다[25]. 본 연구에서는 지속적 운동조건의 경우 운동후 회복기 60분간 전체 평균 지방산화율을 산출하였지만, 간헐적 조건에서는 각 운동세션 직후 회복기 20분간 3회를 합산(60분)한 평균이므로, 운동직후부터 10(±5)분간 지방산화율이 매우 낮은 3회 시기의 측정치가 모두 반영되었다. 따라서 회복기 지속적 조건에서 지방산화율이 낮게 나타난 것은, 역설적이지만, 당연한 결과라고 볼 수 있다. 선행연구에서 회복기 20분까지는 지방산화율이 낮게 유지되다가 20분 이후부터 높아진다고 하였는데[5,12,29], 이들 연구는 본 연구결과를 지지하는 것으로 판단된다. 따라서 에너지 공헌도의 측면에서 본다면, 남녀 모두 운동중(30분)과 회복기(60분)를 포함한 총지방산화율은 남녀 모두 지속적 및 간헐적 운동조건에서 비슷한 것으로 보여 진다.

결론

결론 도출을 위한 이연구의 결과를 요약하면, 안정시와 운동중의 산소소비량과 칼로리소비량은 간헐적 및 지속적인 두 운동방법 간에 차이가 없었지만 회복기에는 남녀 모두 간헐적 운동에서 높았고, 운동중과 회복기를 합한 총산소소비량과 총에너지소비량도 남녀 모두 간헐적 운동에서 유의하게 높았다(p<.001, p<.029). 지방산화율은 성별에 따라 차이를 보이지 않았으며, 운동중의 경우 간헐적 운동에서, 회복기에는 지속적 운동에서 남녀 모두 유의하게 낮았다(p=.001, p=.001). 결론적으로, 60%VO₂R의 동일한 운동강도에서 간헐적인 운동방법은 동일한 운동시간과 운동량의 지속적인 운동방법보다 EPOC를 증가시켜 전체 칼로리소비량을 높이는데 효과적이었다.

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