Comparative Study on Maximal Oxygen Consumption Capacity and 30-minute Recovery in Korean Male College Students by Body Mass Index Level: A Pilot Study
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Abstract
OBJECTIVES
Obese people have lower cardiorespiratory fitness and lower maximum oxygen intake during exercise than the healthy population; however, no research has examined the differences between the healthy and obese groups in the recovery period immediately after maximum capacity exercise. Therefore, this study aimed to compare the differences in maximal oxygen consumption, respiratory quotient, ventilatory threshold, heart rate, and energy expenditure according to recovery time for 30 min immediately after measuring maximum capacity exercise based on body mass index (BMI), and to determine the difference in recovery ability between healthy and obese groups.
METHODS
This study included 24 male college students from K University in Chungcheongbuk-do, Republic of Korea, in April 2024. Participants with a body mass index less than 25 kg/m2 were classified into the healthy group (n=14), and those with a body mass index of 25 kg/m2 or higher were classified into the obese group (n=10). After the graded exercise test (maximum capacity exercise), maximal oxygen consumption, respiratory quotient, ventilatory threshold, heart rate, and energy expenditure were measured in real time for a total of 30 minutes in 5-minute increments, including the VO2 max reach time (recovery 0 min). An independent t-test was performed to determine the differences between groups, and the significance level was set at p<0.05.
RESULTS
There was a significant difference in the maximum oxygen intake at 5, 10, and 15 min during the recovery period (p<0.05); however, there was no statistically significant difference between the healthy and obese groups at the time of reaching maximum capacity (recovery 0 min) and at 20, 25, and 30 min (p>0.05). There were no statistically significant differences in the respiratory quotient, ventilatory threshold, or energy consumption between the healthy and obese groups at any time point (p>0.05). Additionally, there was no statistically significant difference in heart rate between the healthy and obese groups at any time point (p>0.05), except for a significant difference (p<0.05) at the 5-minute recovery time period.
CONCLUSIONS
Given that the male college students in their 20s are the most physiologically active in their lives, there was little statistical difference in the physical recovery ability between the healthy and obese groups. A more detailed investigation using participants of various ages, including different disease groups, is needed in the future.
서론
전 세계적으로 좌식 생활이 하루의 대부분을 차지하는 현대인이 많아지고 있다. 좌식 생활은 심혈관 질환으로 인한 사망과 비만 유병률을 높인다[1]. 세계비만연맹(World Obesity Federation)은 1975년과 비교하여 2022년 성인 비만 유병률이 남성은 3%에서 14%로 약 4배, 여성은 6.6%에서 18.5%로 약 3배 증가하였다고 보고하였다[2]. 이러한 경향은 국내에서도 보고 되고 있다. 대한비만학회에서 발간한 2023 비만 팩트시트(fact sheets)에 따르면, 최근 10년간 국민건강보험공단에서 시행하는 건강검진을 받은 20세 이상 성인의 비만 유병률은 2012년 30.2%에서 2021년 38.4%로 지속적인 증가세를 보였다[3]. 특히, 20세 이상 성인 남성의 비만 유병률은 2012년 37.3%에서 2021년 49.2%로 1.3배의 큰 증가를 나타내었다[3]. 비만 유병률이 증가함에 따라 비만이 원인이 되어 다양한 합병증의 증가, 사망율의 증가, 심리적, 사회적, 건강학적의 문제가 발생하고 있다[2-4].
2019년 세계질병부담연구(Global Burden of Disease)에 따르면, 높은 체질량지수(Body mass index)로 인해 발생하는 심혈관질환, 당뇨병, 암, 신경장애, 만성호흡기질환, 소화장애와 같은 비감염성 질환으로 사망한 환자는 약 500만명이다[4]. 또한, 체질량지수의 증가는 폐암, 유방암, 간암 등 암 발병 위험을 증가시킨다. 이렇듯 많은 선행연구에서 보여주듯이 비만은 여러 질환을 유발하는 심각한 직간접적인 원인이다.
대한비만학회에 의하면, 일반적으로 비만은 일차성 비만과 이차성 비만으로 나누어진다. 이 중에서도 전체의 90% 이상으로 대다수의 비만이 일차성 비만에 해당한다. 일차성 비만의 발생은 뚜렷한 하나의 원인만으로 설명하기 어려우며, 식습관, 생활 습관, 연령, 인종, 유전적 요인 등의 다양한 위험 요인 외에도 과도한 스트레스나 장내 세균총의 변화나 환경 화학물질 및 독소의 노출이 영향을 주는 것으로 나타났으며, 주요한 원인은 과도한 음식 섭취로 인한 칼로리 과잉과 상대적인 칼로리 소모량 감소로 인한 에너지소모량 감소이다. 이차성 비만은 유전 및 선천성 장애, 약물, 신경 및 내분비계 질환, 정신과 질환 등에 의해 유발될 수 있다[6].
비만을 개선하기 위한 방법으로는 행동치료, 식사치료, 운동치료, 약물치료, 수술치료 등을 권장하고 있다[6]. 이 중 운동치료의 경우, 많은 선행연구에서 비만의 개선효과 및 심혈관, 대사질환 위험요인에 대한 긍정적 영향이 증명되었다[7]. 또한, 신체활동의 증가는 심폐능력, 뇌 건강, 골격근의 모세혈관 증가 등 건강 상의 여러 이점을 가져올 수 있다[8]. 더 나아가 비만인들은 일반인에 비해 심폐체력과 운동 중 최대산소섭취량이 낮다고 보고되고 있으며, 체질량지수가 높을수록 심폐체력이 유의하게 낮은 것이 선행연구에서 확인되었다[9,10]. 그러함에도 불구하고, 운동 직후(탈진 직 후) 회복기에 대한 연구는 아직 거의 보고가 이루어지지 않고 있는 실정이다. 따라서, 본 연구는 체질량지수를 기준으로 비만을 선정하여 20대 남자 대학생들의 최대산소섭취량 측정 직후 30분 동안의 회복시간에 따른 심폐능력 수준을 비교하여, 비만인과 일반인의 최대능력과 회복 시 심폐 회복능력의 차이를 확인해보고자 한다. 이에 따른 가설은 최대운동부하검사를 통한 탈진(회복기 0분)후 회복기 30분 동안 최대산소섭취량, 호흡교환율, 환기역치, 심박수, 에너지 소비량은 일반군과 비만군에서 차이를 나타날 것이다.
연구방법
1. 연구대상
본 연구는 충청도 소재 K대학교 남자 대학생 총 24명(일반군 14명, 비만군 10명)을 대상으로 하였다. 체질량지수 25kg/m2 미만을 일반군(n=14), 25kg/m2 이상을 비만군(n=10)으로 구분하였으며, 피검자의 신체적 특성은 <Table 1>과 같다.
Participant characteristics.
2. 측정 도구 및 방법
1) 신체조성 측정 및 방법
신장, 체중, 체질량지수, 체수분, 단백질, 무기질, 골격근량, 체지방량, 체지방률, 허리/엉덩이 둘레비의 측정을 위하여 체성분 분석기(Inbody770, InBody, Seoul, Korea)를 사용하였다. 체성분 분석기 Inbody770은 4전극 임피던스 방식으로 6가지 주파수 대역(1kHz, 5kHz, 50kHz, 250kHz, 500kHz, 1000kHz)에서 각각 5가지 부위별(오른팔, 왼팔, 몸통, 오른다리, 왼다리)로 30가지 임피던스로 측정이 이루어졌으며, 부위별 직접 다주파수 측정법과 동시 다주파수 임피던스 측정법을 사용하였다. 제조사의 지침에 따라 본 연구에서는 측정 시 심장박동조절기 등 이식형 의료기기를 착용하거나 전염성 질병이 있는 사람을 제외하였다. 또한, 모든 측정자는 양말과 금속 액세서리 등을 착용하지 않고, 공복이며 운동을 실시하지 않은 상태로 참여하였다[11].
2) 운동 부하 검사 방법
운동 부하 검사(Graded Exercise Test)와 심박수 측정을 위해 COSMED사의 운동 부하 호흡 가스분석 시스템(Quark-CPET, COSMED, Rome, ITALY)을 이용하였으며, BRUCE Protocol이 최대심폐능력 측정을 위한 방법으로 사용되었다. BRUCE protocol은 항정 상태 심박수 등을 확인할 수 있도록 각 단계가 3분 이상으로 구성된 트레드밀 운동 부하 검사의 방법 중 하나이다. 본 연구에서는 운동 부하 검사 및 가스분석기 가동이 가능한 연구원 2명이 동일한 방법으로 모든 인원을 측정하였다. 측정 시 심장 사고를 줄이기 위하여 측정을 진행한 연구원 2명은 연구에 앞서 ACSM에서 권장하는 운동 부하 검사 시 절대적 및 상대적 금기사항과 검사 종료 기준에 대한 교육을 받았다. 따라서, 측정 시 운동량과 심박수가 비례하여 증가하지 않거나 운동 자각도가 17 이상일 경우에 대상자의 최대 운동 수준으로 판단하여 검사를 종료하였고, 어지럼증이나 창백함 또는 청색증 등의 관류불량의 징후가 나타나거나 측정 대상자의 중단 요청이 있을 경우에는 즉시 운동 검사를 중단하였다. 또한, 사전 검사를 통해 측정에 참여한 24명의 병력 등을 파악하였다[12].
3) 실험방법
본 연구의 실험방법은 운동 부하 검사를 실시해 대상자의 최대능력에 도달한 즉시 의자에 앉혀 가스 분석기를 통해 30분간의 회복능력을 측정하였다. 최대능력 도달 시점 및 회복 시작점을 회복기 0분으로 설정하였고, 5분 단위로 총 30분 동안 산출된 대상자의 최대산소섭취량, 호흡교환율, 환기역치, 심박수, 에너지소비량을 집단 별로 비교 분석하였다. 일반군과 비만군의 그룹 분류는 세계보건기구(World Health Organization)의 체질량지수를 이용한 성인 비만 선별 기준을 토대로 일반군 25 kg/m2 미만, 비만군 25 kg/m2 이상으로 운동 전 측정된 체질량지수에 따라 진행하였다[13].
3. 자료처리
모든 분석은 SPSS Version 18.0(IBM Corp., Armonk, NY, USA)을 이용하여 분석하였다. 모든 변수는 평균과 표준편차로 제시하였으며, 모든 통계적 유의 수준은 p<0.05으로 하였다. 일반군과 비만군의 회복시 집단 간의 차이는 각각의 시간 단위별로 independent t-test를 실시하였다.
결과
본 연구에서는 일반군과 비만군의 최대산소섭취량이 집단 간에 어떠한 차이가 나타나는 지를 비교 분석하였으며, 그 결과는 <Table 2>와 같다. 최대산소섭취량은 회복기 5분, 10분, 15분의 시간대에서 유의차가 나타났으나(p<0.05), 최대능력 도달 시점(회복기 0분), 회복기 20분, 25분, 30분의 시간대에서 일반군과 비만군 집단간의 통계적인 유의차는 나타나지 않았다(p>0.05).
Comparison of maximal oxygen consumption (VO2 max) and 30-minute recovery between healthy and obese groups.
본 연구에서는 일반군과 비만군의 호흡교환율이 집단 간에 어떠한 차이가 나타나는 지를 비교 분석하였으며, 그 결과는 <Table 3>와 같다. 호흡교환율은 최대능력 도달 시점(회복기 0분), 회복기 5분, 10분, 15분, 20분, 25분, 30분 모든 시간대에서 일반군과 비만군 집단간의 통계적인 유의차는 나타나지 않았다(p>0.05).
Comparison of respiratory quotient and 30-minute recovery between healthy and obese groups.
본 연구에서는 회복기 시 환기역치에 대해 일반군과 비만군 집단 간에 어떠한 차이가 나타나는 지를 비교 분석하였으며, 그 결과는 <Table 4>와 같다. 환기역치는 최대능력 도달 시점(회복기 0분), 회복기 5분, 10분, 15분, 20분, 25분, 30분 모든 시간대에서 일반군과 비만군 집단간의 통계적인 유의차는 나타나지 않았다(p>0.05).
Comparison of ventilatory threshold and 30-minute recovery between healthy and obese groups.
본 연구에서는 일반군과 비만군의 심박수가 집단 간에 어떠한 차이를 나타내는 지를 비교 분석하였으며, 그 결과는 <Table 5>와 같다. 심박수는 회복기 5분 시간대에서 유의차(p<0.05)를 제외하고, 최대능력 도달 시점(회복기 0분), 회복기 10분, 15분, 20분, 25분, 30분의 시간대에서 일반군과 비만군 집단간의 통계적인 유의차는 나타나지 않았다(p>0.05).
Comparison of heart rate and 30-minute recovery between healthy and obese groups.
본 연구에서는 일반군과 비만군의 에너지소비량이 집단 간에 어떠한 차이가 나타나는 지를 비교 분석하였으며, 그 결과는 <Table 6>와 같다. 에너지소비량은 최대능력 도달 시점(회복기 0분), 회복기 5분, 10분, 15분, 20분, 25분, 30분 모든 시간대에서 일반군과 비만군 집단간의 통계적인 유의차는 나타나지 않았다(p>0.05).
Comparison of energy expenditure and 30-minute recovery between healthy and obese groups.
논의
본 연구는 20대 남자 일반 대학생 및 비만 대학생의 최대심폐능력 및 30분 동안의 회복기 차이를 살펴보고자 진행된 연구이다. 여러 선행 연구들은 심박수 회복능력이나 최대산소섭취량과 같은 심폐능력에 있어서 비만인의 결핍을 보고하고 있다. Shoebuddin and Daimi [14]은 체지방률에 따라 그룹을 구분하여 최대산소섭취량을 비교 및 분석하였는데, 체지방률이 낮은 그룹이 상대적으로 더 높은 최대산소섭취량과 유산소성 능력을 보여주었다. Nur Fiana and Sofiana Putri [15]는 성인을 대상으로 한 연구에서 체지방률과 최대산소섭취량은 역상관관계가 있는 것으로 나타났다. 더 나아가, Hung et al. [16]은 비만과 심폐능력의 연관성 연구에서 비만인의 심폐능력이 일반인에 비해 현저히 낮음을 보고하였다.
Singh et al. [17]의 연구는 좌식생활을 하는 대학생을 대상으로 심폐능력과 체질량지수의 상관관계를 보고하였는데, 비만인이 상대적으로 낮은 심폐능력을 보여주었으며, 비만인과 일반인의 심박수 회복 능력에 대해 분석한 연구에서도 비만인이 고강도 운동 후 심박수 회복에 부정적인 영향을 주는 것으로 나타났다[18]. 또한, Udaya et al. [19]은 건강한 항공 승무원을 대상으로 한 체질량지수에 따른 심박수 회복 연구에서 체질량지수의 증가가 부교감 신경의 활동을 감소시켜 심박수 회복을 늦출 수 있다는 결과를 보고하였다. 더 나아가 20세에서 59세 사이의 성인 2443명과 25세에서 55세 사이의 건강한 성인 64명을 대상으로 한 연구에 의하면, 높은 체질량지수는 미주 신경의 기능 장애를 유발해 심박수 회복에 영향을 미칠 수 있거나 이와 관련되어 있다고 보고하였다[20-22].
본 연구의 전반적인 결과는 심폐능력에 있어서 최대심폐 능력 도달 후(탈진)와 30분 간의 회복기에 일반군과 비만군의 집단 간의 차이가 없는 것으로 나타났다. 이는 체질량지수는 운동 후 심박수 회복에 큰 영향이 없다는 Herry et al. [23]의 연구 결과와 유사하게 나타난다. 결과적으로 여러 선행 연구에서 비만인과 일반인의 심폐능력과 운동 후 회복능력에 차이가 있음을 보고하였으나, 본 연구에서는 전반적으로 일반군과 비만군간의 집단 간의 유의한 차이가 나타나지 않은 것은 20대 초반의 대학생이라는 시기는 생리학적으로 자신의 인생에서 가장 뛰어난 신체능력을 가진 시기이기 때문에, 이러한 시기의 심폐능력이나 운동 후 회복능력은 일반군과 비만군에서 별다른 차이를 보이지 않을 수 있다고 사료된다.
본 연구의 제한점은 다음과 같다. 첫째, 충청도라는 특정 지역의 일개 대학교의 대학생만을 대상으로 하였기에, 연구 결과의 일반화에 한계가 있다. 둘째, 20대 대학생의 연령대만을 조사하였기에, 전체 연령대를 대변할 수 없다. 셋째, 비록 파일럿 스터디이기는 하지만, 적은 피검자수(n=24)는 본 연구의 큰 제한점이다. 넷째, 여학생이 본 연구에 포함되지 않았기에 성별에 따른 집단 간의 차이를 살펴보지 못하였다. 그러함에도 불구하고, 본 연구는 최대 운동 후 회복기라는 관점에 대하여 관심을 가지고 시도되는 선구적인 연구이며, 추후 예비 실험 연구로서의 제한점이 극복된 보다 정밀하게 설계된 대규모 실험 연구가 수행 될 수 있기를 기대한다.
결론 및 제언
20대 남자 대학생의 시기는 자신의 인생에서 생리학적으로 가장 왕성한 시기이기 때문에, 일반군과 비만군의 최대능력 수행과 그에 따른 신체적 회복능력은 통계적으로 대부분의 변인에서 유의한 차이가 없는 것으로 나타났다. 추후 질병군을 포함하여 다양한 연령대의 피검자를 통하여 보다 세부적인 차이 규명이 필요할 것으로 사료된다.
Notes
The authors declare no conflict of interest.