Effects of an Eight-week High-intensity Interval Training Program on Body Composition, Cardiopulmonary Function, and Cardiopulmonary Fitness in Sedentary Women in Their 30s and 40s
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Abstract
OBJECTIVES
This study analyzes the effects of high-intensity interval training on body composition, resting heart rate, blood pressure, waist-to-hip ratio, and cardiopulmonary fitness in sedentary women in their 30s and 40s.
METHODS
Participants included sedentary women in their 30s and 40s living in S City, the Republic of Korea. They were divided into high-intensity interval training (n=10) and control groups (n=11). The training program period was eight weeks from January to February 2025. The high-intensity interval training group walked on a treadmill for 2 to 3 minutes at 40-50% of the target heart rate, then ran for 40 seconds to 1 minute at 80% or higher of the target heart rate, and finally walked at a low speed of 40-50% of the target heart rate for 1 minute. Depending on their condition, they performed a minimum of 6 and maximum of 10 sets. The control group did not participate in any physical activity or exercise program other than daily life during the eight-week period. A 2×2 repeated analysis of variance was performed to analyze the differences between the control and exercise groups according to the timing of the eight-week exercise. The interaction effect of program participation was examined by examining the change in time before and after the group. The statistical significance level was set at p<0.05.
RESULTS
No significant differences were observed between the groups in weight, body mass index, total body water, skeletal muscle mass, body fat, percent body fat, systolic blood pressure, diastolic blood pressure, and hip circumference before and after exercise (p>0.05). Meanwhile, resting heart rate (F=25.459, p<0.001), waist circumference (F=9.356, p=0.006), waist-to-hip ratio (F=21.294, p<0.001), Cooper 12-Minute Run Test (F=26.086, p<0.001), and Queen’s College Step Test (F=9.767, p=0.006) showed significant differences.
CONCLUSIONS
Eight weeks of high-intensity interval training did not show any significant changes in body composition and blood pressure in sedentary women in their 30s and 40s. However, it improved the resting heart rate, waist circumference, waist-to-hip ratio, and cardiopulmonary fitness.
서론
현대 사회의 경제활동 양상은 과거의 신체적 노동에서 점차 좌업 형태로 전환되어왔다. 대한민국 역시 많은 경제 활동 인구가 좌업 형태의 노동을 하고 있으며, 코로나 펜데믹 이후 대한민국 플랫폼 종사자들의 좌업 형태는 더욱 증가되었다[1]. 장시간의 좌업은 신체활동의 부족으로 이어지게 된다. 부족한 신체활동은 심혈관 질환의 유병률을 증가시키며, 칼로리 소모의 감소로 인해 비만의 결과로 이어질 수 있다[2,3]. 또한, 비만은 대사증후군의 주요 원인으로 작용하며 이로 인해 고혈압, 고지혈증, 고혈당, 복부 비만 등 대사적 문제를 악화시킨다[4,5].
2022년 국민생활체육 조사(문화체육관광부)에 따르면 체력을 유지하기 위해 ‘규칙적인 체육활동’이 가장 중요하다고 응답한 비율이 39.0%로 가장 높았다. 반면 체육활동의 참여빈도는 주 1회(31.2%)가 가장 높고 다음으로는 월 3회 이하(29.1%)가 다음으로 높았다[6]. 그러나 이것은 미국스포츠의학회(ACSM)에서 제시하는 중강도 운동 주5일 이상, 고강도 운동은 주3일 이상을 권장하고 있는 사항에 대하여 현격히 미치지 못하는 수준이며[7], 또한 세계보건기구(WHO)에서 제시하는 신체활동 및 좌식 행동에 대한 지침에서 나오는 권장 운동량에도 훨씬 미치지 못하는 수준이다[8].
그럼에도 불구하고 많은 사람들이 운동에 적극적으로 참여하지 못하는 주된 이유는‘시간 부족’이다. 그 중 중년 여성은 특히나 신체활동 참여에 시간적 제약이 많다. ‘2019년 생활시간 조사’(통계청)에 따르면, 대한민국 30~40대 여성들은 필수 활동과 의무 활동에 많은 시간을 할애하고 있다[9]. 예를 들어, 30대 여성은 하루 평균 11시간 34분을 수면, 식사, 개인위생과 같은 필수 활동에 사용하며, 가사노동에는 하루 약 3시간 10분을 할애한다. 이처럼 필수적인 생활과 직장 및 가사노동에 많은 시간을 쓰다 보니 운동에 할애할 시간적 여유가 부족해 신체활동이 자연스럽게 줄어들게 된다[9].
부족한 신체활동은 심폐 체력 저하와 밀접한 관련이 있다[10,11]. 심폐 체력은 심장, 폐, 혈관이 산소를 효과적으로 공급하고 근육에서 이를 효율적으로 사용하는 능력을 말한다. Blair et al.[12]의 연구에서 낮은 심폐 체력을 가진 사람은 높은 심폐 체력을 가진 사람들에 비해 심혈관 질환으로 사망할 확률이 높다고 보고하였다. 규칙적인 신체활동과 계획된 운동이 심폐 체력을 향상 시킬 수 있다는 것은 선행 연구를 통해 알려졌지만, 대부분의 선행 연구에서는 짧은 시간의 효과보다는 비교적 장시간의 운동을 통한 효과를 보고하고 있다[13]. 특히 시간 부족으로 인한 신체활동의 제약이 생긴 중년 여성에게는 단시간 운동으로도 장시간 운동하는 것과 비슷한 효율의 운동시간이 필요하며, 보편적이고 쉬운 동작으로 이루어진 운동 방법이 필요하다.
고강도 인터벌 트레이닝은 짧은 시간 동안 강도 높은 운동을 수행하고 낮은 강도 운동을 휴식기로 반복하여 진행하는 운동이며, 최대산소섭취량 증가와 심폐체력 수준을 높이는데 효과적으로 알려져 있다[14]. 전통적인 중강도 장시간 운동과 비교 하였을 때 고강도 인터벌 트레이닝 가지고 있는 시간적 이점은 분명하다. 더 나아가, 고강도 인터벌 트레이닝을 통한 신체가 갖는 이점은 다양하다. 첫째, 근육세포 내의 미토콘드리아 수의 증가와 ATP생산능력을 향상시킨다. 또한 모세혈관의 밀도를 증가시켜 산소 및 영양소의 전달을 더 효율적으로 만들어 골격근 산화 능력을 개선시킨다. 이것은 지구력 향상으로 연결되며 몸의 회복속도를 높이고 피로를 줄이는데 큰 역할을 한다. 둘째, 운동 후에도 대사율이 높게 유지되는 운동 후 초과산소 소비량(EPOC)이 상승되어 있어 칼로리 감소에도 효과적이다. 일반적인 유산소 운동과 달리 간헐적으로 강도 높은 운동이 미토콘드리아 활성과 대사 과정을 장시간 지속하게 만들어 체지방 감소에도 효과적으로 알려져 있다[15]. 셋째, 인슐린 저항성 감소로 인해 혈당조절에도 효과가 있다. 고강도 운동 시에는 근육세포의 GLUT-4 단백질이 세포막으로 이동하여 포도당을 근육세포 안으로 빠르게 흡수하면서 혈당이 낮아지게 된다. 이 과정은 인슐린 비 의존적으로 일어나며 운동 후에도 일정 시간 지속된다[16,17].
이러한 장점에도 불구하고 고강도 인터벌 트레이닝을 적용한 연구 대부분은 성인남성, 대학생, 스포츠 선수와 같이 비교적 운동프로그램에 접근하기 쉬운 대상자들로 진행되어왔다. 또한 고강도 인터벌 트레이닝을 적용한 연구의 운동 중재 전략이 저항 운동 및 복합운동, 스포츠 현장에 적용된 특정 운동방법으로 적용한 사례가 많다[18,19]. 이것은 시간 부족으로 인해 신체활동에 참여하지 못했던 30~40대 좌업 여성에게 운동방법 습득 이라는 시간을 필요하게 만든다. 그렇기 때문에 본 연구에서는 인간의 움직임에 있어 가장 보편적인 운동 방법인 달리기와 걷기를 적용한 운동중재 방법을 사용하고자 한다[20,21]. 달리기는 특별한 운동지도 방법이 없더라도 접근하기 쉽다는 장점이 있다. 또한 심폐지구력 향상, 근지구력 향상, 혈류속도의 증가, 체지방 감소와 같이 신체적 이점 또한 다양하다.
이러한 달리기와 걷기을 통한 운동중재방법과 고강도 인터벌 트레이닝의 시간 효율성은 시간 부족으로 인하여 신체활동이 감소된 30~40대 좌업 여성에게 심폐 체력 개선의 효과를 가져다줄 것으로 예상된다. 따라서 본 연구는 달리기와 걷기를 통한 수정된 고강도 인터벌 트레이닝을 적용하여 30~40대 좌업 여성의 신체조성, 안정 시 심박수, 혈압, 허리엉덩이둘레비, 심폐 체력에 어떠한 영향을 미치는지 분석하고 이를 통해 시간 적용 대비 효과적인 운동프로그램을 제공하는 데 그 목적이 있다.
연구방법
1. 연구대상 및 운동 중재
본 연구는 대한민국 S시에 거주하는 30~40대 좌업 여성 21명을 대상으로 하였다. 연구대상자들은 실험 참여 전 실험 참여에 대한 이점과 주의 사항에 대해 안내를 받았으며, 연구 참여에 관한 동의서를 받았다. 프로그램의 참여 기간은 2025년 1월부터 2월까지 8주로 구성되었다. 고강도 인터벌 운동 그룹은 S시 소재의 체육관을 주당 2회, 8주간 방문하여 운동프로그램에 참여하였다. 프로그램의 순서는 준비운동 10분, 트레드밀을 이용한 고강도 인터벌 트레이닝 20분, 마무리 운동 5분 순서로 진행하였다(총 35분). 준비운동은 폼롤러를 이용한 자가 근막 이완 후 각 부위별 정적스트레칭을 약 20-30초간 진행하였다. 본 운동인 고강도 인터벌 트레이닝은 트레드밀에서 초기 2~3분간 목표 심박수의 40-50%를 걷기를 진행한 후, 목표 심박수의 80% 이상을 기준으로 40초에서 1분간 달린 후 다시 1분간 목표 심박수의 40-50%의 낮은 속도로 걷기를 1세트로 정하고 10세트를 반복하여 진행하였다. 마무리 운동으로는 부위별 정적 스트레칭을 진행하였다. 또한, 고강도 인터벌 트레이닝 중 대상자들의 심박수 모니터링을 위해 밴드형 심박계(Polar Verity Sense, Kempele, Finland)를 착용하여 프로그램을 진행하였다. 통제군은 8주 동안 일상생활을 제외한 신체활동이나 운동 프로그램에 참여하지 않았다. 8주간의 프로그램 참여 전과후에 각각의 변인들을 측정하였으며, 연구 대상자의 신체적 특성은 <Table 1>과 같다.
Participant characteristics.
2. 연구절차
1) 신체조성 측정 및 방법
신장, 체중, 체질량지수, 체수분, 골격근, 체지방량, 체지방률은 생체전기 임피던스 방법을 이용한 체성분 측정기(InBody 470, Seoul, Korea)로 측정하였다. 체수분에 영향을 미칠 것을 고려하여 측정 두 시간 전 수분섭취를 금지하였다. 또한, 제조사 지침에 따라 연구 대상자는 심장박동 조절기 등 이식형 의료기기를 착용한 사람 및 전염성 질병이 있거나 손바닥 또는 발바닥에 상처 있는 사람은 제외하였고, 운동을 하기 전 공복 상태에서 측정하였다[22].
2) 혈압 및 안정 시 심박수 측정 방법
혈압측정 및 안정 시 심박수는 자동전자 혈압계를 이용하였고(OMRON HEM-7156, KyoTo, Japan), 측정 전 대상자는 술, 카페인 음료 섭취, 샤워, 격렬한 운동을 하지 않은 상태로 측정실에 방문하여 측정을 진행하였다. 또한, 휴식상태로 약 5분간 안정을 취하고 측정하였으며 10분 이내로 3회 측정한 값의 평균값으로 정하였다.
3) 허리엉덩이둘레비 측정 방법
허리와 엉덩이둘레 측정 전 대상자는 공복 상태를 유지하고 바르게 서 있는 상태에서 어깨는 자연스럽게 펴고, 발은 약간 벌린 상태를 유지하며 허리둘레는 허리의 가장 좁은 부분을 측정하였고, 엉덩이는 엉덩이의 가장 넓은 부분을 측정하였다[23].
4) 쿠퍼 12분 달리기 검사(Cooper 12-Minute Run Test)
케네스 쿠퍼(Kenneth H. Cooper) 박사가 개발한 심폐 체력 테스트인 12분 달리기(Cooper 12-Minute Run Test) 검사는 대상자가 12분 동안 필드에서 가능한 한 멀리 달리거나 걷게 하고, 그 거리를 기준으로 심폐 체력을 평가한다[24]. 본 연구에서는 환경적 제한으로 인하여 트레드밀(Able T, PaJu, Korea)을 이용하여 측정하였다. 대상자들은 측정 전 사고의 예방을 위한 테스트 안내사항을 충분히 전달받았으며 자가 근막 이완, 정적스트레칭, 고관절 동적 스트레칭을 포함한 준비운동 진행 후 검사를 시행하였다. 또한, 5분간 자유속도로 트레드밀 적응 시간을 가진 후 검사를 진행하였다. 트레드밀의 경사도는 0%이며, 측정 대상자들은 테스트 시 달리기 속도를 스스로 조절할 수 있도록 진행하였다.
5) 퀸스대학스텝검사(Queen’s College Step Test)
퀸스대학스텝검사는 하버드 스텝 검사의 변형으로, 16인치 높이의 박스에서 스텝을 사용하여 3분 동안 정해진 속도로 오르내리는 방식으로 진행하며, 운동 후 회복기 심박수를 측정하여 최대산소섭취량(VO2max)을 추정하는 심폐 지구력을 평가하는 운동 검사이다[25]. 검사방법은 16인치 높이의 박스에서 1분당 22회의 속도로 3분간 진행하였으며, 검사 종료 후 심박수를 측정하여 퀸스대학스텝검사 공식에 대입하여 최대산소섭취량을 도출하였다. 1분간 22회의 속도를 맞추기 위해 메트로놈을 이용하였으며, 밴드형 심박계(Polar Verity Sense, Kempele, Finland)를 이용하여 진행하였다.
3. 자료처리방법
통계적 분석은 SPSS Version 18.0(IBM Corp., Armonk, NY, USA)을 이용하여 분석하였다. 모든 결과값은 평균과 표준편차로 제시하였으며, 통계적 유의 수준은 p<0.05으로 하였다. 통제군과 운동군의 8주간의 운동 시점에 따른 집단 간의 차이는 2 X 2 repeated analysis of variance를 실시하였다. 운동프로그램 참여의 효과에 대하여서는 집단(group)에 대한 전후 시기(time)의 변화를 살펴보는 상호작용(interaction) 효과에 대하여 살펴보았다.
결과
고강도 인터벌 트레이닝 그룹과 통제 그룹의 8주간의 고강도 인터벌 트레이닝 전후 신체조성, 안정 시 심박수, 혈압, 허리엉덩이둘레비, 심폐 체력의 변화를 조사한 결과는 <Table 2>와 같다. 체중, 체질량지수, 체수분, 골격근량, 체지방량, 체지방률, 수축기 및 이완기 혈압, 엉덩이둘레는 운동 전후에 집단 간 유의한 차이를 보이지 않았다(p>0.05). 하지만, 안정 시 심박수(F=25.459, p<0.001), 허리둘레(F=9.356, p=0.006). 허리엉덩이둘레비(F=21.294, p<0.001), 쿠퍼 12분 달리기 검사(F=26.086, p<0.001), 퀸스대학스텝검사(F=9.767, p=0.006)의 변인은 운동전후의 시점에 따라 집단 간의 유의한 차이가 나타났다.
Training program effects on body composition resting heart rate, blood pressure, waist-to-hip ratio, and cardiopulmonary fitness.
논의
계획된 신체활동은 인간이 살아가는데 정신적, 신체적으로 많은 이점을 가지게 한다. 그러나 대한민국의 30~40대 좌업 여성의 대다수는 필수 활동과 의무 활동으로 인하여 계획된 신체활동에 참여할 수 있는 시간이 제한적이다[9]. 이러한 시간적 제한을 해소하면서 신체활동의 이점을 가질 수 있다는 것을 확인하고자 본 연구는 주당 2회, 8주간 고강도 인터벌 트레이닝이 30~40대 좌업 여성의 신체조성 및 심폐 체력에 미치는 영향에 관하여 연구를 진행하고자 하였다.
8주간의 고강도 인터벌 트레이닝에서의 신체조성 항목 중 체중, 체질량지수, 체수분, 골격근, 체지방량, 체지방률에서는 유의한 변화가 나타나지 않았지만, 허리둘레와 허리엉덩이둘레비에서는 유의한 차이를 보였다. 허리엉덩이둘레비는 체중에 대한 지방의 분포를 확인할 수 있는 지표이며, 허리엉덩이둘레비의 감소는 심혈관 질환, 제2형 당뇨병, 대사증후군에 관련된 질병의 위험성이 줄어든다는 것을 의미한다[26]. 엉덩이둘레는 유의한 감소가 없었던 것에 비해 허리둘레의 유의한 감소는 하체 근육을 이용한 운동 중재 방법을 선택하였던 결과로 보여진다. 한편 체중에 대한 통계적 유의한 감소는 없는 것으로 확인되었다. 이것은 8주간의 주 2회의 운동은 전체적인 운동량의 크기가 체중 변화에까지 유의한 효과를 나타내지 못하는 것으로 사료된다.
본 연구의 심폐 체력 항목 중 안정 시 심박수에서 통계적으로 유의한 변화가 있었다. 안정 시 심박수가 의미하는 상태는 개인의 건강 상태와 생활방식에 따라 다를 수 있으나, 규칙적인 운동으로 인해 낮아진 안정 시 심박수는 심폐 체력 및 심혈관 건강의 중요한 지표로 간주된다. 선행의 연구에서 낮은 안정 시 심박수는 높은 안정 시 심박수를 가진 사람들에 비해 심혈관 질환, 제2형 당뇨병, 대사증후군과 같은 질병의 유병률이 낮다는 것을 보고하였고[27], 운동 적용으로 인하여 안정 시 심박수가 낮아지면 심박출량이 증가하고 심장 효율성이 개선되어 심폐 체력이 향상될 가능성이 있다[28]. 또 다른 심폐 체력에 관련된 항목인 쿠퍼 12분 달리기 검사와 퀸스대학스텝검사에서도 통계적으로 유의한 변화가 있었다. 운동프로그램으로 사용된 고강도 인터벌 트레이닝은 짧은 시간의 고강도 달리기와 저강도 걷기 반복하는 운동프로그램이다. 이 운동에서 ATP-PC과정, 해당 과정, 유산소 에너지 시스템이 모두 사용된다. 이러한 혼합 에너지 시스템의 사용으로 인해 근지구력 향상과 하체 골격근의 산화적 능력 개선은 쿠퍼 12분 달리기 검사와 퀸스대학스텝검사 항목에서 유의미한 영향을 미쳤을 것으로 보인다. 16인치 박스를 올라섰다 내려오는 형식의 퀸스대학스텝검사는 본 연구에서 운동 방법이 달리기와 걷기로 이루어졌음에도 불구하고 유의한 변화가 있었던 것은 비슷한 고관절 움직임과 하체 근육의 사용된 고강도 운동이 영향을 주었을 것으로 생각된다.
종합적으로 8주간 고강도 인터벌 트레이닝을 통해 체내의 산소 소비능력이 향상된 것으로 보여지며, 이것은 미토콘드리아의 질적, 양적 개선으로 보여진다. 미토콘드리아의 수가 늘어나면 산화적 인산화 경로가 더욱 활성화 되고, ATP 생성이 활발해 진다[17]. 이러한 산화 능력의 개선은 근육뿐만 아니라 심장과 같은 주요 장기의 산소 공급 능력을 극대화 하여 심박수 회복 속도에도 영향을 미쳤을 것이라 사료된다.
본 연구의 제한점은 다음과 같다. 첫째, 본 연구는 8주 동안 16회의 운동프로그램 참여와 비침습법인 검사방법으로 실험 결과를 확인하였고, 이것은 낮은 빈도의 운동참여와 간접적인 측정으로는 심혈관 건강의 개선, 제2형 당뇨병 및 대사증후군의 개선 여부를 정확하게 확인할 수 없다는 한계점이 존재한다. 둘째, 대한민국 S시라는 제한된 지역과 적은 연구대상자(n=21) 수로 인하여 연구 결과에 대하여 일반화하기가 어렵다. 셋째, 달리기와 걷기를 이용한 움직임이 인간의 자연스러운 움직임이라 하더라도 근골격계 및 평형성의 문제가 있는 사람들에게는 운동프로그램에 참여가 제한되기 때문에 대한민국 30~40대 전체 좌업 여성의 결과로 대변할 수 없으며 일반화에 한계가 있다. 따라서, 향후 연구에서는 보다 정교한 실험 설계를 적용하고, 표본의 규모를 확대하며, 다양한 집단을 포함하여 연구 결과의 일반화를 높일 필요가 있다.
결론 및 제언
본 연구에서 8주간의 고강도 인터벌 트레이닝은 30~40대 좌업 여성의 신체조성과 혈압에 유의한 영향을 미치지 않았으나, 안정 시 심박수, 허리둘레, 허리엉덩이둘레비, 심폐 체력이 향상됨을 확인하였다. 본 연구 결과 시간적 여유가 없는 30~40대 좌업 여성들에게도 적은 시간 투자, 낮은 참여빈도, 단순한 움직임만으로도 심폐 체력 개선의 가능성이 있다는 것을 시사한다. 추후 연구에서는 고강도 인터벌 트레이닝을 통해 개선된 능력을 지속적으로 유지 할 수 있도록 하는 향상된 프로그램 설정이 필요하며, 더불어 걷기와 달리기에 제한이 있는 30~40대 좌업 여성을 위한 좀 더 낮은 수준의 운동 중재 방법을 이용한 실험이 필요하다 생각된다.
Notes
The authors declare no conflict of interest.