The Effects of 8 Weeks of Moderate-Intensity Aerobic Exercise on Serum Irisin and Leptin Levels in Obese Women in Their 20s

Lee, Tae-Hyung; Ko, Jae-Myun; Tae-Hyung Lee; Jae-Myun Ko

doi:10.15857/ksep.2024.00626

Exerc Sci > Volume 34(1); 2025 > Article

8주간 중강도 유산소 운동이 20대 비만 여성의 혈중 Irisin 및 Leptin에 미치는 영향

Original Article

Exerc Sci.. 2025; 34(1): 71-80.

Published online: Feb 28, 2025

DOI: https://doi.org/10.15857/ksep.2024.00626

8주간 중강도 유산소 운동이 20대 비만 여성의 혈중 Irisin 및 Leptin에 미치는 영향

이태형 PhD

, 고재면 PhD

연세대학교 체육학과

The Effects of 8 Weeks of Moderate-Intensity Aerobic Exercise on Serum Irisin and Leptin Levels in Obese Women in Their 20s

Tae-Hyung Lee PhD

, Jae-Myun Ko PhD

Department of Physical Education, Yonsei University, Seoul, Korea

Corresponding author: Jae-Myun Ko Tel +82-2-2123-3185 Fax +82-2-2123-8375 E-mail kjm1218@yonsei.ac.kr

Received Dec 4, 2024 Revised Feb 18, 2025 Accepted Feb 21, 2025

This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

Abstract

PURPOSE

This study aimed to investigate the effects of 8 weeks of moderate-intensity aerobic exercise on body composition and serum irisin and leptin levels in obese women.

METHODS

Obese women in their 20s were divided into an aerobic exercise group (AEG; n=8) and a control group (CON; n=8). Aerobic exercise was conducted at an intensity of 65-70% of the maximal oxygen uptake, with a target energy expenditure of approximately 1,000 kcal/week (350 kcal/session) to promote health. To assess the effects of exercise, body weight and body fat percentage were measured before and after the intervention. Blood samples were collected to analyze serum irisin and leptin levels.

RESULTS

The aerobic exercise group achieved a reduction in body weight and body fat percentage and exhibited increased serum irisin levels. Conversely, serum leptin levels were seen to decrease.

CONCLUSIONS

This study confirmed that moderate-intensity aerobic exercise is effective in reducing body weight and body fat in obese individuals and positively influences serum irisin and leptin levels. Furthermore, these findings provide a basis for establishing exercise volume during workouts, highlighting the significance of these experimental results.

Keywords: Moderate intensity Aerobic Exercise, Obese Women, Body Composition, Irisin, Leptin

색인어: 중강도 유산소 운동, 비만 여성, 신체구성, 아이리신, 렙틴

서 론

비만 인구의 증가는 국내뿐만 아니라 전 세계적으로 증가하고 있는데 특히, 젊은 연령대의 비만은 향후 제2형 당뇨병, 고혈압, 암, 그리고 심혈관 질환 발병과 매우 밀접한 관계가 있다[1-3]. 그리고 비만과 관련된 건강 문제는 개인/국가 의료시스템에 상당한 경제적 영향을 미친다고 보고되고 있다[4]. 비만은 이미 질병으로 여겨지고 있으며 비만의 원인을 살펴보면 여러 가지 이유가 있지만, 주원인은 에너지 대사의 불균형을 들 수 있다[5]. 즉, 인체의 대사(metabolism) 과정은 열역학 법칙이 적용되는데, 소비하는 에너지 열량보다 섭취하는 음식물의 열량이 더 크다면 체중은 증가하게 되며, 잉여된 에너지는 지방으로 축적되어 결국 비만을 유발하게 되는 것이다[6,7]. 인체의 지방조직은 백색지방(white adipose tissue, WAT)과 갈색지방(brown adipose tissue, BAT) 두 가지의 서로 다른 내분비작용을 하는 지방세포로 구분되며, 이 중 WAT는 인체에서 가장 풍부한 형태로써 지방 질량의 약 90% 이상을 차지하고 있고, 세포 내 중성지방(triglyceride, TG)을 축적하는 역할을 한다[8,9].

또한, 대사적 영향을 미치는 다양한 생리활성 분자(bioactive mole-cules)인 대사물질들을 생성하여, 전신 및 국소적으로 분비하게 되는데 이를 포괄적으로 아디포카인이라 지칭한다[10,11]. 하지만 비만과 같은 특정 질환의 경우 아디포카인의 분비 장애를 일으키며, 이는 지방세포의 비대 및 염증의 악화 그리고 이상지질혈증, 인슐린저항성 등의 대사 장애를 일으키게 된다[12,13]. 이러한 아디포카인의 종류로는 렙틴(leptin), 아디포넥틴(adiponectin), 바스핀(vaspin), 레지스틴(resistin), 케머린(chemerin), 비스파틴(visfatin) 등이 알려져 있다[14-16].

이중 렙틴의 경우 주로 WAT에서 분비되는 아디포카인 인자로 에너지 균형 및 신진대사를 조절하는 역할을 하는데 특히, 중추신경계에 작용하고 식욕 조절에 관여하여 인체 에너지 소비에 영향력을 미치는 것으로 알려져 있다[17-19]. 그러나 비만인의 경우 병리학적으로 증가된 순환 렙틴의 수치를 보이게 되고, 결국 렙틴 저항성이 나타나 중추의 렙틴 민감도가 감소하게 되어, 식욕을 줄이거나 에너지 소비를 증가시키는 능력이 감소하는 결과가 발생하게 된다[20]. 이로 인해 음식 섭취는 점차 증가하게 되고, 추후 비만 악화 그리고 심혈관 질환을 비롯한 다양한 대사 장애가 발생하는 것이다[21].

이처럼 렙틴의 증가는 렙틴 민감도 감소에 따른 식욕 억제의 실패로 비만을 더욱 유도할 수 있는 것인데, 흥미롭게도 신체적 활동 및 운동 훈련이 혈장 렙틴 수치에 영향을 미친다고 보고되고 있고, 여러 선행연구에서 규칙적인 운동을 통한 렙틴 수치의 감소 효과를 입증하고 있다[22-24].

최근 Chen et al. [25]의 review 연구에서는 유산소 운동, 복합운동, 고강도 인터벌 운동 등이 렙틴 수치를 유의하게 감소시킬 수 있는데, 이중 유산소 운동이 가장 효과적이라고 보고하면서, 운동을 통한 렙틴 개선 효과의 잠재적인 매커니즘은 체지방 감소를 포함한 다양한 신체 변화와 밀접하게 관련된다고 보고하였다. 하지만 이에 반해 Bjersing et al. [26]은 비만 여성에게 15주간 규칙적인 운동을 적용했음에도 불구하고 렙틴 수치가 감소하지 않았다고 주장하였고, 또 다른 연구에서도 중간 또는 고강도의 운동을 실시했지만, 렙틴 수치에서 유의한 감소 차이를 확인하지 못했다며, 이것은 강도보다는 운동량에 따라 결과가 상이할 것이라고 주장하였다[27]. 더욱이 Yu et al. [28]의 연구에서도 운동 강도 및 유형에 대한 부분들은 일관성을 보이지 않고 있다고 지적하고 있기에, 무엇보다 렙틴의 현저한 감소를 위한 명확한 운동량 설정 기반의 후속 연구는 지속성/필요성이 요구된다고 본다.

한편, 다양한 선행연구에서는 운동 후 골격근에서 PGC1α를 방출하는 것을 밝혀냈는데, PGC1α는 에너지 대사(energy metabolism)를 조절하며, 미토콘드리아의 생합성, 골격근 섬유 유형의 전환 그리고 혈관 신생 등 여러 과정을 촉진하는 것으로 보고되고 있다[29,30]. 특히, 근육 조직에서의 PGC1α는 막 단백질(membrane protein)인 FNDC5 (fibronectin type III domain containing 5 protein)의 발현을 증가시키는데 이때 FNDC5는 세포막으로 이동하여 근육 세포의 세포외 표면에서 단백질 분해에 의해 아이리신이라는 새로운 호르몬이 생성된다고 보고되었다[31]. 아이리신(irisin)은 갈색지방(BAT)을 증가시켜 에너지 소비를 유도하는 열 발생 호르몬이며, 생성된 아이리신은 자가분비(autocrine) 및 주변분비(paracrine) 기전을 통해 근육 생성을 촉진하고 근육 위축을 억제할 수 있고, 이중 주목할 점은 WAT의 갈변(browning)과 체온 생성을 유도한다는 부분이다[29,32-34].

그러나 아이리신은 비만, 콜레스테롤 그리고 아디포넥틴 수치와 음의 상관관계를 가지고 있다는 점이며[35], 이에 비만인에게 운동을 적용한 최신 선행연구에서는 VO₂ max 60%의 중강도 운동에서 체중의 감소와 아이리신의 수치가 증가하였다고 보고한 바 있다[36]. 그리고 쥐를 대상으로 진행한 동물 실험 연구에서도 운동강도 차이와 관계없이 골격근 및 아이리신의 수치가 증가했는데, 이중 저강도 및 중강도의 운동이 신장의 손상까지도 유의미하게 개선했다고 주장하며[37], 비만인에게 규칙적인 유산소 운동의 실천을 제안하고 있다.

이처럼 운동 적용이 비만 집단에게 긍정적인 결과를 보이는 것은 의심할 여지가 없지만, 아이리신의 변화가 나타나지 않았다는 연구 또한 존재하는데[38,39], 이들은 규칙적인 운동이 아이리신의 수치를 높일 수 있지만, 그 효과가 일관성을 보이는 것은 아니라고 주장하였다.

이러한 불일치에 대해 최근 Guo et al. [35]의 review 연구에서는 비만인에게 운동 중재에 따른 아이리신의 변화는 운동 설계에 따라 다를 수 있고 운동의 기간 및 강도 그리고 운동량 등의 방법론 차이에 기인할 수 있기에 표준화된 운동 프로토콜의 필요성을 지적하였다.

이에 따라 운동에 의한 아이리신의 변화를 명확하게 확인하기 위해서는 운동 중재 조건을 엄격하게 조절하는 것이 필요하다고 여겨진다. 특히 최근 통계청(2024)에 따르면 국내 성인 여성의 비만 인구는 28.4%이며, 이 중 젊은 연령대인 20대 여성의 경우 21년 15.9%에서 22년에는 18.2%로 증가하는 경향을 보이고 있기에[36], 증가하고 있는 20대 비만 여성에게 보다 과학적인 운동강도 설정으로 구성된 유산소 운동을 실시하여 혈중 아이리신과 렙틴의 변화를 입증한다면 20대 여성의 비만 유병율이 증가하고 있는 현 시점에서 비만을 치료하거나 예방하려는 사람에게 건강관리 및 운동의 중요성을 더욱 강조할 수 있을 것으로 기대된다.

따라서 본 연구에서는 20대 비만 여성을 대상으로 유산소 운동 시 운동강도 및 운동량을 명확히 통제하여 이들의 신체구성 및 혈중 아이리신 그리고 렙틴의 변화를 확인하는 데 그 목적이 있으며, 도출된 결과를 통해 비만인의 맞춤형 운동처방의 기초자료를 제공하고자 한다.

연구 방법

1. 연구 대상

본 연구의 대상자는 S시 소재에 거주하는 20대 성인 여성으로 체질량지수(body mass index, BMI) 25 kg/m² 이상, 체지방률 30% 이상인 비만 기준에 충족하면서 비만을 제외한 심혈관계, 근골격계를 포함한 모든 의학적 질환이 없는 자들로 모집하였으며, 이 중 지난 6개월간 규칙적이고 체계적인 운동 프로그램에 참여한 경험이 없고, 본 실험의 목적 및 내용 그리고 진행 절차를 이해하며, 자발적으로 참여 의사를 밝힌 자를 선정하였다.

연구대상자의 표본 크기 산출을 위해 G* POWER 소프트웨어(G* Power 3.1.9.4, Heinrich-Heine-University, Düsseldorf, Germany)를 사용하였고, 그 결과 최소 표본은 16이었으며(effect size=0.40, α=0.05, pow-er=0.80), 이에 따라 유산소 운동 그룹(Aerobic exercise group, AEG; n=8)과 컨트롤 그룹(Control group, CON; n=8)으로 무작위 분류하였다. 본 연구는 OO대학교 생명윤리위원회(IRB) 승인을 받은 후 진행되었으며(1040917-201506-BR-158-05), 전체 연구대상자의 신체적 특성은 Table 1과 같다.

Table 1.

Subject characteristics

Variables	Group
Variables	AEG (n=8)	CON (n=8)
Age (yr)	23.5±3.1	24.9±3.6
Height (cm)	162.7±4.1	162.3±3.5
Weight (kg)	63.7±6.5	65.5±9.7
Body Fat (%)	32.8±2.3	34.1±3.7

Values are mean and SD.

AEG, Aerobic Exercise Group; CON, Control Group

2. 실험절차

본 연구의 실험은 OO대학교 운동처방실에서 진행되었으며, 모든 연구대상자에게는 실험과 관련된 절차 및 세부 진행사항 그리고 실험 도중 발생 가능성이 있는 위험 요인에 대해 설명하였고 참여를 원하지 않을 경우, 언제든지 중도 포기가 가능하다는 내용이 포함된 동의서를 작성하였다.

본 연구의 실험 절차는 유산소 운동 그룹(AEG) 8명, 컨트롤 그룹(CON) 8명을 대상으로 사전검사인 기본검사(신체계측, 운동부하검사)와 혈액검사를 실시하였고, 8주간 유산소 트레이닝 이후 사전검사와 동일한 시간 및 방법으로 사후검사를 진행하였다.

전체 연구대상자는 사전, 사후 실험 전 과도한 신체적 활동을 금하고, 충분한 수면을 취하도록 요청하였다. 또한, 혈액 성분의 신빙성 있는 결과를 위해 혈액채취 12시간 전부터 금식을 유지하였다. 그리고 8주간의 트레이닝 중 본 실험에서 제공하는 운동 프로그램 외 추가적인 운동을 제한하였고, 실험 결과에 영향을 미칠 가능성이 있는 음주 및 흡연 그리고 보조제 등을 포함한 모든 약물복용을 금지하였다.

1) 기본 검사(신체계측, 운동부하검사)

기본 검사는 신체계측과 운동부하검사로 구성되며, 전체 연구대상자는 비만도계(BSM330, Biospace, Korea) 측정 장비를 사용하여 신장(cm)과 체중(kg)을 측정하였고, 생체전기저항법에 의해 측정되는 체구성 측정 장비(InBody720, Biospace, Korea)를 이용하여 체지방률(%) 및 제지방량(kg)을 측정하였다. 이때 결과 오차범위를 줄이기 위해 측정 12시간 이전까지 공복상태를 유지하였고, 측정 직전 배변 및 배뇨를 보도록 하였다. 또한, 측정 시 전기저항에 영향을 줄 수 있는 모든 금속류(시계, 반지 등)를 제거하고 표준화된 측정 자세를 취하여 올바르게 측정하였다.

그리고 운동부하검사의 경우 유산소 트레이닝 시 운동강도(거리, 속도, 시간)를 설정하기 위해 실시하였으며, 신체계측 이후 5분 이상 충분히 휴식을 취한 이후 측정하였다. 연구대상자는 심박수측정기(FT2, Polar, Finland)를 착용한 상태로 트레드밀(TM65 Treadmill, Quinton, USA)에서 호흡가스분석장비인 Metabolic Measurement System (True-One 2400, ParvoMedics, USA)을 사용하여 최대산소섭취량(VO₂ max)을 측정하였고, 이때 체력측정 경험이 전무한 비만 여성임을 감안하여 안전한 측정을 위해 Modified Bruce Treadmill Max Protocol을 적용하였다.

2) 혈액채취 및 분석 방법

본 실험의 혈액 채취는 S시 소재 OO병원 채혈실에서 진행되었으며, 유산소 운동 그룹(AEG) 8명, 컨트롤 그룹(CON) 8명 모두에게 실시되었다.

전체 연구대상자는 채혈 하루 전 과도한 신체적 활동을 제한하였고, 채혈 전 12시간 이상 금식을 유지하였다. 그리고 채혈 전 위생 점검 후 감염에 최대한 유의하였으며, 안정시 심박수를 확인한 뒤 안정시 상태에 도달했을 때 채혈하였다. 이때 임상병리사에 의해 시기마다 항응고 처리된 vacutainer tube와 22 gage needle을 이용하여, 상완주정맥(antecubital vein)에서 혈액을 채취하였다.

채혈은 총 2회(사전, 사후) 진행하였고, 8주간의 트레이닝 종료 후 사후 채혈 시 사전 채혈과 동일한 방법으로 실시하였다. 채혈 시 수집된 혈액은 원심분리기(Microspin, Hanil, Korea)를 사용하여 3,000 rpm으로 10분 동안 원심분리한 뒤 분리된 혈장(plasma)을 microtube에 옮겼으며, 다음 분석까지 −70℃에서 보관하였다. 본 실험의 혈액 변인에 대한 분석 방법은 아래와 같다.

아이리신의 분석은 Microplate Reader (VERSA Max, Molecular device, USA) 장비를 사용하여, Irisin, Recombinant (Human, Mouse, Rat) EIA kit로 ELISA (Enzyme-Linked Immunosorbent Assay) 방법을 이용해 분석하였으며, 렙틴의 분석은 γ-counter (COBRA 5010 Quan-tum, PACKARD, USA) 장비를 사용하여, Human Leptin RIA kit로 RIA (Radioimmunoassay) 방법을 이용하여 분석하였다.

3) 유산소 운동 강도 설정

본 연구에서의 유산소 운동강도 설정은 ACSM (2021)에서 제시한 심폐지구력 운동강도 범위를 참고하여, 중강도 범주인 최대산소섭취량(VO₂ max)의 60-70% 수준으로 설정하였고, 건강 증진을 위한 운동 목표량인 주당 약 1,000 kcal (1회 350 kcal)를 소모하도록 운동량을 동일하게 구성하였다. 그리고 운동의 속도 및 시간을 설정하기 위해 8주간의 트레이닝 이전 사전 수집된 VO₂ max를 기준으로 개인별 목표산소섭취량(Target VO₂)을 계산하였고, 이를 Bushman과 ACSM에 따른 공식을 활용하여[41,42] 연구대상자의 개인별 운동속도 및 운동시간을 산출하였고, 이를 트레이닝 시 적용하였다(Tables 2, 3).

Table 2.

Method for Calculating Exercise Velocity

(Exercise Intensity %)×VO₂ max (mL/kg/min)=Target VO₂ (mL/kg/min)

Target VO₂ (mL/kg/min)=3.5 mL/kg/min+[0.2×(Exercise Velocity)]

Table 3.

Method for Calculating Exercise Time

Target VO₂ (mL/kg/min)÷1 METs (3.5 mL/kg/min)=(A) METs

(A) METs×3.5 mL/kg/min×(Body Weight)/1,000×5=(B) Kcal/min

(B) Kcal/min×(Exercise Time)=350 Kcal (1 Time)

(Exercise Time)=350 Kcal÷(B) Kcal/min

또한, 체력 수준의 향상을 고려하여 트레이닝이 시작된 시점으로부터 4주 후 VO₂ max를 재측정하였고, 향상된 체력 수준에 따른 운동강도를 재설정하여 전체 8주간의 유산소 트레이닝을 진행하였다.

4) 자료처리

본 연구에서의 모든 실험 결과는 SPSS/PC+Ver 26.0K 통계 프로그램을 이용하여, 평균(M)과 표준편차(SD)를 산출하였고, 각 그룹에 대한 체구성 및 혈중 아이리신 그리고 렙틴의 변화를 분석하기 위해 이원변량분석(two-way repeated ANOVA)를 실시하였다. 시기에 대한 차이가 발생할 경우 그룹내 paired t-test 및 그룹 간 independent t-test를 실시하였다. 모든 통계적 유의수준은 α=.05로 설정하였다.

연구 결과

1. 체중 및 체지방률의 변화

체중에 대한 차이를 분석하기 위한 이원변량분석 결과, 상호작용 효과(F=14.826, p <.01) 외 시기에 대한 주효과에서도 통계적으로 유의한 차이가 나타났다(F=9.454, p <.01). paired t-test를 실시한 결과, AEG에서 차이가 나타났고(p <.01), independent t-test를 실시한 결과, 그룹 간 유의한 차이가 나타났다(p <.05).

체지방률에서도 상호작용 효과가 나타났고(F=149.998, p <.001), 시기에 대한 주효과에서도 유의한 차이가 나타났다(F=90.740, p <.001). paired t-test를 실시한 결과, AEG에서 차이가 나타났고(p <.001), independent t-test를 실시한 결과, 그룹 간 유의한 차이가 나타났다(p <.01) (Table 4).

Table 4.

Change of body composition

Variables	Group	Pre	Post	Source	F	p
Weight (kg)	AEG	63.7±6.5	58.8±6.5^††	Group	-.452*	.038
	CON	65.5±9.7	65.9±10.3	Time	9.454**	.008
				Group×	14.826**	.002
				Time
Body Fat (%)	AEG	32.8±2.3	28.7±2.2^†††	Group	-3.730**	.002
	CON	34.1±3.7	34.5±3.9	Time	90.740***	.000
				Group×	149.998***	.000
				Time

AEG, Aerobic Exercise Group; CON, Control Group.

*Repeated measure ANOVA, * p<.05, ** p<.01, *** p<.001,

^† Paired t-test,

^†† p<.01,

^††† p<.001.

2. 혈중 아이리신 및 렙틴의 변화

아이리신에 대한 차이를 분석하기 위한 이원변량분석 결과, 상호작용 효과(F=20.669, p <.01) 외 시기에 대한 주효과에서도 통계적으로 유의한 차이가 나타났다(F=10.309, p <.01). paired t-test를 실시한 결과, AEG에서 차이가 나타났고(p <.01), independent t-test를 실시한 결과, 그룹간 유의한 차이가 나타났다(p <.05).

렙틴에서도 상호작용 효과가 나타났고(F=17.675, p <.01), 시기에 대한 주효과에서도 유의한 차이가 나타났다(F=14.292, p <.01), paired t-test를 실시한 결과, AEG에서 차이가 나타났고(p <.01), independent t-test를 실시한 결과, 그룹 간 유의한 차이가 나타났다(p <.05) (Table 5).

Table 5.

Change of irisin and leptin

Variables	Group	Pre	Post	Source	F	p
Irisin (ng/mL)	AEG	18.7±4.2	21.9±5.1^††	Group	1.768*	.047
	CON	17.3±4.5	16.9±4.0	Time	10.309**	.006
				Group×	20.669***	.000
				Time
Leptin (ng/mL)	AEG	17.3±1.9	11.2±4.2^††	Group	-2.996*	.010
	CON	17.0±3.9	17.5±3.3	Time	14.292**	.002
				Group×	17.675**	.001
				Time

AEG, Aerobic Exercise Group; CON, Control Group.

*Repeated measure ANOVA, * p<.05, ** p<.01, *** p<.001,

^†Paired t-test,

^†† p<.01.

논 의

비만은 심혈관 질환을 비롯하여 여러 대사질환 발병 위험 증가와 밀접한 관계가 있는데, ACSM (미국스포츠의학회)에서는 비만 개선을 위해 신체적 활동량을 증가시켜 소비 열량을 최대화하고, 감소된 체중을 유지하기 위한 방안으로 운동을 권고하고 있으며[42,43], 이를 바탕으로 현재까지 다양한 연구가 진행되고 있다.

하지만 대다수 많은 운동 적용 연구에서는 개인 특성(신체적, 체력적)에 따른 운동 소비 열량을 고려하지 않고 규명한 탓에, 운동강도보다는 운동량 차이에 기인한 결과를 제시하는 가능성이 야기되며[5,44], 실제로 이러한 부분은 비만인의 운동 중재에 따른 결과로써 생리적 변인이 서로 상이한 문제가 발생할 수 있음이 지적된다. 더욱이 젊은 20대 비만 여성을 대상으로 운동강도 설정을 통한 혈중 아이리신과 렙틴을 함께 확인하고 검증한 연구는 미흡한 실정이다.

이에 따라 본 연구에서는 명확한 운동 설정을 위해 전문 장비를 통한 연구대상자의 체력 수준을 개별적으로 확인하여, 이를 근거 기반으로 동일 운동량(에너지 소비)을 구성하고, 상대적 운동강도(거리, 속도, 시간)를 제시하였으며, 통제된 운동 조건에 따른 20대 비만 여성의 혈중 아이리신 그리고 렙틴의 농도 변화를 과학적으로 확인하고자 하였다.

1. 혈중 아이리신의 변화

규칙적인 유산소 운동은 인슐린 민감성 및 대사 질환의 개선과 관련되며[45], 근육에 관여하는 단백질 및 호르몬 합성의 조절로 긍정적인 체내 변화를 촉진하는 것으로 보고되고 있다[46].

특히, 운동 중 주로 골격근에서 분비되는 아이리신은 신진대사 건강에 의미있는 영향을 미칠 수 있다는 점에서 최근까지 주목을 받고 있는데, 다양한 선행연구에 따르면 운동 시 근육에서 PGC1α의 방출을 증가시키고 이는 FNDC5의 발현을 향상시키게 되는데, 이때 아이리신이 3-4배 증가하게 된다[29]. 그리고 이러한 결과는 백색지방(WAT)을 갈색지방(BAT)으로 변환하도록 유발하고, 열발생 조절 단백질인 UCP1 (uncoupling protein 1)의 활성을 유도하여 열 생성을 촉진하고, 결국 지방산의 산화를 증가하는 것으로 알려져 있다[29,47-49].

비만인에게 운동을 적용하여 아이리신의 변화를 확인한 D’ Amuri et al. [37]의 연구에서는 12주간 VO₂ max 60%의 중강도 유산소 트레이닝을 실시하였고 체중의 감소와 혈중 아이리신의 수치를 높였다고 확인하였다. 또 다른 연구에서도 아이리신 발현의 증가는 운동의 강도 및 지속시간과 같은 다양한 요인에 영향을 받지만, 운동 중재로 인한 결과로써 포도당(glucose) 내성을 향상시키고, 인슐린 저항성의 감소 및 다양한 대사증후군의 위험을 줄일 수 있다며[50], 비만인에게 운동의 필요성을 강조하면서도 운동 방법에 대한 중요성도 함께 언급하였다. 이에 따라 본 연구에서는 이러한 선행연구를 부분적으로 참고하여, 운동강도(거리, 속도, 시간) 및 운동량을 통제하여 비만인에게 8주간의 중강도 유산소 운동을 실시하였고, 그 결과 체중 및 체지방률의 감소와 혈중 아이리신이 증가하며 통계적으로 유의한 차이가 나타났다.

이러한 결과는 선행연구와 일치하는 경향을 보이는데, 우선 운동으로 인한 근육 내 전기적 자극의 발생으로 Irisin/FNDC5의 발현이 증가하고, 마이토파지(mitophagy) 및 자가포식(autophagy)을 조절하는 Irisin/FNDC5-PINK1/Parkin-LC3/P62의 경로가 활성화되는 아이리신 분비 기전으로 해석이 가능하다[51,52]. 무엇보다 Irisin/FNDC5의 조절 신호 경로는 뚜렷한 운동 유도성을 가지고 있음이 확인된 것으로 판단된다. 특히, 규칙적인 중강도 유산소 운동은 미토콘드리아 생합성(biogenesis)을 개선하고 PGC1α의 상향 조절에 관여하여 혈중 아이리신의 수치를 증가시켜, 비만인에게 최적의 신체조성에 기여한다고 보고되고 있다[29,53,54]. 또한, 중강도의 유산소 운동 후 골격근에서 PGC1α 및 FNDC5의 방출이 크게 증가한 연구[55] 및 PGC1α/FNDC5/Irisin의 발현과 미토콘드리아 분열(fission)과 마이토파지를 유의미하게 증가시켰다는 연구[56], 그리고 고지방 식이로 유도된 비만 쥐에게 8주간 중강도 유산소 운동이 체중의 감소와 혈중 FNDC5의 수치를 증가시킨 결과[38] 등, 이는 본 연구의 결과를 충분히 뒷받침한다고 볼 수 있다.

그러나 주목할 부분은 중강도 유산소 운동만이 아이리신의 긍정적인 효과를 보인다는 것은 아니라는 점이다. 다양한 선행연구에 따르면, 저항성 운동 시 골격근 수축으로 인한 PGC1α의 활성으로 아이리신의 생성을 증가시키고[53,57], 빠르고 격렬한 인터벌 트레이닝(HIIT) 및 복합운동도 혈중 아이리신의 분비를 향상시킨다는 연구[58,59]가 존재한다. 그리고 Torabi et al. [54]의 메타분석 연구에서는 운동 유형 및 운동강도 그리고 지속시간이 아이리신에 영향을 미치는 중요한 요인이라며 각 운동 방법에 대한 아이리신 변화의 근본적인 이유에 대해서는 여전히 밝혀야 할 것이 많다고 제언하고 있다.

이는 운동 적용 시 PGC1α의 발현을 충분히 자극하는 운동강도를 찾는 것이 가장 중요한 것으로 이해되며, 무엇보다 비만인에게 특별하게 고려해야 할 부분이라 판단할 수 있다. 특히, 본 연구에서는 구체적인 근거를 통한 유산소 운동강도 및 운동량을 통제하여 혈중 아이리신의 명확한 증가 변화를 입증하였다. 따라서 중강도의 유산소 운동은 비만인의 대사 질환 예방 및 개선에 도움을 줄 수 있고, 운동을 지도하는 필드에 긍정적인 시사점을 줄 것이라 기대되어 진다.

2. 혈중 렙틴의 변화

비만은 WAT에 지방이 과도하게 축적되는 것으로 정의되며 이는 종종 심각한 질병 악화와 연관되기 때문에, 전 세계적으로 상당한 문제로 지적되고 있다. 특히, WAT에서 분비되는 아디포카인은 신체의 에너지 균형을 조절하는 분자 전달자로 설명할 수 있는데, 이들은 다양한 작용 기전과 여러 대사 조절 회로에 미치는 영향으로써 여러 질환의 조기 발견 또는 효과적인 치료 옵션으로 활용 가능한 바이오마커로써 사용할 수 있는 것으로 알려져 있다[16].

하지만 비만으로 인해 발생되는 아디포카인의 불균형한 분비는 산화적 스트레스(oxidative stress) 및 만성 염증과 관련이 있고, 이러한 변화는 심혈관 합병증의 발현 및 악화에 영향을 미치게 된다[60,61]. 특히, 아디포카인 중 렙틴(leptin)은 주로 WAT에서 분비되는 인자로 인슐린 저항성 및 포도당 내성 저하 그리고 당뇨병과 같은 비만 관련 합병증과 밀접하게 관련되어 있다[62,63].

일반적으로 렙틴에 가장 큰 영향을 미치는 요인으로는 성별, 대사성 호르몬(metabolic hormones), 체질량지수(BMI)이며, 렙틴의 수치는 체지방량과 비례한다면서 남성에 비해 여성에게 렙틴 수치가 더 높다고 보고되고 있다[20,64,65]. 더욱이 비만인의 경우 병리학적으로 순환 렙틴의 수치가 상승해 있는데, 이는 렙틴 저항성의 징후로 나타난다. 이러한 렙틴 저항성은 비만의 복잡한 기전 중 하나로 체중 조절 및 대사 건강에 중요한 영향을 미치는 것으로 보고되고 있는데[20,21], 지속적인 렙틴 수치의 증가는 심혈관 질환 및 대사 장애에 영향을 주기 때문에[66], 비만인들에게 렙틴 수치의 감소유도는 건강관리를 위해 필수적이라 볼 수 있는 것이다. 이에 따라 선행연구에서는 비만인에게 운동을 적용하여 체지방 감소와 함께 렙틴의 감소를 확인하였고, 특히 WAT 조직의 갈변 과정을 촉진하여, 렙틴 신호 전달까지 개선한다고 보고하고 있다[67,68]. 본 연구 결과에서도 유산소 운동 그룹(AEG) 에서 체중 및 체지방률의 감소와 함께 혈중 렙틴의 수치가 감소하며 통계적으로 유의한 차이가 나타났고, 이는 선행연구와 일치되는 경향을 보인다. 이러한 결과는 규칙적인 운동 시 발생하는 생리적 반응으로써 카테콜아민(catecholamine)의 활성으로 지방산의 이용률이 증가되고, 이에 지방세포의 크기가 감소되어 결국 렙틴 저항성에도 영향을 미치게 되어[69], 혈중 렙틴의 감소가 유도된 것으로 판단된다. 특히 운동강도가 아닌 에너지 소비가 렙틴의 주요 조절자이고, 렙틴의 수치를 감소하기 위해서 800kcal 이상의 에너지 소비가 필요하다고[70,71], 보고되는 것으로 말미암아 본 연구에서의 중강도 유산소 운동 시 주당 약 1,000 kcal의 소모 제안 역시 렙틴 감소에 효과적이었음이 확인되어 진다.

따라서 20대 비만 여성에게 중강도 유산소 운동 설정을 기반으로 구성된 주당 약 1,000 kcal 에너지 소모의 적용 제안은 신체구성의 긍정적인 변화를 동반하고, 혈중 렙틴의 감소를 나타냈다는 점에서 이들에게 적용 가능한 운동 방법으로써 추천이 가능할 것으로 사료된다.

결 론

비만인의 아이리신 또는 렙틴의 연구는 현재까지 상당수 진행되고 있지만 유산소 운동 중재에 따른 결과 메커니즘에 대해서는 여전히 상반된 의견이 존재한다. 이러한 부분은 운동량 등의 방법론 차이에 기인할 수 있기에 그 결과가 일관성을 보이지 않음이 지적되는 것이다. 이에 따라 본 연구에서는 운동량을 고정하여 유산소 운동을 실시하였고, 비만인의 체구성 및 혈중 아이리신 그리고 렙틴의 농도 변화를 확인하였다.

본 연구 결과, 운동 그룹에서 체중 및 체지방률이 감소하였고 혈중 아이리신의 증가와 렙틴이 감소하는 변화가 나타나며, 통계적으로 유의한 차이를 보였다. 비만인에게 중강도의 유산소 운동은 혈중 아이리신 및 렙틴에 효과적인 운동임을 강조할 수 있고, 구체적인 운동량을 설정할 수 있는 근거를 제시할 수 있기에 본 실험의 결과는 의미가 있음을 결론지을 수 있다.

하지만 본 연구의 결과는 선행연구와 비교해볼 때 연구대상자의 수가 적고, 운동 적용 기간이 짧은 중강도 유산소 운동으로만 구성된 제한점이 있다. 따라서 추후 연구에서는 더 많은 연구대상자를 통해 장기간 연구 방법 조건에 따른 다양한 운동유형 및 운동량 차이를 고려한 후속 연구가 제안되며, 20대 비만인의 건강관리를 위한 운동 연구는 지속되어야 할 것으로 생각된다.

Notes

CONFLICT OF INTEREST

이 논문 작성에 있어서 어떠한 조직으로부터 재정을 포함한 일체의 지원을 받지 않았으며, 논문에 영향을 미칠 수 있는 어떠한 관계도 없음을 밝힌다.

AUTHOR CONTRIBUTIONS

Conceptualization: TH Lee; Data curation: TH Lee, JM Ko; Formal analysis: JM Ko; Methodology and Visualization: TH Lee, JM Ko; Writing-original draft: TH Lee, JM Ko; Writing-review & editing: JM Ko.

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