1. 자료 수집

본 연구의 자료 수집을 위해 학술 검색 시스템인 ‘Scopus’, ‘Google Scholar’, ‘PubMed’, ‘Web of science’를 활용하였으며, 검색어로 ‘obesity’, ‘frailty’, ‘aerobic and/or resistance exercise’, ‘combined or multicomponent exercise’, and ‘older or elderly adults’ 등의 키워드를 조합하여 문헌을 조사하였다. 이 중 65세 이상 비만 노인 및 노쇠 노인, 비만 노쇠 노인을 대상으로 2000년부터 2021년까지 출판된 논문 중 복합 운동을 실시한 실험 연구를 선정하였다. 자료 수집 과정에서 저서, 학술 발표 자료집, 보고서 등은 제외하였다.

1. 비만 노쇠의 진단

경제협력개발기구(Organization for Economic Cooperation and Development, OECD)에 따르면, 2017년 15세 이상 성인의 비만 진단 기준을 체질량지수(body mass index, BMI) ≥ 30 kg/m²로 하였을 때, 비만 인구는 미국이 38.2%로 가장 높았고, 일본이 3.7%, 우리나라는 5.3%인 것으로 나타났다[22]. 아시아에서는 대륙 간의 인종, 사회, 문화적 특성과 기후 차이 등을 고려하여 비만의 진단 기준을 BMI ≥ 25 kg/m²로 정하고 있으며(Fig. 1A), 국내 성인의 비만율은 2008년 30.7%에서 2018년 34.5%로 과거 10년 동안 지속적으로 증가하고 있다[23]. 한편, 노인의 노쇠 유병률을 조사한 연구에서 미국은 16-28.7% [24], 일본은 7.4-13.5%가 노쇠인 것으로 나타났고[25,26], 비만 노쇠 유병율의 경우 스페인은 4.0% [27], 미국은 9%가 비만 노쇠, 56%가 비만 전노쇠인 것으로 확인되었다[28]. 국내의 노쇠 연구 결과에 따르면, 65세 이상 노인의 7.8-9.0%가 노쇠, 42.3-47.0%가 전노쇠인 것으로 나타났으나, 비만 노쇠의 유병률에 관한 연구 결과는 아직 보고된 바가 없다[29,30]. 노쇠의 진단은 2001년 Fried가 제시한 신체적 표현형 모델을 이용하는 것이 대표적인 방법이다[8]. 신체적 표현형은 예기치 않은 체중 감소, 주관적 피로감, 보행 속도 저하, 악력 저하, 신체활동 저하를 포함하며, 이는 후속 연구 설계에 따라 수정 보완되어 사용되고 있다(Fig. 1B) [31,32]. 특히, Hanlon et al. [33]과 Reyna et al. [34]은 노쇠 진단을 위해 1) 최근 1년 내 체중 감소(>10 lb/year), 2) 보행 속도(하위 25%), 3) 악력(하위 20%), 4) 주관적 피로감(최근 2주 내), 5) 신체활동 수준(하위 20%)을 지표로 사용하였다. 한편, 비만 노쇠 진단 방법으로 Villareal [15,35]은 1) 연령(≥ 65 year), 2) 비만(BMI ≥ 30 kg/m²), 3) 신체활동 수준(≤ 2 time/week), 4) 운동 기능(근력 및 보행 속도), 5) 체중 변화 (±2 kg/year), 6) 지속적인 약물 투여 여부(최근 6개월 내)를 기준으로 하였고, Colleluori [31]는 1) 연령(≥65 year), 2) 비만(BMI ≥ 30 kg/m²), 3) 신체활동 수준(<1 hr/week), 4) 운동 기능(근력 및 심폐 체력), 5) 체중 변화 (±2 kg/year), 6) 지속적인 약물 투여 여부(최근 6개월 내)를 평가하여 진단하였다(Fig. 1C). 비만 노쇠와 노쇠의 진단에 체중 변화, 운동 기능 및 신체활동 수준을 공통으로 평가하고 있으며, 비만 노쇠의 경우 연령, 비만도 및 지속적인 약물 투여 여부를 추가적으로 평가하고 있다.

Fig. 1.

Criteria for diagnosis of obesity (A), frailty (B), and obese frailty (C).

2. 비만 노쇠의 생리적 특성

노인에게 나타나는 대표적인 표현형 변화는 근육량 및 근력 저하, 신체기능과 신체활동 감소로 노인의 비만은 체력 감소 외 대사성질환, 심혈관계 및 근골격계 질환, 암 등 다양한 질환의 원인이 되어 노쇠를 더욱 가속화시킨다[13,36]. 그러나, 간혹 이러한 증상들이 노화 과정에서 발생할 수 있는 자연스러운 소모성 질환(wasting disease)으로 간과되기도 한다[13]. 고령사회의 문제에 대한 경각심이 증가하고, 최근 여러 연구를 통해 복합 운동이 비만 노쇠의 예방 및 개선에 효과적이라는 근거들이 제시됨에 따라[31,37], 최적의 운동 중재 방법을 수립하기 위한 기반으로 비만 노쇠의 생리적 특성에 대한 이해가 요구된다.

비만 노쇠에 따른 골격근의 변화와 조절 기전을 규명한 연구는 매우 부족한 실정으로 근감소증(sarcopenia), 근감소성 비만(sarcopenic obesity) 및 골근감소증(osteosarcopenia)이 비만 노쇠와 연계된 근골격계 변화 모델로 제안되고 있다[38,39]. 비만 노인은 골격근의 동화 저항성(anabolic resistance)이 높고, type II 근섬유 크기와 수가 감소하며, 근섬유 내 지질 축적으로 인한 모세혈관의 밀도 감소와 미토콘드리아 대사 기능이 감소한다[13,40,41]. 이러한 현상은 DNA 손상, 텔로미어 길이 단축에 따른 세포 노화와 종양 억제 경로인 p53과 p16Ink4a의 의존적 상향 조절을 유발하며[42], 이는 Cyclin-dependent kinase (CDK) 2와 CDK4/6 억제에 따른 세포 주기 정지(cell cycle arrest)와 인과관계에 있다[43]. 이 과정에서 발생하는 염증과 산화 스트레스는 단백질 합성에 관여하는 mammalian target of rapamycin (mTOR)과 PI3K/Akt 경로를 억제하고, 단백질 분해를 촉진하는 muscle RING finger protein-1 (MuRF-1)과 forkhead box proteins (FoxO)를 활성화하여 근감소증과 노쇠의 과정을 촉진한다[44,45]. 한편, 뼈는 몸을 지탱하는 골격으로 근육의 자극을 받아 밀도를 유지하고 근육과 해부학적으로 밀접하게 연계되어 있다[46]. 노화에 따른 근감소증과 골다공증은 서로 연계되어 “hazardous duet”의 골근감소증으로 나타나며, 이는 낙상과 골절 위험률을 증가시켜 이동성과 독립성을 제한하는 심각한 위험으로 이어질 수 있다[47]. 비만 노쇠는 골근감소증의 주요 위험 요인으로 근육에서 분비되는 마이오스타틴(myostatin), 이리신(irisin), IGF-1 등의 마이오카인 변화와 밀접한 관계가 있는 것으로 보고되고 있다[48-51]. 이처럼 근육과 뼈 사이의 크로스톡(cross-talk)이 존재함에도 불구하고, 골근감소증은 비교적 최근 제시된 개념으로 비만 노쇠의 발병 및 진행 기전을 이해하기 위해서는 이에 대한 추가적인 연구가 필요하다[46].

Soysal et al. [52]은 35개의 연구결과에 대한 메타 분석을 실시하여 염증과 노쇠의 밀접한 상관관계를 보고하였다. 노화는 후천 면역(acquired immunity)과 선천 면역(innate immunity) 기능의 감소로 면역 노화(immunosenescence)를 야기하며[53], 비만 노쇠에 따른 산화 스트레스와 염증은 면역 노화의 대표적인 원인으로 알려져 있다[36]. 면역 노화는 내·외부의 작은 스트레스에 민감하게 반응하여 염증성 사이토카인(inflammatory cytokine)이 낮은 수준으로 지속해서 발현되지만, 항염증 시스템의 이상으로 염증 노화(inflammaging)를 유도하여 만성 저급성 염증(chronic low-grade inflammation)을 유발한다[54,55]. 특히, 노쇠는 친염증 사이토카인(pro-inflammatory cytokine)인 TNF-α, IL-6와 C-반응성 단백질(C-reactive protein, CPR)을 증가시킨다[51,52]. 한편, 사이토카인 조절은 지방세포의 산물인 렙틴(leptin)과 아디포넥틴(adiponectin)이 밀접하게 관련되어 있다[56,57]. 혈청 렙틴 수준은 체내 전체 지방량과 양의 상관관계가 있으며[58], 자연 살해 세포(natural killer cell, NK)를 활성화시켜 세포 독소(cytotoxic) 증가에 따른 염증성 사이토카인의 발현을 유도한다[59]. 이와 대조적으로 아디포넥틴은 체내 전체 지방량과 음의 상관관계가 있으며[58], 핵인자 카파비(nuclear factor kappa-light-chain-enhancer of activated B cells, NF-kB)를 억제하여, 염증성 사이토카인의 신호 전달을 담당하는 단핵구(monocyte)와 대식세포(macrophage), 수지상 세포(dendritic cell) 생성을 감소시키고, 항염증 사이토카인을 증가시킨다[60]. 비만으로 인한 비알코올성 지방간 질환(non-alcoholic fatty liver disease) 및 내장지방의 축적은 아디포넥틴을 감소시켜 사이토카인 조절 기능의 저하를 유도한다[61]. 하지만, 아직까지 비만 노쇠의 조절 기전으로 명확히 규명된 바는 없으며 추가적인 연구를 통한 검증이 필요하다.

에스트로겐(estrogen)은 분자 단위의 에스트라디올-17베타(estradiol-17β), 에스트론(estrone), 에스트리올(estriol)로 구성된 스테로이드 호르몬이며[62], 테스토스테론(testosterone)은 남성의 고환 내 레디히세포(leydig’s cell)에서 생성되는 안드로겐(androgen) 스테로이드 호르몬으로[63] 단백질과 지방의 생성 및 분해를 조절하는 역할을 한다. 특히, 여성의 경우 월경 과정에서 아로마타아제(aromatase)의 촉매를 통해 부신 안드로젠 테스토스테론(adrenal androgens testosterone)과 안드로스텐다이온(androstenedione)이 에스트로겐으로 전환되는 과정이 원활하게 이루어지지만, 폐경 이후 아로마타아제의 과활성으로 인해 여성의 테스토스테론 기능을 하는 부신 안드로젠과 안드로스텐다이온이 지방 생성에 관여하는 에스트라디올-17베타와 에스트론으로 전환되며 지방이 증가한다[64,65]. 한편, 모든 성별에서 테스토스테론의 감소와 노쇠의 밀접한 상관관계가 보고되었다[66,67]. 테스토스테론은 골격근 내 아미노산 활용도를 증가시켜 단백질 합성을 증가시키지만[68], 노화에 의해 테스토스테론의 전구체인 디하이드로에피안드로스테론(dehydroepiandrosterone)이 감소함에 따라 테스토스테론은 30대 이후 매 10년마다 약 14%가 감소하며 근육량이 감소하게 된다[69]. 또한, 안드로겐 수용체(androgen receptor)는 세포 성장 촉진과 근아세포(myoblast)의 근관세포(myotube) 전환을 통한 근육의 합성을 유도하지만[70], 노화 과정에서 발생하는 에스트로겐 수용체-알파(estrogen receptor-α)의 다형성(polymorphism)으로 인한 인슐린 저항성과 인슐린 유사 성장인자 1 (Insulin like growth factor-1, IGF-1)의 과발현은 내장 지방이 축적되는 원인이 된다[71,72]. 이처럼 비만과 노쇠에서의 내분비계의 조절에 대한 이해에도 불구하고, 현재까지 비만 노쇠의 명확한 기전에 대한 연구는 부족한 실정이다[73].

3. 비만 노쇠에 따른 복합 운동 중재 효과

복합 운동은 비만, 노쇠 및 비만 노쇠에 가장 안전하고 효과적인 중재 방법으로 알려져 있다[18,19]. Smith et al. [74]은 65-80세의 비만 노인 14명(남성 7; 여성 7)을 대상으로 12주 동안 유연성 운동(15분)과 유산소 운동(30분), 저항성 운동(30분), 평형성 운동(15분)으로 구성된 복합 운동을 주 3회, 각 90분간 실시하였다. 유산소 운동 강도는 최대심박수(maximal heart rate, HR_max)의 75-80% 수준이었으며, 저항성 운동 강도는 1회 최대 중량(one-repetition maximum, 1RM)의 65-80% 수준으로 6-8회, 2-3세트를 실시하였다. 그 결과, 근육량의 증가와 체지방량의 유의한 감소가 나타났고, Bench Press와 Leg Press, Knee Extension, Knee Flexion, Seated row의 1RM 및 VO_2max가 유의하게 증가하여 신체구성뿐만 아니라 운동 기능이 향상되는 결과를 확인하였다. 더불어, 복합 운동이 단백질 대사의 동화 작용을 촉진할 수 있다고 제언하였다. 한편, Meng et al. [32]은 노쇠 노인 146명을 대상으로 운동 프로그램에 직접 참여하는 그룹A와 가정에서 자발적인 운동 참여를 한 그룹B로 구분하여 12주 동안 실험을 진행하였다. 그룹A는 12주 동안 유연성 운동(10분)과 자전거 에르고미터를 통한 유산소 운동(30분), 덤벨 및 머신을 활용한 저항성 운동(30분), 정리 운동(10분)으로 구성된 복합 운동을 실시하였고, 그룹B는 가정과 일상 속에서 가벼운 스트레칭과 저항성 운동(벽 딛고 팔굽혀펴기, 맨몸 Leg Extension & squat 등), 걷기 수준의 유산소 운동을 진행하였다. 그 결과, 두 그룹 모두 체중 변화 없이 체지방만 유의하게 감소하였다. 또한, Knee Extension, Knee Flexion, 보행 속도가 두 그룹 모두 유의하게 증가하였으나, 의자에서 일어서서 걷기 검사(Timed Up and Go Test, TUG-test) 시간과 의자 앉았다 일어서기 검사(Timed Chair Stand Test, TCS-test) 시간은 그룹A에서만 유의하게 감소하였다. 비록, 복합 운동을 실시한 그룹A에서 보행 기능 검사의 긍정적인 결과를 확인할 수 있었으나, 그룹B의 결과를 고려한다면 가정과 일상에서의 가벼운 활동과 운동으로도 건강에 상당한 이점을 얻을 수 있는 것으로 사료된다.

Villareal et al. [75]은 비만 노쇠 노인 107명을 대상으로 대조군, 다이어트 그룹, 복합 운동 그룹, 다이어트+복합 운동 그룹으로 구분하여 총 52주에 걸쳐 연구를 진행하였다. 복합 운동은 유연성 운동(15분), 유산소 운동(30분), 저항성 운동(30분), 평형성 운동(15분)으로 구성되었으며, 다이어트 그룹은 일일 500-750 kcal의 열량 제한을 처치하였다. 그 결과, 하지 근육량과 골밀도는 복합 운동 그룹에서만 유의하게 증가하였고, 나머지 그룹에서는 유의하게 감소하였다. Knee Extension과 Knee Flexion은 복합 운동 그룹이 다른 그룹들보다 유의하게 높았으며, 다이어트+복합 운동 그룹은 대조군과 다이어트 그룹보다 유의하게 높았다. 이를 통해 장기간의 복합 운동은 근골격계의 구조적, 기능적 향상을 가져오며, 체중 감량을 통한 비만 중재에 있어서도 복합 운동을 실시한다면 근기능의 질적 향상을 기대할 수 있을 것으로 사료된다. 그러나, Beavers et al. [76]은 76주간 비만 노인 454명을 다이어트 그룹, 복합 운동 그룹, 다이어트+복합 운동 그룹으로 구분하여 골밀도에 대한 복합 운동과 체중 감량의 영향을 조사하였다. 복합 운동은 걷기 위주의 준비 운동(15분), 저항성 운동(20분), 걷기 수준의 유산소 운동(15분), 정리 운동(10분)으로 구성되었다. 연구 결과, 다이어트 그룹과 다이어트+복합 운동 그룹에서 엉덩관절과 대퇴골 경부의 유의한 감소를 보고하며, 비만 노인의 체중 감량은 복합 운동에도 불구하고 골밀도의 감소를 유도할 수 있다고 제언하였다. 이는 18개월간의 장기간 체중 감량을 유도한 연구 설계의 특성으로 인해 운동의 효과로 얻을 수 있는 이점보다 골밀도의 손실이 더 컸던 것으로 사료된다. 이처럼 복합 운동에 대해 대체적으로 긍정적인 결과가 보고되고 있으나, 장기간의 무리한 체중 감량이 포함된 운동 프로그램 적용은 다소 부정적인 결과를 초래할 수 있기 때문에 비만 노쇠의 복합 운동 중재에 적절한 수준의 체중 감량(≤10%/year) 목표가 포함되어야 할 것이다(Table 1).

Table 1.

Effects of combined exercise on obese frailty older adults

4. 비만 노쇠에 대한 운동 중재 시사점