서론

운동학 학술지 제00권 제0호	DOI : http://dx.doi.org/10.15758/jkak.2000.00.0.00

운동강도와 시간이 운동중과 회복기
지방대사에 미치는 영향

홍길동

교신저자: hjd@korea.co.kr

한국대학교

ABSTRACT

Gil-dong Hong. Effects of Exercise Intensity and Duration on Fat Oxidation Rate during Exercise and Recovery in College Students. KINESIOLOGY, 2015, 0(0): -11. [PURPOSE] The purpose of this study was to compared metabolic variables during exercise and recovery between mid and low intensity exercise in college students. [METHODS] Eight healthy university students participated in two trials: (1) mid intensity exercise(60%VO2R, 45min; MI), and (2) low intensity exercise(40%VO2R, 60min; LI) of same energy expenditure condition on a treadmill exercise. [RESULTS] During the exercise, VO2 and exercise expenditure(EE) were significantly higher MI than LI (p=.000, p=.000), but not significant difference exercise time. Respiratory exchanged ratio(RER) was significantly higher MI than LI(p=010), and significantly higher exercise 15min than exercise 30, 45min(p=000). Fat oxidation rate(FOR) and Fat oxidation (g/min, FO) were significantly lower MI than LI(p=.022, p=.034), and significantly higher 15min than exercise 30, 45min(p=000, p=.000), respectively. During the recovery, VO2 and EE were significantly higher MI than LI(p=.000, p=.000), and significantly higher after 30min than 15min recovery(p=.000, p=.000), respectively. RER was not significant difference MI and LI, however, MI was lower than LI after 45min than 15min recovery(p=.000). FOR and FO were not significant difference MI and LI, however, MI was higher than LI after 30min than 15min recovery(p=.000, p=.000), respectively. [CONCLUSIONS] These suggest that the moderate exercise can contribute to greater exercise and recovery-induced fat oxidation and energy expenditure compared with a lower intensity continuous exercise.

Key words : Exercise intensity, Fat oxidation, metabolism, Oxygen uptake, Excess post-exercise oxygen consumption

주요어 : 운동강도, 지방대사, 에너지대사, 산소소비량, 운동후초과산소소비량(5개 이내의 주요어 작성)

운동강도와 운동시간이 운동중과 회복기 지방대사에 미치는 영향

홍길동

운동은 에너지소비량을 높이고, 근육의 지방사용을 촉진하며 운동중과 회복기의 지방대사를 높인다(Brandou et al., 2003). 그렇지만 체중조절을 위한 운동은 에너지소비량과 지방산화가 최적화 될 수 있는 운동강도와 운동시간의 조건을 갖춘 특별한 운동유형이 권장될 필요가 있다(Lazzer et al., 2010). 운동강도는 지방산화에 가장 중요한 요인이므로, 선행연구(Lee, 1998; Ferreira et al., 2013; Riddell et al., 2008; Zakrzewski & Tolfrey, 2012)는 비만조절을 위한 최대지방연소 운동강도(maximal fat oxidation exercise intensity; MFOEI)를 찾고자 하였다. 이들이 제시한 최대지방연소 운동강도 범위(선수 제외)는 약 38%∼56%VO2max로 대상자의 특성에 따라 약간의 차이를 보이고 있다.

(중략)

따라서 본 연구는 선행연구에서 제시된 MFOEI 중 저강도 40%VO2R(38%VO2max)와 중강도 60%VO2R (56%VO2max)를 선택하여 각각의 강도에서 동일한 칼로리를 소비하는 운동중과 운동후 회복기의 산소소비량, 칼로리소비량, 호흡교환율, 지방산화율 및 지방연소량의 차이를 분석하여 최적의 지방산화를 위한 운동강도와 운동시간을 확인하는데 목적을 두었다.

연구방법

연구대상

본 연구에서는 연구대상자 선정을 위해 G-power 3.1.3 프로그램을 이용하였으며, effect size=.25, α=.05, power=.95, 반복측정 간의 상관관계(r=.90) 조건에서 10명이 요구되었다. 따라서 K 대학교의 체육과 남학생을 대상으로 실험의 목적, 검사의 내용과 방법에 관한 자세한 내용을 공고를 통해 안내하였으며 자발적으로 참여의사를 밝히고 참가동의서에 서명한 10명을 선정하였다. 그 중 1명은 실험과정 중에 운동손상으로 낙오되고, 1명은 실험에 실패하여 8명의 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      (M±SD)

height (cm)	weight (kg)	age (yr)	%body fat	VO2R* (ml/kg/min)	%VO2R of MFOEI
176.0±.8	72.8±6.9	22.3±1.5	10.8±2.6	49.2±3.7	59.6±5.8
* VO2R = VO2max - 3.5ml/kg/min

실험설계 및 절차

피험자 선정 후 이들의 기초자료를 위한 사전검사로서 체성분검사(InBody 4.0, 한국)를 실시하였고, 트레드밀 운동과 친숙할 수 있도록 1주일간 1일 20-30분간 걷거나 뛰도록 지도하였다. 이후 최대운동부하검사를 통해 피험자 개개인의 VO2max, VO2R 및 MFOEI를 측정하였다. 또한, 그 결과에 근거하여 40%VO2R와 60%VO2R 강도에 해당하는 각각의 생리학적 및 물리학적 강도를 산출하였고, 피험자는 3일 간격으로 두 운동강도에 조건에 5명씩 무선적으로 교차 배정되도록 설계하였다.

(중략)

15min (rest)	40%VO2R, 60min (450kcal) (exercise)	60min (recovery)
15min (rest)	60%VO2R, 45min (450kcal) (exercise)	60min (recovery)

Figure 1. experimental design

모든 실험은 약 2개월간 아침 07:00∼10:00에 측정하였다. 피험자들은 실험 전날 24시간 이상 과도한 운동을 피하고 알콜 섭취를 제한하도록 하였으며 최소 12시간 이상 금식하였다. 또한 실험 3일전부터는 신체활동과 식이섭취의 내용을 기록하도록 하였으며, 실험 전날 저녁 18:00∼19:00에 빵(삼립전통크림빵, 230Kcal, 탄수화물 36g, 단백질 4g, 지방 9g) 2개와 우유 500ml(남양GT, 70Kcal, 탄수화물 5g, 단백질 3g, 지방 4g)의 총 530Kcal를 피험자 전원에게 제공하여 동일한 영양소와 칼로리를 섭취하도록 하였다.

측정항목 및 방법

VO2max은 자동가스분석기(quark series, 미국)로 분석하였으며, 매회 피험자 측정 전에는 16% 혼합가스(High Cal. O2 16%, CO2 5%)와 가스용적측정기(3ℓ)를 이용하여 영점조절을 하였다.

(중략)

자료처리

본 연구의 자료는 SPSS(Ver 20.0) 통계프로그램을 이용하여 분석하였다. 먼저 Run 검증을 통해 표집의 무작위성과 Kolmogorow-Smirnov와 Shapiro-Wilk의 검증을 통해 정규성을 확인하였다. 운동강도(2)×운동중 측정시기(3), 운동강도(2)×회복기 측정시기(5)에 따른 에너지 대사변인은 반복측정 two-way ANOVA로 분석하였고 Mauchly의 sphericity 조건을 확인하였다. 운동중과 회복기 측정시기에 유의차가 있을 경우 측정시간에 따른 변화를 검증하기 위해 Helmert의 contrast 방법을 적용하였다. 또한 두 운동조건에 따른 운동중과 회복기의 산소소비량과 총산소소비량, 호흡교환율, 총칼로리소비량은 paired t-test로 검증하였다. 통계학적 유의수준은 α=.05로 하였다.

결과

<Table 2>는 두 운동강도와 운동 15분, 30분 및 45

분의 운동시간의 경과에 따른 측정시기별 대사변인을 검증한 결과이다. 산소소비량과 에너지소비량은 운동강도 간에 유의한 차이를 보였고(p=.000, p=.000) 중강도 집단에서 높게 나타났다. 측정시기 간에는 차이를 보이지 않았다. 운동강도와 측정시기의 간의 상호작용효과는 통계적으로 유의하였다(p=.037, p=.050). 상호작용에 대한 패턴을 분석한 결과 두 운동강도 모두 운동 30분까지는 동일한 패턴을 보이며 거의 같은 수준을 유지하였다. 그러나 운동 45분에는 저강도의 경우 이전 수준을 유지하였지만 중강도에서는 약간 증가되는 양상을 보였다.

Table 2. Results of VO2, RER, energy consumption, and fat oxidation rate during treadmill exercise period         (M±SD)

Variables	Intensity	Exercise (∼15min)①	Exercise (∼30min)②	Exercise (∼45min)③		F	Contrast	η2
VO2 (ml/kg/min)	40%VO2R	20.6±1.6	20.7±1.4	20.6±1.5	intensity(I)	286.739***	--------------	.97
	60%VO2R	27.8±1.6	28.7±2.1	29.4±2.1	measurement(M)	2.976	--------------	.29
					(I) × (M)	4.201*	①〓②≠③	.37
Energy consumption (Kcal/min)	40%VO2R	7.3±.8	7.4±.6	7.4±.6	intensity(I))	226.689***	--------------	.97
	60%VO2R	9.7±.9	9.9±.8	10.2±.9	measurement(M)	1.479	--------------	.17
					(I) × (M)	3.669*	①〓②≠③	.34
RER	40%VO2R	.85±.03	.84±.04	.82±.03	intensity(I)	9.654*	--------------	.58
	60%VO2R	.90±.02	.88±.02	.86±.02	measurement(M)	80.598***	①>②,③	.92
					(I) × (M)	1.026	①〓②〓③	.12
Fat oxidation rate (%)	40%VO2R	47.9±13.3	53.7±15.7	58.6±13.8	intensity(I))	9.642*	--------------	.57
	60%VO2R	31.2±9.1	37.2±8.3	45.0±9.9	measurement(M)	79.362***	①<②,③	.91
					(I) × (M)	.932	①〓②〓③	.11
Fat (g/min)	40%VO2R	.39±.07	.40±.07	.42±.07	intensity(I))	3.972*	--------------	.36
	60%VO2R	.41±.06	.43±.07	.46±.07	measurement(M)	16.415***	①,②<③	.71
					(I) × (M)	2.450	①〓②〓③	.25
* p<.05, ** p<.01, *** p<.001

(중략)

<Table 4>는

Table 4. Results of t-test for total VO2, RER, energy consumption, and fat oxidation rate                          (M±SD)

Variables	Source	Exercise	t		Recovery	t		Total	t
VO2 (ml/kg)	40%VO2R	1270.5±81.1	.629		326.1±35.1#	3.746**		1596.6±96.4	1.617
	60%VO2R	1287.4±78.8			363.7±28.7#			1651.1±88.3
Energy consumption (Kcal)	40%VO2R	441.1±42.7	.405		112.4±20.9	3.191*		553.5±20.8	1.450
	60%VO2R	445.5±39.0			125.1±17.4			579.6±18.9
RER	40%VO2R	.84±.03	3.107*		.82±.02	.730		.83±.03	2.702*
	60%VO2R	.88±.02			.82±.02			.85±.02
Fat oxidation rate (%)	40%VO2R	53.4±9.1	3.105*		56.9±7.5	1.163		55.8±8.5	2.827*
	60%VO2R	37.8±8.7			58.3±8.3			47.4±7.7
Fat (g/min)	40%VO2R	.40±.06	1.993		.10±.02	1.489		.51±.03	2.107
	60%VO2R	.43±.06			.12±.02			.55..03±
* p<.05, ** p<.01, #: EPOC(included resting VO2)

운동중, 회복기 및 운동중과 회복기를 합산한 VO2, 에너지소비량은 물론 같은 조건에서의 RER, 지방산화율 및 지방연소량을 운동조건에 따라 검증한 결과이다. VO2와 에너지소비량은 회복기에서만 중강도 조건이 저강도 보다 유의하게 높게 나타났고(p=.007, p=.015) 운동중과 전체 합산한 조건에서는 차이를 보이지 않았다. RER은 운동중에는 저강도 조건에서 유의하게 높았으나(p=.017), 회복기에는 두 조건 간에 차이를 보이지 않았다. 반면 운동중과 회복기를 합한 평균값은 저강도 조건에서 낮은 것으로 나타났다(p=.031). 지방산화율은 RER과 정반대를 나타내는 지표로서 지방산화율과 같은 결과를 보였다. 지방연소량은 운동중, 회복기 및 합산된 조건 모두에서 중강도 조건이 저강도 보다 높게 나타나는 경향을 보였으나 통계적인 유의성은 나타나지 않았다.

논의

비만조절을 위한 MFOEI은 범위는 일부 엘리트 선수들을 제외하고는 약 38%∼56%VO2max의 범위를 보이는데, 이 수준은 성별, 연령, 운동유형 등의 특성에 따라 약간의 차이를 보일 수 있다(Ferreira et al., 2013). 본 연구에서 산출된 MFOEI는 VO2R의 약 60%(55.7%VO2max)로 Stisen et al.(2007)이 제시하였던 53∼56%VO2max와 비슷한 수준이었다. Romijn et al.(1993)은 지구성 선수들을 대상으로 금식후 30분간 VO2max의 25%, 65%, 85% 강도에서 항정상태 운동중 에너지 기질의 공헌도를 연구하였는데, 저강도에서는 혈장 유리지방산이 가장 높았고, 중강도에서는 저강도와 같은 수준의 혈장 유리지방산이 유지되면서도 근육내 중성지방이 크게 증가하였다.

(중략)

따라서 본 연구결과에서 보듯이 동일한 칼로리를 소모시키는 조건에서, 건강한 대학생들의 경우 비만을 예방하거나 비만처치를 위해서는 MFOEI로 권장되고 있는 운동강도 범위 중에서도 60%VO2R의 중강도 운동조건이 40%VO2R의 저강도 조건보다 운동중과 회복기의 상대적인 분당지방연소량을 높이므로 운동시간의 이점이 있으면서도 총칼로리소비량을 높일 수 있다는 장점이 있다고 보여지며, 두 운동강도 조건 모두 운동중 지방산화가 활성화되는 운동시간은 운동시작 후 15분 정도라고 요약된다.

결론

요약하면, 건강한 대학생들의 경우 비만예방 및 처치를 위해서는 MFOEI로 권장되고 있는 범위 내에서 동일한 칼로리를 소비하는 운동을 할 때, 저강도보다는 중강도 운동조건이 EPOC와 운동후 칼로리소비를 높여 총에너지소비량을 증가시키고 상대적인 지방연소량을 높이는데 이점이 있다고 보여 진다. 또한  MFOEI의 범위 내에서 저강도와 중강도의 운동강도 조건 모두 운동시작 15분 이후부터 지방산화를 높이는 것으로 사료된다.(결론에는 연구의 목적이나 방법 등을 재 기술하지 않으며 결론적인 사항과 제언 등을 정리하며 10줄 내외로 기술)

참고문헌

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Frrannini, E.(1988). The theoretical basis of indirect calorimetry: A review. Metabolism, 37: 287-301.

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Quisth, V., Enoksson, S., Blaak, E. E., Hagstrom, E., Arner, P., & Bolinder, J. (2005). Major differences in noradrenalin action on lipolysis and blood flow rates in skeletal muscle and adipose tissue in vivo. Diabetologia, 48: 946-953.

논문투고일 : 2015. 00. 00

1차 수정일 : 2015. 00. 00

게재확정일 : 2015. 00. 00

초록

운동강도와 운동시간이 운동중과 회복기 지방대사에 미치는 영향

홍길동

한국대학교

운동학 학술지, 2015, 00(0): 00-00. 운동강도와 운동시간이 운동중과 회복기 지방대사에 미치는 영향. [목적] 본 연구는 선행연구에서 제시된 최대지방연소 운동강도(maximal fat oxidation exercise intensity, MFOEI) 중 저강도(40%VO2R)와 중강도(60%VO2R) 선택하여 각각의 강도에서 동일한 칼로리를 소비하는 운동중과 운동후 회복기의 산소소비량, 칼로리소비량, 호흡교환율, 지방산화율 및 지방연소량의 차이를 분석하여 최적의 지방산화를 위한 운동강도와 운동시간을 확인하는데 목적을 두었다. [방법] 건강한 남자 대학생 8명을 대상으로 VO2R과 MFOEI를 결정한 다음 60%VO2R의 운동강도에서 45분간 혹은 40%VO2R의 운동강도에서 60분간 동일한 칼로리를 소비하는 두 가지 지속적인 운동조건에 무선적으로 배정하여 각각 안정시, 운동중 및 운동후 회복기의 에너지 대사변인을 측정하여 분석하였다. [결과] 첫째, 운동중 산소소비량, 에너지소비량은 중강도에서 높았으며, 회복기의 산소소비량, 즉 운동후초과산소소비량(excess post-exercise oxygen consumption, EPOC)도 중강도 조건에서 회복 60분까지 높게 유지되었다. 둘째, 운동중 호흡교환율은 중강도 조건에서 높았으나 회복기에는 오히려 저강도보다 낮게 유지되었다. 셋째, 지방산화율은 운동중 저강도 조건에서 높았으나 회복기에는 고강도 조건에서 낮았다. 넷째, 지방연소량은 운동중과 회복기 모두 중강도 조건에서 높게 나타났다. [결론] MFOEI로 권장되고 있는 범위 내에서 동일한 칼로리를 소비하는 운동을 할 때, 저강도보다는 중강도(60%VO2R) 운동조건이 EPOC와 운동후 칼로리소비를 높여 총에너지소비량과 상대적 지방연소량을 높이는데 이점이 있으며, MFOEI의 범위 내에서 저강도와 중강도 조건 모두 운동시작 15분 이후부터 지방산화를 높이는 것으로 사료된다.