Correlation between Body Composition and Lung Function in Healthy Adults

정상 성인의 신체조성과 폐 기능의 연관성

Abstract

Purpose : We investigated the correlation between body composition and lung function in healthy adults. Methods : This study included 204 healthy adults in whom all measurements were obtained once, and all data were analyzed using the SPSS software for Windows, version 22.0. Pearson's correlation analysis was performed to determine the correlation between body composition (represented by the total body water, protein mass, soft lean mass, mineral mass, basal metabolic rate, fat-free mass, skeletal muscle mass, and body fat percentage) and lung function (represented by the forced vital capacity [FVC], forced expiratory volume in 1 second [FEV₁], the FEV₁/FVC ratio, maximum voluntary ventilation [MVV], maximum expiratory pressure [MEP], and the maximum inspiratory pressure [MIP]). All measurements were obtained by two investigators to improve reliability. A significance level of α=.05 was used to verify statistical significance. Results : Among the lung function measurements obtained in both men and women, the FVC, FEV₁, MVV, and MIP were positively correlated with the total body water, protein mass, soft lean mass, mineral mass, basal metabolic rate, fat-free mass, and skeletal muscle mass in men (p<.05). The FEV₁/FVC ratio was negatively correlated with the total body water, soft lean mass, mineral mass, basal metabolic rate, fat-free mass and the body fat percentage (p<.05). Notably, the FVC, FEV₁, and MVV were positively correlated with the total body water, protein mass, soft lean mass, mineral mass, basal metabolic rate, fat-free mass, and skeletal muscle mass in women (p<.05). Conclusion : This study showed a significant correlation between body composition and lung function in healthy adults. In combination with future studies on lung function, our results can provide objective evidence regarding the importance of prevention of lung disease, and our data can be utilized in rehabilitation programs for patients with respiratory diseases.

Ⅰ. 서론

현대사회의 발달로 인하여 환경오염이 심해지면서 미세먼지로 인한 호흡기 질환의 유병률이 증가하는 추세에 있다(Kulkarni 등, 2006). Statistical Office(2018)에 따르면 호흡계통의 질환 사망원인인 2008~2018년 추이를 보게 되면, 2008년 32.4 %, 2017년 63.7 %, 2018년 73.6 %로 기록되었다. 또한, 순환계통 질환은 연령이 증가할수록 연령별 사망률이 증가하는 추세이다. 이러한 호흡 문제를 평가하기 위해 가장 기본적인 폐 기능을 알아보는 폐활량 검사법이 있다.

폐활량 측정법은 폐 기능 검사 중 가장 쉽고 경제적인 기기를 사용하여 시행할 수 있는 기본적인 검사법으로, 검사의 실제 폐 기능 검사 중 가장 많이 이용된다(Anton & Ratarasarn, 2016; Kim 등, 2018). 폐 기능 검사는 들숨 또는 날숨 때 대기로부터 허파꽈리까지 공기가 들어오고 나가는 환기 기능을 공기의 유량(flow)과 용적(volume)으로 정확히 측정하고자 하는 검사이다 (Gojanovic 등, 2012; Han & Lee, 2012).

폐(lung)는 근육이 없지만, 가슴우리가 확장되면 탄력 섬유조직이 함께 확대되고, 허파꽈리의 공기압력과 대기압의 차로 호흡이 이루어지게 된다. 이러한 폐 기능에 영향을 미치는 인자는 연령, 체중과 신장과 같은 일반적 특성과 흡연 및 음주 등의 사회적 요인이 있다(Lee, 2001). 폐 질환자의 경우 폐 기능이 체중과 체지방량과의 유의한 관련성이 있다(Nishimura 등, 1995).

체지방이 증가하면 가슴안과 배안의 지방 축적 때문에 호흡 기능의 변화에 폐 용적이 감소하여 허파꽈리의 환기량이 감소한다. 비만은 고혈압, 당뇨병, 고지혈증과 같은 합병증을 초래할 뿐만 아니라 폐 기능에 영향을 미친다고 하였다(Jones & Nzekwu, 2006; Sue, 1997). 또한, 비만으로 인하여 가슴안과 배안의 지방이 축적된다. 그러므로 호흡의 기계적 기능에 변화가 발생하고 호흡 시에 소모되는 산소 소비가 증가한다고 보고하였다(Melo 등, 2014). 이와 같이 호흡 기능을 측정하는 방법으로 주로 폐 기능을 알아보기 위해 폐활량 검사를 활용되고 있으며, 영향을 줄 수 있는 인자로 연령, 성별, 키, 비만 등이 제기되고 있다.

신체의 지방량과 근육량을 손쉽게 알아보는 방법으로 생체 전기 저항법(Bio-electrical Impedance method)이 많이 사용되고 있다(Jang & Choi, 2007). 생체 전기 저항법을 이용한 체성분 분석은 신체 조성을 알아볼 수 있는 검사로 그 유용성이 입증되었으며, 장치가 간단하며 다루기 쉽고 측정치가 객관적이고 정확하다고 알려져 있다(Schols 등, 1991). 체성분 분석에 있어 생체 전기 저항법을 이용하는 도구 중 가장 많이 사용되는 인바디가 있다. 인바디는 부위별 직접 측정 및 다 주파수 측정을 동시에 상용화하여 높은 신뢰도를 얻었으며, 비만도 측정, 영양불량 및 피로도 측정뿐 아니라 다양한 질환 검진에도 활용되고 있다(Park, 2017).

이를 통해 인바디는 체지방률과 비만 평가에 많이 이용되고 있다. 체질량지수는 신장에 대한 체중의 지표로 대단위 집단의 신체적 특성이 비교적 간단하게 평가할 수 있어 연구들에서 다양하게 널리 이용되고 있다(Chaung, 2014). 하지만 호흡 근력 검사가 우리나라 정상 성인의 호흡 근력에 대한 수치와 호흡 근력에 관련된 인바디의 신체조성에 대하여 변인 간의 연관성을 알아보는 연구는 부족한 실정이다.

이에 본 연구는 정상 성인에게 폐 기능 검사를 실행하여 이에 영향을 미칠 수 있는 신체조성과 호흡 관련 변수들과의 상관이 있는지 알아보고자 한다. 또한, 지금까지 호흡측정 시 신체적 특성인 신장, 몸무게, 연령, 흡연 등의 정보를 가지고 측정해왔지만, 본 연구는 정상 성인의 신체조성과 폐 기능과의 관련성을 분석하여 임상적 기초적 자료로 활용하여 재활 프로그램에 활용하고자 한다.

Ⅱ. 연구방법

1. 연구대상자 및 자료수집

본 연구는 2019년 3월부터 6월까지 OO 광역시 OO 대학교에 재학 중인 정상 성인 204명(남자; 84명, 여자; 120명)을 대상으로 진행하였다. 모든 대상자들에게 실험에 대한 목적과 인바디와 폐 기능의 측정 절차에 대해 충분한 설명을 한 후, 참가자의 동의하에 연구를 진행하였다. 연구 대상자의 선정 기준은 운동 능력에 영향을 줄 수 있는 근육뼈대계 손상이 없는 자, 호흡기에 문제가 없는자, 본 연구에 내용을 이해하고 동의한 자, 지적장애가 없는 자, 의사소통에 문제가 없는 자로 선정하였다. 연구 대상자 중 신경학적 문제가 있는 자, 만성 기관지염이 있는 자, 흉부질환으로 수술 경력이 있는 자, 약물치료를 받는 자, 합병증이 있는 자는 제외하였다.

2. 측정 도구

1) 신체 측정

체성분을 평가하기 위해 생체전기저항 장비(In body 570, Bio Space, Korea)를 사용하여 평가하였다. 4극 8점 터치식 전극법을 이용하여 내부에서 전압과 전류를 교차로 흘러주어 사지와 몸통의 3가지 주파수 대역(5kHz, 50kHz, 500kHz)에서 각각 5가지 부위별(오른팔, 왼팔, 몸통, 오른다리, 왼다리)로 15가지 임피던스 측정하기 때문에 정확한 체성분을 구할 수 있으며, 부위별 근육량까지 제공할 수 있다(Jeong, 2008). 또한, 생체전기저항 장비는 쉽고 간편하게 측정할 수 있으며 객관적인 신체 구성요소의 평가지수로써 높은 신뢰도를 나타내고 있다(Bailey 등, 2018; Roubenoff 등, 1995)(Fig 1). 다음 아래와 같이 측정자에게 설명을 숙지한 후 측정을 하였다.

(1) 검사할 때 최대한 가벼운 옷차림으로 양말을 벗고 인바디에 올라선다.

(2) 체중이 측정되는 동안에는 말하거나 움직이지 마시고 체중을 측정한 다음 키패드를 이용하여 회원 번호, 신장, 나이, 성별을 입력한다.

(3) 손 전극을 잡고 겨드랑이가 붙지 않게 양팔을 벌려 준다.

(4) 올바른 자세가 유지되면 검사가 자동으로 시작된다. 검사 중 손 전극을 제대로 잡고 있지 않으면 검사 결과가 잘못될 수 있으니 처음 자세를 끝까지 유지해 준다.

Fig 1. Side view of measurement from in body

2) 산소포화도 측정기

동맥혈 산소포화도 측정 도구로 Fingertip Pulse Oximeter (MD300 C26, ChoiceMed, China)를 사용하였다. 산소포화도 측정은 비침습적 방법으로 피검사자는 안정된 상태에서 손가락 중지에 Pulse Oximeter를 부착하여 3회 측정한 값의 평균을 산출하였다. Pulse Oximeter는 쉽고도 빠르게 감지할 수 있으며 비교적 정확하여 신뢰성이 있다(Han, 2009; Nam 등, 2011) (Fig 2).

Fig 2. Pulse oximeter

3) 폐 기능

폐 기능을 측정하기 위해 폐활량 측정기(Pony Fx, COSMED, Italy)를 사용하였다. 정확한 폐 기능을 측정하기 위하여 사전에 미국흉부학회의 행동 준칙에 대해 숙지하였다. 그 후 대상자에게 이해할 수 있도록 충분한 설명과 시범을 보여주었다. 발을 지면에 닿은 상태에서 의자에 등을 기대고 편안하게 앉은 자세로 몸통은 엉덩관절과 90° 의 각도를 유지하게 보여주었고 이를 3번 반복 측정하여 최대치 값을 기록하였다(Jun, 2015). 또한, 시각적 되먹임을 사용하기 위해 그래프에 표시되는 들숨과 날숨량을 보게 하면서 측정하였다.

폐 기능의 항목은 최대 들숨 후 최대의 노력으로 내쉴 수 있는 호흡의 양인 노력성 폐활량(forced vital capacity; FVC), 1초간 노력성 날숨량(forced expiratory volume in one second; FEV₁), 1초 노력성 날숨량의 노력성 폐활량에 대한 비율을 나타내는 1초간 노력성 날숨량/노력성폐활량 비율(FEV₁/FVC), 1분 동안 크고 깊은 숨을 빠르게 들이마시고 내쉬는 최대 수의적 환기량(maximum voluntary ventilation; MVV), 최대로 내쉴 때의 압력인 최대날숨압력(maximum expiratory pressure; MEP), 숨을 최대로 들이쉴 때의 압력인 최대들숨압력(maximum inspiratory pressure; MIP)을 대표적으로 나타낸다(Fig 3, 4).

Fig 3. Pony FX

Fig 4. Measurement of Pony FX

3. 자료처리

본 연구의 자료는 SPSS PC. Version 22.0 통계 프로그램을 이용하여 분석하였으며, 대상자의 일반적인 특성은 기술 통계량을 통하여 평균 및 표준편차로 산출하였다.

노력성 폐활량(forced vital capacity; FVC), 1초간 노력성 날숨량(forced expiratory volume in one second; FEV₁), 최대 수의적 환기량(maximum voluntary ventilation; MVV), 최대들숨압력(maximum inspiratory pressure; MIP), 최대날숨압력(maximum expiratory pressure; MEP), 1초간 노력성 날숨량/노력성 폐활량 비율(FEV₁/FVC)의 폐 기능 검사와 인바디의 Pearson’s 상관관계를 알아보았다. 통계학적 유의성을 검증하기 위해 유의수준 α는 .05로 하였다. Cohen(1988)이 제안한 상관계수 값에 대한 해석 기준에 의해, .90∼1.00은 아주 상관이 높다, .70∼.90은 상관이 높다, .40∼.70은 확실히 상관이 있다, .20∼.40은 상관이 있지만 낮다, .00∼.20은 상관이 아주 낮다고 정의하였다.

Ⅲ. 결과

1. 연구대상자의 일반적 특성

본 연구에 참여한 대상자는 성인 204명(남자 84명, 여자 120명)으로 나이(남성 23.86±1.89세, 여성 22.51±1.23세), 신장(남성 173.87±5.17 ㎝, 여성 160.62±5.08 ㎝), 체성분(남성 41.99±4.95 ℓ, 여성 29.03±3.73 ℓ), 단백질(남성 11.43±1.37 kg, 여성 7.79±1.01 kg), 근육량(남성 54.09±6.39 kg, 여성 37.30±4.81 kg), 무기질(남성 3.97±.54 kg, 여성 2.87±.36 kg), 기초대사량(남성 1609.46±147.87㎉, 여성 1227.53±109.97 ㎉), 제지방량(남성 57.38±6.84 kg, 여성 39.70±5.09 kg), 뼈대근육량(남성 32.49±4.14 kg, 여성 21.51±3.07 kg) 으로 여성보다 남성이 유의하게 높게 나타났다. 반면에 체지방률은 남성 20.89±6.68 %, 여성 32.65±6.74 % 로 남성보다 여성이 유의하게 높았다(Table 1).

Table 1. General characteristics of the subjects

2. 인바디 측정값과 폐 기능의 상관관계

남성에 대한 인바디 측정값과 폐 기능의 상관관계 결과를 보면 FVC, FEV₁, MVV, MIP는 인바디 항목에 대한 체수분, 단백질, 근육량, 무기질, 기초대사량, 제지방량, 뼈대근육량 사이에는 정적 상관관계를 보였으며(p<.05), FEV₁/FVC는 인바디 항목에 대한 체수분, 근육량, 무기질, 기초대사량, 제지방량, 체지방률 사이에는 부적 상관 관계(negative correlation)를 보였다(p<.05). 또한, MEP는 인바디 항목에 대한 단백질, 무기질, 뼈대근육량 사이에서 정적 상관관계를 보였다(p<.05)(Table 2).

Table 2. Correlation between of in body and lung function in men

r=Pearson correlation coefficient, FVC; forced vital capacity, FEV₁; forced expiratory volume at one second, MVV; maximal voluntary ventilation, MEP; maximum expiratory pressure, MIP; maximum inspiratory pressure

여성에 대한 인바디 측정값과 폐 기능의 상관관계 결과를 보면 FVC, FEV₁, MVV는 인바디 항목에 대한 체 수분, 단백질, 근육량, 무기질, 기초대사량, 제지방량, 뼈대근육량 사이에는 정적 상관관계를 보였다(p<.05)(Table 3).

Table 3. Correlation between of in body and lung function in women​​​​​​​

r=Pearson correlation coefficient, FVC; forced vital capacity, FEV₁; forced expiratory volume at one second, MVV; maximal voluntary ventilation, MEP; maximum expiratory pressure, MIP; maximum inspiratory pressure

Ⅳ. 고찰

본 연구는 정상 성인을 대상으로 신체조성과 폐 기능의 결과값에 대한 상관관계를 알아보기 위해 인바디와 폐 기능의 측정 도구를 활용하여 대상자를 남성과 여성으로 구분하여 상관분석을 실시하였다.

신체조성과 폐 기능은 신체적 노화로 인한 폐 기능 저하와 호흡근의 약화로 인한 호흡 능력이 남성과 여성에게 미치는 영향에 대한 선행연구를 살펴보면, Choi 등(2005), Kim 등(2012), Woo 등(2010)의 연구에서는 여성이 남성보다 폐 기능의 점수는 낮다고 보고하였다. 이 결과는 여성은 남성보다 요통 발생률이 높고 나이의 증가와 비례한다고 나타나 있으며(Hoy 등, 2012), 몸통의 안정성이 불안하여 호흡근인 배가로근과 가로막의 약화로 폐 기능이 남성보다 약하다고 생각된다. 호흡근을 강화하기 위한 선행 연구를 살펴보면, 만성 허리통증이 있는 환자에게 강제 호흡운동을 적용 후 허리뼈 유연성 등에 기능적 능력 향상이 보고되었고(Ki와 Heo, 2013), Park과 Hyun(2016)은 호흡근 강화 훈련을 병행한 척추 안정화 운동이 양궁선수의 호흡 능력과 정적균형능력 향상에 도움이 된다고 보고되었다. 그러므로 여성은 폐기능 향상과 척추 손상을 예방하기 위해 몸통 안정성의 운동 프로그램이 필요할 것이다.

인바디의 신체적 특성 측정값과 폐 기능의 상관관계에서는 Cohen(1988)이 제안한 상관관계 값에 의한 기준에 의해, .70∼.90은 상관이 높고, .40∼.70은 확실히 상관이 있다고 정의하였다. 남성과 여성의 폐 기능 검사 중 FVC, FEV₁, MVV의 3가지 영역과 체수분, 단백질, 근육량, 무기질, 기초대사량, 제지방량, 뼈대근육량에서 정적 상관관계를 갖는 것으로 나왔다. 인바디의 신체적 특성 측정값 중 남성과 여성에서도 체수분, 단백질, 근육량, 무기질, 기초대사량, 제지방량, 뼈대근육량과 FVC, FEV₁, MVV는 정적 상관관계를 나타났다. 인바디 종합 점수가 높을수록 FVC, FEV₁, MVV의 측정값도 높은 결과를 보여주었다.

반면에 남성에서 FEV₁/FVC는 인바디 결과값의 체지방률 사이에는 부적 상관관계(negative correlation)가 나타났다. 하지만 여성에서는 FEV₁/FVC는 인바디 결과값의 체지방률 사이에는 상관성이 없었다. 이는 FEV₁/FVC 와 체지방률 사이의 부적 상관관계에 일치한 선행논문 결과에 의해 갈비뼈의 주변과 가로막 및 복부의 지방조직 증가는 폐의 팽창과 폐의 순응도에 영향을 미쳐 폐용적을 감소시키고, 기도의 저항을 높여 공기의 흐름을 방해한다고 하였다(Salome 등, 2010). 또한, Sahebjami과 Gartiskde(1996), Choi 등(1988), Shin 등(2005)의 선행논문 결과에 의해 체지방률이 높은 사람은 낮은 사람에 비해 복부 내부의 공간에 지방이 많고 가슴우리의 용적이 감소되어, 이에 따라 폐 기능 자체가 감소할 뿐만 아니라, 호흡 근육의 근력이 저하되기 때문에 가슴우리의 기계적 효율이 낮아진다고 보고하였다. 이로 인하여 본 연구 결과에서 남성의 경우 체지방의 증가로 FEV1/FVC와 체지방률 사이에서 낮은 부적 상관을 보였고, 여성에서는 신체활동의 부족으로 인해 FEV1/FVC와 체지방률 사이에서 상관성이 없는 것으로 생각된다.

학교에서 재학 중인 총 2464명의 9세, 12세, 15세의 어린이와 청소년을 대상으로 한 연구(Lazarus 등, 1997)와 총 1235명의 남성 621명과 여성 614명의 성인 대상자로한 환기 기능에 대한 연구는 있었지만(Lazarus 등, 1998) 체질량 지수와 노력성 폐활량의 상관관계는 나타나지 않았다. 이와 같은 선행 연구들의 결과를 살펴보았을 때, 폐 기능에 대해 체지방의 증가가 미치는 영향의 불확실한 점들이 보이며, 폐 기능과 체지방의 증가와의 관계에는 지방 분포 및 근육량, 성별, 개별의 활동도 등이 영향을 줄 수 있다.

본 연구의 제한점은 인바디 측정 시 부주의로 인한 측정오차가 생길 수 있으며, 일부 여성의 경우 생리통으로 인한 통증으로 최대능력치를 측정하기엔 어려움이 있었다. 따라서 향후에는 더 많은 연구대상자를 모집하여 폐 기능과 관련된 지표를 활용하여 호흡 근력에 영향을 미치는 요인을 분석하는 연구가 필요할 것으로 생각된다.

Ⅴ. 결론

본 연구 결과를 통하여 인바디(In body)의 신체조성에 대한 측정값과 폐 기능의 수치가 서로 상관관계가 있음을 알 수 있었다. 폐 질환이 없고 정상 체질량지수를 가진 건강한 20대 성인에서 체지방율의 증가는 폐 기능과 통계적으로 유의한 관련성을 보이지 않았다. 일시적 시점을 기준으로 폐 기능과 각 요소 간의 관련성을 살펴보았기 때문에 체지방과 폐 기능에 대한 관계를 정확히 밝히기 어렵다고 생각된다. 향후 폐 기능에 관련된 많은 연구가 지속적으로 다양한 부분으로의 접근이 필요하다고 판단되며, 한국 20대 정상 성인의 폐 기능의 측정에 대한 참고 값으로 유용하게 사용할 수 있을 것으로 생각한다.