운동과 심혈관 건강 사이의 관계와 과학적 근거

심혈관 질환(CVD)은 전 세계적으로 주요한 사망 원인입니다. 미국에서는 매년 약 600,000명이 CVD로 사망하며 이는 전체 사망의 25%를 차지합니다. 지난 5년 동안 CVD 발병률은 지속적으로 감소해왔으나 최근에는 다시 증가하는 추세입니다. CVD 발병과 진행에 기여하는 여러 가지 위험 요인 중 하나는 지속적으로 낮은 신체 활동 수준을 유지하는 휴식적 생활 방식입니다. 반면, 정기적인 운동과 신체 활동은 광범위한 건강 이점과 상당히 낮은 CVD 발병 위험과 연관되어 있습니다. 장기 연구에 따르면, 더 높은 신체 활동이 모든 원인 사망률 감소와 수명 연장에 기여하며, 이는 주로 심혈관 및 호흡기 질환 발병 위험 감소와 관련이 있습니다. 남성과 여성 모두에서 사망률은 심폐 기능 수준과 역으로 관련되어 있으며, 흡연, 고혈압, 고지혈증과 같은 다른 CVD 사망 예측 요인이 존재할 때에도 마찬가지입니다. 또한, 남성과 여성 모두에서 더 높은 신체 적합도는 고체질량 지수가 높아 CVD 사망률이 증가하는 것을 일부로 반전시킬 수 있습니다. 최근의 연구는 지속적인 신체 활동이 더 유리한 염증 표지자 프로필과 심부전 위험 감소와 같은 심혈관 질환과 관련된 결과를 보여주고 있습니다. 오늘 살펴볼 논문도 이 관계에 대해 자세히 설명하고 있어 들고와봤습니다. 함께 보시죠!

 

운동과 심혈관 질환 사이 관계

체중 감소, 건강한 식습관, 그리고 규칙적인 운동은 심혈관 질환 발생 위험 감소에 중요한 역할을 할 수 있습니다. 신체 활동은 고밀도 지단백질 수치를 증가시키고, 중성지방 수치를 낮추어 관상동맥질환 위험을 줄이는 것으로 나타났습니다. 그러나 신체 활동이 혈중 지질에 미치는 효과는 운동의 유형, 강도, 기간, 그리고 식이와 밀접하게 연관되어 있습니다. 예를 들어, 중등도 이상의 지질이상을 가진 환자들을 대상으로 한 연구에서, 운동의 양과 강도가 혈중 지질 수치에 미치는 효과가 운동의 양에 따라 다르게 나타났습니다. 또한, 신체 활동은 혈중 고밀도 지단백질 농도와 입자 크기를 증가시킴으로써 심혈관 질환 위험을 줄일 수 있는 것으로 나타났으나, 입자 크기가 심혈관 질환 위험에 미치는 영향에 대한 추가적인 연구가 필요합니다. 뿐만 아니라, 신체 활동은 동맥벽의 안정성에 직접적인 영향을 미치며, 동맥경화 진행을 억제하여 심혈관 질환의 감소에 기여할 수 있습니다. 활동적인 생활을 하는 사람들은 비활동적인 사람들에 비해 관상동맥질환 발병률이 낮다고 보고되었습니다. 심혈관 질환을 가진 환자들에서도 정기적인 신체 활동이 최대 산소 흡수율(Vo2 max)을 향상시키고, 고강도 운동은 동맥경화 병변의 회복을 촉진할 수 있습니다. 또한, 안정된 관상동맥질환(CAD) 환자에서는 로잉이나 사이클링 4주간의 운동이 아세틸콜린에 대한 혈관확장 반응을 향상시키며, 이는 촉진된 총 혈관 내셔럴 산화효소 발현과 이노스 및 단백질 키나아제 B (Akt) 인산화와 관련이 있습니다. 결론적으로, 신체 활동은 혈중 지질 프로필의 변화와 함께 혈관 기능에도 긍정적인 영향을 미칠 수 있으며, 이는 심혈관 질환 예방 및 치료에 중요한 역할을 할 수 있습니다.

 

운동과 인슐린 민감성 사이 관계

인슐린 민감성과 혈중 지질 사이의 관계는 심혈관 건강에 중요한 영향을 미칩니다. 인슐린 저항성은 심혈관 질환 발생을 촉진시키며, 이는 혈중 지질 프로필을 변화시켜 일어납니다. 지방세포의 인슐린 저항은 포도당 흡수 감소와 함께 지방산과 트리글리세라이드의 높은 생산을 유도합니다. 또한, 인슐린 저항 상태에서 HDL 감소는 동맥 벽의 역 콜레스테롤 전송을 억제하고 동맥 경화성 혈전 형성을 촉진할 수 있습니다. 혈관 내 인슐린 신호 전달은 혈관확장을 촉진하는 NO 생산을 증가시키지만, 이는 혈관 수축을 촉진하는 Endothelin-1 (ET-1) 생산과 상쇄될 수 있습니다. 당뇨병 상태에서는 과다한 인슐린 자극이 혈관 내 세포 증식을 유도할 수 있습니다.운동은 인슐린 민감성을 향상시키고 혈중 지질 프로필과 혈관 기능을 개선하는 데 도움을 줄 수 있습니다. 특히, 유산소 운동은 인슐린 민감성을 개선시키는 데 도움이 됩니다.

 

 

운동과 혈압 조절 사이의 관계

운동 중에는 심장의 뇌출량과 심박수가 증가하여 심장 출력이 증가하고, 일시적으로 전체 혈관 저항이 증가하여 평균 동맥 혈압이 상승합니다. 그러나 장기적으로 운동은 안정 상태에서 혈압을 줄일 수 있습니다. 정기적인 중등도에서 강도 높은 운동을 주당 3-5회 수행하는 경우, 혈압이 평균 3.4/2.4 mmHg 내려간다는 연구 결과가 있습니다. 이러한 변화는 작을 수 있지만, 심방 압력이 1 mmHg 감소할 때 심부전 사건이 유발될 수 있는 횟수가 더 적다는 최근 연구 결과도 있습니다. 따라서 운동이 식이 수정과 체중 감소와 함께 행동 개입으로 포함될 때 관찰되는 혈압 감소는 심혈관 질환 발생에 중요한 영향을 미칠 수 있습니다. 운동이 혈압을 낮추는 메커니즘은 주로 혈관 내 벽에서 혈관 평활근을 이완시키는 질산(NO)과 프로스타실린의 생산을 촉진하는 활성 근육에서 방출된 대사산물에 의해 설명됩니다. 이는 나이 또는 NOS3 유전자 다형성으로 인한 eNOS 활동 감소와 관련이 있습니다. 만성적인 유산소 및 저항 운동은 고혈압자에서 eNOS 발현과 NO 생성을 증가시키며, 이는 운동이 혈압을 낮추는 효과와 일치합니다. 또한 운동은 심박 도중 심근의 감소와 동맥 경화의 방지나 염증 억제에 기여할 수 있지만, 이러한 영향은 인구에 따라(위험군 대 비위험군 등) 다를 수 있습니다.

 

운동이 심장기능 향상에 미치는 영향

운동 중에는 심장이 압력 과부하, 용적 과부하 또는 둘 다에 대한 간헐적 혈액 순환 스트레스를 받습니다. 이러한 스트레스를 정상화하고 증가된 혈액 공급 수요를 충족시키기 위해 심장은 반복적인 운동에 적응하면서 주로 심실 벽 두께 증가를 통해 질적 적응을 합니다. 심장 크기의 이러한 증가는 주로 단일한 마이오사이트 크기의 증가에 의한 것입니다. 이에 따라 운동으로 인한 심장의 적응적 리모델링은 일반적으로 수축 기능의 보존 또는 강화와 함께 진행됩니다. 최근 실험동물 모델에서의 연구에서는 운동 조건에 따른 심장의 생리적 성장 과정에 관여하는 여러 세포 및 분자적 변화가 확인되었습니다. 이와 대조적으로 병리적 심장 리모델링은 지배적인 세포호흡 중지나 이산화탄소로 인한 에너지 생산 감소와 같은 대사 활동의 변화와 관련이 있습니다. 운동 후에는 미토콘드리아 생성과 지방산 산화 능력이 향상됩니다. 심근의 기능적 적응은 심장 산출량을 증가시키고 부정맥의 위험을 줄일 수 있습니다. 임상 연구에서는 운동 훈련을 받은 개인들이 심완수 및 이완 기능이 개선되었음이 보고되었고, 동물 모델에서의 연구 결과에 따르면 지구력 운동은 심근세포의 수축-이완 속도와 힘 생성을 증진시킬 수 있습니다. 심장의 병리적 리모델링에서 전기 불안정성은 주로 행동전위 재분열과 관련된 주요 심장 이온 채널 서브유닛의 상승 부족으로 인해 발생할 수 있습니다. 반면 생리적 과증식에서는 심근 세포 크기의 증가가 적응된 심장에서 비정상적인 전기 신호 발생을 방지하는 데 도움이 되는 활성화된 양극화 및 극성화 전류의 상승과 관련이 있습니다.

 

운동과 혈액순환의 관계

운동 중에는 혈액의 산소 운반 능력이 중요합니다. 이는 순환 중인 적혈구의 수와 그들이 함유한 헤모글로빈 농도에 의해 결정됩니다. 고극장량 선수들은 일반적으로 "선수 빈혈"을 가지고 있으며, 이는 적혈구의 손실 또는 혈장 용적 확장으로 인한 것일 수 있습니다. 그러나 전반적으로 운동 선수들은 특히 고산소 환경에서 훈련하는 경우 적혈구 총량이 증가합니다. 이는 일산화질소 증가 인자(HIF)에 의한 에리트로포이틴 생성 촉진과 에리트로포이틴 수용체, 철 운반단백, 그리고 이철수운반단백의 상승과 관련이 있습니다. 운동 후에는 다양한 스트레스 및 염증 인자가 골수에 작용하여 혈액 형성이 증가합니다. 특히, 강도 높은 운동은 코르티솔, IL-6, TNF-α 등의 인자를 방출하여 이러한 작용을 촉진합니다. 훈련된 러너들에서는 운동 직후 골수에서 CD34+ 혈관 줄기세포 수가 상승하는 것으로 나타났습니다. 이는 조직 수리를 촉진하는 적응적 반응일 수 있습니다. 유사하게, 저항성 운동 후 여성에서는 혈관 내피 줄기세포(EPCs)가 증가하며, 이는 혈관 내 증식과 관련이 있습니다. 그러나 이러한 반응의 생리학적 의미는 아직 명확하지 않습니다.

 

결론

운동이 건강에 미치는 명확한 이점이 많이 알려져 있지만, 대다수의 미국인은 충분한 신체 활동을 하지 않습니다. 그럼에도 불구하고, 매일 짧은 운동을 하면 사망 위험 감소가 나타나고, 하루에 50-60분의 강도 높은 운동에서 최고의 효과가 나타납니다. 그러나 얼마나 많은 운동이 심혈관 건강에 최적일지에 대한 질문은 여전히 남아 있습니다. 마라톤 선수들을 대상으로 한 연구들은 많은 운동이 심혈관 이벤트 발생률을 과도하게 높일 수 있다는 것을 보여줍니다. 특히, 25년 동안 최소 25차례의 마라톤을 완주한 사람들은 심장 동맥 석회화 및 석회화된 심장 혈전량이 비운동자들보다 더 높은 수준을 보였습니다. 그러나 운동이 더 높은 신체 활동 수준에서 심혈관 사건 발생 위험을 낮추는데 도움을 줄 수 있다는 연구도 있습니다. 그럼에도 불구하고, 어느 정도의 운동 강도와 기간에서 이득이 줄어들고 해로운 영향이 시작되는지에 대한 임계치는 여전히 불명확합니다. 또한 나이, 성별, 인종, 기저 심혈관 질환 위험과 같은 개인적 요소가 이 전환 임계치에 어떻게 영향을 미치는지도 알려져 있지 않습니다. 이제 더 필요한 연구들은 나중에 삶의 어린 시점에 정기적인 운동이 초기 삶의 선택과 관련된 구조적 변화를 반전시킬 수 있는지, 운동의 이점이 일정 시간대나 특정 계절에 따라 더 큰 이점을 줄 수 있는지입니다. 최근 연구는 전혀 운동을 하지 않았던 중년 참가자들에서 높은 강도의 운동 프로그램이 좌심실 경직성을 감소시킨다는 점을 보여줍니다. 이는 일부로, 늦은 시점에서도 운동을 시작하는 것이 노화나 질병 상태(예: 보존된 박출분율 심부전)와 관련된 심혈관 시스템의 구조적 및 기능적 변화를 일정 부분 반전시킬 수 있음을 시사합니다. 그러나 아마도 가장 중요한 질문들은 운동이 어떻게 심혈관 건강에 뛰어난 이점을 주는지에 대한 메커니즘입니다. 정기적인 신체 활동이 이상지질혈증이나 고혈압과 같은 다양한 심혈관 질병 위험 요인을 개선할 수 있음은 알려져 있지만, 운동이 심혈관 사망률 감소에 기여하는 전체적인 59% 감소의 남은 41%는 무엇일까요? 이는 염증의 변화와 급성 염증 도전에 대한 유리한 반응과 관련이 있을 수 있습니다. 결국 운동은 자연킬러 세포, 호중구, 단핵구, 조절성 T세포와 같은 면역 세포들에 광범위한 영향을 미치며 건강한 항염증 환경을 촉진합니다. 그러나 운동이 염증과 면역에 어떻게 영향을 미치며, 이러한 변화가 심혈관 질환 위험과 사망에 미치는 긍정적인 영향을 설명할 수 있는지에 대한 중요한 질문들은 추가적인 신중한 연구가 필요합니다. 또한, 영양이 운동 능력 및 심혈관 이점에 미치는 정도와 운동이 장과 마이크로바이옴에 미치는 영향을 평가하기 위해서도 추가적인 연구가 필요합니다.

 

 

마치며

운동은 심혈관 건강에 미치는 긍정적인 영향이 명확하게 입증된 가장 효과적인 전략 중 하나입니다. 비록 많은 사람들이 충분한 신체 활동을 하지 않지만, 심지어 매일 짧은 운동으로도 사망 위험 감소가 나타나며, 하루에 50-60분의 강도 높은 운동에서는 최고의 이점을 누릴 수 있습니다. 그러나 과도한 운동이 일부 사람들에게 해로울 수 있다는 점에서도 운동의 적절한 양과 질이 중요합니다. 운동은 다양한 심혈관 질환 위험 요인을 개선하는 데 기여할 뿐만 아니라, 염증과 면역에도 긍정적인 영향을 미칩니다. 따라서 운동은 단순히 신체적 건강을 증진시키는 것을 넘어서, 심혈관 건강을 보호하고 개선하는 중요한 요소임을 잊지 말아야 합니다.

 

참고문헌

Nystoriak MA, Bhatnagar A. Cardiovascular Effects and Benefits of Exercise. Front Cardiovasc Med. 2018 Sep 28;5:135. doi: 10.3389/fcvm.2018.00135. PMID: 30324108; PMCID: PMC6172294.