성인을 위한 신체활동 가이드라인은 주당 150분 이상의 중강도 또는 75분 이상의 지속적 고강도 유산소 운동 참여를 권고하고 있다^1,2. 그러나 우리나라 국민 절반 이상은 규칙적인 운동에 참여하지 않고 있으며, 이러한 주요한 원인 중 하나가 운동에 참여 할 시간이 부족하다는 것이다^3,4.

최근 짧은 시간 수행 되는 시간 효율적 운동 방안들이 소개되고 각광받고 있다⁵. 이러한 형태의 운동으로 크로스핏, 스피닝, 플라이오 메트릭, 그리고 타바타(Tabata) 운동 등을 들 수 있다. 이러한 운동들은 짧은 시간 고강도 인터벌 운동의 특징을 가지고 있다는 장점이 있다. 그러나 이러한 형태의 운동들이 대중들에게 효과적으로 적용되기 위해서는 다양한 측면에서의 건강증진 효과 검증이 이루어져야 할 것이다.

타바타 운동은 4분이라는 짧은 운동 수행 시간과 인터벌 형태의 고강도 운동이라는 특징을 가지고 있다. 타바타 운동은 VO_{2 max}의 170% 운동 강도로 20초간 운동을 수행한 후 10초간 휴식을 취하며, 이를 8번 반복하여 총 4분으로 구성되어 있다⁶. 선행 연구에 따르면 4분간의 타바타 운동은 중강도 지속적 운동과 유사한 유산소 운동능력 향상 효과를 갖는다고 보고하였다⁶. 또한 12주간의 타바타 운동이 혈관기능 지표인 혈관경직도와 혈관 내피세포기능을 증진시켰다고 제시하였다⁷. 더욱이 일회성 타바타 운동으로도 혈관기능 개선 효과를 기대할 수 있다고 보고하였다⁸. 그러나 기존 타바타 운동은 VO_{2 max}의 170% 정도의 초고강도 운동으로 운동 수행이 쉽지 않으며 특히, 심혈관계 부담을 가중시킬 수 있을 가능성이 있어 일반 성인들에게 적용되기 어려운 한계점이 있다.

이러한 이유로 현재 타바타 운동은 일반적인 고강도 인터벌운동의 강도 수준으로 수정되어 적용되고 있다⁹. 그러나 수정된 강도의 타바타 운동이 심부담도 변화에 미치는 영향이나 혈관기능개선 효과에 대해서는 현재 잘 알려져 있지 않다. 따라서 본 연구는 수정된 강도의 일시적 타바타식 운동이 기존에 권장되는 중강도 지속적 운동에서 나타나는 심부담도 정도를 비교하고 혈관기능개선 효과가 있는지 비교해 보고자 한다.

심박수의 변화는 운동처치와 시간에 따른 유의한 상호작용 효과를 보였다(interaction effect p<0.001) (Table 2). 타바타식 운동 후 1시간에서 안정시에 비해 심박수가 증가하였으나 2시간에서는 안정시 수준으로 회복되었다(p<0.05). 이에 반해, 중강도 지속적 운동은 1시간과 2시간에서 모두 감소하였다(p<0.05). 또한, 심부담도의 변화는 타바타 운동 후 1시간에 심부담도가 증가했다가 2시간에 감소하였고, 중강도 지속적 운동은 운동 후 모두 감소하는 것으로 나타나 운동 처치와 시간에 따른 상호작용 효과가 나타났다(interaction effect p=0.006). 요골동맥 맥파증폭지수(AIx@75)와 경동맥-대퇴동맥 맥파전파속도는 두 운동에서 시간에 따른 개선효과가 나타났으나(time effect p<0.001), 운동 처치와 시간에 따른 유의한 상호작용 효과는 나타나지 않았다(time effect p>0.05, respectively) (Fig. 3A and B). 상완동맥 혈관내피세포 의존성 혈관 이완능의 변화는 운동 처치와 시간에 따른 유의미한 상호작용 효과는 나타나지 않았다(interaction effect p=0.424) (Fig. 3C). 그러나 상완동맥 혈관내피세포 의존성 혈관 이완능은 운동 전에 비해 운동 후 1시간과 2시간에서 두 운동 모두 증가하였다(time effect <0.001).

본 연구에서 수정된 타바타식 운동은 중강도 지속적 운동에 비해 운동 후 심박수와 심부담도의 회복이 지연되는 것으로 나타났다. 그러나 수정된 타바타식 운동과 중강도 지속적 운동 모두 혈관 기능 개선을 보였으며 그 개선 정도는 두 처치 간 비슷하였다.

본 연구의 타바타식 운동에서 나타난 지연된 심박수 회복은 고강도 운동 후 느린 심박수 회복을 관찰한 선행연구와 유사한 결과를 보인다. 20대 건강한 젊은 남성들을 대상으로 일회성 고강도 윙게이트 스프린트운동과 고강도 인터벌 형식의 윙게이트 스프린트운동을 실시한 후 10분단위로 1시간까지 심박수 변화를 관찰한 선행논문에서 본 연구와 유사한 정도의 심박수 회복을 보고하였다¹⁵. 일반적으로 운동 후 느린 심박수 회복은 체력 수준과 관계가 있으며, 또한 부교감신경 기능 감소 또는 심혈관질환의 예후를 예측할 수 있는 요인으로 알려져 있다¹⁶. 본 연구에서 운동 후 1시간에 심박수가 느리게 회복된 것은 수정된 타바타식 운동이 중강도 지속적 운동에 비해 여전히 심혈관계 부담을 가져오는 것으로 해석할 수 있다. 심부담도는 심장의 산소요구량을 간접적으로 계산한 것으로 수축기혈압과 심박수 곱으로 나타내며¹⁷, 일반적으로 운동 후 더딘 심부담도 회복은 심혈관질환의 위험도를 높인다고 알려져 있다¹⁸. 그러나 타바타식 운동 후 2시간의 심부담도는 운동 전 수준으로 회복되어 타바타식 운동이 심근에 미치는 부담이 일시적인 것으로 보인다. 따라서 타바타식 운동과 같이 심장에 강한 부담을 줄 수 있는 운동이 심혈관질환자 또는 고위험군에 속한 사람들에게 적용하기에 적합한 형태의 운동인지에 대한 여부는 추가적인 연구가 필요할 것으로 생각한다.

본 연구에서 타바타식 운동은 중강도 지속적 운동과 유사하게 혈관기능의 지표인 동맥경직도와 상완동맥 혈관 내피세포 이완능을 개선시켰다. 이러한 결과는 성인 비만 남성을 대상으로 한 Hinderliter 등¹⁸의 연구에서 12주간 주 3회 20분의 고강도 인터벌운동이 중심동맥 파형지수와 맥파전파속도를 개선시킨 결과와 유사하다. 또한 청소년을 대상으로 한 일회성 타바타운동 직후 내피세포기능을 평가한 연구에서도 내피세포기능 향상이 보고하였다⁸. Rakobowchuk 등¹⁹의 연구에서 20대 건강한 성인남성을 대상으로 짧은 시간의 스프린트 인터벌운동과 중강도 지속적 운동을 6주간 훈련한 결과 말초동맥 경직도와 상완동맥 혈관 내피세포 이완능 검사에서 두 운동 모두 유사하게 개선되었다. 또한 20대 건강한 남성을 대상으로 일회성 스프린트 운동과 인터벌 스프린트 운동을 처치한 후 비교한 결과 운동 후 두 운동 모두 말초동맥 경직도가 점진적으로 감소하였다¹⁵. 이를 종합해 볼 때, 본 연구는 고강도인터벌 형식의 운동과 짧은 시간 고강도 운동처치를 통해 혈관기능을 관찰한 선행연구들과 유사한 결과가 나타난 것을 알 수 있었다. 그러나 고강도 인터벌 운동의 혈관개선 효과를 검증한 선행연구들은 모두 다른 형태와 시간 및 강도로 진행되었다는 제한점이 있다. 이에 본 연구에서는 프로토콜이 정해져 있으며 비교적 짧은 시간인 4분의 타바타식 운동을 진행하였다는 강점이 있다. 나아가 중강도 지속적 운동과 비교함으로써 4분간의 타바타식 운동이 혈관기능에 미치는 효과를 증명하였다.

본 연구에서 일시적 타바타식 운동 후 측정된 동맥경직도 및 상완동맥 혈관 내피세포기능은 중강도 지속적 운동만큼 개선된 것을 볼 수 있었다. 본 연구는 동맥경직도의 대표적인 지표인 carotid to femoral pulse wave velocity (c-f PWV)와 상완동맥의 혈관 내피세포기능을 알 수 있는 FMD 검사를 통해 혈관기능을 관찰하였다. c-f PWV의 1 m/s의 증가는 심혈관 질환의 발병을 12% 증가시킨다고 보고되고 있으며 사망률은 9% 증가시킨다고 보고되고 있다²⁰. 또한 상완동맥 FMD의 1% 증가는 심혈관 질환 위험율이 13% 감소된다고 보고되고 있다²¹. 이러한 점으로 보았을 때 건강한 성인에서 4분간의 짧은 일시적 타바타식 운동이 일반적으로 권장되는 30분간의 지속적 중강도운동과 유사하게 혈관기능을 개선시킨 것은 흥미로운 결과로 생각된다.

비록 본 연구에서는 타바타식 운동의 혈관경직도와 혈관 내피세포기능 개선 효과에 대한 기전연구를 수행하지 않았으나, 선행연구들을 토대로 다음과 같은 기전을 유추하여 제시할 수 있다. 일반적으로 운동은 안정시에 비해 근육조직의 혈류량을 증가시키고 이로 인해 혈관내의 전단응력이 증가하게 된다. 이는 혈관확장물질인 산화질소를 생성하여 혈관확장에 기여한다. 이와 더불어 운동 후 회복 시에는 상승된 교감신경계의 활동이 감소한다. 이러한 혈관확장 반응과 운동 후 회복 시 교감신경계 활동의 감소는 혈압을 감소시킨다. 낮아진 혈압은 맥압의 감소로 이어지고, 이는 동맥벽의 스트레스를 감소시켜 동맥경직도를 개선시킨다¹². 종합해보면 타바타식 운동 후 혈관기능 개선은 운동 중 발생된 전단응력으로 인한 혈관내의 산화질소의 생성이 내피세포기능을 활성화시켜 혈관확장능을 높이고, 회복 시 교감신경계의 안정화와 혈압 감소가 혈관의 스트레스를 감소시켜 동맥경직도 감소에 영향을 준 것으로 생각한다.

본 연구에서 타바타식 운동 후 1시간에서 동맥경직도와 혈관 내피세포기능이 개선되었으며, 이러한 개선효과는 2시간까지 유지되었다. 이러한 혈관기능 개선의 효과는 측정 시간에 따른 결과일 수 있다. 고강도 운동은 endothelin-1과 활성산소종과 같은 혈관 수축성 인자들을 생성한다. 그러나 선행연구에 의하면 이러한 혈관 수축성 인자들은 운동 30분까지 증가하였다가 운동 후 1시간 이후에 운동 이전 값으로 회복된다고 보고하고 있다²². 따라서 본 연구에서 일회성 타바타식 운동 후 1시간에서 측정한 동맥경직도와 혈관 내피세포기능은 운동 후 손상된 혈관기능이 다시 회복되고 운동으로 인한 혈관내의 긍정적인 효과 나타나기에 적합한 시간으로 보이며, 이러한 효과는 운동 후 2시간까지 이어지는 것으로 생각한다. 추후 연구에서 타바타식 운동의 혈관기능 개선 효과에 대한 기전 연구가 수행되어야 할 것이다.

본 연구는 다음과 같은 제한점이 있다. 첫째, 본 연구는 20대 남성만을 대상으로 하기 때문에 여성, 또는 20대 이상 성인 개개인의 체격 및 체력 조건과 유전적 특성을 고려하지 못하였다. 둘째, 본 연구는 운동 후 2시간까지의 종속변인 변화를 관찰하므로 그 이후의 변화들은 설명하기 어렵다. 셋째, 본 연구는 각각의 운동 프로그램에 대한 차이를 검증하기 위함으로 운동에 대한 에너지소비량과 운동 시간을 일치시키지 못하였다. 넷째, 본 연구에서는 측정 당일 피험자의 심리적 상태, 수면 상태를 통제하지 못하였다. 다섯째, 본 연구는 일시적 처치 후 관찰하였음으로 지속적인 운동에 대한 효과는 알 수 없다. 그러나 본 연구는 4분간의 짧은 시간 타바타식 운동이 30분의 중강도 지속적 운동만큼 혈관 기능 개선에 효과가 있다는 것을 밝히고자 한 연구라는 것에 의의가 있을 것으로 생각한다. 또한 최근 개정된 미국 신체활동 가이드라인에서 하루 최소 5분간의 신체활동이 건강상에 이점을 제공한다고 제시된 내용을 뒷받침하는 결과로써 의미가 있을 것으로 생각한다¹.

결론적으로, 심혈관 질환을 예방하기 위해 주당 150분의 중강도 지속적 운동이 권장되고 있지만 시간부족현상은 현대인의 운동 참여를 제한한다. 본 연구에서 20대 건강한 남성에게 짧은 4분간의 타바타식 운동의 혈관기능 개선 효과는 중강도 지속적 운동과 유사한 것으로 나타났다. 추가적인 연구를 통해 이러한 결과가 확인된다면 타바타식 운동은 혈관기능 개선을 위한 시간 효율적 대안 운동이 될 수 있을 것이다.