인체는 자율신경계(autonomic nervous system)의 적절한 균형을 통해 심혈관계 항상성을 조절한다¹. 특정 상황에서 자율신경계 중 교감신경계(sympathetic nervous system)의 활성화를 통해 심박출량, 혈관 저항, 심박수 및 혈압을 증가시켜 심혈관계 항상성을 유지한다¹. 그러나 만성적으로 교감신경계가 과활성화(hypereactivation)되면 심혈관계에 과도한 스트레스를 주게 되고 이로 인해 고혈압, 부정맥, 심장비대, 심부전, 그리고 심장돌연사와 같은 심혈관계 질환의 위험성이 증가한다¹. 특히, 일시적 스트레스에 따른 교감신경계 활성화에 대한 과도한 혈압 반응은 고혈압 및 뇌졸중 발생 위험과 심혈관계 사망률을 높이는 것으로 알려져 있다^2,3. 더욱이, 정상 혈압을 가진 경우에도 심리적 또는 신체적 스트레스 노출에 따른 과도한 혈압 반응은 향후 고혈압 및 심혈관 질환 발생 위험성을 증가시키는 것으로 보고되고 있다^4,5.

일반적으로 교감신경계를 자극하는 방법으로 냉압박검사(cold pressor test)를 많이 사용한다⁶. 냉압박검사는 교감신경계를 활성화하여 심박수 및 혈압 상승과 같은 심혈관계 변화를 유발한다^5,7. 일부 연구에서 냉압박검사 시의 과도한 혈압 반응(blood pressure hyperreactivity)은 고혈압, 관상동맥질환 및 경동맥 동맥경화 발생과 관련이 있다고 제시하였다^4,8. 따라서 심혈관계 질환을 예방하기 위해서는 교감신경계 활성화에 대한 과도한 혈압 반응을 완화하는 것이 중요할 것으로 생각된다.

건강한 생활습관은 심리적·생리적 스트레스에 대한 과도한 혈압 반응을 완화하는 것으로 잘 알려져 있다^9,10. 그 중 유산소 운동은 심혈관질환의 위험인자를 개선하는 효과가 있을 뿐만 아니라¹¹, 스트레스 자극으로 인한 과도한 혈압 반응을 완화한다는 여러 보고들이 있다^12,13. 이러한 유산소 운동의 효과와 관련된 선행연구들은 대부분 상완동맥(brachial artery)과 같은 말초동맥에서 혈압을 측정하였다.

혈압은 말초동맥 혈압(peripheral blood pressure)과 중심동맥 혈압(central aortic blood pressure)으로 나눌 수 있다. 전자는 일반적으로 상완동맥에서 측정하는 혈압을 말하며, 후자는 중심대동맥 또는 경동맥(carotid artery) 부위에서 측정하는 혈압을 의미한다. 그동안 중심동맥 혈압은 관혈적(침습적) 방법으로 측정되어 일반적으로 사용하기에는 어려움이 있었으나, 비관혈적(비침습적) 측정방법이 개발되면서 현재 임상에서 다양하게 활용되고 있다¹⁴. 최근 연구에서 중심동맥 혈압이 말초동맥 혈압보다 심혈관질환의 발생과 더 밀접한 관계가 있다고 보고하며, 중심동맥 혈압의 중요성을 시사하고 있다^14,15. 그럼에도 불구하고, 유산소 운동이 스트레스 자극에 의한 중심동맥의 혈압 반응에 미치는 영향을 살펴본 연구는 매우 부족한 실정이다. 서구에서 진행된 단지 두 편의 연구에서 일회성 유산소 운동의 교감신경 활성화에 대한 중심동맥 혈압 상승 완화 효과를 확인하였다^16,17. 그러나 이러한 효과는 운동의 형태, 강도 및 시간에 따른 효과가 다를 수 있으므로 추가적인 연구가 필요하며, 특히 동양인을 대상으로 한 연구는 거의 없는 실정이다. 중심동맥 혈압 변화는 말초동맥혈압 반응과 밀접한 관련성이 있으므로, 본 연구에서는 일시적 유산소 운동이 교감신경 활성화로 인한 중심동맥 혈압 반응을 완화할 것이라는 가설을 검증하고자 하였다.

냉압박검사 동안 유산소 운동 처치와 통제 처치 모두 상완 및 중심동맥 혈압과 심박수가 유의하게 증가하였으며, 회복기에는 기저상태 값으로 돌아오는 것을 관찰하였다(time effect p<0.001) (Table 2). 그러나 유산소 운동 처치에서 냉압박검사 중 상완동맥의 수축기 혈압과 평균 혈압이 통제 처치에 비해 덜 증가하는 양상을 보였으며, 회복기에는 더 빠르게 회복되며 통계적으로 유의한 상호작용 효과가 나타났다(interaction effect p=0.043, p=0.041). 중심동맥 수축기 혈압과 평균 혈압도 상완동맥에서 보인 반응과 유사한 경향을 나타냈으나 통계적으로 유의하지 않았다(p=0.054). 그러나 두 처치 간 교감신경 활성화에 대한 혈압 반응 정도를 비교해 본 결과, 유산소 운동 처치는 통제 처치에 비해 상완동맥뿐만 아니라 중심동맥의 수축기 혈압을 덜 증가시키는 것으로 나타났다(Fig. 2).

본 연구는 일시적 유산소 운동이 교감신경 자극에 대한 중심동맥 혈압 반응 완화에 미치는 효과를 알아보고자 하였다. 말초동맥 혈압과 중심동맥 혈압 모두 교감신경 활성화로 인해 증가하였으며, 회복기에 기저상태 값으로 돌아왔다. 그러나, 유산소 운동 처치는 통제 처치에 비해 교감신경 활성화로 인해 증가되는 상완동맥 및 중심동맥의 혈압 반응을 모두 완화시켰다. 이러한 연구결과는 유산소 운동에 따른 교감신경 자극에 대한 혈압 반응 완화 효과가 말초동맥뿐만 아니라 중심동맥 혈압에서도 나타난다는 사실을 제시할 수 있다. 이는 일회성 유산소 운동 후 교감신경 활성화와 관련된 상완동맥 수축기 혈압 반응이 완화된다는 선행연구 결과들과 일치하는 것이며, 더욱이 중심동맥 혈압 반응 완화 효과를 제시한 두 편의 선행연구 결과와도 일치한다^16,17. 그러나 본 연구는 동양인을 대상으로 일시적 유산소 운동이 교감신경 활성화에 대한 중심동맥 혈압 반응을 완화시킨다는 사실을 검증한 첫 번째 연구라는 점에서 그 연구적 가치가 있을 것으로 생각한다.

그동안 여러 선행연구에서 유산소 운동이 교감신경 활성화로 인한 과도한 혈압 반응을 완화시킨다고 제시하였으며^12,13, 이러한 효과는 대부분 말초동맥 혈압을 통해 증명되었다. Ebbesen 등¹⁰은 60–120분간의 일시적 중강도 유산소 운동의 교감신경 자극에 대한 말초동맥 혈압 반응 완화 효과를 확인하였다. 또한 Yoon 등¹⁹은 일시적 저항성 운동이 냉압박검사에 대한 심혈관 재반응(상완동맥 수축기 혈압)을 완화시킨다고 보고하였다. Crews와 Landers²⁰는 메타 분석에서 체력(fitness) 수준이 높을수록 심리적 스트레스에 대한 상완동맥 수축기 혈압 반응 완화 효과가 더 크다고 제시하였다. Hamer 등¹³의 메타 분석 연구에 따르면 일회성 유산소 운동이 교감신경 활성화로 인한 상완동맥 수축기 혈압 반응을 약 4 mmHg 정도 완화할 수 있다고 보고하였으며, 운동시간이 길수록 완화 효과는 더 크게 나타난다는 사실을 확인하였다. 그러나 본 연구에서는 30분간의 일시적 유산소 운동을 통해서도 선행연구와 유사한 정도의 상완동맥 수축기 혈압 반응 완화효과(–4.13 mmHg)를 확인하였다. 더욱이 유산소 운동이 냉압박검사 직후 증가한 상완동맥 혈압을 빠르게 회복시킨다는 추가적인 사실도 알 수 있었다. 이러한 연구결과를 토대로 볼 때, 일시적 유산소 및 저항성 운동으로 교감신경 자극에 대한 말초동맥 혈압 반응 완화 효과를 기대할 수 있을 것이며, 비록 운동량이 증가할수록 더 큰 효과를 보이지만, 30분간의 유산소 운동으로도 말초동맥 혈압 완화 효과를 기대할 수 있을 것으로 생각된다.

중심동맥 혈압은 심장 주변 혈압으로 심장과 뇌, 그리고 콩팥 같은 주요 장기(target organ)에 직접적인 부하를 주어 손상을 입힐 수 있기 때문에 상완동맥 혈압보다 심혈관질환 발생을 더 잘 예측하는 것으로 알려져 있다¹⁵. 이러한 점에서 최근 중심동맥 혈압의 임상적 의미와 관리의 중요성이 강조되고 있다¹⁴. 유산소 운동이 중심동맥 혈압을 낮춰준다는 선행연구는 다수 있으나^21,22, 교감신경계 활성화에 대한 중심동맥 혈압 반응 완화에 미치는 효과를 규명한 연구는 매우 부족하다. Milatz 등¹⁶은 32명의 건강한 남성을 대상으로 60분간 자전거 에르고메터를 이용하여 최대 산소섭취량 45% 수준에서 유산소 운동을 진행하고 60분 후에 냉압박검사를 실시하여 중심동맥 수축기 및 확장기 혈압 완화 효과를 확인하였다(–4.8/–2.8 mmHg). 다른 운동강도를 적용한 동일한 연구 그룹의 추가적인 연구에서도 이와 비슷한 연구결과를 관찰하였다¹⁷. 이들은 고강도 인터벌 운동의 중심동맥 혈압 완화 효과를 관찰하기 위해 건강한 남성 39명을 대상으로 최대 와트 98%로 고강도 인터벌 자전거 운동(high-intensity interval exercise; 1분×6회, 4분 간격 총 30분)을 실시하였다. 이후 60분간 휴식을 취하고 진행한 냉압박검사에서 중심동맥 혈압 반응 완화 효과를 관찰하였다¹⁷. 본 연구에서는 30분간의 중강도 유산소 운동으로 교감신경 자극에 대한 중심동맥 혈압 반응 완화 효과를 확인하였다. 이러한 연구결과를 통해 운동이 교감신경 활성화에 따른 중심동맥 혈압 반응 완화 효과를 보인다는 사실을 더욱 확장할 수 있을 것이다. 특히, 선행연구에서 실시한 60분간의 운동시간보다 상대적으로 짧은 30분의 운동시간으로도 교감신경 자극에 대한 중심동맥 혈압 반응 완화 효과를 보인다는 사실은 흥미롭다. 이러한 결과로 볼 때 일일 신체활동 최소 권장량인 30분의 일회성 운동만으로도 스트레스에 대한 혈압 반응을 완화한다고 제시할 수 있을 것이다. 그러나 상대적으로 짧은 시간의 유산소 운동의 중심동맥 혈압 반응 완화 효과를 확인한 연구는 매우 부족하며, 운동시간에 따른 혈압 반응 완화 효과 정도를 직접적으로 비교한 연구는 없다. 따라서, 이러한 연구결과를 확장하고 일반화하기 위해서는 다양한 운동 형태별(예, 저항성 등), 강도 및 시간에 따른 완화 효과에 대한 검증 연구가 추가적으로 필요할 것이다. 또한 운동 후 스트레스에 노출되는 시간에 따른 혈압 완화 효과가 다르기 때문에²³ 이와 관련된 추가 연구도 필요하다.

교감신경 활성화로 인해 증가하는 상완동맥 및 중심동맥 혈압 반응을 일시적 유산소 운동이 완화시키는 기전에 대해 명확하게 알 수는 없으나, 유산소 운동의 혈압 반응 완화 효과를 설명하는 기전 중 하나로 운동 후 혈압 감소(post-exercise hypotension) 효과를 제시할 수 있을 것이다. 냉압박검사는 교감신경계를 활성화하여 노르에피네프린(norepinephrine)의 분비 증가를 유발한다. 이는 혈관의 α-아드레너직 수용체(α-adrenergic receptros)에 결합하여 말초혈관의 저항을 높이며 혈압을 상승시키는 것으로 알려져 있다²⁴. 반면에, 운동은 교감신경 활성화에 대한 노르에피네프린 분비 반응을 완화하는 것으로 보고되며²⁵, West 등²⁶의 연구에서 유산소 운동은 교감신경이 활성화되었을 때의 혈관 저항을 유의하게 감소시켰다고 보고하였다. 뿐만 아니라 운동은 혈관 이완과 관련이 있는 β2 수용체의 반응도를 높여 혈관 저항을 낮추고 교감신경으로 인한 혈압 증가를 완화할 수 있다²⁷. 또 다른 기전으로 운동의 기능적 교감신경 파괴(functional sympatholysis) 효과를 고려해 볼 수 있다. 즉, 유산소 운동이 교감신경 활성화로 인한 혈관 수축 작용을 방해하여 혈압 상승을 억제했을 가능성을 배제할 수 없을 것이다. 일시적 유산소 운동은 산화질소 합성효소(nitirc oxide synthase)를 활성화한다²⁸. 이로 생성된 산화질소는 혈관의 평활근과 내피세포에서 작용하여 교감신경 활성화로 인한 노르에피네프린의 α-아드레너직 활성화를 역전시켜 기능적 교감신경 파괴를 유발한다²⁹. 그러나 유산소 운동이 교감신경 활성화로 증가되는 혈압 반응을 완화시키는 기전에 대해서 추가적인 연구가 필요하다.

본 연구에는 몇 가지 제한점이 있다. 첫 번째로 교감신경 활성화에 대한 혈압 반응을 연속적으로 확인하지 않고 특정 시점의 혈압만을 측정(static measurement)하였다. 매 심박수에 따른 혈압 측정(beat-to-beat measurement)은 유산소 운동 후 교감신경 활성화에 따른 혈압 반응의 변화를 보다 자세하게 분석할 수 있게 할 것이다. 두 번째로 건강한 성인을 대상으로 일시적 유산소 운동의 교감신경 활성화에 따른 혈압 반응 완화 효과를 확인하였기 때문에 다른 대상자들에게 이러한 결과를 일반화하기 어렵다. 따라서 추후 연구에서 노인 및 기타 질환이 있는 피험자 등을 대상으로 한 연구가 필요하며, 특히 장기적인 유산소 트레이닝의 교감신경 활성화에 따른 중심동맥 혈압 완화 효과를 검증할 필요가 있다. 세 번째로 본 연구에서는 교감신경 활성화로 인한 혈압 반응을 확인하기 위해 생리적인 스트레스 자극이 주어지는 냉압박검사를 진행하였다³⁰. 심리적인 스트레스(인터뷰, 대중 연설) 및 인지적인 스트레스(산술 테스트, 스트루프 검사[Stroop task])는 교감신경 활성화 방법에 따라 다른 혈압 반응을 유발할 수도 있을 것이다. 그러므로 추후 연구에서는 다양한 교감신경 활성화 환경 하에서도 유산소 운동의 중심동맥 혈압 반응 완화 효과가 나타나는지 확인할 필요가 있을 것이다.

이러한 몇 가지 제한점에도 불구하고, 본 연구는 유산소 운동의 교감신경 활성화에 대한 말초 및 중심동맥 혈압 반응을 완화 효과를 뒷받침할 수 있는 연구라는 점에서 연구적 가치가 있을 것으로 생각한다. 중심동맥 혈압이 주요 장기 손상 및 심혈관 질환과 더 밀접한 연관이 있다는 점에서, 유산소 운동은 다양한 스트레스 상황으로 인한 중심동맥 혈압 반응을 완화시켜 심혈관 사건 발생 위험을 감소시킬 수 있을 것으로 생각된다.