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민규 수
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1 제 2 세미나실 세미나 Ⅲ : 운동의학 up to date 김명화 우송대학교 Basics of Exercise Metabolism for Health Care Professionals 서상훈 연세대학교 발형태에따른계단내리기마지막스텝의운동학 운동역학변인의차이조혜영 이화여자대학교 The effects of exercise for frail elderly 유전체와운동 송욱 서울대학교 변재종 우송대학교

Basics of Exercise Metabolism for Health Care Professionals 서상훈 Basics

rate (3.5 ml/kg/min) Bray and Gray, West. J. Med.

Low-intensity: 3-4 METS Mid-intensity: 6-8 METS High-intensity: > 10

(Caloric Equivalent for the RQ) MR (kcal/min) = 0.25 (l/min) (4.

3 Basics of Exercise Metabolism for Health Care Professionals 서상훈 Basics of Exercise Metabolism for Health Care Professionals 서상훈연세대학교 BMI and Mortality What is your metabolic scope? METS 3-4 METS MET (Metabolic Equivalent) is the resting metabolic rate (3.5 ml/kg/min) Bray and Gray, West. J. Med., 1988 Good way to express exercise intensity. Low-intensity: 3-4 METS Mid-intensity: 6-8 METS High-intensity: > 10 METS Metabolic Rate in a Resting Men MR (kcal/min) = VO 2 (l/min) (Caloric Equivalent for the RQ) MR (kcal/min) = 0.25 (l/min) (4.82 kcal/lo 2 ) MR (kcal/min) = 1.2 kcal/min RQ = 0.82, 40% CHO & 60% Fat Typical of Metabolism on Awakening in the AM McArdle et al., Exercise Physiology,

4 2014 년대한임상건강증진학회춘계합동학술대회 Determination of Respiratory Quotient (RQ = VCO 2 /VO 2 ) For glucose (a sugar) C 6 H 12 O O 2 6CO H 2 0 RQ = 6/6 = 1.0 For Trioleate (a fat) C 57 H 104 O O 2 57 CO H 2 0 RQ = 57/80 = 0.71 Non-Protein RQ and Substrate Partitioning RQ % CHO % Fat Zuntz and Schumburg, Modified by Lusk, 1924 Combustion of Foods and Body Stores Food/ kcal/liter O 2 kcal/gram RQ Body Store CHO Fat Protein PA on Mixed Diet Starving PA is Postabsorptive Metabolic Rate in a Resting Men MR (kcal/min) = VO 2 (l/min) (Caloric Equivalent for the RQ) MR (kcal/min) = 0.25 (l/min) (4.82 kcal/lo 2 ) MR (kcal/min) = 1.2 kcal/min RQ = 0.82, 40% CHO & 60% Fat Typical of Metabolism on Awakening in the AM Metabolic Rate in an Exercising Man MR (kcal/min) = VO 2 (l/min) (Caloric Equivalent for the RQ) MR (kcal/min) = 4.0 (l/min) (5.05 kcal/l O 2 ) MR (kcal/min) = 20.2 kcal/min RQ = 1.0, 100% CHO Typical of Hard Exercise Question: If the Preceding Data Were Obtained on the Same Person, What would be His/Her Metabolic Scope? Resting MR 1.2 kcal/min Exercise MR = 20.2 kcal/min Metabolic Scope = 16.8x What was the Metabolic Scope of Olympian, the Obese, and Heart Patient? 86

Basics of Exercise Metabolism for Health Care Professionals 서상훈 The Fick Relationship of Oxygen Transport Use VO 2 = Q (a-v)o 2 Q = VO 2 /(a-v)o 2 where: VO 2 is O 2 consumption a is arterial O 2

5 Basics of Exercise Metabolism for Health Care Professionals 서상훈 The Fick Relationship of Oxygen Transport Use VO 2 = Q (a-v)o 2 Q = VO 2 /(a-v)o 2 where: VO 2 is O 2 consumption a is arterial O 2 Content v is mixed venous O 2 Content The Fick Relationship of Oxygen Transport Use VO 2 = Q (a-v)o 2 VO 2 = Flow (O 2 Extraction) VO 2 = f Vs (a-v)o 2 VO 2 = (Heart Rate) (Stroke Volume) (O 2 Extraction) Why VO 2 max is Considered to Be the Standard of Physical Fitness Brooks et al., Exercise Physiology, Brooks et al., Exercise Physiology, Relative Changes in Concentrations of Phosphagens And Related Compounds 800 Change Relative to Rest (%) Effort (% VO 2 max) ATP CP ADP AMP PI Definitions of Metabolism Functional: the sum of all transformations of energy and matter that occur in a living organism. Operational: rate of energy turnover (heat production). Spriet, Howlett, and Heigenhauser, MSSE,

2014 년대한임상건강증진학회춘계합동학술대회 Metabolism and Heat Production Foodstuff + O2 Respiration ATP + Heat Cell work Heat Measuring heat production (Calorimetry) gives the metabolic rate.

Techniques of Calorimetry Metabolism Calorimetry Foodstuff + O2 Heat + CO2 + H2O Direct Indirect Indirect Calorimetry Measure either Direct Calorimetry Direct Calorimetry: Measuring heat production

6 2014 년대한임상건강증진학회춘계합동학술대회 Metabolism and Heat Production Foodstuff + O2 Respiration ATP + Heat Cell work Heat Measuring heat production (Calorimetry) gives the metabolic rate. Measurement of Metabolic Rate Metabolism is the rate of heat production. The calorie (cal or kcal) is the unit of heat production Measurement of metabolic rate is referred to as calorimetry. Techniques of Calorimetry Metabolism Calorimetry Foodstuff + O2 Heat + CO2 + H2O Direct Indirect Indirect Calorimetry Measure either Direct Calorimetry Direct Calorimetry: Measuring heat production is very difficult with difficulties in determining both heat release and retention. Indirect Calorimetry: Measuring something directly related to metabolism (e.g., O 2 consumption or CO 2 production, N 2 balance). Open circuit O2 consumption Closed circuit Carbon and Nitrogen balance Utility of Indirect Calorimetry Laboratory, Clinic or Field Applications Estimates of Metabolic Rate Estimates of Energy Substrate Partitioning (i.e., % CHO/% fat) Estimates of Muscle Efficiency McArdle et al., Exercise Physiology,

Basics of Exercise Metabolism for Health Care Professionals 서상훈 Metabolic Rate in an Exercising Man MR (kcal/min) = VO 2 (l/min) (Caloric Equivalent for the RQ) MR (kcal/min) = 4.0 (l/min) (5.

7 Basics of Exercise Metabolism for Health Care Professionals 서상훈 Metabolic Rate in an Exercising Man MR (kcal/min) = VO 2 (l/min) (Caloric Equivalent for the RQ) MR (kcal/min) = 4.0 (l/min) (5.05 kcal/l O 2 ) MR (kcal/min) = 20.2 kcal/min RQ = 1.0, 100% CHO Typical of Hard Exercise % CHO or Fat Crossover Concept Exercise Easier & Longer % Fat % CHO %VO 2 max McArdle et al., Exercise Physiology,

8 2014 년대한임상건강증진학회춘계합동학술대회 발형태에따른계단내리기마지막스텝의운동학 운동역학변인의차이 조혜영이화여자대학교 90

9 발형태에따른계단내리기마지막스텝의운동학 운동역학변인의차이 조혜영 91

10 년대한임상건강증진학회춘계합동학술대회

11 발형태에따른계단내리기마지막스텝의운동학 운동역학변인의차이 조혜영 93

12 2014 년대한임상건강증진학회춘계합동학술대회 The effects of exercise for frail elderly 송욱서울대학교 94

13 The effects of exercise for frail elderly 송욱 95

14 년대한임상건강증진학회춘계합동학술대회

15 The effects of exercise for frail elderly 송욱 97

16 년대한임상건강증진학회춘계합동학술대회

17 The effects of exercise for frail elderly 송욱 99

18 2014 년대한임상건강증진학회춘계합동학술대회 유전체와운동 변재종우송대학교 Ⅰ. 운동과학과건강에관련된유전학의역할 운동생리학자들은여러가지운동자극에대한생리학적반응이나적응에대해많은연구를해오고있으며, 이러한실험의결과는평균으로보고되고있다. 그러나평균으로보고되는연구결과들은각개인의운동반응과적응수준의다양성을설명하지못하는한계를가지고있다. 예를들어 1999년에실시된 Bouchard 등의 HERITAGE Family Study에의하면운동훈련에따른최대산소섭취량의변화에많은개인차가나타난다는것을보고하고있다. 특히주목할만한점은, 어떤개인은 20주간의운동프로그램참가에도불구하고최대산소섭취량의변화가없거나아주낮게증가했으나연구결과는 20주간의운동후평균분당 400ml의최대산소섭취량이증가하였다고보고하여모든사람이운동후최대섭취량이증가할것으로기대할수있는오류를범할수도있다는점이다. 또한 Bouchard 와 Rankinen(2001) 의연구에의하면유산소운동에의해나타나는개인별혈압, 심박수, 그리고고밀도지단백(HDL-C) 콜레스테롤의변화가상당히차이가있다는사실이다. 결론적으로, 운동자극에의한신체의반응이나적응에서나타나는다양함에도그결과를평균치로나타내는것은비논리적이라할수있다. 이러한개인차를설명하기위해우리가고려할수있는중요한요인은 3가지라할수있는데그것은실험적오류, 환경적요소, 그리고유전요인이다. 이중실험적오류나환경적요소는과학기술이나실험기술의발달, 그리고실험설계나통계분석을통해많은부분은보정할수있으므로운동의결과로나타나는집단내에서의개인차는개개인이소유한유일한유전요인으로설명될수있을것이다. 이점이향후운동과학및건강에기여할것으로기대되는유전학의역할이라생각된다. Ⅱ. 운동유전체학 (Kinesiogenomics) 운동유전체학은운동과신체활동처방과관련된유전학을의미한다. 이연구분야는인간의움직임을연구한 다는의미를가진 운동학 이라는원어에서유래하였다. 운동훈련에대한다양한표현형의반응성이운동반응에 100

19 유전체와운동 변재종 대한유전적요인의중요성을뒷받침하고있으며이러한유전적요인들에대한확인이운동유전체학의영역이다. 즉특별한유전자형질을가진개인들은특이한표현형에대한특별한운동중재에매우민감하고아마도어떤표현형에서는무반응하리라예상된다. 예를들어, 어떤사람은유산소운동을통한훈련후에최대산소섭취량은현저히증가하는반면혈압의조절에는거의반응을보이지않을수있다. 만약이사람이고혈압치료를위해병원에갔다면, 유전적인검사를통해혈압표현형에대한운동훈련이거의효과가없음을알게됨으로써처방되는치료의방법이바뀌게될것이다. 즉, 운동트레이닝을통한반응을예측할수있는유전적요인을안다는것은의학적치료를더욱더효율적으로하는데매우유용할것이다. 운동처방에서예상되는유전학의적용은전형적으로질환위험인자를개선하고스포츠수행능력을향상시키기위한최적의운동중재수단을찾는것에초점을맞추게될것이다. Ⅲ. 운동과관련된유전체에관한최근연구동향 1. 최근의연구성과에대한요약 운동유전체학분야의발전은다른유전체학의발전과마찬가지로인간게놈염기서열이일반화되기시작한시점인약 2000 년이후에가속화되었다. 예를들어 2000년까지지구성운동수행력과유전학검사에대한논문이 20편출간되었으며근력혹은무산소성파워형질과유전학에대한논문이 2 편, 운동훈련에따른혈중지질과염증지표에반응에관련한유적학관련논문이 8 편출간되었다. 하지만이후 2005년말까지출간된문헌들은매우광범위해졌으며논문의수도각각의다양한영역에서 53편 23편 32편으로각각나타났으며이러한논문의수는지속적로증가하고있다. 이러한연구의지속적인증가속에가시적인연구결과를보이는연구의분야는다음의네가지분야이다. 첫번째예는속근섬유에서나타나는형태인 ACTN3 로알려진골격근의유전자에서의무의미돌연변이 (nonsense) 에관한연구이다. 무의미돌연변이는 ACTN3 단백질을완전히파괴하는한편돌연변이에대한동형접합형(homozygous) 의남녀에게서는분명히근육질환은아니다. 연구자들은이러한돌연변이가비질환성근육표현형에영향을미치는지에관해연구를해왔다. 두번째예는알츠하이머질환에관련된부분이다. 알츠하이머질환의발병과진행은 ApoE 유전자의유전변이와관련이있다. 연구자들은신체활동과 ApoE 표현형간의상호작용에관한연구에목적을두고있다. 세번째예는세계적인선수들의운동수행력에관련한부분이다. 우수한선수들을만드는요인은무엇인가? 유전적인소인, 탁월한동기유발, 적정한훈련방법혹은이모든것이해당되는가? 이러한의문은연구자들이운동수행력에기여하는특이한유전적인인자들을밝혀내도록하는데많은동기를제공하였다. 운동유전체관련연구자들은 ACE 유전자의염기서열의변이와다양한유형의운동과스포츠수행력에관한목표로많은연구를수행하였다. 마지막으로 Myostatin 유전자에관한연구및골격근표현형특히근육량의변화에대해서많은연구를하였다. 101

20 2014 년대한임상건강증진학회춘계합동학술대회 2. ACTN3 과운동수행력 유전학에관련한몇몇연구의경우새롭게확인된유전자다형성을통해우성형질(dominant trait) 열성형질 (recessive trait) 혹은반성소질(sex linked trait) 과같은여러가지유전학적인형질유전자혹은다형질에영향을미칠수있다는가설을내릴수있으며이를통해유전자과관련된연구설계에기초가될수있는정보를제공해주리라고본다. ACTN3 은많은조직에서중요하게작용하는 alpha-actinin 단백질족의하나이다. 이러한것중의흥미로운 2가지단백질은 ACTN2 및 ACTN3 로서이들둘은골격근세포에서주로발현된다. 골격근은많은근육세포로이루어져있으며이러한근육세포는여러가지대사성및수축성의형질에따라서 TypeⅠ과 Type Ⅱ로분류된다. TypeⅠ섬유는유산소성대사가지배적이며 Type Ⅱ보다는수축력이낮다. TypeⅡ 섬유는높은수축력을가지고있으며무산소성대사의형질을많이가지고있다. ACTN2 는골력근의모든섬유에서발현이되지만 ACTN3 는오로지 Type Ⅱ에서만볼수있다 년에 North와공동연구자들은 R577X (arginine이 codon 577번에서 codon이종결이되어치환이일어나는것) 로알려져있는 ACTN3 유전자에서무의미다형성을동정(identification) 했다. X/X유전자형의운반체는근육섬유내에서 ACTN3 단백질의완전한결손을보인다. 1990년대중반에많은근육질환의연구를통하여 ACTN3 단백질이완전히결손된것을동절할수있었으며이러한결손은근육질환의발질환과관련이깊다. 특히어떤유형의근육위축증과관련이깊으며, 그러므로 R577X돌연변이는근육질환을이해하는데유용하고, 돌연변이는무의미대립유전자임을직관할수있다. ACTN3 유전자의 R577X 유전자다형성은 X/X 유전자형운반체에서 α -actinin 3 단백질의완전한결핍을보인다. 비록이러한사람들은분명히근육질환을가지지는낳지만이러한 TypeⅡ 근육섬유단백질의완전한결핍은이러한사람들의근육운동수행력에영향을미치거나혹은다른근육관련표현형에영향을미칠수있다. 3. APOE 와인지능력 현재전세계적으로 2천만명의환자가있을것으로추정되는알츠하이머질환은가장흔한퇴행성뇌질환으로자리잡고있으며노인성치매증의하나인이질환은일반적으로 60대에발병하여처음에는가벼운건망증으로시작하여일시나장소를알수없게되거나배회, 정신적인혼란그리고최종적으로인격의붕괴에이른다. 80세이상의약절반정도가이러한질환에노출되어있는환자일것으로추정되는등고령화가가장중요한발병요인으로알려져있다. 효과적인치료제는아직없으나신경전달을원활하게해주는약물이일부환자에게뚜렷한효과가있기때문에조기진단이필요하다. ApoE ε4 대립유전자는알츠하이머질환발병의유력한예측인자이다. 특히동형접합운반체에서더욱그러하다. 현재연구자들은이러한유전자와관련있는수정인자를집중적으로연구하고있다. 특히신체활동이인지적기능저하의위험과관련이높은 ε4 대립유전자에대한개선이가능한지에대한연구에더욱심혈을기울이고있다. 4. ACE 와운동수행력 엔지오텐신전환효소(angiotensin-converting enzyme, ACE) 유전자는두가지의대립유전자(allele) 로부호화 102

21 유전체와운동 변재종 (encoding) 가일어나며, 유전자후반부의 287 개의염기쌍(base pair) 의삽입(insertion; I allele) 과결손(deletion; D allele) 에의해표현된다. 삽입대립인자의동형접합체(homozygous) 인 II 형, 이형접합체인(heterozygous) 인 ID 형, 결손대립인자의동형접합체인 DD 형의세가지유전자다형성(polymorphism) 으로나타난다(Montgo mery 등, 1998; Jones 등, 2002). 특히선행연구에따르면, I 대립유전자는지구력운동선수들에게서현저히높은수준으로나타났으며(Montgommery 등, 1998), 폭발적인힘을발현하는우수선수들의경기종목에서는 D대립유전자가높은것으로보고되고있다. 질환적측면의연구들에서는혈장앤지오텐시노겐(angio tensinogen) 의농도와레닌 (renin) 의혈장활성, ACE 혈장활성및 BMI 간에관련이있으며(cooper 등, 1997), 비만과의관련도높은것으로보고되고있다. 레닌-안지오텐신계에서 ACE의중요성은 ACE 가많은심혈관의종지점(endpoints) 에관한연구에서후보유전자가되었다는점이며, 조직-특이적인레닌- 안지오텐신계에대한조직성장표현형을언급하는것은아니다. ACE 는운동수행력표현형에관해서가장완벽하게연구된유전자중의하나이다. 5. Myostatin 과근량 Myostatin 은동물모형에서확인되었으며, 골격근성장에서부적조절인자로서중요하게작용하는것으로밝혀졌다. 연구자들은성장조절인자의그러한중요성에서이러한유전적인변이가인간을대상으로한근육의정상적인성장이나다양한운동자극에대한반응으로의변화임을추론할수있었다. Ⅳ. 운동수행력과건강관련체력표현형인간유전자지도 많은연구자들의노력에의해서운동수행력과건강관련체력분야에서현재의연구결과를살펴보면많은연구자들이형질에대한유전연구의정확한고찰을위한프로젝트를진행중에있다. 분명히그러한과제를쉽지않다. 다시말해서운동수행력과건강관력체력의광범위한영역에서다양한표현형을논하기는부적절하다. 왜나하면많은유형의운동을여러다양한형질과조합한다는것은쉬운일이아니기때문이다. 그럼에도불구하고이분야의대가인부샤드(bouchard) 박사는 2000년말까지나온모든논문을광범위한고찰을통해제시하고있다. 게다가부샤드박사와공동연구자들은증보및모든새로운논문들을고찰하여정기적으로출간해오고있다. 이러한결과로운동수행과건강관련체력표현형인간유전자지도라는제목으로 2001년도에 Medicine and Science in Sports and Exercise라는저널에처음으로출간하였으며매년거의새로운자료들을고찰하여수정증보하고있다. 그의문헌고찰을통해운동수행력과건강관련체력형질에긍정적인관련이있는모든유전자의지도및유전자영역을알수있다. 이러한유전자지도는매년새롭게증보되고있다. 따라서고찰을통한표가점차광범위해지고있으며다양한표현형에대한양성적유전자관련혹은연관분석결과를통하여이러한연구들의목록을싣고있다. 음성적관력보고를하고있는연구들은출판후그해의논문에서재검토가이루어졌지만이러한유전자들은유전자지도에서배제시켰으며논문들은출간된그해이외에는고찰에서제외시켰다. 본고찰의첫째목표는 2000년말까지이분야에서연구된유전학연구의역사를제시하고자 하는데있다. 이외에도유전자지도는운동수행과건강관련체력분야에서매우광범위한표현형의가장최근의 103

22 2014 년대한임상건강증진학회춘계합동학술대회 연구를요악하여제시하고자한다. 논의에유효한가장최근유전자지도(Rankinen Bray 등 2006) 를통해서 170 유전자및유전자영역이형질과양성적관련이있는것으로밝혀지고있다. 2001년첫유전자지도에서보고된 29 유전자및유전자영역에서괄목한만한발전을보였다. 이후에고찰을통하여더욱많은성장이기대된다. 참고문헌 1. 이삼준, 김상호, 원란, 박진홍, 이영일, Annold Seo, 라성민, 최형규. 운동유전학, 대한미디어. 서울 Bouchard, C., P. An, T. Rice, J.S. Skinner, J.H. Wilmore, J. Gagnon, L. Perusse, A.S. Leon, D.C. Rao. Familial aggregation of VO2 max response to exercise training: Results from the HERITAGE Family Study. J. Appl. Physiol. 87: , Bouchard, C., T. Rankinen. Individual differences in response to regular physical activity. Med. Sci. Sports Exerc. 33: S446-S451, Jones A, Montgomery HE, Woods DR. Human performance: a role for the ACE genotype? Exerc Sport Sci Rev. 30(4) : Montgomery HE, Marshall R, Hemingway M, Holliman DE, Jubb M, World M, Thomas EL, Brynes AE, Saeed N, Barnard M, Bell JD, Prasad K, Rayson M, Talmud PJ, Humphries SE. Human gene for physical performance. Nature. 393(6682): Wolfarth, B., M.S. Bray, J.M. Hagberg, L. Perusse, R. Rauramaa, M.A. Rivera, S.M. Roth, T. Rankinen, and C. Bouchard. The human gene map for performance and health-related fitness phenotypes: The 2004 update. Med. Sci. Sports Exerc. 37: ,

<C0D3BBF3B0C7B0ADC1F5C1F8C7D0C8B C3DFB0E8C7D0BCFAB4EBC8B82DBDC9C6F7C1F6BEF62E687770>

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