저항운동이 경도인지장애 노인의 인지 및 신체기능에 미치는 영향: 체계적 고찰
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Abstract
Mild cognitive impairment (MCI) is a common neurological syndrome in older adults, a transitional cognitive impairment between the normal aging process and early dementia in which cognition is lower than normal for age. Resistance exercise has been shown to have a positive effect on improving cognitive and physical function in older adults. Therefore, this study aims to investigate the effects of resistance exercise on cognitive and physical function in older adults with mild cognitive impairment.
A Systematic Review
This study searched for English-language articles published in medical journals from January 1995 to May 2024 using PubMed and MEDLINE. The search terms used in the study were ‘resistance exercise’ OR ‘strength training’ AND ‘mild cognitive impairment’, ‘cognition’, ‘memory function’ as the main keywords. The final article was assigned an evidence level and a Physiotherapy Evidence Database (PEDro) score to assess the quality of clinical trials studies.
A total of 10 trials showed significant effects on cognition and physical function in older adults with mild cognitive impairment compared with a control group or an aerobic exercise group. For resistance exercise, resistance exercises using resistance bands, 60 minutes of total exercise time, 2-3 times per week for 12 weeks was the minimum amount of exercise needed to achieve beneficial effects on cognitive and physical function in older adults with mild cognitive impairment.
The study suggests that this data will be important in building the evidence base for the effectiveness of resistance training on cognitive and physical function in older adults with mild cognitive impairment and in advancing clinical protocols.
Keywords:
Cognition, Cognitive Dysfunction, Gait, Postural Balance, Resistance trainingⅠ. 서 론
노년층에서 흔히 발생하는 신경학적 증후군인 경도인지장애(Mild cognitive impairment: MCI)는 정상적인 신경 인지 노화 과정과 초기 치매 사이의 과도기적 인지장애로 연령에 비해 인지가 정상보다 저하된 상태이다(Overton M 등, 2019; Hussin NM 등, 2019; Karssemeijer EGA 등, 2017). MCI의 중요한 원인으로는 아밀로이드 침착이 있으며(Mufson EJ 등, 1999), MCI는 진행성 인지장애 및 독립적 생활 능력 저하를 특징으로 하는 치매와 밀접한 관련이 있다(Gotovac K 등, 2016). MCI는 실행 기능, 복합 주의력, 학습 및 기억력, 지각-운동 기능, 언어 등 다섯 가지 인지 영역 중 하나 이상의 뇌 기능 장애가 특징이다(Krootnark K 등, 2024). MCI 노인의 가장 흔한 초기 증상은 기억력 저하, 집행 기능, 일상 활동을 수행하는 능력과 관련된 작업 기억, 충동 억제 조절이다(Sachdev PS 등, 2014). MCI 노인은 인지 작업 수행 능력의 저하가 동반되나 기본적인 일상 활동 수행 능력에는 영향을 미치지 않기 때문에(Petersen RC, 2004), 치매 전 단계로서 예방 전략과 조기 치료를 위한 최적의 개입 단계이다(Albert MS 등, 2011). 국내 65세 인구의 경도인지장애 유병률은 25%이며, MCI 환자의 절반은 3~4년 이내에 치매로 진행될 가능성이 높다(Feldman H 등, 2004). 매년 경도인지장애 환자의 10~15%가 알츠하이머로 발전하고 이는 건강한 인구의 이환율 1~2%에 비해 현저히 높은 수치이다(Petersen RC 등, 2001). MCI 유병률 데이터를 종합한 결과, 65세 이상의 MCI 유병률은 전 세계적으로 5%에서 36.7%에 이르며(Sachdev PS 등, 2015), 고령 인구가 증가함에 따라 MCI 환자 수는 크게 증가할 것이고, 이는 높은 의료비 지출의 위험 요소이다(Callahan KE. 등, 2015). 따라서 인지기능을 개선하고 치매로의 진행을 늦출 수 있는 효과적인 방법을 찾는 것은 의미 있는 일이며, 다행히도 조기 개입을 통해 MCI 환자의 22%는 정상 수준으로 인지능력을 회복할 수 있다(Ganguli M. 등, 2004). 이에 치매 예방이나 인지장애 치료와 관련된 연구의 필요성이 점점 대두되고 있다(Krootnark K 등, 2024).
경도인지장애 노인의 개입 방법으로 운동, 인지 훈련, 비타민 D 보충제 등이 있다(Hong SG 등, 2018). 노인의 인지장애를 치료할 수 있는 효과적인 약물 치료는 아직 개발되지 않았기 때문에(Kivipelto M. 등, 2018; Liu-Ambrose T 등, 2018), 치매 위험이 있는 노인에게 비약물 치료는 인지기능 향상을 위해 중요하다(Kivipelto M 등, 2018; Liu-Ambrose T 등, 2018). 비약물 치료인 운동은 인지기능 저하 예방, 치매 발병 위험 감소(Vizzi L 등, 2020; Fernandez-Matarrubia M. 등, 2021), 신경 가소성의 향상과 삶의 질을 증진할 수 있다(Merceron-Martınez D 등, 2021). 신체 활동이 많을수록 노인의 치매 및 알츠하이머 발병률의 28% 감소와(Heyn PC 등, 2008) 사망률, 만성 질환, 인지기능 저하 위험이 줄어들고, 주의력, 처리 속도, 실행 기능및 감각 운동 능력의 향상과 관련이 있다(Smith PJ 등, 2010) . 운동은 근력, 심혈관 지구력 및 유연성, 이동성(균형 및 보행)과 건강에 대한 인식, 낙상에 대한 두려움과 같은 심리적 문제를 완화 시킬 수 있다(Rolland Y 등, 2011). 최근 많은 연구에서 운동이 두뇌 활동에 미치는 영향에 대해 논의되고 있으며, 특히 유산소운동은 체력, 생리적 요인과 더불어 인지기능에 긍정적인 영향을 미치며(Varela S 등, 2012), 노인의 뇌 부피를 증가시키고, 전두엽, 후두엽, 측두엽 피질 사이의 기능적 연결성을 향상시킨다(Shimada H 등, 2017). 저항운동은 인지기능을 향상시키고 뇌를 긍정적으로 재구조화하며, 호모시스테인(homocysteine) 수치를 감소시켜 뇌에 긍정적인 영향을 미치고 인슐린 유사 성장인자 1(IGF-1)을 증가시켜 유산소운동과 유사한 효과를 보인다(Vincent 등, 2003). 저항운동은 근력과 유산소 능력을 개선할 뿐만 아니라, 뇌 기능 가소성, 실행 기능 및 반응 억제의 개선에 긍정적이고 유의미한 영향을 미친다(Fiatarone Singh MA. 등, 2014). 치매 노인의 인지기능을 향상 시킬 수 있으나, 추가적으로 저항운동의 인지기능 향상에 대한 메커니즘은 연구가 필요하다(Liu CJ와 Latham NK, 2009).
저항운동은 일반적으로 어떤 유형의 훈련 장비를 사용하여 신체의 근육이 반대되는 힘에 대항하여 움직여야 하는 신체 운동의 한 형태로 쉽게 수행할 수 있다(Davis JC 등, 2013). 저항운동은 노인에게 근육 기능, 뼈 건강, 심장 대사 및 신체 구성에 이점이 많아 권장되며(Mcleod JC 등, 2019), 인지장애의 유무와 상관없이 모든 노인의 인지기능에 저항운동은 긍정적 영향을 미친다(Northey JM 등, 2018). 이는 저항운동이 뇌와 인지 향상을 위한 비약물 예방 전략이 될 수 있음을 의미한다(Cavalcante BR 등, 2020). 노인의 근감소증 또는 허약의 발병을 지연시키는 가장 효과적인 예방은 저항운동이다(Cardalda MI 등, 2019). 저항운동은 고령의 허약한 노인에게 근육량, 힘, 근력을 증가시킬 뿐만 아니라 보행 속도도 향상시킨다(Rolland Y 등, 2011). 초기 연구에는 저항운동을 통한 기능 개선에 대한 결과가 불분명했지만 노인의 신체기능 향상과 장애 지연을 위한 중재로 효과가 입증되었다(Liu CJ & Latham NK, 2009).
저항운동은 근감소증 및 인지 기능 저하와 관련된 인슐린 유사 성장 인자-1, 인슐린 민감성, 항염증 및 뇌 유래 신경 영양 인자 경로에 대한 유익한 효과(Nithianantharajah J & Hannan AJ, 2009), 근육 및 제지방량이 인지(Nourhashemi F 등, 2002)와 뇌 크기에 미치는 긍정적인 효과와(Burns JM 등, 2010) 잠재적 유용성이 제시되며(Nagamatsu LS 등, 2012), 몇몇 연구에서 근력 저하는 경도인지장애 발생에 영향을 미칠 수 있으며, 근력 강화를 위한 저항운동은 경도인지장애 발병률을 줄일 수 있다고 하였다(Vancampfort D 등, 2019).
저항운동이 경도인지장애 노인의 일반적인 인지기능(Lu J 등, 2015; Fiatarone Singh MA 등, 2014), 실행 기능(Lu J 등, 2015; Fiatarone Singh MA 등, 2014) 및 작업 기억을 향상시킬 수 있으며(Hong SG 등, 2018), 몇몇 연구에서는 저항운동이 경도인지장애 노인에게 중재 후 인지기능, 실행 기능 또는 작업 기억에서 더 나은 성과를 내지 못한다는 반대 연구도 있다(Zhang L 등 2020). 따라서 경도인지장애 노인의 인지기능에 대한 저항운동의 이점에 대한 의견이 다양하기에 경도인지장애 노인의 인지 및 신체기능 향상에 대한 체계적 검토가 필요하다. 경도인지장애 노인의 저항운동과 대조군 비교 연구, 저항운동, 유산소운동과 대조군 비교 연구 또는 저항운동과 인지 훈련에 대한 인지 및 신체기능의 논의도 필요하다. 그러므로 본 연구에서는 저항운동이 경도인지장애 노인의 인지 및 신체기능에 미치는 효과에 대해 다양한 요인으로 살펴보고 효과를 논의하고자 한다. 더불어 저항운동의 종류, 중재 기간, 빈도수에 따른 인지 및 신체기능의 효과에 대한 분석을 토대로 경도인지장애 노인에게 적절한 저항운동 프로그램의 가이드라인을 제시하고자 한다.
Ⅱ. 연구방법
1. 검색 방법 및 분석
본 연구에서는 저항운동이 경도인지장애 노인의 인지 및 신체기능에 미치는 효과를 알아보기 위해 1995년 01월부터 2024년 03월까지 학술지에 게재된 영어 논문을 MEDLINE, PubMed를 사용하여 검색하였다. 검색 용어로 ‘resistance exercise’ OR ‘strength training’ AND ‘mild cognitive impairment’, ‘cognition’ ‘memory function’을 주요 키워드로 적용하였다. 선정기준은 무작위 임상 실험 설계와 두집단 비 무작위 연구로 설계된 논문만 포함되었다. 경도인지장애 노인을 연구 대상자로 선정한 연구 중 저항 운동에 대한 중재 프로그램이 적용된 연구로 사용 언어가 영어인 연구로 검색하였다. 연구 제외기준은 메타분석 및 체계적 고찰, 학위논문, 사례연구, 개별 실험 연구, 포스터 연구는 제외하였다. 주요어를 통해 검색하여 총 289개의 논문 중 무작위 임상실험 설계와 두 집단 비 무작위 연구가 아닌 236개의 연구를 제외한 53개 연구의 초록으로 스크리닝 검사를 시행하였다. 검색된 연구 중 중복 연구, 저항운동 프로그램이 아닌 경우, 인지 및 신체 기능을 평가한 연구가 아닌 연구를 제외한 16개의 연구가 검색되었다. 연구의 원문을 확인하기 위해 Google Scholor와 PubMed를 사용하여 원본을 확인하였으며,
전체 원문을 확인할 수 없는 6개의 논문을 제외한 10개의 논문을 선정하였다. 최종 분석 연구 선정은 제외기준과 선정기준을 기반으로 물리치료학 박사 졸업생 1명과 저자가 독립적으로 웹 데이터베이스에서 검색하고, 비교 분석하여, 논문 10개를 최종 선정하였다<Figure 1>.
2. 질적 평가
Arbesman M 등(2008)의 근거 기반으로 분석대상 논문의 질적 수준을 평가하였으며, Physiotherapy Evidence Database (PEDro) 점수로 연구의 질을 평가 하였다(Bhogal SK 등, 2005). 연구의 질적 수준을 평가하기 위해 20년 이상 물리치료사로 체계적 고찰 연구를 진행했던 박사 졸업생이 독립적으로 논문 검색을 시행하였다. 물리치료학 박사와 저자의 검색 결과 및 질적 수준 평가에 차이가 발생한 경우 서로 의논하여 최종결정하였다. 연구의 질적 수준을 평가하는 PEDro 점수는 예 또는 아니오로 평가하는 10개의 문장으로 구성되어 있다. 문항 당 각 1점으로 채점하였다. PEDro 점수의 ‘아주 좋음’은 9~10점, ‘좋음’은 6~8점, ‘보통’은 4~5점, ‘나쁨’은 0~3점이다(Moseley A.M. 등, 2002).
최종 분석 논문에서 연구의 질적 수준은Ⅰ단계는 9개(90%) 연구이며, Ⅱ단계 1개(10%) 연구이다<Table 2>. PEDro 점수는 9점이 3개(30%), 8점이 4개(40%), 7점이 1개(10%), 6점이 2개(20%)이며, 평균 7.8점으로 나타났다<Table 1>.
Ⅲ. 연구 결과
1. 경도인지장애 노인의 저항운동 효과에 대한 대상자, 저항운동 프로그램 및 측정 도구
경도인지장애 노인의 저항운동 효과에 대한 대상자, 저항운동 프로그램 및 측정 도구를 분석한 결과는 다음과 같다. 연구대상자의 9개(90%)는 경도인지장애이며, 한 개(10%)는 경도인지장애와 중등도 인지장애 노인을 포함하였고, 중등도 인지장애 노인을 포함한 연구의 선정기준 연령은 75세 이상이었다. 선정기준 연령은 55세 이상 2개(20%), 60세 이상 2개(20%), 70세 이상이 6개(60%)이다. 대상자 연령은 Peterson criteria를 사용하는 연구에서 55세 이상이며, 2개(20%)이다. 이를 제외한 대부분 연구는 60~93세로 8개(80%)이다. 경도인지장애 진단 기준은 몬트리올 인지평가(Montreal Cognitive Assessment; MoCA) 5개(50%)와 Peterson criteria 2개(20%), 임상치매척도(Clinical Dementia Rating, CDR) 1개(10%)이다. MoCA의 경우 대상자 선정에 따라 MoCA<26점 2개(20%), MoCA≤24점 3개(30%)이다. 저항운동이 경도인지장애 노인의 신체기능에 대한 효과를 알아보기 위한 선정기준은 2개(20%)는 보행보조기 없이 10m 보행 가능한 노인을 대상으로 하였으며, Katz Index와 Pfeffer’s Functional Assessment Questionnaire 1편(10%), Seoul-Instrumental Activities of Daily Living 1편(10%)이다<Table 3>.
중재 방법은 저항운동과 대조군 비교는 4개(40%), 저항운동, 유산소운동, 대조군 비교는 3개(30%), 저항운동, Sham 저항운동, 인지 훈련, Sham 인지 훈련은 2개(20%), 저항운동, 미용체조, 대조군 비교는 1개(10%)이다. 저항운동과 대조군 비교 중 1개는 경도인지장애 노인이 아닌 일반 노인의 저항운동과 대조군 비교도 함께 시행하였으며, 저항운동, Sham 저항운동, 인지 훈련, Sham 인지 훈련 중 1개는 인지훈련과 저항훈련을 함께한 복합실험군과 대조군 비교도 함께 진행하였다.
저항운동 프로그램은 상, 하지 운동(step up, squat, leg lift, bridge 등) 4개(40%), theraband를 이용한 상, 하지 저항 운동 4개(40%), 아령을 이용한 1RM (repetition maximum) 운동 2개(20%)이며, 인지 훈련은 컴퓨터 기반 다중 연역 인지 훈련(COGPACK 프로그램 사용)을 사용한 2개의 연구로 회기 당 시간은 60-100분으로 진행되었다. 중재 기간은 12주부터 24주까지이며, 12주 중재 6개(60%), 16주 중재 1개(10%), 24주 중재 3개(30%)이다. 주당 횟수는 주 2회, 주 3회, 주 5회이며, 12주 중재에서는 주 2회가 4개(40%)로 가장 많았으며, 16주 중재와 24주 중재에서는 주 3회 3개(30%)가 가장 많았다. 저항운동 프로그램 시간은 60분이 6개(60%), 75분이 2개(20%), 시간이 작성되지 않는 경우가 2개(20%)이며, 평가는 사전, 사후로 후속 검사는 3개월, 18개월, 78개월로 시행하였다<Table 3>.
본 연구의 측정 도구는 인지와 신체기능에 대한 측정 도구만 평가하였다. 인지 평가는 DST-F & B(forward and backward Digit Span Test) 4개(40%), MoCA 3개(30%), 간이정신상태검사(Mini Mental State Examination; MMSE) 3개(30%), Trail Making Test Part A and B 3개(30%), 스트룹 색상 단어 검사(Stroop Color and Word Test; SCWT) 3개(30%), logical memory 2개(20%), processing speed 2개(20%), executive function 2개(20%), Pfeiffer test 2개(20%), 통제단어연상검사(Controlled Oral Word Association test; COWAT) 2개(20%), ADAS-Cog(Alzheimer’s Disease Assessment Scale-cognitive subscale) 2개(20%)이며, 영상 분석으로는 뇌파(Electroencephalogram) 1개(10%)와 기능자기공명영상법(functional magnetic resonance imaging; fMRI) 1개(10%)이다. 신체기능을 평가하기 위해 Short Physical Performance Battery(SPPB) 4개(40%), 일어서서 걷기 검사(Timed Up and Go Test; TUG) 4개(40%), 보행검사(6분 보행검사, 2분 보행검사) 3개(30%), 앉았다 일어서기 검사(Sit To Stand test; STS) 3개(30%), 보행 속도 2개(20%), 일상생활동작(Activities of Daily Living; ADL) 2개(20%)이다. 더불어 하지 근력(leg press와 knee extension) 4개(40%), 악력 2개(20%)이다<Table 3>.
2. 경도인지장애 노인에서 저항운동이 인지 및 신체기능에 미치는 효과
첫째, 경도인지장애 노인의 저항운동과 대조군을 비교하였을 때 인지 및 신체기능에 미치는 영향에 대한 비교이다. 관련 연구는 전체 연구 중 4개(40%)이다. 저항운동에서 탄력 밴드를 적용한 연구는 4개 중 3개(75%), 웨이트를 적용한 운동은 4개 중 1개(25%)이다. 탄력 밴드를 적용하여 저항운동을 한 연구는 저항운동(applied pec deck flus, seated row, wide squats, bridging, seated leg raise, lateral raise, one leg press, semi squats)을 10-15RM, 2-3세트, 40분 이상, 운동 사이 휴식 시간은 1분, 세트 휴식 시간은 2분으로 적용하였으며, 웨이트를 이용한 운동(볼 스쿼트, 웨이트 없는 가슴 프레스, 수평 레그 프레스, 앉아서 cable row, 골반 들어올리기, 서서 종아리 들기, 복부 운동)은 10-15RM, 10-30초 등척성 수축, 운동 사이 휴식 시간은 1분, 세트 휴식 시간은 2-3분을 하였다. 본 연구를 종합하였을 경우 모든 연구에서 기능적 운동을 포함하였으며, 탄력밴드를 활용한 저항운동의 경우 상지, 하지, 복부 운동 시 각 운동을 10-15RM, 40분 이상 저항 운동, 운동 사이 휴식 시간 1분, 세트 사이 휴식 시간 2분을 제시할 수 있다. 대조군의 경우 스트레칭을 적용한 연구는 4개 중 3개(75%)이며, 별도의 중재 없는 연구가 4개 중 1개(25%)이다. 경도인지장애 노인에게 적용한 저항운동이 대조군 보다 인지에 긍정적 영향을 미쳤다는 연구는 2개(50%)이며, 신체기능에 차이가 있다는 연구는 3개(75%)이다. 인지 향상이 있었다는 연구에서 사전보다 사후에 한국판 몬트리올 인지평가 (Korean version of the Montreal Cognitive Assessment: MoCA-K), processing speed, executive function이 향상되었으며, 대부분(75%)의 연구에서 신체기능은 실험군이 대조군보다 사후에 신체기능지수(Short physical performance battery: SPPB), 근력, 일어서서 걷기 검사(Timed up and go test: TUG), 보행 속도, 6분 걷기 검사에서 유의한 차이가 있었다. 이는 경도인지장애 노인에게 탄력 밴드 또는 웨이트를 적용한 기능적 저항운동은 신체기능과 더불어 인지에도 효과성이 있음을 시사한다.
둘째, 저항운동, 유산소운동, 대조군을 비교하였을 때 경도인지장애 노인의 인지 및 신체기능에 미치는 영향에 대한 비교이다. 관련 연구는 전체 연구 중 3개(30%)이다. 저항운동, 유산소운동, 대조군 세 그룹을 비교한 연구는 3개 중 2개(66.67%)이며, 유산소와 저항운동을 함께 적용한 실험군과 대조군을 비교한 연구는 3개 중 1개(33.33%)이다. 유산소운동은 경도인지장애 노인을 대상으로 모든 연구에서 걷기 운동을 하였으며, 걷기 운동의 강도는 대부분 연구(66.67%)에서 여유심박수(Heart rate reserve: HRR)의 40% 시작하여 70~80%까지 진행하거나, 최대심박수(Maximum heart rate: HRmax)의 60~75%로 30분간 걷기 운동을 하였다. 저항 운동의 경우 모든 연구에서 웨이트를 적용하였으며, 대부분 연구(66.67%)에서 저항 운동은 8RM 2세트, 등척성 수축, 세트 사이 또는 운동 사이 휴식은 1분을 하였다. 대조군의 경우 별도의 중재 없이 일상생활을 한 연구가 3개 중 2개(66.67%)이며, 스트레칭을 적용한 연구는 3개 중 1개(33.33%)이다. 관련 연구 중 유산소운동과 대조군을 비교한 연구는 2개이며, 각각 1개(50%)의 연구에서 사후 인지(몬트리올 인지평가(Montreal Cognitive Assessment: MoCA), 기호 잇기 검사(Trail Making Test: TMT), 스투룹 색상-단어검사(Stroop Color and Word Test; SCWT))와 신체기능(신체기능지수(SPPB), 6분 보행 검사)이 향상되었다. 저항운동과 대조군을 비교한 모든 연구에서 사후 인지(몬트리올 인지평가(MoCA), 기호 잇기검사(TMT), 스투룹 색상-단어검사(SCWT))가 향상되었다. 더불어 유산소 운동과 저항운동을 비교하였을 때 1개(50%)의 연구에서 유산소 운동이 저항운동보다 사후 스투룹 색상-단어검사(SCWT)에 유의한 차이가 나타났다. 저항운동과 유산소 운동을 병행한 실험군과 대조군을 비교한 연구는 3개의 연구 중 1개(33.33%)로 사후 대조군과 비교 시 인지(간이정신상태검사(Mini-mental state examination: MMSE)와 신체기능(2분 보행 검사, 30초 앉았다 일어나기 검사)에 유의한 차이가 있었다.
마지막으로 저항운동, Sham 저항운동, 인지 훈련, Sham 인지 훈련을 비교하였을 때 경도인지장애 노인의 인지 및 신체기능에 미치는 영향에 대한 비교이다. 관련 연구는 전체 연구 중 2개(20%)이며, 모든 연구는 55세 이상 경도인지장애 노인으로 중재 기간은 6개월이다. 저항운동의 경우 모든 연구에서 60-100분이 시행되었으나 각각의 연구에서 저항운동 방식은 달랐다. 저항운동 방법은 현재 근력 유지(80-90%)를 위해 3주마다 최대 반복 횟수(1RM)를 1회씩 반복하는 경우와 고강도 점진적 저항운동(chest press, leg press, seated row, standing hip abduction, knee extension)을 5-8RM, 3세트를 적용한 연구로 나뉘었다. Sham 저항운동은 모든 연구에서 스트레칭과 맨손 운동을 60분 시행하였다. 모든 연구의 인지 훈련은 컴퓨터 기반 다중 영역 인지 훈련(COGPACK 프로그램)을 사용하였으며 1회 60-100분이 시행하였으며, Sham 인지 훈련은 다큐멘터리 영상을 60분 시청하였다. 연구 결과로 저항운동은 Sham 저항운동보다 사후에 각각(50%) 인지(알츠하이머병 평가 척도 인지 하위 척도(Alzheimer’s Disease Assessment Scale-cognitive sub-scale: ADAS-Cog)와 신체기능(근력, VO2 peak)에 유의한 차이가 있었다. 1개의 연구(50%)에서 인지 훈련은 Sham 인지 훈련보다 사후 신체기능(VO2 peak)에 유의한 차이가 있었다. 2개 연구 중 1개의 연구(50%)에서 인지 훈련과 저항운동 병행한 그룹과 저항운동을 비교하였으나 사후 유의한 차이가 없었다. 더불어 본 연구의 중재 기간은 3개월(12주) 5개(50%), 4개월(16주) 1개(10%), 6개월(24주) 4개(40%) 연구이며, 대부분의 연구(80%)에서 회당 저항운동의 운동 시간은 60분이고, 주 2-3회 시행하였다. 본 연구 결과를 토대로 경도인지장애 노인의 인지 및 신체기능 향상을 위한 저항운동 프로그램은 탄력밴드를 활용한 기능적 훈련과 저항운동을 10-15회, 운동 사이 휴식 시간 1분, 세트 사이 휴식 시간 2분, 전체 운동 시간(워밍업 10분, 저항운동 40분, 쿨다운 10분) 60분, 주 2-3회, 12주 운동을 적용할 수 있을 것으로 사료된다<Table 3>.
Ⅳ. 고 찰
본 연구는 저항운동이 경도인지장애 노인의 인지 및 신체기능에 미치는 효과를 알아보기 위해 1995년 01월부터 2024년 03월까지 선정기준과 제외기준을 바탕으로 학술지에 게재된 영어 논문을 PubMed와 MEDLINE을 사용하여 검색하였다. 본 연구의 최종 논문은 10개이며, 이를 바탕으로 체계적 고찰을 하였다.
먼저, 경도인지장애 노인의 저항운동과 대조군을 비교하였을 때 사후 몬트리올 인지 평가(Montreal Cognitive Assessment: MoCA-K), processing speed, executive function에 유의한 차이가 있었으며, 75%의 연구에서 신체기능은 저항운동이 대조군보다 신체기능지수(Short physical performance battery: SPPB), 근력, 일어서서 걷기 검사(Timed up and go test: TUG), 보행 속도, 6분 걷기 검사에서 유의한 차이가 있었다.
노화로 인한 신체적 변화(예: 이동성 저하 및 관련 부상 발생 가능성 증가)를 예방하기 위해서는 신체기능 향상은 중요하다(Cavalcante BR 등, 2020). 규칙적인 신체 운동은 인간의 신체, 심리에 긍정적인 변화와 인지기능 손실을 예방할 수 있다(Yoon DH 등, 2018). 인지장애가 있는 노인은 신체기능이 저하될 가능성이 더 높으며, 운동 그룹에 속한 경도인지장애 노인은 대조군과 비교하였을 때 인지기능과 악력 향상에 긍정적 효과가 있었다(Mavros Y 등, 2017). MMSE 검사로 측정한 인지기능에 대한 운동 중재는 큰 효과 크기를 가졌으며(Gates N 등, 2013), 다른 메타분석 연구에도 경도인지장애 노인의 운동 중재와 기억력, 지연된 회상 및 인지기능은 큰 효과 크기를 가진다고 하였다(Liu-Ambrose T 등, 2010).
저항운동은 근력과 지구력을 높이기 위한 운동으로, 근감소증이 있는 노인의 근력, 근육의 질, 근 수행 능력을 향상시킨다(Chen N 등, 2021). 저항운동의 잠재적인 메커니즘은 골격근의 미토콘드리아 및 자가포식 기능 향상과(White Z 등, 2016) 혈청 인슐린 유사 성장 인자-1(IGF-1) 수치를 증가시킨다(Krootnark K 등, 2024). 낮은 혈청 IGF-1 수치는 인지기능 장애, 특히 노인의 정보 처리 속도 저하와 관련이 있다(Krootnark K 등, 2024). 따라서 저항운동 후 인지기능이 개선되는 것은 혈청 IGF-1 수치의 증가로 설명할 수 있다. 이전 메타분석을 통해 저항운동은 인지 저하 정도 및 연령과 관계없이 인지기능을 개선한다고 하였다(Wilke J 등, 2019)
실행 기능은 일반적인 인지기능의 주요 영역으로, 특히 경도인지장애 노인은 실행 기능 측면에서 인지기능에 미묘한 결함이 있다(Zhang L 등, 2020). 실행 기능의 변화는 인지기능 저하에 중요한 역할을 하며, 실행 기능의 인지적 유연성, 언어의 유창성, 반응 억제 측면에서 저항운동은 중간 정도의 효과가 있다(Zhang L 등, 2020). 주관적 기억력에 문제가 있는 노인 여성을 대상으로 6개월간 주 2회 저항운동을 한 실험군은 대조군보다 선택적 주의력/갈등 해결 능력, 연상 기억력, 기능적 뇌 가소성의 국소적 패턴이 유의하게 향상되었다(Nagamatsu LS 등, 2012). 이를 통해 저항운동은 선택적 주의력/갈등 해결에 대해 치매 위험이 높은 사람들에게 필요하다(Nagamatsu LS 등, 2012). 더불어 저항운동은 연상 기억력이 크게 개선되었으며, 연상 기억과 관련된 영역에서 혈역학적 활동의 긍정적인 기능적 변화가 나타났다(Nagamatsu LS 등, 2012). 이를 통해 저항운동은 경도인지장애 노인의 인지와 신체기능에 효과가 있음을 시사한다.
둘째, 유산소운동과 대조군을 비교하였을 때, 50%의 연구에서 사후 인지(몬트리올 인지평가(Montreal Cognitive Assessment: MoCA), 기호 잇기 검사(Trail Making Test: TMT), 스투룹 색상-단어검사(Stroop Color and Word Test; SCWT))와 신체기능(신체기능지수(SPPB), 6분 보행 검사)이 향상되었다. 저항운동과 대조군을 비교한 모든 연구에서 사후 인지(몬트리올 인지평가(MoCA), 기호 잇기검사(TMT), 스투룹 색상-단어검사(SCWT))가 향상되었다. 더불어 유산소운동과 저항운동을 비교하였을 때 50%의 연구에서 유산소운동이 저항운동보다 사후 스투룹 색상-단어검사(SCWT)에 유의한 차이가 나타났다. 저항운동과 유산소운동을 병행한 실험군과 대조군을 비교한 연구에서 사후 인지(간이정신상태검사(Mini-mental state examination: MMSE)와 신체기능(2분 보행 검사, 30초 앉았다 일어나기 검사)에 유의한 차이가 있었다.
유산소운동과 저항운동은 지각-운동 기능 영역을 제외한 모든 인지 영역 및 신체 능력을 향상 시킨다. 유산소 운동군과 저항운동군을 대조군과 비교하였을 때, SCWT, TMT 점수는 유의하게 차이가 있었으며, 경도인지장애 노인의 유산소운동이 인지기능에 미치는 효과에 관한 연구는 꾸준히 증가하고 있다. 또한, 그 수는 적지만 경도인지장애 노인의 저항운동 효과를 설명하는 연구도 증가하고 있다(Lu J 등, 2015). Iuliano E 등(2015)은 근력 및 유산소운동에 참여한 대상자는 신체기능, 주의력 및 분석 작업에서 상당한 향상을 보였다. 유산소 운동군과 저항 운동군은 대조군에 비해 사후 시각적 구성 추론을 제외한 모든 인지 영역과 신체적 수행 능력이 비슷하게 향상되었으며, 가벼운 유산소운동 중재는 노인의 실행 기능, 억제 통제력을 강화 시키며(Byun K, 2024), 중등도 강도의 유산소 운동 중재는 경도인지장애 노인의 전반적인 인지기능, 작업 기억력 및 주의력을 향상시킨다고 하였다( Demurtas J, 2020).
유산소 운동이 인지기능에 미치는 영향에 대한 생리적 메커니즘은 다음과 같다. 첫째, 유산소운동은 운동 중 근육에서 생성되는 myokines의 신호로 인해 뇌유래신경영양인자(BDNF)의 증가를 유도한다(Kirk-Sanchez NJ와 McGough EL, 2014). 유산소 운동으로 인해 BDNF 수치가 증가하면 인지 및 실행 기능이 향상될 수 있다(Krootnark K 등, 2024). 둘째, 유산소 운동은 경도인지장애 진행의 중요한 예측 인자인 염증성 사이토카인 수치를 감소시키고(Kirk-Sanchez NJ와 McGough EL, 2014), 경도인지장애 노인의 체력을 향상시켜 BDNF 수치를 높이고 염증성 사이토카인 수치를 낮추어 인지기능을 개선한다(Nascimento CM 등, 2014). 셋째, 유산소 운동은 전전두엽 피질을 포함한 여러 영역의 피질 활성화 과정에서 뇌 산소 공급을 촉진하여 실행 기능에 영향을 미친다(Nishiguchi S 등, 2015). 마지막으로 경도인지장애 노인의 유산소성 컨디셔닝이 개선되면 해마 부피, 회백질 및 뇌 조직 가소성 증가와 같은 신경 생리학적 변화가 발생한다(Langoni CDS 등, 2019).
저항 운동은 후대상피질의 회백질 밀도를 증가시키고 후대상피질, 전대상피질 및 해마 간의 기능적 연결성을 증가시켰으며(Herold F 등, 2019), 이는 행동 결과 학습에 기반한 의사 결정에 관여하고 기억과도 관련이 있다(Rolls ET, 2019). Nagamatsu 등 (2012)은 저항운동이 경도인지장애 노인의 인지기능과 뇌 가소성에 미치는 영향에 대한 연구에서 70~80세 노인 86명을 저항 운동군, 유산소 운동군(최대 산소 섭취량의 40%~80%), 대조군의 세 그룹으로 나누었다. 피험자들은 6개월 동안 주 2회(세션당 1시간) 훈련 프로그램에 참여하였다. 유산소운동에 참여한 피험자는 심혈관계 요인만 개선된 반면, 저항운동에 참여한 피험자는 대뇌 피질의 선택적 주의력, 문제 해결 능력, 실행 기능이 개선되었다. 최근 경도인지장애 노인을 대상으로 연구에서 유산소 운동의 이점은 언어적 유창성(다른 실행 기능 없음)으로 제한되었으며, 기억력에 도움이 되지 않았다고 하였다(Nagamatsu, 2012). 또한 중등도-고강도 저항운동은 기억력에 큰 유의미한 효과가 나타났다(Williamson JD 등, 2009). 본 연구에서도 유산소 운동은 저항운동보다 사후에 스투룹 색상-단어검사에 유의한 차이가 나타났다.
마지막으로 저항운동, Sham 저항운동, 인지 훈련, Sham 인지 훈련을 비교하였을 때 저항운동은 Sham 저항운동보다 50% 연구에서 사후 인지(알츠하이머병 평가 척도 인지 하위 척도(Alzheimer’s Disease Assessment Scale-cognitive sub-scale: ADAS-Cog)와 신체기능(근력, VO2 peak)에 유의한 차이가 있었다. 50%의 연구에서 인지 훈련은 Sham 인지 훈련보다 사후 신체기능(VO2 peak)에 유의한 차이가 있었으나, 인지 훈련과 저항운동 병행한 그룹과 저항운동을 비교하였을 때 유의한 차이가 없었다
인지 훈련은 인지 훈련 중재기간 동안 기억력 저하를 최소화하였고, 이는 인지 훈련이 지속적으로 이어져야 한다는 것을 의미한다. 다영역 인지훈련에 대한 경도인지장애 노인에 관한 연구는 거의 없으며(Barnes DE 등, 2013), 인지 훈련의 인지기능의 효과 크기는 작다는 연구도 있다(Fiatarone Singh MA, 2014).
인지 훈련과 저항운동을 병행한 그룹은 저항운동 그룹과 비교하였을 때, 뇌 기능과 BDNF 수치가 개선된다(Castano 등, 2022). 본 연구 인지 훈련과 저항운동을 병행하였을 때 부정적인 효과는 건강한 코호트를 대상으로 한 두 건의 소규모 연구에서 보고된 큰 유익한 효과와 대조적이며(Oswald W 등, 2006), 최근 인지장애가 있는 노인을 대상으로 한 정신 활동 및 운동(MAX)에 나타난 중립적인 효과와도 상반되는 결과이다(Barnes DE 등, 2013). 저항운동에 인지 훈련을 병행하였을 때 저항운동 효과가 크게 둔화 되는 메커니즘은 알려져 있지 않다(Fiatarone Singh MA 등, 2014). 정신적, 육체적으로 힘든 병행 중재로 인해 과도한 스트레스, 가정 또는 지역사회 기반 활동 참여 감소, 신경 가소성 및 인지적 혜택을 촉진하기보다는 억제하는 기타 변화가 발생했을 수 있다(Fiatarone Singh MA 등, 2014). 본 연구에서 저항운동은 sham 저항운동과 비교하였을 때 인지 및 신체기능이 사후 향상되었으며, 저항운동은 인지기능 개선에 효과적일 뿐만 아니라 인지기능 개선을 위해 근력 증가가 극대화할 수 있도록 저항운동 중재를 최적화해야 한다.
본 연구의 저항운동은 sham 저항운동보다 사후에 VO2 peak의 절대적 및 상대적 변화가 유의하게 증가하였다. 이는 건강한 노인이 1년간 유산소운동을 받은 후 보고된 7.78% 증가와 유사하고(Erickson KI 등, 2011), 경도인지장애 노인이 6개월간 유산소 훈련을 받은 후 보고된 11% 증가보다는 약간 적었다(Baker LD 등, 2010). 따라서 이번 연구를 토대로 경도인지장애가 저항운동에 대한 신체적 적응을 방해하지 않으며 근력 향상이 인지 적응과 관련이 있음을 의미한다. VO2 peak와 인지력 사이에는 연관성이 있지만(Abbott RD 등, 2004), BDNF의 증가와 같은 다른 경로가 작용할 수 있다고 하였다(Leckie RL 등, 2014). 유산소운동 능력과 인지기능 사이의 많은 역학적 연관성과 달리 노인의 운동 훈련 후 VO2 peak의 개선이 인지기능의 개선을 매개하지 않는다는 연구를 뒷받침한다(Beydoun MA 등, 2014).
본 연구는 저항운동이 경도인지장애 노인의 인지 및 신체기능에 미치는 효과를 검증하여 재활 가이드라인 마련에 의의가 있으며, 연구의 제한점으로 최종 선정된 논문은 10편으로 적은 수의 논문으로 경도인지장애 노인의 저항운동에 대한 운동 프로토콜 제시하는 것은 한계가 있다. 추후 연구는 저항운동이 경도인지장애 노인에게 미치는 인지기능 향상에 대한 메커니즘 연구가 필요할 것으로 사료 된다.
Ⅴ. 결 론
본 연구는 저항운동이 경도인지장애 노인의 인지 및 신체기능에 미치는 효과를 체계적 분석하여, 경도인지장애 노인의 저항운동의 프로토콜을 제시하고자 한다. 선정기준과 제외기준에 적합하여 선택한 논문은 최종 10개로 결과는 다음과 같다.
첫째, 경도인지장애 노인의 저항운동과 대조군을 비교하였을 때 사후 인지와 신체기능에서 유의한 차이가 있었다. 이를 통해 저항운동은 경도인지장애 노인의 인지와 신체기능에 효과가 있음을 시사한다.
둘째, 유산소운동과 대조군을 비교하였을 때 사후 인지와 신체기능에 유의한 차이가 있었다. 저항운동과 대조군을 비교한 모든 연구에서 사후 인지가 향상되었다. 더불어 유산소운동과 저항운동을 비교하였을 때 유산소운동이 저항운동보다 사후 스투룹 색상-단어검사(SCWT)에 유의한 차이가 나타났다. 저항운동과 유산소운동을 병행한 실험군과 대조군을 비교하였을 때 사후 인지와 신체기능에 유의한 차이가 있다. 이는 경도인지장애 노인에게 유산소운동과 저항운동 모두 인지 기능 향상에 효과적으로 나타났다.
셋째, 저항운동, Sham 저항운동, 인지 훈련, Sham 인지 훈련을 비교하였을 때 저항운동은 Sham 저항운동보다 사후 인지와 신체기능에 유의한 차이가 있었다. 인지 훈련은 Sham 인지 훈련보다 사후 신체기능에 유의한 차이가 있었으나, 인지 훈련과 저항운동을 병행한 그룹과 저항운동을 비교하였으나 사후 인지 및 신체기능에 유의한 차이가 없었다. 이는 경도인지장애 노인에게 저항운동은 인지와 신체기능 향상에 효과적이며, 저항운동은 인지기능과 신체 기능 향상을 위해 인지훈련과 저항운동을 병행한 운동으로 대체할 수 있다.
마지막으로 본 연구 결과를 토대로 경도인지장애 노인의 인지 및 신체기능 향상을 위한 저항운동 프로그램은 탄력밴드를 활용한 기능적 훈련과 저항운동을 10-15회, 운동 사이 휴식 시간 1분, 세트 사이 휴식 시간 2분, 전체 운동 시간(워밍업 10분, 저항운동 40분, 쿨다운 10분) 60분, 주 2-3회, 12주 운동을 적용할 수 있을 것으로 사료된다. 이를 바탕으로 임상가들에게 경도인지장애 노인의 인지와 신체기능 향상을 위한 재활 운동의 근거 마련과 재활 가이드라인을 제시할 수 있다.
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