건강한 성인에서 단백질 보충이 저항 훈련으로 인한 근육량 및 근력 증가에 미치는 효과: 체계적 문헌고찰, 메타분석 및 메타회귀

초록

목적 본 연구는 단백질 보충(dietary protein supplementation)이 저항 운동 훈련(RET, resistance exercise training)으로 유도되는 근육량 및 근력 향상을 증대시키는지를 규명하기 위해 체계적 문헌고찰(systematic review), 메타분석(meta-analysis), 메타회귀분석(meta-regression)을 수행하였다.

자료 출처 Medline, Embase, CINAHL, SportDiscus 데이터베이스에서 체계적 문헌 검색을 시행하였다.

포함 기준 6주 이상의 RET를 병행한 무작위 대조 시험(RCT, randomised controlled trial)으로, 식이 단백질 보충 중재가 포함된 연구만을 대상으로 하였다.

연구 설계 사전에 결정된 4개의 공변량(covariate)을 활용한 무선 효과 메타분석(random-effects meta-analyses)과 메타회귀분석을 수행하였다. 총 단백질 섭취량과 제지방 체질량(FFM, fat-free mass) 변화량 간의 관계를 파악하기 위해 이단계 변곡점 분석(two-phase break point analysis)을 적용하였다.

결과 총 49개 연구, 1,863명의 참가자를 대상으로 한 분석에서, 식이 단백질 보충은 장기 RET 기간 동안 다음과 같은 변화량(평균(95% CI))을 유의하게(모두 p<0.05) 증가시켰다: 근력—1회 최대 반복(1RM, one-repetition-maximum) (2.49 kg (0.64, 4.33)), 제지방 체질량(FFM) (0.30 kg (0.09, 0.52)), 근육 크기—근섬유 횡단면적(CSA, cross-sectional area) (310 µm² (51, 570)) 및 대퇴 중간부 CSA (7.2 mm² (0.20, 14.30)). FFM 증가에 대한 단백질 보충의 효과는 연령이 높아질수록 감소하였으며(−0.01 kg (−0.02, −0.00), p=0.002), 저항 훈련 경험자에서 더 효과적이었다(0.75 kg (0.09, 1.40), p=0.03). 하루 총 단백질 섭취량이 1.62 g/kg/일을 초과하는 경우에는 추가적인 RET 유도 FFM 증가가 관찰되지 않았다.

요약/결론 식이 단백질 보충은 건강한 성인에서 장기간의 RET 동안 근력 및 근육 크기 변화를 유의하게 향상시켰다. 연령이 높아질수록 단백질 보충의 효과는 감소하며, 훈련 경험이 많을수록 효과는 증가하였다. 단백질 보충을 시행하더라도, 하루 총 단백질 섭취량이 약 1.6 g/kg을 초과하면 RET로 유도되는 FFM 증가에 추가적으로 기여하지 않는다.

서론

저항 운동 훈련(RET, resistance exercise training)과 식이 단백질 보충(dietary protein supplementation)의 병행은 운동선수와 일반 운동 참여자 모두에게 보편적으로 행해지는 관행으로, RET로 유도되는 근육량과 근력 향상을 극대화하는 것을 목적으로 한다. 강력한 항근감소증(antisarcopenic) 자극제로 알려진 단백질 보충은 RET에 참여하는 고령자에게도 권장되고 있다. 이 분야에서 방대한 연구가 축적되었음에도 불구하고, 서술적 고찰[1–5]과 메타분석[6–12]은 단백질 보충이 RET로 매개되는 근육량 및 근력 향상을 실질적으로 향상시키는지에 대해 상충되는 결과를 제시하고 있다. 단백질 보충의 효능에 관한 이러한 의견 불일치[6–12]는 연구 포함 기준의 차이와 연령, 훈련 상태, 총 단백질 섭취량, 단백질 공급원, 단백질 용량 등 피험자 특성의 다양성에서 비롯된 것으로 보인다. 따라서, 단백질 보충의 효능에 관한 핵심 질문에 대한 근거 기반의 답변은 이전에 보고된 바 있음에도 불구하고[7], 현재 논쟁의 여지가 있는 것으로 보인다[4].

본 연구는 기존 메타분석[6–12]보다 포괄적인 접근 방식을 채택하여, 단백질 보충이 RET와 관련된 주요 결과 지표의 변화를 증대시킬 수 있는지에 대한 광범위하고 체계적인 근거 기반 평가를 제공하고자 메타분석을 수행하였다. 메타분석 시행 이전에 사전 결정된 주요 중재 공변량들의 영향을 평가하기 위해 메타회귀분석을 활용하였다. 본 메타분석은 RET 중 단백질 보충에 관한 현재까지 발표된 가장 대규모의 포괄적 메타분석[7]에 비해 연구 수와 참가자 수 모두 두 배 이상을 포함한다.

또한 본 연구는 다음과 같은 질문에 답하고자 추가적인 이론적 기전(mechanism-based) 분석을 수행하였다: RET 동안 근육량 증가에 있어 단백질 보충의 효과가 더 이상 측정 가능한 수준으로 나타나지 않는 단백질 섭취 수준이 존재하는가? 이 질문에 답하기 위해, 근비대(muscle hypertrophy)의 일차적 결정 인자인 근단백질 합성(MPS, muscle protein synthesis)이 단백질 섭취량 증가에 따라 포화되는 용량-반응(dose-response) 관계를 보인다는 사실[14]에 주목하였다[13]. MPS 측정치가 근비대와 높은 일치도를 보인다는 점[13]을 고려하여, 일일 단백질 섭취량이 RET로 유도되는 근육량 변화에 용량 반응적 관계를 보이지만 궁극적으로 고원(plateau)에 도달할 것이라는 가설을 세웠다.

연구 방법

포함 기준

RET와 단백질 보충 중재를 병행한 모든 무작위 대조 시험(RCT, randomised controlled trials)을 본 메타분석의 대상으로 고려하였다. 시험 기간은 최소 6주 이상이어야 하였으며, 참가자들은 주 2회 이상 RET를 수행하여야 하였고, 최소 한 그룹은 다른 잠재적 근비대 유발 물질(예: 크레아틴, β-HMB 또는 테스토스테론 증강 화합물)과 병용하지 않은 단백질 보충제를 섭취하여야 하였다. 건강하고 에너지 제한이 없는 성인 피험자를 대상으로 한 연구만 허용하였다. 연구 논문은 원저(original research)여야 하며(고찰 논문 또는 학술대회 초록 제외), 영어로 작성된 것이어야 하였다.

검색 전략

2017년 1월 기준으로 Medline, Embase, CINAHL, SportDiscus 데이터베이스에서 체계적인 문헌 검색을 수행하였다. 단백질 보충 및 저항 훈련 또는 근력에 관한 개념에 대해 적절한 키워드와 주제어(subject headings)를 조합하여 검색하였다. 초기 검색을 통해 3,056편의 연구가 도출되었다. 누락된 연구는 관련 고찰 논문 및 메타분석을 참조하여 수작업으로 추가하였으며(17편). 중복 제거 및 포함 기준 심사 후, 155편의 논문을 세 명의 저자가 독립적으로 검토하였다. 최종적으로 총 49편의 RCT가 본 메타분석에 포함되었다.

자료 추출

포함된 각 연구에서 사전 결정된 관련 변수들을 세 명의 연구자가 독립적으로 수집하였다. 관련 변수에는 연구 설계, RET 중재의 세부 사항, 참가자 특성, 단백질 보충제 정보, 위약/대조군 정보, 수행 능력 결과, 신체 조성(body composition) 결과 및 기타 주목할 만한 정보(예: 비뚤림 위험 요인/이해충돌)가 포함되었다. 표나 본문에 자료가 제시되지 않고 저자에게 연락이 불가능한 경우에는 WebPlotDigitizer를 사용하여 자료를 추출하거나 기저치 및/또는 변화율로부터 계산하였다. 세 검토자 간에 불일치가 발생한 경우, 모든 검토자가 해당 논문을 재검토하고 논의를 통해 합의하였다. 무작위로 선정된 10개 연구에 대한 사후 재평가도 수행하였다[15]. 코더 간 이탈(coder drift)은 모든 연구자에서 10% 미만이었으며, 평가자 간 신뢰도는 우수(>95%)하였다.

최종 선정된 49개 연구[16–64]에서 총 58개의 서로 다른 신체 조성 결과 지표와 66개의 수행 능력 결과 지표가 추출되었다. 일차 결과 지표는 49개 RCT에서 가장 빈번하게 보고된 것들을 기준으로 2개의 수행 능력 결과와 4개의 신체 조성 결과로 제한하고 통합하였다. 수행 능력 결과는 다음과 같다: 1회 최대 반복 근력(1RM; 모든 1RM 근력 검사로 측정) 및 최대 수의 수축(MVC, maximum voluntary contraction; 동역계를 이용한 등속성 및/또는 등척성 수축으로 모든 근육군/동작에서 측정). 신체 인체 측정 및 조성 결과는 다음과 같다: 총 체중(TBM, total body mass), 제지방 체질량(FFM; 이중 에너지 X선 흡수계측법(DXA), 수중 밀도측정법, 또는 전신 공기 용적변동기록법(BodPod)으로 측정), 체지방량(FM, fat mass), 근섬유 횡단면적(CSA; 외측광근(vastus lateralis) 및/또는 광배근(latissimus dorsi) 생검을 통해 현미경으로 측정, 모든 섬유 아형(I형, IIa형, 및/또는 IIx형)), 대퇴 중간부 전체 근육 CSA(MRI 및/또는 CT로 측정).

자료 합성

자료가 서로 다른 단위(예: 파운드 대 킬로그램)로 보고된 경우, 미터법 단위로 환산하였다. 모든 분석에서 비교 대조군은 동일한 RET 중재를 받되 보충제를 섭취하지 않거나 위약을 섭취하였다. 한 연구에 단백질 보충군, 보충제 미섭취 대조군, 위약 보충 대조군이 모두 RET 중재에 참여한 경우에는 단백질 보충군과 위약 보충 대조군의 자료를 추출하였다. 연구에 여러 시점이 있는 경우 중재 전(pre-intervention)과 중재 후(post-intervention) 결과만 추출하였다. 변화량의 표준편차(ΔSD)가 제공된 경우에는 중재 전후 표준편차와 함께 수집하였다. ΔSD가 보고되지 않은 경우, 코크란 체계적 문헌고찰 핸드북[65]에 따라 각 일차 결과 지표에 대한 상관계수(corr)를 다음과 같이 산출하였다:

corr = (SDpre² + SDpost² − SDchange²) / (2 × SDpre × SDpost)

이후 ΔSD를 다음 공식으로 산출하였다:

ΔSD = √(SDpre² + SDpost² − 2 × corr × SDpre × SDpost)

변화량 평균(ΔMean)과 ΔSD를 각 조건별로 산출하여 RevMan(Review Manager V.5.3)에 업로드하였다. 단백질 보충군이 두 개 이상인 연구(예: 대두 단백질과 유청 단백질), MVC 측정 방법이 두 가지 이상인 연구(예: 등속성과 등척성), 또는 1RM 측정 운동이 두 가지 이상인 연구(예: 벤치프레스와 레그프레스)의 경우, ΔMean과 ΔSD를 독립적으로 산출한 후 RevMan 계산기를 이용하여 통합하였다.

메타분석

RevMan에서 각 결과 지표의 변화량에 대해 무선 효과 메타분석을 수행하였다. 효과 크기(effect size)는 1RM, TBM, FFM, FM, 섬유 CSA, 대퇴 중간부 CSA에 대해서는 평균 차이(MD, mean difference)(평균±SD 및 95% CI)로, MVC에 대해서는 표준화 평균 차이(SMD, standardised mean difference) 및 95% CI로 제시하였다. MVC는 비교 불가능한 척도(예: N과 Nm)로 측정된 여러 결과를 포함하기 때문이다.

이질성 및 비뚤림 위험

이질성은 χ² 및 I²로 평가하였으며, 유의수준은 p<0.05로 설정하였다. 각 연구의 내적 타당도는 비뚤림 위험을 정량화하기 위한 영역 기반 평가(domain-based evaluation)[65]로 결정하였으며, 세 명의 연구자가 독립적으로 수행하였다. 메타분석에 포함된 자료는 세 개 이상의 고위험 또는 불명확한 위험 영역을 보고한 연구(주로 이해충돌 보고 및 연구자/참가자 맹검 부재에 의함)를 제외한 연구들로 제한하였다. 출판 비뚤림을 파악하기 위해 깔때기 도표(funnel plot)를 시각적으로 검토하였다. 분석 결과가 제외된 연구의 영향을 받는지 확인하기 위해 여러 민감도 분석(sensitivity analyses)을 수행하였다.

메타회귀분석

이질성의 원인을 파악하기 위해, 통계적으로 유의하고 상당한 설명되지 않은 이질성(I²)을 가지며 충분한 연구 수(≥10)를 보유한 1RM, FFM, 섬유 CSA에 대해 메타회귀분석을 수행하였다. 연속형 공변량의 사용과 한 번에 둘 이상의 공변량 포함을 가능하게 하기 위해 하위그룹 분석 대신 메타회귀분석을 사용하였다. 기저 단백질 섭취량(g/kg/일), 운동 후 단백질 용량(g), 생활 연령(chronological age), 훈련 상태의 4가지 공변량을 메타회귀분석에 포함하기 위해 사전에 결정하였는데, 이는 기저 단백질 섭취량[66], 단백질 용량[14], 연령[67], 훈련 상태[68]가 단백질 보충의 효능에 영향을 미칠 수 있다는 근거가 있기 때문이다[4, 5]. 이 공변량들을 개별적으로, 그리고 Stata를 이용한 무선 효과 메타회귀분석 모델에서 통합하여 분석하였다. 무선 효과 메타회귀분석은 Knapp-Hartung 수정을 적용하여 잔차 제한 최대 우도법(residual restricted maximum likelihood)으로 연구 간 분산(τ²)을 측정하였다[69]. 4개의 공변량을 모두 함께 분석한 경우, 다중 검정 문제를 해결하기 위해 조정 p값을 계산하는 순열 검정(permutation test, n=1,000)을 수행하였다[70]. 추가 공변량은 사후적으로 파악하여 1RM 및 FFM 변화에 대한 RET 동안 단백질 보충 효과의 설명되지 않은 분산을 더 탐색하기 위해 개별적으로 분석하였다.

하위그룹 분석

RevMan에서 하위그룹 분석을 수행하였다. FFM 및 1RM 변화에 대해 훈련 상태(미훈련 대 훈련 경험자)를 하위그룹으로 하위그룹 분석을 수행하여 산림 도표(forest plot)를 생성하고 훈련 상태를 범주형 변수로 제시하였다. 연령을 하위그룹(고령(>45세)과 젊은 성인(<45세))으로 분류하여 FFM 변화에 대한 하위그룹 분석도 수행하였다.

변곡점 분석

단백질 섭취량의 연속적 변수로서의 영향을 각 개별 연구 군(study arms)에서 조사하기 위해, FFM 변화량(DXA로 측정)을 일일 단백질 섭취량 및 기저 단백질 섭취량에 대한 선형 및 분절 회귀분석을 수행하였다. 선형 및 분절 회귀분석은 GraphPad Prism(V.6)을 이용하여 수행하였으며, 급성 추적자 시험에서 MPS를 측정한 이전 연구[14]에서와 같이 최적 적합 모델을 결정하였다. 분절 회귀분석이 선호 모델인 경우, 변곡점(break point)을 결정하기 위해 두 번째 직선의 기울기를 0으로 설정하였다(이상성 회귀, biphasic regression). DXA로 측정한 FFM 변화량과 일일 또는 기저 단백질 섭취량을 함께 제시한 각 연구의 모든 군을 포함하였다. 유의수준은 p<0.05로 설정하였으며, 변곡점 자료는 평균(95% CI)으로 제시하였다.

결과

참가자 특성

포함 기준을 충족한 연구는 17개국에서 수행된 총 49편이었다. 이 중 저항 훈련 경험자를 대상으로 한 연구는 10편이었으며, 14개 연구 그룹은 여성 참가자만을 대상으로 하였다. 출판 연도는 1962년부터 2016년까지 분포하였다. 총 참가자 수는 1,863명이었다(평균±SD; 35±20세).

RET 특성

RET 중재 기간은 6주에서 52주(13±8주)에 걸쳐 진행되었으며, 주 2일에서 5일(3±1일/주), 세션당 1개에서 14개의 운동(7±3개/세션), 운동당 1세트에서 12세트(4±2세트/운동), 세트당 3회에서 25회의 반복(9±4회/세트)을 수행하였다. 4개 연구는 하체 RET만, 2개 연구는 무릎 신전근 RET만, 1개 연구는 팔꿈치 굴곡근 RET만, 2개 연구는 하체 운동 1개와 상체 운동 1개만을 사용하였다.

단백질 보충

단백질군에는 하루 4 g에서 106 g의 단백질이 보충되었으며(36±30 g/일; 젊은 성인: 42±32 g/일; 고령: 20±18 g/일), 훈련일 운동 후 5 g에서 44 g의 단백질이 보충되었다(24±11 g; 젊은 성인: 24±12 g; 고령: 23±10 g). 23개 조건에서 유청 단백질(whey protein), 3개에서 카제인 단백질(casein protein), 6개에서 대두 단백질(soy protein), 1개에서 완두 단백질(pea protein), 10개에서 우유 또는 우유 단백질, 7개에서 일반 식품(예: 소고기, 요거트, 식사 간 간식), 13개에서 비특이적 단백질 혼합물 또는 복수의 단백질 공급원을 포함한 혼합물(예: 유청, 카제인, 대두, 달걀)이 보충되었다. 40개 연구에서 참가자들은 일일 단백질 보충제의 일부 또는 전부를 RET 세션 이후에 섭취하였다. 48개의 서로 다른 조건을 포함한 36개 연구에서 저자들은 중재 전 및/또는 중재 후의 일일 총 단백질 섭취량(g/일) 또는 상대적 섭취량(g/kg/일 또는 %kcal/일)을 보고하였다. 단백질군에서는 일일 단백질 섭취량이 증가하였으며(평균±SD; 범위: 23±41 g/일; −25 g/일에서 158 g/일; p=0.004), 대조군에서는 변화가 없었다(1±14 g/일; −17 g/일에서 40 g/일; p=0.83). 따라서 단백질군에서 일일 단백질 섭취량의 변화가 유의하게 더 컸다(p=0.01). 상대적 일일 단백질 섭취량(g/kg/일)은 단백질군에서 증가하였으며(중재 전: 1.4±0.4, 중재 후: 1.8±0.7, Δ: 0.3±0.5 g/kg/일, p=0.002), 대조군에서는 변화가 없었다(중재 전: 1.4±0.3, 중재 후: 1.3±0.3, Δ: −0.02±0.1 g/kg/일, p=0.48). 따라서 단백질군에서 더 큰 변화가 나타났다(p<0.001). 일일 에너지 섭취량(kcal/일)은 29개 조건을 포함한 23개 연구에서 수집되었으며, 장기간의 RET 및 단백질 보충에 따른 변화가 없었고, 단백질군과 대조군 간에도 유의한 차이가 없었다(Δ 단백질군: 50±293 kcal/일, Δ 대조군: 70±231 kcal/일, p=0.71).

이질성 및 비뚤림 위험

1RM 변화(χ²=53.49, I²=33%, p=0.003)와 섬유 CSA 변화(χ²=30.97, I²=68%, p=0.0006)에서 유의한 이질성이 발견되었다. 비뚤림 위험 또는 출판 비뚤림 평가에 따라 9개 연구가 제외되었다. 구체적으로, 1RM에서 4개, TBM에서 4개, FM에서 3개, FFM에서 5개, MVC에서 3개, 섬유 CSA에서 1개 연구가 제외되었다.

민감도 분석

제외된 9개의 고위험 연구를 포함시켰을 때 결과가 달라지는지 확인하기 위해 민감도 분석을 수행하였다. 해당 연구들의 포함은 1RM, TBM, FFM, 대퇴 중간부 CSA의 평균 차이나 유의성에 영향을 주지 않았다. 그러나 섬유 CSA 평가에 Mitchell 등의 연구를 포함시켰을 때, 단백질 보충의 효과(310 µm² (51, 570), p=0.02)가 제거되었다(153 µm² (−137, 443), p=0.30). 이는 근육 생검을 포함한 연구 수가 적기 때문일 수 있으나, RET 동안 섬유 CSA 변화에 대한 단백질 보충의 효과를 해석할 때 주의가 필요할 수 있다. 어떤 분석에서도 고정 효과 메타분석이 무선 효과 메타분석에 비해 다른 효과 크기 규모나 유의성을 제공하지 않았다.

메타분석

장기 RET 동안의 단백질 보충은 1RM 근력 향상을 유의하게 개선하였으나(MD: 2.49 kg (0.64, 4.33), p=0.01), MVC에는 효과가 없었다(SMD: 0.04 (−0.09, 0.16), p=0.54). 단백질 보충은 TBM 변화에 유의한 효과를 보이지 않았으나(MD: 0.11 kg (−0.23, 0.46), p=0.52), 장기 RET 동안 FFM 변화(MD: 0.30 kg (0.09, 0.52), p=0.007), FM 변화(MD: −0.41 kg (−0.70, −0.13), p=0.005), 섬유 CSA 변화(MD: 310 µm² (51, 570), p=0.02), 대퇴 중간부 CSA 변화(MD: 7.2 mm² (0.20, 14.30), p=0.04)를 개선하였다.

메타회귀분석

기저 단백질 섭취량, 단백질 용량, 연령, 훈련 상태를 통합하였을 때, 1RM 변화(15개 연구, 1,216명, p=0.77) 또는 FFM 변화(15개 연구, 642명, p=0.12)의 분산을 설명하지 못하였다. 모든 공변량을 섬유 CSA 변화와 비교했을 때 관찰 수가 부족하였다(<10).

장기 RET 후 1RM 및 FFM 변화에 대한 단변량 메타회귀분석에서, 1RM 변화에 대한 단백질 보충 효과의 이질성을 설명하는 공변량은 없었다: 기저 단백질 섭취량(21개 연구, 814명, p=0.59), 연령(27개 연구, 802명, p=0.78), 훈련 상태(28개 연구, 858명, p=0.40), 운동 후 단백질 용량(23개 연구, 589명, p=0.13). 반면, FFM 변화에 대한 단백질 보충 효과를 단변량 메타회귀분석으로 평가했을 때, 운동 후 단백질 용량만이 FFM 변화에 대한 단백질 보충 효능에 영향을 미치지 않았으며(20개 연구, 793명, p=0.25), 기저 단백질 섭취량(22개 연구, 988명, p=0.045), 연령(25개 연구, 1,033명, p=0.02), 훈련 상태(26개 연구, 1,089명, p=0.03)는 모두 단백질 보충의 효과에 영향을 미쳤다. FFM 변화에 대한 단백질 보충의 효과를 연령에 따라 두 하위그룹으로 층화하여 평가했을 때, 고령(>45세; 67±7세; MD: 0.06 (−0.14, 0.26))과 젊은 성인(<45세; 24±4세; MD: 0.55 (0.30, 0.81)) 간의 차이는 유의하게 유지되었다(χ²=8.71, I²=89%, p=0.003). RET 후 섬유 CSA 변화에 대한 분산을 설명하는 공변량은 없었다: 연령(10개 연구, 474명, I²=65%, Adj. R²=−3%, p=0.50), 기저 단백질 섭취량(8개 연구, 384명, I²=43%, Adj. R²=−44%, p=0.84), 운동 후 단백질 용량(10개 연구, 270명, I²=77%, Adj. R²=−38%, p=0.92), 훈련 상태(11개 연구, 586명, I²=71%, Adj. R²=−24%, p=0.94).

RET가 전신 운동(whole-body)인지 여부(27개 연구, I²=2%, Adj. R²=76%, p=0.01)와 지도 감독 여부(28개 연구, I²=5%, Adj. R²=58%, p=0.047)만이 1RM 변화에 대한 단백질 보충 효과의 분산을 부분적으로 설명하였다. 다른 어떤 공변량도 1RM 또는 FFM 변화에 대한 단백질 보충 효능의 분산을 설명하지 못하였다.

변곡점 분석

이상성 회귀(biphasic regression)(42개 연구 군, 723명)는 FFM 변화와 일일 단백질 섭취량 간의 관계에서 선형 회귀보다 더 많은 분산을 설명하였으며(변곡점=1.62 (1.03, 2.20) g/kg/일, 기울기=1.75, R²=0.19, df=36), 통계적으로 유의하지는 않지만(p=0.079) 분절 회귀로 제시되었다. FFM 변화량을 기저 단백질 섭취량에 대해 도표화했을 때, 선형 회귀는 젊은 성인(기울기=−1.54 g/kg/일, R²=0.17, df=34)과 고령자(기울기=0.16 g/kg/일, R²=0.04, df=14) 모두에서 이상성 회귀보다 더 많은 분산을 유의하게 설명하였으며, 연령군 간에 통계적으로 유의한 차이가 있었다(p=0.042).

고찰

본 연구는 장기 RET 동안 근육 및 근력 관련 결과 지표를 포함한 식이 단백질 보충 중재에 관한 현재까지 가장 대규모의 메타분석이다. 주요 발견은 식이 단백질 보충이 RET로 유도되는 1RM 근력 및 FFM 증가를 증대시켰다는 것이다. FFM 변화에 있어 식이 단백질 보충은 저항 훈련 경험자에서 더 효과적이었고, 연령이 높아질수록 덜 효과적이었으며, 총 단백질 섭취량이 약 1.6 g/kg/일을 초과하면 더 이상 증가하지 않았다. 본 데이터는 식이 단백질 보충이 근육량 및 근력에서의 RET 적응을 최적화하는 데 충분하고도 필요한 수단임을 보여준다.

이전 메타분석들[6–12]은 RET 동안 단백질 보충이 제지방량(lean mass) 또는 FFM과 1RM 근력 변화에 미치는 영향을 검토할 때 다양한 결론에 도달하였다. 이러한 불일치는 연구 포함 기준의 차이에서 비롯된 것으로 보인다. 예를 들어, 이전 메타분석들은 훈련 경험자만[8], 고령자만[9, 11], 단백질 이외의 물질을 포함한 보충제[8, 10], 한 가지 단백질 공급원만[8, 12], 더 짧은 RET 중재[10, 12], 허약/근감소증 참가자[7, 9, 11] 및/또는 에너지 제한 참가자[6, 7, 12]를 포함하였다. 이전까지 RET 동안 단백질 보충에 관한 가장 대규모의 포괄적 메타분석은 22개 연구, 680명의 참가자를 포함하였으며[7], 단백질 보충이 RET로 자극된 근력 및 FFM 향상에 유의한 효과가 있음을 보여주었다. 이 이전 보고와 일치하며[7], 49개 연구와 1,863명의 참가자를 포함함으로써 동일 보고의 결론을 더욱 강화하면서, 본 연구는 단백질 보충이 RET에 의한 FFM 및 근력 향상을 증대시킴을 보여준다.

근력

모든 1RM 측정을 포함한 RET로 유도된 평균 증가량은 27 kg(평균±SD; 27±22 kg)이었다. 주목할 만하게도, 식이 단백질 보충은 1RM 근력 증가를 2.49 kg(9%) 더 향상시켰는데, 이는 RET의 실천이 식이 단백질 보충의 추가보다 근력 증가에 훨씬 더 강력한 자극임을 강하게 시사한다. 분석된 공변량 중 어떤 것도(연령, 훈련 상태, 운동 후 단백질 용량, 기저 단백질 섭취량) 1RM 근력 변화에 대한 단백질 보충의 효능에 영향을 미치지 않았다. 특정 과제(예: 운동의 1RM)에서의 수행 능력 향상은 주로 해당 과제의 연습에 의해 결정된다[71]. 단백질 보충이 1RM 변화를 약간 증대시킬 수 있지만(~9%), 이는 파워리프팅이나 역도 선수에게 중요할 수 있다. 그러나 1RM 향상이 RET 프로그램의 목표라면, 1RM 근처 또는 그 수준에서의 충분한 훈련량과 연습이 단백질 보충보다 훨씬 더 영향력이 있다는 실용적인 권고가 적절하다.

근육량

근력 변화 향상 외에도, RET 단독(≥6; 13±8주)은 FFM(1.1±1.2 kg), 섬유 CSA(808±), 대퇴 중간부 CSA(52±30 mm²)의 증가를 가져왔다. 식이 단백질 보충은 FFM 증가를 0.30 kg(27%), 섬유 CSA를 310 µm²(38%), 대퇴 중간부 CSA를 7.2 mm²(14%) 추가적으로 향상시켰다. 운동 후 단백질 용량은 RET로 유도되는 FFM 변화에 대한 단백질 보충의 효능에 영향을 미치지 않았으나, 훈련 상태(긍정적), 연령(부정적), 기저 단백질 섭취량(긍정적)은 영향을 미쳤다. 미훈련 참가자에 비해 저항 훈련 경험자는 근육 성장 가능성이 더 낮고[72], 운동 후 근단백질 전환율(muscle protein turnover)이 감소되어 있다[73]. 따라서 본 연구자들은 훈련 경험자가 RET에 의한 변화에 있어 '자유도(degrees of freedom)'가 적기 때문에 근육량 증가를 위해 단백질 보충이 더 필요할 수 있다고 추측한다. 이 가설은 미훈련 참가자보다 저항 훈련 경험자에서 단백질 보충이 FFM 향상에 더 일관된 효과를 보인다는 관찰에 의해 지지된다.

고령자는 동화 저항성(anabolically resistant)이 있으며[74], 젊은 참가자에 비해 유사한 MPS 속도를 달성하기 위해 식사당 더 많은 단백질이 필요하다[75]. 고령 참가자에게 보충된 평균 보충 일일 단백질 용량은 놀랍도록 낮았으며(20±18 g/일); 따라서 고령자가 단백질 보충에 반응하지 않는다는 결과는 그리 놀랍지 않다. 연령이 섬유 CSA의 RET 유도 변화에 영향을 미치지 않았지만, 연령이 FFM 변화에 미치는 부정적 영향은, 운동이 단백질 섭취의 효과에 대해 근육을 민감화하더라도[3], 고령자는 이 효과에 최적으로 반응하고 FFM에서의 증가를 얻기 위해 더 높은 단백질 섭취량이 필요하다는 추측을 하게 한다[76].

정상적인 단백질 섭취(g/kg/일)로부터의 편차가 클수록 RET로 유도되는 FFM 증가에 긍정적 영향을 미칠 것이라는 이론이 제시된 바 있다[77]. 이 가설과는 반대로, 본 연구에서는 연구 시작 전 단백질 섭취량이 높을수록 FFM 변화에 대한 단백질 보충의 효과가 실제로 더 컸다는 결과를 발견하였다. 그러나 이는 고령자를 포함한 연구에서 낮은 평균 기저 단백질 섭취량(고령: 1.2±0.2 g/kg/일, 젊은 성인: 1.5±0.4 g/kg/일)과 일일 단백질 용량(고령: 20±18 g/일, 젊은 성인: 42±32 g/일)에 의해 주도되었을 가능성이 높다. 실제로, 고령자(>45세; 65±14세)와 젊은 성인(<45세; 24±4세)을 포함하지 않은 민감도 분석에서 기저 단백질 섭취량이 젊은 개인에서 단백질 보충의 효능에 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다. 미조정 메타회귀분석에서, 젊은 개인의 높은 기저 단백질 섭취량은 실제로 FFM 변화를 감소시켰다.

본 메타분석의 목표 중 하나는 쉽게 적용할 수 있는 근거 기반 권고안을 제공하는 것이었다. 중요한 점은, 1,863명 참가자의 평균 기저 단백질 섭취량이 ~1.4 g 단백질/kg/일로, 현재 미국/캐나다 권장 식이 허용량(RDA)[78]보다 75% 높음에도 불구하고, 하루 평균 약 35 g의 단백질 보충이 RET로 자극된 FFM 및 1RM 근력 향상을 여전히 증대시켰다는 것이다. 따라서 RET를 통해 더 큰 근력과 FFM 증가를 목표로 하는 사람에게는 RDA인 0.8 g 단백질/kg/일을 섭취하는 것이 부족한 것으로 보인다. 이 결론은 RET와 단백질 보충을 통해 근력 향상과 제지방량 증가를 원하는 고령 남성[79]과 여성[80, 81]에게 특히 강조된다.

최근 후향적 분석은 젊은 참가자와 고령 참가자에서 각각 0.24 g 단백질/kg 및 0.40 g 단백질/kg의 단리된 단백질 공급원 섭취 시 MPS 자극의 '변곡점'을 보여주었다[14]. 단백질 섭취량과 MPS 간의 용량 반응적 관계[82–85]와 MPS가 근비대와 일치한다는 사실[13]을 고려하여, 본 연구자들은 총 일일 단백질 섭취량과 FFM 변화 간의 관계에서 단백질 용량 변화와 MPS에 대해 이미 수행된 것과 동일한 이분절 회귀 접근법을 사용하기로 하였다[14]. 본 연구는 0.9 g 단백질/kg/일에서 2.4 g 단백질/kg/일에 이르는 단백질 섭취량을 가진 723명의 젊은 성인과 고령자를 포함한 42개 연구 군을 이용하여, RET로 유도되는 FFM 증가에 있어 미조정 고원이 1.62 g 단백질/kg/일(95% CI: 1.03–2.20)에서 발생한다는 중요한 통찰을 제공한다. 이 결과는 RET 동안 골격근 적응을 증대시키기 위한 최적 영양 전략에 관해 언급하는 이전의 서술적 고찰과 대체로 일치한다[3, 86]. 이 추정값의 CI가 1.03에서 2.20에 걸쳐 있다는 점을 감안할 때, FFM에서의 저항 훈련 유도 증가를 극대화하려는 사람들에게는 ~2.2 g 단백질/kg/일을 권고하는 것이 신중할 수 있다. 이 접근법에는 한계가 있음을 인정하지만, 이 발견들은 합리적인 근거와 이론에 기반하며 독자가 고려할 수 있는 고유한 오차를 포함한 실용적인 추정치를 제공한다고 제안한다.

현재 분석은 중요하고 새로운 자료를 제공하지만, 인정해야 할 한계점들이 있다. 첫째, 고령자를 대상으로 한 RET 연구의 부족으로 인해 고령자만을 대상으로 한 이전 메타분석에서 결론적이지 않은 권고안이 도출되었다[9, 11]. 실제로 본 연구에서 고령자(>45세)를 대상으로 한 포함 기준을 충족하는 연구는 13편에 불과하였으며, 그 중 6편만이 FFM 변화와 함께 기저 단백질 섭취량을 보고하였다. 또한, 고령자를 포함한 연구 중 비운동 성인에서 최적에 가까운 총 단백질 섭취량(~1.2 g/kg/일에서 1.6 g/kg/일)[5]을 섭취한 참가자를 포함한 연구는 4편에 불과하였다. 나아가, 고령자에서 FFM 축적을 자극하기 위한 최적에 가까운 운동 후 보충 단백질 용량(~35–40 g)[76]을 제공한 연구는 2편에 불과하였다. 고령자는 하루에 더 많은 단백질이 필요하고[79–81], 하루에 더 적은 단백질을 섭취하며[87], 식이 단백질 섭취와 RET가 연령에 따른 근육량과 기능 유지에 효과적인 전략임을 고려할 때[67], 향후 RET 연구는 고령 집단에서 더 높은 단백질 용량(또는 잠재적으로 더 많은 류신), 더 큰 표본 크기, 더 긴 중재 기간에 집중해야 한다. 둘째, 단백질 보충이 RET로 유도되는 근육량 및 근력 변화에 영향을 미치는지 여부를 수정하는 변수들을 규명하기 위해 단변량 메타회귀분석에 다양한 추가 공변량을 포함시켰다. 이러한 접근법은 일반적으로 가설 생성으로 간주된다. 본 연구에서 발견한 유일한 유의한 결과는, RET 세션이 전신 운동(adjusted R²=76%, p=0.01)이거나 지도 감독(adjusted R²=58%, p=0.047)이 이루어진 경우 단백질 보충이 1RM 변화를 더 효과적으로 증대시켰다는 것이다. FFM 변화에 영향을 미친 변수는 없었다. 단백질 보충이 FFM 및 1RM 변화에 미치는 효과가 상대적으로 작다는 점에서, RET 프로그램의 구성 요소로서 다른 변수들이 훨씬 더 중요하다는 것은 명확하다. 또한 본 메타분석은 에너지 요구량을 충족하거나 초과한 참가자를 포함한 연구만 포함하였으며, 이는 RET를 동반한 체중 감량 기간 동안 단백질이 가지는 중요한 영향을 누락했을 수 있다[88]. 마지막으로, 운동 후 단백질 용량이 RET로 유도되는 FFM 변화에 대한 단백질 보충의 효능에 영향을 미치지 않았다는 결과를 얻었다. 본 분석과 다른 연구들의 분석[6]은, 단백질 보충의 구체적 사항(예: 타이밍, 운동 후 단백질 용량, 단백질 공급원)이 수주간에 걸친 RET로 유도되는 FFM 및 근력 향상을 결정하는 데 미미한 역할을 한다는 결론을 이끌어낸다. 대신, 본 연구 결과는 일일 단백질 섭취량 ~1.6 g/kg/일을 ~0.25 g/kg 단위로 분배하여[14] 섭취하는 것이 적어도 젊은 개인에서 RET에 의한 적응 변화에 더 영향력이 있음을 시사한다.

결론

식이 단백질 보충은 장기 RET 동안 근육량 및 근력 변화를 증대시킨다. 단백질 보충은 고령자나 미훈련자보다 젊은 성인 또는 저항 훈련 경험자에서 FFM 향상에 더 효과적이다. 건강한 성인에서 RET 동안의 단백질 보충은 하루 약 1.6 g/kg으로 충분하다. 제한된 데이터에 기반하여 명백한 성별 차이는 관찰되지 않았으나, 여성을 대상으로 한 연구가 남성에 비해 훨씬 적다는 점을 인정한다. 본 분석은 단백질 보충이, 단백질 섭취량이 1.6 g 단백질/kg/일 미만인 경우, RET로 유도되는 FFM 및 1RM 근력 변화를 최적화하기 위해 충분하고도 필요한 수단이 될 수 있음을 보여준다. 그러나 RET 수행 자체가 훨씬 더 강력한 자극으로, 적어도 이 메타분석에 따르면 RET로 유도되는 근육량 및 근력 향상에서 분산의 상당히 더 큰 부분을 차지한다.