Dietary Patterns Associated with Bone Health among Korean Population

Abstract

서론

골다공증(Osteoporosis)이란 낮은 골량과 골의 미세구조의 변화로 골의 강도가 감소되어 골절에 대한 감수성이 증가하는 전신성 골격질환으로 정의할 수 있다. 전세계적으로 노인인구의 증가와 더불어 골감소증 및 골다공증의 골 관련 질환의 발병률이 증가하고 있어, 보건학적인 문제로 대두되고 있다. 골다공증은 20대 후반에 형성된 최대 골밀도와 이후 감소하는 골 소실량에 따라 위험도가 달라진다. 골밀도는 청소년기에 최대 골밀도의 약 90% 정도 형성이 되어 20대 후반에 최대 골밀도를 이루고 이후 연령이 증가함에 따라 서서히 감소하고, 특히 여성의 경우, 폐경 이후 호르몬 변화로 인해 골밀도가 급격히 감소하여 여성이 남성보다 골다공증에 더 높은 위험도를 가지고 있다. 최대 골밀도 형성에는 연령, 성별, 체중, 인종, 유전, 생활양식 (신체활동, 흡연, 음주 등), 영양소 섭취 상태 등 다양한 요인들이 영향을 미치는 것으로 보고되고 있다. 골다공증에 영향을 주는 요인 중 영양소와 식행동은 청소년기 최대 골밀도 형성뿐만 아니라 성인기 골 대사 조절에도 중요한 요인이고, 많은 영양소들이 골격의 성장과 발달에 필수적이라고 알려져 있다. 따라서 골감소증 및 골다공증과 같은 골건강과 관련하여 식사섭취를 어떻게 평가하느냐가 중요한 문제가 되는데 기존에 수행된 연구들은 대부분 단일 영양소 또는 단일 식품 및 식품군 섭취상태를 평가하는 방법을 많이 사용해왔다. 그렇지만, 최근 보다 전반적이고 통합적인 식사의 영향을 평가하기 위해 다변량 통계기법을 이용한 식사패턴 분석 방법이 영양역학 분야에서 활용되고 시작하였고, 식사패턴과 골건강과의 관련성에 대한 다수의 연구들이 보고되고 있다. 그렇지만 이러한 연구들은 대부분 서양인을 대상으로, 주로 성인이나 노인을 대상으로 실시되었기 때문에, 아시아인과 다양한 연령 집단에서 식사패턴과 골건강과의 관련성에 대해 보고된 연구 결과들은 제한적이다. 현재 한국에서 식사패턴은 전통적인 식사에서 육류, 유제품, 패스트푸드의 섭취량이 증가하는 서양식 패턴으로 변화하고 있고, 이러한 식사패턴의 변화는 성인보다 청소년에서 더 빠르게 진행되고 있지만, 이러한 식사패턴의 변화에도 불구하고, 현재 한국의 식사는 여전히 쌀밥 위주의 식사로 유제품과 칼슘 섭취량이 낮은 것으로 보고되고 있다. 한국인의 식사패턴은 문화적지리적환경적 영향으로 서양인들의 식사패턴과 다르고, 연령 집단에 따라 식사패턴이 다르기 때문에, 한국인을 대상으로 다양한 연령 그룹에서 식사패턴과 골건강과의 관련성을 확인할 필요성이 대두되고 있다.

목적

본 연구에서는 한국인의 다양한 연령 그룹에 따라 대상 연령의 식사를 잘 반영하는 식사패턴을 확인할 수 있을 것이고, 특정 식사패턴은 골건강에 영향을 미칠 수 있고, 또한 식사패턴의 효과는 가족 관계에서 유전적 요인을 고려한 이후에도 골건강에 영향을 줄 것이라는 가설을 설정하였다. 따라서 본 연구의 목적은 다양한 한국인의 연령대에서 식사패턴을 확인하고, 식사패턴과 골건강과의 관련성을 확인하는 것이다. 첫 번째 연구는 한국 청소년의 6일간의 식사 조사 자료를 활용하여 주요한 식사패턴을 확인하고, 식사패턴과 골밀도와의 관련성을 확인하는 것이다. 두 번째 연구는 국민건강영양조사 자료를 활용하여, 폐경 후 여성을 대상으로 식사패턴을 확인하고, 식사패턴과 골다공증과의 관련성을 분석하였다. 세 번째 연구는 한국인 쌍둥이-가족 코호트 연구의 30세 이상 성인의 식사패턴을 확인하고, 유전적 요인을 고려한 후에 식사패턴이 골밀도에 미치는 영향을 확인하고자 한다.

연구 방법 및 결과

Study 1. 본 연구는 2006년 서울소재 중학교 학생을 대상으로 실시하였다. 설문조사와 신체계측을 완료한 12~15세 학생 총 595명 중 무작위로 95명의 남학생, 101명의 여학생을 선택하였다. 설문조사를 통해 일반적 정보를 확인하였고, 개방형 식사조사 방법인 식사기록법을 사용하여 총 6일(주중 5일, 주말 1일)간의 식사자료를 수집하였다. 골밀도는 이중에너지 방사선 흡수 계측법(dual-energy X-ray absorptiometry)을 활용하여 lumbar spine과 femur 부위를 측정하였다. 대상자들의 평균 나이는 14.2세이고, 65.5%가 이차 성징이 나타났다. 대상자가 섭취한 식품을 24개의 식품군으로 분류하여 요인분석을 실시한 결과 Eigenvalue 1.3 이상인 4개의 식사패턴이 도출되었다. 4개의 식사패턴은 Traditional Korean, Ffast food, Milk and cereal, Snacks 이었고, 요인의 설명력은 28.4%였다. Traditional Korean 패턴은 어패류, 콩류, 간장 및 된장, 해조류, 김치류를 특징으로 하였고, Fast food 패턴은 탄산음료, 후렌치 후라이, 햄버거, 비스킷 및 쿠키, 피자, 치킨 등의 섭취가 높았다. Milk and cereal 패턴은 우유와 요구르트, 시리얼, 빵의 섭취량이 높고, 탄산음료나 육류의 섭취량이 낮은 특징을 가지고 있었고, Snack 패턴은 초콜렛과 아이스크림, 껌, 사탕, 과일 및 채소, 샌드위치, 단순당류의 섭취가 높은 전형적인 간식으로 섭취하는 식품들의 특징을 가지고 있었다. 성별, 연령, 체질량 지수 백분위, 2차 성징 나이, 체중 조절 경험, 규칙적인 운동 실시 여부를 보정한 다중 로지스틱 회귀 모델에서 Milk and cereal 패턴점수가 높은 학생(T3)들이 낮은 학생(T1)에 비해 lumbar spine의 낮은 골밀도를 가질 위험도가 유의하게 낮았다 (OR: 0.36, 95% CI: 0.14 - 0.93, P = 0.0461). 나머지 3개의 식사패턴과 lumbar spine의 낮은 골밀도를 가질 위험도는 유의한 결과가 없었고, femur 부위의 낮은 골밀도를 가질 위험도는 4개의 식사패턴 모두 유의한 결과가 없었다.

Study 2. 두 번째 연구는 2008-2010년 국민건강영양조사에서 건강설문조사, 영양조사, 골밀도 측정을 포함한 검진조사를 완료한 3,735명의 폐경 후 여성을 대상으로 실시하였다. 표준화된 설문지를 통해 일반적 특성을 확인하였고, 24시간 회상법을 사용하여 대상자들의 식품섭취 실태를 조사하였다. 골밀도 측정은 이중에너지 방사선 흡수 계측법(dual-energy X-ray absorptiometry)을 사용하여 요추부위와 대퇴골의 다섯 부위를 측정하였다. 골다공증은 WHO T-score 기준을 적용하여 정의하였다. 본 연구 대상자들의 평균 나이는 64.1세이고, 체질량지수(BMI)는 24.1kg/m2, 비만 유병률은 37.2%였다. 골다공증 유병률은 femoral neck 부위에서 22.1%, lumbar spine 부위에서 30.3%였다. 대상자들이 섭취한 식품을 20개의 식품군으로 재분류하여 요인분석을 실시하였을 때, 4개의 특징적인 식사패턴이 도출되었다. Factor 1은 기름, 당류, 육류, 알코올의 섭취량이 높아서 Meat, alcohol, and sugar, Factor 2는 채소, 버섯, 마늘, 양파, 콩류, 백미의 섭취량이 높아서 Vegetables and soy sauce로 명명하였다. Factor 3은 백미, 해조류, 김치, 어패류와 상관성이 높아서 White rice, kimchi, and seaweed, Factor 4는 우유 및 유제품, 밀가루 및 빵류, 과일, 견과류, 콩류의 섭취량이 높아 Dairy and fruit으로 명명하였다. 4개의 식사 패턴의 설명력은 30.9% 였다. White rice, kimchi, and seaweed 패턴은 femoral neck의 ward, lumbar spine의 골밀도와 음의 상관관계가 있었고, Dairy and fruit 패턴은 측정한 모든 부위의 골밀도와 양의 상관관계가 있었다. 각 식사패턴 점수의 오분위에 따른 lumbar spine과 femoral neck의 골다공증 위험도는 연령, 체질량지수, 에너지 섭취량, 부갑상선호르몬, 혈액 내 vitamin D 농도, 흡연, 음주, 신체활동, 영양제섭취, 경구피임약 복용을 보정한 모델에서 White rice, kimchi, and seaweed 패턴의 섭취량이 가장 높은 집단(Q5)은 섭취량이 가장 낮은 집단(Q1)에 비해 lumbar spine 부위의 골다공증 위험도가 1.4배 증가하였다 (OR: 1.40, 95% CI: 1.03 – 1.90, P = 0.0479). Dairy and fruit 패턴의 섭취량이 가장 높은 집단(Q5)은 섭취량이 가장 낮은 집단(Q1)에 비해 세 개의 모델에서 모두 요추부위의 골다공증 위험도가 유의하게 감소하였다. (Model 3 OR: 0.47, 95% CI: 0.34 - 0.65, P< .0001). Femoral neck 부위의 골다공증 위험도와 4개 식사패턴과의 관련성은 유의하지 않았다.

Study 3. 세 번째 연구는 한국인 쌍둥이-가족 코호트 연구 대상자의 일부로 2007년 7월부터 2012년 1월까지 서울과 부산 센터에 방문한 대상자 중 기초 설문조사, 건강검진, 신체계측, 영양조사, 골밀도 측정을 실시한 30세 이상 성인 1,818명 (남자 716명, 여자 1102명)을 대상으로 실시하였다. 일반적 특성은 설문지를 통해 확인하였고, 식사조사는 주중 2일, 주말 1일을 포함한 총 3일간의 식사내용을 식사기록법을 사용하여 조사하였다. 골밀도는 측정은 이중에너지 방사선 흡수 계측법(dual-energy X-ray absorptiometry)으로 측정하였다. WHO T-score를 적용하여 -1.0 이하인 대상자들을 low BMD group으로 정의하였다. 식사패턴과 골밀도와의 관련성을 평가하기 위해 가족내의 유전적 요인을 보정한 mixed linear model을 사용하였다. 대상자의 평균 나이는 남자 47.2세, 여자 45.9세이고, 체질량 지수는 남자 24.6kg/m2, 여자 23.4kg/m2이었다. 대상자들이 섭취한 식품을 22개의 식품군으로 재분류하여 요인분석을 실시하였을 때, 4개의 식사패턴이 도출되었다. 4개의 식사패턴은 요인과 관련성이 높은 대표적인 식품을 반영하여 Rice and kimchi, Egg, meat, and flour, Fruit, milk, and whole grain, Fast food and soda 라고 명칭하였다. 각 식사패턴 점수의 사분위에 따른 whole body 부분의 낮은 골밀도를 가질 위험도는 연령, 체질량지수, 에너지 섭취량, 흡연, 음주, 신체활동을 보정하였을 때, 남자에서 Fruit, milk, and whole grain 패턴의 섭취량이 가장 높은 집단(Q4)은 섭취량이 가장 높은 집단(Q1)에 비해 낮은 골밀도를 가질 위험도가 0.37배 감소하였다 (OR: 0.37, 95% CI: 0.21 - 0.65, P = 0.0014). 여자의 경우, 폐경 유무를 추가적으로 보정하였을 때, Fruit, milk, and whole grain 패턴의 섭취량이 가장 높은 집단(Q4)은 섭취량이 가장 높은 집단(Q1)에 비해 낮은 골밀도를 가질 위험도가 0.45배 감소하였다 (OR: 0.45, 95% CI: 0.28 - 0.72, P = 0.0028). Mixed linear model을 사용하여 가족내의 유전적 요인과 공유하는 환경적 특성을 보정하였을 때, 남자의 경우, Rice and kimchi 패턴 점수가 한 단위 증가할 때, whole body 골밀도 값이 0.008 증가하였고, Fruit, milk, and whole grain 패턴 점수가 한 단위 증가할 때, whole legs는 0.015, whole pelvis는 0.017, lumbar spine 은 0.017, whole body는 0.018 증가하였다. 여자의 경우, Rice and kimchi 패턴 점수가 한단위 증가할 때, whole body 골밀도 값이 0.005 증가하였고, Fruit, milk, and whole grain 패턴 점수가 한 단위 증가할 때, whole arms는 0.008, whole legs는 0.013증가하였다. 동일한 mixed linear model을 사용하여 관련있는 식품의 1/2 serving size에 따른 골밀도와의 관련성을 분석하였을 때, 남자의 경우, 채소, 과일, 전곡류, 유제품 섭취량이 골밀도 증가에 유의한 영향을 주었고, 여자의 경우, 어패류, 채소, 과일, 전곡류, 유제품 섭취량이 골밀도 증가에 유의한 영향을 주었다.

결론

본 연구에서는 한국인의 다양한 연령 집단에서 특징적인 식사패턴을 확인하였고, 식사패턴과 골건강과의 관련성을 확인하였다. 한국청소년들의 6일간의 식사자료를 통해서 4개의 식사패턴을 확인하였고, 이 중 Milk and cereal 패턴이 요추 부위의 낮은 골밀도를 가질 위험도를 낮추었다. 따라서 우유와 유제품의 충분한 섭취는 곡류와 채소 위주의 한국 식사를 하는 청소년들의 골밀도에 유익한 영향을 미칠 것이다 쌀밥과 채소 위주의 전통적인 한국 식사의 특성을 가지고 있는 폐경 후 여성에서 우유와 같은 유제품과 과일 섭취의 증가는 골다공증의 위험도를 낮추었고, 반면 백미, 김치, 해조류 위주의 식사는 골다공증 위험도를 높였다. 따라서 폐경 후 여성의 골건강을 위한 식사 가이드는 Dairy and fruit 패턴과 같이 다양한 비타민과 미네랄이 풍부한 식사를 할 수 있는 방향으로 전략을 수립하는 것이 필요하다. 30세 이상 성인의 식사섭취자료로부터 4개의 식사패턴을 도출하였고, 이 중 유제품, 과일, 채소, 버섯, 전곡, 견과류를 많이 섭취하는 식사패턴이 성인의 골밀도에 유익한 영향을 미쳤다. 본 연구의 결과는 한국인의 골건강 향상을 위해 식사패턴을 기반으로 한 가이드라인 개발에 과학적 근거를 제시할 수 있다.

Introduction: Osteoporosis is a systemic skeletal disease characterized by low bone mass and micro-architectural deterioration of bone tissue, leading to enhanced bone fragility and a consequent increase in risk of fracture. With an aging population, osteoporosis is widely considered as a global public health and financial burden, and is set to increase over the next 50 years. Low bone mineral density is an important predisposing factor of osteoporosis and increased the risk of osteoporotic fractures. The accumulation and loss of bone mass have influenced from various factors such as age, sex, weight, ethnicity, heredity, lifestyle (physical activity, smoking, and alcohol consumption), and nutrition (calcium, protein, and vitamin D). With regard to nutrients or diet, most previous studies have focused on a single nutrient or food and examined the association between nutrient intake and the status of bone health. Recently, dietary pattern analysis has been widely applied to identify the relationship between overall diet quality and health outcomes in field of nutrition research. However, information about the association between dietary pattern and BMD or osteoporosis in Asian populations was limited. Although several previous studies examined the relationship between dietary patterns and bone health, most studies have focused on adults and elderly population. Because dietary patterns in Asian countries are different from those in Western countries and also dietary pattern have distinct characteristics according to age groups, the association between dietary pattern and bone health among Koreans in various age groups are necessary.

Objectives: We hypothesized that specific dietary patterns may be prevalent according to various age groups and that certain dietary patterns may be related to bone health. In addition, the effect of dietary patterns on bone health might be identified after consideration of genetic factor from family relationship. Thus, the purpose of this study was to identify dietary patterns in diverse population and examine the association between dietary patterns and bone health among Korean population. The aim of first study was to identify major dietary patterns and their associations with bone mineral density among Korean adolescents using multiple days of dietary intake data. The purpose of the second study was to identify dietary patterns associated with osteoporosis in Korean postmenopausal women using data from the Korea National Health and Nutrition Examination Survey (KNHANES), a nationwide survey of Korean residents. The aim of third study was to examine the effects of dietary pattern on BMD using the data from the Korean twin and family study, controlling for the effects of shared family and genetic influences.

Methods: The first study was conducted on 196 adolescents aged 12 to 15years old. Information on the general characteristics of the subjects was obtained through a questionnaire, and dietary intake was assessed with 6-day food records. Bone mineral density (BMD) of the lumbar spine and femur were measured by dual-energy X-ray absorptiometry. Dietary patterns were derived from twenty-four food groups using factor analysis. The second cross-sectional study included 3,735 postmenopausal women who completed a health interview, nutrition survey, and a health examination including bone mineral density (BMD) measurements from the Korean Health and Nutrition Examination Survey 2008-2010. The general characteristics and dietary intakes of the participants were obtained using a standardised questionnaire and a 24-h recall method, respectively. The BMDs of the femoral neck and lumbar spine were measured using dual-energy X-ray absorptiometry

osteoporosis was defined based on WHO T score criteria. The subjects were 716 men and 1102 women from the Healthy Twin study. General information was obtained through a questionnaire, and dietary intake was assessed with 3-day food records. BMD was measured with dual-energy X-ray absorptiometry. The low BMD group was defined as subjects with a T-score of -1.0 or less. Linear mixed models considering familial correlations were used for analysis.

Results: In the first study, four distinct dietary patterns - traditional Korean, fast food, milk and cereal, and snacks – were identified and accounted for 28.4% of the total variance. After adjusting for gender, age, body mass index (BMI) percentiles, weight loss attempts, pubertal status, and regular exercise, the adolescents in the highest tertile (T3) of the milk and cereal dietary pattern score had significantly a reduced likelihood of having low BMD compared with those in the lowest tertile (T1) of this diet at the lumbar spine (OR: 0.36, 95% CI: 0.14 - 0.93, P = 0.0461). The other dietary patterns were not associated with the BMD of Korean adolescents. In the second study, four dietary patterns were identified using factor analysis (meat, alcohol, and sugar, vegetables and soy sauce, white rice, kimchi, and seaweed, and dairy and fruit), and accounted for 30.9% of the variance in total food intake (11.3, 7.7, 6.0, and 5.9%, respectively). The subjects in the highest quintile of the dairy and fruit pattern showed a decreased risk of osteoporosis of the lumbar spine (53%) compared with those in the lowest quintile, after adjusting for covariates (OR = 0.47

95% CI = 0.35-0.65, p for trend < 0.0001). In contrast, the white rice, kimchi, and seaweed dietary pattern was associated negatively with bone health (OR = 1.40

95% CI = 1.03-1.90, p for trend = 0.0479). In the final study, Four dietary patterns were identified using factor analysis (Rice and kimchi

Egg, meat, and flour

Fruit, milk, and whole grain

Fast food and soda), and these patterns account for 31.1% of the variance in total food intake. The fruit, milk, and whole grain dietary pattern was associated with a reduced risk of having low BMD in men (OR: 0.37

95% CI: 0.21, 0.65) and women (OR: 0.45

95% CI: 0.28, 0.72) after adjusting for possible confounding factors. The Fruit, milk, and whole grain pattern was positively associated with the BMD of most measured sites, and the Rice and kimchi pattern had a positive association with whole-arm BMD in both men and women when adjusting for confounding effects of genetic factors using a mixed linear model.

Conclusion: We identified dietary patterns in various age groups and certain dietary patterns were associated with bone health in Korean population. Results of the first study indicate that the intake of milk and cereal is important for the bone health of Korean adolescents, whose diets are composed mainly of grains and vegetables. In the second study, increased intake of dairy foods and fruits the traditional Korean diet, based on white rice and vegetables, may decrease the risk of osteoporosis in Korean postmenopausal women. The findings of final study suggest that a good-quality diet with high intakes of dairy products, fruits, vegetables, mushrooms, whole grain, and nuts may contribute to improved bone health in the Korean population and provide evidence that will contribute to potential dietary pattern-based strategies for bone health.