Association between dietary factors and muscle mass among Koreans

Abstract

서론 근육량의 감소는 근육량과 근육강도의 소실로 정의되는 근감소증의 직접적인 원인이 되며 노화와 밀접한 관련성을 보인다. 근감소증은 신체적 기능의 저하로 이어질 수 있으며, 낙상 및 골절 위험의 증가, 심폐 기능 감소, 대사 증후군 및 인슐린 저항성 증가로 결국 기능장애, 입원 및 사망위험을 증가시킨다고 알려져 있다. 근감소증은 다양한 위험요인과 메커니즘에 의하여 발전된다. 노화가 근감소증의 주요 유발 요인으로 알려져 있지만, 이 상태는 신체활동부족, 알코올섭취, 흡연 및 영양부족 등 중재 가능한 생활양식 및 영양요소에 의해 악화될 수 있다고 보고되고 있다. 최근 들어 근감소증과 관련한 식사요인에 대한 연구가 진행되고 있지만 대부분 단백질 중심으로 이루어졌으며, 우리나라의 경우 대부분 단면연구에 불과하였다. 또한 현재 일일 단백질 섭취 권장량 0.8g/kg BW(body weight)이 노인의 제지방을 유지하고 기능 저하를 예방하기에는 부족할 수 있다는 연구결과가 제시되고 있다. 더욱이 비만 및 알코올 섭취와 같은 근감소증 관련 요인과 단백질 섭취의 근감소증 예방효과와의 잠재적 상호 작요 효과와 관련한 연구는 거의 찾아볼 수 없었다. 근감소증은 노년기의 사회적 문제로 이슈화 되었지만 최근에는 이른 시기에 발생할 수 있다는 점에 관심이 모아지고 있다. 이에 EWGSOP2 개정 내용에서도 근감소증의 빠른 발견과 대응이 중요함을 강조하고 있다. 그러므로 가까운 미래에 근감소증으로 인한 기능저하의 위험성이 커지는 중년 한국인을 대상으로 근육량 저하와 식사요인과의 관련성에 대한 과학적 근거를 마련할 필요가 있다.

목적 본 연구의 목적은 한국인의 근감소증과 관련된 식생활요인을 파악하고, 단백질 섭취상태와 근감소증 발생과의 관련성을 규명함으로써, 한국인의 근감소증 예방 및 관리를 위한 식사지침의 과학적인 근거를 제공하기 위함이다. 본 연구는 세 가지의 세부 연구로 구성되어 있으며, 첫 번째 연구의 목적은 한국 노인의 영양소 섭취 실태를 파악하고, 영양소 섭취 부족의 사회경제적 결정요인을 분석하는 것이다. 두 번째 연구에서는 한국 중년 성인의 비만에 따른 단백질 섭취와 근감소증의 연관성을 분석하고자 하였으며, 세 번째 연구에서는 한국 중년 성인에 있어 다양한 권장 단백질 섭취수준과 근감소증의 연관성을 평가하고, 알코올 섭취와의 상호작용을 확인하고자 하였다.

연구 방법 및 결과 Study 1. 첫 번째 연구는 2010년 제 5기 1차년도(2010) 국민건강영양조사에 참여한 대상자 중 건강설문조사, 검진조사, 영양조사를 완료한 만 60세 이상 노인인구 1869명을 대상으로 하였다. 노인의 영양 상태에 영향을 줄 수 있는 요인으로 알려진 연령, 가족 상태, 사회경제적 요인 (학력, 가구소득, 기초수급, 경제활동), 건강 관련요인 (만성질환, 활동제한, 식사요법, 우울, 자살생각)에 대해 분석하였다. 에너지 및 단백질 섭취량은 국민건강영양조사 내용 중 24시간 회상법으로 수집한 식사섭취조사자료를 이용하였다. 한국인 영양섭취기준 (dietary reference intakes for Korean)을 참고로 에너지 필요 추정량 (estimated energy requirement, EER)의 75% 이상 섭취한 군 (adequate group)과 미만으로 섭취한 군 (inadequate group)으로 구분하여 관련 요인을 분석하였다. 단백질은 하루 섭취 권고량 (recommended daily allowance)을 기준으로 0.8g protein/kg 이상으로 섭취한 군 (adequate group)과 미만으로 섭취한 군 (inadequate group)으로 구분하여 분석하였다. 로지스틱 회귀분석을 통해 에너지와 단백질 섭취 부족에 영향을 주는 사회경제적 요인들의 OR 값을 산출하였다. 에너지 필요 추정량의 75% 미만으로 섭취하는 노인의 비율이 남자는 23.7%, 여자는 31.1%으로 나타났다. 부족한 영양소 섭취 그룹의 총 에너지 섭취량에 대한 탄수화물 기여도는 적절한 섭취 그룹의 경우보다 현저히 높았다 (p <0.05). 또한 에너지 및 단백질 섭취가 불충분한 그룹에서 상위 5개의 주요 급원식품이 대부분 식물성 단백질 식품이었다. 남녀 모두 학력(OR; 남자 1.480, 여자 1.614)과 경제활동 여부(OR; 남자 1.751, 여자 1.464)가 에너지 섭취 부족에 영향을 주는 요인으로 분석되었고, 남자는 70세 이상인 경우 에너지 섭취가 부족할 확률이 1.475배, 여자는 배우자 없이 가족과 동거하는 그룹의 경우 1.496배 높았다. 단백질 섭취 부족에 영향을 주는 요인으로는 남녀 모두 학력 (OR; 남자 2.092, 여자 2.030)으로 나타났고, 독거하는 남자와 배우자없이 가족과 동거하는 여자의 경우 단백질 부족할 확률이 각각 2.059배, 1.728배로 높았다. 이 외에도 남자는 경제활동 여부 (OR: 1.738)와 활동제한(OR: 1.552)이 단백질 부족과 관련된 요인으로 분석되었다. Study 2. 두 번째 연구는 대규모의 전향적 역학조사인 한국인유전체역학조사사업의 지역사회기반 코호트 자료를 이용하여 경기도 안성과 안산에 거주하는 40~69세 성인 10,030명을 대상으로 하였다. 연구 대상자는 2001~2002년에 모집되었으며, 2년 간격으로 추적되었다. 본 연구에서는 제 7기(2013~2014년)까지의 추적조사 자료를 사용하여, 기반조사에서 정상 근육량을 가진 총 4412 명을 분석에 포함하였다. 1일 영양소 섭취량은 타당도가 검증된 반정량적 식품섭취빈도조사지를 이용하여 산출되었다. 신체 조성은 기준 시점 및 12 년 추적 조사 후에 생체 전기 임피던스 분석을 사용하여 측정하였다. 선형 혼합 효과 모델을 사용하여 12 년 추적 조사 후 제지방과 기반조사에서의 단백질 섭취 간의 연관성을 조사하였다. 보정변수 및 기반조사에서의 제지방을 조정한 후, 최고 및 최저 삼분위수를 비교 한 결과 식이 단백질 섭취가 남성 (β=0.79, P=0.001)과 여성 (β=0.28, P=0.082) 모두에서 12년 후의 제지방과 양의 관계를 나타냈다. 그러나, 이러한 차이는 베이스 라인의 체지방을 추가로 보정한 후에 약화되었으며, 정상 체중 그룹에서 관련성이 더 강한 것으로 나타났지만 (남자, β=0.85, P=0.002; 여자, β=0.97, P<0.001), 비만 그룹에서는 관련성을 보이지 않았다. 비만군에서는 연령 (남자, β=4.08, P<0.001; 여자, β=2.61, P<0.001) 및 규칙적인 신체 활동 (남자, β=0.88, P=0.054; 여자, β=0.76, P<0.001)이 12 년의 추적 조사 후 제지방과 유의한 관련이 있었다. Study 3. 세 번째 연구는 대규모의 전향적 역학조사인 한국인유전체역학조사사업의 지역사회기반 코호트 자료를 이용하여 경기도 안성과 안산에 거주하는 40~69세 성인 10,030명을 대상으로 하였다. 연구 대상자는 2001~2002년에 모집되었으며, 2년 간격으로 추적되었다. 본 연구에서는 제 7기(2013~2014년)까지의 추적조사 자료를 사용하여, 기반조사에서 정상 근육량을 가진 총 4412 명을 분석에 포함하였다. 1일 영양소 섭취량은 타당도가 검증된 반정량적 식품섭취빈도조사지를 이용하여 산출되었다. 체중을 보정한 골격근 질량으로 정의된 골격근 질량 지수를 연구 종료 시점까지 2 년마다 다 생체 전기 임피던스 분석을 사용하여 평가하였다. 낮은 근육량은 젊은 기준 그룹에 대한 성별-특정 정상 평균 미만의 골격근 질량 지수 <2 SD로 정의하였다. 단백질 섭취 수준에 따른 근감소증의 발생 비교위험도를 산출하기 위하여 콕스비례위험모형을 사용하였다. 12 년의 추적 조사 기간 동안 395 명의 참여자가 낮은 SMI로 진단되었다. 콕스비례위험모형을 사용하여 다변량 보정 후, 고단백 섭취 (≥1.2 g/kg BW)는 낮은 단백질 섭취(<0.8 g/kg BW)와 비교했을 때 남자와 여자 모두에서 낮은 SMI 발생의 위험을 감소시키는 것으로 나타났다(남자: HR, 0.29; 95% CI, 0.16, 0.53; p for trend <0.001; 여자: HR, 0.29; 95 % CI, 0.16, 0.53; p for trend <0.001). SMI 발생에 대한 단백질 섭취의 보호자 영향은 알코올을 섭취하지 않는 여성에서만 나타났다(HR: 0.23; 95% CI: 0.11, 0.45 for comparing ≥1.2g/kg BW vs. <0.8g/kg BW; p for trend <0.001).

결론 이상의 결과를 종합하여 볼 때, 높은 단백질 섭취는 노인의 근육량 개선과 관련이 있는 것으로 규명되었다. 노화와 함께 근감소증의 유병률이 증가함에 따라 노인의 식이 단백질 요구량이 현재 권장되는 것보다 상향 조정되는 부분을 검토할 필요가 있겠다. 또한 에너지 및 단백질 섭취가 불충분한 그룹에서 상위 5개의 주요 급원식품이 대부분 식물성 식품인 점에서 근감소증 예방을 위한 프로그램 마련에 있어 노인의 단백질 섭취량을 증가시키기 위한 실천적 방법을 모색하는 것이 필요하다. 근감소증은 노화에 의한 생리학적 변화 외에도 식사, 생활습관 및 사회경제적 요인과 같은 다양한 요인에 의해 영향을 받을 수 있음을 확인하였다. 따라서, 우리나라 중년 및 노인의 근감소증의 예방 및 중재의 전략으로서 단백질 섭취의 중요성에 대한 대중의 인식을 높이는 것이 매우 중요하겠다. 또한 본 연구결과는 근감소증 예방을 위한 영양프로그램 마련에 있어 영양적 요인과 더불어 금주 및 신체활동 증가 등 생활습관의 개선이 필요함을 시사한다.

Introduction: The progressive loss of muscle mass is a primar criteria used to determine sarcopenia, a syndrome characterized by low muscle mass and strength. Sarcopenia has been associated with an increased risk of falls, fractures, metabolic syndrome, insulin resistance, and reduced cardiopulmonary function. Ultimately, this condition results in disability, hospitalization, and death among older individuals. The etiology of sarcopenia is multifactorial. Although aging is the leading cause of sarcopenia, this condition can be accelerated by modifiable lifestyle and nutritional factors including low physical activity, high alcohol consumption, smoking, and undernutrition. While low protein intake is known to be a major nutritional factor contributing to muscle mass loss, there has been no Korean cohort study on the long-term effects of dietary protein on muscle mass changes. Furthermore, increasingly accumulating evidence suggests that the current recommended protein daily allowance (RDA) of 0.8 g/kg body weight (BW) might not be adequate to maintain lean mass and prevent functional decline among the elderly. In addition, little is known about the potential interacting effects of sarcopenia-related factors such as obesity, alcohol consumption, and protein intake on sarcopenia. Sarcopenia is common among older adults but can also occur in younger individuals. The Writing Group for the European Working Group on Sarcopenia in Older people 2 (EWGSOP 2) calls for healthcare professionals who treat patients at risk of sarcopenia to take actions that will promote early detection and treatment. Therefore, it is necessary to investigate the association between dietary factors and age-related changes in muscle mass among Korean middle-aged individuals and older adults, whose functional deficits and subsequent risk of falling may substantially increase in the near future.

Objectives: The present study aimed to provide scientific evidence for establishing a policy to prevent muscle mass loss among Korean adults. This study was composed of three sub-studies. The objective of the first sub-study was to identify the socioeconomic factors associated with inadequate nutrient intake among elderly Koreans using national survey data. The second sub-study aimed to investigate the effects of protein intake on changes in lean mass according to obesity status in middle-aged individuals using prospective cohort study data. The objective of the third sub-study was to identify the effects of various recommended protein intake levels on the development of low muscle mass according to levels of alcohol consumption in middle-aged individuals using prospective cohort study data.

Methods: The first sub-study included a total of 1869 elderly people aged 60 years and older who completed a dietary survey from the fifth Korean National Health and Nutrition Examination Survey (2010). The factors that could affect the nutritional status of the elderly such as age, family status, socioeconomic factors (education, family income, livelihood security, employment) and health-related factors (having a chronic disease, functional status, diet therapy, depression, and suicidal thoughts) were examined. Energy and protein intakes were analyzed by using the dietary intake data collected via the 24-h recall method. Based on the dietary reference intakes for Koreans, the relevant factors were analyzed by dividing the participants into a group that consumed more than 75% of the estimated energy requirements (EER) (adequate group) and those who consumed less than 75% of the EER (inadequate group). Subjects were also categorized as below the recommended daily allowance (RDA) for protein (inadequate group; <0.8 g protein/kg) or at or above the RDA (adequate group; ≥0.8 g protein/kg). Multiple logistic regression analysis was performed to estimate the odds ratio (OR) and 95% confidence intervals (CIs) of socioeconomic factors associated with inadequat4e energy and protein intake. The second sub-study obtained data from the Korea Genome and Epidemiology Study, a population-based prospective cohort study. A total of 4412 middle-aged participants with normal baseline skeletal muscle mass were included. Dietary intake was measured using a validated semi-quantitative food frequency questionnaire. Body composition was measured using bioelectrical impedance analysis at baseline and after a 12-year follow-up. Linear mixed-effects models were used to examine the associations between protein intake at baseline and lean mass at 12-year follow-up. The third sub-study obtained data from the Korea Genome and Epidemiology Study, a population-based prospective cohort study. A total of 4412 middle-aged participants with normal baseline skeletal muscle mass were included. Dietary intake was measured using a validated semi-quantitative food frequency questionnaire, and baseline alcohol consumption data were collected using a structured questionnaire. The skeletal muscle mass index (SMI), defined as the weight-adjusted skeletal muscle mass, was measured using multi-frequency bioelectrical impedance analyses every 2 years until the study endpoint. Low muscle mass was defined as an SMI <2 standard deviations below the sex-specific normal mean for a young reference group. Cox proportional hazards regression model was used to calculate the hazard ratios (HRs) and 95% CIs of the association between total protein intake and the development of a low SMI during follow-up according to alcohol consumption.

Results: In the first sub-study, the carbohydrate contribution to the total energy intake in the inadequate energy intake group was significantly higher than that in the adequate intake group (p<0.05). In addition, in the groups with insufficient energy and protein intake, the top 5 most consumed foods were vegetables. In both men and women, educational level (OR:1.480 in men, 1.614 in women) and employment status (OR:1.751 in men, 1.464 in women) were associated with inadequate energy intake. Men aged 70 years and older showed 1.475 times higher odds of energy insufficiency compared to those aged 60-69 years, and women living with their families without a spouse showed 1.496 times higher odds of energy insufficiency compared to those living with their partner. Educational level was associated with the inadequate protein intake in both men (OR: 2.092) and women (OR: 2.030). In the family status, men living alone and women living with their families without a spouse showed 2.059 times and 1.728 times higher odds of protein insufficiency compared to those living with their partner, respectively. In addition, unemployment (OR: 1.738) and functional limitation (OR: 1.552) were found to be associated with inadequate protein intake in men. In the second sub-study, after adjusting for covariates and lean mass at baseline, comparisons between the highest and lowest tertiles revealed that dietary protein intake was positively associated with lean mass in both men (β=0.79, P=0.001) and women (β=0.28, P=0.082) after the 12-year period. However, these differences were attenuated after additional adjustment for fat mass at baseline and were stronger in the normal-weight group (men, β=0.85, P=0.002; women, β=0.97, P<0.001) but were not detected in the obese group. In the obese group, age (men, β=4.08, P<0.001; women, β=2.61, P<0.001) and regular physical activity(men, β=0.88, P=0.054; women, β=0.76, P<0.001) were significantly associated with lean mass after 12 years of follow-up. Lastly, in the third sub-study, during a 12-year follow-up, 395 subjects developed a low SMI. After multivariate adjustments, high protein intake (≥1.2 g/kg body weight [BW]) was shown to reduce the risk of low SMI development in both men (HR: 0.24; 95% confidence interval [CI]: 0.12, 0.51; p for trend<0.001) and women (HR: 0.29; 95% CI: 0.16, 0.53; p for trend<0.001) compared with low protein intake (<0.8 g/kg BW). An inverse association between high protein intake and risk of a low SMI was limited to women who did not drink alcohol (HR: 0.23; 95% CI: 0.11, 0.45 for comparing ≥1.2 g/kg BW vs. <0.8 g/kg BW; p for trend <0.001).

Conclusions: This study found that high dietary protein intake was associated with improved muscle mass in older adults. Given the increasing prevalence of sarcopenia with aging, dietary protein requirements in older adults may need to be higher than currently recommended intake. In addition, in the groups with insufficient energy and protein intake, the top 5 most consumed foods were vegetables. Therefore, it is important to increase protein intake to prevent sarcopenia. The findings from this study showed that muscle loss could be affected by various factors including diet, lifestyle, and socioeconomic factors, in addition to physiological changes caused by aging. We observed that muscle loss is related to lifestyle factors such as alcohol consumption, exercise, and obesity status in addition to protein intake. Further socioeconomic factors such as family status and employment were also identified as factors related to inadequate energy and protein intake. Therefore, raising public awareness of the importance of protein intake on the status of muscle mass in middle-aged and older adults is critical in the prevention and management of sarcopenia. The study results suggest that comprehensive nutrition programs, including lifestyle improvements, should be implemented to prevent sarcopenia.