박출률 보존 심부전 환자에서 운동 기반 심장재활: 기전, 근거, 그리고 운동처방

HFpEF 환자가 호소하는 운동 불내성은 단일 장기의 문제가 아니라, 산소를 운반하고 소비하는 경로 전반에 걸친 복합적 장애의 결과이다. 운동 시 최고산소소모량(peak oxygen consumption, peak VO₂)은 Fick 원리에 따라 심박출량(cardiac output)과 동정맥 산소 함량 차이(arteriovenous oxygen difference)의 곱으로 결정된다. 따라서 운동능력의 저하는 산소를 공급하는 중심성(central) 요인과, 공급된 산소를 골격근에서 추출·이용하는 말초성(peripheral) 요인 모두에서 비롯될 수 있다.

중심성 요인으로는 좌심실 이완 기능 장애로 인한 충만압 상승, 운동 시 심박수가 충분히 증가하지 못하는 변시성 부전(chronotropic incompetence), 일회박출량 예비능(stroke volume reserve)의 제한, 운동 유발성 폐고혈압 등이 관여한다. 이러한 요인들은 운동 시 심박출량을 충분히 증가시키지 못하게 하여 운동능력을 제한한다. 그러나 HFpEF에서 운동 불내성을 설명하는 데 있어 더 결정적인 것은 말초성 요인이다.

말초성 장애의 핵심은 골격근에서 일어나는 일련의 구조적·대사적 변화, 즉 골격 근병증(skeletal myopathy)이다. HFpEF 환자의 골격근에서는 산화적 대사에 유리한 제1형 근섬유(type I fiber)의 비율이 감소하고 해당 과정에 의존하는 제2형 근섬유(type II fiber)의 비율이 증가하는 섬유형 전환이 관찰된다[7]. 또한 근섬유 대비 모세혈관 밀도가 감소하여 산소의 확산 운반이 저하되고, 미토콘드리아의 함량과 산화적 인산화 능력이 떨어지며, 근육 내 지방 침윤이 증가하고 혈관 내피 기능 장애(endothelial dysfunction)가 동반되어, 골격근의 산소 추출 및 이용 능력을 총체적으로 저하시킨다[8].

이러한 말초성 기전은 운동처방의 방향을 결정하는 핵심 근거가 된다. 여러 운동 중재 연구에서 HFpEF 환자의 운동능력 향상은 주로 골격근의 산소 추출 능력 개선, 즉 말초성 적응을 통해 이루어지며 심장 기능 자체의 변화는 제한적인 것으로 보고되었다. 이는 HFpEF에서 운동의 표적이 심장 그 자체가 아니라 골격근과 혈관, 즉 말초임을 시사하므로 운동처방 또한 이 말초성 기전 회복을 목표로 설계되어야 하겠다[2].

HFpEF가 전체 심부전 환자의 절반을 차지함에도, 운동 중재에 관한 임상 근거는 HFrEF에 비해 현저히 부족한 실정이다. 2022년에 출판된 운동 훈련에 대한 임상시험을 종합한 한 메타분석 연구에서는, HFrEF를 대상으로 한 시험이 80여 건에 1만 명 이상의 참여자를 포함한 데 비해 HFpEF 시험은 10여 건, 수백 명의 참여자만이 포함되었다[2]. 2019년 Cochrane 리뷰 또한 여성, 고령자, 그리고 HFpEF 환자에 대한 연구가 제한적이라고 지적한 바 있다[9].

HFpEF에서 운동의 효과가 어디에서 비롯되는지를 규명한 대표적 연구는 Haykowsky 등의 연구(2012)이다[10]. 안정적인 HFpEF 환자 40명을 대상으로 4개월간 유산소운동을 시행한 결과 최고산소소모량이 대조군에 비해 유의하게 향상되었다(16.3 vs 13.1 mL/kg/min). 주목할 점은 이 향상의 약 84%가 동정맥 산소 함량 차이의 증가, 즉 말초성 적응으로 설명되었으며 최대 심박출량은 유의하게 변하지 않았다는 것이다. 이 결과는 앞서 기술한 골격근 근병증이 단순한 병태생리적 현상이 아니라 실제로 운동에 의해 개선되는 표적임을 임상적으로 입증한 것으로, 이후 HFpEF 운동처방이 말초 골격근을 중심으로 설계되어야 한다는 근거의 출발점이 되었다.

2010년 초반부터 HFpEF 환자들을 대상으로 운동 기반 심장재활의 효과를 확인하는 연구들이 시작되었고, 여러 무작위 대조시험에서 운동 훈련은 HFpEF 환자의 최고산소소모량을 일관되게 향상시키는 것으로 나타났다[10-16]. 64명을 대상으로 한 초기 Ex-DHF 예비 연구(Edelmann 등, 2011)는 3개월간 유산소와 저항운동의 복합 훈련을 통해 최고산소소모량이 대조군 대비 뚜렷하게 향상되었음을(+ 2.6 vs - 0.7 mL/kg/min) 보고하였다[11]. 운동 강도의 영향을 검증한 OptimEx-Clin 연구(Mueller 등, 2021)에서는 180명의 환자를 고강도 인터벌 훈련(high intensity interval training, HIIT), 중강도 지속 훈련(moderate continuous training, MCT), 대조군으로 배정하였는데, HIIT와 MCT 두 군 모두 대조군에 비해서 통계적으로 유의미한 최고산소소모량의 호전 소견을 보였다[12]. 하지만, HIIT와 MCT군 사이에는 통계적 유의성이 관찰되지 않았다. 가장 최근의 대규모 시험인 Ex-DHF 연구(Edelmann 등, 2025)에서는 322명의 HFpEF 환자를 대상으로 12개월간 유산소운동과 근력운동을 포함한 복합 운동 훈련을 시행하여 최고산소소모량(+ 1.3 mL/kg/min)과 New York Heart Association (NYHA) 기능 분류가 개선된다고 보고하였으나, 사망·입원·운동능력·이완 기능 등을 통합한 modified Packer score에서는 통계적 유의성에 도달하지 못하였다(P = .17)[13]. 즉, HFpEF 환자에서 운동 기반 심장재활의 운동능력과 증상의 개선 효과는 여러 시험에서 재현성 있게 확인되지만, 사망률이나 심혈관 입원과 같은 측면에서의 이득은 아직 충분히 입증되지 않은 상황이다.

HFpEF 환자가 동반하는 비만, 허약, 근감소 등의 증상은 운동 중재의 설계에 꼭 고려되어야 한다. 비만은 HFpEF 환자의 약 80%에서 동반되어 있다고 보고된다. 비만 HFpEF 환자 100명을 대상으로 한 Kitzman 등의 연구(2016)는 칼로리 제한과 운동을 각각 적용하는 2 × 2 요인 설계를 통해, 두 중재가 독립적으로, 그리고 함께 시행되었을 때 부가적(additive)으로 최고산소소모량을 향상시킨다고 제시하였다(병합군 + 2.5 mL/kg/min, 체중 - 10%)[14]. 나아가 최고산소소모량의 증가가 제지방량 및 대퇴부 근육 대 지방 비율의 변화와 유의한 상관관계를 보인다는 점에서 골격근 표적 가설을 뒷받침하였다. 저항운동의 추가 효과를 검증한 Brubaker 등의 연구(2023)에서는 88명의 비만 HFpEF 환자에게 칼로리 제한과 유산소운동을 공통으로 시행하고 실험군에 저항운동을 추가하였는데, 저항운동군에서 하지 근력과 근육의 질이 향상되었으나 최고산소소모량의 추가적 증가는 관찰되지 않았다[15]. 한편 급성 비대상성 심부전으로 입원한 고령·허약 환자 349명을 대상으로 한 REHAB-HF 연구(Kitzman 등, 2021)에서는 4 m 이상 걸을 수 있는 정도의 허약한 기능저하 환자들도 연구에 포함하여 입원 시점에서부터 근력, 균형, 이동성, 지구력의 네 영역을 포괄하는 다영역(multidomain) 재활을 시작하여 퇴원 후 12주까지 진행하였다[16]. 실험군에서 신체 기능(short physical performance battery, SPPB; 군 간 차이 + 1.5, P < .001), 6분보행검사, 보행 속도, 삶의 질 등이 유의하게 개선되었다고 보고하였다. 이러한 결과들은 HFpEF 운동처방이 단일 양식의 유산소운동을 넘어, 동반 질환과 기능 저하를 함께 고려하는 개별적이고 포괄적 접근이어야 함을 시사한다.

주목할 만한 점은 HFpEF 환자가 HFrEF 환자에 비해 운동 재활에 오히려 더 잘 반응할 수 있다는 근거이다. REHAB-HF 연구의 사전 정의된 하위군 분석(Mentz 등, 2021)에 따르면, HFpEF 환자는 HFrEF 환자에 비해 여성의 비율이 높았고 비만, 동반 질환의 비율이 높았음에도 불구하고 3개월 시점의 신체 기능 개선 폭이 더 큰 경향성으로 나타났으며(SPPB + 1.9 vs + 1.1), 사망률 측면에서도 HFpEF 환자에서 더 큰 효과의 경향성이 관찰되었다[17]. 이는 가장 치료하기 어려운 표현형으로 여겨지는 HFpEF가 역설적으로 운동 재활의 이득을 가장 크게 받는 집단일 가능성을 제시했다는 점에서 의미가 있다.

HFpEF의 운동처방은 HFrEF의 운동처방과 목표로 하는 호전 기전이 다르다. HFrEF에서는 운동이 좌심실 역재형성(reverse remodeling)을 포함한 심장 기능의 개선에 기여할 수 있는 반면, HFpEF에서는 심초음파 지표가 대체로 변하지 않으며 운동의 표적이 골격근과 혈관, 즉 말초에 집중된다. 이러한 차이로 인해 HFpEF에서는 몇 가지 처방 원칙이 특히 강조된다. 첫째, 저항운동이 선택이 아니라 필수적 구성 요소가 된다. 둘째, 환자가 고령이고 허약한 경우가 많으므로 환자의 기능을 고려하여 균형과 유연성 훈련 등을 포함한 다영역 접근이 중요하다. 셋째, HFpEF 환자는 운동 시 혈압이 과도하게 상승할 수 있어 혈압 반응을 더 면밀히 감시해야 한다[20]. 넷째, 고강도 인터벌 훈련은 중강도 지속 훈련에 대한 우월성이 입증되지 않았으므로, 강도보다 지속성과 안전성에 무게를 두는 것이 적절하다[3,12].

유산소운동은 FITT-VP 원칙(빈도 Frequency, 강도 Intensity, 시간 Time, 형태 Type, 용량 Volume, 점진성 Progression)에 따라 처방하며, 환자의 현재 운동능력을 고려하여 저강도로 시작하여 천천히 강도를 올리는 것이 핵심이다. 빈도는 주 3-5회, 강도는 심박수 예비량(heart rate reserve HRR) 또는 최고산소소모량의 40-80% 또는 운동자각도(rating of perceived exertion RPE) 11-14를 기준으로 한다는 점에서는 다른 심장질환 환자에서의 유산소운동 처방과 크게 다르지 않다[21]. 다만, HFpEF 환자들은 지구력이 저하되어 있는 경우가 더 빈번하기 때문에 운동 시간은 처음 10분 내외에서 시작하여 점차 20-45분까지 늘리도록 하며, 형태는 걷기, 자전거, 트레드밀, 수영 등 환자가 선호하는 방식을 선택하면 되겠다. 진행에 있어서는 강도보다 지속 시간을 먼저 늘리는 것이 권장된다. 현재까지의 근거로는 고강도 운동이 중강도 운동보다 우월하지 않은 상황이므로, 환자의 기능을 고려하여 참여율을 높일 수 있도록 점진적으로 늘려나가야 하겠다. 운동 효과는 8-12주마다 6분 보행검사, 운동자각도, 최고산소소모량 등을 통해 재평가한다. 베타차단제를 복용하거나 심방세동이 동반된 환자에서는 심박수 기반 처방이 부정확하므로 운동자각도를 기준으로 강도를 설정하는 것이 적절하다[3].

저항운동은 HFpEF의 골격근 근병증을 직접 표적으로 한다는 점에서 핵심적으로 처방되어야 하는 운동이다. HFpEF 환자에서는 허약(frailty)의 유병률이 매우 높아 보고에 따르면 50% 이상에서 90%에 이르며, 근감소증 또한 흔히 동반된다[18,19]. 특히 칼로리 제한을 병행하는 비만 환자에서 제지방량을 보존하기 위해 저항운동이 필수적이다. 또한 저항운동은 일상생활 수행 능력을 향상시키고 낙상 위험을 줄이며, 앞서 기술한 Brubaker 연구에서 근력과 근육의 질을 개선하는 효과가 입증된 바 있다. 근력운동은 한 주에 연속되지 않은 2-3일 시행하며, 운동당 1-3세트, 10-15회 반복을 기본으로 하고, 강도는 1회 최대 반복 무게(repetition maximum, RM)의 30-70% 범위에서 낮게 시작해 점진적으로 올린다. 상하지 주요 근육군을 모두 포함하되 하지 운동에 더 비중을 두어야 하겠다. 호흡 시 주의할 점은 발살바 수기(Valsalva maneuver)를 피하고 힘을 주는 동작에서 숨을 내쉬도록 해야 한다는 점이다[15].

고령·허약 HFpEF 환자에서는 유산소와 저항운동만으로 충분하지 않으며, 균형과 이동성 훈련을 포괄하는 다영역 접근이 요구된다. REHAB-HF 연구는 근력, 균형, 이동성, 지구력의 네 영역을 각각 단계적으로 진행시키는 12주 구조화 프로그램을 통해, 신체 기능뿐 아니라 6분 보행거리, 삶의 질, 낙상, 우울이 함께 개선됨을 보였다[16]. 이는 일반적으로 유산소운동을 처방하여 최대 산소 섭취량의 호전을 목표로 하기 힘든 허약한 HFpEF 대상자들에 대한 운동처방의 핵심으로, 운동 종류만큼이나 환자의 기능을 고려한 프로그램의 구조와 단계적 진행이 중요함을 시사한다.

HFpEF는 단독으로 존재하는 경우가 드물기 때문에, 동반질환은 운동처방의 일부로 통합되어야 한다. 비만 환자에서는 칼로리 제한을 병행하되 체중 감소 중 제지방량 보존을 위해 저항운동을 함께 적용해야 한다. 허약과 근감소가 있는 환자에서는 저강도 저항운동을 우선하여 이동 능력을 개선해야 하고, 최고산소소모량 측정이 어려운 경우가 많기 때문에 6분 보행검사나 신체 기능(SPPB)과 보행 속도를 추적하며 운동 강도를 조절하고 운동의 효과를 확인해야 한다. 심방세동 환자에서는 심박수 기반 운동처방이 어려우므로 운동자각도를 사용해 볼 수 있겠다. 당뇨병이나 만성 신질환을 동반한 경우 운동 전후 혈당과 발 상태를 점검하고, 자율신경병증에 따른 혈압·심박수 반응의 이상과 이뇨제 변경에 따른 체액 상태 변화에 유의한다.