이 논문은 2020년 상명대학교 연구비에 의하여 연구되었음.
Cancer-related cognitive impairment (CRCI) is exposed to cognitive impairments that interfere with their daily lives after a complete recovery. Exercise is one of the effective non-pharmacological treatments to prevent or improve cognitive function decline. This study evaluated the effects of exercise interventions on cognitive function improvement in CRCI breast cancer patients and searched the association of various aspects in which exercise affects cognitive function improvement.
PubMed, ScienceDirect, ACS journal, and Google scholar databases from 1 January 2014 to 31 May 2021 were utilized for searching articles related to research purpose. Meta-analysis was conducted with Comprehensive Meta-Analysis 2.0 using the random-effect model.
A meta-analysis of seven studies showed that walking (
Walking and moderate-intensity exercise can suppress cognitive impairment in CRCI patients with breast cancer. Personalized exercise prescription through short-term and long-term exercise periods can alleviate cognitive decline and improve the cognitive function of CRCI breast cancer patients. Exercise interventions without supervision also show a positive influence on cognitive function improvement.
항암 화학요법(chemotherapy) 및 호르몬 치료 중, 암환자의 최대 70%가 경험하고, 치료 후 약 60%가 지속적인 인지기능 저하를 호소하는 암 관련 인지기능저하(Cancer-related Cognitive Impairment, CRCI)는 항암치료의 일반적인 부작용이다[
지속적인 운동은 심혈관 기능을 강화하고, 강화된 심혈관 기능을 통해 해마의 부피증가 및 신경세포생성 촉진과 연관되어 인지기능 저하를 완화하는 효과를 보인다[
중강도 수준의 걷기운동이 CRCI 유방암 환자의 인지기능개선에 미치는 긍정적인 영향력이 보고되었고[
운동 목표설정시, 운동감독자(supervisor)의 동반 유무도 CRCI 유방암 환자에게 중요한 요소가 될 수 있다. 고령자, 신체적 통증 또는 장애로 인해 보행이 불편한 경우, 감독하 운동을 통한 보행자세의 교정과 보행거리의 증가 등 신체적 기능 개선[
따라서 본 연구는 암유형에 따른 운동유형, 운동강도, 운동기간 및 운동감독 요인이 CRCI 환자의 인지기능 변화에 미치는 영향력을 검증하였고, 유방암 환자에게 가장 효과적인 운동중재 프로그램을 확인하였다. 본 연구의 목적은 CRCI 유방암 환자의 인지기능 개선을 위한 가장 효과적이고, 경제적이며 실행가능성이 높은 운동프로그램 구성요소를 검증하는 것이다.
CRCI 환자의 인지기능 개선을 위한 운동중재의 효과성을 검증하기 위해 2014년 1월부터 2021년 5월까지 해외에서 출간된 관련 학술지를 수집하였고, PICOS 프로세스 기준에 따른 운동실험연구를 선별하였다. 본 메타분석을 위한 연구선정기준은 ⑴ 해외에서 출간된 CRCI 환자 대상연구, ⑵ 운동중재 전과 후의 인지기능 측정연구, ⑶ 무작위 배정 임상시험 연구(Randomized controlled trial, RCT), ⑷ 온라인으로 무료열람이 가능한 문헌, 그리고 ⑸ 영문으로 작성된 문헌이었다. 본 연구를 위한 문헌의 선정과정은
본 연구 목적에 부합하는 개별문헌의 수집을 위해 PubMed (33개), ScienceDirect (3,161개), ACS journal (50개) 및 Google Scholar (17,000개) 등 네 가지 학술자료 검색 사이트를 활용하여 관련문헌을 검색하였다. 문헌검색에 사용된 주요단어는 ‘Cancer’, ‘Cognitive impairment’, ‘Exercise’, ‘Physical activity’ 및 ‘Randomized controlled trials’ 였으며 관련된 20,244편의 연구 중 선정기준에 만족하는 학술지 총 7편을 분석 대상으로 선정하였다.
수집된 데이터의 코딩 및 분석을 위해 개별연구의 ⑴ 연구자, ⑵ 출간연도, ⑶ 실험집단의 운동중재 실시 전과 후의 인지기능 평균 측정값, ⑷ 표본크기, 그리고 ⑸
본 연구에서는 Comprehensive Meta-Analysis (CMA version 2.0)프로그램을 사용하여 선정된 연구의 통합적 효과크기를 분석하였고, 표본의 특성 및 중재방법 등 서로 다른 개별연구의 결과를 일반화하기 위한 랜덤효과모형(random-effect model)을 이용하였다. 표준화된 평균차이(Cohen’s d)를 통해 통합된 효과크기를 산출하였으며, 표본수가 작을 경우 효과크기가 과대추정(Hedges & Olkin, 1985)되어 한쪽으로 쏠리는 편향이 발생할 수 있으므로 Hedges’g을 통해 교정된 값으로 변환하였다. 운동유형, 운동강도 운동기간, 암유형 및 운동지도자 동반 유무를 그룹별로 분류하여 그 효과성을 메타 ANOVA를 통해 비교 분석하였으며, 표본의 크기와 효과크기의 관계를 보여주는 펀넬도표(funnel plot)를 통해 본 메타연구에 사용된 연구들에 대한 출판편향 유무를 검증하였다.
예상에서 벗어난 결과로 인해 의도적으로 출간되지 않은 연구가 존재하면, 출간된 논문들의 결과가 한쪽으로 편향되는 오류가 발생한다(Higgins & Green, 2011). 따라서 본 메타분석연구에서는 펀넬도표(funnel plot)를 사용하여 편향된 결과물로 인해 발생할 수 있는 비대칭 구조의 유무를 시각적으로 확인하였다. 본 연구의 절편(intercept)은 1.86737, 표준오차(standard error)는 1.25826,
CRCI 환자의 인지기능 개선을 위한 운동기반 프로그램 중재의 효과성을 검증하기 위해 총 7편의 전체 평균 효과크기를 도출했다. 개별 연구의 특성과 효과크기를 제시한 forest plot은
운동중재 프로그램에 따른 CRCI 환자의 인지기능개선 효과크기의 변화를 운동유형, 운동강도 및 운동기간별로 구분하고, 메타ANOVA를 통해 비교 분석하였다.
수집된 개별 연구의 CRCI 환자 대상 운동중재 프로그램의 운동유형은 ⑴ 걷기운동(walking), ⑵고정식 실내자전거 운동(indoor cycle ergometer), ⑶ 자율적 신체활동(free-living physical activity)으로 구성되어 있었다. 자율적 신체활동의 경우, 대상자에게 원하는 활동을 자율적으로 선택하도록 한 후 일정 기간 동안 가속도계 또는 자기보고식(self-reported) 방식을 통해 대상자의 신체활동 데이터를 수집하여 분석하였다. 세 가지 운동유형이 CRCI 환자의 인지기능개선에 미치는 영향력을 개별그룹으로 분류하여 메타ANOVA로 분석하였다(
본 연구에서 메타분석한 논문들의 운동중재 프로그램의 참여시간과 운동강도는 American Cancer Society (ACS)에서 제공된 암환자를 위한 운동가이드라인을 기반으로 진행되었고, 암환자를 위한 운동 참여시간 및 운동강도는 주당 최소 150분의 중강도 또는 중·고강도 운동으로 설계되어 있었다. 운동강도에 따른 CRCI 환자의 인지기능개선 효과를 분석했을 때, 각 연구에서 실시한 중강도 운동과 중·고강도 운동 모두 인지기능 개선에 긍정적인 영향을 미치며 통계적으로 유의미한 효과를 보였다. 특히, CRCI 환자 인지기능개선 측면에서 두 운동강도 사이의 효과성은 큰 차이를 보였다. 중강도 운동은 중간 수준(
수집된 각 연구의 운동기간은 4주에서 24주로 구성(
본 메타분석에 사용된 개별 연구의 암유형은 ⑴ 유방암 연구, ⑵ 전립선암 연구, ⑶ 유방암 및 전립선암 통합연구, 그리고 ⑷ 유방암, 인후암, 설암, 대장암 및 악성뇌교종 통합연구로 구성되어 있으며 실험에 참여한 전체 CRCI 환자는 총 195명이었다. 통계적으로 유의미하지 않았지만 암유형에 따른 운동중재효과는 유방암, 인후암, 설암, 대장암 및 악성뇌교종 통합연구(
운동 시 운동지도자의 유무에 따른 CRCI 환자의 인지기능개선에 대한 효과성을 알아보았다. 각 연구에서 운동지도자의 유무는 운동중재 프로그램에 따라 ⑴ 동반(Yes)형, ⑵ 비동반(No)형 및 ⑶ 동반과 비동반 혼합(Mixed)형으로 구성되어 있었다. 운동지도자와 동반하여 운동하는 경우, 지도자의 동반없이 운동을 하는 경우 및 혼합하여 운동중재를 실시한 경우 모두 CRCI 환자의 인지기능개선에 긍정적인 효과성을 나타냈다(
본 연구는 항암치료 중, 유방암 환자에게 높은 확률로 발생되고 있는 인지기능저하(CRCI)에 미치는 운동의 영향력을 메타분석을 통해 검증하였다. 암유형에 따른 운동효과를 검증하기 위해 운동유형, 운동강도, 운동기간 및 운동 중 관리감독의 유무를 기반으로 인지기능개선의 연관성을 정밀하게 분석하며 CRCI 유방암 환자에게 가장 적절한 운동프로그램의 구성요소를 확인했다. 7개 연구의 운동중재 유형을 분류했을 때 유형은 크게 걷기, 고정식 실내자전거, 그리고 자유운동으로 구성되어 있었고, 운동 기간은 4주, 12주, 그리고 24주로 각각 설계되어 있었다. 수집된 연구의 운동강도는 중강도와 중·고강도로 진행되었는데 중강도 운동의 기준은 개별 예비심박수(Heart Rate Ratio, HRR) 55%-65% 수준, 중·고강도 운동의 경우는 HRR 75% 수준을 넘지 않았고, 운동지도자의 동반, 비동반, 또는 동반과 비동반을 혼합한 운동중재로 구성되었다. 메타분석 결과, 전체운동중재프로그램이 암 유형에 관계없이 CRCI 환자의 인지기능개선에 미치는 평균효과크기는 중간수준(
CRCI 환자에게 가장 효과적인 운동중재유형으로는 걷기운동(
본 메타분석에서 수집된 연구들의 CRCI 환자의 수는 총 195명이었고, 표본통합으로 인해 연구 검정력이 증가되고 정확성이 제고되면서 개별 연구의 한계점으로 지적된 표본사이즈에 대한 한계[
CRCI 환자의 운동중재 중, 운동지도자(supervisor)의 유무에 따른 효과크기는 동반(
메타 분석된 운동중재 기간은 수집된 연구를 기반으로 4주, 12주 및 24주로 분석하였다. CRCI 환자의 인지기능개선효과는 각 기간 내에서 큰 차이를 보이진 않았지만, 운동기간이 길어질수록 인지기능개선효과가 우상향으로 향상(
본 연구는 CRCI 유방암 환자의 인지기능 개선을 위한 운동중재에서 운동의 유형, 강도, 기간 및 지도자의 동반 유무에 따른 인지기능의 개선에 대한 효과크기를 검증하였다. CRCI 유방암 환자의 인지기능개선에 중등도 수준의 운동강도와 걷기 기반운동이 효과적이었으며 운동지도자 없이 혼자 운동을 하더라도 인지기능개선측면에서 긍정적인 운동효과가 나타났다. 운동을 통한 암 관련 인지 기능 손상에 대한 보상 효과는 4주 동안의 단기간에서 관찰되었으나 4주 이상의 지속적인 운동을 통해 인지기능 개선효과가 유지될 수 있을 것으로 판단된다. 따라서 유방암 관련 인지 손상 환자에게 성취 가능한 단-장기 운동기간의 설정을 포함한 개인별 맞춤 운동처방 프로그램을 제공한다면 인지기능 손상을 완화시키고 인지능력을 향상시킬 수 있을 것이다.
The authors have no conflicts of interest relevant to this study.
Conceptualization: HB Eun, SS Baek; Data curation: HB Eun, SS Baek; Formal analysis: HB Eun; Funding acquisition: SS Baek; Methodology: HB Eun; Project administration: HB Eun; Writingoriginal draft: HB Eun, SS Baek; Writing-review & editing: SS Baek.
Flow chart of literature search.
Funnel plot.
Forest plot for the effect of exercise or physical activity in cancer patients.
Forest plot for the effect of exercise type and intensity.
Forest plot and Meta-regression for the effect of exercise duration.
Forest plot for the effect of cancer type.
Forest plot for the effect of supervisor presence and exercise duration.
Subject characteristics and Summary of Exercise intervention
[Reference. No] Author (Year) | Publication type | Subjects (Gender, N) | Age | Effect Size | Measure (Cognitive Domain) | Exercise Intervention (type) | Week (day) | Intensity | Cancer type |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Kajal Gokal (2018) [ |
Journal | Female, 25 | 52.0 (11.7) | 0.725 | WAIS (Working memory) | Home based & Self-managed walking | 12 (5) | Moderate | Breast |
K.L. Campbel (2017) [ |
Journal | Female, 10 | 53.2 (7.0) | 0.239 | FACT-Cog (Perceived Cognitive Abilities) | 2 gym sessions and 2 home-based sessions (i.e., walking or activities of the participant’s choice) | 24 (4) | Moderate-to-Vigorous | Breast |
Patricia M Livingston (2015) [ |
Journal | Male, 46 | 66.9 (8.2) | 0.280 | EORTC-30 (General Cognitive Function) | 2 gym sessions and 1 home-based session (i.e., participant’s choice) | 12 (3) | Moderate-to-Vigorous | Prostate |
Brent M Peterson (2018) [ |
Journal | Male, 1 | 57.9 (8.0) | 0.804 | TMT-B (Working memory, Executive function, Attention) | Recumbent cycle ergometer | 12 (3) | Moderate | Breast, Throat, Tongue, Anaplastic oligodendroglioma, Breast, colon |
Female, 6 | |||||||||
Sheri J Hartman (2018) [ |
Journal | Female, 43 | 58.2 (11.37) | 0.262 | PROMIS (Cognition Abilities) | Free-living physical activity | 12 (5) | Moderate-to-Vigorous | Breast |
Emi Miki (2014) [ |
Journal | Male, 17 | 72.9 (4.57) | 0.463 | FAB (Frontal Lobe Functions) | Bicycle ergometer | 4 (1) | Moderate | Prostate |
Female, 21 | Breast | ||||||||
M. Tish Knobf (2014) [ |
Journal | Female, 26 | 51.3 (6.2) | 0.656 | MOS-SF (Concentration, Forgetfulness) | Walking on treadmill | 24 (3) | Moderate | Breast |
EORTC-30, European Organization for Research and Treatment of Cancer 30 (cognitive); FACT-Cog, Functional Assessment of Cancer Therapy–Cognition; FAB, Frontal Assessment Battery; TMT-B, Trail Making B; WAIS-III, Wechsler Adult Intelligence Scale-III (digit span) -working memory; PROMIS, self-reported cognition, was measured with 2 scales from the Patient Reported Outcomes Measurement Information System; MOS-SF, Medical Outcomes Study-Short Form.
Overall effect size (random-effect model)
Study | -95% CI | +95% CI | Q-value | I-squared | ||
---|---|---|---|---|---|---|
7 | 0.428 | 0.078 | 0.275 | 0.58 | 6.568 | 8.644 |
CI, confidence interval; ES, effect size; SE, standard error.
Group differences in type of exercise intervention and exercise intensity (meta-anova)
Items | Estimate | -95%CI | +95%CI | z-value | |||
---|---|---|---|---|---|---|---|
Exercise Type | Free living PA | 0.271 | 0.106 | 0.063 | 0.479 | 2.557 | .011 |
Indoor Cycle Ergometer | 0.516 | 0.154 | 0.214 | 0.818 | 3.347 | .001 |
|
Walking | 0.594 | 0.135 | 0.330 | 0.859 | 4.404 | .000 |
|
Exercise Intensity | Moderate | 0.604 | 0.108 | 0.392 | 0.816 | 5.581 | .000 |
Moderate to vigorous | 0.268 | 0.100 | 0.072 | 0.463 | 2.681 | .007 |
|
Exercise Duration | 4 | 0.463 | 0.223 | 0.026 | 0.901 | 2.074 | .038 |
12 | 0.418 | 0.124 | 0.175 | 0.661 | 3.369 | .001 |
|
24 | 0.498 | 0.203 | 0.100 | 0.895 | 2.455 | .014 |
CI, confidence interval; SE, standard error; Free living PA: participants freely select the type of exercise and measure daily physical activity by wearing accelerometers during exercise.
Group differences in exercise duration (meta-regression)
Estimate | -95% CI | +95% CI | Z-value | |||
---|---|---|---|---|---|---|
Slope (Cognitive Improvement) | 0.00366 | 0.01187 | -0.01959 | 0.02692 | 0.30858 | .75764 |
Intercept | 0.37583 | 0.16725 | 0.04802 | 0.70364 | 2.24709 | .02463 |
CI, confidence interval; ES, effect size; SE, standard error.
Group differences in type of cancer (meta-anova)
Items | Estimate | -95% CI | +95% CI | z-value | |||
---|---|---|---|---|---|---|---|
Cancer Type | Breast | 0.466 | 0.129 | 0.212 | 0.720 | 3.599 | .000 |
Prostate | 0.280 | 0.212 | -0.135 | 0.695 | 1.321 | .187 | |
Breast+Prostate | 0.463 | 0.226 | 0.020 | 0.906 | 2.050 | .040 |
|
Breast+Throat+Tongue+Colon+Anaplastic oligodendroglioma | 0.804 | 0.421 | -0.021 | 1.629 | 1.910 | .056 |
CI, confidence interval; SE, standard error.
Group differences in supervisor presence and duration (meta-anova)
Items | Estimate | -95% CI | +95% CI | z-value | |||
---|---|---|---|---|---|---|---|
Supervisor presence | Yes | 0.568 | 0.129 | 0.314 | 0.821 | 4.389 | .000 |
No | 0.390 | 0.120 | 0.154 | 0.626 | 3.243 | .001 |
|
Mixed | 0.290 | 0.157 | -0.029 | 0.588 | 1.777 | .076 |
CI, confidence interval; Yes, presence; No, absence; Mixed, presence & absence.