BMR

해리스-베네딕트 공식은 1919년 제임스 아서 해리스와 프랜시스 가노 베네딕트가 발표한, 기초대사량을 추정하는 가장 오래되고 널리 알려진 공식이다. 이 공식은 성인 남녀의 BMR을 체중, 키, 연령을 이용하여 계산한다.

원래 공식은 다음과 같다.

• 남성: BMR = 66.5 + (13.75 × 체중(kg)) + (5.003 × 키(cm)) - (6.755 × 연령(세))

• 여성: BMR = 655.1 + (9.563 × 체중(kg)) + (1.850 × 키(cm)) - (4.676 × 연령(세))

이 공식은 20세기 초 136명의 남성과 103명의 여성을 대상으로 한 연구 데이터를 바탕으로 만들어졌다[3]. 따라서 현대인의 생활 방식과 인구 통계학적 특성을 완벽하게 반영하지 못하는 한계가 있다. 특히 과체중이나 비만인 사람의 경우 BMR을 과대평가하는 경향이 있다는 연구 결과가 있다.

그럼에도 불구하고, 해리스-베네딕트 공식은 그 간편함으로 인해 여전히 널리 사용된다. 계산된 BMR 값에 활동 계수(신체 활동 수준을 나타내는 승수)를 곱하여 일일 에너지 소비량을 추정하는 데 활용된다. 이후에 개발된 미플린-세인트 조어 공식이 일반적으로 더 정확한 것으로 평가받지만, 해리스-베네딕트 공식은 역사적 중요성과 인지도 덕분에 영양 및 건강 관련 분야에서 참고 기준으로 자주 인용된다.

미플린-세인트 조어 공식은 1990년대에 발표된 BMR 및 일일 에너지 소비량 추정 공식이다. 이 공식은 더 오래된 해리스-베네딕트 공식을 대체할 목적으로 개발되었으며, 현대인의 생활 방식을 더 잘 반영한다고 평가받는다. 특히 좌식 생활이 증가한 현대인의 평균 제지방 조직을 고려하여 설계되었다는 점이 특징이다.

이 공식은 성인 남녀에 따라 다음과 같이 계산된다.

예를 들어, 30세, 키 170cm, 체중 70kg인 남성의 BMR은 (10 × 70) + (6.25 × 170) - (5 × 30) + 5 = 700 + 1062.5 - 150 + 5 = 1617.5 kcal/day로 계산된다.

미플린-세인트 조어 공식은 해리스-베네딕트 공식에 비해 체성분의 변화, 특히 근육량과 지방량의 비율에 대한 민감도가 낮은 편이다. 따라서 일반적인 건강한 성인의 기초 대사량을 추정하는 데 널리 사용되지만, 매우 높은 근육량을 가진 운동선수나 비만 환자에게는 정확도가 떨어질 수 있다. 이 공식으로 계산된 BMR 값에 활동 대사 계수를 곱하여 일일 총 에너지 소비량을 추정하는 것이 일반적인 활용 방식이다.

캐치-맥아들 공식은 BMR을 계산하는 방법 중 하나로, 특히 제지방량(LBM)을 주요 변수로 사용하는 것이 특징이다. 이 공식은 1990년대에 마크 D. 캐치와 윌리엄 D. 맥아들이 제안한 것으로, 기존의 해리스-베네딕트 공식보다 제지방량을 고려함으로써 더 정확한 기초 대사량 추정을 목표로 한다[4]. 공식은 다음과 같다.

BMR = 370 + (21.6 × 제지방량(kg))

여기서 제지방량은 체중에서 체지방을 뺀 무게, 즉 근육, 뼈, 장기 등을 포함하는 무게를 의미한다. 따라서 이 공식을 사용하려면 먼저 체지방률을 측정하여 제지방량을 계산해야 한다.

캐치-맥아들 공식의 가장 큰 장점은 체성분의 차이를 직접 반영한다는 점이다. 근육량이 많은 사람은 같은 체중이라도 BMR이 더 높은 경향이 있는데, 이 공식은 체중 대신 제지방량을 사용함으로써 이러한 차이를 보다 정확히 포착할 수 있다. 따라서 운동 선수나 근력 훈련을 꾸준히 하는 사람처럼 근육량이 평균보다 많은 경우, 다른 공식보다 더 적합한 결과를 제공할 수 있다.

반면, 이 공식의 사용에는 한계도 존재한다. 가장 큰 장벽은 제지방량을 알아야 한다는 점이다. 체지방률을 정확히 측정하려면 인바디와 같은 생체전기임피던스 분석기나 듀얼 에너지 X선 흡수측정법(DXA)과 같은 전문 장비가 필요하다. 체지방률을 추정하는 공식을 통해 간접 계산할 수도 있지만, 이는 오차를 증가시킬 수 있다. 또한, 이 공식은 성별을 구분하지 않으며, 연령과 키의 영향을 직접적으로 고려하지 않는다는 점에서 다른 공식과 차이가 있다.

연령은 BMR에 가장 큰 영향을 미치는 요인 중 하나이다. 일반적으로 BMR은 성장기인 청소년기에 가장 높고, 20대 초반을 정점으로 서서히 감소하기 시작한다. 이는 나이가 들면서 근육량이 자연스럽게 감소하고, 기관의 대사 활동이 둔화되기 때문이다. 60세 이후에는 감소 속도가 더욱 가속화될 수 있다.

성별 또한 중요한 변수이다. 동일한 연령, 체중, 키를 가진 남성과 여성을 비교했을 때, 일반적으로 남성의 BMR이 더 높다. 이는 남성이 여성에 비해 상대적으로 근육량이 많고, 체지방률이 낮은 생리적 특성 때문이다. 근육 조직은 지방 조직보다 휴식 중에도 더 많은 에너지를 소비하는 대사 활성 조직이다.

체중과 키는 신체의 크기, 특히 제지방 체중을 간접적으로 반영하는 지표이다. 체중이 증가하면 이를 지탱하고 유지하기 위해 필요한 기초 에너지 요구량도 증가한다. 키가 클수록 체표면적이 넓어져 열 손실이 더 많이 발생할 수 있으며, 이는 체온 유지를 위한 에너지 소비 증가로 이어진다. 따라서 일반적으로 체중이 무거울수록, 키가 클수록 BMR은 높아지는 경향을 보인다.

이러한 요인들은 대부분의 BMR 추정 공식에서 핵심 변수로 사용된다. 예를 들어, 해리스-베네딕트 공식과 미플린-세인트 조어 공식은 모두 연령, 성별, 체중, 키를 기본 입력값으로 요구한다. 그러나 이러한 인구통계학적 요소만으로는 개인의 정확한 대사율을 완벽히 설명할 수 없으며, 체성분이나 유전적 차이와 같은 다른 요인들의 영향도 고려해야 한다.

체성분은 기초대사량에 직접적인 영향을 미치는 핵심 요소 중 하나이다. 체성분은 신체를 구성하는 조직의 비율, 특히 근육량과 지방량의 비율을 의미한다. 근육 조직은 지방 조직에 비해 훨씬 더 많은 에너지를 필요로 하는 대사 활성 조직이다.

근육은 단순히 움직임을 만들어내는 기관이 아니라, 많은 미토콘드리아를 포함하고 있어 안정 시에도 지방을 비롯한 에너지원을 지속적으로 소비한다. 반면, 지방 조직, 특히 피하에 저장된 지방은 주로 에너지 저장고 역할을 하며, 유지하는 데 필요한 에너지가 근육에 비해 상대적으로 적다. 따라서 체중이 동일한 두 사람이라도 근육량이 더 많은 사람의 기초대사량은 일반적으로 더 높다.

이 차이는 체중 관리 전략에 중요한 시사점을 제공한다. 체중 감량을 위해 열량 제한만을 실시할 경우, 체중 감소와 함께 근육량의 손실도 발생할 수 있다. 이는 장기적으로 기초대사량을 낮추어 체중 유지나 추가 감량을 더 어렵게 만드는 요인이 된다. 따라서 근육량을 보존하거나 증가시키는 저항 운동은 기초대사량을 높여 건강한 체중 관리를 돕는 효과적인 방법으로 간주된다.

나이, 성별, 유전적 요인과 함께 체성분은 기초대사량을 결정하는 주요 변수로, 개인화된 건강 및 영양 계획을 수립할 때 반드시 고려되어야 한다.

BMR은 개인마다 상당한 차이를 보이는데, 이는 유전자와 호르몬 체계의 영향이 크게 작용하기 때문이다.

유전적 요인은 개인의 기초 대사율 수준을 결정하는 기본 틀을 제공한다. 가족력 연구와 쌍둥이 연구에 따르면, BMR의 변이 중 상당 부분이 유전적으로 설명될 수 있다[6]. 즉, 유전적으로 높거나 낮은 BMR을 타고난 개인은 동일한 체중과 체성분을 가졌더라도 에너지 소비량에서 차이를 보일 수 있다.

여러 호르몬이 BMR을 조절하는 핵심적인 역할을 한다. 갑상선에서 분비되는 갑상선 호르몬(T3, T4)은 신체의 모든 세포의 대사 속도를 조절하는 가장 강력한 호르몬이다. 갑상선 기능 항진증은 BMR을 비정상적으로 높이고, 갑상선 기능 저하증은 BMR을 현저히 낮춘다. 스트레스 호르몬으로 알려진 코르티솔은 단기적으로는 에너지 동원을 촉진하지만, 만성적으로 높은 수준은 대사 균형을 교란시킬 수 있다. 또한, 성장 호르몬은 단백질 합성을 촉진하고 근육량 유지에 기여하여 BMR에 간접적으로 영향을 미친다. 여성의 경우 생리 주기에 따른 에스트로겐과 프로게스테론 수치의 변화도 BMR에 미미하지만 일시적인 변동을 일으킬 수 있다.

이러한 유전적 배경과 호르몬 환경의 복합적 상호작용은 왜 동일한 신체 조건을 가진 사람들 사이에서도 BMR이 다르게 나타나는지를 설명하는 중요한 근거가 된다.

환경 온도는 기초대사량에 직접적인 영향을 미친다. 체온을 일정하게 유지하기 위해 신체는 에너지를 소비하는데, 너무 춥거나 더운 환경에서는 이 에너지 소비가 증가한다. 추운 환경에서는 체온을 올리기 위해 진전이 일어나고 열 생산이 촉진되며, 더운 환경에서는 체온을 낮추기 위한 땀 분비와 혈관 확장에 에너지가 소모된다. 따라서 극한의 기후 조건에서는 기초대사량이 상승할 수 있다.

수면의 질과 양은 호르몬 균형을 통해 기초대사량을 조절한다. 수면 부족은 렙틴 수치를 낮추고 그렐린 수치를 높여 식욕을 증가시키며, 코르티솔 같은 스트레스 호르몬 분비를 촉진한다. 이는 대사율을 변화시키고 에너지 소비 효율을 저하시킬 수 있다. 규칙적이고 충분한 수면은 대사 기능을 정상화하는 데 중요하다.

식이 패턴 또한 간접적으로 영향을 준다. 장기간의 심한 칼로리 제한은 신체가 에너지 소비를 줄이는 방향으로 적응하게 만들어 기초대사량을 감소시킨다. 이는 소위 '기아 모드' 또는 대사적 적응 현상으로 알려져 있다. 반면, 규칙적인 식사와 적절한 단백질 섭취는 식이성 열생산을 통해 에너지 소비를 일시적으로 증가시킨다.

스트레스는 만성화될 경우 교감신경계를 지속적으로 활성화시키고 코르티솔을 장기간 분비하게 한다. 이는 근육 분해를 촉진하고 대사율에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 흡연은 일시적으로 대사율을 높일 수 있지만, 이는 니코틴의 자극 효과에 의한 것이며 전반적인 건강에는 해롭다. 카페인도 단기적으로 대사를 자극하지만 그 효과는 미미하고 일시적이다.

직접 열량 측정법은 기초 대사량을 측정하는 가장 정확하고 과학적인 방법으로 간주된다. 이 방법은 밀폐된 공간인 열량계 안에 피험자를 넣고, 신체에서 방출되는 열량을 직접 측정하는 원리를 사용한다. 피험자가 방출하는 열은 열량계 내부의 물을 가열하며, 그 온도 변화를 정밀하게 기록하여 계산한다. 이 과정은 신체가 생명 유지를 위해 소비하는 에너지가 최종적으로 열로 변환된다는 열역학 제1법칙에 기초한다.

측정은 완전한 휴식 상태에서 이루어지며, 일반적으로 24시간 동안 실시된다. 피험자는 측정 기간 동안 평소와 같은 수면을 취하고, 표준화된 식사를 제공받으며, 최소한의 신체 활동만 허용된다. 이렇게 통제된 환경은 신체가 소비하는 에너지가 순수하게 기초 생명 유지 활동에 기인하도록 보장한다. 측정 결과는 일반적으로 24시간 동안 소비된 총 열량(킬로칼로리)으로 보고되며, 이를 시간당 또는 일일 기준으로 환산한다.

이 방법은 높은 정확도를 자랑하지만, 매우 복잡하고 비용이 많이 들며 접근성이 낮다는 단점이 있다. 대규모의 특수 장비와 전문 인력이 필요하며, 피험자에게는 불편함을 초래할 수 있다. 따라서 직접 열량 측정법은 주로 연구 목적이나 임상 특수 사례에서 제한적으로 사용된다. 대부분의 일상적인 상황에서는 보다 실용적인 간접 열량 측정법이나 다양한 공식 추정법이 널리 활용된다.

간접 열량 측정법은 호흡 교환비를 측정하여 기초 대사량을 추정하는 방법이다. 이 방법은 호흡을 통해 배출되는 이산화탄소와 소비되는 산소의 양을 분석하여 에너지 소비량을 계산한다. 신체가 탄수화물, 지방, 단백질을 산화할 때 각각 다른 양의 산소를 소비하고 이산화탄소를 생성하기 때문에, 이 비율을 통해 사용된 에너지원의 종류와 총 에너지 소비량을 알아낼 수 있다[8].

가장 일반적인 간접 열량 측정법은 호흡 가스 분석을 이용한 것이다. 피험자는 특수한 마스크나 헤드덮개를 착용하고 일정 시간 동안 정상적으로 호흡한다. 장비는 호흡 공기의 유량과 산소 및 이산화탄소 농도를 실시간으로 측정하여 데이터를 수집한다. 이 방법은 실험실 환경에서 정확한 측정이 가능하며, 비교적 비침습적이고 안전하다는 장점이 있다.

측정 방식에는 크게 두 가지가 있다. 하나는 '캐노피 후드 시스템'으로, 투명한 플라스틱 덮개 아래에 피험자의 머리를 위치시켜 호흡 가스를 채집한다. 다른 하나는 '마스크 시스템'으로, 얼굴에 밀착되는 마스크를 통해 호흡 가스를 수집한다. 두 방법 모두 휴식 상태에서 15-30분 정도 측정하여 안정된 데이터를 얻은 후, 위어 공식과 같은 표준 공식을 적용해 기초 대사량을 산출한다.

이 방법은 직접 열량 측정법에 비해 장비와 공간에 대한 제약이 적고, 실제 대사 과정을 반영한다는 점에서 임상 연구와 스포츠 과학 분야에서 널리 사용된다. 그러나 측정 장비의 정밀도, 피험자의 측정 전 준비 상태(예: 금식, 안정), 그리고 측정 환경이 결과의 정확도에 영향을 미칠 수 있다는 한계도 존재한다.

BMR을 계산하기 위한 해리스-베네딕트 공식이나 미플린-세인트 조어 공식과 같은 공식 추정법은 널리 사용되지만 몇 가지 본질적인 한계를 지닌다.

가장 큰 한계는 개인 간의 대사율 차이를 정확히 반영하지 못한다는 점이다. 공식은 연령, 성별, 체중, 키와 같은 제한된 변수만을 사용하여 평균적인 값을 산출한다. 그러나 유전적 요인, 호르몬 수준(특히 갑상선 호르몬), 정확한 체성분(근육과 지방의 비율), 심지어 기온과 같은 환경 요인까지 실제 기초대사량에 영향을 미친다. 따라서 동일한 연령, 성별, 체중, 키를 가진 두 사람이라도 실제 BMR은 상당한 차이[9]를 보일 수 있다.

또한, 이러한 공식들은 대부분 특정 인구 집단(예: 서양인, 건강한 성인)을 기반으로 개발되었기 때문에, 다른 인종이나 민족, 특정 질환을 가진 개인에게 적용할 때는 정확도가 떨어질 수 있다. 예를 들어, 매우 높은 근육량을 가진 운동선수나 비만 정도가 심한 개인, 노인 등의 경우 공식으로 추정한 값이 실제 측정값과 크게 다를 수 있다. 따라서 공식 추정법은 편리한 참고치로 활용되지만, 개인의 정확한 대사 상태를 평가하거나 의학적 판단의 근거로 삼기 위해서는 간접 열량 측정법과 같은 과학적 측정법이 더 권장된다.

BMR은 체중 관리와 다이어트 계획을 수립하는 데 있어 가장 기본이 되는 기준치이다. 체중을 감량하거나 유지하려면 섭취 열량과 소비 열량의 균형을 이해해야 하는데, BMR은 소비 열량의 가장 큰 구성 요소이기 때문이다. 일반적으로 체중 감량을 위해서는 일일 에너지 소비량(TDEE)보다 적은 열량을 섭취하는 열량 결핍 상태를 만들어야 한다. 이때 BMR을 기준으로 하여 총 소비 열량을 추정하고, 그에 맞는 적절한 식단 열량을 설정한다. BMR을 무시하고 지나치게 낮은 열량을 섭취하면 신체는 생존을 위해 기초 대사율 자체를 떨어뜨리는 방어 기제를 발동할 수 있다[11].

효과적이고 지속 가능한 다이어트를 위해서는 BMR을 유지하거나 높이는 전략이 중요하다. BMR은 제지방량, 특히 근육량과 비례하기 때문에, 체중 감량 시 근육 손실을 최소화하는 것이 핵심이다. 저강도 유산소 운동만 고집하는 것보다, 근력 운동을 병행하여 근육량을 보존하거나 증가시키면 BMR 하락을 억제할 수 있다. 또한, 극단적인 단식이나 단일 영양소 식단은 장기적으로 BMR을 낮추고 요요 현상의 위험을 높인다. 대신 BMR을 고려한 적정 열량 섭취와 규칙적인 운동을 결합한 접근법이 권장된다.

체중 관리의 맥락에서 BMR 계산 공식은 유용한 출발점을 제공하지만, 개인별 차이가 크다는 점을 인지해야 한다. 공식으로 계산된 BMR과 TDEE는 추정치일 뿐이며, 실제 체중 변화를 모니터링하면서 섭취 열량을 미세 조정하는 과정이 필요하다. 예를 들어, 계산대로 다이어트를 진행했는데 체중이 예상보다 느리게 줄어든다면, 실제 BMR이 계산값보다 낮거나 일상 활동량이 추정치보다 적을 가능성이 있다.

BMR은 운동 훈련과 영양 계획을 수립할 때 가장 기본이 되는 핵심 지표이다. 훈련 목표가 근육량 증가, 체중 감소, 또는 운동 성과 향상이든, 개인의 에너지 수요를 정확히 파악하는 것이 효과적인 계획의 첫걸음이다. BMR을 기반으로 한 일일 에너지 소비량(TDEE)을 계산하면, 체중을 유지하기 위해 필요한 총 칼로리 섭취량을 알 수 있다. 이를 통해 목표에 맞게 에너지 균형을 조절할 수 있다.

운동 훈련의 맥락에서 BMR은 두 가지 중요한 역할을 한다. 첫째, 훈련으로 인한 추가 에너지 소비를 정량화하는 기준선이 된다. 둘째, 충분한 회복과 근육 합성을 보장하기 위한 최소한의 에너지 요구량을 정의한다. 특히 근력 훈련을 하는 경우, BMR은 근육량 증가에 따라 점진적으로 상승할 수 있다. 따라서 장기적인 영양 계획은 정적인 BMR 값이 아닌, 훈련 적응에 따라 변화할 수 있는 동적인 요구량을 반영해야 한다.

영양 계획 수립 시 BMR과 TDEE를 활용한 일반적인 접근법은 다음과 같다.

이 표에서 알 수 있듯, 단순히 열량만 조절하는 것은 바람직하지 않다. 근육 합성을 촉진하고 훈련 회복을 돕기 위해 단백질 섭취를 충분히 하고, 탄수화물과 지방의 비율을 훈련 유형과 강도에 맞게 조절하는 것이 필수적이다. 또한 극단적인 다이어트는 장기적으로 BMR을 낮추어 요요 현상의 원인이 될 수 있다는 점을 인지해야 한다.

기초대사량(BMR)은 대사 건강의 중요한 지표로 활용되며, 특히 갑상선기능저하증이나 갑상선기능항진증과 같은 내분비 질환을 평가하는 데 유용한 정보를 제공한다. 갑상선 호르몬은 신체의 대사 속도를 조절하는 핵심 역할을 하기 때문에, 실제 측정된 BMR 값은 갑상선 기능 이상을 의심할 수 있는 초기 신호가 될 수 있다. 예를 들어, 설명할 수 없는 피로와 체중 증가가 동반된 비정상적으로 낮은 BMR은 갑상선기능저하증을 시사할 수 있다[12].

또한 BMR 평가는 대사증후군이나 제2형 당뇨병과 같은 복합적인 대사 질환의 위험성을 이해하는 데 도움을 준다. 인슐린 저항성과 같은 상태는 에너지 대사 효율에 변화를 일으킬 수 있다. 임상 영양학에서는 개인의 BMR을 정확히 평가함으로써, 단순한 체중 관리 차원을 넘어 전반적인 대사 기능의 상태를 파악하고 맞춤형 영양 중재 계획을 수립하는 기초 자료로 활용한다.

이러한 평가는 주로 간접 열량 측정법을 통해 이루어지며, 임상 환경에서 표준화된 프로토콜에 따라 수행된다. 그러나 BMR 값 하나만으로 특정 질환을 진단하는 것은 제한적이다. 이는 연령, 성별, 체성분, 최근 식이 및 활동 상태 등 다양한 교란 변수의 영향을 받기 때문이다. 따라서 BMR 데이터는 갑상선 자극 호르몬(TSH) 검사, 혈당 및 인슐린 수치, 상세한 병력 청취와 같은 다른 임상적 평가 도구와 함께 종합적으로 해석되어야 한다.