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문제 정의
- 그러므로 본 연구에서는 정상 성인을 대상으로 사이클 등속 운동을 수행하게 하면서 심박동률과 혈중산소 포화도를 측정하여, 선행 연구 (50%)와 비교해서 상대적으로 낮은 고농도 (30%)의 산소 공급이 운동 중에 어떠한 생리적 변화를 유발하는지에 대한 기초 연구를 수행하고자 한다. 이를 통해 정상 성인 뿐만 아니라 심장 질환자, 척수 손상 환자 등의 운동수행의 보조 역할로서 고농도 산소의 활용 가능성을 제시하고자 한다.
- 본 연구에서는 정상 성인을 대상으로 21%와 비교하여 30%의 고농도 산소 공급이 사이클 등속 운동 중에 심박동률과 혈중 산소 포화도에 어떠한 변화를 유발하는지에 대한 기초 연구를 수행하였다.
- 연구를 수행하고자 한다. 이를 통해 정상 성인 뿐만 아니라 심장 질환자, 척수 손상 환자 등의 운동수행의 보조 역할로서 고농도 산소의 활용 가능성을 제시하고자 한다.
제안 방법
- 사이클 등속 운동을 수행하면서 심박동률과 혈중 산소 포화도 변화를 측정하였다. 8500A(Nonin Medical Inc. USA)를 이용하여 실험 참여자의 왼손 약지 손가락에서 혈중 산소 포화도(SPO2[%])를 측정하였다. 이 제품은 LED를 이용하여 디스플레이만 가능하고저장 장치가 없다.
- 그러므로 실험자가 10초 간격으로 측정값을 읽어서(Isample/lOsec) 데이터를 기록하였다. Biopac MP100(Biopac Systems, Inc.)을 사용하여 Electrocardiogram(ECG)를 256 samples/sec 로 측정하였고, Acqknwledge 3.5(Biopac Systems, Inc. USA)를 이용하여 심박동률(bit per minute: bpm)을 계산하였다. 이때 전극은 오른쪽 발목에 도줄 전극을 부착하고' 양 손목에 즉정 전극을 부착하였다.
- 사이클 등속 운동을 수행하면서 심박동률과 혈중 산소 포화도 변화를 측정하였다. 8500A(Nonin Medical Inc.
- 실험은 안정(2분), 사이클 등속 운동(10분), 회복(6 분)의 세 구간총 18분)으로 구성되어 있고, 실험 참여자는 두 가지 산소 농도(21% 또는 30%)에서 각각실험을 수행하게 된다. 안정 구간은 마스크를 착용하였지만 산소 공급 장치는 동작을 시키지 않은 상태로, 피검자가 사이클 위에서 운동을 하지 않는 상태에서 2분 동안 자연스럽게 실내 공간의 공기를 흡입하는 구간이다.
- 즉, 피검자는 21% 또는 30% 산소 농도에서 사이클 등속 운동을 수행하고 회복하게 된다. 첫 번째 산소 농도에서 실험을 수행하고 충분한 휴식(약 1시간)을 취하여 전 실험의 안정 상태에서의 심박동률과 동일하게 회복된 후, 나머지 산소 농도에서 동일한 실험을 수행하도록 하였다.
대상 데이터
- 본 연구를 위해 일반 공기 중의 산소 농도인 21%의산소와 30%의 고농도 산소를 각각 8 liter/min 의 양으로 일정하게 공급할 수 있는 산소 공급 장치(Oxy Cure Co.)를 이용하였다. 산소 공급 장치에서 발생된 산소는 마스크를 통하여 실험 참여자에게 전달되었다.
- 산소 공급 장치에서 발생된 산소는 마스크를 통하여 실험 참여자에게 전달되었다. 신체 건강한 10명의 남자 대학생(25.2±2.2세) 을 사이클 등속 운동의 실험 참여자로 선정하였다.
데이터처리
- 생리 신호의 자료 분석을 위해 2분 단위로 심박동률과 혈중 산소 포화도의 평균값을 산출하여 그래프를 작성하였으며, 각 구간별 심박동률과 혈중 산소 포화도의 평균을 산출하여 통계적 검증을 실시하였다. 통계 분석은 그룹(21%, 30%)과 구간(안정, 운동, 회복)을 독립변인으로 하는 two-way repeated measures ANOVA(SPSS ver.
- 0)를 사용하여 두 가지 산소농도 사이에 그리고 각 구간별로 심박동률과 혈중산소 포화도에서 유의한 차이가 있는지를 검증하였다. 추가적으로 두 가지 산소 농도에 대해 운동과 회복 구간에서 시간에 따른 심박동률의 변화를 비선형회귀 방정식으로 추정하였다.
- 실시하였다. 통계 분석은 그룹(21%, 30%)과 구간(안정, 운동, 회복)을 독립변인으로 하는 two-way repeated measures ANOVA(SPSS ver. 10.0)를 사용하여 두 가지 산소농도 사이에 그리고 각 구간별로 심박동률과 혈중산소 포화도에서 유의한 차이가 있는지를 검증하였다. 추가적으로 두 가지 산소 농도에 대해 운동과 회복 구간에서 시간에 따른 심박동률의 변화를 비선형회귀 방정식으로 추정하였다.
성능/효과
- 상관관계가 있음을 알 수 있었다. 21%에 비해 30% 산소 공급시 운동 및 회복 구간에서 심박동률의 절대값이 유의하게 작았다. 동일 운동 부하에 대한 심박동률의 감소는 심장 자체의 에너지 소비량을 감소시키면서 동일한 양의 산소를 인체 조직까지 공급할 수 있음을 의미한다.
- 그리고 동일한 운동 부하가 주어졌기 때문에 21%와 30% 두 그룹사이에 혈중 산소 포화도는 차이가 없는 것으로 판단된다. 21%에 비해 30% 산소 공급으로 심박동률이 감소한 결과와 비교해 보면, 동일 강도의 운동에 필요한 산소량은 고농도 산소 흡입에 의한 작은 심박동률의 증가로 보상될 수 있다는 사실을 의미한다. 본 연구에서는 선행 연구에 비해 상대적으로 낮은 고농도의 산소(30%)가 정상인의 사이클 운동 수행에 긍정적인 역할을 수행할 수 있다는 것을 심박동률의 절대적 값과 함께 상대적인 변화율의 빠르기 결과로부터 도출하였다.
- 그러나 운동 및 회복 구간에서 30%에 비해 21% 산소 공급시 심박동률의 절대값이 컸다. Table 1과 같이 그룹(21%, 30%)과 구간(안정, 운동, 회복)을 독립변인으로 하는 통계 분석을 수행한 결과, 그룹(P<O.O5)과 구간(p<0.001)에서 유의한 차이가 나타나 21%와 30% 산소 농도 사이에 그리고 안정, 운동, 회복의 세 구간에서 심박동률의 절대값이 유의미한 차이가 있다는 사실이 관찰되었다. 그러나 그룹과 구간의 상호작용 효과는 없는 것으로 나타나 두 가지 산소 농도에 따라 심박동률의 변화 양상은 차이가 없는 것으로 나타났다 (p>0.
- 01)에서만 유의한 차이가 나타나 안정, 운동, 회복의 세 구간에서 혈중 산소 포화도가 유의미한 차이가 있다는 사실이 관찰되었다. 그러나 그룹 사이에 그리고 그룹과 구간의 상호작용 효과는 없는 것으로 나타나, 두가지 산소 농도에 따라 혈중 산소 포화도는 차이가없고, 변화 양상에도 차이가 없는 것으로 나타났다.
- 001)에서 유의한 차이가 나타나 21%와 30% 산소 농도 사이에 그리고 안정, 운동, 회복의 세 구간에서 심박동률의 절대값이 유의미한 차이가 있다는 사실이 관찰되었다. 그러나 그룹과 구간의 상호작용 효과는 없는 것으로 나타나 두 가지 산소 농도에 따라 심박동률의 변화 양상은 차이가 없는 것으로 나타났다 (p>0.05).
- 또한 비선형 회귀 분석 결과 21% 에 비해 30% 산소 공급시 운동 구간에서는 심박동률의 증가율이 작았고, 회복 구간에서는 운동 구간과는 반대로 심박동률의 감소율이 컸다. 그러므로 21%에 비해 30% 고농도 산소 흡입으로 동일 운동부하에서 심박동률의 절대값이 감소하고, 운동으로 인한 심박동률의 증가율이 늦어지고, 회복율이 빨라진 것은, 30%의 고농도 산소가 정상인의 최대 운동량과 운동 지속 시간을 증가시킬 수 있을 뿐 아니라 빠른 회복에도 기여한다는 사실을 의미한다.
- 001)3. 나타나 30%에 비해 21% 산소 공급시심박동률의 증가율(기울기)이 컸다. 회복 구간에서 심박동률의 비선형 회귀 방정식은 21%와 30% 산소 농도에서 각각 § = -25.
- 즉, 21%에 비해 30% 고농도 산소 흡입으로 운동 대사에 필요한 산소 요구량이 원활히 공급되고 있기 때문에 심박동률이 감소한 것으로 판단된다. 또한 비선형 회귀 분석 결과 21% 에 비해 30% 산소 공급시 운동 구간에서는 심박동률의 증가율이 작았고, 회복 구간에서는 운동 구간과는 반대로 심박동률의 감소율이 컸다. 그러므로 21%에 비해 30% 고농도 산소 흡입으로 동일 운동부하에서 심박동률의 절대값이 감소하고, 운동으로 인한 심박동률의 증가율이 늦어지고, 회복율이 빨라진 것은, 30%의 고농도 산소가 정상인의 최대 운동량과 운동 지속 시간을 증가시킬 수 있을 뿐 아니라 빠른 회복에도 기여한다는 사실을 의미한다.
- 21%에 비해 30% 산소 공급으로 심박동률이 감소한 결과와 비교해 보면, 동일 강도의 운동에 필요한 산소량은 고농도 산소 흡입에 의한 작은 심박동률의 증가로 보상될 수 있다는 사실을 의미한다. 본 연구에서는 선행 연구에 비해 상대적으로 낮은 고농도의 산소(30%)가 정상인의 사이클 운동 수행에 긍정적인 역할을 수행할 수 있다는 것을 심박동률의 절대적 값과 함께 상대적인 변화율의 빠르기 결과로부터 도출하였다. 향후 환자를 대상으로 한연구, 운동 수행을 위한 최적의 산소 농도를 찾는 연구, 측정 및 분석 생리 변수의 다양화 등에 관한 연구가 필요할 것이다.
- 즉, 운동 수행이 지속되면서 원활한 산소 공급을 위해 산소 포화도가 감소되는 것으로 간주된다. 본 연구에서도 혈중 산소 포화도는 사이클 운동 중에 감소하고, 회복 구간에서는 증가하는 양상을 나타내었다. 그리고 동일한 운동 부하가 주어졌기 때문에 21%와 30% 두 그룹사이에 혈중 산소 포화도는 차이가 없는 것으로 판단된다.
- 사이클 등속 운동 실험에서 산소 농도에 관계없이안정, 운동, 회복의 세 구간에서 심박동률이 유의한 차이가 있다는 사실이 관찰되어 운동 부하와 심박동률이 상관관계가 있음을 알 수 있었다. 21%에 비해 30% 산소 공급시 운동 및 회복 구간에서 심박동률의 절대값이 유의하게 작았다.
- 나타나 30%에 비해 21% 산소 공급시심박동률의 증가율(기울기)이 컸다. 회복 구간에서 심박동률의 비선형 회귀 방정식은 21%와 30% 산소 농도에서 각각 § = -25.81n(x) + 141.0(p<0.05), y = -26.81n(x) + 134.5(p<0.01)로 나타나, 운동 구간과는 반대로 21%에 비해 30% 산소 공급시 심박동률의 감소율(기울기)이 컸다(Fig. 2(b)).
후속연구
- 향후 환자를 대상으로 한연구, 운동 수행을 위한 최적의 산소 농도를 찾는 연구, 측정 및 분석 생리 변수의 다양화 등에 관한 연구가 필요할 것이다. 이러한 결과들은 정상인뿐만 아니라, 심장질환자의 운동 처방 프로그램에 활용될 수 있는 기초 자료를 제공할 수 있을 것이다.
- 본 연구에서는 선행 연구에 비해 상대적으로 낮은 고농도의 산소(30%)가 정상인의 사이클 운동 수행에 긍정적인 역할을 수행할 수 있다는 것을 심박동률의 절대적 값과 함께 상대적인 변화율의 빠르기 결과로부터 도출하였다. 향후 환자를 대상으로 한연구, 운동 수행을 위한 최적의 산소 농도를 찾는 연구, 측정 및 분석 생리 변수의 다양화 등에 관한 연구가 필요할 것이다. 이러한 결과들은 정상인뿐만 아니라, 심장질환자의 운동 처방 프로그램에 활용될 수 있는 기초 자료를 제공할 수 있을 것이다.
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