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문제 정의
- 또한 인체 의 체온 사이클과 수면단계는 밀접한 관계가 있다는 점을 고려할 때 잠에서 깰 무렵인 수면 후 기에는 따뜻하게 유지하는 것이 수면에 도움이 될 것이다.'成 따라서 본 연구는 제 1보 수면 전후의 설문과 제2보 평균 피부온도 및- 생리신호 분석 에 이어 수면 중 실내온도 상승에 따른 피험자의 수면상태를 검토하기 위해 평균 피부온도와 수면 생리신호를 이용한 수면단계 및 수면의 효율성, 수면 후 설문 등을 종합적으로 분석하여 쾌적한 수면을 위한 실내온도 상승조건을 검토하고자 하였다.
제안 방법
- 전극 부착이 끝난 후 실험에 앞서 먼저 피험자 가 전극이나 환경에 의해 불편함을 느끼고 있는 지의 여부를 확인하고, 수면실험에 방해가 될 만 한 요소들이 없는지 확인하였다. 그리고 전극 부 착상태와 리드선의 결합 여부를 확인하고, 모니 터링되어지는 신호를 관찰하여 전원이나 전극접촉 불량 등으로 인한 노이즈가 없는지 확인하였다. 이러한 실험장비의 조정에 관한 확인이 끝나면, 실험시작 전 기록(recording)에서 장비상의 문제 나 피험자에게서 발생하는 문제를 알기 위해 피 험자 보정(subject calibration)과정을 수행하였다.
- 제 1보 및 제2보의 실험 및 설문에서 24℃ 및 26℃ 조건이 수면에 양호한 조건으로 판단되어 수면 초기에는 25℃, 70%의 조건에서 수면을 취 하게 하였다. 그후 소등시점으로부터 60분, 120분 후에 실내온도를 1℃, 2℃ 상승시키는 4가지 조 건으로 실험을 실시하였다.
- 수면실험에 앞서 피험자들에게 예비교유을 실 시하여 실험에 대한 충분한 이해를 시켰다. 또한 실험기간 중 실험에 영향을 줄 수 있는 무리한운동이나 과로, 과식, 음주 등을 금하게 하였고 평상시와 동일한 각성-수면 주기를 유지하도록 통 제하였으며, 주간에 매 시간마다 체온을 측정하 게 하여 일주기 리듬을 살펴보았다.
- 본 연구에서는 수면 후기 체온하강에 주목하여 체온보상의 관점에서 실온을 상승시키는 실험을 하였고, Fig. 4에 실험 방법을 나타냈다.
- 특히 서파수면(slow wave sleep, SWS) 라고 불려지는 수면 3, 4단계는 깊은 수면단계를 나타내기 때문에 수면효율 계산에 많이 이용되어 지고 있다. 본 연구에서는 온열환경에 따른 수면 의 상태를 알아보고자 전체 수면시간 중에서 각 성상태를 제외한 실제 수면시간을 합한 총 수면 시간, 수면 시작시간부터 최초에 수면 3, 4단계가 나타나기까지의 지연시간인 SWS latency, 그리고 전체 수면에 대한 수면 3, 4단계의 비율을 계산하여 적용하였다. Fig.
- 피험자는 매일 21시경 실험실에 도착하여 약 2 시간 동안 환경실험실에 적응하였다. 생리신호 및피부온도 측정을 위해 각종 센서 부착 후 피험자 가 잠이 온다는 신고를 하면 소등(light off)을 하여 8시간 동안 수면을 취하였다. 실험진행순서 및 측정항목을 Fig.
- 열전대와 습도센서에서 측정된 데이터는 데이터로 그(FLUKE NetDAQ)를 통해 PC에서 매 30초 간 격으로 저장되도록 하였다. 생리신호는 Polygraph (San-ei 386)를 이용하여 뇌파, 심전도, 안구전도, 근전도를 측정하였으며, 아날로그 출력신호를 HP- Vee 4.0 프로그램을 이용하여 A/D 변환(DT 3001) 된 디지털 신호를 컴퓨터에 실시간으로 저장하여 수면단계 및 수면효율 분석에 이용하였다. 생리신 호 수집 및 분석 프로그램을 Fig.
- 3에 나타내었다. 수면 전의 피 험 자의 상태를 알아보기 위한 간단한 설문조사를 실 시하고, 전극을 부착하였다(제1, 2보 참조).
- 전체 34개 설문 중에 수면 후 온열쾌적감에 관련된 항목 중에서 통계적으로 유의차를 나타낸 수면 충족감, 온습도 쾌적감, 피로회복감 등을 분 석하였다. 실험에 사용한 설문내용은 각 의미척 도를 7등분(1~7)하여 신고하도록 하였다.
- 2mm인 T형 C-C 열전대 로써 Hardy & DuBois의 7점법(복부, 이마, 팔, 대 퇴, 하퇴, 발등, 손등)으로 부착하여 측정하였다. 열전대와 습도센서에서 측정된 데이터는 데이터로 그(FLUKE NetDAQ)를 통해 PC에서 매 30초 간 격으로 저장되도록 하였다. 생리신호는 Polygraph (San-ei 386)를 이용하여 뇌파, 심전도, 안구전도, 근전도를 측정하였으며, 아날로그 출력신호를 HP- Vee 4.
- 그리고 전극 부 착상태와 리드선의 결합 여부를 확인하고, 모니 터링되어지는 신호를 관찰하여 전원이나 전극접촉 불량 등으로 인한 노이즈가 없는지 확인하였다. 이러한 실험장비의 조정에 관한 확인이 끝나면, 실험시작 전 기록(recording)에서 장비상의 문제 나 피험자에게서 발생하는 문제를 알기 위해 피 험자 보정(subject calibration)과정을 수행하였다. 이러한 과정이 끝나면 불을 끄고 데이터를 저장 하도록 하였으며 이후 8시간 동안 수면데이터를 측정하고 피험자를 깨웠다.
- 전극 부착이 끝난 후 실험에 앞서 먼저 피험자 가 전극이나 환경에 의해 불편함을 느끼고 있는 지의 여부를 확인하고, 수면실험에 방해가 될 만 한 요소들이 없는지 확인하였다. 그리고 전극 부 착상태와 리드선의 결합 여부를 확인하고, 모니 터링되어지는 신호를 관찰하여 전원이나 전극접촉 불량 등으로 인한 노이즈가 없는지 확인하였다.
- 개개인의 주관신고 차이는 크게 나타나지 않았다. 전체 34개 설문 중에 수면 후 온열쾌적감에 관련된 항목 중에서 통계적으로 유의차를 나타낸 수면 충족감, 온습도 쾌적감, 피로회복감 등을 분 석하였다. 실험에 사용한 설문내용은 각 의미척 도를 7등분(1~7)하여 신고하도록 하였다.
- 제 1보 및 제2보의 실험 및 설문에서 24℃ 및 26℃ 조건이 수면에 양호한 조건으로 판단되어 수면 초기에는 25℃, 70%의 조건에서 수면을 취 하게 하였다. 그후 소등시점으로부터 60분, 120분 후에 실내온도를 1℃, 2℃ 상승시키는 4가지 조 건으로 실험을 실시하였다.
- 환경물리량인 온도는 실험실 중앙의 바닥면 기준 10 cm, 60 cm, 110 cm에 직경 0.2 mm T형 C~C 열전대를 두어 계측하였고, 110cm 지점에서는 글 로브 온도와 습도(BEAM)를 측정하였다. 인체측 평균 피부온도는 직경 0.
대상 데이터
- 피험자는 100여명을 대상으로 수면실태 설문조 사와 예비실험을 실시하여, 생활주기 및 수면양상 이 비슷하고, 생리신호(EEG)를 기반으로 한 예비 실험에서 건강에 이상이 없는 여자 피험자 5명을 선택하였다. 선택된 피험자의 특성은 나이 19.8±1.5세, 신장 164.2+4.6cm, 체중 51.4±4.1 kg이었다.
- 인공환경실험실은 가로 4.1m, 세로 4.9m, 높이2.7m의 크기이며 4벽면과 천장, 바닥이 단열재로 서 충분히 단열되었으며 온도와 습도는 항온항습 기로 조절이 가능하다. 실내는 수면공간을 위해 판넬을 사용하여 분리하였으며, 항온항습기에 의해 조절된 공급공기는 덕트를 통해 실내로 공급 되었다.
- 피험자는 100여명을 대상으로 수면실태 설문조 사와 예비실험을 실시하여, 생활주기 및 수면양상 이 비슷하고, 생리신호(EEG)를 기반으로 한 예비 실험에서 건강에 이상이 없는 여자 피험자 5명을 선택하였다. 선택된 피험자의 특성은 나이 19.
이론/모형
- 2 mm T형 C~C 열전대를 두어 계측하였고, 110cm 지점에서는 글 로브 온도와 습도(BEAM)를 측정하였다. 인체측 평균 피부온도는 직경 0.2mm인 T형 C-C 열전대 로써 Hardy & DuBois의 7점법(복부, 이마, 팔, 대 퇴, 하퇴, 발등, 손등)으로 부착하여 측정하였다. 열전대와 습도센서에서 측정된 데이터는 데이터로 그(FLUKE NetDAQ)를 통해 PC에서 매 30초 간 격으로 저장되도록 하였다.
성능/효과
- (1) 설정온도변화에 대한 신체 움직임의 유의차 및 뚜렷한 차이도 나타나지 않았지만, 60분 후 1℃ 상승시키는 조건이 신처"움직임이 적게 나타났다.
- (2) 실내온도를 60분 후 26℃로 상승시키는 조 건이 수면 충족감과 온습도 쾌적감이 가장 높게 나타났고, 120분 후 27℃로 상승시키는 조건은 수면 후 피로 회복감이 좋았다.
- (3) 실내온도를 상승시킨 경우 평균 피부온도 변화폭은 34.5~35.5℃ 범위 내에서 변화하였고, Ogino 등이 제안한 결과와 일치함을 나타냈다.
- 6에 전체 수면시간 동안 온도조건별 피험자 간의 신체 움직임 조합을 평균한 것을 나 타내었다.(4) 설정온도 변화에 대한 신체 움직임의 유의차 및 뚜렷한 차이는 나타나지 않았지만, 60 분 후 1℃ 상승시키는 조건이 신체 움직임이 적게 나타났다.
- (4) 실내설정온도를 일정하게 유지한 경우와 일 정시간 경과 후 온도를 상승시킨 경우 상승시킨 쪽이 수면효율이 높음을 나타냈다. 26℃의 경우 온도를 1℃ 상승시킨 쪽의 수면효율이 5~7% 정도 높았다.
- 전체적으로Fig. 7과 유사한 결과를 나타냈으며 각 조건별로 쾌적하다고 신고하였지만, 수면 60분 후 설정온 도를 25℃에서 26℃로 상승시키는 조건이 가장 쾌적함을 나타내었다.
- 모든 조건에서 총 수면시간에는 큰 차이를 보이지 않았다. 그러나 수면 후 실내온도 상승 실험임을 고려하여 Fig. 12와 같이 수면 3, 4단계(깊은 수면) 지속시간을 분석한 결과 26℃-60분 조건과 26℃-120분 조건 이 다른 조건보다 양호한 것으로 나타났다.
- 9는 각 조건별 피험자들의 수면 후 피로 회복감을 나타내었다. 수면 120분 후 25'C에서 271로 상승시키는 조건이 수면 후 피로 회복감 이 좋았다.
- 13은 각 실험조건별 수면효율을 나타냈다. 수면효율은 27℃-120분 조건에서 가장 높은 효율 을 보였으며 26C-60분, 26℃-120분, 27℃-60분 조건의 순서로 나타났다. 하지만 각 분석에 대한 신 뢰성 검증결과 3, 4단계 지속시간에서 26℃-120분 과 27℃-120분 사이에서만 유의한 차가 있었을 뿐 총 수면시간과 수면효율 분석에서는 각 온도 차 간에 유의한 차가 없었다.
- 10의 전반적인 평균 피부온도의 변화경향은 수면 후 온도상승 시점에 다소 상승하였다가 시간의 경과와 더불어 하강을 하며, 기상 직전 상승하는 인체의 체온 일주기 리듬 형태를 나타너고 있다. 실험조건 모두가 쾌적수면 피부온도의 범위로제안된 34.5~35.5C 내에서 변화하였고, Ogino 등이 제안한 결과와 일치함을 나타냈다(5) 따라서 수 면시 체온 일주기 변화 형태에 따른 평균 피부온 도의 경시변화와 쾌적범위를 고려할 때 실내온도 를 일정시간 후에 상승시키는 온도조건도 편안하 게 수면을 취하게 할 수 있음을 나타낸다.
- 수면효율은 27℃-120분 조건에서 가장 높은 효율 을 보였으며 26C-60분, 26℃-120분, 27℃-60분 조건의 순서로 나타났다. 하지만 각 분석에 대한 신 뢰성 검증결과 3, 4단계 지속시간에서 26℃-120분 과 27℃-120분 사이에서만 유의한 차가 있었을 뿐 총 수면시간과 수면효율 분석에서는 각 온도 차 간에 유의한 차가 없었다.
후속연구
- 그러므로 열대야 현상이 일어나는 동안에는 쾌적하고 편안한 수면 을 위하여 수면 초기에는 약간 시원함을 제공하여 잠들기 쉽게 하는 것이 필요하다. 또한 인체 의 체온 사이클과 수면단계는 밀접한 관계가 있다는 점을 고려할 때 잠에서 깰 무렵인 수면 후 기에는 따뜻하게 유지하는 것이 수면에 도움이 될 것이다.'成 따라서 본 연구는 제 1보 수면 전후의 설문과 제2보 평균 피부온도 및- 생리신호 분석 에 이어 수면 중 실내온도 상승에 따른 피험자의 수면상태를 검토하기 위해 평균 피부온도와 수면 생리신호를 이용한 수면단계 및 수면의 효율성, 수면 후 설문 등을 종합적으로 분석하여 쾌적한 수면을 위한 실내온도 상승조건을 검토하고자 하였다.
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