[논문]호흡 주기와 자세에 따른 자율신경계의 변화

송성인; 구봉오

doi:10.15268/ksim.2018.6.2.017

호흡 주기와 자세에 따른 자율신경계의 변화
Autonomic Nervous System Changes Associated with Respiratory Cycle and Posture 원문보기

Journal of the Korean Society of Integrative Medicine = 대한통합의학회지, v.6 no.2, 2018년, pp.17 - 23

송성인 (부산가톨릭대학교 대학원 물리치료학과) , 구봉오 (부산가톨릭대학교 물리치료학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Purpose : The purpose of this study was to investigate whether the respiratory cycle and posture can modulate the autonomic nervous system. Methods : Thirty-two healthy men and women, aged 20-30 years, were enrolled in this study. We conducted 2-second and 6-second respiratory cycle with the subjects in standing, sitting, and supine positions, respectively. Their heart rate variability was measured in each position for both cycle lengths. Results : The low frequency/high frequency (LF/HF) ratio is derived from heart rate variability. In the 2-second respiratory cycles, the LF/HF ratios were highest in standing, sitting, and supine position in descending order. There was a significant difference in heart rate between standing and sitting positions (P<.005). In addition, there was a significant difference in heart rate between standing and supine position (P<.000). In the 6-second respiratory cycles, the LF/HF ratios were again highest in a standing, sitting, and supine position in descending order. However, posture was not found to make a significant difference in this case. Conclusion : Respiratory cycle and posture effectively modulated the autonomic nervous system. Further studies of the clinical application of these results should be conducted.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

하지만 기존의 연구에서 호흡 주기 중재 시 자율신경계를 측정할 때, 앉은 자세 또는 일상생활 중에 조사하였으며, Hayano(1994)의 연구에서는 호흡 주기 중재 시 경사대를 사용하여 누운 자세와 70 °까지 기립한 위치에서 자율신경계의 영향을 조사하였지만, 완전히 90 °로 선 자세와 앉은 자세에서의 영향은 알아볼 수 없었다. 따라서 본 연구는 호흡 주기 중재 시 자세에 대한 요인을 고려해 누운 자세, 앉은 자세, 선 자세에서 호흡 주기를 설정하여 심박 변이도를 측정하였으며, 이를 통해 자율신경계의 변화를 알아보고 교감신경과 부교감신경을 효과적으로 조절할 수 있는 방법을 제시하고자 하였다.
본 연구는 호흡 주기와 자세를 통해 자율신경계를 효과적으로 조절할 수 있는지 알아보기 위해 시도되었다. 두 호흡 주기를 비교하였을 때 2초 호흡 주기가 6초 호흡 주기에 비해 모든 자세에서 저주파/고주파 비의 수치가 더 높았다.

가설 설정

호흡 주기의 설정은 정상 성인의 1분 평균 호흡수를 15회라고 하였을 때, 1회 호흡 시 들숨과 날숨이 각각 2초로 구성되어 평균 4초가 걸린다고 가정하였다. 1회 호흡 시 걸린 4초를 기준으로 빠른 호흡 주기와 느린 호흡 주기를 설정하였으며, 빠른 호흡 주기는 4초 기준에 대해 50 % 감소된 시간으로 들숨과 날숨을 각각 1초로 구성하여 2초 호흡 주기를 설정하였고, 1초 간격으로 청각신호를 주었다.

제안 방법

호흡 주기의 설정은 정상 성인의 1분 평균 호흡수를 15회라고 하였을 때, 1회 호흡 시 들숨과 날숨이 각각 2초로 구성되어 평균 4초가 걸린다고 가정하였다. 1회 호흡 시 걸린 4초를 기준으로 빠른 호흡 주기와 느린 호흡 주기를 설정하였으며, 빠른 호흡 주기는 4초 기준에 대해 50 % 감소된 시간으로 들숨과 날숨을 각각 1초로 구성하여 2초 호흡 주기를 설정하였고, 1초 간격으로 청각신호를 주었다. 느린 호흡 주기는 4초 기준에 대해 50 % 증가된 시간으로 들숨과 날숨을 각각 3초로 구성하여 6초 호흡 주기를 설정하였고, 3초 간격으로 청각신호를 주었다.
호흡의 형태는 들숨 시 코로 들이마시며 자연스레 배가 나오게 하였으며, 날숨 시 입으로 내쉬며 배가 들어가게 하였다. 각각 2분 30초 동안 심박 변이도를 측정하였고 이와 같은 방법으로 선 자세 그리고 누운 자세 순서로 동일하게 측정하였다.
1회 호흡 시 걸린 4초를 기준으로 빠른 호흡 주기와 느린 호흡 주기를 설정하였으며, 빠른 호흡 주기는 4초 기준에 대해 50 % 감소된 시간으로 들숨과 날숨을 각각 1초로 구성하여 2초 호흡 주기를 설정하였고, 1초 간격으로 청각신호를 주었다. 느린 호흡 주기는 4초 기준에 대해 50 % 증가된 시간으로 들숨과 날숨을 각각 3초로 구성하여 6초 호흡 주기를 설정하였고, 3초 간격으로 청각신호를 주었다. 청각신호는 PC용 메트로놈(Fretway Metro) 프로그램을 사용하였다.
실험실은 쾌적한 환경을 위해 온도 22 °, 습도 65 %로 유지하였다. 대상자는 실험 전 의자에 앉아 10분간 안정을 취한 후 좌측 검지에 맥파계(uBioClip v70, Biosense creative, Korea)를 장착하였다. 이후 PC용 메트로놈(Fretway Metro)을 사용하여 청각신호를 준 뒤 앉은 자세에서 2초 호흡 주기와 6초 호흡 주기를 순서대로 시행하였다.
본 연구는 부산광역시 소재에 거주하고 있는 평소 호흡 훈련을 받은 경험이 없는 건강한 성인 남녀 32명을 대상으로 실시하였으며, 호흡과 자세 유지에 영향을 줄 수 있는 심혈관계 질환과 근골격계 질환을 가진 자는 제외하였다. 대상자는 연구에 대한 내용을 충분히 이해하고 동의한 자로 하였으며, 실험측정 3시간 전 자율신경계에 영향을 줄 수 있는 카페인, 흡연, 과도한 신체활동을 제한하였다. 연구대상자의 일반적 특성은 표 1과 같다.
대상자는 실험 전 의자에 앉아 10분간 안정을 취한 후 좌측 검지에 맥파계(uBioClip v70, Biosense creative, Korea)를 장착하였다. 이후 PC용 메트로놈(Fretway Metro)을 사용하여 청각신호를 준 뒤 앉은 자세에서 2초 호흡 주기와 6초 호흡 주기를 순서대로 시행하였다. 호흡의 형태는 들숨 시 코로 들이마시며 자연스레 배가 나오게 하였으며, 날숨 시 입으로 내쉬며 배가 들어가게 하였다.
자율신경계의 측정을 위해 맥파계(uBioClip v70, Biosense creative, Korea)를 사용하여 심박 변이도를 측정하였다. 심박 변이도를 이용한 주파수 영역 분석에서 0.

대상 데이터

본 연구는 부산광역시 소재에 거주하고 있는 평소 호흡 훈련을 받은 경험이 없는 건강한 성인 남녀 32명을 대상으로 실시하였으며, 호흡과 자세 유지에 영향을 줄 수 있는 심혈관계 질환과 근골격계 질환을 가진 자는 제외하였다.

데이터처리

연구대상자의 일반적 특성은 기술통계를 사용하여 평균과 표준편차를 산출하였다. 저주파/고주파 비에 대해 호흡 주기와 자세의 상호작용 효과를 확인하기 위해 이원배치분산분석을 이용하여 분석하였으며 호흡 주기에 따른 각각의 자세가 저주파/고주파 비에 영향을 주는지 확인하기 위해 일원배치분산분석을 실시하고 사후검정은 Tukey를 사용하였다.
연구대상자의 일반적 특성은 기술통계를 사용하여 평균과 표준편차를 산출하였다. 저주파/고주파 비에 대해 호흡 주기와 자세의 상호작용 효과를 확인하기 위해 이원배치분산분석을 이용하여 분석하였으며 호흡 주기에 따른 각각의 자세가 저주파/고주파 비에 영향을 주는지 확인하기 위해 일원배치분산분석을 실시하고 사후검정은 Tukey를 사용하였다. 모든 통계처리는 SPSS 12.

이론/모형

4 ㎐의 고주파수(High frequency) 영역은 부교감신경계 활성도를 나타낸다. 그러나 저주파수(Low frequency) 영역은 교감신경만을 반영한다는 의견(Carvalho 등, 2003)과 교감, 부교감신경 모두의 영향을 받는다는 의견이 있어(Parazzini 등, 2007) 본 연구에서는 저주파/고주파 비(LF/HF ratio)를 사용하였다. 저주파/고주파 비는 자율신경계의 균형을 나타내는 지표이며 (Carvalho 등, 2003), 비의 증가는 교감신경의 활성을 나타내며, 비의 감소는 부교감신경의 활성을 나타낸다(곽승현 등, 2015; 김정도 등, 2011).
느린 호흡 주기는 4초 기준에 대해 50 % 증가된 시간으로 들숨과 날숨을 각각 3초로 구성하여 6초 호흡 주기를 설정하였고, 3초 간격으로 청각신호를 주었다. 청각신호는 PC용 메트로놈(Fretway Metro) 프로그램을 사용하였다.

성능/효과

2초 호흡 주기에서 선 자세가 앉은 자세와 누운 자세에 비해 유의하게 저주파/고주파 비의 수치가 증가하였으며, 6초 호흡 주기에서는 누운 자세에서 선 자세로 이동할수록 저주파/고주파 비가 증가하는 경향을 보였지만, 모든 자세 간 유의한 차이는 없었다. 이는 호흡성 동성 부정맥과 자세의 상호작용으로 인한 결과로 사료된다.
2초 호흡 주기의 경우 호흡 빈도가 높아 호흡성 동성 부정맥의 영향이 적은 상태였으며, 선 자세가 누운 자세와 앉은 자세에 비해 효과적으로 압수용기반사가 작용되어 상대적으로 다른 자세에 비해 교감신경을 과활성화시켜 저주파/고주파 비의 수치에 유의한 차이가 있었다고 사료된다. 6초 호흡 주기의 경우 호흡 빈도가 낮아 호흡성 동성 부정맥의 영향이 높은 상태였으며, 이는 선 자세를 취하여 압수용기반사가 작용하게 되더라도 호흡성 동성 부정맥의 영향으로 저주파/고주파 비의 수치가 2초 호흡 주기와 비교해 상대적으로 증가되지 않은 것으로 사료된다.
본 연구결과 2초 호흡 주기에서 선 자세가 다른 자세에 비해 유의하게 저주파/고주파 비의 수치가 증가하여, 교감신경을 효과적으로 활성화시킬 수 있었다. 6초 호흡 주기에서는 모든 자세 간 저주파/고주파 비의 유의한 차이가 없었지만, 선 자세에서 누운 자세로 갈수록 저주파/고주파 비가 감소하는 경향을 보였다. 앞으로 본 연구를 토대로 제한점을 보완하여 호흡 형태와 기간 등과 같은 자율신경계에 영향을 줄 수 있는 연구가 이루어져야 할 것이다.
본 연구는 호흡 주기와 자세를 통해 자율신경계를 효과적으로 조절할 수 있는지 알아보기 위해 시도되었다. 두 호흡 주기를 비교하였을 때 2초 호흡 주기가 6초 호흡 주기에 비해 모든 자세에서 저주파/고주파 비의 수치가 더 높았다. 이는 2초 호흡 주기가 6초 호흡 주기에 비해 교감신경이 활성화 되었다는 것을 확인할 수 있었다.
본 연구는 몇 가지 제한점이 있는데 첫째, 연령대가 20-30대로 제한되어있기에 모든 연령대에 대해 일반화 시키기 어렵다. 둘째, 2초 호흡 주기와 6초 호흡 주기만을 사용하였기 때문에 호흡 주기의 다양성이 낮았다. 셋째, 단기적인 호흡 주기를 측정하였기 때문에 장기적인 호흡주기의 영향을 알아보지 못하였다.
본 연구결과 2초 호흡 주기에서 선 자세가 다른 자세에 비해 유의하게 저주파/고주파 비의 수치가 증가하여, 교감신경을 효과적으로 활성화시킬 수 있었다. 6초 호흡 주기에서는 모든 자세 간 저주파/고주파 비의 유의한 차이가 없었지만, 선 자세에서 누운 자세로 갈수록 저주파/고주파 비가 감소하는 경향을 보였다.
호흡 주기와 자세의 상호작용도 유의한 것으로 확인되어(p<.05), 호흡 주기와 자세에 따라 저주파/고주파 비에 영향을 미친 것으로 나타났다.

후속연구

따라서 본 연구를 토대로 임상에 적용할 때 , 운전 시 졸음 등과 같이 단순자극으로 인해 각성 수준의 저하가 발생될 때(고한우와 김연호, 1997; 양희경 등, 2013) 빠른 호흡 주기가 교감신경계를 활성화하여 각성 수준을 증가시키는데 도움을 줄 수 있을 것이며, 스트레스 상황과 같이 빠른 호흡 주기 상태에서는 선 자세를 취하지 않는 게 교감신경계의 과활성화를 피할 수 있을 것이다. 반대로 안정 상태를 취할 때 누운 자세에서 느린 호흡 주기를 하는 것이 부교감신경계를 효과적으로 활성화시킬 수 있을 것이다.
본 연구는 몇 가지 제한점이 있는데 첫째, 연령대가 20-30대로 제한되어있기에 모든 연령대에 대해 일반화 시키기 어렵다. 둘째, 2초 호흡 주기와 6초 호흡 주기만을 사용하였기 때문에 호흡 주기의 다양성이 낮았다.
6초 호흡 주기에서는 모든 자세 간 저주파/고주파 비의 유의한 차이가 없었지만, 선 자세에서 누운 자세로 갈수록 저주파/고주파 비가 감소하는 경향을 보였다. 앞으로 본 연구를 토대로 제한점을 보완하여 호흡 형태와 기간 등과 같은 자율신경계에 영향을 줄 수 있는 연구가 이루어져야 할 것이다.
넷째, 흉식 호흡 또는 복식 호흡과 같은 호흡 형태는 스트레스와 자율신경계에 영향을 줄 수 있는데(Park 등, 2004), 다양한 호흡 형태의 설정이 없어 이에 따른 영향을 알아보지 못하였다. 추후 이러한 제한점을 보완하여 자율신경계를 효과적으로 조절할 수 있는 방법들이 연구되어야 할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	교감신경의 과도한 활성은 어떠한 질병의 위험성이 늘어나는가?	하지만 육체적, 정신적 스트레스로 인해 지속적으로 교감신경이 활성화되면 혈당과 혈압이 상승하게 되며, 자율신경계의 불균형이 발생하게 된다(김지선, 2014). 이러한 교감신경의 과도한 활성은 심혈관질환의 위험을 높이며(Curtis와 O'keefe, 2002), 신체의 항상성을 파괴해 여러 가지 질병을 유발하게 된다(이미정 등, 2008). 또한 스트레스는 호흡과 밀접한 관계가 있으며, 스트레스 상황 시 호흡은 빠르고 얕아지며 반대로 호흡을 느리고 깊게 하면 이완상태로 돌아오게 된다(여상훈, 2008).
	항상성이란?	자율신경계는 서로 길항작용을 하는 교감신경계와 부교감신경계로 구성되어 있다. 교감신경이 자극을 받으면 에너지가 소비되고 긴장상태에 이르게 되며, 부교감신경이 자극을 받으면 에너지가 축적되고 이완상태에 이르게 된다. 이처럼 에너지 소비와 축적을 반복하는 신경학적인 조절을 항상성이라고 하며 자율신경계는 무의식적인 조절을 통해 항상성을 유지하게 된다(정형재 등, 2016).
	느리고 깊은 호흡을 통해 스트레스를 감소시키면 어떻게 되는가?	느리고 깊은 호흡은 스트레스와 불안감 등을 조절하기 위해 사용되어왔으며, 호흡을 통한 복부와 횡격막 확장은 스트레스 감소 효과에 즉각적으로 반응하게 된다(Consolo 등, 2008; Greenberg, 2006; Wilkinson 등, 2001). 이는 심박 변이도에 영향을 주게 되며, 부교감신경의 활성을 증가시키고, 교감신경의 활성이 감소하게 되어 자율신경계에 긍정적인 변화를 가져오게 된다(Vidigal 등, 2016; Paprika 등, 2014). 이처럼 호흡은 자율신경계를 조절하기 위한 하나의 방법으로 중재되어 왔다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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