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한충수 농학박사 충북대학교 농기계공학과 교수
이해철 매직유라주식회사 연구원
리 혁 충북대학교
제 1 장 서언
현대 사회는 생활수준이 향상되고 건강한 삶을 영위하기 위한 욕구가 증대되면서 주택·사무실 등의 건축재도 제품의 고급화 및 기능성을 추구하고 있고, 업계에서도 친환경·기능성 제품 개발에 관심이 높아지고 있다.
현대 사회는 교통수단의 발달, 기계화, 도시화, 직업의 전문화 등으로 인간은 신체적 활동에 제한을 받고 있다. 따라서 현대인들은 적절한 운동이나 사우나, 온열요법 등을 통해 건강을 유지하고 증진시키고 있는 추세이다.
그러나 바쁜 일상생활을 하는 현대인들은 시간과 장소 등의 제약으로 운동량이 부족하기 때문에 찜질 및 사우나 시설을 이용하여 인위적으로 땀을 배출시키는 경우가 증가하고 있다.
찜질 및 사우나 시설에 일정시간 있게 되면, 인체는 혈관의 확장 등으로 혈류량을 조절하여 땀을 배출하고, 체온을 유지하게 된다. 그러나 찜질 및 사우나 시설이 매우 높은 고온으로 설정되는 경우 쉽게 지치므로 특히 노약자나 임산부, 고혈압 환자 및 심장계통환자들의 경우에는 고온에 노출되면 이상 증세를 나타낼 우려가 있어 사용에 제약을 받게 된다.
이러한 이유로 새로운 형태의 기능성 찜질 및 사우나 시설과 방법이 보급되고 있고, 원적외선과 음이온 관련 소재를 이용한 찜질 및 사우나 시설 등이 그 예이다.
또한 최근 새집증후군에 의한 문제가 부각되면서 건강한 삶에 대한 관심이 높아지고, 건축자재에 황토·광석·숯 등을 첨가하거나 재질 및 구조를 개선하여 원적외선과 음이온 방출, 항균, 정전기 방지 및 소음흡수 등의 기능성 제품이 출시되고 있다.
그러므로 기능성 제품을 사용한 환경이 인체에 미치는 영향을 정량적으로 분석하여 기능성 소재의 특성을 검증할 필요가 있다.따라서 본 연구에서는 고온 사우나와 중저온 원적외선 찜질이 인체의 미치는 영향과 음이온환경이 인체에 미치는 생리적 변화를 비교 분석하였다.
제 2 장 연구방법 및 측정항목
2. 1 연구 방법
1) 원적외선
연구대상은 성인남녀 30명을 원적외선 찜질군과 고온 사우나군으로 분류하여 실험하였다.
원적외선 찜질군은 세라믹볼과 약염으로 조성된 40~50℃의 찜질시설을 이용하였고, 고온 사우나군은 내부온도 80~120℃인 일반 사우나시설을 이용하였다.
피실험자에 대한 초기 생리학적 상태의 측정은 두 군 모두 일정한 온도(23~26℃)의 실내에서 일반 매트 위에 30분간 편안히 누운 상태로 안정시킨 후 초기 생리학적 상태인 뇌파, PTT (Pulse Transit Time), 가속도맥파(Accelerated Plethysmogram), 체온 및 체열분포, 혈압, 맥박, 국소발한량(사우나 및 찜질 직후만 측정)을 측정하였다
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원적외선 찜질은 초기 안정 후에 40~50℃의 찜질용 세라믹조성물을 얼굴을 제외한 전신에 덮고 7~13분 정도 찜질을 한 후에 찜질 조성물을 제거하고, 40℃ 정도의 실내에서 20분 내외로 땀을 배출시킨 후 상기항목을 측정하였다. 고온 사우나군은 초기 안정 후에 휴식과 사우나를 반복해서 30분간 2회에 걸쳐 실시한 직후 상기에 서술한 항목을 측정하고, 일정한 온도의 실내에서 30분간 휴식을 취한 상태에서 상기 항목들을 재측정했다.
그림 2-1에 원적외선과 음이온 실험 진행과정의 측정 흐름도를 나타내었다.
휴 식 원적외선 찜질, 고온 사우나 실시 휴 식
(생체리듬 안정) (생체리듬 안정)
30분 30분간 휴식과 병행하여 실시 30분 90(min)
초기 측정 사우나 직후 측정 안정상태 측정
그림 2-1. 원적외선 찜질과 사우나 효과의 생리학적 상태 측정 흐름도
2) 음이온
측정시 온도는 27~29℃이었고, 피실험자는 건강한 성인 남성 60명을 대상으로 일반 환경과 음이온환경에 각각 30씩 실시하였다. 먼저 그림 2-1과 같이 측정 전에 20분간 편안히 누운 상태로 안정시킨 후, 초기 상태의 뇌파, PPAT, 가속도맥파, 말초혈액 도말 표본검사, 체온, 혈압, 맥박을 측정하고, 안정상태를 취하게 하면서 20분 경과 후부터 10분 간격으로 5회 측정하였다. 이후 음이온 환경을 제거하고 20분간 일반휴식을 취한 후에 생리학적 변화를 측정하여 음이온 환경과 일반 환경의 변화를 비교하였다.
휴식 일반 및 일반 및
(생체리듬 안정) 음이온 환경에서 인체 측정 음이온환경 제거 후 휴식
20분 20분
초기 20 30 40 50 60 80(min)
측정 측정 측정 측정 측정 측정 측정
그림 2-2. 음이온 효과의 생리학적 상태 측정 흐름도
2. 2 측정항목 및 방법
1) 음이온측정
음이온측정은 공기흡입식 이온측정기(ITC-201A, INTI Co., Japan)를 이용하여 측정하였다.
측정은 일주일간 연속적으로 6회에 걸쳐 실시하여 평균값으로 나타내었다.
2) 뇌파
뇌파측정기기는 뉴로피드백시스템을 이용한 뇌파측정기(Neuroharmony, 브레인테크(주), 한국)를 이용하였다. 뉴로피드백시스템은 쌍극유도법을 이용하여 전두엽에서 좌뇌와 우뇌의 뇌파를 동시에 측정하며 측정된 뇌파의 초기 데이터(raw data)와 파형을 분석하고, 잡파(artifacts)의 유입여부를 확인한 후, 잡파가 포함되지 않은 자료에 대해서 고속푸리에변환(FFT: Fast Fourier Transform)을 이용하여 주파수별 진폭 세기의 제곱근을 뇌파의 활성도(activity)로 나타낸다.
분석에 사용된 뇌파의 주파수 범위는 0~30Hz까지 이며, Delta(δ)파는 0~3Hz, Theta(θ) 4~7Hz, Alpha(α) 8~13Hz, SMR 12~15Hz, Beta_L 14~20Hz, Beta_H 21~30Hz로 구분된다.
통상 긴장이완과 안정된 휴식시에는 10㎐ 전후의 Alpha파가 우세파로 출현하며, 주위집중 시에는 SMR파, 작업중에는 Beta_L파 그리고 긴장상태나 스트레스, 흥분 시에는 Beta_H가 높아진다고 보고되어 있다
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피실험자의 뇌파 측정은 편안히 누운 상태에서 이마에 센서를 부착하고, 1분 동안 뇌파의 활성도로 측정하였다. 파장별 뇌파의 활성도는 백분율로 환산한 값과, 초기안정상태의 뇌파의 활성도 값과 시간별 활성도 값과의 차인 상대적 변화량으로 나타내었다. 그리고 뇌파의 개선효과는 알파파의 활성도를 하이베타파의 활성도로 나눈(Alpha/Beta_H) 값을 이용하여 나타내었다.
3) PTT(Peripheral Transit Time)
PTT는 심장에서 말초혈관까지의 맥파도달 시간으로 혈관을 통한 맥파속도(PWV)가 감소하면 맥파도달 시간은 길어지고, 맥파속도가 증가하면 짧아진다. 맥파속도가 증가하여 맥파도달 시간이 짧은 경우는 고혈압, 혈관구경의 감소, 혈관의 경화 등에 의해서이고, 맥파도달 시간이 길은 경우는 건강하고, 혈관의 유순도가 양호한 상태의 경우이다.
측정은 디지털생체신호기록기(PPAT Physiolab, (주)새로텍, Korea)를 이용하였고, 양손 팔목에서 측정한 심전도파형(ECG)과 양손 검지 끝부분에서 측정한 맥파신호(pulse amp)의 피크 사이에서 맥파도달 시간(ms)을 측정하였다. 분석은 30초간의 측정 데이터에서 잡파가 없는 20초간의 데이터를 이용하였다.
4) 가속도맥파(Accelerated Plethysmogram)
혈류량의 측정은 혈압의 측정과 함께 말초로 혹은 말초에서 혈액의 흐름이 어떻게 일어나는가를 파악하는 매우 중요한 지표이다. 가속도맥파는 동맥관의 팽창, 수축을 측정하는 용적맥파를 2차 미분한 것으로 지첨가속도맥파 파형(acceleration pulse waveform)과 스코어로 출력되어 연령대별 건강상태 평가와 말초 혈액순환 동태의 평가로 이용된다.
가속도맥파가 상승하는 원인은 혈관이 확장되고 혈류속도가 증가하여 혈액순환상태가 향상될 때이다.
가속도맥파는 비침습적으로 진단할 수 있는 Acceleration Plethysmograph(APG-100, MISAWA, Japan)를 이용하여 왼손 검지 끝부분에서 측정하였다. 가속도맥파는 그림 2-3과 같이 건강상태가 양호한 순서대로 A+~G- 파형으로 분류하고, 이것을 그림 2-4와 같이 22종류의 파형으로 세분한다. 분석은 가장 양호한 A파형 중 A+파형을 22점으로 하여 1점 간격으로 수치화하여 평가하였다.
5) 체온
체온측정은 적외선방사 측정법을 이용한 귓속형 체온계(DX-707, JAWAN MEDICAL, Korea)를 이용하여 측정하고, 3회 측정하여 평균값으로 나타내었다.
6) 혈압
혈압은 측정자의 주위환경과 자세 등에 따라 변화가 있으므로 일정한 조건 하에서 측정하였다.
혈압측정은 혈압계(Tensoval, Hartmann, Germany)를 이용하여 우측 상박부에서 3회 측정한 후 평균값으로 나타내었고, 수축기혈압(Systolic blood pressure)과 이완기혈압(Diastolic blood pressure)으로 나타내었다.
7) 맥박
맥박은 혈압계, 가속도맥파 측정기, PPAT 측정기에서 기록되는 세 값을 평균하여 나타내었다.
9) 자료처리 방법
일반환경과 음이온환경의 유의성 분석은 이원배치분산분석(ANOVA) 방법을 이용하였다. 유의수준은 0.05 내에서 유의성을 검정하였다.
제 3 장 결과 및 고찰
3. 1 음이온측정
표 3-1은 공기흡입식 음이온 측정기를 이용하여 측정한 음이온 방출량 결과이다. 일반환경에서는 양이온이 198개/cc, 음이온환경에서 음이온 평균수는 1178개/cc가 측정되었다.
표 3-1. 환경별 공기흡입식 이온측정 결과
(단위 : 개/cc)
환경 일반환경 음이온환경 실내온습도
측정횟수
평균 +198 -1178 25.4℃, 79.3％
3. 2 뇌파
1) 원적외선
그림 3-1은 초기 안정상태와 원적외선 찜질 후의 뇌파스펙트럼의 한 예를 나타낸 것이다.
그림3-2와 3-3는 그림3-1의 뇌파스펙트럼을 푸리에변환하여 알파(Alpha)파와 하이베타(Beta_H)파만을 별도로 나타낸 것이다. 그림에서 보는 바와 같이 초기 안정상태의 뇌파와 사우나 후 안정상태의 뇌파에서 알파파는 증가하고 하이베타파는 약간 감소한 것을 알 수 있다
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그러나 그림 3-1부터 3-3에서와 같이 삼차원 곡선형태의 스펙트럼으로는 정량적인 분석에 어려움이 있어 고속푸리에변환(FFT: Fast Fourier Transform)을 이용하여 각 주파수별 진폭의 값을 취하고, 이것을 뇌파활성도(%) 및 상대적 출현량(%)으로 나타내었다.
그림 3-4, 3-5는 고온 사우나, 그림 3-6과 3-7은 원적외선 찜질 후 각각의 경과시간에 따른 뇌파별 활성도 변화와 상대적 출현량 변화를 나타낸 것이다.
그림 3-4와 3-6의 뇌파활성도는 Theta ＞ Alpha ＞ SMR ＞ Beta_L ＞ Beta_H 순으로 나타났다. 고온 사우나와 원적외선 찜질군에서는 사우나시에 세타파는 감소하고 알파파가 유의하게 변화하는 것으로 나타났다. 그림 3-4에서 고온 사우나의 경우 세타파는 초기 47.8에서 사우나 직후에 43.8, 사우나 후 안정상태에서 46.9%로 나타났고, 알파파는 각각 35.3, 36.4, 36.4이었으며, 하이베타파는 각각 0.7, 1.2, 0.7로 나타났다.
그림 3-6의 원적외선 찜질군에서 세타파는 초기 52.2에서 찜질 직후 45.1, 찜질 후 안정상태에서 48.1로 나타났고, 알파파는 각각 29.18, 33.96, 32.65이었으며, 하이베타파는 각각 0.98, 0.91, 0.82로 나타났다.
그림 3-5과 3-7의 뇌파의 상대적 출현량을 살펴보면, 고온 사우나군은 사우나 직후와 안정상태에서의 알파파와 하이베타파 변화량은 큰 차이 없는 것으로 나타났으며, 원적외선 찜질군의 경우 알파파는 사우나 직후에 4.8%, 안정상태에서 3.5% 증가하였고, 하이베타파는 초기 상태보다 사우나 직후에 -0.1, 안정상태에서 -0.2로 감소하여 고온 사우나군보다 뇌파 개선 효과가 있는 것으로 나타났다.
그림 3-5와 같이 고온 사우나의 경우 세타파는 초기 47.80에서 사우나 직후에 43.81, 사우나 후 안정상태에서 46.93%로 나타났고, 알파파는 각각 35.33, 36.45, 36.45이었으며, 하이베타파는 각각 0.70, 1.19, 0.74로 나타났다. 원적외선 삼투압 찜질군에서 세타파는 초기 52.22에서 찜질 직후 45.12, 찜질 후 안정상태에서 48.11로 나타났고, 알파파는 각각 29.18, 33.97, 32.65이었으며, 하이베타파는 각각 0.98, 0.91, 0.83으로 나타났다.
그림 3-8은 각 조건별 뇌파활성도에서 긴장이완과 안정상태에서 출현하는 알파파를 스트레스·긴장 시에 출현하는 하이베타파로 나눈 값(Alpha/ Beta_H)으로 경과시간별 값에서 초기값의 차로 나타낸 것이다. 여기에서 Alpha/Beta_H 상대적 변화값이 양인 경우는 알파파가 증가되거나 하이베타파가 감소할 때이며, 음인 경우 알파파가 감소하거나 하이베타파가 증가하는 것을 의미하며, 양(+)의 수치가 나올 경우는 뇌파 개선효과가 있어 심리적으로 안정적인 상태를 의미한다.
그림에서 보는 바와 같이 원적외선 삼투압 찜질군은 Alpha/Beta_H의 상대적 변화값이 사우나 직후 7.55 증가하였으며, 사우나 후 안정상태에서도 9.56 증가하는데 반해, 고온 사우나 군에서는 사우나 직후에 -19.84, 사우나 후 안정상태에서 -1.21로 감소하는 것으로 나타났다. 통계검정 결과 두 군의 유의성이 인정되었다(p＜0.01). 따라서 원적외선 찜질이 고온 사우나보다 뇌파의 개선효과가 있는 것으로 판단된다.
(다음호에 계속)
그림 2-3. 지첨 가속도 맥파의 파형분류
그림 2-4.가속도맥파 파형 평가방법 및 분류
<초기 상태> <원적외선 찜질 후>
그림 3-1. 초기안정상태와 원적외선 찜질 후의 뇌파스펙트럼
그림 3-2. 초기상태 뇌파의 알파파와 하이베타파 확대스펙트럼
그림 3-3. 원적외선 찜질 후 안정상태의 알파파와 하이베타파 확대스펙트럼
그림 3-4 고온 사우나의 뇌파별 경과시간에 따른 활성도 변화
그림 3-5. 고온 사우나의 경과시간에 따른 뇌파별 상대적 출현량 변화
그림 3-6. 원적외선 삼투압 찜질의 뇌파별 경과시간에 따른 활성도 변화
그림 3-7. 원적외선 삼투압 찜질의 경과시간에 따른 뇌파별 상대적 출현량 변화
그림 3-8. 조건별 경과시간에 따른 △Alpha/Beta_H의 변화량
이 논문은 제2회 국제기능성건강박람회 ‘한일원적외선·음이온 기술세미나’에서 발표된 것입니다.
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