Exercise Science Vol.27, No.1, February 2018: ISSN(Online) ORIGINAL ARTICLE 남녀청소년들 (13-18 세

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1 Exercise Science ISSN(Online) ORIGINAL ARTICLE 남녀청소년들 (13-18 세 ) 의 VO 2 max 평가를위한 Astrand- Ryhming 스텝검사프로토콜을기반으로한새로운추정식개발 송정란 ¹, 이상현 ¹, 김양중 ¹, 김수진 ¹, 김도윤 ¹, 김창선 2, 박동호 ¹ ¹ 인하대학교스포츠과학과, 2 동덕여자대학교체육학과 Development of New Estimation Formula Based on Astrand-Ryhming Step Test Protocol for VO2max Evaluation of Adolescents (13-18 years) Jung-Ran Song¹, Sang-Hyun Lee¹, Yang-Jung Kim¹, Su-Jin Kim¹, Do-Yun Kim¹, Chang-Sun Kim 2, Dong-Ho Park 1 1 Department of Kinesiology, Inha University, Incheon; 2 Department of Physical Education, Dongduck Women s University, Seoul, Korea PURPOSE: To develop and validate regression models to estimate maximal oxygen uptake (VO2max) from the new estimation formula based on Astrand-Ryhming step test protocol (AR protocol) in Korean male and female youths aged years. METHODS: One hundred twenty participants performed maximal graded exercise test (GXT) on a treadmill and Astrand-Ryhming step test (AR test) to measure VO2max and VO2max estimates, respectively. Participants in the validation study performed the GXT with the stationary metabolic cart and the Astrand-Ryhming step test twice for test-retest reliability. All tests were conducted at least three days apart and in a random order. RESULTS: Mean calculated VO2max (40.43±11.57 ml/kg/min) from the Astrand-Ryhming step test equation was significantly low from that measured during the GXT from stationary metabolic cart (47.32±8.75 ml/kg/min, p<.01). New regression equations were developed from present data to predict VO2max for male and female youths: y=( sex)-(0.216 W)-(0.072 HR) (r=.772, SEE=5.64 ml/kg/min). The VO2max (47.22±6.76 ml/kg/min) of modified Astrand-Ryhming step test equation showed no significant difference from the VO2max measured through GXT. CONCLUSIONS: It is concluded that this equation developed in this study provides valid estimates of VO2max of Korean male and female youths aged years. A further study needs to develop a step test estimation equation targeting adults and elderly people in which validity and reliability are secured. Key words:vo2max, Step test, Validity, Reliability, Youths 서론 최근산업및경제발달에의한사회변화와신체활동의감소현상은아동과청소년의체력및건강저하를야기하고있다. 이러한청소년체력및건강에대한심각성을이미경험한몇몇선진국들은청소년기신체활동의유익함과필요성을인식하고국가적차원의청소년체력 및건강증진프로그램인 FITNESSGRAM, EROFIT, Trim & Fit program, The New PE 등을개발하여운영하고있다 [1]. 이에국내에서도 2008년부터청소년들의체력저하및건강증진을위한방안으로써맞춤형학생건강체력평가시스템 (physical activity promotion system, PAPS) 을개발, 운영중에있다. PAPS 에서측정되는체력요인들중심폐지구력은학생들에게가장중요한체력요인으로평가될수있으며, Corresponding author: Dong-Ho Park Tel Fax dparkosu@inha.ac.kr * 이논문은 2014 년도정부의재원으로한국연구재단의지원을받아연구되었음 (NRF-2014S1A5A2A ). Keywords VO2max, 스텝테스트, 유효성, 신뢰성, 청소년 Received 14 Jan 2018 Revised 29 Jan 2018 Accepted 5 Feb 2018 This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License ( which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. Copyright 2018 Korean Society of Exercise Physiology 71

2 이러한심폐지구력측정을위하여스텝검사 (step test), 오래달리기 -걷기, 왕복오래달리기검사 (20 m progressive shuttle run test, 20 m PSRT) 를시행하고있다 [2]. 이들심폐지구력측정을위한필드검사중스텝검사 (step test) 는유산소성운동능력을추정하는가장간편한측정방법일뿐만아니라남녀노소누구나짧은시간에좁은공간에서실시할수있는측정방법으로써개인별, 성별등에따라적절한운동강도 ( 속도및스텝높이 ) 를조절하기가용이하여인터벌트레이닝으로도활용되며, 일반인의건강관련운동을위한유용한방법으로도인정되고있다 [3,4]. 특히, 많은수의대상자를좁은공간에서측정할수밖에없는경우에스텝검사가주로활용되고있다. 더욱이스텝검사측정에소요되는장비, 인력, 시간등에서매우경제적이며효율적인방법으로써다른심폐지구력측정방법에비해비교적타당도및신뢰도가높고최대점증운동부하검사 (graded exercise test, GXT) 와같은실험실검사에비해대상자의순응도가높다 [5]. 스텝검사는스텝높이 ( 수직높이 ) 뿐만아니라수행속도 (beat/min) 를통한운동강도조절이가능한운동검사방법으로써최대심박수의 80% 수준까지수행하는최대하운동검사방법으로진행된다 [5]. 현재일선학교현장에서가장많이사용되고있는스텝검사방법으로는 Harvard 스텝검사, Astrand-Ryhming 스텝검사, YMCA 스텝검사등이있으며, 스텝검사별로스텝박스의높이, 실시속도, 시간등이다르게구성되어사용된다. 그중 Astrand-Ryhming 스텝검사의경우남녀별로스텝박스의높이를 40 cm와 33 cm로다르게실시하며, 분당 23 step/min의속도로 5분간실시한다음운동종료후 1분동안의심박수를이용하여대상자의 VO 2max를추정한다 [6]. 반면, Harvard 스텝검사는남녀모두스텝박스의높이를 50 cm로고정하여실시함으로써남녀간의신장차이및신장이작은대상자에대한상대적운동량증가등을고려하지않았다. 또한 YMCA 스텝검사는남녀모두동일하게 31 cm 높이의스텝박스를이용하지만최근청소년들의신장을고려할경우, 낮은운동부하를제공하는등 Astrand-Ryhming 스텝검사를제외한 Harvard 스텝검사, YMCA 스텝검사실시방법은우리나라청소년들의신체적특성및남녀간의신장차이를충분히고려하지않은단점이있다 [7]. 일반적으로스텝검사의경우, 가장우선시되는것은대상자의신장차이에근거한스텝높이로써스텝박스의높이가적절하지않을경우측정결과에대한신뢰도가떨어질수있기때문에남녀간의스텝박스에대한차이가고려될필요성이있다. Baek [7] 은남자중학생을대상으로스텝높이와스텝속도에따른 VO 2max의차이를비교한연구에서 45 cm 스텝박스높이에서 30회 / 분속도로수행했을때추정된 VO- 2max와 GXT 검사를통해실측된 VO 2max 간가장높은상관관계가있었음을보고하였으며, 이는스텝검사중스텝박스의높이에따라대상자의심폐지구력평가가달라질수있음을의미한다. 그럼에도불구 하고한국스포츠개발원에서선정한 YMCA검사의경우스텝박스의높이를남녀모두 30.5 cm로설정함으로써남녀간신장의차이를충분히고려하지못한스텝검사방법으로판단된다. 더욱이, 한국스포츠개발원의 YMCA 스텝검사 VO 2max 산출공식은청소년이아닌, 성인을대상으로추정된공식으로써 19세이하청소년들에게스텝검사를통한 VO 2max 추정식을그대로적용하기에는다소무리가있다. 반면, Astrand-Ryhming 스텝검사방법에기반한 VO 2max 추정방법은대상자개인별체중과심박수반응을기반으로 VO 2max를추정하기때문에개인의신체적, 체력적특성이충분히반영된 VO 2max를추정한결과로사료된다. 다만, 현재사용중인 Astrand-Ryhming 스텝검사 VO 2max 추정식은 1953년에 20대성인남녀를대상으로추정식이개발되었기때문에외국성인을대상으로한 VO 2max 추정식을한국청소년들에게적용하기에는한계가있을것으로판단된다. 더욱이, 국내에서는남녀간스텝높이의차이를둔 Astrand-Ryhming 스텝검사를이용하여청소년을대상으로추정결과에대한타당도검증이진행된바가없다. 이에본연구에서는남녀청소년들을대상으로실험실에서이루어지는최대점증부하검사 (GXT) 를통해측정된 VO 2max를준거로하여현재학교현장에서실시하고있는 Astrand-Ryhming 스텝검사추정식으로부터산출된 VO 2max에대한타당도검증을실시하고, 이를바탕으로남녀청소년들의 VO 2max를보다정확하게예측하기위하여 Astrand-Ryhming 스텝검사기반의타당도와신뢰도가확보된 VO 2max 추정식을개발, 제시하고자한다. 연구방법 1. 연구대상본연구에서는 I시소재남녀중고등학생각 10명씩총 120명을선정 ( 성별 2개, 중고등학생각 3개학년 : 10명 2남녀 6학년 ) 하였으나측정과정중다양한사유로중도포기한 10명의학생들을제외한 110명 ( 탈락률 8.33%) 이본연구에참여하였다. 이연구에참여한대상자의대상자선별조건으로는, 첫째, 심혈관질환이나대사성질환, 근골격계질환이없는건강한자. 둘째, 비흡연자. 셋째, 최근 3개월내에외과적수술을받은경험이없는자. 넷째, 최근 1주일이내에실험에영향을미칠수있는약물 ( 예 : 몸살또는감기등 ) 을투여받은경험이없는자. 다섯째, 걷거나뛰는데어려움이없는자로하였다. 본연구의진행은기관윤리위원회 (IRB) 의심의를통한승인 ( A) 을거친후참여학생과학부모들에게본연구의측정내용과이유를설명하고학부모로부터동의서를받은후본실험을실시하였다. 아울러참여학생의담임및체육교사들에게도측정내용및이유를설명하여측정협조를요청한후모든측정을진행하였다. 본연구에참 72 Jung-Ran Song, et al. Development of New Estimation Formula of Step Test for VO2max Evaluation of Adolescents

3 여한남녀학년별대상자들의특성은 Table 1 과같다. 2. 연구절차 본연구는 Fig. 1 에서처럼, 1, 2 단계로구분하여진행하였다. 1 단계측 정은기존의 Astrand-Ryhming 스텝검사를이용한 VO 2max 추정식에 대한타당도검정을실시하기위하여트레드밀을이용한최대점증운 동부하검사 (GXT) 를실시하였다. 즉, 트레드밀을이용하여 GXT 에서 얻은 VO 2max 를준거로하고기존 Astrand-Ryhming 스텝검사의추정 식을이용하여산출된 VO 2max 추정값에대한차이를검증함으로써 현재국내에서사용중인 1) Astrand-Ryhming 스텝검사의 VO 2max 추 정식에대한타당도검정을실시하고, 2) 트레드밀을이용한 GXT 에서 얻은 VO 2max 를준거로새로운스텝검사에사용할수있는 VO 2max 추정식을개발하였다. 2 단계측정에서는 1 단계에서개발된스텝검사추정식에대한신뢰 Table 1. Subject characteristics Variables Males (n=55) Females (n=55) Total (n=110) Age (yr) 14.86± ± ±1.46 Height (cm) ± ± ±8.26 Weight (kg) 62.67± ± ±10.16 BMI (kg/m 2 ) ± ± ± 2.75 LBM (kg) 52.84± ± ±8.83 Body fat (%) 16.35± ± ±9.78 Waist circumference 73.69± ± ±7.96 Hip circumference 93.29± ± ±6.42 Waist-hip ratio 0.79± ± ±0.05 HRmax ± ± ± 0.98 Values are means ± SD. BMI, body mass index; LBM, lean body mass. HRmax: [0.67 age] [8]. 도를검증하는단계로써 1단계의측정에참여한대상자들이 Astrand- Ryhming 스텝검사를반복하여재측정하였다. 이때스텝검사회귀식의투입변인인회복기의심박수, 체중및성별에대한 1차, 2차추정 VO 2- max 결과에대한차이검증을바탕으로신뢰도를평가하였다. 1) 체격및인체조성측정신장과체중은반바지와티셔츠를입은상태에서측정기기 (TBF2002. Tanita Co., Japan) 를이용하여각각 0.1 cm와 0.1 kg 단위까지계측하였다. 또한허리와엉덩이둘레모두 0.1 cm 단위까지측정하였다. 체지방을포함한체성분분석은인피던스방식의체성분분석기 (inbody 4.0, Korea) 를이용하여대상자들의체지방률 (% fat) 을측정하였다. 2) 트레드밀에서의 GXT를통한 VO 2max 측정대상자들은무선심박측정기 (POLAR, Newyork, USA) 를착용하고 10분동안안정을취한후트레드밀을이용하여 VO 2max를측정하였다 (Parvo Medics True One 2400, USA). GXT를이용한 VO 2max의측정은일반성인여성또는남성을대상으로하는 KSSI protocol ( 체육과학연구원 ) 을수정하여측정하였다. 본프로토콜의최초운동시작부하속도를 5.0 km/h, 경사도 3% ( 남녀모두 ) 에서 2분간실시하고이후단계별부하증가는경사도를고정 ( 남녀모두 3%) 한상태에서속도만 2분마다 1.5 km/h씩점증적으로증가시킨다. 운동중에는심박수, 호흡교환율, 운동자각도, 산소섭취량등을체크하면서달리기지속여부를수시로확인하고, 대상자가더이상운동을지속하지못하는상태 (allout) 까지지속시켰다. VO 2max는운동부하가증가됨에도불구하고산소섭취량 (VO 2) 의수준이항정상태일때로, 이때운동중심박수가나이로추정된최대심박수 (206.9-[0.67 age]) [8] 의 ±10 bpm 이내에있을 Recruiting participants (N=120) N=110 (drop rate 8.33%) 1 st Step. Validity verification: Comparison and correlation analysis of VO2max from GXT and VO2max from Astrand-Ryhming step test equation - 1st trial : VO2max measurement using GXT - 2nd trial : 1st Astrand-Ryhming step test for VO2max calculation Development prediction equation based on Astrand-Ryhming step test protocol in Korean teenagers 2 nd Step. Test-retest reliability: Comparison of 1st and 2nd test results obtained from Astrand-Ryhming step test protocol - 3rd trial : 2nd Astrand-Ryhming step test for VO2max calculation Fig. 1. Research procedure. 송정란외 청소년들의 VO 2max 평가를위한스텝테스트추정식개발 73

4 때그리고호흡교환율 (RER)>1.1이거나운동자각도가 17 이상일때로간주하였다. 3) Astrand-Ryhming 스텝검사및이를이용한 VO 2max 추정값산출측정검사의순서는모든대상자를무작위로선정하여측정순서를사전에결정한후일정에맞춰진행하였다. GXT 검사와 Astrand-Ryhming 스텝검사는 1주일간격으로진행함으로써검사종목간간섭효과 (interaction) 를최대한배제토록하였다. GXT 검사와함께모든대상자는 Astrand-Ryhming 스텝검사에참여하였다. Astrand- Ryhming 스텝검사의진행을위해검사원 1명과측정보조원 1명이검사위원으로서측정을진행하였다. 원활한스텝검사를위하여최소길이 4 m, 폭 4 m 이상의수평공간을확보한후, 남녀각각 40 cm, 33 cm의스텝을준비하였으며, 또한스텝검사중일정한박자를유지하기위해메트로놈을이용하여검사동안스텝의속도를통제하였다. 실험참가전에자리에앉아서최소 5분이상의안정을취한후 5분이지날때대상자의안정시심박수를측정, 기록하였다. 이를위하여대상자들은무선심박수측정기 (POLAR RS400, Finland) 를착용하게하고, 검사중심박수반응을저장하였다. 안정시심박수측정이종료된후 23 step/min의속도로 5분간스텝테스트를실시하였으며, 이때심박수는안정시부터회복기까지매 1초단위의측정결과를수집한후 5초단위평균심박수로기록하였다. 스텝검사가종료된후측정대상자는의자에앉은상태로회복기 2분까지의심박수를측정, 기록하였다. 스텝검사중측정된심박수 ( 운동종료후회복기 30초, 무선심박수측정기이용 ) 는다음의 Astrand-Ryhming 스텝검사 VO 2max 추정공식을이용하여 VO 2max 추정값을산출하였다 [9]. - 남성 : VO 2max (L/min) = ([ 체중 +5]/[ 심박수 -62]) - 여성 : VO 2max (L/min) =3.750 ([ 체중-3]/[ 심박수 -65]) * 심박수 : 실제 Astrand-Ryhming 스텝검사 VO 2max 추정공식에서사용된심박수는검사종료후 15초부터 30초까지의심박수를촉진한 후 4를곱하여분당심박수를산출하였으나본연구에서는운동종료후회복기 30초의심박수를사용함 (Polar를이용한심박수측정값 ). VO 2max (L/min) 를 VO 2max (ml/kg/min) 로변환하기위해서는, 체중 (kg) 으로나눈후 1,000을곱함. 스텝검사시관찰변인으로는대상자들의운동반응변인단계별심박수 ( 측정시및회복기등 ), 총일량등이며, 스텝검사의신뢰도를확인하기위하여 1차스텝검사후 2차스텝검사를실시하였다. 1차와 2차의스텝검사는최소 3일에서 1주일간격을두고재측정하였다. 3. 자료처리방법본연구의자료처리를위하여통계프로그램 SPSS 22.0을이용하여각변인들의평균과표준편차를산출하였다. GXT를이용하여측정한 VO 2max 결과를바탕으로 Astrand-Ryhming 추정 VO 2max 간차이비교및반복측정을통한상관분석을통해기존 VO 2max 추정식에대한타당도와신뢰도검증을실시하였다. 아울러수정된 VO 2max 추정식개발을위하여 Astrand-Ryhming 스텝검사시의운동반응변인들 ( 안정시심박수, 검사중분단위심박수, 스텝박스높이, 종료직후 5초단위평균심박수 ) 과신체특성변인 ( 성별, 신장, 체중, 체지방률, BMI 등 ) 그리고트레드밀에서의최대점증부하검사에서얻은 VO 2max 간의상관분석을실시한후요인간의상관성을바탕으로스텝검사시 VO- 2max를추정할수있는다중회귀분석 (multiple linear regression analysis) 을실시하였다. 본연구에서의모든통계적유의수준 (α) 은.05로설정하였다. 연구결과 1. 트레드밀에서의 GXT와 Astrand-Ryhming 스텝검사관련측정변인결과본연구에서는대상자들의정확한 VO 2max 측정을위하여실험실에서트레드밀을이용하여 GXT를통해 VO 2max를측정하였고또한, Table 2. Measured variables in GXT and variables related to Astrand-Ryhming step test Sex VO2max (ml/kg/min) Duration time (min) GXT Speed (km/h) HRmax (beat/min) Predicted VO2max (ml/kg/min) Astrand-Ryhming step test HR at 30 sec recovery (beat/min) Total work (kg/m) Male (n = 55) ± , ** ± ± ± ± ± , ± Female (n = 55) ± , ** 8.59 ± ± ± ± ± , ± Total (n = 110) ± , ** 9.63 ± ± ± ± ± , ± Values are means ± SD. *p<.05; **p<.01; + Difference from VO2max predicted by Astrand-Ryhming estimation equation. Astrand-Ryhming VO2max prediction; Male : VO2max (ml/kg/min) = (3.744 [(Weight+5)/(heart rate-62)])/weight 1,000; Female: VO2max (ml/kg/ min) = (3.750 [(weight-3)/(heart rate-65)])/ Weight 1,000. Heart rate: Heart rate at 30 s recovery after exercise (Heart rate measurement using Polar). 74 Jung-Ran Song, et al. Development of New Estimation Formula of Step Test for VO2max Evaluation of Adolescents

5 Astrand-Ryhming 스텝검사를실시한후기존의 VO 2max 추정공식을활용하여 VO 2max를산출하였다 (Table 2). GXT 시운동종료직후남녀평균최대심박수는 (±7.55 beat/ min) 로써공식에의한산출된최대심박수 ( 남녀평균 ± 0.98 bpm) 에준하는운동강도에서운동이종료되었음을확인할수있었다. 아울러운동이종료된시간에있어서도남학생들은평균 5단계 ( 단계별운동지속시간 2분 ) 이상에서운동이종료된반면, 여학생들은이보다짧은최소 3단계부터 5단계까지의구간에서운동이종료된것으로나타났다. VO 2max 또한여학생보다남학생들이약 30.3% 더높은결과 ( 남 vs ml/kg/min) 를보였다. 반면 Astrand-Ryhming 스텝검사측정결과에서는운동종료직후심박수는남녀모두최대심박수대비 85-90% 수준 (GXT 남녀평균 ± 0.98 bpm vs. Step test ±17.2 bpm) 으로써 GXT 검사보다낮은운동강도수준에서운동이종료되었음을확인할수있었으며, 산출식에사용된운동종료후회복기 30초의심박수는 Table 2와같다. 더욱이회복기 30초의심박수를이용하여 Astrand-Ryhming 스텝검사추정식을통해산출된 VO 2max 결과에서는남자의경우 43.6 ml/kg/min 그리고여자의경우 35.8 ml/kg/min로나와 GXT에서얻은 VO 2max 실측값 ( 남 ± 6.41, 여 ± 5.82 ml/kg/min) 보다매우낮은것으로나타났다 (p <.01, p <.01). 즉, 기존의 Astrand-Ryhming 스텝검사의추정식을통해산출되는 VO 2max는본연구에참여한남자청소년들의 VO 2max를정확하게반영하고있지못함을확인할수있었다. 2. GXT통해측정된 VO 2max를준거로한수정된 Astrand- Ryhming 스텝검사 VO 2max 추정식의개발본연구에서는트레드밀을이용하여측정된 VO 2max를추정하기위한방법으로다중회귀분석을이용하였다. 이를위해대상자들의신체적특성뿐만아니라 Astrand-Ryhming 스텝검사에서측정된모든운동관련신체반응변인들과신체적특성변인에대하여트레드밀을이용하여측정된 VO 2max와상관분석을실시하였다. 신체특성변인과관련해서는남녀모두공통적으로체중, BMI, 허리둘레가측정된 VO 2max와유의한부적상관성이있는것으로나타났고 (p <.05) 남학생의 % fat은측정된 VO 2max와유의한부적상관성이있었으며 (p <.05), 여학생의경우는 WHR이측정된 VO 2max와부적상관성 (p <.05) 이있는등남녀별로유의한상관성을갖는신체특성변인의종류에는차이가있었다 (Table 3). Astrand-Ryhming 스텝검사중측정된생리적반응변인들과의상관결과에서는남학생들의경우, 총일량 (r= -.374) 과 GXT의 VO 2max와유의한부적상관성이있었던반면, 여학생들은운동중 3분에서의심박수 (r= -.280) 및측정종료후회복기 1분에서의심박수 (r= -.284) 와유의한부적상관성이나타났다. Table 3. Correlation between measured variables in Astrand-Ryhming step test and VO2max obtained from GXT Classification Physical characteristics Physiological response in step test Variables 트레드밀을이용하여측정된 VO 2max 와상관성을보인신체특성 변인들 ( 체중, 키, BMI, 체지방률 ) 과 Astrand-Ryhming 스텝검사시측 정된운동반응변인들 ( 분단위별심박수, 총일량등 ) 을활용하여 VO- 2max (ml/kg/min) 를추정할수있는 VO 2max 추정공식을개발하기 위하여다중회귀분석을실시하였다. 중다회귀분석결과, Astrand-Ryhming 스텝검사 VO 2max 추정식에는남녀성별, 체중 (kg) 과회복기 1 분 의심박수 (beat/min) 변인이독립변인으로함께투입되었을때종속변 인인 GXT VO 2max (ml/kg/min) 를가장잘대변하는것으로나타났다. 회귀분석을통해얻은수정된 Astrand-Ryhming 스텝검사 VO 2max 추 정공식및본회귀모형에대한요약은 Table 4 와같다. VO2max (GXT) Male (n = 55) Female (n = 55) Age (yr) Height (cm) Weight (kg) -.374* -.318* BMI (kg/m 2 ) -.391* -.289* % fat -.452* WHR * Waist circumference -.338* -.280* Hip circumference -.410* HR at 1 min HR at 2 min HR at 3 min * HR at 4 min HR immediately after exercise HR at 30 sec recovery HR at 1 min recovery * HR at 90 sec recovery HR at 2 min recovery Total work -.374* HR, heart rate; BMI, body mass index; WHR, waist hip ratio. *p<.05. 본연구의회귀분석결과에서는남자 40 cm, 여자 33 cm 스텝높이에 서 5 분동안 23 회 / 분의속도로지속되는 Astrand-Ryhming 스텝검사를 통해트레드밀을이용하여측정된 VO 2max 를예측할수있는추정식을 도출하였다 (p <.05). 본연구에서도출된 VO 2max 추정식을활용할경 우, 트레드밀을이용하여측정된 VO 2max 와추정식을이용한 VO 2max 예측값간의차를나타내는추정값의표준오차 (standard error of the estimate: SEE) 는 5.64 ml/kg/min 으로써, 측정된 VO 2max 와추정된 VO- 2max 간.772 의유의한상관성이있는것으로나타났다 (p <.01) (Table 4). 또한 Astrand-Ryhming 스텝검사 protocol 을이용하여새롭게개발 된 VO 2max 추정식의타당도검증을위하여 1 차스텝검사결과에서의 투입변인 ( 체중, 회복기 1 분심박수, 성별 ) 을이용하여추정된 VO 2max 송정란외 청소년들의 VO 2max 평가를위한스텝테스트추정식개발 75

6 Table 4. Summary of modified Astrand-Ryhming step test VO2max estimation formula and the regression model obtained by regression analysis VO2max equation (ml/kg/min) R R 2 SEE F p y = ( sex) (0.216 W) (0.072 HR) y, VO2max (ml/kg/min); sex, male 1, female 2; W, weight (kg); HR (beat/min), recovery 1 minute after step test in sitting position (polar measurement); R, correlation coefficient; R 2, Contribution rate; SEE, Standard error of estimate. Table 5. Validity and test-retest reliability of the developed VO2max estimation equation based on the modified Astrand-Ryhming step test Sex GXT VO2max (ml/kg/min) New equation (1 st Step test) New equation (2 nd Step test) F p PC Male (n = 55) ± ± 2.75 * ± ** Female (n = 55) ± ± 2.23 * ± ** Total (n = 110) ± ± 6.76 * ± ** Values are means±sd. No significant difference between VO2max measured by GXT and VO2max calculated by new equation of Step test. PC, Pearson correlation between 1 st and 2 nd Step test. *p<.05; **p<.01. 와트레드밀을이용하여측정된 VO 2max와의차이검증 ( 대응표본 t- test) 을실시하였다. 결과에따르면, 남녀모두측정된 VO 2max와 Astrand-Ryhming 스텝검사기반으로새롭게개발된추정식의 VO 2max 간유의한차이는없는것으로나타나 (p >.05) 추정식의타당도가확보된것으로판단된다 (Table 5). 3. Astrand-Ryhming 스텝검사기반의한국형청소년 VO 2max 추정식의신뢰도결과본연구에서는개발된추정식을통해산출된추정결과에대한신뢰도검증을위하여 1차실험에참여한동일대상자에대해 2차 Astrand- Ryhming 스텝검사를실시하였다. 2차 Astrand-Ryhming 스텝검사에서측정된입력변인 ( 성별, 체중, 회복기 1분심박수 ) 을바탕으로추정된 VO 2max를산출하였으며, 산출된 1차와 2차 VO 2max 추정값간에는유의한차이가나타나지않았다. 더욱이 1차와 2차측정간의상관계수 (r) 는.849로매우높은상관을보여반복측정에대한신뢰도가확보된것으로판단된다 (Table 5). 논의 본연구는만 13-18세의청소년을대상으로학교나센터등에서이들의심폐지구력을보다정확하게평가할수있는 Astrand-Ryhming 스텝검사프로토콜기반의한국형스텝검사 VO 2max 추정식을개발하고자하였다. 1. GXT를이용한 VO 2max 측정과 Astrand-Ryhming 스텝검사관련변인본연구에서는한국청소년에게적합한스텝검사추정식을개발하 기위하여트레드밀을이용하여최대점증부하운동검사 (GXT) 를통해측정된 VO 2max를준거로설정하였다. 트레드밀을이용하여측정된 VO 2max의경우, 여학생보다남학생이평균 10 ml/kg/min (30.3%) 이상높은것으로나타났다. 이러한결과는남녀성별에따른체격적열세에따른좌심실의크기와혈액량이적고또한생리적특성차이 ( 호르몬, 근육량, 체지방량, 헤모글로빈함량등 ) 와낮은여학생들의신체활동참여율등 [10] 이본연구에서측정된 VO 2max 측정결과에반영된것으로사료된다. Astrand-Ryhming 스텝검사와관련하여운동이종료된직후심박수결과에서남학생과여학생모두 GXT 종료직후의심박수보다낮게나타났으나, 남자의경우 85.8% (168.9 ±19.79 bpm), 여자는 89.7% (175.4 ± 13.9 bpm) 에해당하는것이었다. 본연구에서사용한 Astrand-Ryhming 스텝검사 protocol은최대하운동부하방법으로써최대심박수대비 70-85% 까지운동을지속한후심박수대비대상자의최대수준의심폐능력을예측하는방법으로 [6], 운동종료시운동강도가 70% 이하일경우운동중신체기능의변화가의미있는자료로인정되기어려우며, 추정결과또한높은오차율을보일수있다 [6]. 그러나본연구에서의 Astrand-Ryhming 스텝검사종료직후대상자들의심박수반응은최대심박수대비 % 수준으로써최대하운동부하검사를위한목표심박수조건을모두충족시켰음을확인할수있었다. 2. 트레드밀에서측정된 VO 2max와기존의 Astrand-Ryhming 스텝검사추정식을이용하여산출된 VO 2max 간의차이남녀각각그리고남녀평균모두 Astrand-Ryhming 추정식에의해산출된 VO 2max가트레드밀에서측정된 VO 2max보다유의하게낮았다 (p <.01). Astrand & Ryhming [9] 은 18명의성인남성을대상으로 GXT 에서측정된 VO 2max와스텝검사를통해산출된 VO 2max와의표준오 76 Jung-Ran Song, et al. Development of New Estimation Formula of Step Test for VO2max Evaluation of Adolescents

7 VO2max (ml/kg/min) GXT Modified Astrand-Ryhming (1 st ) ** Fig. 2. The difference between the VO2max measured value obtained from GXT and the VO2max predicted value calculated by the estimation equations. Values are means ± SD. *p<.05; **p<.01; Difference from measured VO2max and VO2max predicted by modified Astrand-Ryhming estimation equation. 차는약 0.28 L/min (6.8%) 으로나타났다. 하지만본연구에서의트레드 밀에서측정된 VO 2max 와 Astrand-Ryhming 추정식을이용하여산출 된 VO 2max 차이는남자의경우, 추정식에의해산출된 VO 2max 는트 레드밀에서측정된 VO 2max 에비해 19.2% (10.4 ml/kg/min) 낮은수준 으로나타났으며, 여자는측정된 VO 2max 에비해 17.1% (7.1 ml/kg/ min) 낮은것으로나타나남녀평균약 14.4% (47.3 ± 8.8 ml/kg/min vs ±11.6 ml/kg/min) 낮았다 (Fig. 2). 이러한결과는 Astrand-Ryhming [9] 의결과와차이가있었으며, 또 한 Astrand-Ryhming 의노모그램을활용한 Cink & Thomas [11] 의 Astrand-Ryhming 스텝검사결과 ( 표준오차 5.7 ml/kg/min) 와도큰차이 가있었다. 이는대상자의연령및인종간의차이에의한신장차이그 리고체력수준의차이에서비롯된것으로써 Astrand-Ryhming 스텝검 사는개발당시 세의건강한성인남성의자료를바탕으로개발되 었기때문에우리나라청소년들의운동에대한신체반응 ( 심박수 ) 과는 차이가있을것으로생각된다. 또한최초추정식이개발되었을 1950 년 대와비교할경우식생활등의개선등으로인하여대상자의체중및 신장이변화하였기때문에개발당시 33 cm, 40 cm 의스텝높이에서자 신의체중을가지고수직이동하는운동량은차이가있으며, 특히, 신 장을포함하여대상자의하지장길이증가는신장대비수직높이의비 율을감소시키기때문에상대적운동강도의감소가야기될수있다 [12]. 즉, 이러한기존 Astrand-Ryhming 추정식을이용하여산출된 VO 2max 와트레드밀에서의 GXT 를통해측정된 VO 2max 간의차이는앞선선 행연구들에서제시한오차범위를크게벗어난결과로써기존의 Astrand-Ryhming 스텝검사의추정식을사용할경우대상자들의실제 심폐지구력 (VO 2max) 을저평가할것으로판단되며, 남녀간의스텝높 이를다르게시행하면서대상자들의심폐지구력을보다정확하게예 측할수있는새로운추정식개발의필요성을확인할수있었다. ** Astrand-Ryhming Modified Astrand-Ryhming (2 nd ) Male Female Total ** 3. 트레드밀에서측정된 VO 2max를준거로한새로운스텝검사추정식의타당도검증본연구에서는스텝검사시다양한시기의심박수뿐만아니라심박수에영향을줄수있는다양한관찰변인과트레드밀을이용하여측정된 VO 2max와의상관분석을실시한후상관관계를나타낸변인을투입변인으로사용하여다중회귀분석을실시하였다. 투입변인으로는성별 ( 남자 =1, 여자 =2) 과체중 (weight in kg), 회복기 1분심박수 (heart rate at 1 minute recovery time) 가독립변인 (x) 으로함께투입되었을때종속변인 (y) 인트레드밀을이용하여측정된 VO 2max (ml/kg/min) 를가장정확하게예측하는것으로나타났다. 일반적으로 VO 2max를추정하는방법으로신체활동량에대한설문지나신체구성을이용하는간접법 [13-15] 과시간, 거리, 속도, 심박수와같은운동시물리적또는생리적반응을변인으로사용하는직접법이있다. 이들중직접법은유전이나환경요인등이고려되기때문에측정결과에대한높은타당성을확보할수있는장점이있다 [13]. 특히, 생리적반응변인인심박수는운동수행에따른신체반응을직접적으로대변하는가장기본적인지표이다. 이는산소및영양소를신체의각부위에운반하는혈액공급을위하여심장이 1분동안박동하는횟수 (beat/min) 를의미하며, 심장의기능을비롯한지구성능력을평가하는지표이다 [6]. 하지만동일한운동강도와운동량임에도불구하고대상자의신장, 체중, 연령, 성별등과같은체격적특성에따라심박수반응은차이가있다. 따라서본연구에서도보다정확한 VO 2max 추정식을산출 [16,17] 하기위하여트레드밀을이용하여측정된 VO 2max와상관성이있는다양한변인들을투입변인으로사용하여 VO 2max를추정하는다중회귀분석을사용하였다. 본연구에서제시된 Astrand-Ryhming 스텝검사의 protocol을기반으로한청소년의 VO 2max 추정식은남자 40 cm, 여자 33 cm의스텝높이에서 23회 / 분의속도로 5분동안실시한후회복기 1분 ( 무선심박수측정기이용 ) 의심박수 (beat/min) 와성별 (1 = 남, 2 = 여 ), 체중 (kg) 을이용하여 VO 2max를추정할수있는 VO 2max 추정공식으로써 R =.772, R 2 =.597, SEE ( 표준오차 ) 5.64 ml/kg/min로나타났다. 즉, 측정된 VO 2- max와유의한정적상관계수 (r=.772) 를지니며, 측정된 VO 2max에대해 ± 5.64 ml/kg/min의오차범위에서 59.7% 의유의한설명력을나타낸다. 이는기존의 Astrand-Ryhming 스텝검사의 VO 2max 추정식의상관계수및표준오차범위 ( ± 0.28 L/min) 보다개선된결과로써보다정확한 VO 2max를예측할수있는추정식임을의미한다. 아울러 Chung et al. [5] 에서개발한남녀스텝검사 VO 2max 추정식의설명력및표준오차 (64.2%, ml/kg/min) 와유사한수준의예측결과로써그외 Chester 스텝검사 (r= 0.87, SEE = ±3.9 ml/kg/min) [18], Queen 스텝검사 (r = 0.75, SEE = ± 2.9 ml/kg/min) [19], Skubic & Hodgkins 스텝검사 (r= 0.64, SEE = ± 3.5 ml/kg/min) [19], YMCA 스텝검사 (r= 0.862, SEE = 송정란외 청소년들의 VO 2max 평가를위한스텝테스트추정식개발 77

8 ± 5.5 ml/kg/min) [20] 와유사한설명력을보임으로써본연구에서개발된 Astrand-Ryhming 스텝검사기반의 VO 2max 추정식은타당한것으로판단된다. 다만, 앞선모든스텝검사에서의대상자는 19세이상의성인남녀를대상으로실시했으며, 개발된추정식에대한청소년들의 VO 2max 추정결과에대한정확성및신뢰도에관한연구는매우미흡한실정임을감안할때우리나라청소년들의 VO 2max를예측하기에보다적합한스텝검사 VO 2max 추정식으로판단된다. 4. GXT 실측 VO 2max 값을준거로한새로운스텝검사추정식의신뢰도검증본연구에서는 Astrand-Ryhming 프로토콜을이용하여개발된 VO 2- max 추정식의결과에대한신뢰도를확인하고자 1차측정대상자 110 명을대상으로 2차 Astrand-Ryhming 스텝검사를반복측정하였으며, 아울러개발된 VO 2max 추정식을이용한 VO 2max를산출한후대상자의트레드밀을이용하여측정된 VO 2max와의차이를비교하였다. 결과에따르면, 남녀모든집단에서측정된 VO 2max와개발된추정식을이용하여산출된 VO 2max 간유의한차이는나타나지는않았다 (p >.05). 더욱이, 동일한대상자들의반복된측정결과에서도측정된 VO 2max와유의한차이가없게나타났음은본연구에서개발된 Astrand-Ryhming 스텝검사 protocol 기반의청소년 VO 2max 추정식에대한신뢰도를충분히확보한결과로써오차범위내에서대상자들의 VO 2max를예측하는추정식임을확인할수있었다. 비록 Astrand-Ryhming 스텝검사의신뢰도와관련된연구가없어직접적인비교는어려우나이와유사한스텝검사의신뢰도와관련해서는현재까지단지두개의연구가보고되었다. Sykes & Roberts [18] 와 Buckley et al. [21] 은다중스텝검사인 Chester step test (CST) 를이용하였고, 이두개의연구모두높은신뢰도를보였다. 즉, 1차와 2차측정시의 VO 2max의차이가각각 0.7과 0.8 ml/kg/min으로 1.3과 1.7% 의차이를보였고, 2차측정시다소높음을보고하였다. 본연구에서는 1 차와 2차측정시의차이는 0.24 ml/kg/min으로 0.5% 의차이를보여그차이가미미하였으나 2차측정시기에서오차범위내의높은경향을보였다. 이러한현상은아마도반복되는측정으로인한학습효과가작용하였을것으로판단된다. 이러한결과를토대로본연구에서개발된청소년대상의 Astrand- Ryhming 스텝검사기반의청소년 VO 2max 추정식은우리나라 세남녀중고등학생의 VO 2max를예측하기에보다정확한추정식으로판단되며, 청소년들의심폐지구력을현장에서손쉽게측정할수있는유용한공식으로활용될수있을것으로판단된다. 결론 본연구의 Astrand-Ryhming 스텝검사프로토콜 (5분동안남자 40 cm, 여자 33 cm의스텝높이에서분당 23회왕복하는속도로 5분간실시 ) 기반의새로운청소년 VO 2max 추정식은측정된 VO 2max와유의한정적상관계수 (r =.772) 를지니며, 우리나라중고등학생의 VO 2max 를오차범위 ± 5.97 ml/kg/min 내에서유효하게예측할수있을것으로판단된다. 다만, 본연구에서사용한 Astrand-Ryhming 스텝검사프로토콜은단일운동단계방식의 VO 2max를추정하는최대하운동부하측정방식으로, 보다정확한 VO 2max를추정또는얻기위해서는다단계최대하점증운동부하또는최대점증운동부하방식의검사가바람직할수있다. 이를위해서는차후점증적최대운동부하방식의스텝검사방법의고안이필요할것으로판단된다. REFERENCES 1. Ko BG, Kim YR, Sung BJ, Chung DS, Youn SW, et al. Development of criteria for korea youth fitness award. Kor J Sport Sci. 2005;16(3): Park DH, Lee SH, Kim DY, Cheon JW, Kim CS. Validity and Reliability of a New 20-m PST Protocol for Predicting VO2max of Male Youths Aged Years. Exerc Sci. 2017;26(1): George JD, Vehrs PR, Allsen PE, Fellingham GW, Fisher AG. VO2max estimation from a submaximal 1-mile track jog for fit college-age individuals. Med Sci Sports Exerc. 1993;25: Zwiren LD, Freedson PS, Ward A, Wilke S, Rippe JM. Estimation of O2max: a comparative analysis of five exercise tests. Res Q Exerc Sport. 1991;62(1): Chung JW, Ko BG, Song HS, Park SJ, Min SK et al. Development of physical fitness center model Research Report. Korea Institute of Sport Sciences Korea Institute of Sport Sciences. Latest exercise prescription for professionals, Seoul: 21st century educator Baek CS. Analysis of the validity of steptest by bench heights and exercise duration [thesis]. Seoul: Seoul National University Gellish RL, Goslin BR, Olson RE, McDonald A, Russi GD, et al. Longitudinal modeling of the relationship between age and maximal heart rate. Med Sci Sports Exerc. 2007;39(5): Astrand PO, Ryhming I. A nomogram for calculation of aerobic capacity (physical fitness) from pulse rate during submaximal work. J 78 Jung-Ran Song, et al. Development of New Estimation Formula of Step Test for VO2max Evaluation of Adolescents

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