대한임상건강증진학회지제 5 권제 4 호 2005 Korean J Health Promot Dis Prev Vol. 5, No. 4, 2005 [ 원저 ] 관상동맥질환자의 %HRR과 %V O 2 peak 그리고 %HRR과 %V O 2 R의회귀분석 이한준 서울아산병원스포츠건강의학센터 - 요약 - 연구배경 % 최대산소섭취량 (%V O 2max) 이 % 예비심박수 (%HRR) 와의상관관계가높기때문에운동처방에많이사용되어왔다. 그러나최근에건강한사람에서 % 예비심박수 (%HRR) 와 % 예비산소섭취량 (%V O 2R) 이더상관이높다고보고되고있다. 이에심장질환자에서도더정확한처방을위해서관상동맥질환자에서 % 예비심박수 (%HRR) 와 % 최대산소섭취량 (%V O 2peak) 과의회귀계수와 % 예비심박수 (%HRR) 와 % 예비최대산소섭취량 (%V O 2R) 의회귀계수를비교하고, 운동강도별 (40,60,80%) %HRR 에대한 %V O 2peak 와 %V O 2R 의상관계수를비교하는것이본연구의목적이다. 방 법 62명의관상동맥환자 (60.4±3.3세) 가트레드밀에서점증운동부하검사를수행하였다. 심박수와산소섭취량은 10초단위로측정 되었다. 각피험자들간의 %HRR과 %V O 2max, 그리고 %HRR과 %V O 2R간의회귀식을구하여비교하였고, 예비심박수 (HRR) 의 40%, 60%, 80% 에서의 %V O 2peak와 %V O 2R의각각의상관계수를 SPSS 10.0을이용하여측정하였다. 결 과 %HRR과 %V O 2max간의회귀식에서상수값은 -15.3±2.6이었고, 회귀계수는 1.061±0.038, r=0.865±0.038이었고, 이는기준점인상수값0과회귀계수1과유의한차이를보였다 (p<.01) %HRR과 %V O 2R간의회귀식에서는상수값이 -5.82±2.5였고, 회귀계수는 0.994±0.036, r=0.869±0.019이었다. 이것은상수값에서는기준점상수값 0과유의한차이를보였지만 (p<.01), 회귀계수는기준점 1과통계적유의한차이를보이지않았다. 운동강도 40%, 60%, 80% 모두에서예비심박수 (HRR) 과의상관은 % 최대산소섭취량 (%V O 2peak) 에서보다 % 예비산소섭취량 (%V O 2R) 에서의피어슨상관계수값이 1에더가까운값을나타내었다. 결 론 관상동맥질환자들에서는 %HRR과의상관성은 %V O 2peak보다 %V O 2R에서더높았기때문에, 산소섭취량을통한운동처방 에서는 %V O 2peak 보다 %V O 2R로처방하는것이더정확하다고할수있다. ( 대한임상건강증진학회지 2005;4:302~307) 중심단어 % 예비심박수, % 최대산소섭취량, % 예비산소섭취량, 관상동맥질환, 운동처방 11 서론 운동강도를처방할때, 다양한방법이제안되고사용되어왔다. 그중에서심박수를통한처방이운동강도의기준으로서매우중요한방법이고, 가장많이받아들여지고있는방법중의하나이다. 1) % 최대심박수 (%HRmax) 가 % 최대산소섭취량 (%V O 2max) 과동 교신저자 : 이한준서울아산병원스포츠건강의학센터 주소 : 서울송파구풍납2동 388-1 전화 : 02-3010-4951 E-mail : hanjoon71@yahoo.co.kr 접수일 : 2005년 10월 10일 채택일 : 2005년 12월 21일 등하지않다는사실은잘알려져왔다. 실제로심박수로운동처방을할때, 강도가 % 최대심박수로처방을하는것이 % 최대산소섭취량이나예비심박수 (heart rate reserve) 로처방하는것보다더높게나타난다. 일반적으로심폐체력향상을위해권장되는유산소운동강도의범위는 55~90% 의 HRmax 또는 40~85% 의 V O 2max이다. 2) 목표심박수로 % 최대심박수를사용하는것은 % 최대산소섭취량으로처방할때보다과대평가된다. 이러한사실이 % 최대심박수 (%HRmax) 가 % 최대산소섭취량 (%V O 2 max) 에상응하는좋은예측자가아니라는증거이다. 3-5) 1957년에 Karvonen 등 6) 은심폐트레이닝을위한목표심박수처방에 % 예비심박수 (%HRR) 의개념을처음으로소개하였 302
[The Relationships Between %HRR and %V O 2peak, or %V O 2R in Patients with Coronary Artery Disease] 다. 이연구에서그들은 6명의성인남성을대상으로안정시심박수와최대심박수의차이에대한강도의곱으로공식을만들었다. 일반적으로현재가장많이쓰이는 Karvonen 공식은여유심박수 (heart rate reserve) 라고도불린다. 이러한안정시개념을도입한 % 예비심박수 (%HRR) 가 % 최대심박수 (%HR 2 max) 보다 % 최대산소섭취량 (%V O 2 max) 과더잘상응한다는연구가많이발표되어왔다. 7) 운동처방의목적에서미국스포츠의학회 (ACSM) 는최대심박수와안정시심박수의차이에대한비율 (%HRR) 로서운동강도를설정한다. 그러나최근의 Swain과 Leutholtz의연구 8) 에서는 %HRR의수치와사이클과트레드밀운동동안 %V O 2max의수치가서로상응하지않는다고밝혔다. 대신에, % 예비심박수 (%HRR) 와 % 예비산소섭취량 (%V O 2R) 수치와더상관이높다고보고하였다. % 예비산소섭취량 (V O 2 R) 은예비심박수와비슷하게안정시개념을넣어서구하는방법이다. 즉, 최대산소섭취량과안정시산소섭취량의차이에강도를곱하고안정시산소섭취량을더해서구한다. 이러한 % 예비산소섭취량 (%V O 2R) 이운동강도의기준으로널리사용되는 % 예비심박수 (%HRR) 와상관이더높다는연구가 Swain 등 2) 에의해서제기되었다. 그는 63명의건강한성인을대상으로자전거에르고미터를이용하여점증부하운동을하여얻은자료를가지고 %HRR과 %V O 2max간의상관관계와 %HRR과 %V O 2R간의상관관계를비교하였다. 그결과 %V O 2 R이 %HRR과더높은상관관계를보였다고밝혔다. 이어그는트레드밀을이용해서도같은연구를진행하였는데, 결과는앞의연구와같이 %HRR과 %V O 2R의상관관계가 %V O 2max보다더높은상관관계를보인다고결론내렸다. 9) Simmons와그의동료들은 10) 만성폐쇄성폐질환자들을대상으로 %HRpeak 와 %V O 2 peak간의상관관계를분석하였다. 이연구에서도 %HRpeak 는 %V O 2 peak와약간의오차가발생한다고보고하였다. Byrne 과 Hills은 11) 비만인을대상으로한연구에서 %HRR와 %V O 2R 간의상관을분석하였다. 이연구에서그들은회귀식에서회귀계수가 1과유의하게차이가나지않았다고보고하였고, 상수값은 0과유의하게차이가났다고밝혔다. 또한, Brawner 등 12) 은급성심근경색환자집단과심부전증환자집단, 그리고위험인자만을가진집단등세집단에서 %HRR과 %V O 2R 간의상관관계를비교하였다. 그결과세집단모두에서 %HRR과 %V O 2 R간의상관관계가 %HRR과 %V O 2 peak간의상관관계보다더높은상관을가진다고밝혔다. 이에본연구의목적은관상동맥질환자 (coronary artery disease) 를대상으로 %HRR과 %V O 2R간의회귀식과 %HRR과 %V O 2peak 간의회귀식에서어느쪽이확인선 ( 상관계수1, 상수값0) 과더일치하는지를알아보고, 운동강도 40, 60, 80% 에서 %HRR 과 %V O 2 peak 또는 %V O 2 R에서각각의상관정도를비교하는것이다. 1. 피험자 방법 모든피험자들은서울의 A병원심장내과에서관상동맥질환을진단받고 1개이상의스텐트시술을한 62명의남성으로선정하였다. 모든피험자들은 48세에서 68세사이였으며, 모든피험자들에게는실험에대한취지와검사에대한설명을하였고, 동의서를받았다. 모든피험자들은검사 2시간전에적절한식사와음료를섭취하였으며, 카페인과알콜은섭취를제한하였다. 피험자들은 ACE 억제제와칼슘채널차단제와베타차단제를섭취하였고, 검사시약물은복용하였다. 피험자에대한신체적인특성은다음의표 1에나타내었다. Table 1. Physical characteristics of the subjects* Age(year) Height(cm) Weight(kg) Male(n=62) 60.4±3.3 172.8±6.9 83±5.7 * mean±standard deviation 2. 운동부하검사방법 관상동맥질환자 62명은운동부하검사를실시하였다. 측정장비는 Sensormedics 사의 Vmax29 cardiopulmonary system을이용하여실시하였다. 검사프로토콜은트레드밀을이용하여 Modified Bruce protocol을이용하여 3분마다경사도및속도가증가하도록하였다. 모든피험자는안정시심박수와혈압을측정하였고매 1분마다심박수를기록하였다. 호흡가스는 breath by breath 방법으로수집하여결과를매 10초간격으로분석하였다. 각트레드밀검사를시작하기전에자각인지도에대한설명을하였고, 호흡가스수집은마스크를이용하여측정하였다. 운동검사중응급상황이발생할것을대비하여응급장비를준비하고검사를수행하였다. 검사전에검사동의서를받았다. 최대운동능력의기준은부하가증가하여도산소섭취량이고원현상을보이거나예측심박수 (220-나이) 95% 이상이면서호흡교환율 (R) 이 1.17이상이거나환자스스로검사중지를요구한경우로하였다. 3. 자료분석 본연구의자료는 window용 SPSS/PC+ 10.0을이용하였으며, 한번의최대운동부하검사를통하여 %HRR과 %V O 2 peak, 그리고 %HRR과 %V O 2 R 등 2개의회귀식을구하였다. 이경 303
[ 관상동맥질환자의 %HRR 과 %V O 2peak 그리고 %HRR 과 %V O 2R 의회귀분석 ] 우, 각각회귀식에대해상수값과회귀계수를구하였다. 또한운동강도 40%, 60%, 80% 에서 %HRR과 %V O 2peak, 그리고 %HRR과 %V O 2R간의상관분석을통하여피어슨상관계수를구하였다. 본연구의유의수준은 p<.05로하였다. 과 %V O 2 R간의피어슨상관계수는 0.942였다 (p<.05). 이상과같이모든운동강도에서 %HRR과의상관계수는 %V O 2peak보다 %V O 2R에서더높았다. 결과는표 3, 표 4에나타내었다. 연구결과 1. 회귀식 %HRR 과 %V O 2 peak 대회귀식 %HRR 과 %V O 2 R %HRR과 %V O 2 peak간의회귀분석결과평균상수값은 -15.3±2.6이었고, 평균회귀계수는 1.061±0.038이었다. 이때상수값은기준값 0과는유의한차이를보였다 (p<.01). 또한회귀계수역시기준값 1과도유의한차이를보였다 (p<.01). %HRR과 %V O 2 R간의회귀분석결과평균상수값은 -5.82 였고, 평균회귀계수는 0.994±0.036이었다. 이때상수값은기준값 0과는유의한차이를보였다 (p<.01). 그러나회귀계수는기준값 1과유의한차이를보이지않았다. 회귀식에대한결과는표 2에요약하였다. Table 3. Heart rate of %HRR, %V O 2 peak, %V O 2 R at 40%, 60%, 80%* 40% 60% 80% %HRR 89.63±12.18 100.89±14.03 110.66±19.91 %V O 2peak 82.13±12.17 92.65±11.96 104.82±14.55 %V O 2R 86.03±11.38 96.44±12.45 107.50±15.78 * mean±standard deviation Table 4. Pearson correlation of %HRR vs %V O 2peak, and %HRR vs %V O 2R at 40, 60, 80% 40% 60% 80% %HRR vs %V O 2peak 0.857* 0.905* 0.913* %HRR vs %V O 2R 0.872* 0.928* 0.942* * Significantly different(p<.01) Table 2. Intrercepts, slope, and correlation coefficient of linear regression analysis for %HRR predicted from %V O 2peak and %HRR predicted from %V O 2R.(M±SD) Intercept Slope R square F value t-value %HRR vs %V O 2peak -15.3±2.6* 1.061±0.038** 0.757 768.134 27.715 %HRR vs %V O 2R -5.82±2.5* 0.994±0.036 0.756 760.679 27.580 * Differs significantly from 0(p<.01); ** Differs significantly from 1(p<.01). (p<.01) 2. 운동강도별 %HRR 과 %V O 2peak 의상관관계와 %HRR 과 %V O 2R의상관관계 예비심박수 (HRR) 의 40% 는 89.63±12.18bpm이었고, V O 2peak 의 40% 는 82.13±12.17 bpm이었다. V O 2 R의 40% 는 86.03±11.38 bpm이었다. 이때 %HRR과 %V O 2 peak간의피어슨상관계수는 0.857이었고 (p<.01), %HRR 과 %V O 2 R간의피어슨상관계수는 0.872였다 (p<.01). 예비심박수 (HRR) 의 60% 는 100.89±14.03 bpm 이었고, V O 2peak의 60% 는 92.65±11.96 bpm이었다. V O 2R의 60% 는 96.44±12.45bpm이었다. 이때 %HRR과 %V O 2 peak간의피어슨상관계수는 0.905이었고 (p<.01), %HRR 과 %V O 2 R간의피어슨상관계수는 0.926이었다 (p<.01). 예비심박수 (HRR) 의 80% 는 110.66±19.91bpm이었고, V O 2peak의 80% 는 104.82±14.55bpm 이었다. V O 2 R의 80% 는 107.50±15.78bpm이었다. 이때 %HRR과 %V O 2 max간의피어슨상관계수는 0.913이었고 (p<.01), %HRR 논의 %V O 2 R은최대산소섭취량의안정시와최대치의차이에운동강도를곱하고, 안정시산소섭취량을더해서구해진다. 이에반해 %V O 2 max는최대산소섭취량에운동강도를곱해서구할수있다. 이러한차이는실제로심장환자에게적용할때더중요할수있다. 예를들면, 5METs( 안정시의 5배능력 ) 의기능적능력을가진사람에대해 40%V O 2 max로처방하면 0.4 5=2 METs 로안정시 1METs 보다단지 1METs 만더높은수치이다. 하지만 40%V O 2R로처방하면 0.4 (5-1)+1= 2.6METs 로서안정시보다 1.6METs 더높은수치가된다. 이러한수치가정상적인사람들사이에서는더현실적인강도가된다. 8,9) Davis 와 Convertino 3) 는 9명의건강하고젊은남성을대상으로트레드밀에서달리는동안 %HRR과 %V O 2R과의관계에대해처음으로연구하였다. 그는최대운동능력의약 30~80% 에서 4단계의운동부하에서상관관계를알아보았다. Davis 와그의동료는 %HRR과 %%V O 2 R이상관이높다는것을처음밝혔다. 두개의연구에서노인을대상으로 %HRR과 %V O 2max의관계를알아보았다. 13,14) 두연구모두주어진강도에서 %HRR 의수치가 %V O 2 max보다낮다고밝혔고, 이러한연구는후에운동강도설정에많은영향을미쳤다. 그리고이렇게두변인 304
[The Relationships Between %HRR and %V O 2peak, or %V O 2R in Patients with Coronary Artery Disease] 간의차이가나는이유로는두가지요인이영향을주었다고밝혔다. 두가지요인은체력수준과운동강도이다. 8) Swain과동료들은자전거에르고미터와트레드밀에서의 %HRR과 %V O 2 max간의회귀식과 %HRR과 %V O 2 R간의회귀식을구해서비교하였다. 8,9) 그결과트레드밀에서점증부하운동을할때가자전거에서점증부하운동을할때보다약간상승된심박수를나타내었는데그이유는온도의차이때문이라고설명하였다. 자전거보다트레드밀에서의운동이온도를더높일수있고, 이러한온도의상승이심박수를증가시키기때문에운동방법에따른차이가났다고설명하였다. 두번째이유로는체력수준의차이이다. 체력이낮은사람이체력이높은사람보다더큰절편을가진다. 그리고 %V O 2max가 %V O 2R에서보다더낮은상수값을갖는다. 이는본연구에서의결과와도일치한다. 본연구에서 %HRR과 %V O 2 max와의회귀식에서상수값은 -15.3±2.6이었으나, %HRR 과 %V O 2 R와의회귀식에서상수값은 -5.82±5.2였다. 이러한차이가기준선과의차이를나타낼수있다. 심장환자에대한 %V O 2 max와 %V O 2 R의회귀식비교에서, Brawner 등 12) 은심근경색환자와심부전증환자, 그리고위험요인집단을비교하였다. 그는자신의연구에서세그룹모두에서 %V O 2max에서보다 %V O 2R에서기준선과더높은상관을보였으며, 상수값도더낮았다. 본연구의피험자는모두관상동맥질환자로서중재기법 (PTCA 또는 stent) 과질환의정도 (1 vessel disease와 2 또는 3 vessel disease 등 ) 와발병형태 ( 심근경색또는협심증등 ) 에대해서는구분하지않았기때문에동일한환자군이라고하기에는약간의무리가따를수있지만, 예비연구의성격으로는적절하다고볼수있다. 본연구에서는 %HRR과 %V O 2 peak의회귀식에서는상수값과회귀계수모두가기준값 ( 상수값0, 회귀계수1) 과유의한차이 (p<.01) 를보였지만, %HRR 과 %V O 2R의회귀식에서는상수값은기준값과유의한차이를보였지만 (p<.01), 회귀계수는기준값과통계적유의한차이를보이지않았다. 즉, %V O 2 R에서회귀계수는기준값인 1과동일하다는의미로해석될수있다. 이와같이관상동맥환자에서도선행연구들에서와같이 %HRR과 %V O 2R이 %V O 2max보다더일치함을보인것이다. 이러한결과는심장환자에서운동처방을할때다음과같은이점을보일수있다. 첫째, 목표심박수설정에서 %V O 2 R 로처방할때상대적으로더정확한강도로처방을할수있다. 둘째, %V O 2peak는서로다른체력수준을가진환자에대해상응하는상대적인운동강도를제공할수없는데반해, %V O 2 R는심박수와상응하는상대적인운동강도를제공해줄수있다. 셋째는비만의위험인자를가진심장환자에서실제 (net) 칼로리소비에서의이득이다. %V O 2peak에서의칼 로리소비는총 (gross) 칼로리소비의개념이지만, %V O 2 R에서는안정시대사를고려하기때문에직접적인실제 (net) 칼로리소비에더부합한다고할수있다. 9) Simmons 등 10) 은만성폐쇄성폐질환자를대상으로각운동강도에대해 %HRpaek 와 %V O 2 peak, 그리고 %V O 2 R의관계를연구하였다. ACSM 은 50, 60, 80, 85% 의 V O 2 peak는각각 62, 70, 85, 90% HRpeak가된다고하였다. 7) 본연구에서는각각의 40, 60, 80% HRR 과 %V O 2peak, 그리고 %V O 2R 과의상관을분석하였다. 분석결과각강도별 %V O 2 peak와 %V O 2 R 모두는 80%HRR 과의상관계수가가장높았다. 이는 ACSM 가이드라인과동일한결과이다. 그러나각각의강도에서 %V O 2R는 %V O 2peak보다모든강도에서 %HRR과의상관계수가더높았다. 결국, 이러한결과에서도알수있듯이, 관상동맥질환자의심폐지구력을향상시킬수있는중강도인 40~80% 에서산소섭취량에의한운동강도설정에서도 %V O 2 peak보다도 %V O 2R이 %HRR과상관이더높기때문에정확한운동강도를설정하기위해서는 %V O 2R을이용하는것이더적절하다고결론내릴수있다. Figure 1. Regression of %HRR vs %V O 2 peak and %HRR vs %V O 2R in CAD patients 참고문헌 1. Rotstein, A., Y. Meckel. Estimation of %V O 2reserve from heart rate during arm exercise and running. Eur J Appl Physiol. 2000; 83:545-550. 2. Swain, D.P., K.S. Aernathy, C.S. Smith, S.J. Lee, and S.A. Bunn. Target heart rates for the development of cardiorespiratory fitness. Med. Sci. Sports Exerc. 1994;26:112-116. 305
[ 관상동맥질환자의 %HRR 과 %V O 2peak 그리고 %HRR 과 %V O 2R 의회귀분석 ] 3. Davis JA, Convertino VA. A comparison of heart rate methods for predicting endurance training intensity. Med Sci Sport 1975;7: 295-298. 4. Hellerstein HK. Exercise therapy in convalescence from acute myocardial infarction. Med Wocheschr. 1973;103:66-73. 5. Saltin BG, Blomquist JH, Mitchell RL, Johnson Jr, Wildenthal K, Chapman CB. Response to exercise after bed rest and after training. Circulation. 1968;38[suppl. 7]:1-78. 6. Karvonen MJ, Kentala E, Mustela O. The effect of training on heart rate: a longitudinal study. Ann Med Exp Biol Fenn. 35:307-315. 7. American College of Sports Medicine, ACSM's guidelines for exercise testing andprescription. Lippincott Williams & Wilkins. 2000. 8. Swain, D.P., B.C. Leutholtz. Heart rate reserve is equivalent to %V O 2R, not to %V O 2max. Med. Sci. Sports Exerc. 1997;29:837-843. 9. Swain, DP, Leutholtz, BC, King, ME, Haas, LA, Branch D. Relationship between % heart rate reserve and %V O 2reserve in treadmill exercise. Med. Sci. Sports Exerc. 1998;30:318-321. 10. Simmons D.N., M.J. Berry., S.I. Hayes, and S.A. Walschilager. The relationship between %HRpeak and V O 2peak in patients with chronic obstructive pulmonary disease. Med. Sci. Sports Exerc. 2000;32:881-886. 11. Byrne, MN, Hills AP. Relationship between HR and V O 2 in obese. Med. Sci. Sports Exerc. 2002;34:1419-1427. 12. Brawner CA, Keteyian SJ, Ehrman JK. The relationship of heart rate reserve to V O 2 reserve in patients with heart disease. Med. Sci. Sports Exerc. 2002;34(3):418-422. 13. Belman, MJ and GA, Gaesser. Exercise training below and above the lactate threshold in the eldery. Med. Sci. Sports Exerc. 1991;23: 562-568. 14. Panton, LB, JE Graves, L Garzarella, et al. Relative heart rate, heart rate reserve, and oxygen uptake during exercise in the eldery (Abstract). Med. Sci. Sports Exerc. 199;24(suppl. 5):S185. 306
Korean J Health Promot Dis Prev Vol. 5, No. 4, 2005 [Abstract] The Relationships Between %HRR and %V O 2 peak, or %V O 2 R in Patients with Coronary Artery Disease Han-Joon Lee Asan Medical Center, Sports & Health Medicine Center Background Methods Results Conclusions Key words The relationship between %HRR and %V O 2peak has been suggested as a method for exercise prescription. But recent researches for healthy adults have shown that %HRR is equivalent to percentage of oxygen consumption reserve(%v O 2R) not to %V O 2peak. The purpose of this study was to determine whether %HRR was equivalent to %V O 2peak or %V O 2R in patients with CAD. Sixty two patients with CAD(60.4±3.3 year) were performed graded exercise test on treadmill. HR and V O 2 were checked at every 10 seconds and perform linear regressions on %HRR versus %V O 2peak, and %HRR versus %V O 2R for each subject. And %HRR was used to determine correlations with %V O 2peak and %V O 2R at 40%, 60%, and 80%. Mean intercept and slope between %HRR and %V O 2peak were -15.3 ±2.6 and 1.061±0.038, respectively, with a mean correlation coefficient 0.865±0.038. Mean intercept and slope between %HRR and %V O 2R were -5.82±2.5 and 0.994±0.036, respectively, with a mean correlation coefficient 0.869±0.019. regression of %HRR and %V O 2peak wase different significantly from the line of identity(p<.01). However, the regression of %HRR versus %V O 2R was closer to the line of identity than the regression of %HRR versus %V O 2peak. The correlation of %HRR with %V O 2R was higher than one of %HRR and %V O 2peak at 40, 60, and 80%, even though both correlations were significant statistically(p<.01). In conclusion, %HRR should be considered as an indicator of %V O 2R not %V O 2peak, when prescribing treadmill exercise in patients with CAD. (Korean J Health Promot Dis Prev 2005; 4:302~307) %HRR, %V O 2peak, %V O 2R, CAD, exercise prescription 12` Address for correspondence : Han-Joon Lee Asan Medical Center, Sports & Health Medicine Center 138-736, Korea T e l : 02-3010-4951 E-mail :hanjoon71@yahoo.co.kr 307