1. 서론
고온 환경에서 화재진압활동은 신체의 면역체계에 영향을 주며, 체온의 변화는 염증 반응의 변화를 동반하는 것으로 보고하였다(Romanovaky et al., 2005). 염증은 질병, 신체손상 및 바이러스 감염 등에 대항하여 나타나는 방어적 반응으로 C-반응 단백(CRP; C-reactive protein), TNF-α(tumor necrosis factor α), Interleukin-6(IL-6)은 대표적인 염증지표로 알려져 있다(Bruunsgaard, 2005).
인체의 방어기전인 염증 반응과 마찬가지로 인체의 생명유지를 위한 항상성(homeostasis) 유지는 교감신경계와 부교감신경계의 연속적 상호작용에 의한 적절한 균형에 의해 이루어진다(Jae, 2003). 그러나 자율신경계의 불균형이 발생할 경우 심혈관계 질환의 위험도를 증가시키며(Lahiri et al., 2008), 그 중 부교감신경계 활성도의 장애가 심혈관 질환의 문제를 야기하는 중요한 요인으로 제시되고 있다(Schwarts, 1998).
부교감신경계 활성도의 임상적 평가는 심박수변이도, 압수용체 민감도, 운동부하 후 회복기 심박수(HRR; heart rate recovery) 등을 이용한다. 이 중 HRR은 관상동맥질환 및 미주신경 활성도를 분석하기 위해 기존 장비와 비교 시 간단하고 저렴한 비용으로 질병에 대한 위험도를 예측할 수 있기 때문에 부교감신경계 활성도를 나타내는 지표로 널리 활용되고 있다(Froalichsr et al., 1999; Pardo et al., 2010; Singh et al., 2010). Jae et al.(2009)은 낮은 HRR은 동맥경화증과 염증지표인 백혈구(WBC; white blood cell), CRP와 관련이 있는 것으로 보고하였으며, 심폐지구력과 염증지표의 관련성에 자율신경계의 기능이 관여할 수도 있음을 제시하였다.
HRR과 더불어 안정 시 심박수(RHR; resting heart rate)도 자율신경계의 이상을 파악할 수 있는 중요한 요인으로 보고되고 있다(Palatini et al., 2004). 상승된 심박수는 자율신경계의 불균형과 교감신경계의 활성을 반영하며, 이는 염증 증가의 원인이 되는 것으로 보고되고 있다(Bernik et al., 2002). Whelton et al.(2014)은 RHR과 혈압, 중성지방, 체질량지수, 허리둘레, 피브리노겐(fibrinogen), CRP, IL-6의 관련성을 보고하였다.
화재발생 신고와 동시에 출동 시 소방공무원의 심박수는 안정 시(60~80회/분)에 비해 약 50회/분 이상으로 급속히 증가하는 것으로 보고되고 있다(Barnard & Duncan, 1975). 화재진압 현장에서는 고온 환경, 보호 장비, 소방호스 및 각종 무거운 장구의 사용은 심박수에 많은 영향을 미친다. 앞에서 언급한 선행연구에서 RHR, HRR과 염증지표의 관련성이 보고되고 있지만, 소방활동과 관련하여 RHR, HRR과 염증지표의 관련성을 확인한 연구는 전무한 실정이다.
이에 본 연구는 고온 환경에서 소방활동 시 체온, 안정 시 및 운동부하 후 회복기 심박수와 염증지표의 관련성을 조사하여 소방활동 시 소방공무원의 안전을 위한 심박수의 유용성을 알아보고자 한다.
2. 연구내용 및 방법
2.1 연구 대상
본 연구는 경남 K대학교 재학 중이며, 소방공무원을 희망하는 신체 건강한 남자 32명을 대상으로 하였다. 모든 참가자들에게 실험에 관한 내용을 충분히 설명 후 참여 동의서를 받아 실험을 진행하였다. 참가자의 신체적 특성은 Table 1과 같다.
2.2 실험 절차
본 연구는 소방방화복(10.8 kg)과 공기호흡기(11.3 kg)를 착용한 후 트레드밀을 이용하여 개인의 체중을 고려한 9 METs(시속: 6 km/h, 경사도: 10~12%)의 작업강도로 15분간 실시하였다.
본 실험은 공과대학 내에 -20 ~ +50°C의 온도 조절이 가능한 쳄버(chamber) 내에서 진행되었으며, 실험 당일 온도조건은 WBGT(wet bulb glove temperature index)를 사용하여 WBGT 30±0.9°C로 설정하였다(Bang, 2013; Katica et al., 2011).
혈액채취는 실험 실시 하루 전 저녁 식사 후 12시간의 공복상태를 유지한 후 오전 8시에서 10시 사이에 일회용 주사기를 이용하여 상완정맥에서 숙련된 전문가가 3 ml를 채혈하였다. 30분 후 운동을 시작하였으며, 운동 직후에 안정 시와 동일한 양을 채혈하였다. 채혈한 혈액은 응고를 방지하기 위해 항응고 처치 후(헤파린 50 ㎕) 즉시 원심분리하여(3000 g×20 min, 4°C) 혈장만을 분리하였고, 분석 전까지 –70°C에서 보관하였다.
2.3 측정 방법
RHR 및 HRR 측정은 무선 심박수 측정기 Polar 810i(Polar Electro Oy., Finland)를 이용하였으며, 가슴부위에 송신기를 착용하여 고정시킨 후 수신기는 손목에 착용하여 심박수를 측정하였다. RHR는 측정 전 의자에 앉은 상태로 5분 동안의 안정 기간을 가진 후에 더 이상 내려가지 않는 상태에서 무선 심박수 모니터 기기를 이용하여 측정하였다. HRR은 선행연구에서 제시한 방법으로 계산하였다. 운동부하 후 운동 시 도달한 최고 심박수에서 회복 시 1분 또는 2분 동안의 심박수를 뺀 값으로 정의되며(Cole et al., 1999), 본 연구에서는 1분, 2분, 3분 동안 측정된 심박수를 계산하였다.
체온은 심부온도를 측정하였으며, Ericson et al(1994)은 고막온도(tympanic temperature)가 체온조절 중추에 있는 뇌의 시상하부 온도를 가장 정확하게 나타낼 수 있다고 보고하였다. 이에 본 연구는 고막온도를 심부온도로 측정하였으며, IRT-6520(Braun Co., USA)을 이용하였다.
혈중 염증지표는 CRP와 TNF-α를 측정하였다. CRP는 혈청샘플을 이용하여 Hitachi 7600(Hitachi Co., Japan) 자동분석기를 이용하여 측정하였으며, TNF-α는 Quantikine High Sensitivity Kit(R&D System., USA)를 사용하여 면역흡착분석법으로 측정하였다.
3. 결과 및 분석
심박수의 결과는 Fig. 1과 같다. 고온 환경에서 소방활동에 따른 시간별 심박수는 유의한 차이가 나타났으며(F=42.154, p<.001), 소방활동 후 3분에서 유의한 증가를 나타내었다. 일반적으로 심박수는 운동 시작과 더불어 급격하게 상승하며 운동강도에 비례하여 지속적으로 상승하게 되는데, 저온 환경보다 고온 환경에서 운동 시 심박수의 반응은 더 증가한다(Willmore & Costill, 1999). 이는 신체활동에 동원되는 근육과 열방출을 위한 피부혈관으로의 혈액량 공급이 분산되면서 정맥회귀 저하에 의해 심장의 1회 박출량이 부족한 결과로 나타나는 반응이다. Yoo(2014)의 연구에서 소방활동 시 화재로 인한 고온 환경이 심박수에 영향을 미치지만, 소방 보호장비의 착용이 심박수에 더 영향을 미치는 것으로 보고하였다. 이는 방화복 및 공기호흡기의 무게로 인한 작업강도의 증가, 방화복의 열 차단 효과로 작업온도의 상승이 심박수의 증가를 가져온다고 하였다(Duggan, 1988; Selkirk & McLellan, 2004).
소방활동 직후와 비교 시 회복기 모든 시기에서 유의한 차이를 나타내었으며(p<.05), HRR의 결과는 Table 2와 같다. 운동과 심박수의 반응은 운동 중 교감신경계 활성도가 증가하여 심박수는 점진적으로 상승되며, 동시에 부교감신경계 활성도는 감소하게 된다(Imai et al., 1994). 운동 직후 자율신경계의 변화는 빠르게 역전되며, 이는 부교감신경계의 reactivation이 증가되어 심박수는 감소한다(Lauer, 2001). 운동 후 심박수의 감소 정도는 개인의 체력 수준에 영향을 받는다. 체력 수준이 높은 경우에는 회복기 심박수가 빠르게 돌아오는데 반해, 체력 수준이 낮은 경우 심박수 회복율이 보편적으로 느리다.
고막온도, CRP, TNF-α의 소방활동 전, 후 차이의 결과는 Table 3과 같다. 일반적으로 격렬한 신체활동은 체온 상승을 일으키며, 이는 CRP, TNF-α 등의 사이토카인 분비를 가져와 염증을 상승시키는 것으로 알려져 있다. Yoo et al.(2015)의 연구에서 8 METs의 작업강도에서 소방방화복 착용과 소방방화복 및 공기호흡기 착용의 2가지 처치 모두 CRP, TNF-α는 유의하게 증가하였으며, 소방 보호장구의 중량이 무거울수록 염증지표는 높게 나타나는 것으로 보고하였다. 본 연구에서도 고막온도, CRP와 TNF-α는 소방활동 전보다 후에 유의한 증가를 나타내었다.
Table 3
Results of Tympanic Temperature, CRP and TNF-α
| Variable | pre | post | t | p |
|---|---|---|---|---|
| Tympanic temperature (°C) | 36.6 ±0.3 | 37.4 ±0.4 | -12.339 | .000*** |
| CRP (ng/ml) | 0.128 ±0.020 | 0.137 ±0.026 | -3.869 | .001** |
| TNF-α (pg/ml) | 0.056 ±0.004 | 0.060 ±0.003 | -6.228 | .000*** |
고강도 소방활동 시 RHR, HRR과 고막온도, CRP, TNF-α의 상관관계 결과는 Table 4와 같다. RHR과 안정 시 고막온도(r=.397, p<.05), 소방활동 직후 고막온도(r=.514, p<.01)는 유의한 정적상관이 나타났다. 안정 시 CRP와 HRR 1분(r=.494, p<.01), HRR 2분(r=.501, p<.01), HRR 3분(r=.509, p<.01)에서 유의한 정적상관이 나타났다. 소방활동 직후 CRP와 HRR 1분(r=.535, p<.01), HRR 2분(r=.487, p<.01), HRR 3분(r=.535, p<.01)에서 유의한 정적상관이 나타났다. 그러나 TNF-α와 HRR, RHR과 CRP, TNF-α의 모든 변인은 유의한 상관이 나타나지 않았다.
Table 4
The Correlation of RHR, HRR, Tympanic Temperature, CRP and TNF-α
| RHR | HRR | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| 1min | 2min | 3min | |||
| Tympanic temperature (°C) | pre | .397* | .072 | .172 | .173 |
| post | .514** | -.231 | -.053 | -.143 | |
| CRP (ng/ml) | pre | -.058 | .494** | .501** | .509** |
| post | -.010 | .535** | .487** | .535** | |
| TNF-α (pg/ml) | pre | -.134 | -.055 | .236 | .144 |
| post | -.005 | -.135 | .138 | .018 | |
자율신경장애 지표인 RHR 및 HRR에 대한 연구의 진행으로 RHR, HRR과 심혈관계 위험 인자와의 상관성에 대한 연구가 이루어지고 있다. RHR이 높은 상태이거나 HRR의 반응이 낮은 경우 부교감신경 활성도 감소에 의해 심혈관 질환 사망 위험률이 높은 것으로 보고되고 있다(Cole et al., 1999). Byeon et al.(2013)은 CRP와 HRR 1분, 2분, 3분에서 음의 상관을 보고하였으며, Kang et al.(2012)은 CRP와 HRR
1분에서 음의 상관을 보고하였다. 이와는 상반되게 본 연구에서는 양의 상관을 보였다. 이러한 결과는 주변 환경의 온도차에 의한 결과로서 선행연구의 경우 환경 온도가 15~26°C 범위에서 실시하였으며, 본 연구는 30°C 이상의 고온에서 실시하였다. 15~26°C의 기온에서 운동 시 심박수 변화는 운동강도에 비례하여 상승하지만, 30°C 이상의 고온 환경에서 운동은 피부혈류량 및 발한량이 증가시켜 열발산 또는 보존기전의 변화를 초래하게 되며(Nadel, 1980), 이는 과다한 체액손실과 혈장량의 감소를 가져와 순환기능이 저하된다(McArdle et al., 1991).
본 연구에서 CRP와 HRR의 양의 상관 결과로 고온 환경에 따른 소방활동은 심혈관 질환을 높일 수 있는 것으로 사료된다. HRR의 회복율이 느린 이유는 화재로 인한 고온 환경과 소방방화복의 열 차단에 의한 체온 증가로 인하여 혈관의 확장을 가져와 환류 정맥혈의 감소 또는 지연으로 설명할 수 있으며(Imai et al., 1999), 소방활동 후 빠른 심박수 회복율을 위한 방안 및 대책이 마련되어야 할 것으로 사료된다.
4. 결론
본 연구는 고온 환경에서 소방활동 시 RHR, HRR과 고막온도, CRP, TNF-α의 관련성을 조사하여 소방활동 시 소방공무원의 안전을 위한 심박수의 유용성을 알아보고자 하였다. 그 결과, RHR과 고막온도, CRP와 HRR 1분, 2분, 3분에서 유의한 상관이 나타났다. 이상의 연구결과, 느린 회복율의 HRR은 CRP에 부정적 영향을 미치는 것으로 나타났다. 따라서 HRR은 소방활동 시 개인의 건강 및 안전에 대한 지표가 될 수 있을 것으로 사료된다. 추후연구는 빠른 심박수 회복율을 위한 방안 및 객관적인 지표의 마련을 위해 더 많은 피험자를 확보하고, 다양한 실험 조건들을 세부적으로 하는 연구들이 이루어져야 할 것이다.
PDF Links
PubReader
ePub Link
Full text via DOI
Download Citation
Print
