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        Joaneum Reseach Institute for Noninvasive Diagnostics 

Internal Pilot Study  Evaluation of the effects of QLink on circulation and the autonomic nervous system

 

 

연구 내용: 순환계와 자율신경계에 미치는 QLink의 영향 평가

 

측정 장소와 기간:

실험실에서 단기간(20초, 5분) 측정, 현장에서 장기간(1시간, 4시간, 18시간) 측정.

 

측정 장비:

HeartMan, 심장 주파수의 변이성을 정확하게 측정하는 단 채널의 높은 정밀도를 보이는 ECG 측정장비.

 

연구팀:

Vincent Grote, Helmut Lackner, Claudia Zeiringer, Matthias Fruhwirth, Maximilian Moser.

 

1.      최종 보고서

1.1 서론

비침습적 진단법 연구소는 인체의 기능과 이들의 상호작용에 관심을 가지고 있다. 이런 목적 때문에 연구소에서는 건강 상태와 인체의 조절 기능에 관한 정보를 수집할 수 있는 비침습적 방법들을 사용한다. 최근 개발된 방법들로 인해 인체 기능들을 통합하고 동시화하며 그리고 조절하는 인체의 기능적 시스템인 자율신경계를 비침습적으로 측정하는 것이 가능하게 되었다. 

심장 주파수는 심장, 순환계, 호흡, 체온, 대사, 그리고 정신심리적 영향이 중요한 역할을 하는 복합적인 조절 네트워크에서 가장 중요한 파라미터이다. 이로 인해 심장 주파수는 심장 주파수 변이성의 형태로 측정이 가능한 전형적인 일시적 특성이 된다. 스펙트럼 분석을 통해 자율신경계의 개별적 분지들의 활성도를 기술할 수 있다.

본 연구에서는 HeartMan으로 부르는 측정 도구를 사용했다. 이 도구는 심박동 구간(R-R 구간)을 아주 정확하게 기록함으로써 심장 주파수 변이성을 측정한다. 이들 구간에서 HeartMan은 심장 주파수 변이성의 다양한 파라미터들을 계산해 낸다; 운동시와 휴식기 동안에 전체 20개 파라미터들의 연속적 순서를 알아낼 수도 있다. HeartMan은 장비를 이동시켜서 순환계의 기능적 그리고 자율적 조절을 감시할 수도 있으며, 24시간 심박동 감시(Holter 감시기) 기능도 가능하다.

l        다음 특징적 계수들을 측정하고 계산한다.

-            TOT(총 주파수, total frequency): 전체 주파수 범위(0.033-0.5 Hz)에서의 수행도

-            HF(고주파수, high frequency): 2.5초와 7초 사이의 변이 구간. 따라서 HF 영역의 수행도는 부교감신경계의 활성도와 일치하며, 호흡 변화로 인한 심장 주파수 변이를 일차적으로 반영한다.

-            LF(저주파수, low frequency): 저주파수 영역은 7-25초(0.04-0.15Hz) 범위이다. 이 영역의 수행도는 부교감신경계(심호흡)와 교감신경계 모두에 의해 영향을 받는다. 이 영역은 수용체의 활성도가 가장 잘 반영되기 때문에 압력수용체 영역(baroreceptor band)으로도 알려져 있다. 심장 주파수의 저주파수 구성요소는 0.1Hz 주파수의 혈압 리듬과 일치한다.

-            LF/HF(자율신경 지수, vegetative quotient: VQ): 위에서 언급한 2가지 파라미터들은 생명체의 순간적 자율신경 활성도 수준을 반영하며 “자율신경 균형”을 현재 가장 잘 측정할 수 있는 방법이다. 수치가 높을수록 활성도가 높고 수행-지향적이며, 수치가 낮을수록 휴식-지향적 인체 상태를 나타낸다.

-            SDNN(정상-대-정상 구간의 표준편차, standard deviation of normal-to-normal intervals): 5분 동안의 오류 보정 RR 구간 표준편차는 모든 주파수 영역에서 전체 변이성을 평가하는 지수이다.

-            logRSA: HF처럼, 연속되는 심장 주파수들의 절대적 차이의 중앙값도 특정 주파수에 명백한 선을 긋지않고도 빠르고 호흡에 의한 변화를 일차적으로 측정한다. 호흡성 동부정맥(Respiratory sinus arrhythmia: RSA)은 호흡 동안에 발생하는 심장 리듬의 변조를 반영하는 심장 주파수의 고주파수 변이성을 의미한다. 또한 미주신경의 활성도 정도를 나타내기도 한다.

-            맥박-호흡 지수(Pulse-Respiration Quotient: QPA(독일식 약어))는 단일 호흡 주기 동안에 발생하는 심박동수를 말한다. 밤과 휴식기 동안에는 건강한 사람도 전형적으로 대략 4:1의 지수를 나타내는 것으로 알려져 있으며, 이는 2:1에서 22:1까지 다양하게 나타나는 낮 동안에 운동을 할 때 기록되는 지수와는 차이가 있다.

AutoChrone 영상은 심장 주파수와 심장 주파수 변이성에 내재된 복잡한 정보들을 시각적으로 단순화시켜 보여주는 방법이다. 이는 3차원 영상으로(횡좌표: 시간, 세로좌표: 주파수, 색깔: 진폭) 각각의 선들은 연속되는 시간들 곳에서(심박동수처럼) 단기간의 주파수 분석의 결과를 나타낸다. 각 신호의 진폭은 색깔로 표현된다. 낮은 수치는 파란색, 높은 수치는 희색으로, 그리고 아주 높은 수치는 빨간색으로 표시된다. 따라서 영상은 선과 선으로 이루어지며, 일련의 심박동들(예를 들면 24시간 동안)에서 내재된 리듬들의 시간-의존 영상들을 나타낸다.

2.      방법

2.1 실험 고안과 과정

예비 연구(실험실과 현장에서 반복 측정하는 맹검 연구)에서 전체 관찰 과정은 체계적으로 다양화된 치료(IV1: QLink(Verum) vs 가짜 장비)와 시간 요소(IV2, IV3) 모두에 따라 다른 길이의 구간(IV2: 실험실에서는 20초와 5분; IV3: 현장에서 1시간, 4시간, 그리고 18시간)으로 구분했다[IV = independent variable].

“잔상 효과(carry-over)” 효과를 최소화하기 위해서 다른 조건들간에는 휴식 기간(“휴식기(wash-out phase)”을 가졌다. 그러나 4시간과 18시간 측정 동안에는 휴식기를 가지지 않았다.

표준화된 단기간 측정을 IND의 실험실에서 시행했으며, 이 때 실험 참가자들은 계속 의자에 앉아서 눈을 감은 상태를 유지했다.

장기간 측정은 25시간 장기 ECG 측정에 포함되어 있으며, 참가자들이 일상 생활을 하는 동안에 이루어졌다. 연구 참가자들은 1시간, 4시간, 그리고 18시간 간격으로 Pendent(Verum 또는 가짜 장비)를 착용했다. 실험 조건에 관계없이 수면 중에는 pendent를 착용하지 않았다.

l        아래 측정을 시행했다.

실험실에서 18회 단기간 측정: 9명 – 20초와 5분.

44회 장기간 측정(25시간): 8-10명 – 기저치, 1시간, 4시간, 그리고 18시간.

2.1.1 표준화된 단기간 측정

2.2.1 장기간 측정(25시간 장기 ECG 측정과 함께 시행)

2.2.1.1 1시간 간격
2.2.1.2 4시간 간격
2.2.1.3 18시간 간격

O: Amulett을 사용하지 않은 측정기

A: Amulett을 사용한 측정기-Verum(붉은색) 그리고/또는 가짜 장비(푸른색) 그룹에 따라

B: Amulett을 사용한 측정기-Verum(붉은색) 그리고/또는 가짜 장비(푸른색) 그룹에 따라

2.3 연구 참가자

VP	그룹	성별	연령	몸무게	신장
V01	A	여성	35	60	167
V02	A	여성	43	55	170
V03	A	여성	28	50	160
V04	B	여성	26	62	172
V05	B	남성	27	70	179
V06	A	남성	17	65	175
V07	사고
V08	B	여성	26	54	163
V09	A	남성	31	82	186
V10	B	남성	51	72	179

 

3.3 장기간 측정 결과(1시간과 4시간)

장기간 측정은 25시간 장기 ECG 측정과 함께 시행했으며, 참가자들이 일상 생활을 하는 동안에 이루어졌다. 연구 참가자들은 1시간, 4시간, 그리고 18시간 간격으로 Pendent(Verum 또는 가짜 장비)를 착용했다. 실험 조건에 관계없이 수면 중에는 pendent를 착용하지 않았다.

3.3.1 1시간 측정  

1시간(대략 참가자 당 5개의 1시간 구간 가짜 장비-Verum) 동안 참가자들의 평균 심박동수는 가짜 장비와 Pendent를 착용하지 않은 경우에 비해 Verum을 착용한 경우가 분당 5회가 낮았다. 호흡에 관련해서도 유사한 소견이 나타났으며, Verum을 착용한 상태에서 보다 낮은 활성도를 보이는 경향을 보였다(20 vs 22 분당 호흡수). 그림의 아래 부분에 표시된 추론적 통계적 접근법의 결과는 보다 큰 표본수에서는 통계적으로 유의한 효과가 기대된다는 점을 보여준다. QPA 역시 잠재적인 긍정적 영향을 보여주고 있으며, 이는 Verum을 착용한 경우에 이상적인 정수 비율인 4:1에 근접하게 된다.

그림 8. 비교 – 일상 활동을 하는 동안 1시간 이상 가짜 장비와 Verum을 착용한 경우와 착용하지 않은 경우. [심박수(평균; bpm); QPA(평균; bpm/cpm)]

그림 8에 나타난 것처럼 1시간(대략 참가자 당 5개의 1시간 구간 가짜 장비-Verum) 동안 참가자들의 평균 심박동수는 가짜 장비와 Pendent를 착용하지 않은 경우에 비해 Verum을 착용한 경우가 분당 5회가 낮았다. 호흡에 관련해서도 유사한 소견이 나타났으며, Verum을 착용한 상태에서 보다 낮은 활성도를 보이는 경향을 보였다(20 vs 22 분당 호흡수). 그림의 아래 부분에 표시된 추론적 통계적 접근법의 결과는 보다 큰 표본수에서는 통계적으로 유의한 효과가 기대된다는 점을 보여준다. QPA 역시 잠재적인 긍정적 영향을 보여주고 있으며, 이는 Verum을 착용한 경우에 이상적인 정수 비율인 4:1에 근접하게 된다.

3.3.2 4시간 측정

수면 동안에도 착용이 가능하다는 점을 고려하면 QLink의 잠재적 효과는 보다 명확해진다.  명백한 결론은 QLink 착용이 수면에도 유의한 작용을 한다는 것이다. 수면을 취하기 전까지 Verum을 착용한 참가자들은 보다 심도 있게 휴식을 취할 수 있었으며(자율신경 균형은 미주신경 긴장도쪽으로 보다 강하게 나타났다), 꿈을 꾸는데도 추가적인 자극 효과를 보였다(보다 높은 SDNN 수치). 앞에서 언급한 것처럼 이들 결과들은 매우 낮고 불균일한 2가지 조건의 표본 분포를 기초로 한 것이다. 보다 면밀하게 관찰하면 가짜 조건은 보다 나이가 많은 참가자들에 의해 나타나는 경향을 보였다(참가자 번호. 2, 9, 10). 또한 HRV가 나이에 보다 명확한 의존성을 보였기 때문에, 이들 2가지 영향을 명확하게 구분하기 위해서는 보다 많은 수의 표본이 필요하다.

아래에는 2가지 보다 생리적인 파라미터들(QPA와 InHF)을 포함하고 있는데, 이들은 그림 9의 결과를 추가적으로 뒷받침 해주고 QLink의 가능한 효과(인체 리듬의 동시화, 특히 호흡과 심박동수의 경우)를 보여줄 뿐 아니라 증가된 자율신경 진동 가능성의 보호적 효과도 나타낸다. 1시간 조건에서처럼, 추론적 통계적 방법은 보다 표본수가 커지면 통계적으로 유의한 효과가 기대된다는 점을 보여준다.

3.4 24시간 측정의 결과

Verum과 가짜 장비를 사용한 24시간 측정은 앞에서 언급한 경향을 확인시켜 준다. 여기에는 pendent를 착용하지 않은 수면 시간도 포함된다. 그러나 여기에 제시된 자료와 결론은 표본이 8명의 참가자 각각에 대해 2개의 자료들(참가자마다 2개의 25시간 측정; n=8)로 구성되어 있기 때문에 4시간 측정에서 얻은 결과에 비해 보가 유의하게 간주될 수 있다.

특징적인 HRV 계수(SDNN, InHF, InVLF, 그리고 VQ)가 24시간 동안 2가지 조건(각성 상태에서 Verum vs 가짜 장비 착용 상태)에서 다르게 나타난다는 것을 보여준다. 여기에서도 QPA에 대한 QLink의 영향(거의 최대 4:1)은 주목할 만 하다.

특징적인 생리적 계수들의 증가된 낮 시간 진폭에 관한 생물연대기적 분석으로 얻은 새로운 시각은 QLink 착용이 심혈관계(특히 수면 기간 동안에 증가된 변동 가능성)에 보호적인 작용을 한다는 것을 시사한다. 그러나 이들 효과들은 아직 통계적으로 증명되지는 못했다.

3.5 참가자의 개별 분석

참가자 개인의 AutoChrone 영상을 보면, 정량적으로 보정된 결과들도 정성적(qualitatively)으로 잘 표시할 수 있다. 아래의 그림은 선별된 참가자를 표시하고 있으며 기저 측정치, 1시간, 4시간, 그리고 2번(Verum만 착용한 경우 vs 가짜 장비만을 착용한 경우)의 18시간 측정치를 포함하고 있다.

명확한 변화(QLink 착용 시간에 비례하는)가 수면 구조에서 나타난다는 점과 여기 표시된 참가자들의 회복력을 보여준다. 보다 긴 시간 동안 Verum을 착용할수록 참가자들의 수면 질이 보다 좋게 나타난다.

4.      고찰

본 예비 연구의 목적은 과학적 방법을 통해 QLink가 자율신경계[ANS; (그리고 회복력과 긴장도와 같은 심장 주파수 변이성 지표들에 미치는 영향)에 미치는 영향을 증명하는 것이다. 본 예비 연구 전에 참가자들에게 시행된 연구에서는 QLink와 인체 자세에 따라 일부 인상적인 결과와 차이를 보여주었다. 예비 연구를 통해 알고자 한 것은 Verum이 자율신경계에 영향을 주는 시간 상수와 잠복기간에 관한 명확한 결론이었다. 이를 위해 다른 시간 간격을 선택하여 인체가 QLink에 반응하는 시간을 측정했다.

실험실의 단기간 측정(일정한 조건에서)은 실험 조건간에 유의한 차이를 보이지 않았는데, 이는 참가자 개별적으로 시행된 예비 연구 결과로 이미 기대된 것이다. 반면 이 결과는 다른 실험 조건 때문일수 있지만, 반대로 참가자가 특히 “민감한 반응자”인 이유도 있을 것이다. 그러므로 가장 가능성이 있는 설명은 20초와 5분 기간이 QLink가 자율신경계에 미치는 영향이 명확하게 나타나기에는 너무 짧다는 주장이다. 예비 연구들은 15동안에 걸쳐서 진행되었고, 이는 실험실의 관찰 기간 이상의 logRSA 동안에 나타난 상당한 변화들을 이 연구로 설명할 수는 없지만 자율신경계의 지연 반응(적어도 15분 이상)에 기인하는 것으로 보인다.

그러나, QLink의 잠재적 효과에 관한 명확한 증거들은 참가자들의 일상 생활 동안 장시간에 걸쳐 이루어진 측정에서 구할 수 있다: 예를 들면, 1시간 측정은 Verum을 착용한 경우에 심박동수가 느려지는 것을 알 수 있었으며 이는 일상 생활에서 보다 자원을 절약할 수 있는 방법을 제시해 주는 것이다. 마찬가지로 맥박-호흡 지수의 결과인 잠재적으로 보다 경제적인 분배를 또 하나의 효과로 추정할 수도 있다; 4시간과 18시간 조건에서도 동일한 결과를 얻었다(그림 10과 11).

QLink의 효과는 특히 회복과 에너지 보충의 가장 중요한 원천인 수면의 질 측면에서 볼 때 특히 명확해진다. 여기서 효과는 특히 4시간과 18시간 조건에서 뚜렷하게 나타났다. 이는 실제 놀라운 것이 아니며 수면 동안에 인체는 모든 자극에 대해 전적으로 차단되고 외부 세계에 의한 잠재적 차폐 효과도 미미하기 때문에 이미 기대된 것들이다. 이 연구는 수면 전에 Verum을 착용하는 것이 인체 리듬의 동시화(특히 호흡과 심박동수의 조율)를 증가시키고, 심박동수 변이(변이를 통한 안정성)를 증가시키며, 그리고 결과적으로 일상 환경 요구에 반응하기 위한 인체의 보다 큰 다양한 호흡과 가능성을 일으킨다는 것을 보여준다. 이러한 해석은 18시간 조건의 분석과 참가자 개별적 분석으로 보다 그 근거를 얻을 수 있다.

결론적으로 현재까지 결과들은 QLink의 매우 유망한 효과를 보여준다고 할 수 있다; 효과들은 특히 pendent를 특정(최소) 시간 동안 그리고 수면 중에도 착용할 때 극대화된다. 보다 많은 표본(N>30)을 대상으로 하는 연구를 통해 예비 연구의 결과가 재현될 수 있는지 그리고 과학적으로 증명될 수 있는지 여부를 알 수 있을 것이다. 현재까지의 분석은 통계적으로 유의한 효과들이 특징적 HRV 계수에 반응된다는 것을 제시하고 있다.

 

 

 

 

 

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