최대 심박수 추정식의 진실과 과제

                                                                             글 / 조정환(서울여자대학교 교수)

우리는 아직 잘 알지 못하는 미지의 특성을 이해하고 설명하기 위해서 개별 현상에 대한 자료들을 모은다. 그리고 이들 자료에서 보여지는 공통적인 부분들을 찾아 정리하고 현상에 숨어있는 질서를 이해하고자한다. 이러한 과정에서 파악하게 된 정보를 바탕으로 이론이라는 것을 만들고, 또 이론의 재현성 여부를 평가하여 확증하는 단계를 거치기도 한다. 일반적인 과학적 탐구 활동은 이렇게 개별 사례를 모아 전체적인 설명을 목적으로 하기도 한다.
 
잘 알다시피 이러한 연구 활동의 대상이 자연 현상들 예를 들면 자석의 힘, 연료의 연소, 공기나 빛의 특성들인 경우 연구과정에서 나타나는 질서는 몇 번이고 언제든지 정확히 반복해서 증명해 보이기 쉽다. 따라서 실험적인 방법에 의해서 동일한 결과가 얻어지는지 여부를 확인하기도 쉽고, 또 이러한 방법에서 특정한 요소들 간의 원인 결과 즉 인과관계에 대한 설명이 용이하게 된다.
 
그러나 그 대상이 자연 현상이 아닌 사람의 행동이나 신체적 반응과 같은 영역에서는 자연과학의 물질세계와 달리 간단히 쉽게 설명될 수 없는 부분이 너무 많다. 동일한 결과라 할지라도 그러한 결과가 나타난 배경 맥락(context)이 너무 복잡하고 다양하여 같은 현상을 재현 할 수 있도록 일반화하여 표현하기는 매우 어려운 일이다. 똑 같은 훈련방법의 결과가 개인마다 다르게 나타나는 결과는 허다하다. 
 
이러한 경우 개별 사례들의 특성을 요약하여 제시된 모형(model)은 엄밀히 따지면 진실과는 먼 것이다. 제안된 모형을 이용해서 개별 현상을 설명하거나 새로운 현상을 예측할 경우 오차는 필연적으로 발생하게 된다. 개인의 행동은 환경과의 상호작용을 간과할 수 없고 더구나 자체의 복잡성 때문에 설명과 결과의 예측을 위해서 결정론적인 모형으로 설명하기는 그만큼 어렵다.   

 

 

운동생리학 교과서에는 최대심박수 산출을 위한 공식[최대심박수(HRmax)=220−나이]이 제시되어 있다. 유산소 운동능력의 지표인 최대심박수는 실험실 내에서 점증적인 운동부하검사에 의해 정확한 평가가 가능하지만 현장에서 간편하게 추정할 수 있도록 제안된 모형이다. 최근까지만 해도 이 모형은 무비판적으로 받아들여졌으며, 아직도 교과서 한 부분을 차지하고 있다. 이 모형이 참이라면 나이가 같을 때 최대심박수는 모두 같다.
 
1960년대 후반 운동생리학자인 해스켈(William Haskell)과 폭스(Samuel Fox) 박사는 운동부하 검사를 받으러온 심장병환자들에게 맞는 최대 심박수 공식을 찾던 중이었다고 한다. 이 공식을 만들기 위해 연구자들은 무작위로 대상자들을 선발한 것은 아니었으며, 어떻게 보면 ‘220−나이’라는 공식에 맞는 대상자들로 구성된 집단으로부터 얻어진 자료였다고 보는 것이 오늘날의 평가이다.
 
당시 폭스 박사가 세계보건기구로부터 심장병 진단을 위한 운동부하검사 활용방안에 대한 요청을 받고, 헤스켈과 함께 그동안 여러 연구에서 얻어진 최대심박수 자료를 수집하였다. 참석자들의 연령과 최대심박수 자료를 바탕으로 그려진 그래프 그림에서 나이가 20인 사람은 최대심박수가 220이고, 40인 사람은 180, 나이가 60인 사람은 160인 관계를 눈으로 확인하고 두 사람은 ‘220−나이’공식을 만들어 내게 되었다고 한다.
 
이 공식을 근거로 하면 분당최대심박수는 나이를 한 살 먹을 때마다 1회씩 줄어든다는 신체적 현상에 대한 정보를 제공하기도 한다. 사람들이 나이가 들어가면서 노화에 따라 운동능력 또한 떨어지는 것은 당연하다. 그러나 최대 심박수 관점에서 사람들의 운동능력이 해마다 1회씩 줄어드는 관계가 명확한지에 대한 근거는 분명치 않다. 더구나 이 자료는 남성만을 대상으로 얻어진 자료이었다.   
 
최대심박수 산출공식 탄생의 웃지 못할 배경이 알려지고 난 이후 많은 연구자들은 편의적인 표본에 의해서 이루어진 공식임을 알게 되었다. ‘실험실에 들어온 아무 사람을 붙들고 측정한 자료...’라는 혹평과 함께 새로운 공식을 만들기 위한 연구에 노력하였다. 다른 연구자들은 ‘220−나이’ 공식은 심장병을 가진 사람들이 주 대상이 되었던 배경에 주목하면서, 자신의 체력의 한계를 알고자하는 건강한 대상자에는 부적합한 상황적 맥락에 주목하였다.  
 
이후 많은 연구자들이 건강과 체력평가에 활용이 가능한 최대심박수 추정식 개발을 위해 노력하였으며, 기존의 공식으로 최대심박수를 추정하였을 때 추정의 오차가 분당심박수 기분으로 7-11회 정도임이 보고되기도 하였다. 이후 많은 연구에 의해 수십개 이상의 새로운 추정식 모형이 개발되어왔다. 새로운 연구에서는 기존의 단순한 선형적 모형(linear equation) 뿐 아니라 비선형적 모형(nonlinear equation)까지 다양하게 제시되었다.
 
그럼에도 불구하고 개인의 최대심박수 추정식의 정확성은 대상자의 체력수준, 운동 습관, 건강수준 등에 의해 좌우된다는 점에서 여전히 숙제를 안고 있다. 같은 나이에 같은 스포츠 종목에 참여하며, 같은 훈련 프로그램에 참여한다 해도 최대 심박수 차이가 60이상 나타난다는 보고도 있다. 일반인 집단에서는 이와 같은 개인차가 더 크게 나타날 수 밖에 없으며, 제안된 추정식은 동일한 배경을 가진 대상자에게만 타당한 자료로서 의미를 가질 것이다.
 
올해 출판된 미국심장협회 학술지(Circulation. 2010;122:130-137)에는 여성들을 위한 최대심박수 추정 모형이 발표된 적이 있다. 그동안 제안된 최대심박수 추정식이 주로 남성들의 자료를 바탕으로 하였기 때문에, 여성들의 운동능력 추정 오차가 크게 작용하였다는 점에서 대규모 여성들을 대상으로한 연구결과를 발표하였다. 1992년 사전 측정 자료를 근거로 나이에 따른 최대 심박수 감소, 심박수에 따른 사망위험율 등의 자료도 보고되었다.
 
이 연구에서는 개인의 최대심박수 추정치라는 표현보다는 ‘평균 최대심박수’라는 표현으로 나이에 따르는 여성의 최대심박수 추정식[mean peak HR=206–0.88(age)]을 제안하였다. 더불어 운동수준을 통제하였을 때, 분당 최대 심박수 기준으로 심박수가 1회 증가할 때 심장병에 의한 사망률이 3%정도 낮아지는 결과도 제시하였다. 그동안 누적된 임상적 자료를 바탕으로 1회 심박수에 상응하는 운동능력의 가치도 밝혀진 셈이다.   
 
또한 이 연구에서는 기존의 남성자료를 근거로 한 추정식은 결과적으로 여성들의 최대심박수를 과대 추정하고 있음을 보고하였다. 연구자들은 생리적 특성으로서 심박수 지표를 활용할 경우 반드시 성 특성을 고려하여야 한다는 점을 지적하였다. 아주 상식적이고 당연한 이치로 누구도 부인하지 않을 내용이지만, 이러한 간단한 이치가 구체적으로 밝혀지는데 이렇게 오랜 시간이 필요하였다.
 
평가 영역에서는 맥락(context)과 일반화(generalizing)에 대한 논의가 계속 있어 왔다. 역사와 전통이 오랜 학문 분야에서는 이러한 양면성에 대한 지식과 경험이 많이 축적되어 왔지만 상대적으로 역사가 짧은 분야에서는 아직 실험적 과정에 있음도 부인 할 수 없다. 현장의 사용자들이 이러한 정보의 진위를 구별하여 활용하는 일은 불가능 한 일일지 모른다. 그렇지만 연구자만은 정확한 내용을 바르게 사용하고 제공하여야 할 책무를 벗을 수 없다.  

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