이 연구는 2018년도 인하대학교 교내연구비로 수행되었음.
This work was supported by INHA UNIVERSITY Research Grant in 2018.
To assess the agreement between maximal oxygen consumption (VO2max) measured directly when performing the maximal graded exercise test (GXT) and estimated VO2max from two different equations in Korean male and female youths aged 13-18 years.
Sixty-six adolescents (15.3±1.7 years, 166.0±7.8 cm, 58. 7±10.0 kg, BMI 21.2±2.7) performed GXT on a treadmill and Astrand-Ryhming step test (AR test) to measure VO2max and VO2max estimates, respectively. The participants wore a portable device (Polar CS300) to measure heart rate (HR) during the tests.
Correlation coefficients (
The results of this study suggest that the equation provides the closet agreement with directly measured VO2max in Korean male and female youths aged 13-18 years. A further study needs to develop a step test estimation equation targeting adults and elderly people in which validity and reliability are secured.
WHO [
우리나라를 포함하여 미국, 캐나다 등의 선진국과 WHO에서는 청소년들의 신체활동 가이드라인과 관련하여 주당 5일 이상, 하루 60분 이상의 신체활동을 권장하고 있다. 하지만 우리나라 청소년들의 신체활동 실천율은 선진국의 절반 정도에 해당하는 13.1%에 지나지 않는다[
국민체력 100은 문화체육관광부와 국민체육진흥공단이 추진하는 사업으로, 국민들의 체력을 측정하고 이 결과를 토대로 운동처방을 실시하기 위하여 거점센터를 지정하여 운영하고 있으며, 매해 국민들의 지원 요구가 증가함에 따라 거점센터 수가 급격하게 늘어나고 있다(2012년 전국 4개에서 2018년 42개소 거점센터 운영). 그러나 매해 진행되는 거점 센터 선정과정에서 심폐지구력 항목인 20 m 왕복달리기의 측정 공간을 확보하는 데 어려움이 제기되고 있어 공간의 제약을 최소화하고 보다 정확하고 안전하게 심폐지구력을 측정하기 위한 대체검사 종목이 절실히 요구되고 있다[
이들 심폐지구력 측정을 위한 필드 검사 중 스텝검사(step test)는 공간의 제약을 최소화하고 최대운동부하검사에 해당하는 20 m 왕복달리기검사와는 달리 최대하운동부하검사로서 안전하게 심폐지구력을 측정하기 위한 대체 검사 종목으로 타당하다. 특히, 유산소성 운동능력을 추정하는 가장 간편한 측정방법일 뿐만 아니라 남녀노소 누구나 짧은 시간에 좁은 공간에서 실시할 수 있는 측정방법으로서 개인별로 성별 등에 따라 적절한 운동강도(속도 및 스텝높이)를 조절하기가 용이하기 때문이다[
현재 학교현장에서 가장 많이 사용되고 있는 스텝검사 방법으로는 Harvard 스텝검사, Astrand-Ryhming 스텝검사, YMCA 스텝검사 등이 있으며, 스텝검사에 따라 스텝박스의 높이, 실시 속도, 시간 등이 다르게 구성되어 있다. 이 중에서 가장 우선시되는 것은 대상자의 신장 차이에 근거한 스텝박스의 높이로서 높이가 적절하지 않을 경우 측정결과에 대한 타당도가 감소할 수 있기 때문에 남녀 간의 스텝박스에 대한 차이가 고려될 필요성이 있음을 제기한 바 있다[
최근 이러한 단점을 보안한 Astrand-Ryhming 스텝검사 프로토콜(남녀 각각 40 cm, 33 cm로 분당 23 step/min의 속도로 5분간 실시)을 기반으로 한 추정식이 개발되어 보고된 바 있으나[
이에 본 연구에서는 남녀 청소년들을 대상(만 13-18세)으로 실험실에서 이루어지는 최대점증부하검사(graded exercise test, GXT)를 통해 측정된 VO2max를 준거로 하여 현재 새롭게 개발된 Astrand-Ryhming 스텝검사 프로토콜 기반의 추정식으로부터 산출된 VO2max에 대한 일치도를 평가하고자 한다.
본 연구에서는 I시 소재 남녀 중고등학생 66명이 참여하였으나 측정과정 중 중도 포기하거나 자료 수집 시 문제가 발생한 9명의 학생을 제외한 57명(탈락률 13.6%)이 참여하였다. 이 연구에 참여한 대상자의 대상자 선별 조건으로는, 첫째, 심혈관질환이나 대사성 질환, 근골격계 질환이 없는 건강한 자, 둘째, 비 흡연자, 셋째, 최근 3개월 내에 외과적 수술을 받은 경험이 없는 자, 넷째, 최근 1주일 이내에 실험에 영향을 미칠 수 있는 약물(예: 몸살 또는 감기 등)을 투여받은 경험이 없는 자, 다섯째, 걷거나 뛰는 데 어려움이 없는 자로 하였다.
본 연구의 진행은 기관윤리위원회(IRB)의 심의를 통한 승인(140325-3A)을 거친 후 참여 학생과 학부모들에게 본 연구의 측정 내용과 이유를 설명하고 학부모로부터 동의서를 받은 후 본 실험을 실시하였다. 아울러 참여 학생의 담임 및 체육교사들에게도 측정내용 및 이유를 설명하여 측정 협조를 요청한 후 모든 측정을 진행하였다. 본 연구에 참여한 남녀 학년별 대상자들의 특성은
신장과 체중은 반바지와 티셔츠를 입은 상태에서 측정기기(TBF2002. Tanita Co., Japan)를 이용하여 각각 0.1 cm와 0.1 kg 단위까지 계측하였다. 또한 허리와 엉덩이 둘레 모두 0.1 cm 단위까지 측정하였다. 체지방을 포함한 체성분 분석은 인피던스 방식의 체성분 분석기(Inbody 4.0, Korea)를 이용하여 대상자들의 체지방률(% fat)을 측정하였다.
대상자들은 무선 심박측정기(POLAR, Newyork, USA)를 착용하고 10분 동안 안정을 취한 후 트레드밀을 이용하여 VO2max를 측정하였다(True One 2400® Metabolic Measurement System, Parvo-Medics Inc., Sandy, UT). GXT를 이용한 VO2max의 측정은 일반 성인 여성 또는 남성을 대상으로 하는 KSSI protocol (체육과학연구원)을 수정하여 측정하였다. 본 프로토콜의 최초 운동 시작 부하속도를 5.0 km/hr, 경사도 3% (남녀 모두)에서 2분간 실시하고 이후 단계별 부하 증가는 경사도를 고정(남녀 모두 3%)한 상태에서 속도만 2분마다 1.5 km/hr씩 점증적으로 증가시킨다. 운동 중에는 심박수, 호흡교환율, 운동자각도 등을 측정하였고 산소섭취량은 breath-by-breath 방법으로 호기가스를 표집하였으며(자료 처리는 10초단위), 이들 변인들을 토대로 달리기 지속 여부를 수시로 확인하면서 대상자가 더 이상 운동을 지속하지 못하는 상태(all-out)까지 지속시켰다. VO2max는 운동 부하가 증가됨에도 불구하고 산소 섭취량(VO2)의 수준이 항정 상태일 때로, 이때 운동 중 심박수가 나이로 추정된 최대 심박수(206.9-[0.67×나이]) [
측정검사의 순서는 모든 대상자를 무작위로 선정하여 측정순서를 사전에 결정한 후 일정에 맞춰 진행하였다. GXT 검사와 Astrand-Ryhming 스텝검사는 1주일 간격으로 진행함으로써 검사종목 간 간섭효과(interaction)를 최대한 배제토록 하였다.
GXT 검사와 함께 모든 대상자는 Astrand-Ryhming 스텝검사에 참여하였다. Astrand- Ryhming 스텝검사의 진행을 위해 검사원 1명과 측정보조원 1명이 검사위원으로서 측정을 진행하였다. 원활한 스텝검사를 위하여 최소 길이 4 m, 폭 4 m 이상의 수평 공간을 확보한 후, 남녀 각각 40 cm, 33 cm의 스텝을 준비하였으며, 또한 스텝검사 중 일정한 박자를 유지하기 위해 메트로놈을 이용하여 검사 동안 스텝의 속도를 통제하였다.
실험 참가 전에 자리에 앉아서 최소 5분 이상의 안정을 취한 후 5분이 지날 때 대상자의 안정 시 심박수를 측정, 기록하였다. 이를 위하여 대상자들은 무선심박수 측정기(POLAR RS400, Finland)를 착용하게 하고, 검사 중 심박수 반응을 저장하였다. 안정시 심박수 측정이 종료된 후 23 step/min의 속도로 5분간 스텝 테스트를 실시하였으며, 이때 심박수는 안정 시부터 회복기까지 매 1초 단위의 측정결과를 수집한 후 5초 단위 평균 심박수로 기록하였다. 스텝검사가 종료된 후 측정대상자는 의자에 앉은 상태로 회복기 2분까지의 심박수를 측정, 기록하였다. 스텝검사 중 측정된 심박수(운동종료 후 회복기 30초, 무선심박수 측정기 이용)는 첫째, 기존의 Astrand- Ryhming 스텝검사 VO2max 추정식[
- 남성: VO2max (L/min) =3.744×[(체중+5)/(심박수*-62)]
- 여성: VO2max (L/min) =3.750×[(체중-3)/(심박수*-65)]
*심박수: 실제 Astrand- Ryhming 스텝검사 VO2max 추정공식에서 사용된 심박수는 검사종료 후 15초부터 30초까지의 심박수를 촉진한 후 4를 곱하여 분당 심박수를 산출하였으나 본 연구에서는 측정종료 후 회복기 30초의 심박수를 사용함(Polar를 이용한 심박수 측정값). VO2max (L/min)를 VO2max (mL·kg-1·min-1)로 변환하기 위해서는, 체중(kg)으로 나눈 후 1,000을 곱함.
둘째, Astrand-Ryhming 스텝검사 프로토콜을 기반으로 새롭게 개발된 추정식[
y=(-13.963×sex)–(0.216×W)–(0.072×HR)+91.296
여기서 Sex=남성 1, 여성 2. W=체중(kg), HR=측정종료 후 회복기 30초의 심박수(Polar를 이용한 심박수 측정값), Y=VO2max 예측값(mL·kg−1 ·min−1).
본 연구의 자료처리를 위하여 통계프로그램 SPSS 22.0을 이용하여 각 변인들의 평균과 표준편차를 산출하였다. 추정식(회귀식)에 대한 일치도 평가를 위하여 GXT VO2max와 기존의 Astrand-Ryhming 스텝검사 VO2max 추정식 그리고 Song et al. [
본 연구에서는 대상자들의 정확한 VO2max 측정을 위하여 실험실에서 트레드밀을 이용하여 GXT를 통해 VO2max를 측정하였고 또한, Astrand-Ryhming 스텝검사 protocol을 이용하여 기존의 Astrand-Ryhming 스텝검사 VO2max 추정식[
Astrand-Ryhming 스텝검사 측정결과에서는 운동종료 직후 HRmax는 남녀 모두 HRmax 대비 84.1-89.5% 수준(GXT 남녀 평균 195.7±7.8 bpm vs. Step test 169.67±19.60 bpm)으로써 GXT 검사보다 낮은 운동강도 수준에서 운동이 종료되었음을 확인할 수 있었다.
또한 Astrand-Ryhming 스텝검사 프로토콜 기반의 새로운 추정식을 통해 산출된 VO2max 결과에서는 남자의 경우 53.2±2.6 mL·kg-1 ·min-1 그리고 여자의 경우 40.1±2.0 mL·kg-1 ·min-1로 나타나 GXT를 통해 측정된 VO2max (남 53.1±7.4, 여 40.7±6.2 mL·kg-1 ·min-1)와 매우 유사한 것으로 나타난 반면, 기존의 Astrand-Ryhming 스텝검사 추정식을 이용하여 산출한 VO2max 결과에서는 남자의 경우 49.0±14.9 mL·kg-1 ·min-1 그리고 여자의 경우 37.6±6.6 mL·kg-1 ·min-1로 남녀 모두 각각 7-8% 낮은 경향을 보였으나 통계적 차이는 나타나지 않았다(
이러한 결과는 Astrand-Ryhming 스텝검사 프로토콜 기반의 Song et al. [
본 연구에서는 한국 청소년을 대상으로 Song et al. [
본 연구에서는 남녀 청소년들을 대상(만 13-18세)으로 실험실에서 이루어지는 최대점증부하검사(GXT)를 통해 측정된 VO2max를 준거로 하여 현재 새롭게 개발된 Astrand-Ryhming 스텝검사 프로토콜 기반의 추정식[
Astrand-Ryhming 스텝검사에서의 측정 직후 HRmax는 남녀 모두 GXT 측정 직후의 HRmax 대비 84.1-89.5% 수준(GXT 남녀 평균 195.7±7.8 bpm vs. Step test 150.1±29.0 bpm)으로써 GXT 검사보다 낮은 운동강도 수준에서 측정이 종료되었음을 확인할 수 있었다. 만약 현장에서 이루어지는 스텝테스트의 VO2max가 실험실에서 이루어지는 GXT에서의 VO2max를 잘 반영한다면, 남녀노소 누구나 짧은 시간에 좁은 공간에서 실시할 수 있는 측정방법으로서[
Astrand-Ryhming 스텝검사 프로토콜 기반의 새로운 추정식을 통해 산출된 VO2max결과는 남녀 청소년 모두 GXT를 통해 측정된 VO-2max와 매우 유사한 것으로 나타난 반면, 기존의 Astrand-Ryhming 스텝검사 추정식을 이용하여 산출된 VO2max 결과는 남녀 청소년 모두 7-8% 낮은 경향을 보였으나 통계적 차이는 나타나지 않았다(
초기 Astrand & Ryhming [
이에 본 연구 결과를 바탕으로 성별, 체중, 회복기 30초에서의 심박수(무선심박수 측정기 이용 회복기 30초의 심박수)를 입력하여 VO2max를 추정할 수 있는 Astrand-Ryhming 스텝검사 기반의 청소년 VO2max 추정식을 사용함으로써 기존 Astrand-Ryhming 스텝검사 추정식의 추정결과에 대한 오차를 감소시키고, 보다 정확하게 한국 남녀 청소년들의 VO2max를 예측할 수 있을 것이다.
현재의 연구결과를 토대로 새롭게 수정된 회귀식은 기존의 Astrand-Ryhming 스텝검사 회귀식보다 더 정확하게 VO2max를 예측할 수 있다고 결론지을 수 있다. 따라서 새롭게 제시된 Song et al. [
이 논문 작성에 있어서 어떠한 조직으로부터 재정을 포함한 일체의 지원을 받지 않았으며, 논문에 영향을 미칠 수 있는 어떠한 관계도 없음을 밝힌다.
The difference between the VO2max measured from GXT and the predicted VO2max calculated by the estimation equations. Values are means±SD. No difference between measured VO2max and VO2max predicted by original and modified Astrand-Ryhming estimation equations.
(A) The relationship between GXT (mL·kg-1 ·min-1) and Astrand-rhyming equation (mL·kg-1 ·min-1). (B) The relationship between GXT (mL·kg-1 ·min-1) and Song et al. [
Bland-Altman Plot of measured VO2max and estimated VO2max. The solid line represents the mean difference (bias) of the measured and estimated VO2max. The upper and lower dashed lines are 95% confidence intervals (mean difference ±1.96 SD).
Subject characteristics
Variables | Males (n = 30) | Females (n = 27) | Total (n = 57) |
---|---|---|---|
Age (yr) | 14.97 ± 1.81 | 15.54 ± 1.50 | 15.26 ± 1.68 |
Height (cm) | 171.21 ± 5.53 | 160.81 ± 6.20 | 166.01 ± 7.84 |
Weight (kg) | 62.72 ± 10.29 | 54.64 ± 7.90 | 58.68 ± 9.97 |
BMI (kg/m2) | 21.31 ± 3.02 | 21.08 ± 2.45 | 21.20 ± 2.73 |
Lean Bbody Mass (kg) | 52.86 ± 5.40 | 39.13 ± 4.84 | 46.00 ± 8.58 |
Body fat (%) | 16.37 ± 9.20 | 26.33 ± 10.70 | 21.35 ± 11.10 |
Waist circumference (cm) | 73.69 ± 9.03 | 70.02 ± 7.27 | 71.85 ± 8.34 |
Height circumference (cm) | 92.58 ± 4.95 | 93.62 ± 6.78 | 93.10 ± 5.91 |
Waist to hip ratio | 73.69 ± 9.03 | 70.02 ± 7.27 | 0.77 ± .0.07 |
HRmax (beat · min-1) | 196.87 ± 1.21 | 196.49 ± 1.01 | 196.68 ± 1.12 |
Values are means±SD.
BMI, body mass index; LBM, lean body mass; WC, waist circumference; HC, hip circumference; WHR, waist-hip ratio; HRmax, 206.9-[0;67×나이] [
Measured variables in GXT and variables related to Astrand-Ryhming step test
Variables | Male (n = 30) | Female (n = 27) | Total (n = 57) | |
---|---|---|---|---|
GXT | VO2max (mL · kg-1 · min-1) | 53.12 ± 7.37 ND |
40.67 ± 6.16 ND | 47.22 ± 9.22 ND |
Duration time (min) | 10.18 ± 2.12 |
8.24 ± 1.91 | 9.24 ± 2.23 | |
Speed (km · hr-1) | 11.14 ± 1.47 |
9.79 ± 1.47 | 10.48 ± 1.61 | |
HRmax (beat · min-1) | 195.96 ± 9.26 | 195.40 ± 6.04 | 195.70 ± 7.84 | |
Original Astrand-Ryhming step test | 49.02 ± 14.88 |
37.55 ± 6.61 | 43.59 ± 12.98 | |
HR at IAT (beat · min-1) | 164.70 ± 24.18 | 174.86 ± 11.70 | 169.67 ± 19.60 | |
Total work (kgm) | 3,846.72 ± 630.97 |
2,764.83 ± 339.82 | 3,305.77 ± 756.19 | |
Modified Astrand-Ryhming step test | 53.16±2.63 |
40.13±2.01 | 46.99±6.97 |
Values are means±SD.
ND, No significant difference from VO2max predicted by original and modified Astrand-Ryhming step test VO2max prediction equation; IAT, immediately after test; PVO2max, predicted VO2max; W, weight; HR, recovery 30 seconds after step test in sitting position (polar measurement).
Original Astrand-Ryhming VO2max prediction equation [
Modified Astrand-Ryhming VO2max prediction equation [
The correlation and agreement of VO2max measured from GXT Vs. VO2max calculated by modified Astrand-Ryhming equation
Measure | Equation from this study |
|
---|---|---|
Original Astrand-Ryhming equation | Modified Astrand-Ryhming equation | |
Correlation coefficient ( |
.321 |
.713 |
SSE (mL · kg-1 · min-1) | 10,644.60 | 2,489.38 |
MSE (mL · kg-1 · min-1) | 186.75 | 42.92 |
RMSE (mL · kg-1 · min-1) | 13.67 | 6.55 |
SEE (mL · kg-1 · min-1) | 7.60 | 4.95 |
% error | 193.7 | 26.6 |
Mean difference (95% CI)§ (mL/kg/min) | -3.63 | -0.234 |
SSE, sum of squared errors; MSE, mean of squared errors; RMSE, root mean squared errors; SEE, standard error of estimate.
Original Astrand-Ryhming VO2max prediction [
Modified equation of Astrand-Ryhming VO2max equation [