Article information

Exerc Sci. 2025;34(3):347-359

Publication date (electronic) : 2025 August 26

doi : https://doi.org/10.15857/ksep.2025.00311

Woo-Jung Lee, MS¹, Ah-Ram Kim, PhD^2,3, Ji-Suk Chang, PhD⁴, Ho-Seong Lee, PhD^1,2,3,5,

¹Department of Exercise and Medical Science, Graduate School, Dankook University, Cheonan, Korea

²Department of Sports Medicine, Graduate School of Sport Science, Dankook University, Cheonan, Korea

³Institute of MEDI-Sports, Dankook University, Cheonan, Korea

⁴Department of Sport Management, College of Sports Science, Dankook University, Cheonan, Korea

⁵Department of International Sports Studies, College of Sports Science, Dankook University, Cheonan, Korea

이우중¹, 김아람^2,3, 장지석⁴, 이호성^1,2,3,5,

¹단국대학교 대학원 운동의과학과

²단국대학교 스포츠과학대학원 스포츠의학과

³단국대학교 부설 메디스포츠연구소

⁴단국대학교 스포츠과학대학 스포츠경영학과

⁵단국대학교 스포츠과학대학 국제스포츠학부

Corresponding author: Ho-Seong Lee Tel +82-41-550-3838 Fax +82-41-550-3838 E-mail hoseh28@dankook.ac.kr

*This work was supported by the Ministry of Education of the Republic of Korea and the National Research Foundation of Korea (NRF- 2023S1A5B5A17088821)

*This study was approved by the Ethics Committee of Dankook University, in accordance with the ethical standards of the Declaration of Helsinki (DKU 2020-07-003-001).

Received 2025 May 9; Revised 2025 June 19; Accepted 2025 June 25.

Trans Abstract

서 론

스쿠버 다이빙(SCUBA diving)은 ‘ Self-Contained Underwater Breathing Apparatus’의 약어로, 수중에서 자가 호흡 장비를 활용해 수중 환경에 적응하며 활동하는 스포츠이다[1]. 다이버는 수압, 온도, 부력 등 지상과는 다른 물리적 환경에 노출되며, 이는 말초 혈관 수축, 심박출량 감소 및 교감신경계 활성화 등을 통한 순환계 및 신경내분비계에 복합적인 생리적 자극을 유발한다[2]. 스쿠버 다이빙은 여가, 수색 구조, 과학 탐사 등 다양한 목적으로 수행되며, 고압 환경과 호흡 저항 증가로 인한 생리적 스트레스 반응을 유발하는 것으로 보고되었다[3]. 일반 수영과 달리 수중 호흡 장비 사용, 수압 및 수온 변화 등 복합적인 환경 자극에 대한 생리적 적응이 요구되며, 반복적인 훈련을 통해 심폐순환계, 내분비계 및 대사계의 통합적 적응 반응을 유도하는 특수한 운동 형태로 평가된다[4,5].

인체는 다양한 외부 자극에 의해 생리적 항상성(physiological ho-meostasis)이 일시적으로 교란되며, 이러한 환경 변화에 효과적으로 적응하기 위해서는 신경내분비 및 생리적 조절 능력이 필수적이다[6]. Pourhashemi et al. [7]은 20분간의 일회성 스쿠버 다이빙 후 인지기능 저하와 코티솔(cortisol) 수치 증가를 보고하였다. 이는 다이빙 후 정신적 피로가 증가했기 때문으로 해석된다. 또한, Šrámek et al. [8]은 스쿠버 다이빙의 내분비 반응을 분석한 결과, 다이빙 경력차이가 부신피질자극호르몬(adrenocorticotrophic hormone, ACTH) 분비 반응에 영향을 미쳤다고 보고하였다. 따라서 수중 고압 환경에서의 반복적인 다이빙 경험은 스트레스 내성의 증가 및 내분비계의 적응을 유도할 수 있음을 시사하였다고 생각된다. 또한, 시상하부-뇌하수체-부신(hypotha-lamic-pituitary-adrenal, HPA) 축은 스트레스 반응을 조절하는 신경내분비계의 일부로, 뇌하수체 전엽에서 분비되는 ACTH를 통해 부신피질을 자극하여 코티솔 분비를 조절한다고 알려져 있다[9]. 일반적으로 ACTH와 코티솔은 음(-)의 상관관계를 가지며, 중강도 이상의 반복적 운동은 HPA 축의 활성화를 통해 ACTH를 증가시키고 코티솔을 감소시켰다고 보고하였다[10]. 한편, 도파민(dopamine), 노르에피네프린(norepinephrine), 에피네프린(epinephrine)은 카테콜아민(catecholamines)으로 분류되며, 스트레스 및 운동 자극에 반응하여 빠르게 분비되는 신경전달물질이자 호르몬이다. 노르에피네프린과 에피네프린은 교감신경계의 주요 매개물질로, 심박수 및 혈압 증가, 지방 분해를 통한 에너지 동원을 유도하며, ‘투쟁-도피(fight-or-flight)’ 반응을 매개한다고 보고하였다[11]. 도파민은 카테콜아민의 일종으로, 운동 중 동기 부여 및 보상 기전, 중추 피로 조절, 스트레스 완화와 관련된 중추신경계 내 기능에 관여하는 것으로 보고되었다[12,13]. 이러한 카테콜아민은 고강도 운동이나 고압·저온 환경 등 특수 조건에서의 생리적 부하를 반영하는 생체표지자(biomarker)로 활용되며[14,15], 스쿠버 다이빙과 같은 수중 환경에서 유발되는 신체적 및 심리적 스트레스에 대한 생리적 적응 반응을 평가하는 지표 중 하나로 활용된다[16,17].

앞서 언급한 것처럼, 인체는 열, 추위, 고산, 잠수 등 다양한 환경에서 생리적 항상성을 유지하기 위한 복합적인 적응 반응을 보였으며[18], 특히 수중환경은 공기보다 약 1,000배 높은 비열과 25배 높은 열전도율을 가지므로, 체온 손실이 빠르게 진행되어 말초 혈류의 감소 및 혈관 수축 등 생존을 위한 생리 반응을 유발하였다고 보고되었다[19]. 또한, 수중환경에서는 대기보다 약 1.5-2기압 높은 수압이 지속적으로 가해지고, 수심이 깊어질수록 산소분압(partial pressure of oxy-gen)이 증가하여 호흡가스 조성과 체내 산소 이용률에 영향을 미치며, 이로 인해 인체 내부 공간에는 물리적 압력이 작용하고, 호흡 저항 및 가스 분압 변화가 발생하여 호흡 및 순환계에 부담을 주는 등 지상 운동과는 다른 생리학적 변화를 유발하는 것으로 보고하였다[1]. 이러한 열·압력·가스 환경 변화는 체온 조절, 심박출량 감소, 내분비계 호르몬 조절 등 호흡계, 순환계, 신경내분비계 전반에 걸친 생리적 반응을 유도하며, 장기적인 수중 운동은 이러한 복합 자극에 대한 생리적 적응을 촉진하는 것으로 보고하였다[1]. Park [20]은 극한 환경에서의 생리 및 유전적 적응 가능성을 제시하였으며, Zorn et al. [6]은 항상성 유지를 위한 신체 내 복합 조절 기전을 강조하였다. 하지만 기존 연구들은 대부분 일회성 또는 수 주 미만의 단기 다이빙 경험이 인체에 미치는 급성 효과에 초점을 맞추거나, 특정 생리 지표만을 단편적으로 분석한 경우가 많았으며[4], 심박수 및 산소포화도 등 제한된 생리적 반응을 중심으로 이루어진 연구들이 주로 보고되고 있다[21].

한편, Wernbom et al. [21]은 고빈도 훈련을 주 3-4회 이상의 반복적 자극으로 정의하였으며, 이러한 고빈도 훈련은 근비대 및 신경근 적응, 심폐 및 내분비계 기능 향상에 효과적인 훈련 빈도로 제시하였다. 반면, Buzzacott et al. [3]에 따르면, 비전문 다이버의 평균 훈련 빈도는 주 1-2회 수준의 저빈도 훈련에 불과하며, 이는 여가 중심의 비정기적이고 불규칙한 참여 특성을 반영한다고 보고하였다. 이 연구에서 적용된 주 5회 스쿠버 다이빙 훈련은 기존 비전문 다이버의 훈련 빈도를 상회하는 수준으로, 생리적 적응 유도를 위한 고빈도 훈련으로 분류될 수 있다. 스쿠버 다이빙은 수중 환경의 높은 저항성과 부력 조절을 위한 지속적인 전신 근육 활성화를 요구하며, 시간당 400-700 kcal의 에너지 소비 증가와 함께 골격근량 유지 및 체지방률 감소와 같은 신체조성 개선 효과로 이어질 수 있다고 보고하였다[3,23]. 중강도 이상의 수중 운동은 체중 감소, 체지방률 감소 및 제지방량 유지에 긍정적 영향을 미친다고 보고하였으며[24], 특히 수중 환경의 부력은 지상 운동 대비 관절 부담을 70% 이상 줄이면서도 유의한 대사 반응을 유도한다는 긍정적 효과가 있다고 보고하였다[25]. 또한, 스쿠버 다이빙은 호흡 조절과 반복적인 유영 활동을 통해 폐활량과 심폐 지구력 향상에도 긍정적 영향을 미칠 수 있다고 보고되었다[26]. 특히, 수중 운동은 육상 운동에 비해 심박수 및 혈압 반응이 다르게 나타나지만, 심혈관 기능을 효율적으로 단련하는 효과가 있다고 알려져 있다[27]. 이러한 심폐 기능의 개선은 장기적인 건강 증진 및 다이빙 안전성 향상에 기여할 수 있다. 하지만, 현재까지 장기간에 걸친 반복적 스쿠버 다이빙 훈련이 내분비계 반응, 신체조성, 심폐기능 등 주요 생리 지표에 미치는 시계열적 변화를 통합적으로 분석하거나, 개인별 체성분 특성에 따른 생리적 적응 양상의 차이를 종합적으로 분석한 연구는 매우 미비한 실정이다.

이처럼, 호르몬은 항상성의 유지와 더불어 인간의 생존을 위해서 다양한 외부자극으로 분비되어 인체 내부환경을 조절하며 반복적인 자극에 적응한다고 할 수 있다. 특히, 카테콜아민, ACTH 및 코티졸 등과 같은 호르몬은 인체가 운동 및 외부자극을 저항하기 위해 서로 유기적으로 밀접하게 관계하여 분비되는 호르몬으로써 수중환경처럼 온도, 압력 및 신체활동(유영) 등의 자극이 가해지는 스쿠버 다이빙 훈련을 할 때 분비될 것으로 생각된다. 따라서 스쿠버 다이빙 훈련을 반복적으로 실시할 경우 수중환경에 대한 적응 및 훈련의 효과로 호르몬 분비 변화를 시기에 따라 분석하는 것은 매우 중요하다고 할 수 있다. 이에 이 연구에서는 성인 남성을 대상으로 12주간 주 5회의 고빈도 스쿠버 다이빙 훈련이 신체조성, 심폐체력 및 호르몬 반응에 미치는 영향을 검토하여 스쿠버 다이빙 훈련의 생리적 효과와 적응 양상을 통합적으로 규명하는데 그 목적이 있다.

연구 방법

1. 연구 대상

이 연구에 참여한 대상자의 일반적 특성은 Table 1과 같다. 연구대상은 최근 6개월 동안 스쿠버 다이빙 훈련에 참여하지 않은 성인 남성 10명(평균 연령: 23.20±1.61세)을 선정하여 진행하였다. 모든 대상자는 심폐질환이나 내분비계 이상 병력이 없고 건강 설문지를 통해 건강상태와 병력 사항을 확인하여 고빈도 스쿠버 다이빙 훈련에 참여하는데 있어서 문제가 없는 자를 선정하였다. 또한, 연구수행 전에 각 대상자에게 연구의 취지 내용 및 일정에 대해 충분히 설명하고 자발적으로 참가 동의서를 받은 후에 사전측정을 진행하였다. 이 연구는 단국대학교 생명윤리위원회의 승인을 받아 실시하였다(DKU 2020-07-003-001).

Table 1.

Subject characteristics

3. 스쿠버 다이빙 훈련 프로그램

다이빙 전용 풀장 및 고빈도 스쿠버 다이빙 훈련 프로그램은 Table 2에 제시한 바와 같다. 스쿠버 다이빙 훈련은 온도 26°C와 습도 82%의 실내에 있는 가로 25 m, 세로 33 m 및 수심 5 m의 다이빙 전용 풀장에서 수행하였다. 모든 대상자는 다이빙 슈트, 호흡 장비 등의 관련 장비를 완벽하게 착용한 상태에서 충분한 준비운동 후 전문 스쿠버다이빙 강사의 감독 하에 5 m 수심의 풀장 바닥에서 40분간 자유로운 유영 2세트, 세트 간 휴식시간 60분, 주 5회 및 12주에 걸쳐서 수행하였다. 세트 간 휴식시간은 출수 후 실내 풀장 바닥에 앉은 상태로 취하였으며, 이 시간 동안 대상자는 음식물 섭취, 격렬한 움직임, 운동 및 흡연은 통제하였다. 또한, 모든 대상자는 12주간의 스쿠버 다이빙 훈련을 수행하는 동안에 개인적인 격렬한 운동과 약제 복용 및 음주를 제한하였다.

Table 2.

Scuba diving pool condition and high frequency scuba diving training program

아울러, 이 연구에서 사용된 스쿠버 다이빙 훈련은 Divers Alert Network (DAN) [27]의 가이드라인에 따라 설계하였다. DAN은 비전문 다이버에게 최소 7 METs 수준의 유산소 능력을 요구하며, 이는 중등도(moderate)에서 고강도(vigorous) 운동 강도에 해당한다. 특히 개방 수역이나 응급 상황에서는 12-13 METs 이상의 체력이 요구된다고 보고하였다. 그러나 이 연구에서는 실내 제한 수역(5 m 수심)의 통제 환경을 고려하여 훈련 강도 및 유영 활동을 표준화하였다. 운동 강도는 훈련 중 표면 공기 소비량(Surface Air Consumption, SAC) 및 5 m 수심 공기 소비량(5 m Depth Air Consumption, DAC)을 기반으로 정량화 하였으며, 이 연구에서 산출된 SAC 평균은 18.7 L/min, 5 m DAC은 15.2 L/min으로, 이 값에 근거한 평균 METs는 약 2.5로 나타났다. 이는 제한 수역(5 m 수심)과 유영 강도 통제 조건에서 측정된 결과로, Buzzacott et al. [3]이 개방 수역에서 보고한 평균 7 METs보다는 낮다. 다만, 동일 연구에서 유영 강도에 따라 10 METs 이상의 에너지 소비가 발생한다고 보고한 바에 따라, 본 연구의 주 5회, 12주간 고빈도 스쿠버 다이빙 훈련은 대상자에게 중등도 이상의 생리적 부하를 제공하며, 생리적 적응을 유도하기에 충분한 운동 자극으로 볼 수 있다.

연구결과

1. 신체조성, 심폐체력 및 호르몬의 변화율

신체조성, 심폐체력 및 호르몬의 스쿠버 다이빙 훈련 전과 훈련 12주 후의 비교는 Fig. 1 및 Table 3에 제시한 바와 같다. SAC (p <.001, d=1.984), 5 m DAC (p <.001, d=1.998) 및 코티솔(p <.001, d=1.025)은 훈련 전과 비교하여 훈련 12주 후에 각각 유의하게 감소하였으며, PFI (p <.05, d=-1.092), 도파민(p <.01, d=-1.393) 및 노르에피네프린(p <.001, d=-5.009)은 훈련 전과 비교하여 훈련 12주 후에 각각 유의하게 증가하였다. 체중, 근육량, 체지방률, BMI, FVC, PEF, FEF_25-75%, MEF_75%, MEF_50%, MEF_25%, ACTH 및 에피네프린에서는 유의한 차이가 나타나지 않았다.

Fig. 1.

Percentage changes in the variables observed after the 12-week scuba diving training. (A) Body composition, (B) cardiorespiratory fitness, (C) Neuro-endocrine hormones. FVC, forced vital capacity; PEF, peak expiratory flow; FEF, forced expiratory flow; MEF, maximal expiratory flow; SAC, surface air consumption; 5 m DAC, 5 m depth air consumption; FI, fitness index.

Table 3.

Clinical characteristics and instrumental assessments at baseline and after 12-week of Scuba diving training

신체조성, 심폐체력 및 호르몬의 변화율은 Table 4에 제시한 바와 같다. 체중(p <.01, η² =0.333), 체지방률(p <.001, η² =0.494) 및 BMI (p < .001, η² =0.408)의 변화율은 시기 간에서 각각 유의한 차이가 나타났다. 사후검정 결과, 체중은 ∆%Pre-4w와 비교하여 ∆%4w-8w (p <.05) 및 ∆%8w-12w (p <.05)에 각각 유의하게 증가하였다. 체지방률은 ∆%Pre-4w와 비교하여 ∆%4w-8w에 유의하게 증가하였으며(p <.05), 체지방률은 ∆%Pre-4w와 비교하여 ∆%8w-12w에 유의하게 감소하였다(p <.05). BMI는 ∆%Pre-4w와 비교하여 ∆%4w-8w (p <.05) 및 ∆%8w-12w (p <.05)에 각각 유의하게 증가한 것으로 나타났으며, 근육량은 ∆%Pre-4w와 비교하여 ∆%4w-8w에 유의하게 감소하는 것으로 나타났다(p <.05). 심폐체력 지표의 변화율 분석 결과, FVC, PEF, FEF_25-75%, MEF_75%, MEF_50%, MEF_25%, SAC, 5 m DAC 및 PFI의 변화율은 시기 간 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았다.

Table 4.

Percentage changes of instrumental assessments following 4, 8, and 12 weeks of scuba diving training

호르몬 지표의 변화율 분석 결과, 도파민(p <.01, η² =0.430) 및 노르에피네프린(p <.01, η² =0.448)의 변화율은 시기 간에서 각각 유의한 차이가 나타났다. 사후검정 결과, 도파민은 ∆%Pre-4w와 비교하여 ∆%4w-8w (p <.05)에 유의하게 감소하는 것으로 나타났으며, 도파민은 ∆%4w-8w와 비교하여 ∆%8w-12w (p <.05)에 유의하게 증가한 것으로 나타났다. 노르에피네프린은 ∆%Pre-4w와 비교하여 ∆%8w-12w (p <.05)에 유의하게 증가하였다. 하지만 ACTH, 에피네프린 및 코티솔의 변화율은 시기 간 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았다.

2. 신체조성, 심폐체력 및 호르몬의 상관관계

신체조성, 심폐체력 및 호르몬의 상관관계 분석 결과는 Table 5에 제시된 바와 같다. 체중은 근육량(r=0.638, p <.05), BMI (r=0.993, p <.01)와 유의한 양의 상관관계를 보였으며, PEF는 FVC (r=0.660, p <.05), MEF_75% (r=0.807, p<.01)와 유의한 양의 상관관계를 나타냈다. MEF_75%는 FEF_25-75% (r=0.767, p <.01)와 유의한 양의 상관관계를 보였으며, MEF_50% 는 BMI (r=0.640, p<.05), FEF_25-75% (r=0.963, p<.01) 및 MEF_75% (r=0.863, p <.01)와 유의한 양의 상관관계를 나타냈다. MEF_25%는 FEF_25-75% (r=0.913, p <.01), MEF_50% (r=0.786, p <.01)와 유의한 양의 상관관계를 보였으며, 5 m DAC는 SAC와 유의한 양의 상관관계를 나타냈다(r=1.000, p <.01). PFI는 체지방률과 유의한 양의 상관관계를 보였으며(r=0.686, p<.05), 코티솔은 ACTH와 유의한 양의 상관관계를 나타냈다(r=0.674, p <.05).

Table 5.

Correlations among body composition, pulmonary function, and hormonal variables

3. 신체조성, 심폐체력 및 호르몬의 선형 회귀 분석

신체조성, 심폐체력 및 호르몬의 선형 회귀 분석 결과는 Table 6에 제시한 바와 같다. SAC의 변화율은 체지방률(β=-2.54, p <.01)에 의해 유의하게 예측되었으며(R² =0.40), 코티솔의 변화율도 체지방률(β= −1.98, p <.05)에 의해 설명되었다(R² =0.34). 노르에피네프린의 변화율은 근육량(β=3.22, p <.01, R² =0.29), 체력지수(PFI)는 BMI (β=-1.19, p <.05, R² =0.22)에 의해 각각 유의하게 예측되었다.

Table 6.

Summary of linear regression models predicting 12-week percentage changes from baseline variables

4. 신체조성, 심폐체력 및 호르몬의 비선형 회귀 분석

신체조성, 심폐체력 및 호르몬의 비선형 회귀 분석(2차 다항식 회귀모형) 결과는 Table 7에 제시된 바와 같다. SAC의 변화율은 체지방률(β=-598.68), 근육량(β=-184.72), BMI (β=1510.61) 및 이들의 제곱항(체지방률² β=-5.21, 근육량² β=6.44, BMI² β=23.04)을 포함하는 다항 회귀모형에서 R² =1.00으로 설명되었다. 이러한 결과는 소규모 표본(n=10)과 다항 회귀모형의 특성을 고려할 때 과적합(overfitting) 가능성을 고려하여 결과 해석 시 주의가 필요하다. 코티솔(β=-207.20/-13.71/389.99) 및 노르에피네프린(β=-209.16/-14.56/394.13)의 변화율은 동일한 예측변인 조합에서 R² =1.00의 설명력을 보였다. PFI의 변화율은 체지방률(β=236.26), 근육량(β=151.70), BMI (β=-691.47)와 해당 제곱항(체지방률² β=5.80, 근육량² β=6.72, BMI² β=-29.63)을 포함하는 모델에서 R² =1.00으로 설명되었다.

Table 7.

Summary of nonlinear regression models (polynomial regression, degree 2) 12-week percentage changes from baseline variables

논 의

이 연구는 성인 남성을 대상으로 12주간의 고빈도 스쿠버 다이빙 훈련이 신체조성, 심폐체력 및 호르몬에 미치는 영향을 검토하였다. 주요한 연구 결과는 다음과 같다. 체지방률의 변화율은 전-4주 및 4-8주 훈련 구간 후 유의하게 감소하였으며, 공기 소모량(SAC, 5 m DAC)은 각 훈련 구간(전-4주, 4-8주, 8-12주)에서 지속적으로 유의하게 감소하였다. PFI는 훈련 전과 비교하여 8-12주 구간 후 유의하게 증가하였고, 코티졸은 유의하게 감소하였으며, 도파민과 노르에피네프린은 유의하게 증가하는 경향을 나타냈다. 회귀분석 결과, 체지방률, BMI 및 근육량과 같은 신체조성 지표는 공기 소모량, 심폐체력 및 호르몬의 변화율을 유의하게 예측하는 변수로 사용할 수 있다는 것이 확인되었다.

일반적으로 스쿠버 다이빙은 수중이라는 특수한 환경에서 수행되기 때문에 일정 수준 이상의 체력이 요구되는 활동으로 알려져 있다. Cresp et al. [31]은 스쿠버 다이빙 훈련이 신체적으로 높은 부하를 유발하는 활동이며, 수중에서의 불확실한 환경 변화나 장비 문제 등 다양한 돌발 상황에 대응하기 위해서는 충분한 체력이 필요하다고 보고되었다. 또한, Pollock [25]은 스쿠버 다이빙의 수행을 위해서는 최소 7-10 METs (metabolic equivalents) 수준의 유산소 능력이 요구되며, 이는 적절한 훈련을 통해 향상시킬 수 있다고 하였다. 이 연구에서는 12주간 고빈도의 연속적인 스쿠버 다이빙 훈련을 통해 체지방률은 훈련 전-4주 및 훈련 8-12주 구간에서 유의하게 감소한 반면, 체중은 훈련 전과 비교하여 어느 구간에서도 유의한 변화가 나타나지 않았다. 한편, BMI 는 유의하게 감소하였으나 체중의 절대적 변화가 없었다는 점을 고려할 때, 이는 체지방률 감소에 따른 상대적인 지표 변화로 해석되며, 유산소 기반의 대사 적응이 반영된 결과로 보인다[3,5]. 이러한 변화는 스쿠버 다이빙 훈련이 주로 유산소 대사의 에너지 소비를 유도하지만, 근육량 증가를 유도할 만큼의 충분한 저항성 자극은 제공하지 않는 운동 형태이기 때문으로 해석된다. Bookspan [32]은 체력은 수중에서의 원활한 움직임, 호흡 조절, 체온 유지 및 항상성 유지에 필수적이라고 보고하였으며, Kim [5]은 수심 변화와 수온에 따른 생리적 스트레스가 피로를 유발하고 항상성 유지에 영향을 미쳤다고 보고하였다. Buzzacott et al. [3]은 스쿠버 다이빙 훈련이 평균적으로 7 METs 수준의 에너지를 요구하는 중등도 강도의 유산소 운동이라고 보고하였고, Ko et al. [33]은 8주간의 수중 훈련을 통해 체지방량, BMI, 복부 지방률이 유의하게 감소하였다고 보고되었다. 특히, 체지방률은 유산소 능력과 밀접한 관련이 있으며[34], Ranapurwala et al. [35]은 스쿠버 다이빙 훈련 참여자들이 일반인에 비해 신체활동 수준과 건강 지표가 더 높다고 보고하였다. 따라서 이 연구에서는 고빈도의 반복적인 스쿠버 다이빙 훈련이 에너지 소비와 대사적 적응을 유도하여 체지방률이 감소하였다고 생각된다.

한편, 이 연구에서 근육량의 변화율은 훈련 전-4주 및 8-12주 구간에서는 증가하였으나, 4-8주 구간에서는 유의하게 감소하는 비선형적(U자형) 변화를 보였다. Wernbom et al. [22] 및 Moritani & DeVries [36]는 초기 저항성 운동에서 관찰되는 근력 증가는 주로 신경계 적응에 기인하며, 이는 운동 단위의 동원, 발화율 증가 및 협응성 향상 등의 기능적 적응이 선행된다고 보고하였다. 그러나 동일한 강도의 자극이 장기간 지속될 경우에는 mammalian target of rapamycin (mTOR) 경로의 신호 전달이 저하되고, 근육 단백질의 분해가 증가함에 따라 일시적인 근육량 감소가 나타날 수 있다고 보고하였다[37,38]. 스쿠버 다이빙 훈련이 근육량 변화에 미치는 직접적인 효과를 다룬 연구는 제한적이나, 수영 등의 수중 유산소 운동의 효과에 관한 선행연구는 이에 대한 간접적 해석의 근거로 활용될 수 있다. Baek & Oh [39]는 수영 훈련이 체지방 감소에는 효과적이나 근육량 증가에는 제한적이라고 하면서, 이는 수중 환경이 충분한 기계적 장력이나 저항성 부하를 제공하지 못하기 때문으로 해석된다고 보고하였다. Kim et al. [40]은 저항성 운동의 강도에 따라 근육량 및 근력 향상의 효과가 달라질 수 있다고 보고하였고, Wernbom et al. [22]은 충분한 강도와 빈도를 갖춘 저항성 자극이 결여될 경우에는 근비대 효과가 제한된다고 보고하였다. 따라서 본 연구에서 스쿠버 다이빙 훈련은 유산소성 자극을 통한 체지방 감소 및 심폐체력 향상에는 효과적이었으나, 근육량 증가를 위한 기계적 저항 자극이 상대적으로 부족했을 가능성이 있다. 향후 연구에서는 수중 환경의 특성을 반영하여 저항성 자극을 포함한 복합 운동 처방을 적용하고, 근육량 및 근력 변화의 시간적 패턴과 생리적 기전을 정량적으로 분석할 필요가 있다고 생각된다.

이 연구에서 FVC는 훈련 전-4주 및 4-8주 구간에서 점진적인 증가 추세를 보였으나, 8-12주 구간에서는 감소하는 것으로 나타났다. 이러한 초기 FVC의 증가는 수중 환경에서 반복적으로 가해지는 수압과 호흡 저항이 횡격막 및 늑간근과 같은 주요 호흡근에 지속적인 부하를 주어 기능적 적응을 유도하였기 때문으로 판단된다. Shopov et al. [41]에 따르면 7년 이상 경력의 스쿠버 다이버에서 예측치보다 약 20% 높은 FVC가 관찰되었으며, 이러한 결과는 반복적인 수중 호흡 부하에 따른 호흡근의 비대 및 효율성의 향상을 반영하는 결과라고 보고하였다. 또한, Kim & Shin [42]은 일반 성인을 대상으로 8주간의 수중 에어로빅 운동이 FVC를 포함한 심폐 기능 지표들을 유의하게 향상시켰으며, 수중 운동이 호흡 기능 개선에 긍정적인 효과를 가진다고 보고하였다. 반면, 8-12주 구간에서 관찰된 FVC 감소 및 FEF_25-75%, FEF_75% 및 MEF_25%와 같은 일부 소기도 기능 지표의 저하는 여러 생리적 요인이 복합적으로 작용한 결과로 생각된다. 선행연구에 따르면, 장기간 반복된 수중 호흡 자극은 호흡근의 과도한 사용과 회복 부족으로 이어져 기능 효율성을 저하시킬 수 있으며, 이러한 기능 효율성의 저하는 FVC 감소의 한 요인이 된다고 보고하였다[43]. 또한 반복적인 압력 변화와 건조한 압축 공기의 흡입은 기관지 수축과 기도 점액 분비의 변화를 유도하여, 직경 2 mm 이하의 말초 소기도 기능을 저해할 수 있다고 보고하였다[44]. 특히, Skogstad et al. [45,46]은 장기간 경력의 다이버에게서 FEF_25-75% 및 FEF_75%의 감소를 관찰하였으며, 이러한 변화는 반복적인 수중 환경 노출이 소기도 기능 저하에 영향을 줄 수 있음을 시사하였다. 이와 같은 소기도 기능 저하는 MEF_25% 감소로 나타나며, 강제 호기 시 공기의 배출 효율 저하를 초래하여 폐 기능 전반에 부정적인 영향을 미칠 수 있다[45,46]. 특히, 기계적 압축(mechanical compression)은 기도 상피세포의 상피성장인자 수용체(Epidermal Growth Factor Receptor) 경로를 활성화하여 점액 과분비 및 기도 재형성을 유도하며, 이러한 변화는 수중 환경의 높은 호흡 저항과 결합되어 소기도 폐쇄를 악화시킬 수 있다[47]. 아울러, 건조한 압축 공기의 반복적 흡입은 점막 탈수 및 염증 반응을 유도하여 Interleukin-6, tumor necrosis fac-tor-α 등의 사이토카인 분비를 증가시키며, 이로 인해 기도 과민성과 관련된 폐기능 저하를 유발할 수 있다고 보고하였다[48]. 따라서 이 연구에서는 스쿠버 다이빙 훈련 초기(0-8주)에는 호흡근 강화에 따른 폐기능의 향상이 나타났으나, 장기적인 반복 노출(8-12주)에서는 호흡근 피로 누적 및 말초 소기도 기능 저하가 복합적으로 작용하여 FVC, MEF_25%, FEF_25-75% 및 FEF_75% 등 폐기능 지표에 비선형적인 변화가 발생했을 가능성을 시사한다.

이 연구에서 공기 소모량(SAC, 5 m DAC)의 변화율은 훈련 전-4주, 4-8주 및 8-12주 구간 모두에서 유의하게 감소하였다. 스쿠버 다이빙 훈련은 수중 침수 상태에서 자가 호흡을 수행하는 환경으로, 신체는 수압과 고압 환경에 지속적으로 적응해야 한다고 알려져 있다[1,3]. Buzzacott et al. [3]은 이러한 수중 활동이 약 7 METs 수준의 에너지 소비를 요구하는 유산소 운동이라고 하였으며, Park et al. [49]은 안정 시 대비 약 7배의 에너지 소비가 발생하였다고 보고되었다. 이 연구에서 스쿠버 다이빙 훈련을 통해 공기 소모량이 감소한 것은 호흡 효율성과 대사 적응의 향상, 그리고 체지방률의 감소가 긍정적인 효과를 주었다고 생각된다. 특히, SAC와 5 m DAC의 유의한 감소는 동일한 운동 수행 시 산소 소비량이 줄어들었음을 의미하며, 이는 반복적인 훈련을 통해 호흡근의 기능적 효율성 향상과 호흡 경제성 개선이 이루어졌음을 시사한다.

이 연구에서 PFI의 변화율은 훈련 전-4주, 4-8주 및 8-12주 구간을 거치며 점진적으로 증가하였으며, 특히 8-12주 구간에서 유의한 증가가 관찰되었다. PFI는 하버드 스텝 검사를 통해 산출하였으며, 회복 심박수를 기반으로 체력 수준을 반영하는 대표적인 간접 지표이다[29]. Ji & Lee [49]는 스쿠버 다이버의 기초체력과 수중 체력 간에 유의한 상관관계를 보고하였으며, Hong [50]은 12주간의 유산소 운동 후 FVC와 심폐 지구력이 모두 향상하였다고 보고되었다. 따라서 이 연구에서 고빈도의 스쿠버 다이빙 훈련은 FVC, 공기 소모량 및 PFI의 심폐기능 향상에 효과적이라고 생각된다.

이 연구에서 도파민의 변화율은 훈련 전-4주, 8-12주 구간에서 유의하게 증가하였고, 4-8주 구간에서는 일시적으로 감소하였다. 도파민은 중뇌의 흑색질(substantia nigra) 및 복측피개부(ventral tegmental area, VTA)에서 주로 분비되며, 후외측피개부(laterodorsal tegmentum, LDTg)는 VTA 내 도파민 신경세포의 활성화에 결정적 역할을 한다. LDTg의 글루타메이트성 신경 투사는 VTA 도파민 뉴런의 버스트 발화(burst firing)를 유도하여, 복측 선조체(nucleus accumbens)에서 도파민 분비를 증가시킨다[51]. Foley & Fleshner [12]는 운동 중 도파민계의 활성화가 중추 피로 조절과 운동 수행 능력에 영향을 준다고 보고하였고, Heijnen et al. [13]은 유산소 운동이 도파민 분비를 촉진한다고 보고하였다. 따라서, 이 연구에서 훈련 전-4주 및 8-12주 구간에서의 도파민 증가율은 반복적인 수중 환경 자극과 유산소 부하가 LDTg-VTA-NAc 경로를 활성화시켜 도파민성 보상회로를 촉진하였기 때문으로 생각된다. 이 연구에서 노르에피네프린의 변화율은 훈련 전-4주와 4-8주 및 8-12주 구간 모두에서 증가하는 것으로 나타났다. 통상, 노르에피네프린은 에피네프린의 전구체이자 교감신경계의 주요 신경전달물질로, 심박수 증가, 혈압 상승, 지방 분해 촉진 등을 통해 신체적 스트레스에 반응하는 것으로 알려져 있다[52]. 특히, 운동은 교감신경계의 자극을 통해 노르에피네프린의 분비를 증가시키며, 이로 인해 에너지 동원 및 지방 산화 효율성을 높인다고 보고하였다[52]. Schipke & Pelzer[2]는 스쿠버 다이빙 훈련이 수압, 호흡 저항, 심리적 긴장 등을 통해 교감신경계를 활성화하였다고 보고하였다. 이 연구에서는 4-8주 구간에서 노르에피네프린 증가율이 상대적으로 가장 낮게 나타났으며, 이후 8-12주 구간에서 다시 증가하는 양상이 나타났다. 이러한 변화는 훈련 적응 과정에서 일시적인 생리적 조절(homeostatic adjustment) 또는 내분비계의 반응 둔화를 반영하며, 교감신경계 반응이 항상 선형적으로 나타나지 않는다는 것을 시사한다[53]. 또한, 장기적인 훈련은 교감신경계의 점진적 적응(habituation)을 유도하여 기저 수준의 노르에피네프린 농도 변화율에 영향을 줄 수 있다[52,53]. 따라서 노르에피네프린 증가는 수중 훈련 환경에서 발생하는 복합적 스트레스 자극에 대한 생리적 반응으로 생각된다. 다만, 체지방의 감소는 노르에피네프린 이외에도 총 에너지 소비량, 식이 요인, 호르몬 민감도 등 다양한 요인의 영향을 받는 것으로 알려져 있다[60]. 이 연구에서는 식이 조절이 통제되지 않았으므로, 노르에피네프린 증가와 체지방 감소 간의 직접적인 인과관계를 단정하기는 어렵다. 따라서, 향후 연구에서는 스쿠버 다이빙 훈련과 함께 식이 섭취, 신체 활동량, 수면 패턴 등 다양한 변수를 통제하고, 노르에피네프린을 포함한 다양한 호르몬 변화와 체지방 변화 간의 관계를 보다 정밀하게 분석할 필요가 있다.

반면, ACTH와 에피네프린은 훈련 기간 동안 유의한 변화가 나타나지 않았다. 이러한 비반응성은 여러 생리적 요인에 기인할 수 있다. 선행연구에 따르면, 반복적인 훈련 자극에 따른 ACTH 반응의 둔화는 만성적인 스트레스 자극에 노출될 때 HPA축의 내분비 반응성이 점진적으로 감소하는 적응 기전을 가진다고 보고하였다[54]. 또한, ACTH 및 에피네프린은 약 5 METs 이상의 생리적 강도에서 유의한 분비 반응을 보이는 것으로 알려져 있으며[55], 특히 에피네프린과 같은 교감신경계 신경전달물질은 고강도 또는 급성 스트레스 반응에 민감하게 반응한다고 보고하였다[53]. 이 연구는 제한 수역이라는 통제된 환경에서 훈련이 이루어졌기 때문에 급성 스트레스 반응을 유도할 만한 환경적 요인이 부족했을 가능성이 있다. 따라서 스쿠버 다이빙 훈련은 모든 호르몬에 동일한 영향을 미치지 않으며, 훈련 강도, 환경 자극의 예측 가능성, 개인의 생리적 민감도 등에 따라 특정 호르몬에서만 선택적인 반응성이 나타날 수 있다. 이러한 결과는 내분비 반응의 개별 차이를 고려한 해석이 필요함을 시사한다. 이 연구에서 코티솔(cortisol)의 변화율은 훈련 4-8주 및 8-12주 구간에서 각각 유의하게 감소하였다. 코티솔은 부신피질에서 분비되는 대표적인 스트레스 호르몬으로 에너지 대사, 면역 조절 및 심혈관계 반응 조절에 관여하며, 과도한 분비는 이화작용(catabolism)과 피로 유발에 영향을 미쳤다고 보고되었다[56]. 하지만 규칙적인 유산소 운동은 코티솔의 수준을 안정화하였고 스트레스 반응을 완화시켰다고 알려져 있으며, Kwak & Baek [57]은 10주간의 유산소 훈련 후 혈중 코티솔이 유의하게 감소하였고, Kim & Choi [56]는 4주간의 저온 노출 훈련이 스트레스 반응 조절을 통해 코티솔의 농도를 감소시켰다고 보고하였다. 이 연구의 결과는 스쿠버 다이빙 훈련의 반복적 노출 및 수중 적응이 코티솔의 분비 억제에 영향을 미쳤다고 생각된다.

이 연구에서는 신체조성 및 생리학적 지표를 스쿠버 다이빙 훈련 전과 훈련 12주 후에 따라 주요 변수의 변화율 간의 상관관계를 분석한 결과, 체지방률과 PFI 간에는 유의한 양의 상관관계가 나타났으며, BMI와 PFI 변화율 간에는 유의한 음의 상관관계가 나타났다. 또한, 체중은 근육량 및 BMI와 유의한 양의 상관관계를 보였으며, 근육량은 노르에피네프린 변화율과 유의한 양의 상관관계를 나타냈다. PEF는 FVC 및 MEF_75%와 유의한 양의 상관관계를 보였으며, MEF_75%는 FEF_25-75%와 유의한 양의 상관관계를 나타냈다. MEF_50%는 BMI, FEF_25-75%, MEF_75%와 유의한 양의 상관관계를 나타냈고, MEF_25%는 FEF_25-75% 및 MEF_50%와 유의한 양의 상관관계를 보였다. SAC와 5 m DAC는 유의한 양의 상관관계를 보였으며, 코티솔은 ACTH와 유의한 양의 상관관계를 나타냈다. 이러한 결과는 개인의 초기 신체조성 특성이 스쿠버 다이빙 훈련에 대한 생리적 적응 반응에 영향을 줄 수 있음을 시사한다. 특히, 체지방률이 높을수록 훈련 후 공기 소모량의 변화율이 크다는 점은, 체지방이 많을수록 수중 호흡 효율성이 낮고 에너지 소비가 더 크기 때문에 개선 여지가 클 수 있음을 의미한다고 생각되며, Goran et al. [34]이 보고한 체지방률과 유산소 능력 간의 음의 상관관계와도 일치하는 결과이다. 또한, BMI가 낮은 참가자일수록 심폐 지구력 지표인 PFI의 향상이 두드러졌는데, 이는 체중 부하가 적을수록 심혈관계의 적응이 보다 효율적으로 이루어질 수 있음을 시사한다. 이 연구의 회귀분석 결과에서도 유사한 경향이 확인되었으며, 초기 체지방률은 공기 소모량 변화율의 유의한 예측 변수로, BMI는 PFI 변화율의 유의한 예측 변수로 나타났다. 특히, 근육량은 노르에피네프린 변화율의 유의한 예측 변수로 확인되었는데, 이는 골격근량이 교감신경계의 활성도 및 대사 반응에 영향을 줄 수 있다는 생리학적 기전과 관련이 있다[2]. 따라서 스쿠버 다이빙 훈련의 효과가 단순한 시간 경과에 의한 변화뿐만 아니라, 개인의 초기 체성분 및 생리적 상태에 따라 다르게 나타날 수 있음을 의미하며, 향후 스쿠버 훈련 프로그램 설계 시 개별 맞춤형 적용의 필요성을 시사한다.

이 연구는 몇 가지 중요한 제한점을 지닌다. 첫째, 이 연구는 훈련 기간 동안 참가자의 일상적인 식생활 습관 및 신체활동 및 스트레스와 같은 심리적 요인을 통제하지 못하였다는 제한점을 가진다. 특히, 코티솔과 노르에피네프린 같은 스트레스 관련 호르몬은 개인의 심리 상태와 운동 외적인 다양한 요인에 민감하게 반응하므로, 이러한 외적 변인을 통제하지 못한 것은 호르몬 변화 결과 해석 시 주의가 필요한 부분이다. 다만, 이 연구에서는 실험기간 동안 참가자에게 스쿠버다이빙 이외의 격렬한 신체활동을 자제하도록 교육하고, 일상생활에서 심리적 충격을 유발할 수 있는 상황을 피하도록 지도하여 외적 요인의 영향을 최소화하고자 하였다. 둘째, 이 연구에서 수행된 스쿠버 다이빙 훈련은 제한된 실내 수조에서 이루어졌기 때문에, 실제 개방 수역(실외 수중 환경)에서 나타날 수 있는 생리적 반응을 일반화하기에는 한계가 있다. 개방 수역은 예측이 어려운 수온 변화, 해류, 낮은 가시성, 해양 생물과의 상호작용 등 다양한 환경적 스트레스 요인을 포함하고 있으며, 이러한 요인은 다이버의 생리적 및 심리적 반응에 영향을 미쳐 이 연구와는 상이한 적응 양상을 유도할 수 있다. 따라서 이 연구의 결과는 통제된 환경에서의 스쿠버 다이빙 훈련 효과에 국한되며, 개방 수역 훈련으로 확대 해석하는 데에는 신중한 접근이 필요하다. 셋째, 이 연구는 전체 표본 수가 10명으로 제한되어 있어 상관분석과 선형 및 비선형 회귀분석의 통계적으로 일반화하는 데 명확한 한계가 있다. 특히 상관계수와 회귀계수는 개별 데이터 값에 민감하게 반응하여 변동성이 증가할 수 있으며, 비선형 회귀모형의 경우 모형 복잡성으로 인해 과적합(overfitting)의 가능성도 완전히 배제하기 어렵다. 따라서 이 연구에서 제시된 상관 및 회귀분석 결과는 변수 간 관계를 나타내는 탐색적 근거로 제한하여 해석할 필요가 있다. 향후 연구에서는 식이요법과 신체활동 요인의 통제, 심리적 변수의 측정 및 개방 수역 환경에서의 훈련을 포함한 설계를 통해 보다 실제 다이빙 환경에 근접한 스쿠버 다이빙의 훈련 효과를 검증할 필요가 있다고 생각된다.

결 론

이 연구는 성인 남성을 대상으로 12주간 주 5회의 고빈도 스쿠버 다이빙 훈련이 신체조성, 심폐기능 및 호르몬 반응에 미치는 영향을 분석하였다. 그 결과, 12주간 고빈도의 스쿠버 다이빙 훈련은 체지방률의 감소, 호흡 및 심폐기능의 향상, 스트레스 관련 호르몬 조절에 긍정적인 효과를 나타내었으며, 그 효과는 개인의 초기 체성분에 따라 다르게 나타날 수 있음을 확인하였다. 이러한 결과는 스쿠버 다이빙이 효과적인 유산소 훈련 중재 방법으로 활용될 수 있음을 시사한다. 향후 연구에서는 개방 수역 환경에서의 실험 설계, 저항 운동 요소의 병행, 다양한 인구 집단에 대한 적용 등을 통해 스쿠버 다이빙 훈련의 생리학적 효과를 더욱 정밀하게 규명할 필요가 있다고 생각된다.

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