남녀 청소년의 심폐지구력 평가를 위한 Step test 추정식의 일치도 평가

Assessing Agreement of Step Test Equations to Estimate VO2max in Korean Male and Female Youths Aged 13-18 Years

Article information

Exerc Sci. 2019;28(1):66-73
Publication date (electronic) : 2019 February 28
doi : https://doi.org/10.15857/ksep.2019.28.1.66
1Department of Kinesiology, Inha University, Incheon, Korea
2Department of Pharmacology and Medicinal Toxicology Research Center, College of Medicine, Inha University, Incheon, Korea
송정란1, 이상현1, 김양중1, 김수진1, 박혁1, 김준수1, 곽효범1, 강주희2, 박동호,1
1인하대학교 스포츠과학과
2인하대학교 의과대학 약리학교실
Corresponding author: Dong-Ho Park Tel +82-32-860-8182 Fax +82-32-860-8188 E-mail dparkosu@inha.ac.kr
*

이 연구는 2018년도 인하대학교 교내연구비로 수행되었음.

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This work was supported by INHA UNIVERSITY Research Grant in 2018.

Received 2019 January 9; Revised 2019 January 23; Accepted 2019 February 1.

Trans Abstract

PURPOSE

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.

METHODS

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.

RESULTS

Correlation coefficients (r) between VO2max of the equations and VO2max of the measured value were 0.321 (p<0.05) and 0.713 (P<0.01), respectively. The mean difference ranged from -0.234 mL·kg-1 ·min-1 to -3.63 mL·kg-1 ·min-1. The AR equation tended to be somewhat underestimated measured VO2max. The standard error of the estimate (SEE) ranged from 4.95 mL·kg-1 ·min-1 to 7.60 mL·kg-1 ·min-1, and the percentage error (%Error) ranged from 26.6% to 193.7%.

CONCLUSIONS

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.

서 론

WHO [1]의 Global Health Risks 보고서에 따르면, 건강에 대한 주요 위험은 과거 부적절한 영향 또는 위생과 같은 전통적인 위험에서 현대에는 신체비활동과 과체중 또는 비만이라는 위험요인으로 변경되고 있다. 특히, 과체중이나 비만의 주요 원인 중 하나가 신체활동을 하지 않는 것(신체비활동)이며, 신체활동은 비만으로 인하여 유발되는 다양한 만성질환뿐만 아니라 좌식생활로 인한 사망률을 비롯한 여러 가지 질환 및 질병의 위험도를 감소시킨다.

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[2]. 이렇듯 낮은 신체활동 참여는 청소년들의 체력수준 저하뿐만 아니라 청소년 비만의 주된 원인이며, 아동의 비만은 심혈관질환을 포함한 고혈압, 당뇨병, 암 등으로의 성인 이완율(약 60%)로 이어지는 심각한 사회문제로 대두되고 있다. 이에 따라 우리나라 정부에서는 국민들의 건강과 체력향상을 위한 생활체육 참여를 적극적으로 유도하고, 국가적 노력의 일환으로 국민들의 체력을 인증하여 국민건강 증진을 도모하기 위하여 2010년부터 청소년을 포함한 성인과 노인을 대상으로 현재의 체력수준을 측정하고 평가하여 인증하는 “국민체력 100” 사업을 진행하고 있다[3].

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[4].

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[5,6]. 더욱이 다른 심폐지구력 측정방법에 비해 측정에 소요되는 장비, 인력, 시간 등에서 매우 경제적이며 효율적인 방법이고, 어느 정도의 타당도와 신뢰도가 확보된 측정 도구이기 때문이다[7].

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[8,9]. 즉, 스텝검사 중 스텝박스의 높이에 따라 대상자의 심폐지구력 평가가 달라질 수 있음을 의미한다. 그럼에도 불구하고 한국스포츠개발원에서 선정한 YMCA 검사의 경우 스텝박스의 높이를 남녀 모두 30.5 cm로 설정함으로서 남녀 간 신장의 차이를 충분히 고려하지 못한 스텝검사 방법으로 판단되며, 한국스포츠개발원의 YMCA 스텝검사 VO2max 산출공식(남 r2 =.429, SEE=5.236 mL·kg-1·min-1; 여 r2 =.439, SEE= 4.35 mL·kg-1· min-1) [3]은 청소년이 아닌, 성인(19-64세)을 대상으로 한 추정공식으로서 19세 이하 청소년들에게 이 추정식을 그대로 적용하기에는 다소 무리가 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[10], 이 추정식의 타당도 확보를 위한 일치도 평가가 이루어지지 않아 19세 이하 청소년을 대상으로 현장 사용에 대한 실효성 검증이 필요한 실정이다.

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.

연구 방법

1. 연구대상

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 Table 1과 같다.

Subject characteristics

2. 연구절차

1) 체격 및 인체조성 측정

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.

2) 트레드밀에서의 GXT를 통한 VO2max 측정

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]) [11]의 ±10 bpm 이내에 있을 때 그리고 호흡 교환율(RER)>1.1이거나 운동자각도가 17 이상일 때로 간주하였다.

3) Astrand-Ryhming 스텝검사 프로토콜을 기반으로 한 스텝검사

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[12]을 이용하여 VO2max 추정값을 산출하였으며[9],

- 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[10]의 타당도를 검증하기 위하여 Song et al. [10]이 아래의 추정식을 활용하여 VO2max 추정값을 산출하였다.

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).

3. 자료처리방법

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. [10]이 새롭게 개발한 추정식의 VO2max 간 상관분석을 실시하였으며, Bland-Altman plot [13,14]의 측정오차 측정법을 활용하여 추정결과에 대한 일치도를 평가하였다. 아울러 일치도 평가의 일환으로 GXT를 이용하여 측정한 VO2max와 기존의 Astrand-Ryhming 스텝검사 VO2max 추정식 그리고 Song et al. [10]이 새롭게 개발한 추정식으로부터 산출한 VO2max의 차이를 일원변량 ANOVA를 이용하여 차이검증을 실시하였다. 또한 GXT와 스텝 테스트 시의 관찰변인들(VO2max 실측값과 예측값, 소요시간, 속도 등)에 대한 남녀 간의 차이는 독립 t-test를 이용하였다. 본 연구에서의 모든 통계적 유의수준(α)은 0.05로 설정하였다.

연구결과

1. 트레드밀에서의 GXT와 Astrand-Ryhming 스텝검사 관련 측정변인 결과

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[11]과 Song et al. [10]이 개발한 VO-2max 추정공식을 활용하여 VO2max를 각각 산출하였다(Fig. 1).

Fig. 1.

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.

Table 2의 결과에 따르면, GXT 시 운동 종료직후 남녀 평균 HRmax는 195.7 (±7.8 beat/min)로 Gellish et al. [11]의 공식에 의하여 산출된 HRmax (남녀 평균 196.7±1.1 bpm)에 준하는 운동강도에서 운동이 종료되었음을 확인할 수 있었다. 남녀 평균 HRmax와는 달리 VO2max (남 53.1±7.4 vs. 여 40.7±6.2 mL·kg-1 ·min-1, p<0.001)를 포함한 운동지속시간(남 10.2±2.1 vs. 여 8.2±1.9 min, p<0.001), 최종속도(남 11.1±1.5 vs. 여 9.8±1.5 km/hr, p<0.001)는 성별에 따른 유의한 차이가 나타났다.

Measured variables in GXT and variables related to Astrand-Ryhming step test

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(p = 0.142).

이러한 결과는 Astrand-Ryhming 스텝검사 프로토콜 기반의 Song et al. [10]이 개발한 새로운 추정식을 통해 산출되는 VO2max가 본 연구에 참여한 남녀 청소년들의 VO2max를 잘 반영하고 있음을 의미한다.

2. 새로운 Astrand-Ryming protocol 기반의 추정식에 의한 VO2max와 측정된 VO2max의 일치도

본 연구에서는 한국 청소년을 대상으로 Song et al. [10]이 개발한 Astrand-Ryhming 스텝검사 기반의 VO2max 추정식과 기존의 Astrand-Ryhming 스텝검사의 VO2max 추정식 그리고 트레드밀을 이용하여 GXT를 통해 측정된 VO2max 간 일치도 검증을 실시하였다.

Table 3에 제시된 결과에 따르면, GXT를 통해 측정된 VO2max와 기존의 Astrand-Ryhming 스텝검사의 VO2max 추정식을 통해 산출된 VO2max의 오차제곱합(sum of squared errors, SSE), 평균오차제곱합(mean sum of squared errors, MSE), 측정표준오차(standard error of the estimate: estimate, SEE)는 각각 10,644.60, 186.75, 13.67으로 나타났다. 또한 실측값과의 95% 신뢰구간(Confidence interval, CI)에서의 평균차는 -3.63 mL·kg-1·min-1로 나타났다. 그 예로, GXT를 통해 측정된 VO2max는 남녀 평균 47.22±9.22 mL·kg-1·min-1이었으나 기존의 추정식을 이용하여 산출된 VO2max는 43.59±12.98 mL·kg-1·min-1로 유의한 차이는 나타나지 않았으나 약 7-8% 낮은 경향을 보였고, 상관계수(r=.321, p<.05) 역시도 낮았다. 반면, GXT를 통해 측정된 VO2max와 Song et al. [10]이 개발한 Astrand-Ryhming 스텝검사 기반의 VO2max 추정식을 통해 산출된 VO2max의 오차제곱합(SSE), 평균오차제곱합(MSE), 측정표준오차(SEE)는 각각 2,489.38, 42.92, 6.55 mL·kg-1·min-1로 나타났다. 또한 실측값과 추정값의 신뢰구간(CI)의 평균차는 -0.234 mL·kg-1·min-1로 나타났다. 즉, GXT를 통해 측정된 VO2max와도 매우 유사한 값을 보였으며(47.22±9.22 vs. 46.99±6.97 mL·kg-1 ·min-1), 상관계수(r=.713, p <.01) 역시도 높게 나타났다.

The correlation and agreement of VO2max measured from GXT Vs. VO2max calculated by modified Astrand-Ryhming equation

논 의

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[10]으로부터 산출된 VO2max에 대한 일치도를 평가하고자 하였다.

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[5,6] 특히, 규칙적인 신체활동을 하지 않는 남녀 청소년들을 대상으로 심폐체력을 측정할 때 안전성이라는 측면에서 유용한 측정 방법으로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

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(p = 0.142). 이러한 결과는 Astrand-Ryhming 스텝검사 프로토콜 기반의 Song et al. [10]이 개발한 새로운 추정식을 통해 산출되는 VO2max가 본 연구에 참여한 남녀 청소년들의 VO2max를 잘 반영하고 있음을 의미한다.

Fig. 2는 트레드밀을 이용하여 GXT를 통해 측정된 VO2max와 기존의 Astrand-Ryhming 스텝검사 추정식[10] 그리고 Song et al. [10]이 개발한 추정식에 의해 산출된 VO2max에 대한 Bland-Altman plot을 제시한 것이다. 기존의 Astrand-Ryhming 스텝검사 추정식 결과와는 달리 Song et al. [10]의 추정공식을 이용하여 산출된 VO2max는 GXT를 이용하여 측정된 VO2max와 매우 높은 일치도가 있음을 확인할 수 있었다. 아울러 본 연구에서의 일치도 검증결과에서도 GXT를 통해 측정된 VO-2max와 기존의 Astrand-Ryhming 스텝검사 추정식의 표준오차(SEE)와 상관계수(r)는 각각 7.60과 .321로 Song et al. [10]의 추정공식의 표준오차(SEE=4.95 mL·kg-1 ·min-1)와 상관계수(r=.713)와는 많은 차이를 보였다(Fig. 2). 또한 Bland-Altman plot 결과에서도 기존의 Astrand-Ryhming 스텝검사 추정식과는 달리 Song et al. [10]의 추정공식은 95%의 신뢰도 구간내 측정에 참여한 58명 모두 VO2max 결과가 포함됨으로써 추정결과에 대한 일치도가 확보되었음을 확인할 수 있었다(Fig. 3).

Fig. 2.

(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. [10] equation (mL·kg-1 ·min-1). Each point represents individual values.

Fig. 3.

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).

초기 Astrand & Ryhming [12]이 발표한 Astrand-Ryhming 스텝검사의 경우, 표준오차는 0.28 L/min으로 약 3.98-4.64 mL·kg-1 ·min-1을 의미하는 것으로, 본 연구에서도 Song et al. [10]의 추정공식을 통해 도출된 표준오차(SEE=4.95 mL·kg-1·min-1)와 유사한 것이다. 더욱이, Astrand-Ryhming 스텝검사에 대한 추가적인 타당도나 일치도 검사가 이루어지지 않아 Astrand-Ryhming 스텝검사에 대한 직접적인 비교는 어려우나 Chester 스텝검사[15,16]의 경우, 본 연구(confidence interval=-0.93 mL·kg-1 ·min-1)와 유사한 일치도 범위에 해당하는 -0.8-2.8 mL·kg-1 ·min-1 (confidence interval)을 제시하였고, 또한 최대하 스텝검사를 이용한 VO2max 추정값과 GXT를 통해 측정된 VO2max 간의 유의한 상관성(r=.713)을 제시한 타당도가 확보된 연구들[15-21]의 상관계수 범위(r=.64-.95)에도 상응하는 것으로 나타나 Song et al. [10]이 발표한 추정식이 타당도가 확보되었음을 확인할 수 있었다. 더욱이, 대표적인 필드 테스트 중 하나인 20 m 왕복달리기의 경우 역시도, -5.7-2.4 mL·kg-1 · min-1의 유사한 일치도 범위와 0.68-0.73 범위의 유사한 상관계수 결과[22-28]를 보고한 바 있다.

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.

결 론

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. [10]의 회귀식은 한국 남녀 청소년(만 13-18세)의 VO2max에 대한 보다 정확한 심폐기능 평가를 위한 방법으로서 5분간의 스텝검사에 적용하는 것을 권장한다. 향후 연구에서는 건강한 성인 집단을 포함한 노인들을 대상으로 한 추가적인 연구가 진행되어야 할 것으로 판단된다.

Notes

이 논문 작성에 있어서 어떠한 조직으로부터 재정을 포함한 일체의 지원을 받지 않았으며, 논문에 영향을 미칠 수 있는 어떠한 관계도 없음을 밝힌다.

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Article information Continued

Fig. 1.

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.

Fig. 2.

(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. [10] equation (mL·kg-1 ·min-1). Each point represents individual values.

Fig. 3.

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).

Table 1.

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] [11].

Table 2.

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 PVO2max (mL · kg-1 · min-1) 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 PVO2max (mL·kg-1 ·min-1) 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).

*

p<0.05;

**

p<0.01. Difference between male and female;

Original Astrand-Ryhming VO2max prediction equation [12]: Male VO2max (L ·min-1) = 3.744×[(Weight+5)/(HR-62)]; Female VO2max (L·min-1)=3.750×[(Weight-3)/(HR-65)];

Modified Astrand-Ryhming VO2max prediction equation [10]: y=(-13.963×sex)-(0.216×W)-(0.072×HR)+91.296; sex: male=1, female=2.

Table 3.

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 (r) .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.

*

p<0.05,

**

p<0.01.

Original Astrand-Ryhming VO2max prediction [12]; Male: VO2max (mL·kg-1 ·min-1)=(3.744×[(Weight+5)/(HR-62)])/Weight×1,000; Female: VO2max (mL·kg-1 ·min-1)=(3.750×[(weight-3)/(HR-65)])/Weight×1,000.

Modified equation of Astrand-Ryhming VO2max equation [10]; y=(-13.963×Sex)-(0.216×Weight)-(0.072×HR)+91.296; Weight=kg, HR=Heart rate at 30 seconds recovery after 5-minutes step test (Heart rate measurement using Polar), Sex: male=1, female=2.