Effects of Stress and Psychological Symptoms on Heart Rate Variability

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책임저자: 공미희, 제주도 제주시 아라1동 1753-3번지

󰂕 690-121, 제주대학교병원 가정의학과 Tel: 064-717-1830, E-mail: [email protected] 접수: 2011년 8월 11일, 심사: 2011년 9월 1일 게재승인: 2011년 9월 20일

스트레스 정도 및 신경정신학적 증상여부에 따른 심박동수 변이도의 차이

*제주대학교병원 가정의학과, ^†제주대학교 의학전문대학원 가정의학교실

홍 상 훈 *ㆍ공 미 희 *^,†

Effects of Stress and Psychological Symptoms on Heart Rate Variability

Sang-Hun Hong*, Mihee Kong*^,†

Department of Family Medicine, *Jeju National University Hospital, ^†School of Medicine, Jeju National University, Jeju, Korea

We investigated the differences in the activity of the autonomic nervous system according to the degree of stress and the presence or absence of following neuropsychiatric symptoms-anxiety, depression, and insomnia, using heart rate variation (HRV) that represents autonomic nervous function in a non-invasive way. Of all adult men who underwent health exam from April 9, 2009 to May 4, 2010, 192 subjects without certain illnesses including arrhythmia were recruited for this study. They were tested for HRV and asked to fill in a questionnaire for the degree of stress and the neuropsychiatric symptoms. The degree of stress fell into three categories, and the neuropsychiatric symptoms were grouped into anxious, depressive, and insomnia group according to the mark checked on the questionnaire form for “feeling anxious for no apparent reason”, “always feeling depressed”, and

“difficulty sleeping”, respectively. Comparison among groups was made for the differences in SDNN, LF, HF, and LF/HF ratio-components of HRV. After adjusting for age, it shows that there was no meaningful differences in HRV among three groups defined by the degree of stress and also among the groups by the neuropsychiatric status except for the significant increase of LF (p=0.028) in the depressive group. Compared to the normal group, the insomnia one presented significant elevations of LF and LF/HF ratio (p=0.018, p=0.050). In conclusion, neuropsychiatric symptoms such as depression and insomnia seem to be associated with the activation of sympathetic nervous system measured by HRV. (Korean J Str Res 2011;19:231∼236)

Key Words: Stress, Anxiety, Depression, Insomnia, Heart rate variability

서 론

스트레스 및 불안, 우울, 불면증과 같은 신경정신학적 증 상들은 일차진료에서 흔히 접할 수 있는 문제들이다. 이러

한 스트레스나 여러가지 신경정신학적 증상들은 단순히 신경심리학적 문제만이 아닌 각종 심뇌혈관질환과의 연관 성 및 사망률과도 연관성이 있다는 연구들이 보고되고 있 다(Weissman et al., 1990; Frasure-Smith et al., 1993; Henry et

al., 1993; Musselman et al., 1998; Bunker et al., 2003).

이렇게 신경심리학적인 문제가 심뇌혈관질환을 일으키 는 기전으로 다양한 가설들이 제시되고 있으며 그 중 한가 지가 자율신경계의 영향이다. 자율신경은 심뇌혈관뿐 아 닌 다양한 질환에서 영향을 줄 수 있어 최근에는 자율신경

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영향으로 발생하는 심박동수 변이도를 가지고 자율신경계 를 평가하기도 한다. 심박동수 변이(Heart rate variability, HRV)란 심장 박동과 박동 사이의 간격의 변동의 특징을 관찰하여 안정 상태에서도 계속적으로 변화하는 심장박동 의 추이를 정량화 한 것으로 자율신경계를 평가하는 비침 습적 도구이다(Task Force of the European society, 1996).

심혈관계 환자군을 대상으로 한 연구에서 보면 중등도 이상의 우울군에서 심박동수 변이의 감소가 관찰됨을 밝 힌 연구도 있었으나(Stein et al., 2000), 아직까지 스트레스나 불안 등의 다른 신경정신학적 증상에 따른 심박동수의 변 이를 살펴본 국내 연구는 부족한 현실이다.

우울 외에도 스트레스 및 불안 또한 심뇌혈관질환의 위 험인자들이므로 이 또한 자율신경계에 영향을 줄 수 있는 신경정신학적 증상이므로 본 연구에서는 건강한 성인 남 성에서 심박동수 변이도 측정을 통하여 스트레스 정도 및 불안, 우울, 불면 등 신경정신학적 증상여부에 따라 자율신 경계 활성에 어떠한 차이가 있는지를 객관적으로 알아보 고자 하였다.

재료 및 방법

1. 연구 대상

2009년 4월 9일부터 2010년 5월 4일까지 일개 대학병원 에 내원하여 건강검진을 받은 수검자 중에서 성인 남성을 대상으로 하였으며 이들 중 부정맥을 진단 받았거나 건강 검진으로 시행한 심전도 검사상 부정맥이 관찰되는 경우 는 제외하였으며 설문지에 기입이 미비한 경우도 제외하 여 총 192명(평균 연령 43.8±10.4세)의 연구대상자를 최종 분석대상자로 선정하였다.

2. 스트레스 정도와 신경정신학적 증상 여부에 대한 설문

스트레스 정도에 대한 설문평가에는 국내에서 어느 정 도 타당도가 검증된 한국어 수정판 BEPSI (Brief Encounter Psychosocial Instrument)를(Yoo TW et al., 1992; Yim JH et al., 1996) 이용하여 자기-기입식으로 측정한 후 총 점수를 합 산 하여 스트레스 총점을 측정하였다. 점수는 각 5개의 문 항마다 느끼는 정도에 따라 Likert’s Scale로 측정하여 1점에 서 5점까지 부여한 후 합산하여 최저 5점부터 최고 25점까 지 측정한 후 5로 나누어 그 평균값을 구한다. 그 평균값에 따라 1.6점 이하는 낮은 스트레스군(low stress), 1.8에서 2.6

은 중간 스트레스군(intermediate stress), 2.8 이상은 높은 스 트레스군(high stress)으로 그 정도에 따라 세 그룹으로 분류 하였다.

신경정신학적 증상여부에 대한 설문은 설문지상에 “왠 지 불안하다”, “늘 우울하다”, “불면증이 있다”라는 항목에 그렇다 라고 자가 기입식 설문지에 표시한 경우를 각각 불 안군(anxiety group), 우울군(depression group), 불면군(insomnia group)으로 정하였다.

3. 심박동수 변이도(Heart rate variability) 측정 모든 대상자는 오전 중에 공복 상태로 검사 12시간 전에 는 커피, 흡연 등을 금지시켰고, 실험 환경에 적응하기 위 해 약 5분간의 안정을 취한 후 심박동수 변이도를 측정하 였으며, BFM-5000PLUS (Medicore, Korea)를 사용하여 분석하 였다. 심박동수 변이 중 시간영역 분석인 SDNN (the standard deviation of normal to normal intervals)과 주파수 영역인 LF (Low frequency), HF (High frequency), LF/HF를 확인하였 다. SDNN은 전체 RR간격의 표준편차를 구한 값이며, LF는 심박동수 변이 신호의 각기 다른 여러 대역의 주파수 중 0.04∼0.15 Hz의 저주파수 영역을 의미하고, HF는 0.15∼

0.4 Hz의 고주파수 영역을 의미한다.

4. 통계 분석

자료의 통계 분석은 SPSS window 18버전을 이용하였다.

스트레스정도에 따른 세 군 사이의 나이의 차이에는 일원 분산분석(one-way ANOVA)을 이용하였고, 불안군, 우울군, 불면군 여부에 따른 두 군의 연령차이에는 독립표본 t검정 (independent t-test)을 시행하였다. 그리고 스트레스정도에 따른 세 군 사이 그리고 각 신경정신학적 증상여부에 따른 심박동수 변이도의 비교에는 나이를 보정한 공분산분석 (Analysis of Covariance, ANCOVA)를 이용하였다. p값이 0.05 미만인 경우에 통계학적인 유의성을 인정하였다.

결 과

1. 연구 대상자의 일반적 특성

한국판 BEPSI 점수에 따른 스트레스정도에 따른 분류에 서 낮은 스트레스군은 95명(49.5%), 중간스트레스군은 84 명(43.7%), 높은 스트레스군은 13명(6.8%)이었다. 신정정신 학적 증상에서 “항상 불안하다”라고 대답한 불안군은 13명 (6.8%), “늘 우울하다”라고 대답한 우울군은 14명(7.3%),

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Table 1. Baseline characteristics of subject.

Variables Means±SD (range) or means (%) HRV parameter

SDNN (msec) LF (msec²) HF (msec²) LF/HF Age

Stress Low stress Intermediate stress High stress Anxiety group Insomnia group Depression group

41.4±20.4 (8.3∼202.6) 389.5±480.1 (1.3∼4,630.7) 202.2±238.9 (1.4∼1,468.7) 3.6±4.0 (0.2∼22.9) 43.82±10.38 (19∼78)

95 (49.5%) 84 (43.7%) 13 (6.8%) 13 (6.8%) 8 (4.2%) 14 (7.3%)

SDNN: standard deviation of all normal sinus R-R intervals over 24 hours, LF: low frequency, HF: high frequency, LF/HF: ratio of power in LF/HF, Low stress: K-Bepsi score; <1.6, Intermediate stress: K-Bepsi score; 1.8∼2.6, High stress: K-Bepsi score; 2.8<.

Table 2. The comparison of heart rate variability according to stress degree.

Characteristic Low stress

(N=95)

Intermediate stress (N=84)

High stress

(N=13) p-value

SDNN (m/sec) Lf (m/sec²) Hf (m/sec²) Lf/Hf ratio

40.5±22.6 367.3±569.5 177.2±185.6 3.0±3.6

42.6±18.2 414.5±368.6 237.3±293.6 4.0±4.4

39.9±16.1 389.7±302.5 157.5±160.6 3.8±3.3

0.975 0.898 0.521 0.362

Data are adjusted for age and presented mean±SD. SDNN: standard deviation of all NN intervals, LF: low frequency, HF: high frequency, LF/HF:

low frequency/high frequency ratio. p-value from ANCOVA for comparing a difference between 3 groups.

Table 3. The comparison of heart rate variability in anxiety group.

Characteristic Anxiety group (N=13)

Non-Anxiety group

(N=179) p-value

37.9±18.0 644.7±1,217.8

114.4±111.6 5.3±3.5

41.6±20.5 370.9±369.2 208.5±244.5 3.4±4.0

0.613 0.028 0.207 0.087 Data are adjusted for age and presented mean±SD. SDNN: standard deviation of all NN intervals, LF: low frequency, HF: high frequency, LF/HF: low frequency/high frequency ratio. p-value from ANCOVA for comparing a difference between 2 groups.

“불면증이 있다”라고 대답한 불면군은 8명(4.2%)이었다.

대상자들의 평균 심박동수 변이도(SDNN, LF, HF, LF/HF) 값은 Table 1과 같다.

2. 스트레스 정도에 따른 심박동수 변이도의 차이 낮은 스트레스군의 평균연령은 45.2±10.7, 중간 스트레 스군의 평균연령은 41.4±8.8, 그리고 높은 스트레스군의 평 균연령은 49.3±13.8으로 세 그룹간의 유의한 연령차이를 보였다(p=0.006 by ANOVA). 이에 나이에 대한 영향을 보 정한 이후의 분석에서 스트레스 정도에 따른 세 그룹간의 심박동수 변이도(SDNN, LF, HF, LF/HF)에는 차이가 없었다 (Table 2).

3. 신경정신학적 증상 여부에 따른 심박동수 변이도 의 차이

신경정신학적 증상여부에서는 우울군의 평균나이가 51.0±

9.1로 정상군(43.3±10.3)과 비교하여 유의하게 나이가 많았 으나(p=0.007 by independent t-test), 그외 불안군과 불면군 은 각각 정상군과 비교하여 나이의 차이가 없었다(p=0.556, p=0.232).

신경정신학적 증상 여부에서는 우울군의 경우는 정상군 과 비교하여 심박동수 변이도의 차이가 없었으나(Table 5), 불안군의 경우는 정상군보다 유의한 LF증가가 있었다(p=

0.028) (Table 3). 또한 불면군의 경우는 정상군과 비교하여 LF및 LF/HF의 비율이 유의하게 증가되어 있었다(p=0.018, p=0.050) (Table 4).

고 찰

본 연구결과 스트레스 정도 및 우울여부에 따른 심박동 수 변이도에는 차이가 없었으나, 불안과 불면과 같은 신경 정신학적 증상을 주관적으로 호소하는 경우 심박동수 변 이도(Heart rate variability) 측정상 자율신경계 중 교감신경

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Table 4. The comparison of heart rate variability in insomnia group.

Characteristic Insomnia group (N=8)

Non-Insomnia group

(N=184) p-value

35.3±23.8 721.6±1,583.2

135.9±140.9 6.0±5.2

41.6±20.2 375.0±365.9 205.0±242.0

3.4±3.9

Table 5. The comparison of heart rate variability in depression group.

Characteristic Depression group (N=14)

Non-depression

group (N=178) p-value SDNN (m/sec)

Lf (m/sec²) Hf (m/sec²) Lf/Hf ratio

35.3±13.5 235.1±184.8 129.6±155.5 4.0±4.0

41.8±20.7 401.6±488.0 207.8±243.6 3.5±4.0

계가 보다 활성화되어 있었다.

자율신경계는 체내외적인 환경변화에 내적 균형을 유지 하는데 직접적으로 관여하여 질병과의 연관성을 밝히고자 하는 연구들이 많이 진행되어 왔다. 그러던 Hon EH et

al.(1963)가 태아절박가사(Fetal distress)와 심박동수 변이도

가 관련성이 있음을 보고하면서 자율신경계를 반영하는 비침습적 도구로서 심박동수 변이도를 이용하게 되었다.

심박동수 변이를 이용한 자율신경계의 활동을 반영하는 지표의 분석법에는 크게 시간 영역 해석(time domain analysis)과 주파수 영역 해석(frequency domain analysis)으로 나누 어 볼 수 있다. 시간 영역의 해석은 심박동의 평균치의 변 화나 표준편차와 같은 통계적이고 기초적인 정보를 제공 하는 것으로서 그 중 특히 SDNN (Standard deviation of all NN intervals) 지표는 심혈관계의 안정도와 더불어 자율신 경계의 신체에 대한 제어능력에 관한 정보를 제공하는 지 표로 사용된다. 주파수 영역 해석은 심박동수 변이도 파형 을 분석하여 각 주파수 성분의 신호가 상대적으로 어떤 강 도로 있는지 보는 방법으로 LF (low Frequency)는 주로 교감 신경계를 대표하는 값으로 알려져 있고, HF (high frequency)는 부교감 신경계, 그리고 LF/HF 비는 교감-부교감 신 경간 균형을 반영하는 것으로 알려져 있다(Malliani et al., 1991; Cacioppo et al., 1994; Malliani et al., 1994).

최근에는 심박동수 변이도가 만성신장질환, 성기능장애, 만성통증, 우울증 및 부정교합환자 등 매우 다양한 질환에 서의 자율신경활성상태를 예측하는데 이용되고 있다(Fukuta

et al., 2003; Ahn JW et al., 2008; Ha SY et al., 2008; Kim YJ et al., 2010; Lee YJ et al., 2011).

본 연구는 일반 성인 남성을 대상으로 스트레스 강도와 불안증상 및 우울감, 불면증의 각각의 증상에 여부에 따라 심박동수 변이도에 어떤 차이가 있는지를 알아 본 연구였 다. 한국어판 BEPSI score 를 이용한 스트레스 강도에 따른

심박동수 변이도 및 우울에는 차이가 없었으나 신경정신 학적 증상 중 항상 불안하다는 불안군에서는 LF가, 불면증 이 있다는 불면군에서는 LF 및 LF/HF ratio에서 정상군 보 다 높아 상대적으로 교감신경계의 활성이 높은 경향이 있 음을 알 수 있었다.

불안과 우울 장애가 있는 사람들에게서 심혈관계 질환 의 발생률이 높아진다는 사실은 이미 여러 연구에서 밝혀 진 바 있다. 공황장애를 가진 환자에서 고혈압, 심장마비, 뇌졸중의 발생률이 높으며(Weissman et al., 1990), 심근 경색 환자에서 우울증이 동반된 경우 사망률이 더 높다는 연구 도 있다(Frasure-Smith et al., 1993; Musselman et al., 1998). 최 근에는 우울증을 심혈관계 질병의 독립적인 위험요소로 제 시하고 있다(Frasure-Smith et al., 1995; Rozanski et al., 1999).

비록 본 연구에서는 스트레스 강도 및 우울에 따른 심박 동수 변이도의 차이는 의미없는 결과를 보이고 있었으나, 부분적으로 나마 심박동수 변이도 지표들중에서 불안과 불면 등의 신경정신학적 증상이 있을 때 교감신경계가 항 진됨을 보임으로써 앞선 연구결과들과 같은 연장선에 있 다고 볼 수 있다.

이번 연구의 제한점으로는 첫째 일개 대학병원의 건강 검진 센터 수검자를 대상으로 전체 인구를 대변하는데 있 어서 대표성의 한계를 들 수 있으며, 적은 표본수와 대상 자가 남성에 국한되었다는 점, 그리고 심박동수 변이도에 영향을 줄 수 있는 육체적 활동 정도, 약물 복용력, 음주, 흡연, 스트레스 등의 요인을 고려하지 못한 점과 마지막으 로 단면적 연구로 변수별 인과관계를 밝히기가 어렵다는 점들을 들 수 있겠다.

하지만 이러한 제한점에도 불구하고 한국어판 BEPSI score를 이용한 정량화적 스트레스 정도를 측정하여 심박동 수 변이도를 분석해 본 시도나, 불안 및 불면증 등의 신경 정신학적 증상을 주관적으로 호소하는 것만으로도 체내

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교감신경계가 항진되어 있음을 객관적인 심박동수 변이도 지표를 통해 보여주었다는 연구로서 그 가치가 있다고 할 수 있다. 보다 대표성이 있는 대상자들을 대상으로 다양한 변수들에 대한 영향을 고려하는 대규모 연구가 필요할 것 이다.

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= 국문초록 =

체내 자율신경계를 비침습적으로 반영하는 심박동수 변이도를 측정하여 스트레스 정도 및 불안, 우울, 불면 등 신경 정신학적 증상여부에 따라 자율신경계 활성에 어떠한 차이가 있는지를 알아보았다. 2009년 4월 9일부터 2010년 5월 4일까지 건강검진을 위해 내원한 성인 남성 중 부정맥 등의 질환이 없는 192명을 대상으로 심박동수 변이도 측정과 스트레스 정도 및 신경정신학적 증상여부에 대한 자가 기입식 설문지를 시행하였다. 스트레스 정도는 한국어판 BEPSI score를 측정하여 그 정도에 세 그룹으로 분류하였으며, 신경정신학적 증상여부는 설문지상의 질문 중 “왠지 불안하다”, “늘 우울하다”, “불면증이 있다”라는 항목에 그렇다 라고 표시 경우를 각각 불안군, 우울군, 불면군으로 정하였다. 각 그룹에 따라 심박동수 변이도 중 SDNN, LF,HF, LF/HF에 어떠한 차이가 있는 지를 분석한 결과 나이에 대한 영향을 보정한 이후의 분석에서 스트레스 정도에 따른 세 그룹간에 심박동수 변이도 및 우울군 여부에 따른 심박동수 변이도의 차이는 없었으나. 불안군의 경우는 정상군보다 유의한 LF증가가 있었고(p=0.028), 불면군에서는 정상군과 비교하여 LF 및 LF/HF의 비율이 유의하게 증가되어 있었다(p=0.018, p=0.050). 따라서 불안과 불면과 같은 신경정신학적 증상을 주관적으로 호소하는 경우 심박동수 변이도 측정상 교감신경계가 보다 활성화 되어 있었다.

중심단어: 스트레스, 불안, 우울, 불면, 심박동수 변이