The Effect of Cooling by using Hand on Body Temperature

학 술 논 문

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손바닥을 이용한 쿨링이 심부 체온에 미치는 효과

김정훈¹·박지은²·박유진²·원철호³·지인희⁵·김지인⁶·이종민⁴

1경북대학교 대학원 전자공학부, ²경북대학교 대학원 의용생체공학과, ³경일대학교 제어계측공학과

4경북대학교 의학전문대학원 영상의학교실, ⁵경북대학교 간호학과, ⁶㈜신라시스템

The Effect of Cooling by using Hand on Body Temperature

Jung-Hun Kim¹, Ji-Eun Park², Yu-Jin Park², Chul-Ho Won³, In-Hee Ji⁵, Ji-In Kim⁶ and Jong-Min Lee⁴

1

School of Electronics Engineering, Kyungpook National University

2

Department of Biomedical Engineering, Kyungpook National University

3

Department of Control Instrumentation Engineering, Kyungil University

4

Department of Radiology, School of Medicine, Kyungpook National University

5

Department of Nursing, School of Medicine, Kyungpook National University

6

Sillasystem Inc

(Manuscript received 8 June 2017 ; revised 14 August 2017 ; accepted 23 August 2017)

Abstract: The purpose of this study is to perform integrated body temperature cooling of the arteriovenous anas- tomosis site. In the arteriovenous anastomosis site, heart cooling was performed using the palm of the hand, Cooling was achieved by using Peltier and copper plates to cool the palm of the hand with the heat transferred. The control range of the conducted heat is adjustable from 25 degrees to 30 degrees. The experimental environment was to place the treadmill in the house, The temperature in the house was set at 40 degrees and the experimenter treadmill at a speed of 5 Km. The subjects were exercised until the body temperature reached about 39

C. As a method to lower the body temperature after the experiment, the data of the body temperature was obtained by the general rest, one- hand cooling, two-hand cooling. Experiment result better than normal rest when Two hands cooling and an average decrease of 0.66 degrees. if you develop a cooling glove with Peltier, it will be an epoch-making athletic assistant to achieve thermal fatigue.

Key words: Core temperature, Lactic acid, Peltier, Cooling system

I. 서 론

현대인의 생활은 과학문명이 가져온 자동화와 기계화된 서양구조로 인하여 노동시간은 줄어들고 여가시간이 중대되 어 인간의 생활양식을 변화시킴으로써 여가의 필요성이 대 두되고 있다. 여가활동은 직업 또는 계층에 따라 상당한 차

이가 있을 수 있지만 전체적으로 본다면 여가시간은 늘어나 고 있음이 분명하다. 또한 국민소득의 향상은 인간의 삶의 질을 향상시켜 자연스럽게 여가활동에 참여하는 분위기로 이어지고 있다. 현대인들의 체육활동 강도가 높으면 높을수 록, 더위가 강하면 강할수록 체온은 더욱 상승하고 심박수 증가 폭은 더 커지게 된다. 심박수 변화에 따른 심박출량의 증가는 근육과 피부로의 혈류량을 증가시켜 운동에 요구되 는 대사적 수요의 충족과 체내에 축적된 열을 방출하게 만 드는 작용을 한다[1]. 운동이 종료되면 심박수는 교감신경의 철회와 부교감신경의 재활성에 따라 빠른 감소로 나타낸다.

그러나 운동 중 증가된 체온은 안정시 수준으로 빠르게 감 소하지 않는다. 만약 피부혈류량과 땀분비의 증가를 통한 체 Corresponding Author : Jong-Min Lee

Department of Radiology, School of Medicine, Kyungpook National University

TEL: +82-53-420-5472 / FAX: +82-53-422-2677 E-mail: [email protected]

"위 논문은 문화체육관광부의 스포츠산업기술개발사업에 의거 국민

체육진 진흥공단의 국민체육진흥기금을 지원받아 연구되었습니다."

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내의 적절한 열 방출 없이 심부온 감소가 지연된다면 조직 의 손상 및 열 관련 질환이 나타날 수도 있다. 또한 인간은 항온동물로서 자율성 체온조절반응과 행동성 체온조절반응 으로 열생성과 열손실의 균형을 이루면서 체온을 일정하게 유지하려고 한다[2]. 이에 따라 심부체온 감소를 위한 다양 한 연구가 진행되고 있으며, 연구 방법으로는 스트레칭, 마 사지, 쿨링 기법 및 히팅 기법 등이 적용 되고 있다[3]. 그 중 쿨링 기법은 체내 열 축적의 지연과 근 손상을 회복시키 며[4], 쿨링 방법, 쿨링 온도, 쿨링 적용 부위 등에 따라 다 양하게 연구되고 있다[5]. 이러한 연구는 스포츠인들의 체온 상승을 지연시킴으로써 운동 수행 능력 및 경기력 향상에 목적을 두고 있다. 이주연 등(2004)은 냉각 방법을 비교하 였는데, 고온에서 전도방식과 증발방식의 냉각 기법을 비교 한 결과 전도방식이 고온에서 더위를 완화시키는 효과를 나 타내었다는 결과를 보고했다[6]. 따라서 심부 체온을 효과적 으로 낮추는 방법을 제시하고자 한다.

본 연구에서는 팰티어를 이용하여 쿨링 디바이스를 개발 하고 말초부위 즉 손을 쿨링시켜 정상상태와 한쪽 손을 쿨 링 했을때와, 양쪽 손을 쿨링 했을 때의 심부 체온에 미치 는 영향을 알아보고자 한다.

II. 대상 및 방법

1. 연구 대상

본 연구의 대상은 일반인을 대상으로 하였으며, 실험자들

은 질환이 없고 건강한 사람을 대상으로 하였고, 약물을 복용 하고 있는 사람은 배제하여 실험을 진행하였다. 표 1와 같이 피험자 인원은 30명의로 하였고 평균 연령은 32.4 ± 3.4 세 체중은 68.4 ± 13.5 Kg 남자 18명 여자 12명으로 진행하였다.

2. 체온측정 방법

본 연구에서는 그림 1과 같이 피부 측정 온도계(LUT- RON TM-947SD), 고막온도계(BRAUN IRT-6520), 액와 체온계(CHOIS XST200)를 이용하여 측정을 하였고, 그림 2 와 같이 피부 측정 온도계(LUTRON TM-947SD)를 제외 한 고막온도계(BRAUN IRT-6520), 액와 체온계(CHOIS XST200) 는 같은 결과를 얻을 수 있었다. 본 실험에서 부위 별 온도를 측정한 결과 피부 온도계는 심부체온을 측정하는 데 적합하지 않는 결과를 보였고, 고막 체온계하고 액와 체 온계는 같은 체온을 보여주고 있었다[7]. 피부 체온계는 실 험에서 배제하여 실험을 진행하였다. 심부 체온을 잘 나타 나는 것은 직장 체온으로 알려져 있다. 하지만 고막 및 액 와 체온과 직장체온과의 상관계수는 0.85로 매우 유의한 상 관이 있다. 그래서 본 실험에서는 블루투스 체온계를 이용 한 액와 체온(XST200)계를 이용하여 체온을 측정하였다.

(1) 피부 체온계

온도계(LUTRON TM-947SD)를 사용하여 피부의 온도 를 측정하였고 측정부위는 귓불을 측정하였다. 측정방법은 온도계를 귓불에 대고 반창고로 붙여 측정을 하였다. 피부 측정 온도계(LUTRON TM-947SD)는 센서 Type K이고 Resolution 1

C 일 때 정확도는 ± 0.4%+1

C 를 갖는다.

(2) 고막 체온계

고막온도계(BRAUN IRT-6520)을 사용하여 고막의 온도

Table 1. Physical characteristics of the experimenter.

피험자 인원 연령 체중 남자 여자

30 32.4 ± 3.4 68.4 ± 13.5 18 12

그림 1. 체온계 측정 부위.

Fig. 1. Thermometer measurement site.

165 를 측정하였으며, 측정 시 귀에 밀어 넣어 Probe에서 소리

가 날 때까지 대고 측정하였다. 3회 측정 후 평균을 측정값 으로 사용하였다. 고막온도계(BRAUN IRT-6520)의 정확 도는 35

C 에서 42

C 까지 ± 0.2

C 를 갖는다.

(3) 액와 체온계

액와 체온계(CHOIS XST200)를 사용하여 겨드랑이 온 도를 측정하였고, 액와 체온계는 블루투스 체온계로써 실시

간 모니터링이 가능하다. 체온은 3초마다 한 번씩 업데이틀 하여 스마트폰에서 확인 할수 있다. 액와 체온계(CHOIS XST200) 의 정확도는 34

C 에서 42

C 까지 ± 0.1

C 를 갖는다.

3. 펠티어를 이용한 쿨링 시스템

본 연구에서는 그림 3과 같이 펠티어(TEC 1-12706)을 사 용하여 실험을 진행하였으며, 실험하기 전에 펠티어 시스템 에 전압별 온도 범위에 대해서 알아보고자 실험을 진행하였 다. 전압 조절 장치로 는(Protexk3005D)를 사용하였으며, 온도계(TM-947SD)를 사용하여 데이터를 저장하여 온도를 측정하였다.

본 시스템에서 측정 결과 그림 4와 같이 0.1볼트부터 1.5 볼트까지 실험한 결과를 그래프로 나타내고 있다. 펠티어를 이용한 전압에 따라 무부하일 때 시작온도 28.8도부터 24.9 도까지 내려가는 것을 확인하였고 부하가 있을때는 29.9도 부터 26.2도까지 나타났다. 실험 데이터를 기반으로 손바닥 온도를 28도로 고정하여 실험을 진행하도록 하였다. 주변 환경 온도에 따라 펠티어의 온도는 변하므로 펠티어의 온도 를 유지시키기 위해 Pan을 달아서 제어를 하였다.

그림 2. 부위별 체온 비교.

Fig. 2. Body temperature comparison by site.

그림 3. 펠티어를 이용한 쿨링 시스템.

Fig. 3. Cooling system using Peltier.

그림 4. 펠티어를 이용한 동판 온도 실험 그래프.

Fig. 4. Graph of copper plate temperature using Peltier.

그림 5. 실험 환경.

Fig. 5. Experiment environment.

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4. 실험 방법

실험 환경은 그림 5와 같이 실험을 진행하기 위해서 비닐 하우스를 제작하고 비닐하우스 안에 트래드밀을 넣고 히터 를 이용하여 실 내 온도를 40도로 맞추도록 하였다. 실험자 는 실내에서 양발, 신발, 긴팔, 긴바지, 두건, 마스크, 장갑 을 착용하고 트레드밀에서 시속 5 Km로 빠른 걸음으로 체 온을 39도까지 상승시키고 난 뒤에 1시간동안 휴식, 1시간 동안 한손 쿨링, 1시간 동안 양손 쿨링을 하면서 온도를 기 록하도록 했다. 체온은 실시간으로 모니터링 되는 액와 체 온계를 사용하여 3회 측정 평균값 하고 스마트폰에 표시 되 는 체온계의 결과를 기록하였다.

그림 6과 같이 한손 쿨링, 양손 쿨링의 실험방법은 다음 과 같은 순서로 수행하였다. 첫 번째 실험자는 양발, 신발, 긴팔, 긴바지, 두건, 마스크, 장갑을 착용한다.

두 번째 외부 온도 나이 체중 성별을 기록한 뒤 현재 체 온은 고막 체온계, 액와 체온계를 사용하여 측정하고 기록 한다. 세 번째 트레드밀을 사용하여 5 Km로 빠른 걸음으로 체온이 39도로 올라 갈때까지 운동을 한다. 네 번째 목표체 온이 되면 트레드밀을 멈추고 비닐하우스 안에서 1시간동안 휴식, 1시간 동안 한손 쿨링, 1시간 동안 양손 쿨링을 하여 온도 데이터를 기록한다. 통계 분석 방법은 paired t test 를 이용하여 1시간 휴식실험, 1시간 한손 쿨링 실험, 1시간 양손 쿨링 실험의 온도 데이터를 통계 분석하였다.

III. 결 과

본 연구에서 진행된 손바닥을 이용한 심부 체온 쿨링은 그림 7과 같이 서로 다른 결과가 나타나게 되었다. 외부 평 균 온도는 휴식 실험 40.15 ± 0.69도, 한손 쿨링 실험 40.36

± 0.91도, 양손 쿨링 실험 39.74 ± 0.72도 상태에서 트레드 밀을 하였다. 운동 종료 후 평균 심부 체온은 휴식 실험 38.78 ± 0.12도, 한손 쿨링 실험 38.67 ± 0.16도, 양손 쿨링

실험 38.73 ± 0.14도 였다. 운동 종료 후 1시간동안 휴식 한 손 쿨링 양손 쿨링 후 체온은 휴식실험 38.54 ± 0.15도, 한 손 쿨링 38.04 ± 0.18도, 양손 쿨링 37.88 ± 0.16 이였다. 일 반 휴식 방법과 한손 쿨링 방법간의 유의한 차이가 나타났 고(p < .05), 정상회복 방법과 양 손 쿨링 방법간에도 유의 한 차이가 나타났으며(p < .05), 한 손 쿨링 방법과 양 손 쿨

Fig. 7. Average data of 30 persons for general rest, one- handed cooling, two-handed cooling.

그림 8. 쿨링 전/후 차이 그래프.

Fig. 8. Cooling before / after difference graph.

그림 6. 한손 양손 쿨링 모습.

Fig. 6. One-handed, two-handed cooling.

167 링 방법간의 유의한 차이가 나타났다(p < .05). 일반휴식, 한

쪽손 쿨링후 휴식, 양쪽손 쿨링후 휴식을 하고 시간별 온도 그래프를 봤을 때 쿨링을 안하고 휴식 했을때보다 쿨링을 하는 쪽이 같은 시간이 빨리 심부체온이 빨리 떨어지는 것 을 볼수 있다. 쿨링을 안했을때와 한쪽손만 쿨링을 했을때 의 차이는 평균 0.5도 차이를 보였고, 쿨링을 안했을때와 양 쪽손을 쿨링 했을때의 차이는 평균 0.66도 차이를 나타났고.

한쪽만 쿨링 했을때하고 양쪽손을 쿨링 했을때의 온도의 차 이도 평균 0.16도가 나타났다. 또한 그림 8과 같이 쿨링 전 / 후 차이 그래프를 보면 쿨링 했을 때 좋은 결과를 갖는 것 을 볼 수 있다. 다른 연구자료를 보면 쿨링을 안했을때와 손 부분을 15도 쿨링했을때에 유의한 차이를 보이지 않았다[8].

하지만 본 연구에서는 28도로 쿨링을 하였을 때 휴식 할때 와 쿨링 할 때 유이한 차이를 보여주고 있다.

IV. 결 론

현재 스포츠에 적용되는 냉각은 운동으로 나타나는 근육 의 손상 완화 및 회복, 혈중 피로물질 감소 및 제거 그리고 운동수행능력의 향상 등을 위하여 사용되고 있다. 그러나 냉 각을 통한 효과, 반응 및 효과적으로 제거되어야 한다. 본 연구에서는 펠티어를 이용하여 쿨링 시스템을 만들고 손바 닥을 이용한 쿨링을 진행하였다. 그결과 쿨링 시스템을 이 용하여 쿨링을 한 그룹이 좋은 결과를 보여주고 있다. 하지 만 혈관은 낮은 온도에서는 수축 된다고 나와 있다. 펠티어 를 이용하여 쿨링 장갑을 만든다면 운동으로 나타나는 열피 로를 줄이는 획기적인 방법이 될 것이다. 또한 본 연구에서 는 손바닥 온도를 28도 쿨링을 했지만 최적의 온도를 찾아 낼수 있다면 더 좋은 쿨링 방법이 될 것이고, 다음 연구로 는 손바닥을 쿨링 온도에 따른 쿨링 효과를 알아보는 연구 가 진행 되면 좋은 연구가 될 것이다.

Reference

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89-100, 2009.