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Review on Bioelectrical Impedance Analysis in Traditional East Asian Medicine
Review on Bioelectrical Impedance Analysis in Traditional East Asian Medicine
Journal of Physiology & Pathology in Korean Medicine. 2013. Dec, 27(6): 717-729
Copyright © 2013, The Korean Association of Oriental Medical Physiology
  • Received : November 10, 2013
  • Accepted : November 28, 2013
  • Published : December 25, 2013
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장한 배
영민 김
근호 김
재욱 김
jaeukkim@kiom.re.kr

Abstract
Bioelectrical Impedance Analysis (BIA) is a non-invasive and low-cost technique that estimates body composition based on the distribution of water and electrolytes in the body by analyzing body’s electrical responses to source voltages. In this work, we carried out a systematic literature review on BIA researches in traditional East Asian medicine (TEAM). For comparison, firstly we introduced the concept and principle of BIA, and offered a general overview of research trends in western medical perspectives. We searched through the databases of Oriental Medicine Advanced Searching Integrated System and DataBase Periodical Information Academic for the articles published between 1994 and 2013, with keywords such as ‘BIA’, ‘bioelectrical impedance’ and ‘impedance’. Among the rough-searched 274 articles, we finally selected 21 articles appropriate to the intended research field. The selected articles were categorized into diagnosis in Sasang medicine, impedance analysis in meridian system, and change of body composition after taking herbal medicine. We found that most of BIA researches in TEAM were preliminary and remained in the peripheral levels which is far behind the western medical research activities. Therefore, more efforts are needed to study BIA in association with major subjects such as pattern identification or physiological/pathological phenomena. In addition, methodological breakthrough of BIA is possible by applying the diagnostic concepts of the TEAM in relation to the balance of Qi and Blood.
Keywords
서 론
생체 전기 임피던스법(Bioelectrical Impedance Analysis, BIA)은 신체의 체수분량을 측정하기 위한 기술로 인체에 미약한 전류를 흐르게 한 뒤, 생체 전기 저항을 측정하는 방법이다 1) . 이는 수분을 포함하는 인체 조직의 전기전도성에 기초를 두고 있는 방법으로, 1969년 Hoffer 등의 연구 이후 체지방량과 제지방량 등의 체성분 추정에 응용되어 왔다 1 - 3) . 1980년대까지는 주로 건강한 성인을 대상으로 BIA 측정방법을 입증하는 연구가 이루어 졌고 4) 그 후 BIA를 체지방량을 산출하는 다른 방법들과 비교해 그 유의성을 입증하는 연구가 이루어 졌으며 5 , 6) , 1990년대부터 현재까지는 비만, 당뇨병, 심부전, 혈액투석 환자 등에 BIA 방법을 적용하여 다양한 진단 및 건강상태를 평가하는 연구가 이루어지고 있다 7 - 10) . BIA 방법은 측정이 간편하고 단시간 내에 측정할 수 있으며 가격이 저렴하다 3 , 11) . 또한 안전하게 비침습적으로 이루어지는 검사방법이기 때문에 건강한 자와 환자 모두를 포함한 광범위한 대상자를 측정할 수 있다는 점에서 다양한 연구기관과 의료기관 등에서 활용되고 있다 12 , 13) .
이러한 일반적인 의학, 생리학 분야에서의 적용 이외에 한의학 분야에서도 BIA 방법을 사용한 연구들이 이루어져 왔다. 사상체질별 신체계측에 BIA 방법을 적용하여 체질별 특징을 분석한 연구와 사상체질별로 체성분 분석을 한 후 비만과의 상관관계에 대해 고찰한 연구가 있었다 14 , 15) . 또한 발효한약을 이용한 절식요법이 체성분 변화에 미치는 영향에 대한 연구가 진행되었고, Multi-frequency 자극 방식을 이용한 생체 전기 임피던스 측정 시스템의 설계와 경혈의 전기적 특이성에 대한 연구 등이 진행되어왔다 16 , 17) . 하지만 BIA 방법을 사용한 한의학 분야의 연구는 간단한 체성분 분석 자체에만 초점을 맞추거나, 임피던스 특성을 파악하는 정도의 연구에 그치고 있다. 측정된 체성분 수치들을 한의학적 변증이나 질환, 특정 호르몬 등에 연관 짓지 못한 채 지엽적인 연구에만 머무르고 있는 것이다. 이는 지금까지 이루어진 BIA 방법을 기반으로 한 한의학 연구의 한계점으로 지적할 수 있다. 본 연구에서는 한의학 분야에서의 BIA 연구동향을 기존의 BIA 연구동향과 비교해 살펴보고, BIA 방법의 한의학적 적용을 위한 연구 방향을 제안한다.
본 론
- 1. 조사 방법 및 논문 분석
먼저 다양한 분야에서 적용되어 오고 있는 BIA 방법 기반의 연구동향을 Web of Knowledge와 National Discovery for Science Leaders (NDSL) DB에서 ‘bioelectrical impedance’, ‘BIA’ 키워드를 이용해 검색하였으며 이를 통해 개괄적인 BIA 연구동향을 파악하였다. 이를 한의학 분야에서의 BIA 연구동향과 비교함으로써 BIA 방법의 한의학적 적용에 대한 견지를 얻기 위한 방법으로 활용하였다.
그리고 한의학 분야에서의 BIA 연구동향 파악을 위해 Oriental Medicine Advanced Searching Integrated System (OASIS)와 DataBase Periodical Information Academic (DBpia)의 DB를 이용해 검색하였다. 1995년부터 2013년까지의 전자저널 중 OASIS에서는 ‘BIA’, ‘bioelectical impedance’, ‘임피던스’ 키워드를 이용하였고, DBpia 에서는 ‘bioeletrical impedance’ 전체 검색을 이용하였다. 총 검색된 논문은 274편으로(2013년 11월 현재) 이 중 대부분이 주제에서 벗어난 논문이었고 중복 검색된 논문 건수를 제외하고 재분석한 결과 최종적으로 21편의 논문이 선정되었으며, 이 논문들을 대상으로 한의학 분야에서의 BIA 연구동향을 분석하였다. 국외에서의 BIA관련 한의학 분야 연구동향을 찾아보기 위해 Web of Knowledge와 NDSL의 DB에서 ‘(bioelectrical or bioelectric or bio) and impedance and (traditional or Oriental or Chinese or Korean or Ayurved*) and medic*’ 키워드로 검색 해보았으나 관련 내용은 찾지 못했다. 논문 분석결과, 지금까지 진행된 한의학 분야에서의 BIA 연구는 크게 세 가지 분야로 나눌 수 있었다. 첫째, 사상체질을 진단하거나 특징 파악을 위한 체성분 분석 논문이 5편, 둘째, 경락과 경혈에서의 임피던스 분석 논문이 9편, 셋째, 한약 복용 후 체성분의 변화를 분석하는 논문이 4편이었고, 그 외 연구가 3편으로 나타났다. 본 논문에서는 먼저 BIA의 원리와 개괄적인 BIA 연구동향에 대해 알아본 후 한의학 분야에서의 BIA 연구동향을 살펴보도록 하겠다.
- 2. BIA의 원리 및 시스템 개발
- 1) BIA의 원리와 체지방량 측정
전류는 전도성이 가장 높은 부분을 따라 흐르는데 이 특성을 이용해 인체에 미약한 교류전류를 흘려주었을 때 계측한 전기저항으로부터 신체 구성을 추정하는 것이 BIA의 기본원리이다 18) . 수분을 많이 포함한 제지방 조직은 전도성이 뛰어나고 저항이 작으며, 수분을 거의 포함하지 않는 지방조직은 전도성이 떨어지고 저항이 크다. 수분의 많고 적음은 전기 흐름의 쉽고 어려움, 즉 생체 임피던스 값에 반영 된다. 임피던스란 전기가 흘러갈 때 이를 방해하는 힘으로 전기저항(R)과 리액턴스(Xc)의 벡터합으로 결정된다. 직류회로에서는 전기저항이 전압과 전류의 비를 의미하지만 교류회로에서는 코일에 의해 전압과 전류의 위상이 달라지므로 복소임피던스(Z)를 사용해 저항과 위상을 함께 나타내며 그 식은 아래와 같다.
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균질한 원통형 전도체에서 임피던스는 전도체의 길이에 비례, 단면적에 반비례하는 성질을 가지고 있는데, 이와 같은 성질을 수식으로 정리하고 변환하면 전도체의 부피는 길이의 제곱에 비례하고 임피던스에 반비례하는 관계가 성립한다. 신체의 경우 길이는 신장이 되고 임피던스 지수(Impedance Index)는 신장 2 /임피던스로 정의된다.
체지방량을 측정하기 위한 방법에는 여러 가지 방법이 있다. 수중에서 체중을 측정하고 신체의 비중을 계산해 체지방량을 산출하는 수중밀도법과 인체계측을 통해 회귀분석을 하여 체지방량을 예측하는 인체계측법, 중수소를 경구 또는 정맥에 주사하고 일정시간 후 환자의 소변을 채취해 희석된 정도로 총 수분량을 구한 후 체지방량을 산출하는 체내 총 수분량(Total body water, TBW) 측정법이 있다 19) . 그리고 방사선 동위원소인 40K를 이용해 총 체내 칼륨량(total body potassium, TBK)을 구한 후 칼륨은 제지방 부위에서만 존재하고 TBK와 제지방의 비는 안정되어 있다는 사실을 이용해 총 체지방을 계산하는 체내 총 칼륨 측정법(40K counting)은 오랫동안 체지방을 평가하는 표준으로 간주되어 왔다 20) . 또한 이중에너지 X선 흡수법(Dual Energy X-ray Absorptionmetry, DEXA)은 머리부터 발까지 X-ray source를 이용한 정밀 스캔을 통해 전신과 상지, 하지, 체부의 골밀도와 체지방, 제지방을 매우 정확하고 안전하게 측정하는 방법이다. 많은 연구에서 체지방 측정의 reference로 삼고 있는 방법이나, 가격이 비싸고 장비가 매우 크며 임산부에 사용불가하고 내장 지방조직을 측정할 수 없는 단점이 있다 21) . BIA 연구 초기에는 이와 같은 여러 가지 측정법으로 산출된 체지방량을 reference로 하여 BIA 방법으로 산출된 체지방량과 비교해 BIA 방법의 유효성을 검증하는 연구들이 이루어져 왔다 5 , 6 , 22 , 23) . 그 후에는 비만 환자를 중심으로 BIA 방법을 이용한 체성분 평가의 타당성에 대한 연구들이 진행되어 왔으며 24 - 27) . BIA 원리 기반의 시스템과 분석방법들을 개발해 체성분 분석에 활용하고 다양한 임상에 적용 후 그 의의를 찾는 연구가 이루어지고 있다 28 , 29) .
- 2) 시스템 개발 및 체성분 산출 방정식
BIA 방법의 신뢰성을 높이기 위해 다양한 측정방식과 분석 알고리즘이 적용된 시스템이 개발되고 있다. 상용제품들은 대부분 체성분 분석에 초점을 맞추어 개발되고 있는데 국내에서는 Inbody Series(Biospace, Korea)와 X-SCAN, XBIA Series(Jawon medical. Korea)가 많이 사용되고 있다. 그 외 TBF Series(Tanita, Japan), HBF Series(Omron, Japan), BIVector(Akern Srl, Italy) 등의 상용제품들이 의료용 및 연구용으로 사용되고 있다.
2002년 문재국 등은 원격의료계측의 일환으로 변좌 생체계측에 적합한 생체전기 임피던스 분석 시스템을 개발하였으며 181명의 제지방량 표준값을 기준으로 회귀분석을 하여 변좌 제지방 추정식을 세우고 그 적용가능성을 확인하였다 30) .
2004년 권세윤 등은 PDA와 결합 가능한 체지방 측정 모듈을 개발하고 PDA와 연동되는 전체적인 시스템 운영 소프트웨어를 개발한 후 시중에 시판되고 있는 기기의 체지방량과의 비교를 통해 시스템의 신뢰성을 입증하였다 31) .
2007년 배성훈 등은 기존 체성분 분석기의 아날로그와 디지털 블록을 하나로 집적해 시스템 보드의 크기를 현저히 줄이고 원가를 절감한 체성분 분석용 칩을 설계해 그 성능을 확인하였으며 32) , 2007년 문희성 등은 직물 전극을 이용해 개발한 체성분 측정용 의복으로 안정적인 생체 임피던스 측정이 가능함을 보였다 33) .
이 밖에 국내외에서 체지방 측정을 위해 마이크로프로세서를 이용한 시스템, 단일 주파수와 다주파수를 이용한 시스템, 새로운 모니터링 시스템을 이용한 임피던스 분석기 개발 등 다양한 방법으로 BIA 시스템이 연구되어지고 있다 34 - 38) .
특히 단주파수(Single-frequency)에서 다주파수(Multi-frequency) 방식으로 BIA 방법이 발전되고 있는데, 단주파수 방식은 생체 조직 중에서도 골격근의 중심 주파수(50kHz) 특성에 주안점을 두고 계측하는 방법으로 골격근량의 측정 감도가 높은 방식이다 39) . 다주파수 방식은 체수분을 세포내액과 세포외액으로 구별하여 측정하는 기술로 고주파수는 세포막을 통과하고 저주파수는 이를 통과하지 못하는 성질을 이용한다 40 , 41) . 일반적으로 50 kHz는 골격근 특성을 판별하는데 적합하고, 200 kHz 이상의 주파수는 세포내액과 외액의 추정, 5kHz의 낮은 주파수는 세포외액만을 추정하는데 적합하다 42) . 체격이 작은 여자 장거리 선수의 체지방률은 단주파수 이용 시 16~20%, 다주파수 이용 시 10~15%로 다주파수 방식의 경우가 수중체중법의 값에 근사하다는 연구결과에서 볼 수 있듯이 최근의 BIA 관련 연구는 대부분 다주파수 방식을 사용하고 있다 43) .
그리고 인체는 부위별로 저항값이 크게 다르지만 BIA 방법은 인체를 하나의 원통으로 가정하는 문제점이 있는데, 이를 극복하기 위해 전신 임피던스를 측정하는 방법에서 부위별 임피던스를 측정하는 방법으로 BIA 시스템이 발전하고 있다 40) . 부위별 임피던스 측정은 인체를 다섯 개, 즉 사지와 몸통으로 나누어 각 부위의 임피던스를 측정하는 방법인데, 몸통은 전신에서 약 50%의 제지방량을 차지하고 있음에도 전신에서 측정된 임피던스에 대해 반영비율이 약 10% 정도로 낮기 때문에 몸통의 임피던스를 따로 측정하는 것은 중요한 의미를 갖는다 44) .
체성분은 인체를 구성하고 있는 성분으로 체수분, 단백질, 무기질, 체지방의 4가지로 이루어져 있다. 수분 73%, 단백질 27%로 구성된 근육과 뼈대를 이루는 무기질을 합한 것이 제지방(fat free mass)이며, 제지방량과 체지방량(fat mass)을 합한 것이 체중이 된다. 제지방량 대신 비슷한 개념으로 지방제외체중(lean body mass)을 사용하기도 하는데 이는 세포막이나 신경계의 지방성분 등 소량의 지질을 포함하는 개념으로 이러한 지질구성요소는 전체 lean body의 1.5%~3%를 차지한다 45) . 그리고 총수분량(TBW) = 세포내수분(Intra-Cellular water, ICW) + 세포외수분(Extra-Cellular Water, ECW) 의 관계가 성립하는데 이를 이용해 수분량에 대한 좀 더 세밀한 추정이 가능하다.
체수분량 추정에는 광학밀도측정이나 동위원소희석방법으로 산출된 예측식(prediction equations)이 이용되어 왔다. 1963년 Moore 등은 220명의 뉴잉글랜드 지방 거주자들의 데이터를 분석해 나이와 체중을 변수로 갖는 방정식을 제안했고, 1980년 Watson 등은 17~84세의 유럽인과 미국인 723명의 동위원소희석 연구 데이터를 이용해 나이, 체중, 키를 변수로 갖는 선형방정식을 만들었다 46 - 48) . 이러한 회귀분석적 방법을 이용한 방정식은 환자의 인종, 성별, 나이, 체격, 특정 질병의 유무 등에 따라 다를 수 있기 때문에 1990년대 이후에는 다양한 조건하에서 그에 맞는 체성분 산출 방정식이나 계수들을 추정하는 연구가 이루어지고 있다 46 , 49 - 55) .
- 3. 개괄적인 BIA 연구동향
- 1) 임피던스 파라미터를 이용한 연구
BIA의 기본 원리인 임피던스 분석을 이용한 연구동향은 크게 4가지로 나눌 수 있다. 특정 질환을 대상으로 하는 연구, 영양상태 진단을 위한 연구, 비만 관련 연구, 특정 성분 추정을 위한 연구로 나눌 수 있으며 개괄적인 연구동향은 다음과 같다( Fig. 1 ).
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Classification of biological characterization studies using bioelectric analysis.
- (1) 특정 질환 대상의 BIA 연구
특정 질환을 대상으로 한 BIA 연구는 가장 활발하게 넓은 분야에서 이루어지고 있다.
국내 연구동향을 살펴보면, 2004년 신상원 등은 편마비 환자의 양 하지 수분분포를 통해 근육량 추정이 가능함을 보였고 56) , 2007년 황시은 등은 위암의 근치적 위절제술 후 BIA를 이용한 체성분 변화의 1년간 추적관찰을 통해 영양생리학적 연구에 활용될 수 있는 가능성을 보였다 57) .
2008년 박영미 등은 만성페쇄성질환이 진행될수록 제지방량은 낮아지고 제지방량과 체질량지수는 폐기능 정도와 상관관계를 갖는다는 사실을 확인했으며 58) , 2009년 정재혁 등은 무월경 환자의 체지방률과 복부지방률이 유의한 차이가 있음을 밝혔고 59) , 2009년 장세나 등은 당뇨병성 혈액투석 환자에서 비당뇨군과 달리 적은 수분 제거량 혹은 적정 건체중에 이르지 않는 상황에서도 세포내 수분이 세포외로 이동함을 확인하였다 10) .
2010년 조용석 등은 간 수술 중 혈액의 유입이 어려워 일어나는 혈행장애인 허혈에 의한 손상과 문합 후 재관류에 따르는 손상을 수술 중 실시간으로 측정할 수 있는 방법에 대한 연구를 하였다. 백금도금된 mono-polar needle 전극 2개를 10mm 간격으로 토끼 간 조직에 삽입 후, LCR meter를 이용, 양극 간에 다양한 교류전류를 인가해 5분 간격으로 관찰한 결과, 간 허혈 손상 예견 주파수 대역은 120 Hz로 나타났고 허혈유도 전 및 유도 후 30분간 Bioelectrical Impedance(BI)는 상승하고 재관류 후 20분 동안은 감소하는 특징을 나타냈다. 이러한 특징을 이용해 수술 중 간의 손상 여부 및 간 조직의 생존능력을 실시간으로 확인할 수 있다면, 적절한 처치로 수술의 성공률을 높일 수 있을 것으로 사료된다 60) .
2012년 하지원 등은 불면증 환자의 BMI와 내장지방 수치는 연령이 증가할수록 유의하게 증가함을 보였다 61) .
다음으로 국외 연구동향을 살펴보면, 1996년 Lawrence A Leiter 등은 BIA 방법 기반의 회귀모델이 인슐린의존형당뇨환자(IDDM)의 체성분 추정에 적합함을 보였고 51) , 2000년 Carrie P. Earthman 등은 HIV감염환자의 Body Cell Mass(BCM) 변화량을 측정하기 위한 다양한 BIA 방법을 비교해 다주파수 방식의 모델링이 BCM 변화량을 가장 정확히 측정할 수 있음을 확인했다 62) .
2008년 Kentaro Shoji 등은 CT만으로 측정하던 내장지방을 BIA 방법으로 측정하고 이 내장지방이 대사증후군(metabolic syndrome)의 중요 예측변수임을 보였으며 63) , 2008년 Gaspare parrinello 등은 Segmental과 whole-body의 BIA resistance와 reactance가 급성대상부전심부전(ADHF)으로 유발된 호흡곤란환자 진단에 유용함을 확인했다 9) .
2009년 Hajime Kataoka 등은 심부전 환자의 체액상태변화 예측을 위한 새로운 모니터링 방법을 고안해 그 유효성을 검증했고 36) 2012년 Antonio Piccoli 등은 호흡곤란환자의 원인을 심장성과 비심장성으로 판단하기 위해 Bioelectrical Impedance Vector Analysis (BIVA)를 사용해 그 가능성을 확인했다 64) .
- (2) 영양상태 진단을 위한 BIA 연구
1997년 Paul C. Quirk 등은 낭포성섬유증 어린이 31명의 영양상태 평가 지표로 TBK 변화량을 선정하고, 임피던스 지수, 체중, 키, 제지방량과의 상관관계를 알아보기 위해 선형회귀분석을 하였다. 그 결과 TBK 변화와 임피던스 변화사이에 높은 상관관계가 나타났으며 BIA 측정은 낭포성섬유증 어린이들의 TBK양을 예측하는데 가장 좋은 지표가 됨을 보였다. 추후 건강한 성인의 운동이나 다이어트 전후 상태를 대상으로 영양상태를 평가하는 연구가 요구된다 65) .
1999년 손은선 등은 건강한 성인군 65명과 비경구영양을 투여받는 환자(TPN)군 59명을 대상으로 Harris-Benedict 공식을 이용해 산출한 기초대사량과 BIA 방법을 이용해 산출한 기초대사량을 비교하였다. 그 결과, H-B공식 혹은 BIA를 사용하여 기초대사량을 한국인에게 적용할 경우 BMI 범위가 20-25인 사람에게 적용 가능함을 확인하였다. 그러나 이 결과는 Indirect calorimetry를 사용해 재검토가 필요할 것으로 생각된다 66) .
2000년 C.Faisy 등은 급성호흡부전 만성폐쇄성폐질환 환자 51명을 대상으로 BIA 결과를 인체계측치와 내장 단백질 양과 비교해 영양상태 평가에 적용할 수 있는지에 대한 연구를 진행했다. 그 결과 활성세포질량(Active Cell Mass, ACM)의 감소는 급성호흡부전 만성폐쇄성폐질환 환자의 영양실조를 나타내는 지표로 간주할 수 있음을 확인했으나 영양실조의 기준을 객관적으로 선정하는 연구가 선행되지 못한 한계점이 있었다 67) .
- (3) 비만 관련 BIA 연구
2002년 최가야 등은 가임기 여성 비만환자 88명을 BIA 법으로 측정한 WH-ratio(Waist Hip-ratio) 0.85를 기준으로 상체비만과 하체비만으로 나누고 각각 월경 주기, 월경량, 월경괴, 월경통과의 관계를 비교하는 연구를 하였다. 월경 주기 양상을 비교한 결과 상체비만과 월경부조 사이에 유의한 관계가 있었으며, 월경통 정도를 비교한 결과 상체비만과 월경통 사이에 유의한 관계가 있었다 68) .
2009년 박지현 등은 체성분 분석, 전척추 X-선 촬영을 실시한 성인남녀 75명을 대상으로 비만과 요통 발생률의 상관성을 확인하고, BMI, 체지방률, 복부지방률, 내장지방 수치와 전척추 X-선 촬영에서 얻은 소견을 비교해 비만인에서 나타나는 요통의 원인을 규명하고자 했다. 실험 결과 요통발생률은 BMI, 체지방률, 복부지방률이 높을 때 유의하게 높았고, 비만인에서 나타나는 요통이 구조적 변화보다는 근육기능의 저하와 유관하며, 체성분 분석변수는 요부의 근력 변화와 불균형을 반영하는 지표로서 일정 부분 의의가 있음을 확인하였다. 그러나 연구대상이 주로 30대 남성에 편중되어 있고 요부구조의 변화를 정량적으로 확인하지 못한 점은 문제점으로 지적된다 69) .
2010년 정민정 등은 어린이집과 유치원의 아동 683명을 대상으로 비만 지표 간 상관관계 분석을 통해 학동전기 아동의 적절한 비만 진단법을 알아보고, 진단 결과에 부합하는 체지방률의 절단값을 선정하는 연구를 하였다. BMI, 뢸러지수, 표준비체중지수, 비만도를 비만 지표로 계산한 결과 BMI와 비만도가 BIA로 측정한 체지방률과 상관관계가 가장 높았으며 남아와 여아에서 정상과 과체중을 구분하는 체지방률 절단값을 제시하였다. 하지만 다른 연령대의 대상자에게 연구 결과를 적용할 수 없다는 점과 체지방 측정의 표준으로 알려진 DEXA와의 직접적인 비교가 없었다는 점은 한계점으로 지적된다 70) .
- (4) 특정 성분 추정을 위한 BIA 연구
1995년 James L. York 등은 체내 에탄올의 분포정도를 예측하기 위해 276명의 알콜 중독자와 166명의 일반인을 대상으로 BIA 방법과 기존의 예측식을 이용한 방법으로 체내 총 수분량(TBW)을 측정하였다. 그 결과 BIA 방법으로 측정된 TBW양과 예측식을 이용해 추정한 TBW양의 상관성이 높았으며 여성 알콜 중독자에게서 가장 높은 상관성을 보였다. 흑인과 백인으로만 나누어 측정되었기 때문에 일반인에게 적용하기는 무리가 있고 체지방과 관련한 분석이 없는 것은 한계점으로 보여진다 46) .
2000년 Ian Janssen 등은 388명의 다인종 성인 남녀를 대상으로 골격근(skeletal muscle) 의 질량 예측을 위해 BIA 방법을 사용한 경우와 예측식을 사용한 경우를 MRI 측정치와 비교해 두 군데의 실험실에서 교차검증 하였다. 그 결과 높은 정확도의 회귀분석 방정식을 개발하였고 인종별로 골격근 질량 분석을 하여 키와 몸무게는 체성분 예측방정식의 임피던스와 골격근 질량에 큰 영향을 미치지만 나이와 성별인자는 큰 영향을 미치지 않음을 확인했다. 다만 제안된 방정식은 백인과 라틴아메리카인과 아프리카계 미국인에게는 적합하지만 아시아인에는 적합하지 않고, 운동선수나 노인, 질병 환자들에 대해 적용해보지 못한 한계점이 있다 71) .
2010년 Yoshitake Oshima 등은 244명의 성인 남녀를 대상으로 선 자세에서 손과 발 사이의 전체 임피던스를 측정해 다중회귀분석으로 골격근 질량을 산출하는 예측식을 만들고 MRI로 측정한 골격근 질량과 비교해 그 유의성을 평가하였다. 이 연구는 임피던스 지수와 체표 넓이, 성별, 나이를 이용해 신뢰성 있는 골격근 질량 산출 방정식을 제안했으나 운동선수나 비만환자 등 근육의 질량이 확연히 다른 피험자를 대상으로 하는 심화연구가 필요해 보인다 52) .
이 외에 기초정보 제공의 목적으로 남녀별, 나이별, 신체계측치별 체지방량과 제지방량 추정 내용의 기본적인 체성분 분석이 이루어지고 있다 72 - 74) .
- 2) 임피던스 이외의 생체전기 분석 파라미터를 이용한 연구
BIA는 기본적으로 전극을 이용해 인체에 전류를 흘려주고 이때의 임피던스 수치를 분석에 활용하는 방식이지만 임피던스 이외의 생체전기 분석 파라미터를 활용하는 연구도 진행되어왔다. 이는 대부분 특정 질환에 특화된 방법으로 최근에 연구가 활발히 이루어지고 있다.
- (1) 당뇨 진단을 위한 연구
EZSCAN (Impeto Medical. Paris, France)은 피부로부터의 이온 흐름(ion fluxes)을 이용해 피부전도도(skin conductance)를 측정하는 전기화학적 원리 기반의 기기이다. 손과 발, 머리에 각각 2개의 전극을 사용해 low DC 전압을 걸어주면 4V 이하의 연속적인 전류가 신체에 흐르게 되는데 이 때 각각의 전극은 양극과 음극의 역할을 번갈아 가면서 한다. 역이온삼투요법(reverse iontophoresis)을 이용해 추출된 이온으로부터 생성된 전류와 일정한 DC 자극과의 비율을 전도도(conductance)로 정의하는데 이는 교감신경절의 해부학적 분포와 신경섬유길이에 따른 신체 각 국소 부위의 특징을 반영한다. 크로노암페로메트리(chronoamperometry) 방법으로 계산되어진 손과 발, 머리의 전도도는 내장된 인구학적 데이터와 비교해 0부터 100까지의 결과값으로 나타나며 50이상일 경우 이상 징후로 판단한다 75) . EZSCAN은 BIA의 개념을 적용했지만 체성분 분석에 사용된 임피던스 파라미터가 아닌 직류 전압에 대한 전류의 시간적 감쇄반응을 이용한 특정 이온의 농도를 분석 파라미터로 이용한 경우로 BIA 방법을 적용하는 연구의 스펙트럼을 넓힌 예로 볼 수 있다.
2010년 Ambady Ramachandran 등은 인도인 212명을 대상으로 EZSCAN을 이용해 내당능손상(IGT)과 대사증후군(MS), 당뇨병환자(DM)의 진단을 위한 연구를 진행하였다. 그 결과 EZSCAN의 민감도(sensitivity)는 IGT 진단의 경우 70%, MS 진단의 경우 84%, DM 진단의 경우 75%로 기존 당뇨관련 진단에 쓰이던 공복혈당 방법보다 당뇨병 예측율이 훨씬 높은 것으로 나타났다. 하지만 다양한 인종의 더 많은 사람을 대상으로 실험하지 못한 것은 한계점으로 지적된다 75) .
2010년 Dominique Hubert 등은 염소이온이 상피세포 밖으로 배출되지 못해 기관지나 췌장 등에 이상이 발생하는 41명의 낭포성섬유증(cystic fibrosis)환자의 진단에 관한 연구를 위해 EZSCAN을 이용하였다. 그 결과 1.6V의 전압이 가해질 때의 피부 전도도와 3.6V 전압이 가해질 때의 피부 전도도가 20명의 정상인 데이터와 비교해 유의하게 차이가 있는 것을 확인했고, 전기화학적 피부 전도도 측정이 낭포성섬유증 환자를 진단하는 도구로 쓰일 수 있음을 보였다 76) .
2010년 H. Mayaudon 등은 133명의 당뇨병 환자를 대상으로 땀기능장애(sudomotor dysfunction)를 평가하기 위해 EZSCAN으로 신체 부위별 전도도를 측정한 결과 손과 발에서의 피부 전도도가 정상인보다 유의하게 낮게 측정됨을 확인했다. 당뇨병 환자의 징후로 나타나는 땀기능장애 평가에 좋은 민감도와 특이도를 나타내어 EZSCAN이 당뇨 관련 진단에 적용 가능함을 보였다 77) .
- (2) 유방암 진단을 위한 연구
BDS (Biofield Corporation, USA)는 암조직 근처에서는 정상조직보다 더 많은 탈분극현상이 일어나고 그 주위에 큰 전기전위 차이가 발생하는 원리를 기반으로 피부표면 전기전위(Skin surface eletropotential)를 측정하고 이를 유방암 진단에 활용하는 기기이다. 가슴마다 8개의 single 센서와 2개의 reference 센서가 사용되고 각 전기전위는 –5에서 5사이의 BDS index로 계산 되어지는데 숫자가 높을수록 악성종양일 확률이 높다 78) . BDS는 BIA의 개념을 적용했지만 임피던스 파라미터가 아닌 피부표면의 전기전위를 분석 파라미터로 이용한 경우로 BIA 방법을 적용하는 연구의 스펙트럼을 넓힌 예로 볼 수 있다.
2011년 Subbhuraam Vinitha Sree 등은 18~80세 사이의 악성종양 환자 149명, 양성종양 환자 150명, 총 299명의 여성환자를 대상으로 BDS 장비를 이용한 측정 결과를 유방촬영술, 초음파검사와 비교해 그 유의성을 분석하였다. 그 결과 민감도 100%, 특이도 97.6%, 정확도 98.1% 로 나타나 유방촬영술이나 초음파검사와 비슷한 성능을 보였으며 유방암 여부를 쉽게 가늠할 수 없을 때 BDS를 이용해 신뢰성있는 진단을 할 수 있음을 보였다. BDS 진단과 관련해 운동 전후의 전기전위비교나 습도에 따른 전기전위의 변동성에 대한 연구가 더 필요할 것으로 보인다 79) .
2012년 Vinitha Sree Subbhuraam 등은 53명의 악성종양 환자와 96명의 양성종양 환자, 33명의 정상인, 총 182명의 여성을 대상으로 BDS 장비를 이용한 유방암 진단 관련 연구를 진행하였다. BDS를 이용해 피부표면 전기전위를 측정하고 대표적인 classifier로 악성종양과 양성종양 여부를 진단한 결과 민감도와 특이도, 정확도가 높게 나타났으며, 유방암 진단의 표준검사 방법에서 이상징후가 보였을 때 추후 상세한 조직검사가 필요한지 여부를 판단해주는 차선의 진단 장비로 적합함을 보였다. 추후 좀 더 다양한 방법을 사용해 최적의 classifier를 선정하는 연구가 요구된다 78) .
- 4. 한의학 분야에서의 BIA 연구동향
지금까지 진행된 한의학 분야에서의 BIA 연구는 크게 세 가지 분야로 정리된다. 첫째, 사상체질을 진단하거나 특징 파악을 위한 체성분 분석, 둘째, 경락과 경혈에서의 임피던스 분석, 셋째, 한약 복용 후 체성분의 변화를 분석하는 분야로 나눌 수 있다( Table 1 ).
Summary of selected research articles using BIA analysis in Korean medicine.
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Summary of selected research articles using BIA analysis in Korean medicine.
- 1) 사상체질별 체성분 분석
사상체질의 진단이나 체질별 특징 파악을 위한 연구는 혈중 지질분석, 혈액 분석 등 다양한 방법으로 이루어져 왔다. 80 , 81) 이중 BIA 방법을 기반으로 한 사상체질별 분석 논문의 경우는 다음과 같다.
2001년 최선미 등은 한의과대학 학생 98명을 대상으로 체질 변별력이 있는 것으로 알려진 자기보고식 설문인 사상체질분류검사지(QSCC II)와 신체계측, 체성분 분석 결과를 비교해 자기보고식 외에 다른 방법으로 체형특성을 진단하는 연구를 하였다. 남녀체질별 세포내액과 세포외액, 단백질, 무기질, 체지방률, 근육량, 수분분포를 좌우상하지로 나누어 분석하고 자기보고식의 응답과 비교한 결과 유의성이 나타났으며, 신체계측과 체성분 분석 결과를 체질진단에 활용 할 수 있음을 보였다 82) .
2002년 문세희 등은 성인남녀 235명을 대상으로 사상체질분류검사지(QSCC II) 진단프로그램과 전공의의 진단으로 피험자의 사상체질을 분류하고, 체성분 분석을 통해 비만과 관계있는 지표인 체지방량, 체지방률, 복부지방률, BMI 항목과 사상체질 사이의 유의성을 분석 하였다. 그 결과 태음인이 가장 유의성 있게 높게 나타나 태음인이 비만체형과 가장 상관성이 있음을 확인하였다. 다만 비만이 신체의 어느 부위에 집중되어 있는지, 근육의 발달 상황이 사상인 별로 어떠한지에 대한 더 자세한 분석이 요구된다 15) .
2004년 임진희 등은 35세에서 55세에 해당하는 중년 비만 여성 31명을 대상으로 환자의 섭식태도, 심리상태, 신체성분의 구성, 혈액검사결과 등의 특징을 사상체질과 관련하여 연구하였다. 그 결과 태음인의 BMI가 다른 체질에 비해 높은 수치를 보였으며, 소양인은 다른 체질에 비해 BMI, 좌상지 수분, 근육량, 체수분량, 몸통 수분량에서 비소양인에 비해 유의하게 낮은 수치를 보임을 보고 하였다. 그러나 소음인과 태양인의 경우는 그 수가 너무 적어 통계적 유의성을 확인할 수 없었고 추후 더 많은 피험자에 대한 검증이 필요하다 83) .
2009년 이수진 등은 한의과대학 학생 135명을 대상으로 BIA 방법을 활용하여 신체 부위별 둘레크기를 계측한 후 태음인의 목둘레, 가슴둘레, 허리둘레, 엉덩이 둘레가 소음인과 소양인보다 유의하게 큰 것을 확인했다. 이는 수세보원에서 태음인의 체형이 크다고 언급한 것을 재확인하는 결과로 BIA 방법을 활용하는 사상체질 진단법이 태음인에 있어 높은 특이도와 민감도를 지니고 있음을 보였다. 그러나 소아, 성인, 노년에 따른 각 신체부위 측정치 변화가 본 연구와 동일한 프로파일을 보일 것인지, 설문지가 아닌 임상전문의를 활용한 경우에도 동일한 결과를 보일 수 있는지 등은 차후 연구를 통해 보완되어야 할 점이다 14) .
2009년 서은희 등은 사상체질 진단 객관화를 위해 한의과대학 학생 121명을 대상으로 사상체질의학 전문의의 진단 후, 사상체질군의 신체적, 심리적 특성을 BIA 방법과 기질 및 성격 검사(TCI)를 통해 연구하였다. 그 결과, 세포내 수분, 세포외수분, 단백질, 무기질에 있어서 태음인은 소음인에 비해 유의하게 큰 결과를 보였고, 체지방에 있어서는 태음인이 소양인과 소음인에 비해 유의하게 크다는 기초자료를 얻었다. 다만 다양한 연령대 및 학력 수준을 지닌 일반인 및 환자군에서도 동일한 결과를 보이는지에 대해서는 추후 연구가 필요하다 84) .
- 2) 경락, 경혈에서의 임피던스 측정
한의학적 경락과 경혈의 생물학적 실체는 아직 규명되지 못하고 있으나 경락과 경혈 현상의 하나로서 전기생리학적 특성이 알려지고 연구되어 왔다. 이 중에서 경락과 경혈부위는 저항이 낮고 전위와 용량성이 높으며, 비경혈 부위는 저항은 높고 전위가 낮다는 사실이 중론이다 85 - 88) 경락과 경혈의 진단 객관화를 위해 전기생리적 생체신호를 이용하여 양도락, Voll 방식 기기(EAV), 혈위탐측기 등이 개발되어 상용화되어 있지만 89 , 90) 일부 국소적인 보고를 제외하고는 오늘날의 과학기준에 비추어 엄밀하게 그 정밀도와 정확도가 검증된 장비는 사실상 전무한 형편이다 91) 하지만 BIA 방법을 기반으로 한 경락과 경혈 진단 연구는 검증되어 있는 방법을 사용한 연구라는 점에서 의의가 있으며 최근 활발한 연구가 이루어지고 있다.
1998년 이재원 등은 성인 남성 10명을 대상으로 2전극 시스템을 이용해 합곡혈의 저항 및 정전용량과 임피던스를 5 Hz에서 100 kHz까지 주파수별로 측정해 임피던스 특성을 관찰하였다. 그 결과 합곡혈은 비경혈인 피부점보다 35 Hz 이하의 주파수에서 고정전용량 현상이 관찰되고 100 Hz 이하 주파수에서 저임피던스 현상이 관찰되었다. 따라서 경혈과 경락의 전기적 특성을 연구할 때는 100 Hz 이하의 저주파 교류전류를 사용하는 것이 바람직하다고 사료된다 92) .
2007년 인창식 등은 4단자법으로 임피던스를 측정하는 경락 측정기인 MIR-2의 임상현장 적용 가능성을 검토하기 위해 좌우태계(KI33) 혈위에 전극을 부착하고 성인 남성 10명을 대상으로 Gage R&R 분석을 진행했다. 그 결과 반복성과 재현성이 기존 방법에 비해 향상된 것을 확인했으나, 다양한 연령층과 성별에 대해 표준화된 측정법에 따라 반복 측정하여 엄격하게 신뢰도를 검증할 필요성이 있다 93) .
2011년 김수병 등은 경혈 자체의 세포 내외막 이온 양에만 반응하는 12채널 다주파수 경혈 임피던스 측정시스템을 개발하였고, 경락마다 경혈의 전기적 특성의 차이가 있는지 알아보기 위해 대학생 20명을 대상으로 족양명위경(ST)의 좌우 경혈들을 다양한 주파수 대역으로 자극하였다. 그 결과 각 경혈에서 주파수 대역에 따른 측정값의 변화 추이가 좌우 모든 동일 경혈에서 유의한 차이가 있었고, 각 경혈마다 가장 높은 측정값의 주파수 대역은 상이하나 좌우 동일 경혈에서는 대다수 일치하는 결과를 얻었다. 추후 이 시스템을 이용하여 한의학적 병증 진단을 위한 다양한 임상이 이루어져야 할 것이다 17) .
2012년 김수병 등은 국소적 부위인 경혈에서 조직 내 이온 분포 상태에 따른 저항성분을 추정하기 위해 6채널 Multi-Frequency BIA analyzer를 개발하였으며, 각 주파수 별로 표면전극에서 추정한 저항성분과 침 전극이 삽입된 깊이에 따라 추정한 저항성분간의 관계를 성인남자 10명을 대상으로 분석하였다. 그 결과 고주파로 갈수록 세포외액과 세포내액 양쪽으로 전류가 흐름에 따라 저항성분이 감소하는 추이를 확인하였고, 각 주파수마다 추정한 저항성분간의 유의한 차이를 확인하였다. 또한 표면전극에서 추정한 저항성분을 기준으로 침 전극 삽입 깊이별로 각 주파수마다의 상대적 변화율을 분석한 결과 다양한 추이가 나타남을 관찰하였다. 결론적으로 표면 전극에서 추정한 저항성분이 경혈과 경락을 반영하고 있다고 주장하기 어려우며, 경혈이 위치하고 있는 깊이에서의 저항성분 특성을 파악해야 경혈의 전기적 특이성을 보다 정밀하게 분석할 수 있을 것이라 하였다 94) .
2012년 김수병 등은 다주파수 BIA 측정 시스템을 설계하고, 성인남자 11명을 대상으로 경혈의 전기적 특이성에 대한 연구를 진행해 고주파로 갈수록 경혈 내 세포막의 기능을 상실하고 저항성분이 낮아짐에 따라 경혈전위가 낮아짐을 확인하였다. 또한 피험자 개인별 분석 결과, 대다수 좌우 경혈과 경락의 매우 높은 상관성을 확인하였는데 만약 주파수마다 좌우 상관성이 서로 다름을 이용한다면 경혈 안의 세포외액과 내액 중 불균형 상태 여부를 측정할 수 있으며, 이를 새로운 경락경혈의 평가방법으로 이용할 수 있는 가능성을 제시하였다. 향후 분절별 신체 구조성분 추정식을 접목한다면 경혈 내 이온상태에 대해 더욱 객관적으로 접근할 수 있을 것이다 42) .
한편, BIA 방법은 해당부위의 근골격계 및 피하층 전체의 특성을 반영한 분석방법이고 피부건습 상태에 따라 다른 측정결과를 보일 수 있기 때문에, 경락과 경혈만의 특성 반영정도가 낮다는 단점이 있다 95) . 그러한 면에서 최근의 경락과 경혈 연구에서는 임피던스 성분이 아닌 용량 성분의 전기적 특성을 이용한 또 다른 접근이 이루어지고 있다.
2009년 김수병 등은 경락검사 장치를 개발하기 위해 피부임피던스를 측정하는 기본의 방식을 탈피하여 경혈에서 발생하는 생체이온전하량에 비례한 전위를 측정할 수 있는 새로운 개념으로 진단시스템을 개발하였으며, 이에 대한 시스템 신뢰성 평가 및 기초 임상을 통한 진단기로써의 활용가치를 확인하였다 96) .
2009년 김수병 등은 생체이온전하량에 비례한 전위를 측정하는 방식으로 동시간에 12개의 경락에서 체표 경락, 경혈 에너지 측정이 가능한 시스템을 개발하여 실험한 결과 체표 경락, 경혈에너지 크기의 좌/우 균형 여부와 시간에 따른 에너지 변화 패턴의 좌/우 유사성 여부는 밀접한 관련이 있을 것으로 추정했다 97) .
2009년 김수병 등은 경락, 경혈 에너지 측정 시스템(DMM-1000)을 이용해 동일경락선상의 10부위 경혈점에서 동시에 체표 용량성 전위를 측정하고, 식사 전후의 경락에너지 변화를 측정해 각 경혈점에서의 용량성 전위차를 확인했으며, 캐패시턴스 크기와 차이가 생체에너지인 기가 이동할 수 있는 근원적 요소임을 확인했다 98) .
2010년 김수병 등은 경혈 부위의 용량성 특성을 측정할 수 있는 시스템을 이용해 다수 경혈을 대상으로 용량성 특성을 측정했고, 부항자극을 통해 경혈 내의 이온을 응집시켜 체표 경락, 경혈 에너지가 증가됨을 확인함으로써 경락진단의 새로운 가능성을 제시하였다 95) .
- 3) 한약 복용 후 체성분 변화 분석
한약 복용과 관련된 체성분 변화에 대한 전향적 연구는 거의 없는 실정으로 소수의 한약에 대한 연구내용만 보고되고 있다 99) .
2006년 이수경 등은 비만치료 목적의 환자 39명을 대상으로 한약과 전기침치료를 4주간 시술한 후 체성분 변화를 임상적으로 관찰하였다. 그 결과 체지방량은 7.53%의 감소율을 나타내었고 제지방량은 2.93%의 감소율을 나타내어 한방 비만치료가 근육보다 지방을 유의하게 감소시키는 것을 확인하였다. 다만 외래환자를 대상으로 데이터를 수집하였기 때문에 식이, 운동 등을 동일한 조건으로 통제하지 못하였고 표본 수 부족으로 동일한 조건의 환자군을 택하지 못한 한계점이 있었다 100) .
2007년 하정일 등은 가미생화탕과 가미보허탕의 연속 투여가 산후 체중정체와 체성분 변화에 미치는 영향에 대해 알아보기 위해 분만 1주후의 체중을 측정하고 나이, 분만방식, 자녀수에 따른 분만 8주후의 체중감소량에 대해 조사하였다. 8주 동안 19명은 한약을 복용하고 16명은 복용하지 않은 후 체성분 검사를 실시하였으며, 가미생화탕과 가미보허탕을 산욕기동안 복용하는 것은 산후 비만을 유발하지 않고 체성분 변화에 있어서도 부정적인 결과를 나타내지 않음을 보였다. 다만 산모의 식사와 활동도 등을 제한하지 않았기 때문에 동일조건하에서의 연구가 진행되지 못한 한계점이 있었다 99) .
2008년 정양삼 등은 49명의 비만여성을 대상으로 6개월간 경신강지환16(GGEx16)을 투여한 뒤 비만과 관련성이 높은 BMI, 복부지방률, 지방조절량, 신체발달점수의 측정 변인을 통해 경신강지환16의 비만개선 효과를 통계적으로 분석하였다. 그 결과 경신강지환16이 비만개선 효과가 있고 폐경기 이전이 폐경기 이후보다 비만 억제 효과가 더 큼을 보고하였다. 그러나 연구의 특성과 자료수집의 한계로 실험군만 존재하고 대조군은 없는 것이 문제점으로 지적된다 101) .
2011년 이정민 등은 일정기간 영양공급의 중지 또는 열량 섭취의 제한을 통해 몸 안에 축적된 노폐물과 독소를 배제하는 해독요법의 하나인 절식요법을 발효한약을 이용해 시행한 후, 절식요법의 각 단계에 나타나는 체성분 변화를 11명을 대상으로 관찰하였다. 체중, BMI, 골격근량, 체지방량, 체지방률, 기초대사량, 복부지방률, 내장지방을 감식기 시작일, 단식기 시작일, 회복식기 시작일, 회복식기 종료일에 총 4회 측정하고 분석한 결과 발효한약을 이용한 절식요법이 체성분 변화에 긍정적인 효과를 나타냄을 확인하였다. 그러나 외래환자를 대상으로 시행되어 절식요법간 단계에서 식이를 통제하기 어려웠고 환자마다 운동량 및 단식기간의 차이가 있어 결과에 영향을 미쳤을 것으로 생각된다 16) .
- 4) 그 외 연구
2004년 신상원 등은 발병 3개월 이상 보행 장애를 가지고 있는 편마비 환자 29명을 대상으로 체성분 분석을 하고 건측과 환측 하지 수분 분포를 통해 근 위축상태를 진단하는 연구를 하였다. 환측의 수분 분포가 건측보다 약 2% 정도 적게 나타났으며 이는 편마비 환자의 사지 근육량 측정에 관한 기존의 연구와 크게 다르지 않은 것으로, 체수분의 분포가 근육량을 추정하는데 응용될 수 있음을 보였다. 그러나 환자들의 재활치료 시점을 고려하지 못하고 발병 초기부터 일정 주기로 수분분포 변화를 관찰하지 못한 점은 문제점으로 지적된다 56) .
2008년 박영선 등은 사업장 근로자 직원 25,379명을 대상으로 근로자들의 특성에 따른 체지방률과 복부비만 정도를 파악하고 질 높은 한의의료 서비스를 제공하기 위한 기초자료 마련의 일환으로, 체성분 검사를 통해 체지방률과 복부비만을 분석하였다. 그 결과, 남자가 여자에 비해 체지방률, 복부비만이 모두 높게 나타났고, 연령증가에 따라 체지방률과 복부비만이 모두 유의성 있는 증가를 보였으며, 사무직이 생산직에 비해 체지방률과 복부비만의 정도가 높은 것으로 나타났다. 하지만 체지방률과 복부비만 정도를 단순히 ‘적정이하’, ‘적정’, ‘적정이상’ 으로 분류하여 비만도를 계량화하지 못해 면밀한 분석이 이루어지지 않은 한계점이 있었다 102) .
2012년 유승연 등은 음액인 혈, 진액, 정 등 일체의 물질이나 형태적인 인체의 음에 속하는 기능이 감퇴된 상태를 가리키는 음허 증상을 갖고 있는 여성환자 195명에 대해, 체성분 분석, 경피온열 검사, 심박변이도를 측정해 음허 증상과의 상관성을 분석하였다. 그 결과, 음허점수와 체성분 분석 결과의 상관성은 없었으나 신장은 고음허군이 저음허군에 비해 작게 나타났으며, 고음허군이 체질량지수, 비만도, 허리엉덩이비율에서 저음허군보다 높게 나타남을 보고했다. 다만 이 연구는 환자 개인의 음허 이전상태와 이후 상태를 비교하여 논하지 못한 한계점이 있었다 103) .
고 찰
BIA와 비슷하게 임피던스를 이용한 측정 방법 중 하나로 임피던스 심장기록법이 있다. 임피던스 심장기록법은 피검자 흉부의 전기적 저항 변화를 이용해 심장의 기계적 특성 즉 심실박동량, 심근 수축력, 심박출량 등을 측정하는 방법으로 혈행역학 기능을 계속적으로 평가할 수 있다 104 - 106) . 2006년 고영일 등은 임피던스 심장기록법은 한열 등의 한의학적 변증지표와 어혈, 담음 등의 정량화와 더불어 심. 혈분에 작용할 수 있는 약, 침술, 기공, 명상 등의 치료효과를 측정하고 객관화하는데 유용하게 사용될 수 있는 잠재성을 가지고 있다고 하였다 104) . 이와 비슷한 견지에서 BIA 방법 역시 단순한 체성분 분석 외에도 한의학적으로 다양하게 적용될 수 있는 가능성이 있다.
한의학의 8강 변증인 음양, 한열, 허실, 표리를 BIA 방법으로 측정한 생체신호 혹은 신경전달물질이나 특정 호르몬 등에 연관 지을 수 있다면 양의학과는 다른 한의학만의 독자적인 진단방법으로 발전시킬 수 있을 것이다. 또한 당뇨병, 심부전, 호흡곤란, 낭포성섬유증, 간 손상, 비만 환자 등 여러 특정 질환을 대상으로 BIA의 진단 유효성을 검증한 연구들처럼 한의학적 파라미터가 뚜렷한 질환 혹은 한의학적 개념과 연관시킬 수 있는 증상을 대상으로 BIA 방법을 적용해 그 진단의 유효성을 판단하는 연구도 가능할 것이다.
KFDA에 품목허가된 BIA 기반의 측정기기인 DDFAO(MEDI.L.D, France)는 이마 양쪽, 양쪽 손바닥, 양쪽 발바닥에 부착된 전극으로 인체에 미세전류를 흘려 준 뒤 Cottrell 방정식을 이용해 각 원자 단위의 인체 구성성분 농도를 산출할 수 있는 기기로 체내의 산염기 정도, 산화스트레스, 신경전달물질, 호르몬 수치 등을 알 수 있다 107 , 108) . 이러한 데이터를 활용한다면 체질별로 평소에 나타나는 생리적 또는 병리적 증상인 소증을 정량적으로 파악하는 것이 가능하다. 또한 체내의 pH는 장기의 젖산흡수를 조절하기 때문에 체내의 산성 수치와 109) 피로도 판단의 지표가 될 수 있는 갑상선자극호르몬(TSH) 수치 110) 등은 한의학적 허로의 개념이나 만성피로와 연관 지어 기혈상태를 측정하는데 이용될 수도 있다. 그리고 한의학에서는 인체상태의 균형을 가장 중요시 여기는데 여러 가지 체내의 수치들 중 한의학적으로 의미 있는 수치들을 찾아 그 과부족을 판단할 수 있다면 현재 몸상태의 균형 정도를 정량적으로 파악할 수 있을 것이다. 이외에 심화적으로는 EZSCAN이나 BDS의 활용에서 보듯이 전기화학적인 생리현상을 한의학적 개념과 연관시켜 분석하는 연구도 가능할 것이다.
결 론
인체에 미약한 전류를 흘려서 신체의 체수분량을 측정하는 생체 전기 임피던스법(BIA)은 인체 조직의 전기전도성을 이용하는 기술로 체성분 추정에 응용되면서 발전되어 왔다. BIA의 기본 원리인 임피던스 분석을 이용한 연구는 특정 질환을 대상으로 하는 연구, 영양상태 진단을 위한 연구, 비만 관련 연구, 특정 성분 추정을 위한 연구로 나눌 수 있었다. 또한 최근에는 임피던스 이외의 생체전기 분석 파라미터를 이용하여 특정 질환에 특화된 진단방법을 개발하고 유의성을 검증하기 위한 연구가 활발히 이루어지고 있다.
본 연구에서는 개괄적인 BIA 연구동향과 비교해 한의학 분야에서의 BIA 연구동향은 어떠한지 파악하기 위해 OASIS와 DBpia에서 ‘BIA’, ‘bioelectical impedance’, ‘임피던스’ 키워드를 이용해 전자저널을 검색하였으며, 주제에서 벗어난 논문을 제외하고 최종적으로 21편의 논문을 선정하였다. 논문 분석 결과, 지금까지 진행된 한의학 분야에서의 BIA 연구는 사상체질 진단과 특징 파악을 위한 체성분 분석 논문 5편, 경락과 경혈에서의 임피던스 분석 논문 9편, 한약 복용 후 체성분의 변화 분석 논문 4편, 그 외 논문 3편으로 나눌 수 있었다. 적은 편수의 논문에서도 나타나듯이 관련 연구의 부족도 기본적인 문제점으로 지적할 수 있지만 무엇보다 연구 내용이 단순한 측정 및 특성 파악에 머무르는 경향을 보였다. 사상체질별 분석 논문이나 한약 복용 관련 논문의 경우는 간단한 체성분 분석 자체에만 초점을 맞춘 연구였고 경락과 경혈 관련 논문은 경락 경혈의 임피던스 특성을 파악하는 정도의 연구였다. 이처럼 BIA 방법으로 측정된 체성분 수치들을 한의학적 변증이나 특정 질환, 생리 현상 등에 연관 짓지 못하고 지엽적인 연구에만 머무르고 있는 것은 지금까지 진행되어온 BIA 방법을 기반으로 한 한의학 연구의 한계점으로 지적된다. 이를 해결하기 위해서는 다양한 한의학적 접근과 분석을 바탕으로 한의학 분야에서 BIA 적용의 스펙트럼을 넓히는 것이 필요하다고 사료된다.
Acknowledgements
본 연구는 한국한의학연구원 주요사업 (K13260, 생체장·설 기반 기혈 상태 측정 장치 개발)의 일환으로 수행되었음.
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