Physics of the Body 산소소비량 측정 방법 및 장비 10조 정다운 전재욱 정대건 장현순 임정주

Closed-circuit spirometry 1. 에너지 소비량을 측정하는 방법 개요 직접 측정 방법과 간접 측정 방법을 나누어짐 직접 측정 방법은 인간이 생산한 에너지량을 직접 측정하는 기구를 이용함 간접 측정 방법은 인간이 소비한 산소량을 측정한 후 에너지량으로 환산하여, 인체의 에너지 생산량을 간접 측정하는 실용적인 방법임 직접적 열량측정법은 절연되어 있으며 벽 내부에 물이 흐르도록 만들어진 특수하게 제작된 방(chamber)안에서 사람이 신체활동을 하도록 요구한다. 직접적 열량측정법(calorimetry)으로 조사된다. Closed-circuit spirometry bomb calorimeter 열에너지의 직접 측정 장치 물 순환 통 열량계는 밀폐된 통 안에서 운동을 할 때, 민감한 열량계가 온도 변화를 감지하여, 에너지 생산량을 측정하는 기구이다. 인간이 밀폐된 통 안에서 운동을 할 때, 민감한 열량계가 온도 변화를 감지하여, 에너지 생산량을 측정하는 기구 매우 높은 정확도를 가지고 있음 여러 가지 운동이나 업무 활동을 수행하는 동안에 에너지 소비량을 연구하는 경우에는 비실용적임 따라서 일반적으로 에너지의 간접 측정 방법이 사용되고 있음

직접적 열량측정법(calorimetry) 물은 피험자로부터 발산된 열로 데워지며 1분 동안 벽 안쪽을 흐르는 물의 양 그리고 입구에서부터 출구 사이의 물의 온도 변화를 조사함으로서 열 생산이 계산된다. 예를 들어, chamber 안에서 자전거를 이용하여 100Watts 로 운동을 한다고 할 때, chamber 벽을 통해 20L/min 의 물이 흐르고, 물 온도의 상승이 0.5 ℃ 라고 할때, 1kg 의 물을 1 ℃ 올리는데는 1kcal 가 필요하다. 따라서 물 20L를 0.5 ℃ 상승하는데는 10kcal 가 소모된다고 볼 수 있다. 직접적 열량측정법의 실예 부피 단위인 L를 질량 단위는 kg으로 단위 전환하면 1L = 1kg 이므로 20L = 20kg 1kg X 1℃ : 1kcal = 20kg X 0.5℃ : x 1kg•℃ : 1kcal = 10kg•℃ : x X = 10kcal(가 소모된다.) 직접적인 열량 측정법은 매우 정확한 측정방법이며 이론적 중요성도 높지만, 다양한 스포츠 종목과 레크리에이션 활동 중의 에너지 소비량을 연구하는 경우에는 가격도 비싸고 비실용적이므로 간접적인 측정 방법이 일반적으로 널리 사용된다.

1. 폐쇄회로 폐활량계법(closed-circuit spirometry) closed-circuit spirometry 간접적 열량측정법(calorimetry) 간접적 열량측정법은 산소섭취량을 측정함으로 에너지 생산을 추정함 섭취한 산소의 양을 소비한 kcal로 전환하기 위하여 일부 상수(constants)를 적용하는데, 이 상수들은 bomb calorimeter 로 얻어진 측정치로부터 나온 값이다. -> 간접적 열량측정법이 직접적 열량측정법으로부터 비롯됨 두 가지 방법을 사용하여 산소섭취량을 측정함. 1) closed-circuit spirometry 2) open-circuit spirometry 관련 당사자별 필요성 1. 폐쇄회로 폐활량계법(closed-circuit spirometry) 폐쇄회로 폐활량계법은 폐쇄된 컨테어너 내의 가스를 계속적으로 재호흡하는 시스템이다. 폐쇄된 산소 컨테이너나 폐활량게 내의 가스를 계속적으로 재호흡하는 시스템 부피가 크고, 피검자가 가까이 있어야 한다는 점과 호흡량이 많은 운동 중에는 부적한 단점 따라서, 병원이나, 특정 실험 상황에서만 사용한다. closed-circuit spirometry 열에너지의 간접 측정 장치 피험자는 spirometer(폐용량계)로부터 100%의 산소를 호흡하며 호기된 gas는 이산화탄소를 제거하기 위하여 화학물질을 통과하게 된다. 시간이 지남에 따라 폐용량계 속에 들어있던 산소의 양은 감소하며 1분당 몇 ml의 산소가 섭취되었는지를 알 수 있다.

Baylor.net 제품 Cardio Touch bionet 제품 Spirometer(폐용량계) 의 종류 Baylor.net 제품 Cardio Touch bionet 제품

2. 개방회로 폐활량계법(closed-circuit spirometry) 1. 휴대용 폐활량계(portable spirometer) 휴대용 폐활량계는 등에 메고, 다양한 활동 중의 에너지소비량을 측정하는 기구이다. 휴대용 폐활량계 내에는 가스미터가 있어 호기 가스의 용적을 측정 하여 샘플 가스를 채집한다. 운동 종료 후에 샘플 가스의 산소와 이산화탄소의 농도를 분석한다. 호기 가스의 농도와 용적을 바탕으로 하여 산소 섭취량을 계산하고, 에너지소비량으로 환산한다. 휴대용 폐활량계(portable spirometer)의 원리 영양분 대사작용 에너지 생산 열발생 산소공급 산소섭취량 측정 에너지량 계산 인체가 생산한 에너지량은 대사과정에 의해 소비된 산소량을 에너지량으로 환산한 값과 같다.

2. 더글라스 백(Douglas bag) 대기를 흡입한 후 호기 가스를 더글라스 백으로 내쉰다. 운동이 종료되면 백 내의 산소와 이산화탄소 농도를 분석하고, 가스미터를 이용하여 백을 짜낼 때 밖으로 나온 가스의 용적으로 측정한다. 이상의 자료를 바탕으로 하여 산소 섭취량을 계산하고, 이를 에너지 소비량으로 환산한다. 더글라스 백의 사용 원리 대기흡입 백으로 호기 산소와 이산화탄소 농도 분석 가스용적 추정 에너지 소비량 추정 대기를 흡입한 후 호기가스를 더글라스 백으로 내쉰다. 운동 종료 후에 백내의 가스 용적와 산소, 이산화탄소 농도를 분석하여 산소섭취량을 계산한다.

Typical Oxygen Consumption and Power Needed for Everyday Activities 2. 인간의 산소 & 에너지 소비량 여러 활동에서 산소 & 에너지 소비량 Typical Oxygen Consumption and Power Needed for Everyday Activities

Oxygen Use and Metabolic Rate Contribution by Principal Organs 인간 장기별 산소 소모량 Oxygen Use and Metabolic Rate Contribution by Principal Organs 건강한 65kg 남자기준

3. Summary 참고자료 직접적 열량측정법 간접적 열량측정법 밀폐된 방을 사용하여 신진대사율(metabolic rate)을 측정하는 방법으로 방의 벽을 순환하는 물로 피험자의 열 손실이 전달된다. 간접적 열량측정법 산소 섭취량에 근거하여 에너지 생산을 추정하는 것 인체에 의해 얼마나 많은 에너지가 생산되었는지를 산소 섭취량으로 알 수 있다. 탄수화물과 지방 각 1g 당 얼마나 많은 kcal 가 생산되는지 그리고 어떠한 작업의 수행에 얼마나 많은 양의 산소가 사용되었는지를 알 경우, 사용된 산소의 양으로 생성된 에너지의 kcal 를 계산할 수 있다. 다음의 수치는 인체내에서 대사될 때 영양소 1g 당 생산되는 kcal이다. 탄수화물 4kcal, 지방 9kcal, 단백질 4kcal. 영양소의 대사에서 얼마나 많은 양의 산소가 사용되었는지를 앎으로써 지방이 산화될 때에는 4.7kcal/L 그리고 탄수화물이 산화될 때에는 5.0kcal/L 라는 값을 얻을 수 있다. 에너지 생산에 있어 탄수화물과 지방이 50 대 50 수준으로 사용되면 얻어지는 값은 4.85kcal/L 이다. 참고자료 운동생리학과 운동처방 <이론과 실험> 백일영 지음 | 대한미디어 2002년 06월 07일 체육학 개론 김윤태 지음 | 대경북스 2003년 03월 03일 운동 심리학 ALBERT V. CARRON 지음 | 김성옥 옮김 | 대한미디어 2004년 03월 09일 Physics of the Body Second Edition John R.Cameron, James G. Skofronick, Roderick M. Grant | MEDICAL PHYSICS PUBLISHING

감사합니다.– 독도는 우리땅