기계/조선

계측과 제어_Vol.62 2023.3 특집 (115~116)

FACE the future
안저(眼底) 순환의 동적인 기능 평가를 목표로

1. 지금까지의 나
운동에 대한 생체의 반응에 흥미를 가진 필자는 사람을 대상으로 운동 시의 호흡 및 혈액 순환에 관한 실험 연구를 해왔다. 대학원 진학은 프로 스포츠의 심판으로 활약하는 대학 선배로부터 시합 후반에 오판이 늘어난다는 말을 들은 것이 계기가 되었다.

운동 중의 퍼포먼스를 뒷받침하는 메커니즘에 흥미를 갖게 되어 선택한 연구 테마가 안저 순환이었다. 안저 순환은 시각 기능을 뒷받침하는 인자 중 하나로, 사람은 외부 정보의 80~90%를 시각에서 얻는다.

이러한 안저 순환은 운동 시의 퍼포먼스를 뒷받침하는 중요한 혈액 순환임에도 불구하고, 운동 시에 안저 혈류가 유지되는지 여부도 밝혀지지 않고 있었다. 또한, 대학원 진학을 검토하고 있던 시기에 운동 중 뇌혈류의 변화에 대한 논문을 읽은 것도 연구 활동의 원동력이 되었다.

당시에는 운동 시에 뇌혈류는 변화하지 않는다고 교과서에 있었지만, 사실은 다르다는 것을 알게 되었고 자신이 흥미를 가진 테마에 대해 알지 못하는 것이 많다는 사실에 매력을 느꼈다.

대학원 진학 후에는 하야시(林) 교수의 지도 아래 연구 활동에 주력했다. 교수로부터 운동을 생체 반응을 일으키는 자극 가운데 하나로 파악하는 것을 배우면서, 운동으로의 응용밖에는 머리에 없었던 나의 연구 폭을 넓힐 수 있었다.

박사 과정 수료 후에도 필자는 안저 환경에 관한 연구를 추진하고 있으며, 이번 특집에서는 지금까지 필자가 추진해온 연구를 중심으로 소개하겠다.

2. 지금까지의 연구
필자가 속한 연구팀은 Laser speckle Flowgraphy를 이용해 안저 혈류를 측정해왔으며, 그림1이 실험에서 얻은 안저 혈류의 이미지 맵이다. 안저 환경은 망막동맥과 맥락막혈관으로 구성되어 있으며, 망막동맥은 망막 상부에 위치하기 때문에 혈관의 주행을 확인할 수 있다. 맥락막혈관은 망막 하부에 위치. 망막 지름이 작다는 특징이 있기 때문에 이미지 맵에서는 혈관을 확인할 수는 없지만, 밀집되어 안저 내부를 망목(網目) 형태로 주행하기 때문에 이미지 맵의 배경 부분이 맥락막혈관의 혈류를 반영한다.

운동과 안저 환경에 관한 우리의 연구는 '안저 혈류의 변화가 시각 기능의 유지하는 데 관련되어 있을까?'라는 것을 밝히는 것에서 시작되었다. 호흡 조절을 통해 안저 혈류를 증감시키고 이에 동반되는 시각 기능의 변화를 관찰한 결과, 안저 혈류의 증감에 따라 시각 기능이 변화한다는 것을 알 수 있었다. 이를 통해 건강한 사람이 받는 생리적 자극에 대한 혈류 변화의 범위에서도 시각 기능에 미치는 영향이 높다는 사실이 밝혀졌다.

시각 기능에 대한 안저 혈류의 중요성을 말해주는 데이터를 얻은 우리 연구팀은 건강한 젊은 성인을 대상으로 운동 중의 안저 혈류의 반응을 검토했다. 저~중강도의 싸이클 운동 중에 맥락막혈관의 혈류 증가를 관찰하고 이를 통해 운동 중 안저 혈류가 변화한다는 사실을 알 수 있었다.

한편, 망막동맥의 혈류는 변화 없이 유지되고 있어, 같은 안저 환경이라도 서로 다른 반응이 일어난다는 사실을 알 수 있었다. 이러한 혈류 반응의 차이는 혈압의 변화에 대해 혈류를 일정하게 유지하는 기능(자동능)이 강하게 작용하는지 여부를 설명해주는 것이라고 필자는 생각한다.

즉, 망막동맥에서는 자동능이 작용하고, 그 결과, 운동 중의 혈압 상승에도 혈류가 일정하게 유지되는 것이라고 판단된다. 맥락막혈관에서는 이 자동능이 충분하게 작용하지 않아, 눈질환을 가지고 있지 않는 건강한 젊은 사람도 1mmHg의 혈압 상승에 대해 1% 정도의 혈류 증가가 발생했다.

그 다음 우리 연구팀은 시합 후반 등 피로곤비(疲勞困憊, 몹시 지쳐 괴롭고 나른함)에 달하는 운동 장면에서도 안저 혈류가 유지되는지 또는 증가하는지 여부를 알아보았다. 그림2는 고강도로 싸이클 운동을 했을 때 안저 혈류의 경시적(經時的) 변화의 한 예로, 운동 초기에는 혈압 상승에 따른 맥락막혈관의 혈류 증가를 볼 수 있다.

하지만, 피로곤비에 가까워질수록 혈압 상승은 유지되었음에도 불구하고, 맥락막혈관의 혈류 증가는 억제되어 망막동맥의 혈류는 저하되었다. 그림1이 피로곤비에 달한 시점에서 측정했을 때 얻은 혈류 이미지 맵의 한 예로, 안정된 상태와 비교하면 전체적으로 혈류가 저하된 것을 알 수 있다. 운동 중 너무 지치게 되면 안저 혈류는 유지되지 않으며 이것이 시각 기능 유지를 저해할 가능성도 있다.

운동 중의 안저 혈류 반응을 체계적으로 밝혀내기 위해 운동 양식의 차이에 대해서도 연구했다. 지금까지 소개한 연구에서는 동적 운동이라고 불리는 운동 양식에 대해 검토했지만, 근력 운동과 같은 정적 운동에 대한 연구에도 착수했다. 이것은 두 가지 운동 양식에서 발생하는 순환 반응이 다르다는 점으로 인해 안저 혈류 반응도 달라질 가능성이 있기 때문이었다.

지정된 일정한 강도에서 악력계를 계속 쥐고 있으면, 중강도의 동적 운동과 같은 수순의 혈압 상승이 발생하지만, 이번에는 맥락막혈관뿐만 아니라 망막동맥에서도 혈류가 증가한다는 것을 알 수 있었다. 이를 통해 운동 양식의 차이에 따라 운동 중의 안저 혈류가 다른 반응을 나타낸다는 사실이 밝혀졌다.

지금까지 소개한 연구를 통해 눈질환을 가지고 있지 않는 정상인도 운동 중에 안저 혈류가 변화한다는 사실과 그 반응에 '운동 강도'와 '운동 양식' 등의 운동 조건이 영향을 미친다는 사실이 밝혀졌다. 또한 운동 시 안저 혈류의 조절에는 '혈압'이 중요한 요인이라는 점과 이번에는 소개하지 못했지만, '체온'과 '동맥혈중의 이산화탄소 분압(分壓)' 등 생리 인자도 관련된다는 사실도 밝힐 수 있었다.

3. 앞으로의 연구
지금까지의 연구를 통해 얻은 중요한 성과는 건강인의 안저 혈류 반응을 밝혀낸 것이라고 생각한다. 운동에 대한 안저 혈류의 정상적인 반응을 제시할 수 있었다. 예를 들어, 운동을 과하게 했을 때의 안저 혈류의 반응을 관찰해 정상인의 데이터와 비교함으로써 안저의 순환 기능에 대한 평가가 가능하게 될지도 모른다.

이것이 실현된다면, 심폐 기능을 평가하는 운동 부하 시험과 같이 정적인 검사에서는 검출되지 않는 이상 검출을 기대할 수 있다. 또한, 최근 안저 혈류의 파형 분석을 통해 혈관 기능을 평가하는 방법이 확립되고 있어 우리 연구팀은 정상인을 대상으로 운동과 혈관 기능에 관한 데이터를 수집하고 있다.

향후에는 고령자 및 눈질환 환자 등 안저 순환 기능이 저하된 사람을 대상으로 운동 시의 안저 순환 반응에 관한 지식을 축적해 안저 순환의 동적인 기능 평가로의 응용에 기여할 수 있기를 바란다.

-- 끝 --