1. 연구의 필요성

경도 인지장애(mild cognitive impairment)는 정상 인지기능에서 치매로 이환되는 중간단계로 약 30% 정도가 치매로 발전하게 되므로 치매 예방의 중요한 단계이다[1]. 노인요양병원에 입원한 노인의 경우 주변 환경 변화와 제한된 생활 패턴 등으로 인해 인지 기능이 더 취약해질 가능성이 높다. 선행연구에 의하면 노인요양병원 입원 노인의 인지기능은 지역사회 거주 노인에 비해 감소되며[2] 병원 입원 기간 동안에 악화된 인지 기능은 퇴원 후에도 회복되기 어렵거나 더 악화된다고 보고하였다[3]. 또한 노인요양병원 입원 노인들은 급성 질환이나 다양한 약물 사용 등으로 인해 급격한 생리적, 신체적 변화를 겪게 되므로 이를 고려하여 인지기능을 저하 요인을 규명해야 한다. 따라서 노인요양병원 입원 중인 경도 인지장애 노인들의 인지기능 관련 요인을 사전에 파악하고 인지기능 저하를 예측 및 예방하는 것이 필요하다.

Neuroviseral integration (NVI) 모델[4]에 의하면 고위 인지기능을 담당하는 중추신경계인 전전두엽 피질(prefrontal cortex)기능, 심혈관 기능을 담당하는 자율신경계 활성을 반영하는 심박변이도(heart rate variability)와 인지적 수행(cognitive performance)이 서로 연관되어 목적 지향적인 행동을 수행하는 데 기여한다. 이러한 중추신경계와 자율신경계의 연결을 담당하는 뇌의 부위를 중추 자율신경 연결부(central autonomic network [CAN])라고 하는데 여기에는 전대상피질(anterior cingulate cortex), 뇌섬엽(insula), 편도체(amygdala) 등 뇌의 여러 부위가 속한다. 중추 자율신경 연결부 부위 중 편도체는 전전두엽을 비롯한 여러 대뇌 피질 부위와 기능적으로 긴밀히 연결되어 정서 조절에 관여하는데, 이러한 기능적 연결에도 자율신경계 기능이 관련되는 것으로 보고된 바 있다[5]. 최근 연구에서도 교감신경 활성이 감소되어 심박출량이 낮은 저혈압 환자군이 인지기능 중 복잡한 처리 과정을 가진 하부 인지기능인 실행 기능(executive function) 평가 시 정상 혈압군에 비해 유의하게 높은 실수율을 보였다[6].

심박변이도, 타액 알파아밀라아제(salivary alpha-amylase)와 같은 생리적 지표는 자율신경계 활성도를 반영한다. 심박변이도는 심박동 사이의 미세한 변이를 측정하여 중추신경계와 연계된 교감신경과 부교감신경의 활성 정도를 반영한다[7]. 알파아밀라아제는 스트레스하에 침샘에서 분비되는 효소로 교감신경 활성도를 반영하며 타액에서 측정할 수 있다[8]. 이러한 생리적 지표는 모두 자율신경계의 활성과 연관된 것으로 중추신경계와 다양하게 관련될 수 있을 것으로 생각되는데, 심박변이도의 경우 뇌혈류랑 저하나 전두엽 피질의 기능에 영향을 주는 것으로 보고된 바 있다[9, 10].

뿐만 아니라 시상하부-뇌하수체-부신축(hypothalamic-pituitary-adrenal axis [HPA axis])의 말단에서 분비되는 코티졸 호르몬 또한 분비 경로 중 중추 자율신경 연결부와 연계되는 시상하부를 공유하며 HPA axis 가 해마에 의해 억제되는 점으로 볼 때[11], 코티졸 수준은 인지기능과 관련이 있을 수 있을 것으로 생각된다. 코티졸과 인지기능의 관련성을 메타 분석한 최근의 논문을 보면, 알츠하이머 치매 환자에서 코티졸과 인지기능의 관련성은 어느 정도 보고되고 있으나 경도 인지장애 대상자에서는 그 관련성이 다소 상반된 결과를 보이고 있다[12].

노인의 우울과 신체활동 역시 인지기능에 영향을 주는 것으로 알려져 있다. 우울과 같은 감정이나 신체활동 및 운동을 통한 심폐 건강은 중추신경계, 특히 중추 자율신경 연결부 부위와 관련되는 것으로 보고된 바 있다[13]. 노인요양병원 입원 노인은 취약한 신체적 상태나 생활 반경의 제한으로 인해 일상적인 신체활동량이 감소될 것으로 생각되므로 이들의 신체활동 정도를 파악하고 인지기능과의 관련성을 조사할 필요가 있다. 그러나 기존 신체활동과 인지기능 연구에서는 짧은 보행거리와 보행 소요시간을 측정하거나 설문지를 이용하여 신체활동 능력을 파악한 경우가 많았으며[14, 15], 웨어러블 센싱 기기를 이용하여 일상적인 신체활동량을 측정하고 인지 기능과의 관련성을 조사한 연구는 최근의 해외 연구에서 일부 찾아볼 수 있을 뿐, 국내 연구에서는 찾아보기 어렵다. 노인들의 저하된 기억력을 고려했을 때, 회상에 기반한 설문조사보다는 웨어러블 센싱 기기를 이용해 객관적으로 이들의 신체활동 양상을 파악하고, 신체활동과 인지기능과의 연관성을 조사할 필요가 있다.

따라서 본 연구는 노인요양병원에 입원 중인 경도 인지장애 노인들의 일상적인 신체활동 양상을 웨어러블 센싱 기기를 이용하여 객관적으로 파악하고, 자율신경계 기능과 스트레스를 반영하는 생리적 지표로서 심박변이도, 타액 알파아밀라아제 및 타액 코티졸과 신체활동 정도가 인지기능에 미치는 영향을 규명하고자 한다.

2. 연구 목적

본 연구의 목적은 노인요양병원에 입원 중인 경도 인지장애 노인들의 일상적인 신체활동 양상을 웨어러블 기기를 이용하여 파악하고, 심박변이도와 타액 알파아밀라아제, 타액 코티졸과 신체활동 정도가 인지기능에 미치는 영향을 분석하는 것이다.

1. 연구 설계

본 연구는 입원 중인 경도 인지장애 노인들의 자율신경계 기능, 타액 코티졸 수준 및 신체활동 양상을 파악하고 이들이 인지기능에 미치는 영향을 분석하기 위한 서술적 조사 연구이다.

2. 연구 대상

연구 대상자는 경기도 지역에 위치한 4개의 노인요양병원에 입원 중인 65세 이상 노인 98명으로 연구 참여에 동의한 대상자들이다. 대상자 선정 기준은 학력, 나이, 성별을 고려하여 판단한 치매 선별용 간이정신상태검사(Mini-Mental State Examination for Dementia Screening [MMSE-DS]) 점수[16]상 치매가 아니나 “현재 자신의 기억력에 문제가 있다고 생각하십니까?”라는 질문에 “그렇다”라고 답하여 주관적인 기억력의 장애를 호소하는자[17], 의사소통이 가능하고 거동이 가능한 자, 입원한지 1주일 이상이 된 자, 현재 심전도상 부정맥을 보이지 않는 자였다. 또한 정확한 심박변이도 측정을 위해 측정 24시간 전부터는 카페인, 니코틴, 알코올 섭취를 제한하였으며, 타액 검체 채취 1시간 전에는 음식물 섭취나 양치질, 가글액 이용을 하지 않도록 하였다.

연구 대상자 수는 G-power 3.1.9를 이용하여 산정하였다[18]. 인지기능에 영향을 미치는 요인을 파악하기 위해 다변량 선형회귀분석(multiple linear regression) 통계를 기준으로 유의수준 .05, 검정력 0.80, 예측변수 8개로 설정하고, de Oliveira Matos 등[19]의 연구에서 제시된 R²을 사용한 효과크기를 0.17로 하였을 때 필요한 최소 대상자 수는 96명이었다. 본 연구에서는 총 98명의 대상자를 조사하였다.

3. 연구 도구

4. 자료수집 절차

자료수집은 2018년 7월부터 2020년 1월의 기간에 진행되었다. 연구 대상자를 모집하기 위해 연구자가 임의로 선정한 4개의 노인요양병원 책임자에게 연락하여 자료수집 협조를 요청하고 승낙을 받았다. 해당 기관들의 담당자가 병원에 입원한 환자 중 대상자 선정 조건에 맞는 대상자를 추출하여 명단을 연구자에게 제공하면, 연구자가 명단에 있는 대상자를 찾아가 연구에 대해 설명하고 연구 참여를 권유하였다. 연구에 대한 설명을 듣고 서면 동의서에 서명한 대상자에 한해 자발적으로 연구에 참여하도록 하였다. 대상자와 약속한 일자에 연구 보조원이 대상자의 병실로 방문하여, 오전 시간에 약 30~40분간 대상자의 심박변이도 측정 및 오전 타액 검체 수집을 진행하였다. 대상자에게 휴식을 취하게 한 후, 오후에 다시 방문하여 인지기능 검사를 시행하고 인구학적 정보를 수집하였으며 우울감을 측정하였다. 오후 자료수집에는 약 30분의 시간이 소요되었다. 자료 수집을 완료한 대상자에게는 소정의 선물을 증정하였다. 이후 의무기록 열람을 통해 대상자의 체중과 신장 정보, 진단명을 조사하였다.

측정자 간 신뢰도를 확보하기 위해 사전에 1시간에 걸쳐 3인의 연구 보조원에게 자료수집 방법 및 절차에 대해 교육하였다. 또한 연구 보조원 3인이 4명의 대상자를 함께 방문하여 심박변이도 측정, 웨어러블 기기 착용, 인지기능 검사 및 판정, 우울감 조사를 시행한 후, 연구자와 논의를 통해 방법 및 절차상의 세부사항을 함께 조율하는 과정을 거쳤다.

5. 자료분석 방법

본 연구에서 수집된 자료는 IBM SPSS Statistics ver. 25 for Windows (IBM Corp., Armonk, NY, USA) 통계프로그램을 이용하여 분석하였다. 대상자의 인구학적/임상적 정보와 인지기능, 심박변이도, 타액 알파아밀라아제와 코티졸 수치, 신체활동 지표, 우울감은 기술통계를 이용하여 빈도와 백분율, 평균과 표준편차로 제시하였다. 연구 변수들의 정규성 검정을 위해 왜도와 첨도의 절대값을 확인하였으며 왜도 ± 2 이상, 첨도 ± 10 이상인 변수들은 로그변환 후 분석에 이용하였다. 인지기능에 영향을 주는 요인을 확인하기 위해서 다중선형회귀분석을 시행하였다. 다중선형회귀 분석에 포함할 변수를 확인하기 위해 상관관계 분석을 시행한 후, 상관관계 분석에서 통계적 유의수준이 p < .25로 나타난 변수를 다중선형회귀분석에 투입하였다. 통계적 유의수준은 p < .05를 기준으로 하였다.

6. 윤리적 고려

연구의 자료 수집을 진행하기 전에 본 연구의 내용과 방법에 대하여 인하대학교 기관생명윤리위원회의 승인을 받았다(IRB No. 180511-1AR). 대상자들의 자발적인 참여를 바탕으로 연구대상자가 선정되었으며 선정된 대상자들에게 연구의 목적과 절차, 연구 참여 시 주의사항, 개인 정보 및 검체 이용에 대해 설명한 후 서면 동의서를 작성하였다. 허약한 대상자들의 특징을 고려하여 충분한 시간적 여유와 휴식을 제공하면서 자료 수집을 진행하였고, 중도에 철회를 요구한 대상자의 경우 즉시 진행을 중지하였다. 개인정보 보호를 위해 수집된 자료와 검체는 익명화 및 코드화하여 잠금장치를 적용해 보관하였다.

1. 대상자의 일반적 특성

본 연구 대상자들의 특성은 Table 1에 기술되어 있다. 대상자들의 평균 연령은 77.4세로 총 98명의 대상자 중 여성이 58명(59.2%)이었다. 평균 교육 연한은 약 7.93년이었고 주관적인 경제 상태는 61명(62.2%)이 평균 정도, 31명(31.6%)이 어려운 편이라고 답하였다. 거의 대부분이 현재는 음주나 흡연을 하고 있지 않으나, 54명(55.1%)은 이전에 정기적으로 음주를 했었고, 30명(30.6%)은 이전에 정기적으로 흡연을 했던 경험이 있었다. 가장 많이 가지고 있는 질환은 고혈압과 퇴행성 관절염 등의 근골격계 질환으로, 63명(64.3%)의 대상자들이 고혈압을, 39명(39.8%)이 근골격계 질환을 진단받은 상태였다. 우울감을 측정한 결과는 평균 7.84점이었다.

Table 1
General Characteristics of the Participants (N = 98)

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2. 대상자들의 인지기능, 생리적 지표, 우울 및 신체활동

인지기능 평가 결과, 전반적인 인지기능을 반영하는 MMSE 점수는 22.82점, 실행 기능을 나타내는 언어유창성 점수와 시계 그리기 점수는 각각 8.53점, 7.11점이었다(Table 2). 자율신경계 기능을 나타내는 심박변이도 지수들을 살펴보면, 심장 반응성을 나타내는 심박표준편차와 부교감신경 활성도를 나타내는 RMSSD의 경우 로그변환하여 분석하였는데, 각 로그변환 수치는 3.31과 2.83이었다. 부교감신경 활성도와 교감신경 활성도를 나타내는 주파수 영역의 지수인 nHF와 nLF는 각각 41.5%, 59.0%였고, LF/HF 비율은 2.81 a.u.로 나타났다. 타액 알파아밀라아제의 수치는 평균 69.51 U/mL이었다. 타액 코티졸 수치는 평균 5.01 nmol/L이었으나 타액 코티졸 수치는 정규분포를 보이지 않아 로그변환한 수치는 평균 1.43였다. 대상자들의 신체활동은 하루 평균 걸음 수가 4,499.22보였고 하루 평균 정적 활동 시간, 저강도 활동 시간, 중강도 활동 시간은 각각 753.93분, 290.61분, 22.74분이었으며, 중강도-고강도 활동시간은 23.12분이었다.

Table 2
Descriptive Statistics of Study Variables (N = 98)

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3. 자율신경계 기능 및 타액 코티졸, 신체활동이 인지기능에 미치는 영향

전반적인 인지기능을 나타내는 MMSE, 실행 기능을 반영하는 언어유창성, 시계 그리기 결과와 관련된 요인들을 각각 찾아내기 위해 다중선형회귀 분석을 시행하였다(Table 3). 잔차 분석 결과, 회귀모형은 모형의 선형성과 오차의 등분산성 및 정규성을 만족하였다. Durbin–Watson 지수는 2.16 (MMSE), 1.99 (언어유창성), 2.11 (시계 그리기)로 종속변수들은 자기상관성 없이 독립적이었다. 공차(tolerance)는 .44~.92로 .10 이상이었고 분산팽창지수(variance inflation factors)는 1.09~2.27으로 10 이하이므로 다중공선성의 문제는 없었다.

Table 3
Factors Influencing Cognitive Functions

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전반적인 인지기능의 회귀모형은 유의하였고(F = 2.87, p = .016), 설명력은 42.0%를 보였다. 전반적인 인지기능에 유의한 영향을 미치는 요인은 타액 코티졸 수치, 하루 평균 걸음 수였으며 타액 코티졸 수치가 낮을수록(β = − .33, p = .041), 하루 평균 걸음 수가 많을수록(β = .37, p = .029) 전반적 인지기능이 좋았다. 그러나 부교감신경 활성도와 우울은 전반적인 인지기능에 유의한 영향을 미치지 않았다.

실행 기능 중 언어유창성의 회귀모형 역시 유의한 것으로 나타났고(F = 6.35, p < .001), 40.0%의 설명력을 보였다. 언어유창성 점수는 연령이 낮을수록(β = − .34, p = .003), 하루 평균 걸음수가 많을수록(β = .27, p = .016) 좋았다. 시계 그리기의 회귀모형도 유의하였고(F = 3.36, p = .007), 설명력은 40.0%였다. 시계 그리기 점수는 연령이 낮을수록(β = − .50, p = .007), 타액 알파아밀라아제 수치가 높을수록(β = .35, p = .026) 좋은 것으로 나타났다. 실행 기능 역시 부교감신경 활성도나 우울과 유의한 관련성을 보이지 않았다.