원적외선과 음이온 연구개발 현황과 산업 동향

중저온 원적외선 사우나가 인체에 미치는 효과

한 충 수 농학박사 충북대학교 농기계공학과 교수

1. 서언
현대 사회에 들어서 교통수단의 발달, 기계화, 도시화, 직업의 전문화 등으로 인간은 신체적 활동에 제한을 받고 있다. 또한 사회가 발전되어 갈수록 환경오염이 심각해지고, 흡연이나 운동부족으로 호흡 시 산소 양이 줄고 체내의 근육에 젖산이 다량으로 축적되어 혈액이 산성화되는 등 각종 질병에 시달리고 있다. 따라서 현대인들은 적절한 운동이나 사우나 온열요법을 통해 건강을 유지하고 증진시키고 있는 추세이다.
사우나 온열요법이란 전도열, 복사열 형태의 온열(溫熱)을 이용하여 인체 내의 땀과 노폐물을 배출, 피로회복, 말초혈액순환 개선, 신진대사 촉진, 진통저하 등의 효과를 높이는 방법을 말하며, 원적외선 온열요법은 인체에 흡수가 잘되는 원적외선을 직접 조사(照射)하여 원적외선의 공명(共鳴)·공진(共振) 작용에 의한 생체 열 반응을 통해 고온으로 인한 인체가 느끼는 고통을 적게 하고 신진대사를 촉진시키는 방법이다.
원적외선은 인체 내 세포를 구성하는 수분과 단백질 분자에 조사되어 세포를 미세하게 흔들어 주는 진동을 통해 세포조직을 활성화시킨다. 이러한 세포 활동 과정은 열에너지를 발생시킬 뿐만 아니라 인체 내 세포가 가지고 있는 노폐물을 자연스럽게 배출시키는 효과가 있다. 또한 인체의 가장 기본 조직인 세포에 영향을 미쳐 혈액순환을 촉진시키고, 통증완화, 숙면효과, 발한 촉진 등의 효과가 있다.(김용석, 2001)
국내의 사우나 시설들을 살펴보면 공기유동이 가능한 벽돌로 원형이나 아치형 등으로 쌓은 돔구조의 시설에 나무나 숯 등을 연소하여 나온 고온의 증기로 온열효과를 갖게 하는 한증막형태가 있고, 온수히터를 이용한 고온의 스팀 건·습식 사우나, 맥반석·옥·황토 등을 달구어 온열효과를 갖게 하는 전기로 불가마 등 대중시설이 있다. 최근 들어서는 고열의 스팀히터나 중저온의 원적외선 방사체를 이용한 개인용 사우나 부스 등이 보급되면서 생활주변에서 쉽게 사우나를 이용하고 있다.
기존의 재래식 일반 사우나와 한증막의 경우에는 고온의 열원생산을 위한 유지비와 시설의 대형화에 많은 어려움이 있으며, 또한 사람에 따라 고온의 환경으로 인해 피부트러블이나 호흡곤란 등의 문제점이 있고 대중시설에 따른 많은 제약이 있다. 그러나 개인용 사우나의 경우에는 저렴한 유지비용으로 개인적인 성향에 따라 열원의 선정, 적정한 사우나 온도와 시간의 설정을 통해 사우나 온열요법을 이용할 수 있다.
따라서 본 연구에서는 원적외선이 인체의 건강과 여러 가지 신체기능을 활성화시킬 수 있다는 선행연구 결과들을 바탕으로 기존의 재래식 한증막(고온사우나)과 탄소계 면상발열체를 이용한 원적외선복사 방식의 가정용 사우나(원적외선 사우나)의 특성과 인체에 미치는 영향을 비교 분석하였다.

2. 연구방법 및 측정항목
가. 연구 대상 및 방법
연구대상은 성인남녀 22명을 지원받아 지원자들의 동의하에 고온 사우나(한증막)군과 원적외선 사우나군으로 분류하여 실험하였다.
표 2-1에 피실험자의 신체조건을 나타내었다.
고온 사우나군은 충북 청주의 일반 사우나시설에 설치되어 있는 내부온도 80~120℃의 한증막을 이용하였다. 원적외선 사우나군은 매직유라(주)에서 개발·판매하는 가정용 사우나 부스(MMS-S2-A1, MAGICYURA INC, Korea)를 이용하였으며, 전기를 이용하여 원적외선 복사열 발열체가 내장된 사우나 부스 안에서의 사우나 방법이다.
피실험자에 대한 초기 생리학적 상태의 측정은 두 군 모두 일정한 온도(23~26℃)의 실내에서 일반 매트 위에 30분간 편안히 누운 상태로 안정시킨 후 초기 생리학적 상태인 뇌파, PPAT(Peripheral Pulse Arrival Time), 체온 및 혈압, 맥박, 국소발한량(사우나 직후만 측정)을 측정하였다.
고온 사우나군은 초기 안정 후에 휴식과 사우나를 반복해서 30분간 2회 실시한 직후 앞에서 서술한 뇌파 등의 항목을 측정하고, 30분간 일정한 온도의 실내에서 휴식을 취한 상태에서 상기 항목을 재 측정하였다. 원적외선 사우나군은 초기 안정 후에 40~50℃로 설정된 사우나 부스 안에서 20~30분간 땀을 배출시키고, 이후에 상기 고온 사우나군과 동일하게 측정하였다.
고온 사우나와 원적외선 사우나 직후에는 신체 표면에 있는 땀을 닦아내고 바로 상기의 생리학적 상태를 측정하였으며, 이후에 30분간 편안한 상태로 휴식을 취하고 안정상태에 이르렀을 때 생리학적 변화를 측정하여 각 조건별 특성 및 효과를 규명하였다.
그림 2-1에 실험 진행과정인 생리학적 상태 측정 흐름도를 나타내었다.
 
나. 측정항목 및 방법
1)뇌파
뇌파측정은 뉴로피드백시스템을 이용한 뇌파측정기(Neuroharmony, 브레인테크(주), 한국)를 이용하여 측정하였다. 뉴로피드백시스템은 쌍극유도법을 이용하여 전두엽에서 좌뇌와 우뇌의 뇌파를 동시에 측정하며 측정된 뇌파의 초기 데이터(raw data)와 파형을 분석하고, 잡파(artifacts)의 유입여부를 확인한 후에 잡파가 포함되지 않은 자료에 대해서 고속푸리에변환(FFT: Fast Fourier Transform)을 이용하여 주파수별 진폭 세기의 제곱근을 뇌파의 활성도(activ
ity)로 하였다. 측정방법은 편안히 누운 상태에서 1분간 측정하여 뇌파의 활성도로 나타내었다.
초기상태와 사우나 후의 알파파의 활성도 차이를 하이베타파의 활성도 차이로 나눈 값을 이용하여 뇌파 개선효과를 분석하였다.

뇌파의 개선효과= 측정전후의 알파파의 활성도의 차/측정전후의 하이베타파의 활성도의 차

                  2)PPAT(Peripheral Pulse Arrival Time)
PPAT는 심장에서 말초혈관까지의 맥파 도달시간으로 PPAT가 증가하는 경우는 건강이 양호한 상태와 혈관의 유순도가 증가하는 경우이다.
측정은 디지털생체신호기록기(PPAT Physiolab, (주)새로텍, Korea)로 심전도파형(ECG)과 맥파신호(pulse amp)의 피크 사이에서 PPAT(ms)를 측정한다. 분석은 30초간의 측정 데이터에서 잡파가 없는 20초간의 데이터를 이용하였다.
3)체온
귓속 체온은 인체의 체온조절 중추인 뇌의 시상하부와 같은 혈액순환을 공유함으로써 신체의 중심체온(Core temperature:brain temperature)으로 이용하고 있다.
체온측정은 적외선방사 측정법을 이용한 귓속형 체온계(DX-707, JAWAN MEDICAL, Korea)를 이용하여 측정하였다. 체온은 3회 측정하여 평균값으로 나타내었다.
4)체열분포
체열분포 측정은 적외선열화상시스템(TH3101, SANEI, JAPAN)을 이용하였고 피실험자의 생체리듬이 안정된 초기상태와 사우나 후 안정상태에서의 체열분포 변화를 2회 측정하여 비교하였다.
5)혈압
혈압측정은 혈압계(Tensoval, Hartmann, Germa
ny)를 이용하여 우측 상박부에서 3회 측정 결과의 평균으로 나타내었고 수축기혈압(Systolic blood pressure)과 이완기혈압(Diastolic blood pressure)으로 나타내었다.
6)맥박
맥박은 혈압계, 가속도맥파측정기, PPAT측정기에서 기록되는 세 값을 평균하여 나타내었다.
7)국소발한량
발한량 측정은 여과지법(Shim, 1993)으로 실험 시작부터 종료 시까지 왼쪽 가슴과 왼쪽 넓적다리에서 측정하며 실험 전후의 여과지(10cm2) 무게의 차를 감도 0.001g의 정밀전자저울(OHAUS, TP400D, Japan)로 측정한다. 여과지는 100℃에서 1시간 건조시킨 후에 데시게이터에서 보관한 후 사용한다.
측정은 사우나 전의 초기상태에서 무게를 측정하고 사우나 후 안정상태에서의 측정으로 총 2회 실시한다.
8)자료처리 방법
측정한 값은 Statistical Software인 MINITAB Release 14를 이용하여 이원분산분석(Two-Way ANOVA)과 평균분석(Analysis of Means)을 하였다. 유의수준(P-value)은 0.05내에서 유의성을 검증하였다.

3. 연구결과
가. 뇌파
그림 3-1은 각 조건별 뇌파활성도에서 긴장이완과 안정상태에서 출현하는 알파파를 스트레스·긴장 시에 출현하는 하이베타파로 나눈 값(Alpha/Beta_H)으로 사우나 직후의 값에서 초기값의 차를 나타낸 것이다.
여기에서 Alpha/Beta_H 상대적 변화값이 양인 경우는 알파파가 증가되거나 하이베타파가 감소할 때이며, 음인 경우보다 알파파가 감소하거나 하이베타파가 증가하는 것을 나타내게 되며, 양(+)의 수치가 나올 경우는 뇌파 개선효과가 있어 심리적 안정적인 상태를 의미한다.
그림에서 보는 바와 같이 원적외선 사우나군이 Alpha/Beta_H의 상대적 변화값이 사우나 직후 +11.7 증가하였으며 사우나 후 안정상태에서도 +3.6 증가하는데 반해, 한증막 군에서는 -19.6으로 감소하는 것으로 나타났다.
통계검정 결과 유의수준 0.05에서 두 군의 유의성이 인정되었다. 따라서 원적외선 사우나가 고온의 한증막 군보다 뇌파의 개선효과가 있는 것으로 판단된다.

나. PPAT
그림 3-2는 각 조건별 PPAT의 상대적 변화량을 나타낸 것이다.
그림에서 보는 바와 같이 한증막 군은 사우나 직후에는 PPAT가 9.9ms 감소하는 것으로 나타났으며 안정상태에 이르러 4ms 정도 증가하는 것으로 나타났다.
원적외선 사우나의 경우에는 사우나 직후에 4ms가량 증가하고 안정상태에서도 3.4ms 증가되어 있는 것으로 나타났다.
통계검정 결과 유의수준 0.05에서 두 군의 유의성이 인정되었다. 따라서 원적외선 군은 사우나 시에 혈류의 양 및 혈관 확장, 혈관의 유순도를 향상시켜 PPAT가 향상된 것으로 사료된다.

다. 체온
그림 3-3은 각 조건별 경과시간에 따른 체온의 상대적 변화량을 나타낸 것으로 한증막, 원적외선 사우나 모두 직후에는 체온이 1.65℃, 1.25℃ 상승하였으며 안정상태에서는 0.05℃, 0.60℃ 증가한 것으로 나타났다.
통계검정 결과 두 군의 유의성은 없는 것으로 나타났으나, 한증막에서의 사우나는 한증막안의 고온의 열기로 인해 체온이 높게 상승하지만 안정상태에 이르러서는 초기의 체온을 유지하는 것으로 판단된다. 그러나 중저온(40~50℃)의 원적외선 사우나의 경우에는 사우나 후 안정상태에서도 0.60℃ 가량 체온의 증가가 있는 것으로 나타나, 원적외선에 의한 온열효과가 지속되고 있는 것으로 판단된다.

라. 체열분포
그림 3-4부터 그림 3-11은 고온의 한증막과 원적외선 사우나 군의 초기 안정상태와 사우나 후 안정상태에서 적외선열화상을 이용하여 상반신 체열분포를 측정한 결과 중 일부를 나타낸 것이다.
그림에서와 같이 한증막군은 초기상태와 사우나 후의 체열분포에 큰 변화가 없는 것으로 나타났으며, 원적외선 사우나의 경우에는 한증막군보다 낮은 온도에서의 사우나지만 체열이 약간 상승하며 분포가 고르게 나타났다. 그림을 통해 경시적으로 원적외선군이 체열의 상승과 분포에 있어서 약간 개선효과가 있는 것으로 사료된다.
마. 혈압
그림 3-12는 각 조건별 경과시간에 따른 혈압의 변화를 나타낸 것이다.
그림에서 나타난 바와 같이 한증막 군은 사우나 직후에 수축기혈압(Sys)이 11mmHg 가량 증가하는 것으로 나타났으며, 원적외선 사우나군은 혈압의 변화에는 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다.
통계검정 결과 수축기혈압은 두 군의 차이에 유의성이 있는 것으로 나타났으며 이완기혈압은 차이가 없는 것으로 나타났다. 경과시간에 따른 유의성 분석은 수축기혈압과 이완기혈압 모두 유의성이 있는 것으로 나타났다.

바. 맥박
그림 3-13에 경과시간에 따른 맥박의 상대적 변화를 나타내었다. 그림의 결과에 따라 한증막군은 사우나 후에는 맥박이 분당 25회로 높게 상승하며, 원적외선 사우나의 경우에는 맥박의 변화가 없는 것으로 나타났다. 통계 검정결과 한증막과 원적외선 사우나군의 유의성이 있는 것으로 나타났다.

사. 국소발한량
그림 3-14는 각 조건별 국소발한량을 나타낸 것으로 한증막 군은 땀의 배출량이 신체부위별로 상반신이 0.41, 하반신이 0.18로 나타났으며, 원적외선 사우나의 경우에는 상반신의 발한량이 0.82, 하반신이 0.16으로 나타났다.
그림의 결과에 따라 원적외선군은 한증막보다 저온에서의 사우나이지만 발한량은 더 높은 것은 원적외선 사우나의 효과인 것으로 판단되며, 원적외선 사우나에서 하반신의 발한량이 한증막과 차이가 없는 것은 실험에 사용된 가정용 사우나 부스에 내장된 발열체가 상반신 부위에 집중되어 있기 때문인 것으로 판단되었다.

4. 결론 및 요약
최근 새로운 문화코드로 웰빙(Well-being)바람과 함께 건강에 대한 관심이 집중되면서 현대인들은 여가를 이용하여 사우나를 즐기는 인원이 많아지고 있고, 사우나 시설 및 그 방법에 있어서 여러 가지 기능성 제품 및 시설이 늘어가고 있다. 그러한 제품 및 시설, 사우나 방법이 인체에 미치는 효과에 대한 실험적 근거나 자료가 미흡한 실정이다.
따라서 본 연구에서는 건강한 성인 남성을 대상으로 기존의 고온 한증막과 원적외선 사우나를 통한 뇌파변화, 혈류개선 효과, 온열효과 등을 비교 분석하였다.
그 결과를 요약하면 다음과 같다.
1)뇌파측정 결과 원적외선 사우나 직후 ΔAlpha/ΔBeta_H 값이 11.7 정도 증가한 것으로 나타났으며, 한증막군은 -19.6으로 감소하는 것으로 나타났다.
알파파(Alpha wave)는 긴장이완, 심리적 안정감에서 우세하게 나타나며, 하이베타파(Beta_H wave)는 긴장, 스트레스 시에 우세하게 나오는 뇌파로 원적외선 사우나 시에는 긴장이완, 스트레스 완화 등의 뇌파개선효과가 있는 것으로 판단된다.
2) 혈관의 유순도를 나타내는 PPAT의 경우, 원적외선 사우나와 고온사우나 모두 사우나 후 안정상태에서 PPAT가 증가한 것으로 나타나 혈류개선효과가 있는 것으로 나타났다. 그러나 원적외선 사우나 직후에 PPAT는 4ms 증가하고, 한증막군은 9.9ms 감소하는 것으로 나타나, 고온사우나의 경우 혈관 유순도를 약간 저하시키는 것으로 나타났다.
3)체온은 한증막과 원적외선 사우나 모두 증가하나, 한증막의 경우에 30분이 경과한 안정상태에서는 초기의 체온으로 돌아가고, 원적외선 사우나의 경우에는 초기보다 0.6℃ 높은 것으로 나타났다. 적외선열화상으로 체열분포를 측정한 결과도 원적외선 사우나가 비교적 한증막 사우나보다 고른 체열분포를 나타내어 온열효과가 있는 것으로 나타났다.
4)한증막시에 수축기혈압과 맥박은 급격히 상승하는 경향을 나타내었고, 원적외선 사우나의 경우 혈압과 맥박 변화가 작은 것으로 나타나났다.
5)국소발한량 측정결과에서 한증막보다 원적외선 사우나의 발한량이 많은 것으로 나타나, 원적외선 온열요법에 의한 발한효과가 있는 것으로 판단된다.
참고문헌
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그림 2-1. 생리학적 상태 측정 흐름도

그림 3-1. 조건별 뇌파활성도 중ㅿAlpha/ㅿBeta_H의 상대적 변화량

그림 3-2. 각 조건별 PPAT의 상대적 변화량

그림 3-3. 각 조건별 체온의 상대적 변화량

그림 3-4. 초기상태(한증막)
그림 3-5. 안정상태(한증막)
그림 3-6. 초기상태(원적외선)
그림 3-7. 안정상태(원적외선)
그림 3-8. 초기상태(한증막)
그림 3-9. 안정상태(한증막)
그림 3-10. 초기상태(원적외선)
그림 3-11. 안정상태(원적외선)
그림 3-12. 조건별 경과시간에 따른 혈압의 변화
그림 3-14. 각 조건별 상반신과 하반신에서의 국소발한량
그림 3-13. 조건별 경과시간에 따른 맥박의 변화량

필자약력
·충북대학교 농기계학과 학사
·충북대학교 대학원 농공학과 농학석사
·일본 북해도대학 대학원 농업공학과 농학박사
·농협대학 농공기술과 조교수
·농협중앙회 미곡처리장 자문위원
·충북대학교 농업기계공학과 조교수
·충북대학교 농업기계공학과 교수

<본 사이트에는 일부 표를 생략하였습니다. 원문을 보시려면 월간세라믹스를 참조바람>