이명호 공학박사 / 연세대학교 의료기기기술연구소 소장 4. 체온의 변화 피부는 인체와 주변 환경 사이에 열적 경계역할을 한다. 따라서 피부의 온도는 인체의 내부와 외부의 요인에 의해 영향을 받게 된다. 인체는 내부의 온도를 일정하게 유지하려는 항상성(homeostasis)을 가지고 있으며, 외부와의 경계인 피부의 온도 역시 일정하게 유지하고자 한다. 따라서 외부의 요인에 의해 피부의 어느 한 부분의 온도가 국소적으로 변하였을 경우 그 주위의 혈액의 흐름을 변화시켜 온도를 유지하게 된다. 피부의 온도는 혈액 공급과 피하 조직의 열전도성에 의존한다[14]. 또한 뇌(腦)의 시상하부는 인체의 체온을 결정하며 귀(耳)의 고막과 혈액을 공유함으로 고막온도(tympanic temperature)의 측정을 통해 인체의 중심온도(core temperature)를 간접 측정하였고, 체표온도(surface temperature)는 중지(中指)의 손가락온도(finger temperature)를 측정하여 대신하였다[17]. 본 연구에서 원적외선 온열효과가 인체의 체온에 미치는 영향을 실험한 결과, <그림 9>, <그림 10>에서와 같이 중심온도와 체표온도 모두 체표에 열부담(熱負擔) 없이 원적외선 온열효과를 인가하지 않은 경우에 비해 뚜렷한 증가를 보여 원적외선에 의한 온열효과를 확인할 수 있었다. 또한 체온의 변화는 중심온도 보다 체표온도에서 더 큰 변화를 나타내었는데 이것은 5~15cm로 알려진 원적외선의 침투력과 피하조직의 열전도성 등이 복합적으로 작용한 것으로 보이고, 52℃ 이후에서 변화의 폭이 감소하는 것은 땀의 발한작용에 의한 인체의 체온조절과 항상성 유지노력의 일환으로 판단된다[7][10][14]. 중심온도는 최대 1.7%(48℃) 상승하였으며, 44~65℃에서 평균 0.8~1.5% 상승하였다. 체표온도는 최대 7%(56℃) 상승하였으며, 44~65℃에서 평균 4.6~6.3% 상승하였다. <그림 11>은 적외선 열화상 측정기를 이용하여 실내온도 25℃, 실내습도 40%인 실험환경에서 29세의 건강한 성인남성을 대상으로 MEDIKHAN 사용 전후의 적외선 체열화상을 촬영한 결과로서, 원적외선에 의한 온열효과가 시각적으로 더욱 넓은 범위에서 일어나 인체의 혈액순환 개선에 효과가 있음을 알 수 있었다. 1) 중심온도(core temperature) 2) 체표온도(surface temperature) Ⅳ. 결론 본 연구에서는 원적외선 온열 치료기를 이용, 원적외선이 인체에 미치는 생리학적 영향을 실험·고찰하였으며 그 얻어진 결과는 다음과 같다. 1) 원적외선 온열효과에 의한 온도변화에 따른 혈압의 변화를 측정한 결과, 원적외선 온열 치료기가 고온인 경우 혈압의 저하 및 안정화가 뚜렷하게 나타나 원적외선이 일정온도 범위 내에서 공급된 에너지에 비례하여 생리작용을 안정시킨다는 사실을 확인할 수 있었다. 즉 44℃ 이전의 저온에서는 주로 체내 모세혈관의 확장에 의해 근소한 혈압의 감소가 관측되었으나, 44℃ 이후의 고온에서는 체내 모세혈관의 확장 및 염분(Na 이온) 배출에 따른 혈액부피의 감소 등이 복합적으로 작용하여 혈압의 감소율이 크게 나타났다. 2) 심박동수, 심박출량 등의 생리학적 변수값의 변화를 통해 원적외선 온열효과에 의한 생리작용의 안정화 및 활성화 등을 확인할 수 있었으며, 이 때 심장에 미치는 자극 또한 그다지 크지 않음을 확인할 수 있었다. 또한 심박동수 및 심박출량의 증가는 혈액의 온도 상승에 영향을 미치게 되는데, 44℃ 이후의 심박동수 및 심박출량의 증가와 체온의 상승이 유사한 결과를 나타내는 것은 같은 이유 때문으로 판단된다. 3) 체표와 체내의 온도변화 및 피실험자들의 열부담(熱負擔) 등을 통해 공명흡수에 의한 원적외선의 온열효과를 확인할 수 있었다. 즉, 원적외선에 의한 온열효과를 직접 접하는 체표면의 경우 온도의 상승률이 크게 나타났으나, 공명흡수에 의한 에너지 전달방식을 취하는 체내의 경우 상대적으로 온도의 상승률이 크지 않았다. 원적외선 온열효과를 주지 않은 경우의 평균 체내온도 및 체표온도는 각각 36.39℃, 34.87℃로 체내온도가 체표온도에 비해 약 1.52℃ 높았으나, 원적외선 온열효과에 의한 체표의 온도상승이 체내에 비해 두드러져 44℃에서는 체표의 온도가 체내의 온도를 추월하였다. 이와 같은 체내 온도 상승률의 상대적 저조는 인체의 대부분을 구성하는 물과 유기화합물의 진동에 의한 공명흡수라는 원적외선의 특수한 작용기전 및 피부의 열전도성에 기인하는 것으로 추정된다. ◎ 본 연구는 2002년 중소기업청과 ㈜내가보메디텍의 산학연공동기술개발컨소시엄의 지원으로 이루어졌음을 감사 드린다. 참고문헌 [1] Fukazawa T, Miracles of Bioceramica (in Japanese). Tsushin-sha, Tokyo, 1986. [2] Fuse T, Taki M, Nonthermogenic effect of far-infrared radiation with a wavelength of 100㎛ on biological organism (in Japanese). Sekigaisen Gijutus 12: 27-34, 1987. [3] Honda K. Inoue S, Sleep-enhancing effects of far-infrared radiation in rats. Int J Biometeorol 32: 92-94, 1988. [4] Inoue S, Honda K, Growth of rats exposed to far-infrared radiation. Zool Sci 3: 731-732, 1986. [5] Ise N, Katsuura T, Kikuchi Y, Miwa, Effect of far-infrared radiation on forearm skin blood flow. Ann Physiol Anthropol 6: 31-32, 1987. [6] Jpn Res Lab Sleep Sci, Collected results of questionnaires on the use of the Bioceramic (in Japanese). Res Note Jpn Res Lab Sleep Sci 0285: 1-5, 1988. [7] Kotori T, Nonaka K, Hayashida N, Miyahara Y, Ohse K, Nakazawa Y, Effects of far-infrared radiation on sleep and body temperature in healthy adults. Kyushu Neuro-Psychia 34:63-67, 1988. [8] Matsushita K(1988) Evaluation of the state of water by NMR spectrometry(in Japanese). FIR Joho 5:6-10, 1988. [9] Mitsuhashi M, Live healthy by use of far-infrared rays(in Japanese). Nihon Iryo Hosho, Narashino, 1988. [10] Shimura Y, Measurements of warming effect of far-infrared radiation by agar(in Japanese). Res Note Jpn Res Lab Sleep Sci 0284:1-6, 1988. [11] Shojiro Inoue, “Biological activities caused by far-infrared radiation”, Int J Biometerol 33 : 145-150, 1989. [12] J.S.Wang, “Measurement of the body temperature and blood flow-rate variations of pig induced by far-infrared radiation”, Proceedings of BMES/EMBS Conference Oct.13-16, 1999. [13] Yamazaki T, Science of far-infrared therapy(in Japanese). Ningen-to-Rekjshi-sha, Tokyo, 1987. [14] 中山昭雄編, 溫熱生理學, 理工學社, 東京, 1981. [15] Wolken JJ, Invertebrate photoreceptors- a comparison analysis. Academic Press, New York London, 1971. [16] Iwao Fusimasa, “Pathophysiological Expression and Analysis of Far Infrared Thermal Image”, IEEE Engineering in Medicine and biology pp. 34-42, July/August, 1998. [17] E.J.F.Ring, “Progress in the measurement of human body temperature”, IEEE Engineering in Medicine and Biology, pp.19-24, July/August 1998. [18] PRB Barbosa, “The effect of the instantaneous RR interval on the dynamic properties of the heart rate and the ventricular repolarization duration variability” Computer in Cardiology, pp. 821-824, 2000. [19] Geddes, L.A., “The first accurate measurement of systolic and diastolic blood pressure”, IEEE Engineering in Medicine and Biology Magazine, pp.102-103, May/June, 2002. [20] Feldman F, Nickoloff EL: Normal thermographic standards for the cervical spine and upper extremities. Skeletal Radiol, 12: 235-249, 1984.