본 연구에서 고용량의 카페인 투여로 유발된 수면장애 시 운동의 수면 향상 효과를 살펴본 결과 카페인은 수면장애 유발 효과가 있었지만, 운동을 실시했을 때 수면촉진과 수면 효율성 그리고 서파수면(SWS)등의 증가가 나타나 운동은 수면방해를 완화시키고 수면 향상에 도움이 될 수 있는 것으로 판단된다.
<h1>고찰</h1><h2>1. 카페인이 수면에 미친 효과</h2><p>카페인은 아데노신 수용체에 작용하여 흥분성 신경전달물질의 유리를 증가시킨다. 특히 A1과 A2 아데노신 수용체와 작용하게 되는데 이러한 카페인의 A1과 A2 아데노신 수용체와의 길항작용으로 NREM수면을 연장시켜 숙면(SWS)을 증가시킬 수 있다.</p><p>대략 혈청 \( 6 \mu \mathrm{mol} / \mathrm{L} \)의 카페인 농도는 A1과 A2아데노신 수용체에 길항효과를 가지는 것으로 보고된바 있고, Landolt 등은 \( 200 \mathrm{mg} \)의 카페인 투여로 이와 비슷한 수준을 보였으며 수면 뇌전도에 유의한 영향을 주는것으로 나타났으나, 체온과 심박수 등 다른 생리적 변수에는 영향을 미치지 못한 바 있다. \( 300 \mathrm{mg} \)의 카페인을 투여했던 Nicholson 등의 실험에서도 SWS에 변화가 관찰되지 않은 바 있다. 이에 본 연구에서는 고용량의 카페인 투여로 유발된 수면장애시 운동의 수면향상 효과를 살펴보고자 하였다.</p><p>본 실험결과 REM 수면시간에서는 Nicholson 등과 마찬가지로 카페인 투여로 인한 변화가 없었지만, 입면시간 연장, 수면효율성, 총수면시간, stage 4의 감소 그리고 stage 1의 유의한 증가를 발생시킨 것으로 나타났다. 대부분 성인의 입면시간은 20분 이하인데, 카페인투여로 평상시보다 \( 35 \% \) 증가로 20분을 초과해 수면효율성 또한 상당히 감소되는 효과가 있었다. 카페인투여로 인한 stage 1의 증가는 깄은 수면 즉, 서파(SWS) 수면으로의 진입을 늦추는 효과를 보여주는 것이다. 총 수면시간은 입면 후에 나타나는 중도각성시간을 제외한 수면시간을 나타낸다. 비록 침상에서의 시간차이로 직접 비교는 어렵지만 수면효율성의 감소가 의미하듯 수면의 질을 떨어뜨린 것이다. 이러한 카페인의 각성효과로 인한 수면장애 효과는 Peneter 등과 Smith 등에서 나타난 결과와 유사했다. 특히 서파(SWS; stage \( 3+4 \) ) 수면의 감소는 stage 3보다는 stage 4에서의 상당한 감소가 원인인 것으로 나타났다. A1 아데노신 수용체의 작용물질이 선택적으로 저주파수인 델타의 활성을 증가시키는 것으로 보고된 바 있고, 서파수면인 stage 4는 저주파수대인 델타가 대부분을 차지하기 때문에 본 실험에서 투여한 카페인이 A1 수용체에 길항물질로 작용함으로써 가장 낮은 주파수대인 델타주파수를 억제했을 것으로 생각된다. 본 실험의 카페인 투여로 발생한 이러한 수면 뇌전도에 변화는 수면장애와 관련된 것으로 해석될 수 있을 것이다.</p><h2>2. 운동이 수면에 미친 효과</h2><p>운동과 수면에 대한 연구를 살펴보면 적당한 운동은 수면시 서파수면을 증가시킨다는 것이 일반적으로 받아들여지고 있지만, 다른 연구들에서는 운동의 수면 향상효과가 나타나지 않았고, 오히려 수면에 부정적 효과도 보고된 바 있다. 이렇게 상반된 운동의 효과는 변화정도가 크지 않은 건강한 수면상태보다는 본 실험에서 나타난바와 같이 카페인으로 유발된 수면장애시에 보다 명확하게 알 수 있을 것이다.</p><p>본 실험에서 운동은 카페인으로 감소된 수면시간과 수면효율성을 다소 증가시키는 경향은 있었으나 유의하게 향상시키지는 못했다. 급성운동은 일반적으로 REM onset latency의 지연과 관련되어 있지만, 본연구에서는 조건별 유의한 차이가 발생하지 않았다. 이것은 카페인 투여로 인해 NREM에서 전체적으로 stage 3과 4는 감소한 반면 stage 1과 2의 증가로 상쇄되었기 때문에 운동의 효과가 크게 발생되지 않은 것으로 생각된다. 하지만 입면시간에서는 운동이 카페인으로 인한 입면시간 증가를 평상시 수준에 가깝게 감소시켜 운동의 수면촉진 효과를 확인할 수 있었다.</p><p>본 연구의 수면단계에서 stage 1은 카페인으로 평상시보다 증가되어 입면시간이 증가됨을 관찰 할 수 있었다. 운동으로 인한 stage 1의 감소율이 유의하지 않았지만 카페인으로 인한 증가율을 대략 \( 50 \% \) 정도를 감소시켜 보다 깊은 수면으로의 진입을 촉진시킨 것으로 나타났다. \( 12-14 \mathrm{~Hz} \) 가 0.5초 이상 지속하는 수면 방추파와 K-복합 (K-complex)의 출현으로 특징되는 stage 2에서는 카페인 투여시 다소 감소된 반면에 운동은 stage 2를 평상시 수준이상으로 상당히 증가시켰다. 이것은 일회성 운동과 수면에 대한 연구에서 stage 2의 증가를 보고한 여러 연구 결과와 일치하는 것이다. 이러한 stage 2의 증가는 NREM 수면의 일부가 중추신경계뿐만 아니라 말초 (non-CNS) 대사율과 관련되어 있다는 것을 나타내 주는 것으로써 카페인의 투여로 인한 변화가 없었음을 감안할 때 운동으로 인한 에너지 소비가 큰 원인인 것으로 생각된다.</p><p>Oswald이 처음으로 운동과 SWS의 변화를 보고한 이후 많은 연구가 이루어졌지만 운동과 관련된 SWS의 증가기전은 명확하게 알려지지 않았다. Horne 등은 운동이 SWS에 미치는 효과가 체온 증가와 관련되어 있다고 하였다. 즉 SWS가 체온도를 낮추는 항상성 기전과 관련 되어있다는 것이다. 이후 이들의 연구에서 \( 40 \% \)의 저강도, \( 80 \% \)의 고강도 운동과 뜨거운 목욕 3가지 조건으로 실험한 결과 \( 40 \% \)에서 SWS에 효과가 없었고, 고강도 운동과 뜨거운 목욕 각 90분, 92분으로 뜨거운 목욕이 운동과 동일한 방식으로 SWS를 증가시켰음을 확인할 수 있었다. 따라서 SWS의 증가가 운동으로 인한 에너지 소비증가와 체온증가와 관련되어 있음을 시사한 바 있다.</p><p>본 실험의 운동강도가 중정도 \( (60 \% \mathrm{VO} _{2peak} \)) 임을 감안할때, 이와 비슷한 강도의 운동시 SWS의 증가가 나타나지 않았던 선행연구와는 다르게 SWS의 증가가 본 실험에서 나타났다. 이러한 차이는 운동실시시간, 체력 상태, 운동지속시간 등에서의 차이가 원인인 것으로 생각된다. 수면효율성의 증가가 의미하듯이 이러한 SWS의 증가가 급성 운동시 체온증가와 높은 에너지 소비율과 관련되어 있기 때문에 이러한 각성수준이 가장 낮은 상태인 SWS의 출현 증가로 인체의 에너지 항상성 유지와 보존 현상으로 볼 수 있을 것이다</p><p>SWS를 구성하고 있는 stage 3과 4를 구체적으로 살펴볼 때 stage 3의 증가만을 나타내었던 Horne 등의 결과와 유사하게 stage 3에서 평상시와 카페인 투여시보다 상당한 증가를 나타냈으나, stage 4의 증가에는 유의한 효과가 나타나지 않았다. 이러한 사실은 카페인에 큰 변화를 받지 않았던 stage 3에 증가효과가 있었지만, 카페인에 의해 상당한 영향을 받았던 stage 4에는 영향을 미치지 못했음을 보여준다. 물론 운동이 stage 4에 영향을 미치지 않았을 수 있지만, 카페인의 A1 아데노신 수용체 길항작용을 억제하는 효과가 작고 오히려 카페인이 운동의 수면효과를 억제시킬 수도 있는 것으로 해석할 수 있을것이다. 하지만 stage 3의 증가효과가 높아 SWS 수면을 향상시키는 효과는 있었다.</p><p>운동과 REM수면과의 관계에서 대부분의 연구들에서 운동 후 REM 수면의 감소를 보고한 바 있고, 수면전 열노출도 REM 수면에는 영향을 주지 않는다고 보고된바 있다. 하지만 본 연구에서는 REM 수면시간에 상당한 증가가 나타났다. 김정규 등도 오전과 저녁의 운동과는 다르게 오후 운동시 REM에 증가를 보고한 바 있어 REM 수면 결과는 운동이 수면의 개일(circadian) 리듬에 미치는 연구의 필요성을 제기하고 있다. 본 실험에서 이러한 REM 수면시간의 증가는 운동에 대한 스트레스에 반응지표로 해석될 수 있어, REM 증가를 운동에 의한 스트레스의 보상적 기능을 반영하는 생리적 현상으로 해석할 수 있을 것이다.</p><p>위와 같이 카페인 섭취가 수면장애 유발 효과가 있었지만, 여기에 운동을 실시했을 때 수면촉진과 수면 효율성 그리고 깊은 수면인 서파수면(SWS)등의 증가가 나타났다. 결론적으로 본 연구에서 운동은 수면방해를 완화시키고 수면 향상에 도움이 될 수 있는 것으로 생각된다.</p>