이 연구는 심박 변이도(HRV)와 신경학적 건강, 인지 기능 사이의 복잡한 관계를 탐구합니다. HRV는 심장 박동 간의 미묘한 시간 변화를 측정하는 지표로, 자율 신경계의 활동을 반영하며 집행 기능, 의사 결정, 감정 조절 등 다양한 인지 기능과 밀접하게 연결되어 있습니다. 특히, 노화나 심혈관 질환으로 인한 HRV 변화를 해석할 때는 불규칙한 동성 리듬(심박수 단편화, HRF)을 고려하는 것이 중요하며, 이는 자율 신경 활동을 과대평가할 수 있습니다. 💡 이 리뷰는 치매, 경미한 외상성 뇌 손상, 편두통, COVID-19, 뇌졸중, 간질 및 불안, 스트레스, 정신분열증과 같은 심리적 상태를 포함한 여러 신경학적 질환에서 나타나는 HRV의 비정상적인 변화를 조명합니다.

1. 심장과 뇌의 상호작용 및 심박 변이도(HRV) 소개

우리 몸의 심장과 뇌는 서로 밀접하게 연결되어 있어요. 마치 끈끈한 친구처럼 전기적, 혈액 역학적 방식으로 서로에게 영향을 주고받는답니다. 🧠❤️ 예를 들어, 미주 신경은 주로 심장의 동방결절과 방실결절에 분포해서 아세틸콜린을 방출하여 심박수를 늦추는 반면, 교감 신경은 노르에피네프린과 에피네프린을 방출하여 심박수를 빠르게 해요. 이렇게 심박수를 조절하는 속도는 자율 신경계의 각 부분이 신호를 처리하는 속도에 따라 달라지는데, 미주 신경의 아세틸콜린은 빠르게 작용하여 매 박동의 변화에 큰 영향을 주죠. 반면, 교감 신경의 노르에피네프린은 더 느리게 작용하여 여러 박동에 걸쳐 심장 리듬에 영향을 미쳐요.

심장에서 뇌로 가는 신호도 중요해요! 미주 신경의 80% 이상이 구심성 신경으로, 뇌간, 시상하부, 시상, 편도체, 대뇌 피질 등 다양한 뇌 영역으로 정보를 전달합니다.

FIGURE 1.

심장과 뇌 사이의 신경 통신 경로는 HRV 생성의 핵심입니다. 심장 내 고유 심장 신경계는 외부 신경계와 심장 내 감각 신경에서 정보를 통합하며, 미주 신경(부교감 신경)은 주로 뇌로 흐르는 구심성 섬유로 구성되어 연수에 연결됩니다.

전기적 연결 외에도 혈액 순환을 통한 혈액 역학적 연결도 매우 중요해요. 심장은 뇌에 산소와 영양분을 공급하기 위해 혈액을 펌프질하고, 반대로 산소가 부족한 혈액은 뇌에서 심장으로 돌아와 다시 산소를 공급받죠. 심부전 등으로 심장 기능이 저하되면 뇌 혈류가 감소하여 인지 기능에 영향을 주고 치매 위험을 높일 수 있습니다. 심방세동과 같은 부정맥으로 인한 심박출량 감소도 뇌 혈류 감소를 유발해 인지 기능 장애로 이어질 수 있고요. 또한, 심장 내 혈전이나 동맥경화성 병변은 뇌 혈류를 방해하거나 뇌졸중을 유발할 수 있으며, 고혈압은 뇌의 열공 경색을 초래할 수 있습니다.

이러한 심장과 뇌의 양방향 연결은 우리의 생리적, 심리적, 인지적 건강에 큰 영향을 미치며, 신체적, 정신적, 사회적 건강에 중요한 역할을 합니다. 예를 들어, 지진이나 팬데믹과 같은 자연재해 스트레스는 심장사 및 심근경색 증가와 관련이 있으며, 심지어 스포츠 경기와 같은 비자연적인 요인도 감정적으로 몰입하는 팬들의 심장사 위험을 높일 수 있어요. 또한, 프래밍험 심혈관 위험 점수가 높을수록 뇌경색, 뇌동맥경화증, 알츠하이머병 위험이 증가한다는 연구 결과도 있습니다.

1.1. 심박 변이도(HRV)

심박 변이도(HRV)는 심장 박동(R-R 간격) 사이의 시간 간격 변화를 측정하는 것으로, 교감 신경과 부교감 신경 활동 사이의 역동적인 상호작용을 반영하는 지표로 알려져 있습니다. 일반적으로 안정된 상태에서 1분 또는 5분간의 심전도(ECG) 기록을 분석하여 측정해요. 이 분석에는 쿠비오스(Kubios), 바이오팩(Biopac) 등 다양한 소프트웨어가 사용됩니다.

HRV 분석 시에는 뇌의 자율 신경 회로 신호를 반영하는 동성 박동만을 고려하기 위해 이소성 박동은 보통 제거합니다. 하지만 최근 연구에 따르면, 불규칙한 동성 부정맥은 자율 신경 조절과는 별개로 HRV에 영향을 미칠 수 있으며, 이는 전통적인 HRV 분석에서 자율 신경 조절을 해석하는 데 혼란을 줄 수 있다고 해요. 따라서 이러한 불규칙한 리듬은 자율 신경 활동을 정확하게 해석하기 전에 제외되어야 한다고 합니다.

1.1.1. 시간 영역 및 주파수 영역에서의 전통적인 HRV 분석

HRV는 주로 선형적인 방법으로 분석되는데, 시간 영역에서는 R-R 간격(RR), 심박수(HR), 정상-정상(NN) 간격의 표준편차(SDNN), 연속적인 R-R 간격 차이의 제곱근(RMSSD), 연속적인 NN 간격 변화가 50ms를 초과하는 비율(pNN50) 등이 측정됩니다.

주파수 영역에서는 고주파(HF), 저주파(LF), 초저주파(VLF), 극저주파(ULF) 등으로 분석해요. 비선형 HRV 분석 방법도 있지만, 이 리뷰에서는 주로 다루지 않습니다.

• RMSSD와 HF는 주로 심장에 대한 미주 신경(부교감 신경)의 영향을 반영합니다. HF, RMSSD, pNN50 수치가 높을수록 미주 신경 기능이 활발하다는 것을 의미하고, 낮을수록 미주 신경 활동이 저하되었음을 시사해요.
• LF/HF 비율은 과거에 교감-부교감 신경 균형을 나타내는 지표로 사용되었지만, 최근 연구에서는 LF가 교감, 부교감 신경 활동 외에 다른 복합적인 요소를 반영하며 호흡과 심박수에 독립적으로 영향을 받는다는 이유로 정확한 지표가 아니라고 주장되고 있습니다. 따라서 이 리뷰에서는 LF/HF 비율의 교감-부교감 균형 해석은 더 이상 고려하지 않습니다.
• SDNN은 전체 심박 변이도를 나타내는 지표이며, 다른 HRV 측정치보다 교감 신경 활동의 영향을 더 많이 받습니다.
• VLF와 ULF는 주로 24시간 ECG에서 분석되며, 일주기 리듬, 체온, 신진대사, 수면 주기와 관련이 있다고 알려져 있지만, 이에 대한 연구는 아직 제한적입니다.

우리는 이 리뷰에서 "미주 신경 기능(vagal functioning)"이라는 용어를 사용하는데, 이는 지난 수십 년간 HRV의 추가적인 구성 요소들이 보고되었기 때문입니다. HRV는 또한 호흡 활동(호흡성 동성 부정맥, RSA)과 혈압 변동(마이어 파, 약 0.1Hz)을 반영하기도 합니다.

TABLE 1.

전통적인 HRV 시간 영역 및 주파수 영역 측정값과 심박수 단편화 측정값.

NN 간격: 인공물(artifact)이 제거된 박동 간 간격; RR 간격: 연속적인 모든 심장 박동 간 간격. ms: 밀리초; ms2: 제곱 밀리초; nu: 정상 단위; PIP: 변곡점 비율.

1.1.2. 심박수 단편화(HRF)

심박수 단편화(HRF)는 심박동 간 변동에 복잡한 요인들이 기여하면서, 전통적인 HRV 분석이 교감-부교감 신경 균형을 과도하게 해석할 수 있다는 주장이 제기되면서 중요하게 다뤄지고 있습니다. 특히, 비호흡성 동성 부정맥이나 불규칙한 동성 리듬은 자율 신경 조절과 무관하게 HRV에 영향을 미치며, 이는 전통적인 HRV 분석의 예후적 역할을 혼란스럽게 할 수 있어요.

코스타(Costa) 연구팀은 불규칙한 리듬과 자율 신경 조절을 구분하기 위해 심박수 단편화(HRF) 분석(예: 변곡점 비율, PIP)을 도입했습니다. HRF는 노화와 함께 증가하며, 관상동맥 질환이나 심혈관 질환 발생과 같은 심혈관 상태에서 전통적인 HRV 변화에 추가적이거나 독립적인 정보를 제공하는 것으로 나타났습니다. 2021년 코스타 연구팀은 수면 중 HRF 증가가 전반적인 인지 능력(CASI)과 처리 속도(DSC) 저하를 반영하고 예측한다고 보고하기도 했습니다.

이 리뷰에서는 주로 RR, HR, RMSSD, SDNN, HF, LF에 초점을 맞추지만, 향후 연구에서는 HRV에 대한 HRF와 자율 신경 기여의 역할을 명확히 하는 것이 중요할 것입니다.

1.1.3. HRV와 연령, 성별, 심박수

HRV 측정치는 연령과 성별에 따라 영향을 받습니다. 40세에서 100세 사이 참가자 1,743명을 대상으로 한 연구에 따르면, SDNN은 나이가 들수록 감소하고, RMSSD는 40세에서 60세까지 감소하다가 60~70세 이후에 증가하는 것으로 나타났어요. 여성은 남성보다 SDNN은 낮지만 RMSSD는 높았고, 당뇨병 환자는 남녀 모두 RMSSD와 SDNN이 낮았습니다.

또 다른 연구에서는 여성의 심박수와 HF(미주 신경 활동)가 남성보다 높았지만, 이는 나이가 들면서 점차 사라졌습니다. 특히, 60~70세 이후 RMSSD가 증가하는 것은 미주 신경 기능뿐만 아니라 불규칙한 리듬이나 심박수 단편화 증가를 반영할 수 있으므로, 고령 참가자를 포함하는 HRV 연구에서는 이러한 변화를 해석할 때 주의가 필요합니다. 따라서 성별과 연령 차이를 고려한 HRV 연구는 HRV 결과의 재현성과 신뢰성을 높이는 데 도움이 될 것입니다.

심박수(HR) 자체도 HRV에 영향을 미칠 수 있습니다. 36명의 젊은 건강한 자원봉사자를 대상으로 한 연구에서는 HRV가 호흡수보다 심박수에 더 많이 의존하며, 심박수 영향을 제거하면 HRV 반복성이 향상된다는 결과가 나왔습니다. 하지만 심박수 자체가 인지 저하의 위험 요인이 될 수 있다는 점을 고려할 때, HRV의 예측 가치는 심박수와 독립적일 수도, 의존적일 수도 있습니다. 따라서 HRV 분석에서 심박수 보정이 항상 사용되는 것은 아닙니다.

1.2. HRV와 뇌

최근 HRV와 인지 기능 간의 연관성에 대한 관심이 높아지고 있습니다. 이 보고서는 HRV와 인지 기능의 연결, 생리적 상태 및 신경학적 조건에서의 상호작용, 기저 메커니즘, 그리고 이러한 연결을 통해 전반적인 건강을 개선할 수 있는 잠재적인 방법에 대한 지식을 요약하는 것을 목표로 합니다.

FIGURE 2.

최근 몇 년간 HRV와 인지 기능에 대한 출판물 수가 증가하고 있습니다. 📈

2. 연구 방법

이 리뷰는 펍메드(PubMed)와 구글 스칼라(Google Scholar) 데이터베이스에서 HRV와 인지 기능 간의 연관성을 다루는 문헌을 검토했습니다. 검색 키워드로는 "심박 변이도", "인지", "치매", "알츠하이머병", "외상성 뇌 손상", "편두통", "COVID-19", "뇌졸중", "간질", "심리적 상태", "억제 제어"가 사용되었어요. 추가적으로 "불규칙한 리듬"과 "심박수 단편화"도 검색 키워드에 포함되었답니다. 리뷰 논문에서 인용된 관련 연구들도 검토하여 최종 참고문헌 목록을 작성했습니다.

이 리뷰는 HRV와 인지 기능의 연결이라는 특정 관점에서 심장-뇌 연결을 살펴보므로, 이 분야의 모든 관련 연구를 포함하지는 못했을 수 있습니다.

3. HRV 변화와 신경학적 상태

3.1. 생리적 조건

심박 변이도(HRV)는 일상생활에서 전반적인 건강과 관련된 의사 결정에 직간접적으로 영향을 미칩니다. 높은 HRV(높은 HF 또는 RMSSD 측정치)는 향상된 집행 기능, 더 나은 식단 결정, 소셜 미디어 사용 통제 능력, 부정적 회피 능력 등과 관련이 있습니다.

3.1.1. 집행 기능

HRV 측정치(LF, HF, LF/HF, RMSSD, SDNN)는 인지 기능 저하의 잠재적인 초기 지표가 될 수 있습니다. 젊은 건강한 참가자 79명을 대상으로 한 연구에서, 높은 안정 상태 HF는 높은 집행 기능과 관련이 있었어요. 흥미롭게도, 낮은 안정 상태 심박수는 처리 속도와 같은 하위 수준 과정을 통제했을 때 더 높은 집행 기능과 상관관계를 보였습니다.

또 다른 연구에서는 53명의 젊은 남성 선원들을 대상으로 한 결과, 높은 안정 상태 RMSSD(더 높은 미주 신경 기능)가 더 나은 작업 기억력과 주의력 (더 빠르고 정확한 반응 포함)과 관련이 있는 것으로 나타났습니다.

억제 제어(Inhibitory control)는 청각 자극에 대한 놀람 반응 등으로 측정됩니다. 한 연구에서는 92명의 대학생이 작업 기억 과제와 그림 보기 과제를 수행하는 동안 안정 상태 HRV를 측정했는데, 안정 상태 HF가 낮은 참가자들은 작업 기억 부하가 높을 때 더 큰 놀람 반응을 보였어요. 이는 전전두엽 피질이 높은 작업 기억 부하로 인해 과부하될 때 충분한 하향식 자원이 부족하여 발생할 수 있음을 시사합니다.

또한, 50명의 젊은 건강한 참가자를 대상으로 한 연구에서는 안정 상태 HRV와 억제 제어 사이에 긍정적인 연관성이 보고되었습니다. 높은 안정 상태 RMSSD는 성별, 체질량 지수, 충동성 등의 교란 변수를 조정한 후에도 더 나은 억제 제어를 예측했습니다. 브라질 공무원 8,114명의 대규모 표본을 대상으로 한 경로 모델링 연구에서는 HF 감소가 인슐린 저항성과 무증상 동맥경화증으로 인한 집행 기능 장애와 관련이 있다는 결과가 나왔습니다.

3.1.2. 의사 결정

51명의 젊은 남성 참가자를 대상으로 한 연구에서 안정 상태 HRV와 식단 의사 결정(건강한 영양분과 맛있는 유혹 사이의 선택) 간의 관계를 조사했어요. 그 결과, 높은 HRV를 가진 사람들은 군침 도는 음식의 유혹에 더 잘 저항했고, 기능적 자기공명영상(fMRI)으로 측정했을 때 복내측 전전두엽 피질 활동이 더 높게 나타나, HRV가 식단 자제력을 나타내는 강력한 생체 지표임을 뒷받침했습니다.

또 다른 의사 결정 사례는 소셜 미디어 과다 사용을 자제하는 것과 관련이 있습니다. 17세에서 53세 사이 참가자 112명을 대상으로 한 연구에서, 충동성이 높고 집행 기능 점수가 낮은 참가자들이 소셜 미디어 과다 사용으로 고통받는 경향이 있었습니다. 흥미롭게도, 높은 HRV는 충동성 감소와 관련이 있었어요. 따라서 높은 HRV는 직접적으로, 그리고 더 나은 집행 기능과 낮은 충동성을 통해 간접적으로 소셜 미디어 과다 사용의 유혹에 저항하는 데 도움을 줄 수 있습니다.

3.1.3. 감정 조절

의사 결정은 감정 조절에 의해 영향을 받습니다. 젊은 참가자 63명(평균 연령 19세)과 고령 참가자 62명(평균 연령 72세)을 대상으로 한 연구에서, 참가자들에게 다양한 감정을 표현하는 얼굴 이미지를 보여주면서 안정 상태 HRV와 시선 추적을 측정했습니다. 젊은 참가자들은 HRV 수준과 관계없이 행복하거나 화난 얼굴에 대한 선호도를 보이지 않았지만, 높은 HRV를 가진 고령 참가자들은 화난 얼굴을 더 피하는 경향을 보였습니다. 이는 부정적인 영향을 최소화하는 능력이 더 크고, 감정 조절 및 건강에 도움이 되는 긍정성 효과가 더 강하다는 것을 시사합니다.

21명의 고령자와 20명의 젊은 성인을 대상으로 fMRI와 HRV 방법을 사용한 또 다른 연구에서는, 높은 안정 상태 HRV(RMSSD)가 연령 그룹 전반에 걸쳐 편도체-내측 전전두엽 피질(mPFC) 간의 더 강한 연결성과 관련이 있음을 보여주었습니다. 하지만 편도체-복외측 전전두엽 피질 간의 연결성은 젊은 그룹에서만 더 강하게 나타났습니다. 이 연구는 높은 HRV가 연령 그룹 전반에 걸쳐 더 나은 감정 조절과 관련이 있으며, 노화 과정에서 일부 지역적 연관성에 변화가 있음을 나타냅니다.

세 가지 다른 연령 그룹의 건강한 참가자 388명을 포함한 연구에서는, 높은 RMSSD가 젊은 성인 그룹에서는 양측 복내측 전전두엽 피질의 더 높은 기능적 연결성과, 모든 연령에서 양측 후방 대상 피질의 더 높은 기능적 연결성과 관련이 있다고 제안했습니다. 이 연구는 노화에 따른 전전두엽 피질 기능적 가소성(plasticity)의 역할을 지지합니다.

따라서, 높은 HRV와 관련된 미주 신경 기능은 건강한 사람들에게 더 나은 집행 기능, 의사 결정 능력, 감정 조절을 제공하여 건강과 웰빙에 이롭습니다. 또한, 인지 기능(전전두엽 피질 연결성)은 노화에 따라 변화할 수 있지만, 감정 조절은 노화에 강합니다.

3.2. 병리학적 조건: 치매, 외상성 뇌 손상(TBI), 편두통, COVID-19, 뇌졸중, 간질 및 심리적 조건

여러 연구들은 HRV(ECG 분석)와 치매, 외상 및 COVID-19에서의 인지 기능 장애(EEG 분석 포함) 사이의 연관성을 보고했습니다.

3.2.1. 신경학적 조건

• 치매: 치매는 개인, 사회, 경제적 부담이 점점 커지고 있습니다. 알츠하이머병(AD)이 가장 흔하며, 혈관성 치매, 루이체 치매(DLB)가 그 뒤를 잇습니다. 명백한 증상이 나타나기 전 조기 예방을 위해서는 조기 발견과 감별 진단, 간단한 바이오마커 사용이 중요합니다. 2022년 임빔보(Imbimbo) 연구팀은 심혈관 위험이 있는 남녀 50명(51-77세)을 대상으로 24시간 ECG, 유럽 심장학회 심혈관 위험 평가(ESC SCORE) 및 인지 기능(MoCA)을 연구했습니다. 이 연구는 ULF HRV가 MoCA와 양의 상관관계를, ESC SCORE와 음의 상관관계를 보여, ULF HRV가 높을수록 인지 기능이 좋고 ESC SCORE가 낮다는 것을 의미했어요. 이는 자율 신경계의 조절 이상이 심혈관 위험과 인지 저하 발병에 중요한 역할을 한다는 생각을 뒷받침합니다. 경도 인지 장애(MCI) 환자를 대상으로 한 안정 상태 HRV 후향적 연구에서는, AD로 진행된 MCI 환자(MCI-AD)에 비해 DLB로 진행된 MCI 환자(MCI-DLB)가 HRV 수준(SDNN, RMSSD, LF, HF)이 낮았을 뿐만 아니라, 한국에서 흔히 사용되는 종합 신경심리 검사에서 시공간 및 전두엽 집행 기능도 낮게 나타났습니다. 또 다른 HRV 연구에서는 311명의 고령 여성 중 인지 장애(MMSE 24점 미만)가 낮은 HRV(HF)를 가진 참가자들에게서 더 심하게 나타났어요. 따라서 낮은 HRV는 인지 기능 저하와 관련이 있었습니다. 니콜리니(Nicolini) 연구팀은 건망성 MCI(aMCI), 비건망성 MCI(naMCI) 또는 인지적으로 정상인 대조군을 포함한 253명의 참가자를 대상으로 HRV를 연구했습니다. 전통적으로 aMCI는 AD 병리와, naMCI는 혈관성 치매와 같은 다른 치매와 관련이 있다고 여겨집니다. 세 그룹 중 aMCI 그룹은 자세 변화(앙와위에서 기립)에 따른 정규화된 저주파(nLF) 증가가 둔화되었는데, nLF 증가는 더 나은 일화 기억과 관련이 있었고 해마/섬엽 위축이 적었습니다. 이는 기억 처리와 관련된 자율 신경 조절 구조가 중첩되어 있음을 시사합니다. 반면, naMCI 참가자들은 대조군과 유사한 HRV 변화를 보였는데, LF 증가는 더 큰 뇌혈관 부담과 낮은 집행 기능과 관련이 있었습니다. 이 결과는 aMCI와 naMCI 사이에 다른 자율 신경 메커니즘이 있음을 시사합니다. 흥미로운 점은 HRV 변화가 작업 유형에 따라 달라진다는 것입니다. 예를 들어, MCI 또는 건강한 인지 능력을 가진 고령 참가자 80명을 대상으로 한 연구에서는, 자세 변화 시 MCI 참가자들이 nLF 증가와 nHF 감소가 더 작았는데, 이는 앙와위에서 기립으로 전환할 때 생리적 변화가 감소했음을 나타냅니다. 또한, 아레차발라(Arechavala) 연구팀은 인지적으로 건강한 고령 참가자들을 대상으로 안정 상태 또는 컴퓨터 기반 작업 전환 과제 동안 5분 ECG를 기록했습니다. 이 연구에서는 병리학적 아밀로이드/타우 수치를 가진 그룹에서 휴식에서 작업으로 전환할 때 HRV(RR 및 LF)가 감소했는데, 이는 작업 전환 과제에 대한 과도한 교감-부교감 반응을 나타냅니다. 이 연구들은 초기 AD 위험이 있는 사람들은 신체 자세 변화에 대한 자율 신경 변화가 감소했지만, 정신적 과제에 대해서는 더 큰 반응을 보인다는 것을 시사합니다.

• 경미한 외상성 뇌 손상(mTBI) 또는 뇌진탕: 뇌진탕이나 mTBI를 겪은 젊은 운동선수 31명을 대상으로 한 연구에 따르면, HRV(pNN50)는 급성기(부상 후 3일)에만 감소했으며, 부상 후 약 3주 후에 회복되었습니다. 급성기의 높은 중대뇌동맥 혈류 속도는 3주 및 3개월 후의 더 높은 HRV(pNN50) 및 더 나은 인지 점수와 관련이 있었는데, 이는 급성기 섬엽 관류가 미래 회복의 잠재적인 예측 인자가 될 수 있음을 시사합니다.

• 편두통: 편두통은 자율 신경 기능 장애와 관련이 있는 것으로 나타났습니다. 삽화성 편두통 환자 18명과 대조군 18명을 대상으로 한 연구에서, 편두통 환자들은 발작기 동안 대조군보다 낮은 SDNN과 LF를 보였습니다. 낮은 HRV는 부교감 신경 기능 장애를 시사하며, 통증 강도 시각 아날로그 척도와 음의 상관관계를 보였습니다. 이는 낮은 HRV가 더 큰 통증 강도와 관련이 있음을 의미합니다. 마테이(Matei) 연구팀은 편두통 환자 27명과 건강한 대조군 10명의 24시간 ECG HRV를 분석하여, 편두통 환자(특히 밤에 전조가 있는 환자)에서 SDNN, RMSSD, HF 감소와 같은 일관된 자율 신경 불균형을 관찰했습니다. 이는 부교감 신경 기능 저하와 교감 신경 우세를 지지합니다. 악터(Akter)와 페르두시(Ferdousi) 연구팀도 새로 진단된 편두통 환자 60명과 건강한 대조군 30명을 대상으로 5분 안정 ECG를 연구하여, 편두통 그룹에서 SDNN과 RMSSD 감소, 평균 심박수 증가를 관찰했습니다.

• COVID-19 팬데믹: 최근 전 세계적인 보건 문제였던 COVID-19는 인지 기능에도 영향을 미쳤습니다. 421명의 참가자가 완료한 온라인 설문지와 인지 테스트 결과에 따르면, 기억력 결핍은 피로 또는 복합 증상과 관련이 있었습니다. 271명의 입원 환자를 대상으로 한 후향적 연구에서는, 70세 이상 COVID-19 환자에서 높은 안정 상태 HRV(SDNN)가 생존율을 예측했습니다. 몰(Mol) 연구팀은 HRV가 낮을 때 나이에 따라 COVID-19 생존율이 예측되었음을 확인하며, COVID-19에서 미주 신경 활동의 보호적 역할을 지지했습니다. 또한, 17명의 환자를 대상으로 일주일간 매일 5~7분 ECG 기록을 분석한 연구에서, C-반응성 단백질(CRP)이 50% 이상 급증한 12명의 환자 중 10명이 72시간 이내에 HRV(SDNN)가 40% 이상 감소하는 것을 보였습니다. 이는 HRV 감소가 COVID-19의 급성 염증을 예측한다는 것을 시사합니다. COVID-19 감염 이력이 있는 참가자 50명과 건강한 대조군 50명을 대상으로 한 또 다른 연구에서는, COVID-19 이후 시간 영역(SDNN, RMSSD)과 주파수 영역(LF, HF)에서 HRV 감소가 나타나, HRV 이상을 나타냈습니다. 이 연구들은 HRV가 COVID-19 환자의 자율 신경 기능 장애를 모니터링하는 데 유용한 도구가 될 수 있음을 시사하지만, 더 큰 표본 크기의 확인이 필요합니다.

• 뇌졸중: HRV는 뇌졸중 예측에 도움이 될 수 있습니다. 코펜하겐 홀터 연구의 일부에서 55세에서 75세 사이 건강한 참가자 678명으로부터 48시간 이동식 ECG 및 HRV를 수집한 결과, 낮은 야간 SDNN이 뇌졸중 위험 요인을 조정한 후에도 뇌졸중 발생을 강력하게 예측했습니다. 또 다른 연구에서는 일과성 허혈 발작(TIA) 및 경미한 뇌졸중을 겪은 5,308명의 환자를 대상으로 기본 HRV를 조사하고, 사건 발생 90일 후 기능적 예후와 뇌졸중 재발을 추적 관찰했습니다. 결과는 높은 SDNN이 신경학적 장애 감소 및 뇌졸중 사건 감소를 예측한다는 것을 시사합니다. 심혈관 건강 연구(CHS)의 뇌졸중이 없는 참가자 884명을 대상으로 한 연구에서는, 24시간 ECG에서 파생된 HRV 측정치인 CV%(각 5분 NN 간격의 변동 계수)와 SLOPE(멱법칙 기울기)가 뇌졸중 예측을 크게 개선했다고 보고했습니다. 따라서 HRV는 뇌졸중 발견 및 예후에 유용합니다.

• 간질: 간질은 HRV와 관련하여 30년 이상 연구되어 왔습니다. 환자의 발작 간 HRV는 교감 신경 우세 쪽으로의 자율 신경 균형 변화를 시사하며, 이는 추가적인 교감 신경 과활성으로 이어지는 경향이 있습니다. 간질 환자 11명을 대상으로 한 연구에서, 발작 발생 10~5분 전과 2시간 전 5분 ECG 기록의 HRV를 비교했습니다. 결과는 발작 발생 5~10분 전 평균 HR, LF/HF, SD2/SD1(심박수 신호의 표준 편차, SD1은 급격한 변화를, SD2는 장기적인 변화를 나타내는 Poincaré 플롯의 비선형 분석)이 증가했음을 보여줍니다. 이러한 HRV 특징은 발작 예측에 도움이 되는 임계값을 정의하는 데 잠재적으로 사용될 수 있습니다. 238건의 측두엽 간질 발작을 겪은 환자 41명을 대상으로 한 최근 연구에서도, RR 및 pNN50 감소를 포함한 HRV 특징이 환자의 90%와 발작의 41%에서 발작 전 상태를 식별하는 데 도움이 되었다고 보고되었습니다.

3.2.2. 심리적 조건

• 불안 장애: 불안 장애는 심혈관 질환 위험 증가와 관련이 있습니다. 불안 장애 환자 2,086명과 정신과 진단이 없는 대조군 2,294명을 대상으로 한 메타 분석 연구에 따르면, 낮은 HF와 시간 영역 측정치는 불안 장애와 관련이 있었습니다. 이 결과는 미주 신경 활동 감소가 불안 장애에서 심혈관 위험 증가의 기저 원인일 수 있음을 시사합니다.
• 스트레스 조건: HRV와 스트레스에 대한 37개 문헌의 메타 분석은 스트레스와 관련된 일관된 낮은 미주 신경 활동 (HF 감소 및 LF 증가)을 시사했습니다.
• 정신분열증: 젊은 사람들에게 특히 영향을 미치는 정신분열증은 선진 문명의 의료 시스템에 매우 중요한 역학적 중요성을 가집니다. 슐츠(Schulz) 연구팀은 정신분열증 환자 23명, 1차 친척 20명, 건강한 대조군 23명을 대상으로 휴식 상태(NN 간격, 심박수 및 호흡 빈도)에서 30분 동안 심호흡 네트워크 연결을 연구했습니다. 결과는 대조군에 비해 정신분열증 환자의 호흡이 심박수에 더 약한 영향을 미 미치고, 심박수는 호흡에 더 강한 영향을 미친다는 것을 시사했습니다. 그들의 1차 친척들은 더 강한 심박수 영향을 보였습니다. 이 결과는 심호흡 연결의 유전적 구성 요소를 밝혀냈습니다. 같은 연구팀은 정신분열증 환자 17명과 대조군 17명을 대상으로 중추(전두엽 EEG 전력), 혈관(수축기 혈압 진폭), 호흡(빈도) 및 심장(심박수) 활동 간의 중추 자율 신경 네트워크(CAN)를 연구했습니다. 결과는 정신분열증 환자가 대조군에 비해 중추 활동에 대한 더 강한 선형 호흡 및 심장 영향과 혈관 활동에 대한 더 강한 선형 중추 영향을 보였다는 것을 시사합니다. 따라서 HRV는 불안, 스트레스, 정신분열증을 포함한 심리적 고통의 잠재적인 객관적 측정치가 될 수 있습니다.

HRV는 다양한 신경학적 조건에서 연구되었습니다. HRV 분석은 인지 저하, 편두통, 간질, 뇌졸중의 증상이나 결과를 예측하고, 불안, 우울증, 정신분열증과 같은 정신 병리를 식별하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이러한 변화는 병리와 증상을 연결하여 HRV가 기존의 전임상 및 임상 연구에서 진단 및 치료 보조제를 잠재적으로 허용합니다.

요약하자면, 높은 HRV와 그와 관련된 미주 신경 기능은 건강한 개인에게 더 나은 집행 기능, 감정 조절 및 의사 결정 능력을 반영합니다. 병리학적 조건에서는 HRV가 신경학적 질환에서 관찰되는 자율 신경 기능 장애와 관련이 있었습니다. 심장-뇌 상호작용에 대한 우리의 이해를 개선하기 위한 노력이 필요합니다.

FIGURE 3.

HRV와 뇌 인지 기능은 양방향 연결을 가지고 있어요. 낮은 HRV(하향식 억제 제어 감소로 인한)는 집행 기능, 의사 결정, 감정 조절 감소와 연결되며, 병리학적 조건(치매, 경미한 외상성 뇌 손상, 편두통 등)에서 나타납니다. HRV를 증가시키는 접근법은 또한 뇌 활동(예: 8-12Hz 범위의 알파 주파수 진동)과 하향식 제어를 개선하며, 그 반대도 마찬가지입니다.

4. 최신 정보 및 한계점

이 주제에는 몇 가지 한계점과 최신 정보가 있습니다.

1. 선형 HRV 분석에 대한 초점: 이 리뷰는 HRV의 선형 분석에 초점을 맞추었으며, 비선형 HRV 분석은 포함하지 않았습니다.
2. 심박수 단편화(HRF)의 역할: 많은 연구가 자율 신경 조절을 나타내는 전통적인 HRV 분석에 초점을 맞추었지만, 최근 연구들은 더 불규칙한 동성 리듬(erratic rhythm)이 노인들에게서 자율 신경 조절 외에도 HRV 증가에 기여할 수 있음을 보여주었습니다. 심박수 단편화의 기저 메커니즘은 제한적이며, 세포, 세포내, 세포외 메커니즘 및 잠재적인 동방결절 세포의 비동기화를 포함할 수 있습니다. 따라서 심박수 단편화는 HRV가 신경-자율 신경 조절로 해석될 수 있는 복잡성을 더하며, HRV가 우리에게 알려줄 수 있는 것에 대한 제한된 관점과도 일치합니다. 이에 대한 추가 연구가 필요할 것입니다.
3. 다양한 HRV 측정 환경: 우리는 실험실 환경에서의 단기 HRV 측정(대부분의 연구)과 실제 환경에서의 장기 HRV 측정 연구를 모두 검토했습니다.
   • 실험실 환경: 통제된 환경에서 고품질 신호와 자극에 대한 개인의 반응을 제공합니다.
   • 실제 환경: 실제 생활에서 자극을 처리하는 장점이 있지만, 신체 활동으로 인한 신호 품질 저하와 통제 불가능한 순간적인 조건이라는 과제가 있습니다. 이러한 과제를 극복하기 위해 노이즈 감소를 위한 추가 알고리즘, 인공지능, 적절한 기준 상태 사용 등 다양한 접근 방식이 사용되고 있습니다. 예를 들어, 동일한 개인에 대해 다른 시간이나 조건에서 데이터를 수집하여 자체 제어 데이터를 허용하는 신중하게 설계된 실험이 필요합니다.
   • 웨어러블 센서: 최근에는 웨어러블 센서를 활용한 실제 HRV 연구가 주목받고 있으며, 스트레스 또는 이완 상태 및 기립성 도전의 객관적인 측정에 활용될 수 있음을 보여주었습니다. 가상 환경 시뮬레이션 중 HRV 연구는 스트레스에 취약한 개인을 감지할 수 있음이 나타났습니다.
4. 실제 환경 HRV 해석의 주의점: 실제 환경이나 자유 활동 조건에서 측정된 HRV는 신중하게 해석해야 합니다. 측정 당시의 정보가 종종 불충분하고, HRV 분석이 자율 신경 기능의 특성을 반영하는지, 아니면 행동이나 정신-신체 활동의 특성을 간접적으로 반영하는지 알기 어렵기 때문입니다. 예를 들어, 자유 활동 중 낮은 LF/HF는 기대 수명 단축과 관련이 있지만, 낮 동안 앙와위 자세에서 더 많은 시간을 보내는 경우 평균 LF/HF가 낮을 수 있으며, 이는 낮은 교감 신경 활동(낮은 스트레스 또는 더 나은 심장 기능)과 관련이 없습니다.

5. 결론

우리 몸의 심장과 뇌는 서로에게 영향을 주고받는 아주 중요한 관계를 맺고 있습니다. 이 둘은 내부 및 외부 신호에 대한 적절한 반응에 모두 관여하며, 서로를 지지하고 조절하면서 우리의 건강과 웰빙을 유지하도록 돕습니다. 하지만 이러한 조절에 문제가 생기면(예: 미주 신경 기능 저하 또는 HRF 증가), 인지 기능 장애나 다른 신경학적 질환과 연관될 수 있어요. 😥 앞으로 심장과 뇌 사이의 흥미로운 상호작용에 대한 우리의 이해를 더욱 깊게 하는 노력이 계속되어야 할 것입니다.