Respiratory frequency does not track perceived fatigue independently of time-on-task during a half-marathon: a wearable-sensor field study
레크리에이션 하프 마라톤 주자들을 대상으로 웨어러블 센서를 활용한 이 현장 연구는 호흡 빈도가 인지된 피로도와 상관관계가 있으나, 이 관계가 수행 시간으로부터 독립적이지 않음을 밝혀냈으며, 이는 향후 연구가 호흡 패턴을 피로 지표로서 정확하게 평가하기 위해 피로와 경과 시간을 분리해야 함을 시사한다.
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인간이 달릴 때, 신체는 강렬하고 조화로운 활동 상태에 진입한다. 심장은 더 빠르게 펌프질하고, 근육은 더 많은 에너지를 소비하며, 산소를 공급하기 위해 호흡은 더 깊고 빨라진다. 수십 년 동안 과학자들은 사람이 지칠수록 호흡 방식이 변한다는 사실을 알고 있었다. 러너가 더 이상 계속할 수 없을 때까지 속도를 높이는 실험실 환경에서, 호흡률은 러너가 느끼는 운동 강도와 맞물려 상승한다. 이는 흔히 하는 가정으로 이어졌다. 즉, 만약 러ers의 호흡을 실시간으로 측정할 수 있다면, 얼마나 오래 달렸는지와 상관없이 그들이 느끼는 피로도를 즉각적으로 알 수 있을 것이라는 가정이다. 호흡 자체가 마음이 인지하는 노력의 직접적인 창구라는 생각이다.
하지만 현실 세계는 실험실만큼 통제되어 있지 않다. 장거리 경주에서 러너는 단순히 강도가 높아져서 지치는 것이 아니라, 단지 시간이 흐름에 따라 지치게 된다. 몇 분씩 시간이 흐를수록 신체에는 스트레스가 축적되고, 피로감은 커진다. 이는 연구자들에게 혼란스러운 상황을 만든다. 호흡이 빨라지고 피로감이 심해지는 것이 동시에 일어날 때, 호흡이 빨라지는 것이 러너가 피로를 느끼기 때문인가, 아니면 두 현상 모두 경주가 오랫동안 지속되었기 때문에 발생하는 것인가? 리듬을 방해하지 않고 긴 거리 동안 자연스럽게 호흡하는 모습을 관찰할 방법 없이는 이 둘을 구별하는 것이 어려웠다.
한 연구팀은 하프 마라톤을 달리는 일반인 러너들을 관찰함으로써 이 수수께감을 해결하고자 했다. 그들은 흉곽의 확장과 복부의 움직임을 추적하여 마스크나 튜브 없이도 모든 호흡을 측정할 수 있는 센서가 부착된 특수 셔츠를 12명의 남성에게 착용시켰다. 러너들이 21.1km 코스를 완주하는 동안, 그들은 5분마다 스마트폰 앱을 통해 현재의 피로도를 1부터 10까지 점수로 말하도록 요청받았다. 목표는 기록된 셔츠의 호흡 패턴이 단순히 경주 시작 후 경과된 시간을 아는 것보다 러너의 피로도를 더 잘 예측할 수 있는지 확인하는 것이었다.
결과는 지구력 러닝에 대한 명확하면서도 놀라운 진실을 드러냈다. 데이터에 따르면 경주가 진행됨에 따라 호흡 빈도는 실제로 증가했으며, 피로도 점수 또한 꾸준히 상승했다. 언뜻 보기에 이 둘은 밀접하게 연결된 것처럼 보였다. 연구진은 호흡 속도와 러너가 말하는 피로도 사이에 강한 통계적 연관성을 발견했다. 그러나 연구팀이 단순히 시간이 흐른다는 사실을 고려하자, 이 연결 고리는 사라졌다. 호흡의 증가는 러너의 내부적인 탈진 상태를 나타내는 독립적인 신호가 아니라, 오히려 노력의 지속 시간에 따른 자연스러운 결과였다. 연구진이 '과업 수행 시간(time-on-task)'을 조정하자, 호흡률은 특정 러너가 느끼는 피로에 대해 추가적인 정보를 제공하지 못했다. 한 시간 동안 달려온 러너는 막 시작한 러너보다 더 빠르게 호흡하고 더 피로를 느꼈지만, 호흡률 자체가 시계가 이미 밝혀낸 피로에 대해 새로운 것을 알려주지는 않았다.
연구는 또한 흉곽과 복부가 함께 움직이는 방식이나 러너가 자신의 발걸음을 호흡과 동기화하는지 등 호흡의 다른 측면들도 살펴보았다. 러너들은 발걸음과 호흡을 연결하려는 경향을 보였는데, 종종 한 번의 호흡에 네 걸음을 내디뎠으며, 이러한 패턴은 경주가 진행됨에 따라 더 흔해졌다. 또한 그들은 경주가 진행됨에 따라 복부보다는 흉곽에 더 의존하며 호흡 메커니즘을 변화시켰다. 그러나 호흡 속도와 마찬가지로, 이러한 변화들 역시 그 자체로는 피로도를 나타내는 신뢰할 만한 지표가 되지 못했다. 데이터는 서로 다른 러너들이 매우 다르게 반응한다는 것을 보여주었다. 어떤 이들은 지칠 때 명확한 호흡 패턴의 변화를 보였지만, 어떤 이들은 그렇지 않았다. 이러한 개인차 가 매우 컸기 때문에, 호흡 패턴은 속도계가 속도를 측정하는 것처럼 피로도를 측정하는 보편적인 척도로 사용될 수 없었다.
연구진은 하프 마라톤과 같이 지속적이고 스스로 속도를 조절하는 경주에서는 피로감과 호흡 속도가 모두 동일한 근본 요인, 즉 시간의 흐로에 의해 결정된다고 결론지었다. 이것이 호흡이 중요하지 않다는 의미는 아니지만, 이 특정한 맥락에서는 시계와 독립적으로 피로도를 추적하는 데 사용할 수 없음을 의미한다. 이 연구는 호흡과 러너가 느끼는 운동 강도 사이의 연결 고리를 진정으로 이해하기 위해서는, 노력의 지속 시간과 강도를 분리한 실험을 설계해야 한다고 제안한다. 그때까지, 경주 중인 러너에게 자신이 얼마나 오랫동안 자신을 몰아붙였는지를 보여주는 가장 정확한 지표는 호흡의 리듬이 아니라 손목시계에 표시된 시간이다.
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