뇌병변 장애인의 열 노출과 심박변이도 : 웨어러블 기기를 활용한 코호트 연구 = Heat Exposure and Heart Rate Variability in People with Brain Lesions : A Cohort Study Using Wearable Devices

국문 초록 (Abstract)

기후 변화로 인한 폭염의 빈도와 강도가 증가하면서, 고기온 노출의 건강 영향은 주요 공중보건 문제로 나타나고 있다. 그러나 기존 연구는 일 단위 기온자료와 집단(지역) 수준의 건강지표에 의존함에 따라, 개인 수준의 실제 노출과 단기 생리 반응을 정밀하게 포착하지 못하는 한계를 지닌다. 뇌병변 장애인은 체온조절 기능 저하와 자율신경계 불균형으로 폭염에 더욱 취약할 것으로 예상되지만, 이에 대한 근거는 부족하다.
본 연구는 이러한 구조적 공백을 보완하기 위해, 위성 기반 고해상도 기온자료와 웨어러블 생체신호를 통합하여 뇌병변 장애인의 단기 열 노출과 심혈관계(자율신경) 반응 관계를 정량화하였다. 2025년 7~8월 부산 지역 뇌병변장애인 40명을 대상으로 전향적 코호트를 구축하였고, GK-2A 위성의 10분 간격 근지표면(1013.29 hPa) 기온을 참여자의 GPS 위치와 매칭하여 시·공간 정합된 패널 데이터를 구성하였다. 손목형 PPG 웨어러블 기기를 통해 심박수(Heart Rate, HR)와 심박변이도(Heart Rate Variability, HRV: RMSSD, SDNN, pNN50)를 연속 측정하였으며, 시간대와 활동 수준을 보정한 후 case-time-series(CTS) 디자인 및 분산형 지연 비선형모형(DLNM)을 적용하였다.
고기온에 노출될수록 HRV는 전반적으로 감소하고 HR은 증가하는 경향을 보였다. 특히 10분 단위 분석에서 RMSSD는 25백분위수(25.64 °C) 대비 97.5백분위수(30.23 °C)에서 유의한 감소(−1.42 ms; 95% CI: −2.74, −0.10)를 보였다. 이 결과는 단기 고기온 노출이 부교감신경 억제(parasympathetic withdrawal)와 관련된 생리적 스트레스 반응을 유발할 수 있음을 시사한다.
결론적으로, 본 연구는 장애인이라는 고위험군에서 고해상도 환경자료와 실시간 웨어러블 생체신호를 통합한 정밀 노출평가를 수행한 코호트연구로서, 향후 폭염 대비 맞춤형 경보 및 보호 전략 수립에 기초자료로 활용될 수 있을 것이다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

As the frequency and intensity of heatwaves increase due to climate change, the health effects of high-temperature exposure have emerged as a major public health issue. However, existing research relies on daily temperature data and population-level health indicators, which limits its ability to precisely capture individual-level actual exposure and short-term physiological responses. In particular, individuals with brain lesions are expected to be more vulnerable to heatwaves due to impaired thermoregulation and autonomic imbalance, but there is a significant lack of evidence.
To address this structural gap, this study quantified the relationship between short-term heat exposure and cardiovascular (autonomic) responses in individuals with brain lesions by integrating satellite-based high-resolution temperature data with wearable biosignals. A prospective cohort of 40 individuals with brain lesions was established in Busan from July to August 2025. A spatio-temporally matched panel dataset was constructed by matching 10-minute interval near-surface (1013.29 hPa) temperatures from the GK-2A satellite with participants' GPS locations. Heart Rate (HR) and Heart Rate Variability (HRV: RMSSD, SDNN, pNN50) were continuously measured using a wrist-worn PPG wearable device. A case-time-series (CTS) design and a Distributed Lag Non-linear Model (DLNM) were applied after adjusting for time of day and activity level.
Exposure to higher temperatures showed a general trend of decreased HRV and increased HR. Specifically, in the 10-minute analysis, RMSSD showed a significant decrease (−1.42 ms; 95% CI: −2.74, −0.10) at the 97.5th percentile of temperature (30.23 °C) compared to the 25th percentile (25.64 °C). This result suggests that short-term heat exposure can induce a physiological stress response associated with parasympathetic withdrawal.
In conclusion, this cohort study performed a precision exposure assessment in a high-risk group—individuals with disabilities—by integrating high-resolution environmental data with real-time wearable biosignals. Its findings can be utilized as foundational data for establishing customized warning and protection strategies for future heatwaves.

목차 (Table of Contents)

• 1. 서론 6
• 2. 연구자료 및 방법 7
• 2.1. 연구 대상자 7
• 2.2. 연구자료 8
• 2.2.1. 웨어러블 기기를 이용한 생체신호 측정 8
• 2.2.2. 정지궤도 위성을 이용한 기온 데이터 측정 9
• 2.3. 데이터 처리 및 시공간 매핑 9
• 2.4. 통계적 분석방법 9
• 2.5. 민감도 분석(Sensitivity Analysis) 10
• 3. 연구결과 11
• 3.1. 연구 대상자의 특성 11
• 3.2. 기술 분석 13
• 3.2.1. 기온 자료 13
• 3.2.2. 생체신호 자료 14
• 3.3. 고기온 노출에 따른 심박수 및 심박변이도 변화 16
• 3.3.1. 주요 분석 (10분 단위 분석) 16
• 3.3.2. 민감도 분석 (1시간 단위 분석) 18
• 4. 고찰 및 결론 21
• 5. 참고문헌 (References) 23
• 6. 부록 26