땀 코르티솔과 HRV를 동시에 측정하는 스마트워치가 가능할까?

기본 정보

제목: Integrated Mental Stress Smartwatch Based on Sweat Cortisol and HRV Sensors
저자: (Biosensors and Bioelectronics 게재 저자)
저널: Biosensors and Bioelectronics
출판연도: 2024
DOI: 10.1016/S0956-5663(24)00697-3
PMID: -
근거 수준: 탐색적 분석 (프로토타입 검증)

이 연구는 땀 코르티솔 전기화학 센서와 광학 HRV 센서를 스마트워치 폼팩터에 통합하여 실시간으로 코르티솔과 HRV를 동시에 장기간 기록하는 프로토타입을 개발했다. 단기 스트레스 환경에서 땀 코르티솔과 HRV 간의 음의 상관관계를 실시간으로 확인했다. 간접 추정이 아닌 직접적 비침습 코르티솔 측정과 HRV 동시 모니터링을 웨어러블 폼팩터에서 최초로 구현한 혁신적 연구이다.

1. 이 연구는 왜 필요했을까

현재 웨어러블 기반 스트레스 모니터링은 모두 간접 추정 방식이다. HRV, EDA, 피부 온도 등의 생리 신호에서 스트레스 수준을 추론하지만, 실제 코르티솔 농도를 직접 측정하지는 않는다. 이 간접 추정은 코르티솔과 HRV 사이의 시간적 지연, 개인 차이, 다른 교란 요인 때문에 정확도가 제한적이다.

땀에는 혈중 코르티솔의 일부가 확산되어 존재하며, 이를 전기화학적으로 측정할 수 있다면 직접적인 비침습 코르티솔 모니터링이 가능해진다. 이 연구는 땀 코르티솔 센서와 HRV 센서를 하나의 스마트워치에 통합하여, 두 바이오마커를 동시에 실시간으로 관찰하는 것을 목표로 했다.

2. 어떻게 연구했을까

연구진은 땀 코르티솔을 측정하는 전기화학 센서와 광학 기반 HRV 센서를 스마트워치 크기의 단일 디바이스에 통합했다. 전기화학 센서는 땀에 존재하는 코르티솔 분자와 선택적으로 반응하여 전기 신호로 변환하는 원리를 사용한다.

이 프로토타입을 참가자에게 착용하게 한 후, 통제된 단기 스트레스 환경(mental stress test)을 조성하여 스트레스 반응 중 코르티솔과 HRV의 동시 변화를 실시간으로 기록했다. 스트레스 유발 전후의 두 바이오마커 변화를 비교 분석했다.

3. 무엇을 발견했을까

단기 스트레스 환경에서 땀 코르티솔과 HRV 지수 간 음의 상관관계가 실시간으로 확인되었다. 스트레스가 증가하면 코르티솔은 상승하고 HRV는 감소하는 패턴이 동시에 관찰되었다.

이 결과는 기존 문헌에서 알려진 코르티솔-HRV 관계를 실시간 웨어러블 측정으로 직접 확인한 것이다. 프로토타입이 실시간 동시 측정이 가능한 수준의 성능을 보여준 것은 기술적으로 중요한 성과이다.

다만 이는 통제된 실험 환경에서의 단기 시연이며, 일상 환경에서의 장기 안정성, 센서 수명, 발한량에 따른 정확도 변화 등은 아직 확인되지 않았다.

4. 우리 서비스에 어떻게 쓸까

제품 기능

현재로서는 이 기술을 직접 앱에 적용하기는 어렵지만, 향후 땀 코르티솔 센서가 상용 스마트워치에 탑재되면 FastingWorks 앱에서 단식 중 코르티솔 변화를 직접 추적하는 기능을 구현할 수 있다. 당장은 HRV 기반 간접 추정을 사용하되, 향후 직접 측정으로 전환하는 로드맵을 수립할 수 있다.

콘텐츠 활용

"스마트워치로 스트레스 호르몬을 직접 측정하는 시대가 온다"
"땀 속 코르티솔과 심장 리듬의 실시간 상관관계"

적용 시 주의사항

프로토타입 수준의 기술이므로 상용화까지 수년이 소요될 수 있다. 현재 앱에서 "코르티솔을 측정한다"는 표현은 부적절하며, HRV 기반 간접 추정을 사용하고 있음을 명확히 해야 한다.

5. 한계점

프로토타입 시연 단계로, 센서의 장기 안정성, 정확도, 발한량 의존성 등 상용화를 위한 핵심 과제가 해결되지 않았다. 특히 안정 상태에서는 발한량이 적어 충분한 코르티솔 신호를 얻기 어려울 수 있으며, 운동 중 과도한 발한은 센서를 포화시킬 수 있다.

땀 코르티솔과 혈중 코르티솔 간의 정량적 상관관계도 아직 완전히 확립되지 않았다. 앱에서 이 기술을 기대하는 콘텐츠를 작성할 때는 기술 성숙도를 정확히 전달하고, 과도한 기대를 심어주지 않도록 주의해야 한다.

마무리

이 연구는 땀 코르티솔 센서와 HRV 센서를 스마트워치에 통합하여 직접적 비침습 코르티솔 모니터링의 가능성을 세계 최초로 시연했다. 상용화까지는 더 많은 기술적 과제가 남아 있지만, 웨어러블 기반 스트레스 모니터링의 궁극적 방향을 보여주는 중요한 이정표이다.