웨어러블 일주기 리듬 바이오마커로 대사증후군을 감지할 수 있을까?

기본 정보

제목: Detection and Analysis of Circadian Biomarkers for Metabolic Syndrome Using Wearable Data: Cross-Sectional Study
저자: Kim et al.
저널: JMIR Medical Informatics
출판연도: 2025
DOI: 10.2196/69328
PMID: -
근거 수준: 횡단 연구

이 연구는 웨어러블의 걸음 수와 심박수 데이터에서 추출한 일주기 리듬 바이오마커가 대사증후군 식별에 활용될 수 있음을 입증했다. 설명 가능 AI(XAI)를 활용하여 CCE(일주기 리듬 추정량)와 심박수 상대 진폭이 핵심 바이오마커로 식별되었다. 갑상선 호르몬이 심박수와 체온의 일주기 리듬을 조절하므로, 이 접근법은 갑상선 이상 감지에도 간접적으로 적용 가능한 잠재력이 있다.

1. 이 연구는 왜 필요했을까

인체의 거의 모든 생리 과정은 일주기 리듬(circadian rhythm)의 영향을 받는다. 심박수, 체온, 호르몬 분비, 활동 패턴 등은 24시간 주기로 규칙적으로 변동하며, 이 리듬의 교란은 대사증후군, 당뇨, 비만 등과 연관된다.

갑상선 호르몬은 심박수와 체온의 일주기 리듬을 직접적으로 조절하는 핵심 호르몬이다. 따라서 일주기 리듬의 이상이 감지된다면 갑상선 기능 이상의 간접적 지표가 될 수 있다. 이 연구는 웨어러블에서 추출 가능한 일주기 바이오마커의 임상적 유용성을 검증하고자 했다.

2. 어떻게 연구했을까

참가자들에게 웨어러블 디바이스를 착용하게 하여 걸음 수와 심박수 시계열 데이터를 수집했다. 이 데이터에서 코사인 함수 피팅(cosinor analysis) 등의 방법으로 일주기 리듬 바이오마커를 추출했다. 추출된 바이오마커에는 진폭(amplitude), 중간값(MESOR), 피크 시간(acrophase), 일주기 추정량(CCE) 등이 포함되었다.

ML 모델을 훈련하여 일주기 바이오마커로 대사증후군 유무를 분류한 후, 설명 가능 AI(XAI) 기법을 적용하여 어떤 바이오마커가 분류에 가장 큰 기여를 하는지 해석했다.

3. 무엇을 발견했을까

CCE(일주기 리듬 추정량)와 심박수의 상대 진폭이 대사증후군의 핵심 일주기 바이오마커로 식별되었다.

심박수의 상대 진폭이 핵심 바이오마커로 떠오른 것은 의미심장하다. 심박수 진폭이 클수록 낮과 밤의 심박수 차이가 크다는 뜻이며, 이는 건강한 자율신경 조절을 반영한다. 진폭이 줄어든다면 자율신경 기능의 둔화를 의미할 수 있다.

갑상선 호르몬은 심박수의 일주기 변동에 직접적으로 관여하므로, 갑상선 기능 이상이 있으면 심박수의 일주기 패턴이 변할 수 있다. 이 연구가 직접 갑상선을 다루지는 않았지만, 발견된 바이오마커는 갑상선 이상 감지에도 적용 가능한 이론적 근거를 제공한다.

4. 우리 서비스에 어떻게 쓸까

제품 기능

FastingWorks 앱에서 Apple Watch 심박수의 24시간 패턴을 분석하여 일주기 리듬 바이오마커(진폭, 피크 시간 등)를 산출하는 기능을 구현할 수 있다. 단식이 일주기 리듬에 미치는 영향을 추적하면, 단식의 대사적 효과에 대한 새로운 차원의 인사이트를 제공할 수 있다.

콘텐츠 활용

"심장 리듬의 24시간 패턴이 대사 건강에 대해 말하는 것"
"일주기 리듬이 무너지면 대사 건강도 위험해진다?"
"단식이 일주기 리듬을 개선하는 메커니즘"

적용 시 주의사항

이 연구는 대사증후군을 대상으로 했으며, 갑상선 기능과의 직접적 연관은 검증하지 않았다. 앱에서 갑상선 관련 주장을 하기 위해서는 추가적인 직접 연구가 필요하다. "일주기 리듬 패턴의 변화가 관찰된다"는 사실 기반 표현에 한정하고, 특정 질환과의 연관을 단정하는 표현은 피해야 한다.

5. 한계점

대사증후군과 일주기 리듬의 연관은 확인했지만, 갑상선 기능과의 직접적 연관은 이 연구에서 검증되지 않았다. 갑상선-일주기 리듬 연결은 이론적 추론이므로, 이를 제품에 적용하려면 갑상선 환자를 대상으로 한 별도의 검증 연구가 필요하다.

일주기 바이오마커는 교대 근무, 시차, 수면 장애 등 다양한 요인에 의해 영향을 받으므로, 이러한 교란 요인을 통제하거나 보정하는 방법이 필요하다.

마무리

이 연구는 웨어러블에서 추출한 일주기 리듬 바이오마커가 대사 건강 상태를 반영할 수 있음을 입증했다. 갑상선 기능과 일주기 리듬의 밀접한 관계를 고려하면, 이 접근법은 갑상선 이상 감지의 간접적 도구로도 발전할 수 있는 잠재력을 가진다.