최근 국내 연구진이 의학과 수학의 융합적 연구를 통해 교대근무자들의 불규칙한 수면 패턴을 분석, ‘주간 졸림’을 유발하는 수면 패턴을 찾고 해결책을 제시해 주목을 받고 있다.

현대 사회에서 노동 인구의 약 20%를 차지하는 교대근무는 불규칙한 수면 패턴을 동반하고 과도한 주간 졸음 유발로 업무 수행 효율성 감소와 업무 관련 부상의 위험을 증가시킨다.

삼성서울병원 신경과 주은연, 성균관대 임상간호대학원 최수정 교수 연구팀은KAIST 수리과학과/IBS 의생명수학그룹 김재경 교수 연구팀과 공동연구를 통해 교대 근무 간호사들의 수면 패턴을 웨어러블 장치를 이용해 측정하고 이를 수리모델로 분석한 연구를 국제학술지 ‘iScience’ 최근호에 공개했다.

연구팀은 주간 졸림증을 예방할 수 있는 교대근무자의 수면 패턴을 찾기 위해 오랫동안 연구가 진행되었으나 교대근무자의 복잡한 수면 패턴으로 인해 전통적인 수면 연구 방식으로는 그 답을 찾을 수 없었다.

특히, 단순히 평균 수면 시간을 늘리는 것 만으론 주간 졸음증을 예방할 수 없었다.  연구팀은 교대근무자들의 주간 졸림 정도와 웨어러블 장치를 이용해 측정한 수면 패턴의 복잡한 관계를 수리모델을 이용해 분석했다.

즉, 수리모델을 이용해 개별 교대근무자들의 일주기 리듬(Circadian rhythms)과 수면 압력을 시뮬레이션 함으로써 수면 패턴이 개인의 일주기 리듬과 일치할수록 평균 수면시간은 비슷했고 주간 졸음이 감소했다.

이를 종합했을때 주간 근무와 야간 근무 후 동일한 시간을 자는 것 보단 ‘야근 근무 후에 짧게’ 자고 ‘주간 근무 후에는 길게’ 자는 것이 주간 졸림증을 완화시킬 수 있음을 확인했다.

<그림설명:> 웨어러블 장치로 측정된 교대 근무자들의 수면 패턴 (좌)을 수리모델 (우)로 분석하여 높은 주간 졸림증 (High Daytime sleepiness)와 낮은 주간 졸림증 (Low Daytime sleepiness)를 유발하는 수면 패턴을 밝혀냈다.

이번연구에서 개발된 수리모델을 스마트워치와 연동하면 개인 맞춤형 수면 패턴을 실시간으로 제공할 수 있다.

또한 이를 바탕으로 교대 근무자들의 수면 질환을 치료하는 임상실험이 현재 진행되고 있어 불규칙한 수면의 부작용을 최소화하는 디지털 치료제(Digital Medicine)의 개발이 기대되는 대목이다.
 
삼성서울병원 주은연 교수는 “본 연구는 교대 근무자들의 주간 졸림증을 예방할 수 있는 수면 패턴을 수학과 의학의 융합연구를 통해 밝힌 연구”라고 소개하며 “이번 성과를 통해 교대근무자들의 수면 질환을 위한 새로운 치료법이 개발되기를 기대한다”고 말했다.
KAIST 수리과학과/IBS 의생명수학그룹 김재경 교수는 “불규칙한 수면질환으로 고통을 겪고 있을 교대근무자들께 수학을 통해 조금이나마 도움이 될 수 있는 연구를 할 수 있어 기쁘다”고 전했다.

한편, 이번 연구는 LG 연암재단, 휴먼프런티어 사이언스 프로그램, 미국 국립과학재단, 기초과학연구원, 삼성생명과학연구소의 지원을 받아 수행하였으며, KAIST 홍재형, KAIST/IBS홍혁표∙박세호 학생과 美 미시간대 빅토리아 부스 교수가 함께 참여했다.