세계비만연맹(World Obesity Federetion)은 COVID-19 팬데믹의 부작용으로 GDP 수준의 3% 하락과 개인이 건강 관리에 투자하는 자산 비율의 감소 등을 앞세워 비만 인구가 2035년 세계 인구의 절반 수준인 40억명을 넘어설 것으로 예상하며 전세계적인 비만 문제가 또다시 화제에 오르고 있다[1,2]. 비만은 일반적으로 체지방의 과다한 축적을 의미하며, 비만이 있는 사람의 경우 고혈압, 당뇨병, 이상지질혈증과 같은 성인병 발병의 위험이 높아진다[3]. 비만은 적절한 운동과 올바른 식습관을 통해 예방할 수 있는데, 운동 시설의 증대와 운동 전문가의 증가 등 예방을 위한 기반이 잘 다져져 있음에도 대부분의 현대인은 이를 잘 활용하지 못한다. 기술의 발전에 의해 운동 부족 현상이 심화됨과 동시에 영양 불균형을 일으키는 서구식 식습관이 자리잡으며 비만인구가 계속해서 증가하고 있다[4]. 세계보건기수(World Health Organization)에서는 체질량지수 ≥25 kg/m²의 성인을 과체중, ≥30 kg/m²의 성인을 비만으로 정의하였다. 이어서 2016년 18세 이상 성인 중 과체중인구의 비율이 39%, 비만인구의 비율이 13%에 달했다고 보고한 바 있다[5]. 다른 인종과 비교해 더 낮은 체질량지수에서 건강상의 문제가 발생하는 아시아인의 경우, 과체중은 ≥ 23 kg/m², 비만은 ≥25 kg/m²를 적용할 것을 권장하기도 한다[6]. 2013년 미국의사협회(AMA)는 비만을 질병으로 규정하였다[7]. 한국 역시 비만 문제가 점차 심각해지고 있다. 질병관리청은 국민건강영양조사를 통해 대한민국의 19세 이상 성인의 비만 유병율이 2011년 35.1%에서 2022년 47.7%로 12.6% 증가하였다고 발표하였다[8,9].

운동 부하 검사(Graded Exercise Test)는 시간에 따라 선형적인 운동강도의 증가를 통하여 운동 부하와 심혈관, 근골격, 관상동맥, 에너지 소비량 등의 시스템과의 동적 관계를 보기 위한 검사이다[10]. 운동 부하 검사 장비인 운동 부하 호흡 가스분석 시스템은 본 연구에서 웨어러블 장비와의 비교를 위한 기준값 제공의 목적으로 이용되었다. 웨어러블 장비와 같은 건강 및 활동 추적 장비의 발전은 손목 착용만으로 생체 분석과 운동 추적이 가능한 시대를 만들었다[11]. 이러한 웨어러블 기술은 현재 전세계에서 가장 주목받는 분야 중 하나이다. 미국 대학 스포츠의학회(American College of Sports Medicine) 선정 피트니스 트렌드에서 2016년부터 계속해서 상위권을 기록한 웨어러블 기술이 2024년 American College of Sports Medicine Fitness Trend에서 1위로 선정되어 피트니스 분야에 중요한 부분으로 자리매김하고 있다[12]. 생체 분석 및 운동 추적이 가능한 장비의 착용은 운동 동기부여 또는 신체활동의 증가를 불러 일으킬 수 있다. 2022년 한 메타-분석 연구에 따르면 운동 추적이 가능한 장비의 착용만으로 하루 평균 약 1,800보와 40분의 추가적인 걷기 등 신체활동의 증가 현상이 일어났고, 약 1Kg의 체중 감소와 함께 신체 조성 및 건강 증진의 효과가 나타났다[13]. 또한, 웨어러블 기기 이용 현황 및 선호도 분석에 따르면 디자인 문항에서 시계 타입이 가장 선호도가 높았고, 원하는 웨어러블 기기의 기능 문항에서는 ‘칼로리 소모량 확인’ 기능이 가장 많이 선호되었다[14]. 이러한 웨어러블 장비 중 하나인 시계 형태의 웨어러블 워치가 보편화되어 운동 시 갤럭시 워치나 애플 워치와 같은 웨어러블 워치의 착용인구가 증가하고 있다. 특히, 연동된 스마트 기기를 이용해 간편하고 쉽게 운동 계획을 세우거나 일일 운동 목표를 제공함에 따라 운동에 대한 진입 장벽이 낮아졌다[15]. 웨어러블 장비로 측정한 운동 결과를 소셜네트워킹서비스(Social Networking Service)에 인증하는 운동 인증 문화의 형성 또한 신체활동 증가에 영향을 미치며, 그 수준이 웨어러블 장비의 운동 추적에 따른 신체활동 증가와 같은 수준에 있다[16]. 더 나아가 유사한 관심사를 가진 사람들 간의 관계 형성 및 개인 맞춤형 피드백 등 사회적 관계성이 정보 공유 의도에 미치는 영향력을 매개한다는 연구 결과도 보고 되고 있다[17]. 따라서, 본 연구는 손 쉽게 에너지 소비량을 측정할 수 있는 웨어러블 장비가 얼마나 정확한 에너지 소비량을 나타내는지를 분석함으로써 체중 조절이 필요한 많은 사람들에게 기초 자료를 제공하는데 목적이 있다.

본 연구에서는 운동 부하 검사, 갤럭시 워치, 애플 워치의 각각의 에너지 소비량이 집단 간에 어떠한 차이가 나타나는 지를 비교 분석하였으며, 그 결과는 <Table 2>와 같다. 5분, 10분, 15분, 20분, 25분, 30분 모든 시간대에서 운동 부하 검사를 통한 에너지 소비량과 갤럭시 워치를 통한 에너지 소비량과의 집단간의 통계적인 유의차는 나타나지 않았다(p>0.05). 그러나, 5분을 제외하고(p>0.05), 10분, 15분, 20분, 25분, 30분의 시간대에서 운동 부하 검사를 통한 에너지 소비량과 애플 워치를 통한 에너지 소비량과의 집단 간의 통계적인 유의차가 나타났다(p<0.05). 이는 갤럭시 워치를 통한 에너지 소비량 산출값이 운동 부하 검사를 통한 에너지 소비량 산출값과 차이가 없음을 의미하며, 반대로 5분의 시점을 제외하고는 애플 워치를 통한 에너지 소비량 산출값이 운동 부하 검사를 통한 에너지 소비량 산출값과 통계적인 차이가 나타내고 있음을 의미한다. 즉, 갤럭시 워치를 통한 에너지 소비량 산출값이 애플 워치를 통한 에너지 소비량 산출값 보다 더욱 정확한 산출값을 나타내고 있음을 의미한다.

운동 부하 검사, 갤럭시 워치, 애플 워치의 에너지 소비량 산출값의 상관분석의 결과는 <Figure 2>와 같다. 운동 부하 검사와 갤럭시 워치의 에너지 소비량 상관성은 r=0.952 (p<0.001)로 매우 높은 정적 상관성을 보였으며, 운동 부하 검사와 애플 워치의 에너지 소비량 상관성은 r=0.917 (p<0.001)로 또한 매우 높은 정적 상관성을 보였다. 결과적으로 두 제품 모두 에너시 소비량 산출에 대하여 높은 신뢰도를 확보한 것으로 판단될 수 있으나, 갤럭시 워치가 애플 워치보다 상대적으로 신뢰도가 3.5% 더 높은 것을 확인 할 수 있었다.

본 연구의 목적은 운동 부하 검사와 시판 중인 2종의 웨어러블 장비(Galaxy Watch 5, Apple Watch series 5)에서 제시하는 에너지 소비량을 30분 간의 운동동안 측정하여 에너지 소비량의 차이가 어떠한 지를 규명하는데 있다. 측정 장비에 따른 상관분석 결과 갤럭시 워치와 애플 워치 모두 운동 부하 검사와 비교하여 측정된 에너지 소비량의 정확성이 높았고, 갤럭시 워치가 상대적으로 애플 워치 보다 더 높은 정확성을 나타내고 있음을 확인하였다. 이러한 결과는 웨어러블 장비의 에너지 소비량 정확도 검증에 대한 선행연구들과 비교하였을 때, 실험실 걷기 프로토콜 환경에 준거한 에너지소비량 대비 웨어러블 기기별 에너지소비량의 절대 오차율(%)이 갤럭시 워치에서 8.81-19.30%, 애플 워치에서 14.57-29.31%를 나타내어 애플 워치가 더 높은 오차율을 보여주었다는 Lee et al. [18]의 연구를 뒷받침해주는 결과로 판단된다.

여러 선행 연구들은 애플 워치의 상대적 부정확성을 보고하고 있다. Dooley et al. [19]은 트레드밀 활동에서 웨어러블 장비(Apple Watch, Fitbit Charge HR, and Garmin Forerunner 225) 착용 후 운동강도에 따른 에너지 소비량의 정확도를 평가하였는데, 그 결과 운동강도의 상승에 따라 정확도가 향상되었고, 애플 워치 시리즈 2는 모든 운동 강도에서 에너지 소비량을 과대 추정하는 것으로 나타났다. 더 나아가, 2023년 보고된 Xinxheng et al. [20]의 저강도 에서 고강도 신체활동 중 애플 워치 series 6와 Polar A370의 에너지 소비량 타당도 연구에서도 애플 워치 series 6가 에너지 소비량을 과대 추정하는 것으로 나타났고, 두 장비 모두 큰 오차 범위를 가졌지만 Polar A370보다 애플 워치 series 6가 더 큰 오류를 보였다. 유사하게도, Nuss et al. [21]의 연구는 애플 워치가 대상자 중 여성의 에너지 소비량은 과대추정, 남성의 에너지 소비량은 과소 추정하는 결과를 보여주었다. Guy et al. [22]의 연구는 세 가지 손목 착용 웨어러블 장비(Apple Watch series 6, Polar Vantage V and Fitbit Sense)가 심박수와 에너지 소비량에 대해 다섯 가지 활동(앉기, 걷기, 달리기, 저항운동, 사이클)동안 산출한 결과를 비교하였는데, 애플 워치를 포함한 세 장비 모두 에너지 소비량 산출 결과가 부정확하였다. 전반적으로 선행 연구들은 애플 워치에서의 에너지 소비량이 과대추정 되고 있음을 보고 하고 있으며, 선행연구와 동일하게 본 연구결과 또한, 애플 워치가 에너지 소비량을 과대 추정하고 있음을 보여주고 있다.

그러나, 반대로 애플 워치가 더 정확하다는 연구 보고도 발표된 바 있다. Shcherbina et al. [23]의 센서 기반 손목 착용 에너지 소비량 및 심박수 측정 장비(Apple Watch, Basis Peak, Fitbit Surge, Microsoft Band, Mio Alpha 2, PulseOn, and Samsung Gear S2)의 정확도에 대한 선행연구에서는 앉기, 걷기, 달리기, 사이클 타기가 포함된 프로토콜을 이용해 에너지 소비량을 측정하였는데 애플 워치가 다른 기종에 비하여 전반적으로 오류의 범위가 낮았다는 결과를 보고하고 있다. Chowdhury et al. [24]의 연구에서도 일상생활 및 걷기, 계단 오르기, 사이클 운동 등 여러가지 신체활동에서의 에너지 소비량을 세 가지 다중 센서 웨어러블 장비(Apple Watch, Microsoft Band, Fitbit Charge HR)와 가속도계만 탑재된 단일 센서 웨어러블 장비(Jawbone UP24)를 통하여 산출된 에너지 소비량과 비교 분석했는데, 애플 워치의 오차 범위가 가장 적었다고 보고하였다. Pope et al. [25]의 연구에서는 Microsoft Band, Fitbit Surge HR, TomTom Cardio Watch, 그리고 애플 워치를 착용한 25명의 대학생이 10분 동안 앉기, 걷기, 조깅, 빠르게 달리기를 하는 동안의 에너지 소비량을 산출하였는데, 애플 워치가 가장 높은 정확성을 보여주었다고 보고하였다.

결과적으로 운동은 앉기, 걷기, 조깅, 달리기, 사이클 타기, 저항운동 등 다양한 운동 상황이 존재할 수 있는데, 이러한 상황별에 따라 웨어러블 장비의 정확도가 기기별로 각각 달라 질 수 있다. 때문에, 어느 특정 웨어러블 장비가 더 우수하다고 평가하기에는 보다 다양한 실험 상황에서의 대규모 연구가 필요할 것이다. 그러함에도 불구하고, 본 연구의 결과는 일상생활에서의 단순한 걷기 운동 동작의 경우 애플 워치보다 갤럭시 워치가 더욱 뛰어난 정확성을 보여주고 있음을 보고한다.

본 연구의 제한점은 다음과 같다. 첫째, 충정도라는 일개 지역의 일개 한 대학교 20대 초반의 대학생만을 대상으로 본 연구가 진행되었기에 우리 나라 전체 지역을 대변할 수 없으며, 또한, 전체 인구 연령대를 대변할 수 없다. 둘째, 27명이라는 적은 피험자 수는 본 연구 결과를 일반화하는데 제한점이 될 수밖에 없다. 그러함에도 불구하고, 본 연구는 파일럿 연구로서 예비 실험이기에 추후 보다 정밀하게 설계된 다양한 운동 상황에서의 대규모의 측정 실험에 관한 후행 연구가 진행될 시 향상된 결과를 불러올 수 있을 것으로 판단된다.

갤럭시 워치, 애플 워치 두 제품 모두 에너지 소비량 산출에 대하여 높은 신뢰도를 확보한 것으로 판단될 수 있었다. 그러함에도 불구하고, 갤럭시 워치를 통한 에너지 소비량이 애플 워치를 통한 에너지 소비량 보다 더욱 정확한 산출값을 보여주었다 비만인에 대한 운동 동기부여를 위한 측면에서 실제적인 에너지 소비량을 대변할 수 있는 매우 정확한 웨어러블 장비는 더 높은 운동 동기부여를 불러올 수 있을 것이다. 때문에, 본 연구 결과를 통하여 향상된 편의성, 신뢰성, 이동성을 모두 갖춘 에너지 소비량 측정 웨어러블 제품 개발의 참고자료가 될 수 있을 것이다.