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심장혈관계 물리치료

위 사례의 환자를 운동강도 50%로 운동시키고자 할 때 목표심박수는?

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해설

•휴식 시 심박수 + (최대심박수 – 휴식 시 심박수) × 운동강도
•운동강도: 저위험군 70~85%, 중위험군 55~70%, 고위험군 40~55% 적용

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문제에서 제시된 50% 운동강도는 카르보넨 공식(Karvonen formula)을 적용하는 방식이다. 카르보넨 공식은 여유심박수(heart rate reserve, HRR)를 이용하므로, 단순히 최대심박수에 백분율을 곱하는 방법과는 계산 결과가 다르다. 목표심박수는 휴식 시 심박수 + (최대심박수 – 휴식 시 심박수) × 운동강도로 산출한다.

이 환자의 경우 휴식 시 심박수가 80회, 최대심박수가 200회로 제시되어 있으므로 여유심박수는 120회가 된다. 여기에 운동강도 50%(0.5)를 곱하면 60회이고, 다시 휴식 시 심박수 80회를 더하면 목표심박수는 140회가 된다. 따라서 정답은 5번이다.

혼동 주의! 최대심박수 200회에 단순히 50%를 곱하면 100회가 나오지만, 이는 %HRmax 방법이며 카르보넨 공식과는 다르다. 문제에서 ‘운동강도 50%’라고만 제시했을 때 어떤 기준인지 헷갈릴 수 있는데, 기본 해설의 공식이 카르보넨 공식이므로 여유심박수 기준으로 풀이해야 한다.

카르보넨 공식이 임상에서 선호되는 이유는 개인의 휴식 시 심박수를 반영하기 때문이다. Mann 등(2013)의 리뷰에 따르면, %HRmax나 %VO2max 방식은 개인마다 휴식 수준이 다른 점을 고려하지 못해 동일한 상대적 운동 스트레스를 부여하지 못할 수 있다^[3]. 반면 카르보넨 공식은 휴식 시 심박수를 빼서 여유분을 구한 뒤 강도를 적용하므로, 서로 다른 체력 수준을 가진 대상자에게도 비슷한 상대적 부하를 제공할 수 있다는 장점이 있다.

이 공식은 심장재활 영역에서도 실제로 활용된다. Omiya 등(2000)은 허혈성 심장질환 환자에서 카르보넨 공식의 계수를 평가하면서, 운동부하검사로 측정한 심박수 반응을 바탕으로 재활 목표심박수를 정하는 데 카르보넨 방법이 적절한지 검토하였다^[4]. Yabe 등(2021)도 혈액투석 환자에서 무산소성 역치(anaerobic threshold, AT)에 해당하는 운동강도를 추정하기 위해 카르보넨 공식과 여유심박수 공식의 계수를 비교하였다^[2]. 이처럼 카르보넨 공식은 단순 계산을 넘어 임상에서 운동 처방 강도를 추정하는 실용적 도구로 쓰인다.

운동강도 설정 시 위험군 분류도 함께 고려해야 한다. 기본 해설에 따르면 저위험군은 70~85%, 중위험군은 55~70%, 고위험군은 40~55%를 적용한다. 이 문제의 50%는 고위험군에 해당하는 강도 범위에 속하므로, 심혈관계 위험이 높은 환자에게 비교적 낮은 강도로 운동을 시작하는 상황으로 볼 수 있다. 카르보넨 공식으로 50%를 적용하면 최대심박수 기준보다 다소 높은 심박수가 산출되지만, 이는 휴식 시 심박수를 보정한 상대적 강도이므로 임상적으로 더 정교한 처방에 가깝다.

Rugbumrung 등(2025)의 연구에서도 비만인 대상자에게 유산소 운동을 처방할 때 최대심박수 추정 방식(Fox 공식, Tanaka 공식)과 운동강도 계산 방식(%HRmax, Karvonen)을 비교하였다^[1]. 이는 동일한 ‘50%’라는 숫자라도 어떤 공식을 쓰느냐에 따라 실제 운동 중 목표심박수가 달라질 수 있음을 보여준다. 따라서 국가시험 문제에서도 단순히 백분율만 보고 계산하지 말고, 제시된 공식이 무엇인지 먼저 확인하는 것이 중요하다.

핵심! 카르보넨 공식은 휴식 시 심박수를 반영한 여유심박수에 운동강도를 곱한 뒤 다시 휴식 시 심박수를 더하는 구조다. 이 문제에서는 (200 – 80) × 0.5 + 80 = 140회가 된다.

참고 문헌 (논문 출처)

[1]
Effects of Aerobic Exercise on Physical Fitness in Obesity Using Fox vs. Tanaka's Maximum Heart Rate and Percentage vs. Karvonen Methods.일반논문Rugbumrung M, Rukbumrung T, Impanya S, Thurayot A. (2025) · DOI: 10.70252/xeps8890
[2]
Predicting a target exercise heart rate that reflects the anaerobic threshold in nonbeta-blocked hemodialysis patients: The Karvonen and heart rate reserve formulas.일반논문Yabe H, Kono K, Onoyama A, Kiyota A, Moriyama Y, Okada K (2021) · DOI: 10.1111/1744-9987.13628
[3]
Methods of prescribing relative exercise intensity: physiological and practical considerations.일반논문Mann T, Lamberts RP, Lambert MI (2013) · DOI: 10.1007/s40279-013-0045-x
[4]
Impaired heart rate response during incremental exercise in patients with acute myocardial infarction and after coronary artery bypass grafting: evaluation of coefficients with Karvonen's formula.일반논문Omiya K, Itoh H, Osada N, Kato M, Koike A, Sagara K (2000) · DOI: 10.1253/jcj.64.851

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