K-fold 교차검증을 활용한 13-55세 한국인 대상 VO₂max 예측방정식 개발 및 검증
Development and Validation of a VO₂max Prediction Equation for Korean Individuals Aged 13-55 Using K-Fold Cross-Validation
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초록
최근 심폐 체력의 대표 지표로 활용되는 최대산소섭취량(VO₂max)의 중요성이 강조되면서, 개인 맞춤형 체력평가 및 운동 처방을 위한 정확한 예측방정식의 필요성이 대두되고 있다. 그러나 현재 널리 사용되는 Bruce 및Foster 예측방정식은 주로 서구인을 대상으로 개발되어, 한국인을 포함한 아시아 집단에서는 예측 오차 가능성이꾸준히 제기되어 왔다. 이에 본 연구는 기존의 방정식이 한국인에게 적용될 때의 예측정확도를 검토하고, 연령 및성별 그리고 신체 특성을 반영한 새로운 VO₂max 예측방정식을 개발·검증하는 것을 목적으로 하였다. 이를 위해13세에서 55세 사이의 한국인 남녀 500명을 대상으로 Bruce 트레드밀 프로토콜 기반의 점증 부하 검사(graded exercise test)를 실시하고 대사 가스 분석을 통해 VO₂max를 직접 측정하였다. 기존 방정식의 정확도는 일원 및이원분산분석(one-way and two-way ANOVA), Bland–Altman plot, 동등성 검정(equivalence test), 평균 절대백분율 오차(MAPE)를 통해 평가되었다. 분석 결과, 기존 Bruce 및 Foster 방정식은 전체 분석 대상군(13-55세) 및 각 연령군(13-19세, 20-39세, 40-55세)에서 VO₂max를 유의하게 과소예측하였으며, 청소년(13-19세) 연령군에서는 동등성 기준도 충족하지 못하였다. 이에 따라 K-fold 교차검증(K-fold cross-validation)을 기반으로 한 다중회귀분석(multiple regression analysis)을 통해 전체군 및 세부 연령군별로 새로운 VO₂max 예측방정식을 개발하였으며, 이 방정식은 전체군 및 각 연령군에서 낮은 오차율과 높은 동등성을 보여 기존 방정식보다 개선된 우수한예측력을 나타냈다. 본 연구는 한국인의 생리적 특성과 연령·성별 차이를 반영한 새로운 VO₂max 예측 모델을 제시함으로써, 국내 대상자의 심폐체력 평가 및 맞춤형 운동 처방의 타당한 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
Abstract
This study aimed to evaluate the predictive accuracy of the existing maximal oxygen uptake (VO₂max) estimation equations (Bruce and Foster) for Korean individuals and to develop new age- and sex-specific VO₂ max prediction models. A total of 500 Korean participants aged 13 to 55 years underwent treadmill-based graded exercise testing (GXT) with metabolic gas analysis to directly measure VO₂max. Estimated values from the Bruce and Foster equations were compared against measured values using one-way and two-way ANOVA, Bland–Altman plots, equivalence testing, mean absolute percentage error (MAPE), and mean absolute error (MAE). New prediction equations were developed through multiple regression and validated using K-fold cross-validation. Results showed that the existing equations significantly underestimated VO₂max across all age groups, particularly in adolescents (13–19 years), where they failed to meet equivalence criteria. In contrast, the new equations demonstrated lower error rates and satisfied equivalence criteria across all age groups. These findings suggest that the new VO₂max prediction models provide more accurate and reliable estimates for the Korean population and offer a valid foundation for individualized cardiorespiratory fitness evaluation and exercise prescription.