ISSN 1225-8709 (Print)
ISSN 2005-7571 (Online)
Volume 24, Number 2 (2/2017)
Review Article <page. 59-67 >

Deleterious Effects of Shift Work in the Realm of Cognitive and Behavioral Domains : A Critical Review

Suji L. Lee, PharmD1,2;Chang-hyun Park, PhD2;Eunji Ha, BSE1,2;Shinwon Park, MA1,2;Haejin Hong, BS1,2;Su Hyun Park1,2;Jiyoung Ma, MS2,3;Ilhyang Kang, MS,1,2;Hahn Kang2;William Byunghoon Song2;Jungyoon Kim, MD1,2; and Jieun E. Kim, MD1,2;

1;Department of Brain and Cognitive Sciences, Scranton College, Division of Convergence, Ewha Womans University, Seoul, 2;Ewha Brain Institute, Ewha Womans University, Seoul, Korea3Interdisciplinary Program in Neuroscience, College of Natural Sciences, Seoul National University, Seoul, Korea

Shift workers experience a disruption in the circadian sleep-wake rhythm, which brings upon adverse health effects such as fatigue, insomnia and decreased sleep quality. Moreover, shift work has deleterious effects on both work productivity and safety. In this review, we present a brief overview of the current literature on the consequences of shift work, especially focusing on attention-associated cognitive decline and related behavioral changes. We searched two electronic databases, PubMed and RISS, using key search terms related to cognitive domains, deleterious effects, and shift work. Twenty studies were eligible for the final review. The consequences of shift work can be classified into the following three categories extracted from the literature review : 1) work accidents ; 2) commuting accidents such as car accidents that occur on the way to and from work ; and 3) attendance management at work (i.e., absenteeism, tardiness, and unscheduled early departure). These cognitive and behavioral consequences of shift work were also found to be associated with sleep disorders in shift workers. Thus, improvements in the shift work system are necessary in order to enhance workers' health conditions, work productivity, and safety.


Key words : Shift work;Cognition;Behavior;Deleterious effects;Medical personnel.

Address for correspondence: Jieun E. Kim, MD, Department of Brain and Cognitive Sciences, Scranton College, Division of Convergence, Ewha Womans University, 52 Ewhayeodae-gil, Seodaemun-gu, Seoul 03760, Korea
Tel: +82-2-3277-6932, Fax: +82-2-3277-6932, E-mail: kjieun@ewha.ac.kr
Address for correspondence: Jungyoon Kim, MD, Ewha Brain Institute, Ewha Womans University, 52 Ewhayeodae-gil, Seodaemun-gu, Seoul 03760, Korea
Tel: +82-2-3277-6561, Fax: +82-2-3277-6562, E-mail: jungyoon.kimm@ewha.ac.kr

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현대사회에서 교대 근무는 사회적 요구에 의하여 필연적으로 생길 수밖에 없는 근무 형태이다. 교대 근무 직종은 24시간 근무자의 접근성 확보라는 사회적 요구를 받는 소방관, 경찰, 간호사, 병원 직원(hospital staff, medical personnel, paramedical staff) 등이 해당된다. 교대 근무 형태는 고정근무(fixed shift work)와 2교대, 3교대, Kelly1)2) 스케줄처럼 주기적으로 반복되는 순환 근무(rotating shift work) 등 다양한 형태가 있지만, 모든 형태의 교대 근무자들은 공통적으로 일주기 리듬(circadian rhythm)의 파괴(disruption)를 경험하며, 그로 인한 피로, 근무시간의 졸림 정도 증가 및 수면의 질 저하와 불면증 증상 등의 여러 증상을 겪는다.3)4)5)
일주기 리듬은 인간 내부의 생체시계(internal clock) 조절을 통해 단백질 발현 등의 유전자 발현 수준에서부터 체온 조절, 수면, 섭식과 같은 행동에 영향을 미치며, 생명체가 살아감에 있어 필수적인 리듬이다.6) 이러한 일주기 리듬을 변화시키는 교대 근무환경 및 교대 근무스케줄은 교대 근무자에게 유해한 영향(deleterious effect)을 미치게 될 것임은 분명할 것이다.6)7)
본 논문에서는 교대 근무환경이 교대 근무자에게 미치는 유해한 영향 중에서도, 특히 주의 집중력 저하를 포함한 인지기능 저하, 또는 행동 변화와 관련된 유해성에 대해 집중적으로 논의해 보고자 한다. 또한, 교대 근무자에서 흔히 나타나는 불면증 등의 수면장애도 인지기능 저하, 특히 집중력 저하의 주요한 원인8)9) 중 하나이므로 수면장애와 관련된 결과도 "주의 집중력 저하를 포함한 인지기능 저하 또는 이와 관계된 행동 변화"에 포함하는 것으로 간주하였다.
문헌 검색은 미국국립보건원 산하 미국 국립 의학도서관에서 운영 중인 PubMed(https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/)와 한국교육학술정보원이 제공하는 학술연구정보서비스인 RISS(http://www.riss.kr/)를 활용하였다. 제목 또는 초록에서 인지기능 및 주의 집중력 저하와 관련된 단어(mental performance, attentional failure, attention lapse, sleep disturbance)와 유해한 영향과 관련된 단어(injuries, accidents, accidental, errors, crash)와 교대 근무(shift work)를 AND 등의 검색 연산자를 활용, 조합하여 검색하였다. PubMed를 통해 총 321개의 논문이 검색되었으며, 1차적으로 영어가 아닌 다른 언어의 논문들과 종설 논문들을 제외하여 214개의 논문을 재선정하였다. 이 중에서 교대 근무, 인지기능 저하와 관련이 없거나 관련성이 적은 논문들을 제외하고 19개의 논문을 포함하였다. RISS를 통해 검색된 265개의 논문들 중 관련 없는 논문을 배제하고 1건을 포함하여, 총 20건의 논문을 최종 논의 대상으로 삼았다.
본 논문에서는 인지 및 행동영역에서의 교대 근무의 유해적 영향을 체계적으로 논의하고자, 문헌 검색의 결과로 추려진 논문의 고찰을 통해 교대 근무의 유해적 영향을 아래 3가지의 범주로 분류하여 논의하고자 한다. 첫 번째로는 업무 관련 사고, 두 번째로는 근무 전후의 자동차 사고, 마지막으로는 시간 관리의 실패(지각, 결석, 병가)이다.

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업무 관련 사고
업무 관련 사고(work-related accidents, occupational accidents, occupation injury, occupation-related injury)의 종류는 교대 근무자의 근무환경에 따라 다양할 것이다.
본 범주에서는 의료기관의 교대 근무자인 간호사 및 병원 직원(hospital staff)을 대상으로 한 연구가 많이 이루어졌다(Table 1).10)11)12)13)14)15)16)17)18)19)20)21)22)23)24) 간호사 및 병원 직원들의 업무 관련 사고의 유형은 주삿바늘과 관련된 사고(needlestick injury and sharps injuries)로 감염에 간접적으로 노출되는 사고와 혈액과 체액 등 직접적으로 감염원에 노출되는 사고,13)15)17)18)21)23) 그리고 의료 과실(medical error), 술기 과실(procedural error)과 같이 의료 행위에서의 업무 관련 사고를 다룬 연구10)11)12)14)16)20)22)23)가 보고되었다. 직·간접적인 감염원의 노출과 관련한 사고는 교대 근무자에게 중대한 유해 결과를 초래할 수 있으며, 의료 과실이나 술기 과실을 범하는 경우에는 제3자에게도 유해한 결과를 초래할 수 있는 중대한 사고라고 할 수 있다.
Ohayon 등11)은 병원 직원(hospital staff members)에 해당하는 행정직(administrative), 의료직(medical), 사회복지직 종사자(maintenance and social service staffs)의 다양한 업무 관련 사고의 빈도를 조사하였고, 면담(interview)과 자가보고 설문지를 통해서 수면장애와 관련된 문제들을 평가하였다. 연구 결과로, 업무 관련 사고와 병가의 횟수는 수면장애와 관련된 문제가 있을수록 증가하며, 순환 교대 근무자가 고정 교대 근무자보다 업무 관련 사고가 유의하게 증가함을 보고하였다.
Smith 등17)은 간호사의 주사침 자상과 관련된 사고와 순환 근무 형태의 연관성을 제시하였다. 위 연구에 따르면 고정근무 간호사보다 순환 근무 간호사의 주사침 자상 발생률이 1.67배 높았다.
교대 근무자들은 교대 근무스케줄의 다양한 변화를 겪을 뿐 아니라 하루 8시간 이상의 연장된 근무시간(extended work duration) 동안 근무하는 일이 흔히 생기는데, 이러한 장시간의 근무시간이 업무 관련 사고 빈도에 영향을 준다는 연구 결과들도 있다. Green-McKenzie와 Shofer18)는 24개월 동안 혈액 및 체액의 노출(exposure blood and body fluid exposure) 사고를 당한 간호사를 포함한 의료 종사자(healthcare worker)들의 근무시간을 후향적 연구방법(retrospective study)을 통하여 추적 조사하는 방법으로 근무시간과 혈액 및 체액의 노출 사고의 상관 관계를 조사하였고, 그 결과 지속적인 혈액 및 체액의 노출 사고를 당하는 근무자의 1/4이 업무 시간이 12시간 이상인 의료 종사자들임을 보고하였다.
Ayas 등13)은 24시간 이상의 연속 근무를 하는 병원 인턴(intern)들을 대상으로 경피적 손상(percutaneous injury)의 빈도를 비교하였다. 2737명의 병원 인턴들에서 전향적 연구를 진행하였고, 24시간 이상 연속 근무(extended work) 후 낮 근무(day work)를 할 때와 24시간 근무 없이(non-extended work) 낮 근무를 하는 두 집단의 경피적 손상의 빈도를 비교하였는데, 그 결과 24시간 이상 근무한 병원 인턴 집단이 24시간 근무를 안 한 병원 인턴 집단에 비해서 경피적 손상 빈도가 1.61배 더 높음을 보고하였다.
Ilhan 등15)은 516명의 간호사를 대상으로 주사침 자상(sharp and needlestick injury)에 대한 연구를 진행하였고, 8시간 이상의 근무가 주사침 자상의 유의미한 요인임을 제시하였다.
이외에도 연장된 근무시간으로 인한 업무효율과 관련된 의료 과실(medical error)에 관한 연구들도 많이 이뤄졌다. Barger 등14)은 2737명의 병원 레지던트(residents)들의 설문조사를 통하여 24시간 이상 근무한 병원 레지던트의 의료 과실(medical error)이 유의미하게 증가하며 주의 집중력이 감소함을 보고하였고, Scott 등16)도 12.5시간 이상 연속 근무한 간호사의 경우 그렇지 않은 간호사에 비해 투약 오류(medication error) 발생률이 1.61배 증가함을 보고하고 있다.
인지기능을 기억, 주의력, 행동영역으로 세분화하여 병원 간호사의 인지기능을 측정하여 인지 실패가 업무 관련 사고에 미치는 영향을 조사한 연구가 국내 병원 간호사를 대상으로 이뤄졌다. Park24)은 병원 간호사의 업무 관련 사고를 유발하는 인지 실패의 주요한 원인 중 하나로 교대 근무스케줄을 제시하고 있다.
또 다른 연구에서는 근무 관련 사고가 피로도 및 졸림 정도 중 어떤 척도와 더 연관이 있는지를 비교하였다. Halvani 등20)은 공장근무자를 교대 근무자와 일반 근무자로 분류하여 두 집단의 피로도와 졸림 정도, 근무 관련 사고의 여부를 조사하였는데, 두 집단은 피로도 척도에서 유의한 차이를 보였으며 피로도 척도가 졸림 정도 척도에 비해서 근무 관련 사고와 더 연관되었다.
의료 종사자와 공장근무자 이외에 교대 근무 운전기사들을 대상으로 한 연구도 진행되었다. 수면과 졸림 정도(sleepiness)와 자동차 사고의 상관관계에 대해 연구한 Vennelle 등25)은 677명의 버스 운전기사들에게 설문조사를 실시하여 그중 졸림 정도가 10점을 초과한 133명의 참여자들 중 졸림 정도로 인해 자동차 사고가 난 경우가 7%임을 보고하였다. Chen 등26)은 트럭 운전기사들을 대상으로 수면 지속시간(sleep duration) 및 휴식시간 동안의 수면을 취하는 퍼센트(sleep percentage in the duration of non-work periods)를 조사하여, 수면 패턴(sleep pattern)과 자동차 사고(safety-critical events)의 연관성을 연구하고자 하였다. 그 결과 휴식시간인 새벽 1~5시 사이 수면을 취하며, 수면 지속시간이 5시간보다 짧은 수면 패턴일수록 안전사고와의 연관성이 높다고 보고하였다.

근무 전후 자동차 사고
교대 근무자의 주의 집중력 저하는 교대 근무자의 자동차 사고(motor vehicle accident, motor vehicle crash, motor vehicle collision, traffic accident, automobile accident)로 이어질 수 있는데, 자동차 사고발생 빈도가 교대 근무시간 및 형태에 따라 유의한 상관관계가 있는 것을 밝힌 여러 연구 결과가 있었고, 주로 통근 시 발생하는 것으로 보고되었다(Table 2). 교대 근무 간호사에 대한 연구 중 Gold 등10)은 미국 매사추세츠병원(Massachusetts Hospital)의 635명 여성 간호사를 대상으로 자동차 사고에 대해 자가보고 설문지 조사를 시행하였고, 교대 근무자(night shift)에서 주·야간 근무자(day/evening shift)보다 약 2배 더 많이 자동차 사고가 발생하였음을 보고하였다. 자동차 사고가 일어날 수 있는 상황이 발생했으나 직접적인 사고로는 이어지지 않은 자동차 아차사고(automobile near miss)27)의 경우를 포함한다면 교대 근무자에서 주·야간 근무자에 비해 2.47배 더 많은 사고가 발생하였다.
Asaoka 등23)은 일본의 교대 근무 간호사를 대상으로 연구를 진행하였고, 교대 근무 수면장애(shiftwork sleep disorder)가 있는 교대 근무자와 교대 근무 수면장애가 없는 교대 근무자를 비교하여 자동차 사고와 자동차 아차사고(near miss traffic accident)에 대해 보고하도록 하였다. 교대 근무 수면장애 진단은 수면에 어려움이 있는지에 대한 설문을 통해 이루어졌으며, 근무 도중 잠에 의해 업무에 지장이 있었는지에 대한 문항도 포함하여 진행되었다. 위의 연구 결과, 교대 근무 수면장애가 있는 교대 근무자에서 그렇지 않은 교대 근무자에 비해 자동차 아차사고와 실제 자동차 사고발생의 비율이 유의미하게 높게 나타났다.
미국의 병원 인턴을 대상으로 한 연구에 따르면,28) 월평균 3.9회, 평균 34시간 이상 장시간 교대 근무(extended shift)를 한 병원 인턴이 그렇지 않은 병원 인턴에 비해 자동차 사고의 월 발생률이 9.1% 증가했으며, 통근 시 자동차 사고의 월 발생률은 16.2%로 증가하였다. 또 차 안에서 잠이 들거나 길에서 차를 멈춘 채로 머문 비율도 유의미하게 높았음을 보고하고 있다. 또 다른 연구에서는 응급 의학 전공의 교대 근무자에서 야간 교대 근무자가 주간 및 오후 근무자에 비해 교대 근무 후 퇴근 시 차량 사고율이 높았음을 보고한 바 있다.2) 이외에 Akerstedt 등29)은 야간 교대 근무자에게 운전 시뮬레이션을 수행하게 하여 정상 수면한 교대 근무자와, 자동차 사고 빈도와 같은 거리 주행시간을 비교하였다. 야간 근무를 한 교대 근무자에서 자동차 사고 빈도가 유의미하게 높았으며, 야간 근무를 한 교대 근무자가 정상수면 교대 근무자에 비해 졸음 정도가 높으며, 동일한 거리의 주행시간도 현저하게 길어졌음을 보고하였다.

시간 관리의 실패(지각, 결석, 병가)
시간 관리(time management)의 실패는 지각, 결근(absenteeism), 조퇴(leaving early), 근무 중 졸음(falling asleep at work)에 해당되며 정해진 근무시간을 준수하지 못하는 경우(missed work time)를 포함한다.22)
Demir Zencirci와 Arslan21)이 실시한 터키의 대학병원 간호사들을 대상으로 한 설문조사에 따르면 시간 관리의 결과와 수면의 질 저하와의 상관관계를 제시하고 있는데, 교대 근무로 인한 수면의 질의 저하로 인해 교대 근무 간호사들이 시간 관리에 실패하였음을 보고하고 있다. 또한, 순환 근무 간호사들은 고정근무 간호사들에 비하여 결근하거나 근무 중에 졸음에 빠지는 빈도가 유의미하게 높음을 보고하고 있다.21) 위 연구들의 주요 결과는 Table 3에 정리되어 있다.

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교대 근무환경은 교대 근무자들에게 업무 관련 사고, 자동차 사고, 시간 관리 실패로 인한 인지·행동 측면에서 유해한 결과를 초래함을 문헌고찰을 통해 알 수 있었다. 또한, 이러한 유해성은 인지기능 및 수면장애와 관련된 문제들과 연관되어 있고, 순환 근무와 긴 근무시간과 연관됨을 여러 연구 결과를 통해 알 수 있었다. 따라서, 교대 근무환경으로 인한 유해한 영향을 줄이기 위해서는 기존의 순환 교대 근무 형태의 개선과 근무시간을 줄이는 등의 개선 방안들을 모색해야 할 것이며 또 교대 근무 수면장애의 예방적, 치료적 대안을 강구하여야 할 것이다. 교대 근무 수면장애를 개선하고 예방하기 위한 대표적인 전략으로는 수면과 각성 상태(wakefulness)를 촉진하기 위한 낮잠(prophylactic nap)23)30)31)32)33)과 근무스케줄에 맞게 생체 리듬(circadian clock)의 적응을 촉진시키는 빛 치료(light therapy)34)35)36)37)38)39)40)41)가 있다. 위 대안을 실제 교대 근무환경에서 적용하는 연구42)들이 활발히 진행 중이며, 빛 치료 도구는 교대 근무환경에서도 적용할 수 있는 다양한 형태의 도구33)들로 개발되고 연구되고 있다.
교대 근무의 유해성은 교대 근무자들43) 혹은 교대 근무환경을 시뮬레이션44)45)한 사람연구나 동물연구46)를 통해서 일주기성 유전자(circadian clock gene)의 발현조절에 대한 연구가 진행되는 등 교대 근무의 유해성에 대한 생물학적 기전(mechanism)을 이해하고자 하는 노력이 계속되고 있다. 하지만, 이러한 교대 근무와 생물학적 기전에 대한 연구는 암45)이나 심혈관계질환과 같은 만성질환47)에 비해서 상대적으로 인지기능의 유해적 영향에 대한 생물학적 기전과 연결될 수 있는 연구는 매우 부족하다고 할 수 있다. 또, 이러한 인지기능과 관련된 생물학적 기전을 행동적인 측면과 함께 관찰하여, 인지행동적인 측면의 생물학적 기전에 대해 논할 수 있는 연구도 필요할 것이다.
본 논문에서는 미국, 영국, 일본 등 여러 나라의 연구 결과를 종합하여 고찰하고 있다. 하지만 국가마다 동일한 교대 근무 직종이라 할지라도 교대 근무환경은 다양하기 때문에, 국내 환경에 맞게 적용할 수 있는 국내 교대 근무자들을 대상으로 한 인지기능의 유해성에 대한 연구가 많이 이뤄져야 할 것이다.
국내 병원 간호사를 대상으로 이뤄진 연구24)를 비롯해서 대부분의 연구들이 설문조사와 같은 관찰연구(observational study) 방법을 통해 안전사고의 결과를 조사하였다. 하지만 Akerstedt 등29)이 안전사고의 결과를 운전 시뮬레이션(driv-ing simulator)을 통해 측정했던 것처럼, 안전사고의 결과를 직접적으로 측정할 수 있는 연구디자인을 통해 교대 근무의 인지 및 행동영역의 유해성에 대해 유의미하게 증명해 보일 수 있는 국내연구들이 앞으로 더 이뤄져야 할 것이다. 또 안전사고와 관련된 국내연구 중 소방공무원의 안전사고 분석 및 개선 방안에 관한 연구48)가 진행되기도 하였지만, 인지 및 행동영역의 유해성에 대한 연구가 뒷받침되어야 근본적인 개선 방안을 제시할 수 있을 것이다.
본 논문에서 논의한 대부분의 연구는 교대 근무 직종 중에서도 병원 교대 근무자를 주 대상으로 이뤄진 연구가 많았다. 이는 병원 교대 근무자들은 한 장소의 교대 근무자의 수가 많아 연구 진행이 비교적 수월하며 연구수요 및 적용 가능성이 높기 때문일 것이다. 하지만 소방관, 경찰관과 같이 공공의 이익을 위한 교대 근무자들에서, 한 번의 행동 실수나 인지기능 저하가 미치게 될 사회적 피해를 고려한다면 병원 교대 근무자들 못지 않게 많은 연구가 진행되어야 할 것이며, 그 연구를 바탕으로 각 직종의 교대 근무환경에 맞는 사회적, 제도적 측면에서의 개선이 수반되어야 할 것이다.



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