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자세균형 제어는 공간 영역 내에서 신체의 균형(balance) 혹은 인체의 평형(equilibrium)을 유지하는 능력이다. 정상적인 자세균형 제어는 최소한의 자세 흔들림 속에서 신체의 무게 중심을 유지하는 능력으로 정의 되며, 시각, 전정감각, 체성감각의 감각정보와 운동의 상호 균형 속에서 이루어진다. 이 중 체성감각은 크게 촉각과 ...

자세균형 제어는 공간 영역 내에서 신체의 균형(balance) 혹은 인체의 평형(equilibrium)을 유지하는 능력이다. 정상적인 자세균형 제어는 최소한의 자세 흔들림 속에서 신체의 무게 중심을 유지하는 능력으로 정의 되며, 시각, 전정감각, 체성감각의 감각정보와 운동의 상호 균형 속에서 이루어진다. 이 중 체성감각은 크게 촉각과 고유수용감각으로 나누어지며 자세균형 제어와 발달에 필수적인 역할을 한다. 따라서 본 논문에서는 정적 자세와 동적자세에서 체성감각 입력에 따른 자세균형 제어에 관한 연구를 실시하였다. 촉각, 고유수용감각에 각기 개별적으로 입력할 수 있는 자극 시스템과 이상 보행 시 이를 검출하여 체성감각을 인가할 수 있는 자극 시스템을 개발하였고, 체성감각에 따른 자세균형 제어 응답 측정 시스템으로 kinetic 데이터를 분석할 수 있는 힘판(forceplate)과 불안정판(unstable support), kinematic 데이터를 위한 3차원 동작 분석 시스템(3D motion analysis system), 족부 압력 평가와 근전도(electromygraph, EMG) 측정 시스템을 사용하였다. 정적 자세에서는 체성감각 자극이 인가된 수용기의 종류, 자극 인가 부위와 자극 주파수에 따른 자세균형 제어의 영향을 평가하였다. 첫 번째 실험은 발바닥과 발목 관절 근육에 체성감각계의 촉각자극과 고유수용감각을 자극시키는 체성감각 자극을 안정판과 불안정판 지지대 위의 기립상태에서 인가한 후 자세균형 제어 영향을 분석하였다. 그 결과, 안정판 지지대에서보다 불안정판 지지대에서 체성감각 자극을 인가하였을 때, 체중심 이동의 감소율이 더 크게 나타났고, 이는 체성감각 자극으로 유도된 구심성 신경 흐름이 불안정한 지지면 상태에서 더 활성화되어 자세 안정성의 효과가 더 크게 증가하였기 때문이다. 두 번째 실험은 자극 인가 부위를 상체와 하체로 나뉘어 각각 목근육과 족관절 근육에 개별적으로 인가하였을 때, 체성감각 자극에 관한 자세균형 제어의 방향 특성을 평가하였다. 그 결과, 족관절 근육에 인가된 체성감각 자극의 위치와 동일한 방향으로 체중심이 이동되며, 목관절 근육에 체성감각이 인가되었을 때는 자극과 반대의 방향으로 체중심이 이동되는 것을 확인하였다. 세 번째 실험은 수직형 체성감각 자극을 이용하여 자극 주파수(20, 60, 100Hz)와 자극 부위(발바닥 앞, 뒤 영역)를 달리하여 자세균형 응답에 대하여 아래와 같은 결과를 얻었다. 진동자극 주파수가 증가 할수록 체중심, 관절각도와 근활성도는 증가하거나 감소하고 발바닥의 위치에 따른 체성감각 자극의 영향으로 체중심은 진동자극 위치와 반대로 이동하였으며, 각 관절의 각도 역시 변화된 체중심에 맞추어 자세안정을 유지한다. 이로써 진동자극의 특정 위치 자극은 촉각 수용기를 비롯한 여러 체성감각 수용기에서 나타난 변화에 의해 중추신경계에서 해석되어 피드백을 통해 특정 방향성을 띠는 자세균형 제어의 반응을 유발한다. 정적 자극의 결과로 지지면과 관련한 자세균형 제어의 문제점이 발생했을 때 체성감각 자극 입력의 효과, 자극의 인가 부위와 관련한 특정 방향성, 체성감각 자극 주파수와 관련한 자세균형 제어 영향을 얻었다. 정적 자극의 결과를 응용하여, 이상보행 시 이를 검출하고 체성감각을 인가할 수 있는 자극 시스템을 사용하여 장애물 보행으로 인한 이상 보행 시 청년층과 고령자층을 대상으로 동적 자세에서 체성감각의 효용성을 분석하였다. 네 번째 실험은 청년층을 대상으로 피험자 신장의 5, 10, 15%의 장애물 건너기 과제에서 입각기 상태의 하지(전경골건, 아킬레스건)에 체성감각을 인가하였을 때와 인가하지 않았을 때를 비교하였다. 그 결과 장애물을 건너는 동안 전경골건 및 아킬레스건의 체성감각 자극은 전-후 방향 및 좌-우 방향을 안정적으로 체중심을 변화시킴으로써 체성감각이 주어지지 않았을 때보다 자세를 안정화시킴을 확인하였다. 다섯 번째 실험은 고령자층을 대상으로 네 번째 실험과 동일한 과제에서 각기 상태의 하지(전경골건, 아킬레스건)에체성감각을 인가하였을 때와 인가하지 않았을 때를 족부압력과 체중심 이동 속도를 통해 비교하였다. 그 결과 장애물을 건너는 동안 체성감각이 인가되었을 때 족부압력은 고른 분포를 보였으며, 체중심 이동속도 역시 낮아져서 장애물 건너기 과제에서 자세를 안정화 시키는 역할을 하는 것으로 분석되었다. 즉, 하지에 입력된 체성감각은 즉각적인 피드백을 제공하여 자세를 안정화 시키는데 효과가 있었다. 이번 연구 결과는 체성감각에 따른 자세균형 제어에 관한 연구이며, 정적 상태에서 체성감각 정보와 관련하여 감각수용기, 자극 위치, 주파수와 관련한 특정 자세균형 제어 응답을 얻고, 동적 상태에서는 이상보행에 대해 검출하고 이상보행 시 자세를 안정화 시키는데 효과가 있다는 결론을 얻었다. 향후 하지 근력이 약하거나 자세가 편향되어 있는 환자나 노약자를 대상으로 체성감각자극을 활용한다면, 자세 안정화에 관한 자세 제어뿐만 아니라 낙상을 예방하는데 기여할 수 있을 것으로 예상된다.

Abstract ▼ AI-Helper

Postural control is the ability to maintain equilibrium of body or human body within spatial domain. Normal posture equilibrium control is defined as the ability to maintain the center of gravity of body in the midst of minimum swaying of posture, and is accomplished through mutual equilibrium of se...

Postural control is the ability to maintain equilibrium of body or human body within spatial domain. Normal posture equilibrium control is defined as the ability to maintain the center of gravity of body in the midst of minimum swaying of posture, and is accomplished through mutual equilibrium of sensory information of visual, vestibular and somatosensory system and movements. Among these, the somatosensory system is divided largely into tactile senses and proprioception, and plays essential role in posture equilibrium control and development. Therefore, research on posture equilibrium control in accordance with somatosensory stimulus input under static and dynamic posture was pursued in this Study. Stimulus system that can individually input information into tactile sensory and proprioception system, and stimulus system that can detect such during walking and apply such input into the somatosensory system were developed. Forceplate that can analyze the kinetic data as posture equilibrium control response measurement system in accordance with the somatosensory stimulus, 3D motion analysis system for unstable support and kinematic data, evaluation of pressure on foot and electromyograph measurement system were used. Under static posture, effect of type of receptor to which somatosensory stimulation was applied, and posture equilibrium control in accordance with the area of application of stimulation and stimulus frequency was evaluated. In the first experiment, the effect of posture equilibrium control was analyzed after having applied tactile stimulus of smoatosensory system to the sole of the food and ankle joint muscles, and somatosensory stimulus that stimulates proprioception while in standing up posture on stable support plate and unstable support plate. As the result, rate of reduction in movement of center of gravity of the body was greater when somatosensory stimulus was applied while on unstable support plate than while on sable support plate. This is due to the greater increase in posture stability effect through greater activation of centripetal sensory flow induced by the somatosensory stimulation while on unstable support plate. In the second experiment, directional characteristics of posture equilibrium control on somatosensory stimulation when stimulus was applied individually to neck joint muscle and ankle joint muscle by dividing the area of application of stimulus into upper and lower body was evaluated. As the result, it was confirmed that center of gravity of the body moves in the same direction of the location of the somatosensory stimulus applied to ankle joint muscle, and in the opposite direction of somatosensory stimulus applied to the neck joint muscle. In the third experiment, response of the posture equilibrium was measured by varying stimulus frequency (20, 60 and 100Hz) and area of stimulation area (front and rear regions of sole of the foot) by suing vertical type somatosensory stimulation, and the following results were obtained. As the frequency of vibration stimulus increased, center of gravity of body, joint angle and level of activation of muscle either increased or decreased, and the center of gravity of body moved in the direction of the location of the vibration stimulation due to the effect of somatosensory stimulation, and the angle of each joint also maintain posture stability in accordance with the altered center of gravity of the body. Accordingly, stimulation of particular location of vibration stimulation is interpreted by the central nervous system through changes exhibited in various somatosensory receptors including tactile receptor and induces response of posture equilibrium control that displays particular directionality through feed back. When problem in posture equilibrium control related to the support surface as the result of static stimulation occurs, posture equilibrium control effect related to the effect of inputting of somatosensory stimulation, particular directionality related to the area of application of stimulation and frequency of somatosensory stimulus were obtained. The effectiveness of somatosensory system under dynamic posture during abnormal walking due to obstacles by suing stimulation system that can detect such and apply somatosensory stimulation during abnormal walking was analyzed by applying the results of the static stimulation with youth and aged groups as the subjects. In the fourth experiment, results of application and non-application of somatosensory stimulation to the lower limb (anterior tibial tendon and Achilles tendon) under upright posture in the task of crossing over obstacles whose lengths are 5, 10 and 15% of the height of subjects of the experiment were compared with youth as subjects. The results confirmed that stimulation of anterior tibial tendon and Achilles tendon while crossing over obstacles stabilizes posture more so than when somatosensory stimulus is not applied by stably changing the center of the gravity of body in antero-posterior direction and medio-lateral direction. In the fifth experiment, application and non-application of somatosensory stimulus to the lower limb (anterior tibial tendon and Achilles tendon) under each state in the task similar to that of the fourth experiment but with aged personas as subjects were compared through pressure on foot and speed of movement of center of gravity of the body. As the result, the pressure on foot displayed even distribution when somatosensory stimulus was applied while crossing over the obstacles and the speed of movement of center of gravity of the body also decreased, thereby achieving stabilization of the posture in the crossing over of obstacles. That is, somatosensory stimulus applied to the lower limb was effective in stabilizing the posture by providing immediate feedback. The results of this Study, which is a research on posture equilibrium control through somatosensory stimulation, obtained the conclusion that somatosensory stimulation is effective in obtaining particular posture equilibrium control response related to sensory receptor, location of stimulation and frequency in relations to the somatosensory information under static state, and is effective in detecting abnormal walking and stabilizing posture during abnormal walking under dynamic state. If somatosensory stimulation is utilized on patients or aged persons for whom the muscular strength of lower limb is weak or has deviated posture is used in the future, it is expected to make contribution not only towards posture control on stabilization of posture but also in preventing injuries from falling.

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