단일관절운동과 복합관절운동 시 슬관절 각도에 따른 대퇴사두근의 표면 근전도 비교 분석 A SEMG analysis of knee joint angle during close kinetic chain exercise and open kinetic chain exercises in quadriceps muscle원문보기
The surface electromyographic(sEMG) analyses were knee joint angle during open kinetic chain exercise (OKC) and close kinetic chain exercise (CKC) in vastus medialis (VM), vastus lateralis (VL), and rectus femoralis (RF). Ten subjects with normal , aged 20 to 30(X=27.4, SD=3.23), were randomized Sta...
The surface electromyographic(sEMG) analyses were knee joint angle during open kinetic chain exercise (OKC) and close kinetic chain exercise (CKC) in vastus medialis (VM), vastus lateralis (VL), and rectus femoralis (RF). Ten subjects with normal , aged 20 to 30(X=27.4, SD=3.23), were randomized Statistical techniques for data analysis were applied paired t-test. The 0.05 level of significane was used as the critical level for rejection of the null hypotheses for the study. And the results were: 1) Both OKC and CKC improved the strength of quadriceps muscle as the knee joint flexion was increased. 2) In OKC, the strength of VM was improved the most at the 30 degree angle. 3) In CKC, the strength of VM was improved the most at the 30 degree angle. 4) The VM/VL ratio was the largest at the 10 and 20 degree angles in OKC and CKC. 5) The VM/VL ratio at 10, 20, and 30 degree angles was significantly different between OKC and CKC (P < 0.05). Base on the results, the OKCE is recommended for the knee joint patients, especially for the patellofemoral pain syndrome patients, during the early phase of rehabilitation. In order to improve strength of the quadriceps, muscle strength training at 30 degree angle is recommended. In order to improve VM/VL ratio, 10 and 20 degree angles are recommended during OKCE and CKCE, respectively. Future researches are warranted comparing electromyographic analysis between OKCE and CKCE in the quadriceps at a certain work lead, and muscle strength performance in the quadriceps at different positions of foot.
The surface electromyographic(sEMG) analyses were knee joint angle during open kinetic chain exercise (OKC) and close kinetic chain exercise (CKC) in vastus medialis (VM), vastus lateralis (VL), and rectus femoralis (RF). Ten subjects with normal , aged 20 to 30(X=27.4, SD=3.23), were randomized Statistical techniques for data analysis were applied paired t-test. The 0.05 level of significane was used as the critical level for rejection of the null hypotheses for the study. And the results were: 1) Both OKC and CKC improved the strength of quadriceps muscle as the knee joint flexion was increased. 2) In OKC, the strength of VM was improved the most at the 30 degree angle. 3) In CKC, the strength of VM was improved the most at the 30 degree angle. 4) The VM/VL ratio was the largest at the 10 and 20 degree angles in OKC and CKC. 5) The VM/VL ratio at 10, 20, and 30 degree angles was significantly different between OKC and CKC (P < 0.05). Base on the results, the OKCE is recommended for the knee joint patients, especially for the patellofemoral pain syndrome patients, during the early phase of rehabilitation. In order to improve strength of the quadriceps, muscle strength training at 30 degree angle is recommended. In order to improve VM/VL ratio, 10 and 20 degree angles are recommended during OKCE and CKCE, respectively. Future researches are warranted comparing electromyographic analysis between OKCE and CKCE in the quadriceps at a certain work lead, and muscle strength performance in the quadriceps at different positions of foot.
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문제 정의
본 연구의 목적은 제한된 관절가동범위를 가진 슬관절 질환자들이 초기에 재활훈련 프로그램 운동을
시행할 때 복합관절운동(비부하 스쿼트 자세)과 단일관절운동(기구를 이용한 등척성 운동)을 시행할
때 대퇴사두근중 대퇴직근, 내측광근, 외측광근의 근전도를 분석하여 각도에 따른 대퇴사두근의 효율적인 초기 재활훈련 프로그램을 제시하며, 슬관절의 불안정성을 가지고 있는 사람, 또는 슬개대퇴 동통증후군을 가진 사람을 대상으로 슬관절 주위의 근육들(대퇴직근, 내측광근, 외측광근)을 슬관절 굴곡 각도에 따른 특정근육을 효과적으로 근력을 강화시키는 운동을 제시하며, 내측광근과 외측광근의비율을 측정 비교하여 내측광근을 선택적으로 강화시키는 방법과 효율적인 각도를 제시하고자 한다.
가설 설정
본 연구에서는 슬괵근(Hamstring muscles)을 측정하지 않았지만 Baratta 등(1988)의 연구에서 단일관절운동을 하는 동안 슬괵근과 대퇴사두근 사이에 협응 수축을 하며, 이 연구의 가설에서 슬괵근과 대퇴사두근 사이에 협응 수축을 하는 것은 전방십자인대에 최소한의 부하를 주면서 슬관절의 안정성을 제공한다고 하였다. Lutz 등(1993)의 연구에서도 유사한 결론이 있었으며, 이 연구에서 슬괵근과 대퇴사두근 사이의 협응수축은 단일관절운동과 복합관절운동을 비교했을 때 복합관절운동에서 높게 나타났다.
제안 방법
각 운동 중 휴식시간은 60초를 주었다. 관절각도는 피검자가 기립한 자세에서
전자 반원형 각도기 (half circle goniometer)# 이용하여 각도계의 축은 외측 경골과(lateral tibialcondyle)를 기준으로 고정팔(stationary arm)은 대퇴의 중앙선, 운동팔(moving arm)은 외과(lateralmalleolus)를 향한 선을 따라 배치 측정하였다.
이러한 준비작업이 끝나면 본 실험에 들어가 근전도를 측정하였으며, 측정시 실내온도는 동일하지 않아 피험자들의 피부온도를 고려하지 않았다. 근전도 신호처리는 근전도(MP100WSW)와 컴퓨터를 연결시키고, 근전도계 에서 이득값(gain)을 x1,000으로 설정한 후 초당 2000샘플을 수집하도록 설정했다(2000 samples/second). 측정된 값은 아날로그.
전극과 근전도계를 연결하는 전선을 잘 정리하여 움직임 잡음(motionartifact)이 생기지 않도록 한다. 근전도계와 연결된 컴퓨터 상에서 각각의 전선과 연결된 근육에 해당하는 채널을 지정하여 근전도 신호를 관찰하였고 근전도 잡음(noise)이 발생되고 있는지의 여부를 조사하고 근전도 잡음이 발생되는 경우 원인을 제거하였다. 이러한 준비작업이 끝나면 본 실험에 들어가 근전도를 측정하였으며, 측정시 실내온도는 동일하지 않아 피험자들의 피부온도를 고려하지 않았다.
떨어진 상태로 놓는다. 기립한 자세에서 슬관절을 최대 신전 시킨 자세를 0°로 설정한 다음 슬관절을10°굴곡, 20°굴곡, 30°굴곡 시킨 자세를 각각 10초 동안 유지하면서 근전도의 활동전위를 출력한다. 측정 시 피검자가 최대 의지력으로 근력을 발휘할 수 있도록 실험자가 옆에서 독려하여 최대
단일관절운동을 측정하는 방법은 등속성 운동기구인 Cybex 6000을 이용해 내장된 등척성 운동 프
로그램을 이용하여 대퇴부위의 근력을 측정하였다. 피검자들에게 기기에 대한 생소함으로 인해 각근력 측정시 근력 발휘가 과소평가되지 않도록 각 각도에서 등척성 운동을 실시한 후 10분간의 휴식을 가진 다음 측정하였다.
이때 다이나모메터 회전축은 피검자의 슬관절 축과 일치시켜 운동범위 및 동원 근육군이 운동에 원활하게 참여할 수 있도록 조정하였다. 또한 운동 시 하지 외에 다른 신체부위의 힘이 작용하지 않도록 조정띠를 이용하여 가슴, 복부 및 대퇴부위를 고정시켰다. 신전 및 굴곡운동 시 힘점인 발목관절 바깥쪽의 외과(lateral malleolus) 위 1cm부근에는 레버 암(lever arm)을 묶어 슬관절을 최대 신전 시켜 최대신전 각도를 0°로 설정 한 다음 10°굴곡, 20°굴곡, 30°시킨 다음 각각 10초 동안 유지하면서 근전도의 활동전위를 출력한다.
시행하고 있다. 물리치료실 또는 재활센터에서 재활훈련 프로그램으로 대퇴사두근의 약화를 방지하고이미 약화된 대퇴사두근의 근력을 증강시키기 위해 대퇴사두근의 근력강화운동을 실시한다. 그 중에서 많이 이용되는 운동은 대퇴사두근의 등척성 운동, 하지거상운동(Soderberg 외 Cook, 1983)과 슬관전 신전 마지막에서의 운동(Short-arc terminal knee extension)등이 있다(John, 등 1997).
실험대상자에게 실험 목적과 과정에 대한 설명을 하였으며 실험에 대한 동의를 얻었다. 실험대상자
는 반바지를 착용하였으며, 피검자에게 먼저 사전 설문조사를 실시한 후 양쪽 다리중 지배다리
(dominant leg)를 조사하여 전극을 부착할 부위는 대퇴직근의 내측부는 전상장골극(ASIS)에서 종자골(Patella)의 상극점(superior pole)까지 거리의 1/2인 점에서 2.5cm내측인 지점에, 외측광근은 전자간선(intertrochanteric line)의 아래 부분에서 종자골(Patella)의 상극점 까지 거리의 2/3인 지점에, 내측광근은 강한 등척성 수축 시 보이는 근팽대부(muscle belly)위에 부착하였다. Reference전극은 근위 경골의 앞부분에 부착하였다.
디지털 변환기(Analogue to Digital convertor)로 샘플링 한 후 증폭된 파형을 대역필터(bandpass filter)를 20 - 1000Hz로 하여 필터링 한다. 이 신호를 전파정류(full,wave rectification)를실시한 다음 FFT(fast fourier transform)을 이용하여 선형 포락선(liner envelope)를 얻은 다음 각 근육이 각 각도에서 근수축한 시간 동안 적분 근전도(integrated EMG; IEMG) 선택한 다음 적분 값을 구했다.
피검자들에게 기기에 대한 생소함으로 인해 각근력 측정시 근력 발휘가 과소평가되지 않도록 각 각도에서 등척성 운동을 실시한 후 10분간의 휴식을 가진 다음 측정하였다. 이때 다이나모메터 회전축은 피검자의 슬관절 축과 일치시켜 운동범위 및 동원 근육군이 운동에 원활하게 참여할 수 있도록 조정하였다. 또한 운동 시 하지 외에 다른 신체부위의 힘이 작용하지 않도록 조정띠를 이용하여 가슴, 복부 및 대퇴부위를 고정시켰다.
각 운동 시 휴식시간은 60초를 주었다. 측정 시 피검자가 최대 의지력으로 근력을 발휘 할 수 있도록 컴퓨터 모니터상에 나타나는 그래프를 보면서 시각적 피드백(feedback)을 주면서 실험자가 옆에서 청각적으로 독려하여 최대운동을 유도하였다.
기립한 자세에서 슬관절을 최대 신전 시킨 자세를 0°로 설정한 다음 슬관절을10°굴곡, 20°굴곡, 30°굴곡 시킨 자세를 각각 10초 동안 유지하면서 근전도의 활동전위를 출력한다. 측정 시 피검자가 최대 의지력으로 근력을 발휘할 수 있도록 실험자가 옆에서 독려하여 최대
운동을 유도하였다. 각 운동 중 휴식시간은 60초를 주었다.
로그램을 이용하여 대퇴부위의 근력을 측정하였다. 피검자들에게 기기에 대한 생소함으로 인해 각근력 측정시 근력 발휘가 과소평가되지 않도록 각 각도에서 등척성 운동을 실시한 후 10분간의 휴식을 가진 다음 측정하였다. 이때 다이나모메터 회전축은 피검자의 슬관절 축과 일치시켜 운동범위 및 동원 근육군이 운동에 원활하게 참여할 수 있도록 조정하였다.
대상 데이터
본 연구의 대상은 K대학교 대학생 및 성인 10명을 대상으로 복합관절운동과 단일관절운동의 운동형
태에 따른 내측광근, 외측광근, 대퇴직근의 근전도 분석을 한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
본 연구의 대상은 K대학교 대학생 및 성인 10명을 대상으로 연구의 목적과 연구의 의의를 설명하
고 실험에 동의한 일반 학생을 대상으로 사전 조사를 실시하여 슬관절에 질환을 가진 사람은 제외시
켰다. 실험 순서는 무작위로 측정하였으며, 이들의 신체적 특징은 〈Table 1> 과 같다.
전극부착부위는 알코올로 깨끗이 닦고 털을 제거하였다. 전극은 Solderberg와 Cook(1994)가 권장한 siver-silver chloride을 이용하였다. 근전도의 측정단위는 mV로 기록되었다.
데이터처리
1) 측정항목별로 측정값의 평균과 표준편차를 구하였다.
2)단일관절운동과 복합관절운동 방법으로 측정된 3개 근육(내측광근, 외측광근, 대퇴직근에서 각도
(10°, 20°, 30°)에 따른 적분 근전도 측정값이 차이가 있는지를 알아보기 위해 반복 측정된 자료에 일원변량분석검사(one-way repeated ANOVA)를 실시하였으며, 각도간의 차이를 보기위한 사후검증(Post-hoc test)은 Duncan검증을 실시하였다.
3) 운동방법에 따른 슬관절 굴곡 각도에서 내측광근/외측광근 활동비 차이에 대한 유의성 검증은
Paired sample t-test를 사용하였다. 모든 변인에 대한 통계적 유의수준은 P〈0.
Table 8. The results of one-way repeated ANOVA for RF during Closed kinetic chain exercise.
Table 5. The results of one-way repeated ANOVA for RF during Open kinetic chain exercise.
Table 7. The results of one-way repeated ANOVA for VL during Closed kinetic chain exercise.
Table 6. The results of one-way repeated ANOVA for VM during Close kinetic chain exercise.
2. 단일관절운동에서 내측광근, 외측광근, 대퇴직근의 적분근전도내측광근은 (Table 2> 에서 제시한 바와 같이 슬관절 굴곡 10°에서 67.56 ± 24.86mV으로 나타났으며, 20°에서 75.25 + 32.36mV이고, 30°에서 76.12 ± 29.48mV로 나타나 슬관절이 굴곡 할수록 근전도의활동전위가 증가하나〈Table 3> 에 제시한 바와 같이 통계적으로 유의한 차이는 보이지 않았다.
3, 복합관절운동에서 내측광근이 최고로 근력을 발휘하는 각도는 30°로 나타났다.
Soderberg와 Cook(1983)는 Skurja 등(1980)의 연구를 더욱 발전시켜 40명의 정상 성인을 대상으로 하지거상운동과 등척성 운농을 시행할때 대퇴직근, 내측광근, 대퇴이두근, 중둔근의 활동전위를 비교하였다. 그 결과 대퇴직근만이 하지거상운동 시 더 높은 활동전위를 보이고 다른 근육들은 대퇴사두근 등척성 운동 시 높은 활동전위를 보였다. 많은 연구에서 슬관절의 각도에 의하여 대퇴사두근의 근전도 활동이 다르게 나타난다고 보고되었다.
단일관절운동과 복합관절운동에서 슬관절 굴곡에 따른 내측광근/외측광근의 비율은 〈Table 9> 에
제시한 바와 같으며, 단일관절운동에서 슬관절 굴곡 10°에서 0.85 ±0.41, 20°에서 0.79 + 0.32, 30°에서 0.75 ±0.28으로 나타나 단일관절운동에서는 슬관절 굴곡이 낮을수록 내측광근/외측광근 비율이 증가하는 경향으로 나타났다. 복합관절운동에서는 슬관절 굴곡 10°에서 0.
대퇴직근은 (Table 2> 에서 제시한 바와 같이 슬관절 굴곡 10°에서 88.28 ±25.41mV으로 나타났으며, 20°에서 99.69 ± 29.34mV이고, 30°에서 101.56 ± 32.86mV로 나타나 슬관절이 굴곡 할수록 근전도의 활동전위가 증가하나〈Table 5> 에 제시한 바와 같이 통계적으로 유의한 차이는 보이지 않았다.
19으로 나타나 20°에서 제일 높으며 10°, 30°순으로 나타났다. 두 가지 운동형태를 같은 각도에서 비교하였을 때 통계적으로 유의한 차이가 있는 것으로 나타났다(P < 0.05).
복합관절 시 내측광근은 (Table 2> 에서 제시한 바와 같이 슬관절 굴곡 10°에서는 30.53 ±18.78mV,20°에서는 33.72 ±15.42mV, 30°에서는 37.25 ±17.81mV 로 나타내 슬관절이 굴곡 할수록 근전도의 활동전위가 증가하였으나,〈Table 6> 에 제시한 바와 같이 통계적으로 유의한 차이는 보이지 않았다.
본 실험 결과 슬관절 굴곡 10°에서 외측광근, 대퇴직근, 내측광근 순으로 근력이 발휘되었으며, 20°와 30° 에서도 동일한 결과가 나타났다. 이는 단일관절운동과 동일한 양상으로 나타났으며, Ricky 등(1998)의 연구에서는 비부하 스쿼트 자세에서 넓은 보폭과 좁은 보폭 사이에 내측광근과 외측광근의 근력발휘를 근전도로 분석하였는데, 슬관절 굴곡 30°, 60°, 90° 에서 실험한 결과 스쿼트 자세에서도슬관절이 굴곡 할수록 내측광근의 활동은 증가하는 것으로 나타났으며, 내측광근과 외측광근 사이에유의한 차이가 있다고 보고하였다.
본 실험에서 복합관절운동(비부하 스쿼트 자세)에서 내측광근, 외측광근, 대퇴직근 모두 슬관절 굴
곡이 증가할수록 근전도 활동이 증가하는 것으로 나타났으며 각도 사이에는 유의한 차이가 없었다.
본 실힘 결과 단일관절운동(등척성 운동)에서 대퇴사두근의 근육은 슬관절 굴곡각도가 증가할수록
근육의 활동이 증가하는 것으로 나타났다. 이 결과는 Joseph 등(1995)의 연구에서 슬관절의 굴곡
본 연구에서 대퇴사두근의 근활동 순서 를 보면 10°에서 외측광근, 대퇴 직 근, 내측광근 순으로 나타났으며, 20°와 30°에서도 10°의 결과와 같게 나타났다. 그러나 Joseph 등(1995)의연구에서는 Biodex를 이용한 등척성 운동에서 슬관절 신전 150。, 175。에서 실험한 결과150°에서 내측광근, 외측광근, 대퇴직근 순으로 높았으며, 175°에서도 같은 근육의 활동이 나타났다고 보고하였으며, 반대로 Rafael 등(1998)은 단일관절운동에서 대퇴직근의 활동이 제일 높다고 보고하였다.
외측광근은 〈Table 2> 에서 제시한 바와 같이 슬관절 굴곡 10°에서 98.10 ±51.80mV으로 나타으
며, 20°에서 110.75 + 57.74mV이고, 30°에서 115.09 ±57.03mV로 나타나 슬관절이 굴곡 할수록 근전도의 활동전위가 증가하나〈Table 4> 에 제시한 바와 같이 통계적으로 유의한 차이는 보이지 않았다.
이와 같은 결과로 대퇴사두근을 강화시키는 목적으로는 실시할 때 각도는 30° 에서 실시하는 것이
바람직하며 , 내측광근/외 측광근 비율을 증가시키기 위해서는 단일 관절 운동에서는 10°, 복합관절운동에서는 20°에서 실시하는 것이 바람직하다 할 수 있다. 추후 연구에서는 동일한 부하상태에서 단일관절운동과 복합관절운동사이의 대퇴사두근의 근전도 분석이 요구되며, 발의 위치에 따른 대퇴사두근의근력발휘 분석이 요구된다.
후속연구
각도가 커질수록 대퇴사두근의 활동은 증가한다고 보고하였으며, 각도사이에는 유의한 차이가 없다는 보고와 일치하였다. 그리고 각도사이에 유의한 차이가 없는 것은 측정한 각도의범위가 일정범위였기 때문이며, 추후 좀더 다양한 각도에서 실험을 시행해야 될 것이다.
바람직하며 , 내측광근/외 측광근 비율을 증가시키기 위해서는 단일 관절 운동에서는 10°, 복합관절운동에서는 20°에서 실시하는 것이 바람직하다 할 수 있다. 추후 연구에서는 동일한 부하상태에서 단일관절운동과 복합관절운동사이의 대퇴사두근의 근전도 분석이 요구되며, 발의 위치에 따른 대퇴사두근의근력발휘 분석이 요구된다.
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