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문제 정의
- 그동안 뇌졸중환자들을 대상으로 하지근력강화 운동 이후 하지의 강직과 보행에 대한 분석은 많이 보고되었지만 하지 근력강화 운동을 통해 상지의 연합반응에 대한 연구는 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 뇌졸중으로 인한 편부전마비 환자를 대상으로 최대 노력이 요구되는 일회적 근력강화운동이 상지 연합 반응에 미치는 영향을 알아보고, 이를 토대로 뇌졸중 후 적절한 물리치료적 접근법을 제안하기 위해 수행되었다.
- 본 연구는 표면 근전도를 이용하여 뇌졸중으로 인한편부전마비 환자를 대상으로 최대 노력이 요구되는 일회적 근력강화 운동이 상지 근육인 상완이두근과 상완삼두근의 연합반응에 미치는 영향을 알아보았으며 연구 결과는 아래와 같았다.
- 본 연구에서는 측정한 근전도 신호를 토대로 근육의 근전도 신호량을 정량 비교하기 위해 RMS 값을 채택하였다. 측정 시기는 등속성 운동을 실시하기 전, 등속성 운동을 하는 동안(건측 및 마비측), 등속성 운동이 끝난 2분 후 및 5분 후이었고 각각 20초간 근전도 신호를 수집하였다.
제안 방법
- 측정 부위는 건측 및 마비측 상완이두근과 상완삼두근이었다. 등속성 운동 동안 대상자의 슬관절 신전 및 굴곡근력을 측정하기 위해 최대 우력(peak torque) 값을 수집하였다.
- 근육운동 형태는 신전근과 굴곡근 모두 구심성 수축으로 하였다. 신체 고정과 편안한 자세유지를 위하여 팔과 등, 반대편 다리는 지지대에 고정시켰으며, 체간과 골반은 벨크로로 고정시켰다.
- 운동 전 상완이두근과 상완삼두근의 근전도 RMS 값을 측정하였다. 상완이두근의 마비측 근전도 RMS 값은 평균 3.
- 위와 같은 방법으로 건측과 마비측에 각각 전극을 부착하였고, 먼저 환자가 편안히 쉬는 상태에서 근육 활동전위를 측정하였고, 이후 등속성 기계를 이용한 슬관절 굽힘 및 신전운동을 건측과 마비측 모두에서 실시하였고, 운동을 하는 동안 근육 활동전위를 측정하였다. 운동 종료 후 2분이 경과한 시점과 5분이 경과한 시점에서 각각 근육 활동전위를 측정하였다. 표면 근전도 신호는 MES 9000으로 얻어 개인용 컴퓨터에서 MES 9000 EMG 소프트웨어 version 1.
- 위와 같은 방법으로 건측과 마비측에 각각 전극을 부착하였고, 먼저 환자가 편안히 쉬는 상태에서 근육 활동전위를 측정하였고, 이후 등속성 기계를 이용한 슬관절 굽힘 및 신전운동을 건측과 마비측 모두에서 실시하였고, 운동을 하는 동안 근육 활동전위를 측정하였다. 운동 종료 후 2분이 경과한 시점과 5분이 경과한 시점에서 각각 근육 활동전위를 측정하였다.
- 본 연구에서는 측정한 근전도 신호를 토대로 근육의 근전도 신호량을 정량 비교하기 위해 RMS 값을 채택하였다. 측정 시기는 등속성 운동을 실시하기 전, 등속성 운동을 하는 동안(건측 및 마비측), 등속성 운동이 끝난 2분 후 및 5분 후이었고 각각 20초간 근전도 신호를 수집하였다. 측정 부위는 건측 및 마비측 상완이두근과 상완삼두근이었다.
- 이때 연합반응에 관여하는 근육의 활성 패턴을 보기 위해서 표면전극은 건측과 마비측의 상완이두근(biceps brachii) 및 상완삼두근(triceps brachii)에 전극을 부착하였다. 표면전극의 부착을 위해 털을 제거하고 사포로 각질을 제거한 다음, 알코올 솜으로 깨끗이 닦고 전도성을 높이기 위해서 전극젤(electrode gel)을 바른 후 표면전극을 부착하였다.
- 환자는 Isokinetic Rehabilitation and Testing System에 앉은 자세로 전방을 바라보게 하고 슬관절 신전과 굽힘을 실시한다. 각속도 60°/sec에서 각각 5회 등속성 운동을 시행하였고, 20초 휴식 후 다시 5회 실시하였다.
대상 데이터
- 본 연구는 뇌졸중 편부전마비로 진단 받고 2005년 9월부터 10월까지 서울특별시 Y 대학병원에 입원하여 물리치료를 받고 있는 환자 20명을 대상으로 하였다. 본 연구에 참여한 환자는 다음의 기준을 충족하고, 환자와 보호자의 자발적인 참여 동의를 받은 후 실시하였다.
- 운동 전과 운동 시, 운동 후에 상지근육의 활동전위를 알아보기 위해 MES 9000 EMG System을 사용하였다. MES 9000 EMG System은 8개 채널의 표면 근전도 도구로 평가 및 근육의 이완훈련, 근육의 재교육을 목적으로 다양한 근육으로부터 표면 근전도 데이터를 분석할 수 있다.
- MES 9000 EMG System은 8개 채널의 표면 근전도 도구로 평가 및 근육의 이완훈련, 근육의 재교육을 목적으로 다양한 근육으로부터 표면 근전도 데이터를 분석할 수 있다. 전극은 직경이 10 ㎜인 표면전극 4개와 직경이 2.5 ㎜인 접지 전극 1개를 사용하였다. 신호는 수집률 200 ㎐로 수집하였고, 30 ㎐ high pass filter 처리(박은영, 1998) 후 정류하였다.
- 측정 시기는 등속성 운동을 실시하기 전, 등속성 운동을 하는 동안(건측 및 마비측), 등속성 운동이 끝난 2분 후 및 5분 후이었고 각각 20초간 근전도 신호를 수집하였다. 측정 부위는 건측 및 마비측 상완이두근과 상완삼두근이었다. 등속성 운동 동안 대상자의 슬관절 신전 및 굴곡근력을 측정하기 위해 최대 우력(peak torque) 값을 수집하였다.
데이터처리
- 마지막으로 운동 전, 운동 동안, 운동 후 2분 및 5분 후 사이 상완이두근과 상완삼두근의 근전도 RMS 값의 차이를 알아보기 위해 반복측정된 분산분석(repeated ANOVA)을 실시하였다. 또한 어느 시점에서 차이가 있는지 알아보기 위하여 다중비교 Bonferroni 검정을 실시하였다. 수집된 자료는 윈도용 SPSS version 10.
- 상완이두근과 상완삼두근의 운동 전 근전도 RMS 값의 차이를 알아보기 위하여 짝비교 t-검정(paired t-test)을 실시하였다. 또한 운동을 하는 동안 마비측과 건측 상지 근육들의 근전도 RMS 값의 차이를 알아보기 위해 짝비교 t-검정을 실시하였다. 마지막으로 운동 전, 운동 동안, 운동 후 2분 및 5분 후 사이 상완이두근과 상완삼두근의 근전도 RMS 값의 차이를 알아보기 위해 반복측정된 분산분석(repeated ANOVA)을 실시하였다.
- 마비측과 건측의 무릎 신전근 및 굴곡근의 근력차이를 알아보기 위하여 짝비교 t-검정을 실시하였다. 상완이두근과 상완삼두근의 운동 전 근전도 RMS 값의 차이를 알아보기 위하여 짝비교 t-검정(paired t-test)을 실시하였다.
- 또한 운동을 하는 동안 마비측과 건측 상지 근육들의 근전도 RMS 값의 차이를 알아보기 위해 짝비교 t-검정을 실시하였다. 마지막으로 운동 전, 운동 동안, 운동 후 2분 및 5분 후 사이 상완이두근과 상완삼두근의 근전도 RMS 값의 차이를 알아보기 위해 반복측정된 분산분석(repeated ANOVA)을 실시하였다. 또한 어느 시점에서 차이가 있는지 알아보기 위하여 다중비교 Bonferroni 검정을 실시하였다.
- 마비측과 건측의 무릎 신전근 및 굴곡근의 근력차이를 알아보기 위하여 짝비교 t-검정을 실시하였다. 상완이두근과 상완삼두근의 운동 전 근전도 RMS 값의 차이를 알아보기 위하여 짝비교 t-검정(paired t-test)을 실시하였다. 또한 운동을 하는 동안 마비측과 건측 상지 근육들의 근전도 RMS 값의 차이를 알아보기 위해 짝비교 t-검정을 실시하였다.
- 신호는 수집률 200 ㎐로 수집하였고, 30 ㎐ high pass filter 처리(박은영, 1998) 후 정류하였다. 측정한 상지근육의 근전도 신호량은 근전도 신호의 실질적인 출력 값에 가까운 값을 제공하는 root mean square(RMS)값을 취하여 계산하였다.
- 운동 종료 후 2분이 경과한 시점과 5분이 경과한 시점에서 각각 근육 활동전위를 측정하였다. 표면 근전도 신호는 MES 9000으로 얻어 개인용 컴퓨터에서 MES 9000 EMG 소프트웨어 version 1.11을 이용하여 자료를 처리하였고 RMS 값을 선택하였다(Dietz 등, 2000).
이론/모형
- 본 연구에서는 개별 근육의 근수축량을 측정하기 위해서 표면전극을 부착하는 근전도를 이용하였으며, 근수축량은 RMS 방법을 이용하여 구하였다. 근전도 신호를 토대로 근수축량을 정량 비교하기 위한 방법으로는 절대값을 취하여 적분하는 방법, linear envelop, 그리고 RMS 방법이 있다(Portney, 1994; Soderberg와 Cook, 1984).
- 일회적 슬관절 근력강화 운동과 건측과 마비측의 하지근력을 평가하기위해 등속성 운동기계1)를 사용하였으며, 운동 전과 운동 시, 운동 후에 상지근육의 활동전위를 알아보기 위해 MES 9000 EMG System2)을 사용하였다.
성능/효과
- 1. 뇌졸중환자에서 마비측과 건측의 슬관절 신전 및 굴곡근의 최대우력은 건측이 유의하게 높았다(p<.05).
- 2. 운동 전 및 운동시, 마비측과 건측에 따른 상완이두근과 상완삼두근의 근전도 RMS 값의 차이는 보이지 않았다(p>.05).
- 3. 슬관절 굽힘과 신전 운동 전, 운동 시, 그리고 운동 2분과 5분 후에 따른 상완이두근과 상완삼두근의 근전도 RMS 값은 유의한 차이를 보였다. 상완이두근은 운동 전과 운동 시, 운동 시와 운동 5분 후 사이에서 유의한 차이를 보였고(p<.
- 25 Nm이었다(표 2). 건측 굴곡근에서의 최대우력은 평균 38.75 Nm, 신전근에서는 평균 60.70 Nm로 마비측과 건측의 슬관절 굴곡근과 신전근의 최대우력간 유의한 차이가 있었다(p<.05).
- 건측 상지에서는 운동을 하기 전 상완이두근의 근전도 RMS 값은 평균 2.65 ㎷, 상완삼두근은 평균 3.65 ㎷이었고, 운동 시 상완이두근의 근전도 RMS 값은 평균 13.57㎷, 상완삼두근은 평균 9.92 ㎷이었고, 운동 2분 후에는 상완이두근의 근전도 RMS 값은 평균 3.70 ㎷, 상완삼두근은 평균 2.60 ㎷이었고, 운동 5분 후에는 상완이두근의 근전도 RMS 값은 평균 2.00 ㎷, 상완삼두근은 평균 2.00㎷이었다(표 5). 마비측과 건측의 상완이두근에서 운동 전과 운동 시 사이 그리고 운동 시와 운동 5분 후 사이 근전도 RMS 값은 유의한 차이를 보였다(p<.
- 결론적으로 슬관절 근력강화 운동이 상지의 연합반응과는 관련이 없었고, 오히려 근력강화 운동을 하기 전보다 감소하는 결과를 보여 주었다. 따라서 근력강화 운동으로 인한 부정적인 효과인 강직이나 연합반응의 상승 또는 고착 없이, 적극적인 저항운동은 뇌졸중 후 기능회복에 도움이 되리라 여겨진다.
- 15 ㎷이었다(표 5). 따라서 선행 연구들과 종합하여 볼 때 마비측 상완이두근에서는 운동전보다 연합반응이 감소되었다고 할 수 있으며, 강직성 편부전마비 환자에게 근력강화를 위한 저항운동이 강직에 미치는 영향이 적고 연합반응을 감소시킬 수 있다는 것을 보여주었다.
- 05)(표 5). 따라서 운동을 하는 동안에 나타난 결과만으로 볼 때는 저항운동을 하게 되면 강직과 더불어 동시수축(co-contraction)이 증가되고, 불필요한 연합반응이 나타난다는 Bobath(1990)의 생각과 일치하는 결과를 보였으며, 최대의 수의적 운동은 강직을 증가시킨다는 Knutsson과 Martensson(1980)의 결과와 부합한다고 할 수 있다. 하지만 건측 및 마비측 하지에서 운동 동안 마비측 상지 근육들뿐만 아니라 건측의 상지근육들도 함께 RMS 값이 증가하였고, 마비측과 건측의 RMS 값 증가정도는 유의한 차이를 보이지 않았다(표 4).
- 마비측 상지에서 운동을 하기 전 상완이두근의 근전도 RMS 값은 평균 3.75 ㎷, 상완삼두근은 평균 2.85㎷이었고, 운동 시 상완이두근의 근전도 RMS 값은 평균 11.75 ㎷, 상완삼두근은 평균 21.92 ㎷이었고, 운동 2분 후 상완이두근의 근전도 RMS 값은 평균 4.20 ㎷, 상완삼두근은 평균 2.90 ㎷이었고, 운동이 끝난 5분 후 마비측 상완이두근의 근전도 RMS 값은 평균 2.40 ㎷, 상완삼두근은 평균 2.15 ㎷이었다(표 5).
- 마비측 슬관절 운동을 하는 동안 마비측 상완이두근의 근전도 RMS 값은 평균 11.76 ㎷, 상완삼두근은 평균 21.92 ㎷이었고, 건측 슬관절 운동 시 마비측 상완이두근의 근전도 RMS 값은 평균 9.03 ㎷, 상완삼두근은 평균 13.75 ㎷이었다(표 4). 마비측과 건측의 슬관절 운동 시 상완이두근과 상완삼두근의 근전도 RMS 값은 유의한 차이가 없었다(p>.
- 00㎷이었다(표 5). 마비측과 건측의 상완이두근에서 운동 전과 운동 시 사이 그리고 운동 시와 운동 5분 후 사이 근전도 RMS 값은 유의한 차이를 보였다(p<.05). 또한 상완삼두근에서도 근전도 RMS 값은 운동 시와 운동 5분 후 사이에서 유의한 차이를 보였다(p<.
- 마비측과 건측의 슬관절 신전근 및 굴곡근의 최대우력은 마비측 굴곡근에서 평균 23.50 Nm, 신전근에서 평균 41.25 Nm이었다(표 2). 건측 굴곡근에서의 최대우력은 평균 38.
- 본 연구에서는 강직성 편부전마비 환자에 대한 하지근력강화 운동을 마치고 5분 뒤에 측정한 마비측 상완이두근의 근전도 RMS 값이 유의하게 감소하는 것을 볼 수 있었다. 즉 운동 전 마비측 상완이두근의 근전도 RMS 값은 평균 3.
- 또한, 전중선(1991)은 편부전 마비 환자들에게 슬관절 운동을 통하여 슬관절 신근 및 굴근의 상호작용을 향상시키고 근력을 강화시킴으로써 보행의 개선에 많은 도움이 되었다고 하였다. 본 연구에서도 마비측과 건측의 슬관절 신전 및 굴곡 근육의 최대우력을 측정한 결과, 마비측 굴곡근에서는 평균 23.50 Nm, 신전근에서는 평균 41.25 Nm로 나타났으며, 건측 굴곡근에서는 평균 38.75 Nm, 신전근에서는 평균 60.70 Nm 로 통계학적으로 유의한 차이를 보였으며, 결과적으로 건측과 비교하여 마비측에서는 현저한 근육의 약화가 있었다고 할 수 있다(p<.05)(표 2). 마비측이 건측에 비해 신전근에서 68%의 힘을 내고 있으며, 굴곡근에서는 61%로 마비측 근력의 약화를 보여주고 있다.
- 본 연구에서도 하지 운동을 시작하기 전에 마비측 상완이두근의 근전도 RMS 값은 평균 3.75 ㎷, 상완삼두근은 평균 2.85 ㎷이었고, 마비측 하지 운동을 하는 동안에 마비측 상완이두근의 근전도 RMS 값은 평균 11.75 ㎷, 상완삼두근은 평균 21.92 ㎷로 나타남으로써, 하지 운동을 하기 전과 비교하여 운동을 하는 동안의 마비측 상완이두근 근전도 RMS 값이 유의하게 증가하였다(p<.05)(표 5). 건측 하지 운동을 하는 경우에도 마비측 하지 운동과 마찬가지로 운동을 하는 동안 상완이두근의 근전도 RMS 값이 유의한 증가를 보였다(p<.
- 또한 MacPhail과 Kramer(1995)는 17명의 뇌성마비 성인을 대상으로 1주일에 세 차례씩 8주 동안 무릎 신전근과 굽힘근에 등속성 근력강화 운동을 시행한 결과 일반 성인과 비슷한 비율로 근력이 향상되었고, 운동 후 3개월 뒤에도 일반 성인과 비슷한 비율로 약간의 근력 감소만을 보였지만, 강직에는 영향을 미치지 않았다고 보고하였다. 본 연구의 결과에서도 마비측의 슬관절 운동을 하는 동안 마비측 상완이두근의 근전도 RMS 값은 평균 11.75 ㎷, 상완삼두근의 근전도 RMS 값은 평균 21.92 ㎷이었고, 건측에서는 상완이두근의 근전도 RMS 값은 평균 13.57 ㎷, 상완삼두근의 근전도 RMS 값은 평균 9.92 ㎷이었다(표 5). 운동을 마치고 5분이 지난 다음 측정한 값은 마비측 상완이두근의 근전도 RMS 값이 평균 2.
- 슬관절 굽힘과 신전 운동 전, 운동 시, 그리고 운동 2분과 5분 후에 따른 상완이두근과 상완삼두근의 근전도 RMS 값은 유의한 차이를 보였다. 상완이두근은 운동 전과 운동 시, 운동 시와 운동 5분 후 사이에서 유의한 차이를 보였고(p<.05), 상완삼두근도 운동 시와 운동 5분 후 사이에서 유의한 차이를 보였다(p<.05).
- 운동 전 상완이두근과 상완삼두근의 근전도 RMS 값을 측정하였다. 상완이두근의 마비측 근전도 RMS 값은 평균 3.75 ㎷이었고, 건측은 2.65 ㎷, 운동 전 마비측 상완삼두근의 근전도 RMS 값은 평균 2.85 ㎷, 건측은 3.65 ㎷ 이었다(표 3). 운동 전 마비측과 건측의 상완이두근과 상완삼두근의 근전도 RMS 값은 유의한 차이가 없었다(p>.
- 슬관절 근력강화 운동이 상지의 연합반응과는 관련이 없었고, 오히려 근력강화 운동을 하기 전보다 감소하는 경향을 보였다. 따라서 근력강화 운동으로 인한 부정적인 효과인 강직이나 연합반응의 상승 또는 고착없이, 적극적인 저항운동은 뇌졸중 후 기능회복에 도움이 되리라 여겨진다.
- 7세였다. 연구 대상자의 마비측은 우측이 11명(55%), 좌측이 9명(45%)으로 우측 편부전마비가 더 많은 분포를 나타냈으며, 모든 대상자에서 감각성 실어증이나 시야결손은 없었다.
- 15 ㎷로 유의한 감소를 보였다(표 5). 운동 후 5분이 경과한 시점에서 건측에서의 상완이두근과 상완삼두근의 근전도 RMS 값은 각각 2.00 ㎷와 2.00 ㎷로 운동시보다 유의한 감소를 보여 주었다(표 5). 이러한 결과는 저항운동 후 연합반응이 감소된다는 Ada와 O'Dwyer(2001)의 결과와 부합한다고 할 수 있으며, MacPhail과 Kramer(1995)의 연구결과에서 저항운동이 강직에는 영향을 미치지 않는다는 결과를 뒷받침하고 있다.
- 본 연구에서는 강직성 편부전마비 환자에 대한 하지근력강화 운동을 마치고 5분 뒤에 측정한 마비측 상완이두근의 근전도 RMS 값이 유의하게 감소하는 것을 볼 수 있었다. 즉 운동 전 마비측 상완이두근의 근전도 RMS 값은 평균 3.75 ㎷, 상완삼두근은 평균 2.85 ㎷이었고, 운동 후 5분에는 마비측 상완이두근의 근전도 RMS 값이 평균 2.40 ㎷, 상완삼두근은 평균 2.15 ㎷이었다(표 5). 따라서 선행 연구들과 종합하여 볼 때 마비측 상완이두근에서는 운동전보다 연합반응이 감소되었다고 할 수 있으며, 강직성 편부전마비 환자에게 근력강화를 위한 저항운동이 강직에 미치는 영향이 적고 연합반응을 감소시킬 수 있다는 것을 보여주었다.
- 따라서 운동을 하는 동안에 나타난 결과만으로 볼 때는 저항운동을 하게 되면 강직과 더불어 동시수축(co-contraction)이 증가되고, 불필요한 연합반응이 나타난다는 Bobath(1990)의 생각과 일치하는 결과를 보였으며, 최대의 수의적 운동은 강직을 증가시킨다는 Knutsson과 Martensson(1980)의 결과와 부합한다고 할 수 있다. 하지만 건측 및 마비측 하지에서 운동 동안 마비측 상지 근육들뿐만 아니라 건측의 상지근육들도 함께 RMS 값이 증가하였고, 마비측과 건측의 RMS 값 증가정도는 유의한 차이를 보이지 않았다(표 4). 이는 저항운동으로 인해 연합반응이 항진되었다기보다는 저항운동에 따른 자연스러운 생리적 과유출(overflow)로 생각된다.
후속연구
- 본 연구의 제한점으로 근력강화를 1회 실시하여 연합 반응을 측정하였기 때문에 장기간 근력강화 훈련을 실시하여 운동 후 상지의 연합반응을 측정하였을 때와 비교를 하지 못하였고, 실험대상이 비교적 적어 이 결과를 일반화하기는 어렵다. 차후 연구에서는 장기간 근력강화를 통해 연합반응을 측정하는 연구가 필요하다고 사료된다.
- 따라서 효과적인 치료를 위해서는 근육약화의 원인인 감소된 운동단위 동원을 증가시키는 전략이 필요하다. 저항을 이용한 근력강화 운동은 환자의 근력을 증가시킬 수 있으며 이로 인해 기능도 개선시킬 것이다.
- 본 연구의 제한점으로 근력강화를 1회 실시하여 연합 반응을 측정하였기 때문에 장기간 근력강화 훈련을 실시하여 운동 후 상지의 연합반응을 측정하였을 때와 비교를 하지 못하였고, 실험대상이 비교적 적어 이 결과를 일반화하기는 어렵다. 차후 연구에서는 장기간 근력강화를 통해 연합반응을 측정하는 연구가 필요하다고 사료된다.
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