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문제 정의
- 본 연구는 목적은 평지와 내리막 경사 달리기 시 하지 관절의 운동학적 변인, 하지 근육의 근수 죽죽 기전과 근 활성도의 변화를 살펴보는 것이다.
- 본 연구는 평지 달리기와 내리막 달리기 시 하지 관절의 각도 변인에 대하여 평균값과 표준편차를 제시하였으며, 두 조건의 각도 변인 차이를 알아보기 위하여 검정을 실시하였다. 또한, 평지와 내리막 달리기 시하지 근육의 근 활성도 변화를 알아보기 위하여 평지 달리기를 기준으로 표준화하여 달리기 시 지지 구간(support phase), 공중구간(swing phase), 전체 구간(one cycle)의 내리막 달리기롤 %RVC로 나타내어 각 근육의 근 활성도를 기술하였다
- 본 연구는 평지와 내리막 달리기 시 하지 관절의 각도 변화를 살펴봄으로서 충격 흡수를 위한 하지 관절의 역할 수행을 제시하며, 또한 하지 근육들의 근 활성도 변화를 살펴봄으로서 하지 근육들이 충격 흡수에 얼마만큼의 역할을 수행하는지를 고찰하는 것을 목적으로 하였다.
- 노출 시간은 l/500sec로 설정하였다. 본연구에서는 평지와 내리막 달리기 시 하지근(lower limb muscle)들의 근 활성도 변화를 살펴보기 위하여 대퇴직근(rectus femoris), 외측광근(vastus lateralis), 대둔근(gluteus medius), 대퇴이두근(biceps femoris), 내 비복근(gastrocnemius medial), 외비복근(gastrocnemius lateral), 가자미근(soleus), 전경골근(tibialis anterior)을 선정하였다.
- 이 연구는 내리막 달리기 시 신체에 미치는 충격 요인을 하지 관절의 움직임과 하지 근육들의 근 활성도를 통해 분석하여 상해의 가능성을 제시하고자 하였다. 그러나 하지 관절의 움직임을 2차원으로 국한하였으며, 지면과의 충돌로 인한 충격을 직접적으로 측정할 수 있는 지면 반력기나 가속도계를 이용하지 않아 인체의 뼈, 관절 근육들의 충격 흡수에 대한 역할을 완벽하게 이해하는 것에는 미흡함이 있었다.
제안 방법
- 평균 적분 근전도의 수학적 산출방식은 수식(2)과 같다. 근전도 신호를 표준화하는 방법으로는 특정 동작의 근수축을 기준 수축(Reference Voluntary Contraction: RVC)으로 삼아 이를 기준으로 표준화하는 %RVC 방법 (Gam 등, 1998) 사용하였다 각 대상자들의 달리기 시 평지 달리기의 각 동작 구간에 대한 IEMG값을 기준으로 RVC를 설정하였으며, 내리막 달리기 시 동작 구간에 대한 개개의 근육에서 구한IEMG값을 RVC-IEMG값과 비교하여 %RVC로 동작 구간에 대한 각 근육의 근전도 신호를 표준화하였다.
- 근전도 신호의 주파수 범위(band width)는 20〜500Hz 사이로 설정하였고, 소음 제거 월 common mode rejectionratio)을 HOdB 이상으로 설정하였다. 증폭된 아날로그 근전도 신호는 아날로ZL-디지털 변환기(12 bit analogue to digital converter)에 의하여 디지털 신호로 변환 시켜 1000Hz의 비율로 샘플링되었다.
- 획득된 신호는 Optical inteiface(OPrO-RS/NP TWIN)를 통해 Serial Adapter card를 거쳐 개인용 컴퓨터에 저장되었다. 대상자들의 달리기에 대한근전도 자료들의 동조화를 위해 6mm 디지털 비디오카메라(GR-DVL9500, JVC,Japan)를 설치하여 평지와 내리막 달리기 동작을 촬영하였다. 촬영된 영상은 Marvel Cbnnector Box를 거쳐Matrox Marvel G200 Display Adapted 통해 컴퓨터에 저장되었으며, 영상 자료와 근전도 좌료와의 동조를 위해 특수 제작된 후레시(flash light)를 이용하여 후레시가 터지는 순간 컴퓨터 화면상에 근전도 신호의 시작점을 나타내는 마커(maker)를 표시하도록 하였다.
- 실시하였다. 또한, 평지와 내리막 달리기 시하지 근육의 근 활성도 변화를 알아보기 위하여 평지 달리기를 기준으로 표준화하여 달리기 시 지지 구간(support phase), 공중구간(swing phase), 전체 구간(one cycle)의 내리막 달리기롤 %RVC로 나타내어 각 근육의 근 활성도를 기술하였다
- 1/3되는 지점에 표면 전극을 (surface electrode) 부착하였다. 부착 전 검사 결과에 영향을 미칠 수 있는 피부 표면의 이물질 제거를 위해 면도기와 사포 그리고 알코올을 이용하여 피부 표면을 깨끗이 소독한 후 전 극을 부착하였다.
- 실험 결과에 영향을 줄 수 있는 기술적인 오류를 최소화하기 위하여 피험자의 전극 부착 부위를 자연스러운 상태를 유지하게 하였으며 근전도 검사 기구인 Megawin사에서 제공하는 소프트웨어를 모니터링하면서 근육의 기시점(ori어n)과 저 지점(insertion)의 중간 부위에서 1/3되는 지점에 표면 전극을 (surface electrode) 부착하였다. 부착 전 검사 결과에 영향을 미칠 수 있는 피부 표면의 이물질 제거를 위해 면도기와 사포 그리고 알코올을 이용하여 피부 표면을 깨끗이 소독한 후 전 극을 부착하였다.
- 실험은 8.3km/h의 속도로 평지 달리기 3분간, 3회를 달린 후에 충분한 휴식을 취하였으며, -7% 경사의 내리막 달리기를 동일한 방법으로 시행하였다.
- 대상자들은 사전에 연구에 대한 정보를 받았으며, 실험 전에 연구를 위한 신체 측정을 받았다. 앞의 절차가 끝난 대상자는 검은 색 스판덱스 반바지만을 착용하였으며, 각인 체 해부학적 경계점에 반사용 마커(light emitted diode) 를 부착하였다. 근전도 신호를 수집 할 근육에 전극을 부착하였으며 근육의 근 활성과 상해예방을 위해 10분정도의 준비운동 시간을 가졌다.
- 영상자료의 수집을 위해 디지털 6mm 비디오카메라((GR-DVL9500, JVC, Japan)를 트레드밀상의 시상면 (sagittal plane) 에 설치하였으며, 카메라 속도는 eOframe/sec, 노출 시간은 l/500sec로 설정하였다. 본연구에서는 평지와 내리막 달리기 시 하지근(lower limb muscle)들의 근 활성도 변화를 살펴보기 위하여 대퇴직근(rectus femoris), 외측광근(vastus lateralis), 대둔근(gluteus medius), 대퇴이두근(biceps femoris), 내 비복근(gastrocnemius medial), 외비복근(gastrocnemius lateral), 가자미근(soleus), 전경골근(tibialis anterior)을 선정하였다.
- 대상자들의 달리기에 대한근전도 자료들의 동조화를 위해 6mm 디지털 비디오카메라(GR-DVL9500, JVC,Japan)를 설치하여 평지와 내리막 달리기 동작을 촬영하였다. 촬영된 영상은 Marvel Cbnnector Box를 거쳐Matrox Marvel G200 Display Adapted 통해 컴퓨터에 저장되었으며, 영상 자료와 근전도 좌료와의 동조를 위해 특수 제작된 후레시(flash light)를 이용하여 후레시가 터지는 순간 컴퓨터 화면상에 근전도 신호의 시작점을 나타내는 마커(maker)를 표시하도록 하였다.
- 평지와 내리막 달리기 시 각 근육들의 근 활성도 변화를 알아보기 위하여 한쪽 다리의 뒤꿈치 접지(heel contact)에서 다음 뒤꿈치 접지 전까지를 한 구간 (cyde)으로 설정하였으지지 구간(stance phase)과e)과 공중구간(swing phase)으로 나누어 달리기 시 전체 한 구간과 지지 구간 그리고 공중구간에서의 하지 근육들에 대한 평균 적분 근전도(averaged integrated electron^o- graphy : IEMQ 값을 구하였다. 근전도는 근육의 근수축 시 근 활성도를 측정하는 데 주로 사용된다 Raw EMM적분 값은값은 2函이며, 절대값을 구하기 위하여 Raw signal의 전파정류(Full- wave rectify)/]- 필요하다.
대상 데이터
- 근 활성도 측정을 위해 사용된 전극은 Ag-Ag/G의 표면 전극을 사용하였으며, 각 전극 사이의 거리는 2 cm를 유지하였다. 각하지 근육의 표면 전극 부착 위치는 다음과 같다
- 본 연구의 실험은 분석에 필요한 양질의 근전도 신호를 수집하는데 있어 환경적인 영향을 최소화하기 위하여 K대학교 실내 체조장에서 실시되었다. 대상자들은 사전에 연구에 대한 정보를 받았으며, 실험 전에 연구를 위한 신체 측정을 받았다.
- 본 연구의 연구 대상자는 대 20대 남자 6명을 대상으로 하였으며, 대상자 모두 최근 1년간 하지에 상해를 입은 경력이 없는 사람으로 선정하였다. 대상자의 평균 신장은 176.
데이터처리
- 본 연구의 실험 결과는 LabView 6i(LaboratoryVirtual Instrument Engineering Workbench) graphicalprogramming과 Excel 2000 프로그램을 이용하여 필요한 자료 및 그래프를 산출하였다 또한, SPSS 11.0 for Widows 통계 Package를 사용하여 측정 항목 중 평지 달리기와 내리막 달리기 시 각 관절의 각도 변인에 대해 두 조건 간의 차이점을 살펴보기 위하여 t-검증을 실시하였으며, 유의 수준은 p=.05로 설정하였다.
성능/효과
- 1. 내리막 달리기에서 각 하지의 관절들의 움직임은 평지 달리기보다 적은 움직임을 보였으나 통계적으로 유의한 차이가 나타나지는 않았다.
- 2. 내리막 달리기 시 지지 구간 동안에 외측 광근과대퇴 이두근이 평지 달리기보다 많은 근 수축 활성도를 나타내었으나 대틔 직근은 반대의 결과를 나타내었다.
- 3. 내리막 달리기 시 지지 구간 동안에 하퇴의 근육들은 평지 달리기보다 적은 근수축 활성도를 나타내었다.
- 그러나 평지와 내리막 달리 시 근수축 활성 도의 변화를 고찰한 결과 하퇴의 근육들보다는 대퇴의 근육들이 충격 홉수를 위해 많은 근수축을 하고 있는 것으로 확인 되었다.
- 그러나 하지 관절의 움직임을 2차원으로 국한하였으며, 지면과의 충돌로 인한 충격을 직접적으로 측정할 수 있는 지면 반력기나 가속도계를 이용하지 않아 인체의 뼈, 관절 근육들의 충격 흡수에 대한 역할을 완벽하게 이해하는 것에는 미흡함이 있었다. 또한, 달리기 시 지지 구간동안에 인체에서 대부분의 충격 흡수를 수행함으로 지지 구간을 더욱 세분화하여 동작 구간을 설정하고, 이에 따른 다관절 근육의 근수축 기전과 근 활성도 정도에 따른 역할에 대해서도 추후 연구가 필요하다고 사료된다.
- 앞의 절차가 끝난 대상자는 검은 색 스판덱스 반바지만을 착용하였으며, 각인 체 해부학적 경계점에 반사용 마커(light emitted diode) 를 부착하였다. 근전도 신호를 수집 할 근육에 전극을 부착하였으며 근육의 근 활성과 상해예방을 위해 10분정도의 준비운동 시간을 가졌다.
- 나타났다. 대퇴 직근은 내리막 달리기에서 평지 달리기와 비교하여 약 31% 정도만큼의 근수축 활성을 나타내었으며, 이와는 반대로 외측광근과 대퇴이두근은 평지 달리기보다 내리막 달리기에서 각각 약 2.5배, 3배 정도의 더 큰 근수축 활성을 나타내었다.
- 접지(heel contact) 시 무릎관절은 내리막 달리기에서 평지와 비교하여 약 6도 신전(extension) 된 상태로 지면과 접촉되는 것으로 나타났으며, 이지(toepff) 시에는 평지와 내리막에서 거의 같은 각도를 유지하며 이지하는 것으로 나타났다. 무릎관절의 지지 구간 최대 굴곡 각(maximum flexion ai임 e)은 평지와 내리막 달리기에서 거의 유사하게 나타났으며, 공중 구간 최대 굴곡 각은 평지에서 내리막보다 약 4도 더 신전 된 상태를 유지하는 것으로 나타났다. 그러나 동작 구간 중 중요 시점에서의 무릎 각도는 통계적으로 유의한 차이가 나타나지 않았다.
- 접지(*l h contact) 시 발목관절은 내리막 달리기에서 평지와 비교하여 약간 배 측 굴곡(dorsi flexion)된 상태로 지면과 접촉되는 것으로 나타났으며, 이지(toeoff) 시에는 내리막에서 평지보다 약 12도 정도 더 저 측 굴곡(plantar flexion)된 상태로 이지하는 것으로 나타났다. 발목 관절의 지지 구간 최대배즉 굴곡각(maximum doisi flexion angle)은 내리막 달리기에서 평지 보다 약 2도 정도 더 큰 것으로 나타났으며, 공중 구간 최대 저 측 굴곡각(maximum plantar flexion angle)은 평지에서 내리막보다 약 11도 더 큰 것 나타났다. 그러나 동작 구간 중 중요 시점에서의 발목 각도는 통계적으로 유의한 차이가 나타나지 않았다.
- 증가하는 것으로 보고하였다. 본 연구에서 도착지 시 하지 관절의 각도 변화는 미세한 것으로 나타났으나 외측광근과 대퇴 이두근의 근수축 활성은 내리막 달리기에서 평지보다 크게 증가된 것으로 나타났는데, 이것은 증가된 가속도 피크만큼 이 두 근육이 충격 홉수를위해 더 많이 사용되고 있다는 것을 간접적으로 증명히는것이다. 반복적인 신근 활동의 결과 내리막 달리기에서 피로 증가 없이 경골 조 면에서 천골까지 증가된 쇼크 전달로 인해 접지 시 유도된 쇼크 가속도 분산과 흡수를 위한 근의 능력이 떨어지는 것으로 알려져 있는데 본 연구의결과와 깊은 관련이 있다고 사료 된다
- 본 연구에서는 나타난 결과를 종합하면 내리막 달리기 시 하지 관절의 각도 변화는 평지 달리기와 비교할 때 미세한 차이가 있는 것으로 나타나 충격 흡수를 위한 하지 관절들의 역할을 규명하는 것에는 충분하지 않았다. 그러나 평지와 내리막 달리 시 근수축 활성 도의 변화를 고찰한 결과 하퇴의 근육들보다는 대퇴의 근육들이 충격 홉수를 위해 많은 근수축을 하고 있는 것으로 확인 되었다.
- 접지(hed contact) 시 엉덩관절은 내리막 달리기에서 평지와 비교하여 약 4도 정도 신전된 상태를 유지하며 지면과 접촉되는 것으로 나타났으며, 이지(toeoff) 시에는 평지에서 내리막 보다 약 6도 정도 더 신전 된 상태로 이지하는 것으로 나타났다. 엉덩 관절의 지지 구간 최대 굴곡각(maximum flexion ang^e)은 내리막 달리기에서 평지 보다 약 3도 정도 더 신전 된 것으로 나타났으며, 공중 구간신전각 신전각(maximum extension angje)은 평지에서 내리막보다 약 13도 더 신전 된 상태를 유지하는 것으로 나타났다. 그러나 동작 구간 중 중요 시점에서의 엉덩 관절 각도는 통계적으로 유의한 차이가 나타나지 않았다.
- 변화를 나타낸 것이다. 접지(*l h contact) 시 발목관절은 내리막 달리기에서 평지와 비교하여 약간 배 측 굴곡(dorsi flexion)된 상태로 지면과 접촉되는 것으로 나타났으며, 이지(toeoff) 시에는 내리막에서 평지보다 약 12도 정도 더 저 측 굴곡(plantar flexion)된 상태로 이지하는 것으로 나타났다. 발목 관절의 지지 구간 최대배즉 굴곡각(maximum doisi flexion angle)은 내리막 달리기에서 평지 보다 약 2도 정도 더 큰 것으로 나타났으며, 공중 구간 최대 저 측 굴곡각(maximum plantar flexion angle)은 평지에서 내리막보다 약 11도 더 큰 것 나타났다.
- 3>은 평지와 내리막 달리기 시 엉덩 관절의 각도 변화를 나타낸 것이다. 접지(hed contact) 시 엉덩관절은 내리막 달리기에서 평지와 비교하여 약 4도 정도 신전된 상태를 유지하며 지면과 접촉되는 것으로 나타났으며, 이지(toeoff) 시에는 평지에서 내리막 보다 약 6도 정도 더 신전 된 상태로 이지하는 것으로 나타났다. 엉덩 관절의 지지 구간 최대 굴곡각(maximum flexion ang^e)은 내리막 달리기에서 평지 보다 약 3도 정도 더 신전 된 것으로 나타났으며, 공중 구간신전각 신전각(maximum extension angje)은 평지에서 내리막보다 약 13도 더 신전 된 상태를 유지하는 것으로 나타났다.
- <표 2>는 평지와 내리막 달리기 시 무릎 관절의 각도 변화를 나타낸 것이다. 접지(heel contact) 시 무릎관절은 내리막 달리기에서 평지와 비교하여 약 6도 신전(extension) 된 상태로 지면과 접촉되는 것으로 나타났으며, 이지(toepff) 시에는 평지와 내리막에서 거의 같은 각도를 유지하며 이지하는 것으로 나타났다. 무릎관절의 지지 구간 최대 굴곡 각(maximum flexion ai임 e)은 평지와 내리막 달리기에서 거의 유사하게 나타났으며, 공중 구간 최대 굴곡 각은 평지에서 내리막보다 약 4도 더 신전 된 상태를 유지하는 것으로 나타났다.
- 평지와 내리막 달리기 시 공중구간 동안의 하퇴 근육들에 대한 근 활성도는과 같이 나타났다 전경골근, 내비복근은 평지와 내리막 달리기에서 거의 같은 근수축 활성을 나타냈었으며, 외비복근과 가자미근은 내리막 달리기에서 평지 달리기보다 각각 약 60%, 68% 정도 만큼의 근수축 활성을 나타내었다.
후속연구
- 그러나 하지 관절의 움직임을 2차원으로 국한하였으며, 지면과의 충돌로 인한 충격을 직접적으로 측정할 수 있는 지면 반력기나 가속도계를 이용하지 않아 인체의 뼈, 관절 근육들의 충격 흡수에 대한 역할을 완벽하게 이해하는 것에는 미흡함이 있었다. 또한, 달리기 시 지지 구간동안에 인체에서 대부분의 충격 흡수를 수행함으로 지지 구간을 더욱 세분화하여 동작 구간을 설정하고, 이에 따른 다관절 근육의 근수축 기전과 근 활성도 정도에 따른 역할에 대해서도 추후 연구가 필요하다고 사료된다.
- 그러므로 평지와 내리막 달리기 시 경사의 변화가 하지 관절의 각도에 어떠한 영향을 미치는지 고찰할 필요가 있다. 또한, 평지와 내리막 달리기 시 근수축 발현을 위한 근 섬유의 동원과 근섬유에 대한 상해와의 관련성을 판단하고 예측할 수 있도록 하지 근육의 근수축 기전과 근 활성도 변화에 대한 연구가 필요하겠다.
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