[논문]불안정한 자세에서 하지에 인가한 진동자극이 자세 안정성 개선에 미치는 영향

은혜인; 유미; 김동욱; 권대규; 김남균

doi:10.9718/jber.2007.28.5.628

문제 정의

본 연구는 불안정한자세에서 하지의 체성감각 수용기에 인가한 기계적인 진동자극이 자세 균형 및 자세 안정성에 어떠한 영향을 주는지 분석하였다. 이를 위해 피험자의 신체를 전, 후, 좌, 우로 기울이도록 지시하여 불안정한 자세를 유도하였으며, 이때 체성감 각 중 고유수용감각에 해당하는 좌우 전경 골근(Tibialis anterior, TA), 하퇴삼두근(Triceps surae, TS)과 체성감각 중 촉각에 해당하는 오른쪽 발바닥(Right plantar zone, RP), 왼쪽 발바닥(Left plantar zone, LP)에 진동자극을 동시에 또는 각각 가하여 신체동 요가 얼마나 감소되었는지를 분석하였다.
Edit Nagy[13]는 자세균형 훈련 후 자세 조절 능력을 평가하기 위해 주파수 대역을 저주파수, 중간주파수, 고주파수 대역으로 나누어 자세 조절 능력을 분석하였다. 본 연구는 주파수 대역에 따른 분석을 통하여 피험자의 신체동요 변화를 알아보고, 각 진동자극이 자세를 안정화시키는데 효과가 있는지 알아보고자 한다.
그러므로 자세 안정성을 증진시키기 위해서는 자세 조절에 관여하는 감각을 증진시켜야 한다. 이 감각들 중 체성감각에 진동자극을 가하여 자세 안정성의 증진에 도움을 주는 효과에 대해 논의하도록 한다. 체성감각은 지지면에 관련하여 인체에 대한 위치 및 동작 정보를 중추신경계에 제공하는 역할을 한다.
전경골근 및 하퇴삼두근과 발바닥의 진동자극 즉, 체성감각 수용기에 인가한 진동자극이 인간의 신체동요에 어떠한 영향을 미치는지 연구하기 위하여 피험자로 하여금 신체동요도 측정 프로그램에 제시된 안정 및 불안정 자세에서 유지시키는 동시에 진동자극을 가하여 실험을 수행하였다. 이 실험을 통하여 진동자극에 대한 cop 변동 면적과 각각의 주파수 대역에서 나타나는 스펙트럼 에너지를 알아보았다. 실험데이터는 SPSS 12.
전경골근 및 하퇴삼두근과 발바닥의 진동자극 즉, 체성감각 수용기에 인가한 진동자극이 인간의 신체동요에 어떠한 영향을 미치는지 연구하기 위하여 피험자로 하여금 신체동요도 측정 프로그램에 제시된 안정 및 불안정 자세에서 유지시키는 동시에 진동자극을 가하여 실험을 수행하고 피험자로 하여금 신체동요도를 측정하여 진동자극이 자세안정성 에 미치는 영향을 알아보고 다음과 같은 결론을 얻었다.
전경골근 및 하퇴삼두근과 발바닥의 진동자극 즉, 체성감각 수용기에 인가한 진동자극이 인간의 신체동요에 어떠한 영향을 미치는지 연구하기 위하여 피험자로 하여금 신체동요도 측정 프로그램에 제시된 안정 및 불안정 자세에서 유지시키는 동시에 진동자극을 가하여 실험을 수행하였다. 이 실험을 통하여 진동자극에 대한 cop 변동 면적과 각각의 주파수 대역에서 나타나는 스펙트럼 에너지를 알아보았다.

제안 방법

본 연구는 힘판 위에서 불안정한 자세를 유지하고 있는 피험자의 좌우 전경골근 및 하퇴삼두근과 발바닥에 진동자극을 가했을 경우 피험자의 신체 동요 반응을 분석하기 위해 그림 1과 같은 진동자극 인가 및 신체 동요도 측정 장치를 구성하였다.
진동자극 조건은 그림 6에 나타난 바와 같이 진동자극을 가하지 않고 유지, 모든 부위의 진동자극 즉 좌우 전경골근, 하퇴삼두근, 오른쪽 발바닥, 왼쪽 발바닥에 진동자극을 가하여 유지, 좌우 전경골근에만 진동자극을 가하여 유지, 좌우 하 퇴삼두근에만 진동자극을 가하여 유지, 오른쪽 발바닥에만 진동자극을 가하여 유지, 왼쪽 발바닥에만 진동자극을 가하여 유지하였다. 실험은 6가지 진동자극 인가조건에 따라 안정 및 불안정 자세에 대해 5번 반복하여 수행하여 총 110번 동안 신체 동요도를 측정하였다. 실험 수행에 따른 하지의 피로를 감소시키기 위해 각 자극 조건에 따른 실험 사이에 10분간의 휴식시간을 주었다.
5º기울여 유지하였다. 원안에서 유지하는 30초 동안 피험자의 신체 동요도를 측정하였으며 자세유지 영역은 무작위로 선택하였다.
본 연구는 불안정한자세에서 하지의 체성감각 수용기에 인가한 기계적인 진동자극이 자세 균형 및 자세 안정성에 어떠한 영향을 주는지 분석하였다. 이를 위해 피험자의 신체를 전, 후, 좌, 우로 기울이도록 지시하여 불안정한 자세를 유도하였으며, 이때 체성감 각 중 고유수용감각에 해당하는 좌우 전경 골근(Tibialis anterior, TA), 하퇴삼두근(Triceps surae, TS)과 체성감각 중 촉각에 해당하는 오른쪽 발바닥(Right plantar zone, RP), 왼쪽 발바닥(Left plantar zone, LP)에 진동자극을 동시에 또는 각각 가하여 신체동 요가 얼마나 감소되었는지를 분석하였다.
안정 자세는 중심 영역이며 불안정 자세는 전, 후, 좌,우 영역이다. 좌우 전경골근과 하퇴삼두근에 진동자극을 가했을 때에는 중심, 전, 후 영역에 대해 실험을 수행하였으며, 좌우 발바닥에 진동자극을 가했을 때에는 중심, 좌, 우영역에 대해 실험을 수행하였다. 안정 자세와 불안정 자세는 그림 5에 나타나 있으며 중심을기준으로 전, 후, 좌, 우영역에 나타난 원 안에서 피험자가 자신의 무게중심을 유지하도록 지시 하였다.
그 다음 피험자의 정면에 있는 모니터의 전원을 끈 상태로 30초 동안 안정 또는 불안정 자세를 진동자 극 조건에 따라 유지한다. 진동자극 조건은 그림 6에 나타난 바와 같이 진동자극을 가하지 않고 유지, 모든 부위의 진동자극 즉 좌우 전경골근, 하퇴삼두근, 오른쪽 발바닥, 왼쪽 발바닥에 진동자극을 가하여 유지, 좌우 전경골근에만 진동자극을 가하여 유지, 좌우 하 퇴삼두근에만 진동자극을 가하여 유지, 오른쪽 발바닥에만 진동자극을 가하여 유지, 왼쪽 발바닥에만 진동자극을 가하여 유지하였다. 실험은 6가지 진동자극 인가조건에 따라 안정 및 불안정 자세에 대해 5번 반복하여 수행하여 총 110번 동안 신체 동요도를 측정하였다.
측정 파라미터는 진동에 대한 피험자의 신체동요도 변화를 알아보기 위해 진동 및 영역조건에 따른 COP 변동 면적(COP sway area)과 COP 변동 면적을 주파수 변환하여 분석한 스팩트럼 에너 지 (spectrum energy) 를 분석하였다.

대상 데이터

본 연구에서는 20대 성인 10명(남 : 8명, 여 : 2명, 연령 : 22~29 세)을 대상으로 실험하였다. 이들은 신경학적 질병 및 전정기관의 이상이 없으며, 정상 근골격 기능을가지고 있다.
진동 자극 인가 장치는 피험자의 좌우 전경골근 및 하퇴삼두근과 발바닥에 진동자극을 가하는 진동모터 (JHV-10A1, JAHWA Electronics Co., Korea)를 사용하였다. 이 진동모터는 편평형으로 높이는 3.

데이터처리

이 실험을 통하여 진동자극에 대한 cop 변동 면적과 각각의 주파수 대역에서 나타나는 스펙트럼 에너지를 알아보았다. 실험데이터는 SPSS 12.0을 이용하여 COP 변동 면적은 일원분산분석(one-way ANOVA)을, 스펙트럼 에너지는 쌍체 비 교(paired t-test)> 실시하여 결과 값의 유의성을 획득 하였다.
, USA)를 연결하여 컴퓨터에서 제어명령을 인가하도록 하였으며, 제어 명령에 따라 진동자극은 백색 잡음 신호(white noise signal)로 주어진다. 제어 프로그램은 LabVIEW 소프트웨어 (NI Co., USA)를 이용하여 자체 제작하였다[그림 3],

성능/효과

그림 7은중심영역(직립상태)에서 6가지 진동자극 즉, 진동자극을 가하지 않았을 때, 모든 부위에 진동자극을 가하였을 때, 좌우전경 골근(TA), 하퇴 삼두근(TS), 오른쪽발바닥(RP), 왼쪽발바닥 (LP) 각각에 진동자극을 가하였을 때 나타난 COP 변동 면적이다. COP 변동 면적은 진동 자극을 가하지 않았을 때 48.25cm²로 가장 크게 나타났으며, 모든 부위에 진동자극을 가하였을 때41.58cm²로 진동 자극을 가하지 않았을 때보다 COP 변동 면적 이 작게 나타났다. TA, TS, RP, LP에 자극을 가했을 때에는38.
그림 11은 진동자극을 가하지 않았을 때와 비교해서 오른쪽 또는 왼쪽 발바닥에 진동자극을 가했을 때 COP 변위 값을 주파수 변환하고 이를 중간주파수 대역과 고주파수 대역으로 나누어 각 주파수 대역에서 보이는 스펙트럼 에너지의 감소율을 나타낸 그래프 이다. 스펙트럼 에너지의 감소율은 오른쪽 또는 왼쪽 발바닥에 진 동자극을 가했을 때 중간주파수 대역에서 제일 높게 나타났다(pRP(M-L)=0.000, pRP(A-P)=0.000, pLP(M-L)=0.014, pLP (A-P)=0.012). 이를 통해 진동에 의한 오른쪽 또는 왼쪽 발바닥의 자극은 촉각에 영향을 줌을 확인하였다.
그림 9는 진동자극을 가하지 않았을 때와 비교해서 전경골근 또는 하퇴삼두근에 진동자극을 가했을 때 COP 변위 값을 주파수 변환하고 이를 중간 주파수 대역과 고주파수 대역으로 나누어 각 주 파수대역에서 보이는 스펙트럼 에너지의 감소율을 나타낸 그래프 이다. 스펙트럼 에너지의 감소율은 전경골근 또는 하퇴삼두근에 진동자극을 가했을 때 고주파수 대역에서 제일 높게 나타났다 (pTA(M-L)=0.008, pTA(A-P)=0.000, pTS(M-L)=0.003, pTS (A-P)=0.021). 이를 통해 진동에 의한 전경골근 또는 하퇴삼두근 의 자극은 고유수용감각에 영향을 줌을 확인하였다.
안정자세에서 진동자극에 따른 신체동요도의 변화는 진동자극을 가하지 않았을 때보다 진동자극을 가했을 때 자세를 좀 더 안정적으로 유지하였으며, 전체자극보다 부분적으로 진동자극을 가했을 때 자세가 좀 더 안정적으로 유지하였다.
Kavounoudias [14]의 연구에 의하면 고유수용감각 또는 촉각에 자극을 가했을 경우 이에 대한 반응특성 은 다르며, 두 감각을 동시에 자극을 가했을 경우 개별적으로 가했을 때 나타난 반응특성이 상쇄되어 나타남을 밝혔다. 이를 통해 본 연구에서 인가한 자극 조건에서 모든 부위에 진동자극을 가한 경우 부위별로 진동자극을 가했을 때 나타나는 반응특성이 상쇄되어 COP 변동면적이 크게 나타나게 됨을 알 수 있다(p<0.05). 촉각 및 고유수용감각 입력은 자세 균형을 조절하기 위해 방향성 법칙에 따라 동시에 처리된다.
012). 이를 통해 진동에 의한 오른쪽 또는 왼쪽 발바닥의 자극은 촉각에 영향을 줌을 확인하였다. 고유수용 감각의 영향과 관련되어 있는 고주파수 대 역 또한 약 32%의 감소율을 보이는데 이는 피험자의 신체동요를 측정하는 동안 피험자의 정면에 위치한 모니터의 전원을 끄고 측정하여 피험자는 자세를 조정하기 위한 감각들 중 시각정보를 받지 못하기 때문에 근육에 의한 고유수용 감각에서 보상해주는 것으로 사료된다.
021). 이를 통해 진동에 의한 전경골근 또는 하퇴삼두근 의 자극은 고유수용감각에 영향을 줌을 확인하였다. 촉각의 영향 과 관련되어 있는 중간주파수 대역 또한 약 35%의 감소율을 보이는데 이는 피험자의 신체동요를 측정하는 동안 피험자의 정면에 위치한 모니터의 전원을 끄고 측정하여 피험자는 자세를 조정하기 위한 감각들 중 시각정보를 받지 못하기 때문에 발바닥에 의한 촉각에서 보상해주는 것으로 생각된다.
중심(center) 영역으로 자세균형 을 유지하는 동안 COP 변동 면적은 진 동자극을 가하지 않았을 때보다 전경골근 또는 하퇴삼두근에 진동 자극을 가했을 때 작게 나타났다. 전방(anterior) 영 역으로 자세를 유지하는 동안 COP 변동 면적은 진동자극을 가하지 않았을 때보다 전경 골근 또는 하퇴 삼두근에 진동자극을 가했을 때 작게 나타났으며, 하퇴 삼두근에 자극을 가했을 때보다 전경 골근에 자극을 가했을 때 작게 나타났다(panterior=0.022). 전경골근에 진동자극을 가했을 경우, 진동자극에 의해 전경골근에 위치한 근방추가 반응하여 근육 수축을 유발하게 되어 신체가 앞으로 기울게 된다[10].
전후방불안정 자세에 대해 전경골근 및 하퇴삼두근에 진동자극을 가했을 때의 영향을 살펴보면, 전경골근의 진동자극은 전방 불안정 자세를 안정적으로 유지 하는데 효과가 있으며, 하퇴 삼두근의 진동자극은 후방 불안정 자세를 안정적으로 유지 하는데 효과가 있음을 알 수 있었다.
좌우 불안정 자세에 대해 왼쪽 발바닥 및 오른쪽 발바닥에 진동 자극을 가했을 때의 영향을 살펴보면, 왼쪽 발바닥의 진동자극은 우방 불안정 자세를 안정적으로 유지하는데 효과가 있으며, 오른쪽 발바닥의 진동자극은 좌방 불안정 자세를 안정적으로 유지하는데 효과가 있음을 알 수 있었다.
그림 10은 중심, 좌, 우영역 에서 자세를 유지하는 동안 진동 자 극을 가하지 않았을 때, 오른쪽발바닥(RP)과 왼쪽발바닥(LP)에 각각 부분 자극을 가했을 때의 COP 변동 면적을 나타낸 그래프이다. 중심 영역에서 자세균형을 유지하는 동안COP 변동면적은진 동자극을 가하지 않았을 때보다 오른쪽 또는 왼쪽발바닥에 진동자 극을 가했을 때 작게 나타났다. 우(right) 영역으로 자세를 유지하는 동안 COP 변동 면적은 진동자극을 가하지 않았을 때보다 오른쪽 또는 왼쪽 발바닥에 진동자극을 가했을 때 작게 나타났으며, 오른쪽 발바닥에 자극을 가했을 때보다 왼쪽 발바닥에 자극을 가했을 때 작게 나타났다QrighFO.
그림 8은 중심, 전, 후 영역으로 자세를 유지하는 동안 진동자극을 가하지 않았을 때, 전경골근(TA)과 하퇴삼두근(TS)에 각각 부분자극을 가했을 때의 COP 변동 면적을 나타낸 그래프이다. 중심(center) 영역으로 자세균형 을 유지하는 동안 COP 변동 면적은 진 동자극을 가하지 않았을 때보다 전경골근 또는 하퇴삼두근에 진동 자극을 가했을 때 작게 나타났다. 전방(anterior) 영 역으로 자세를 유지하는 동안 COP 변동 면적은 진동자극을 가하지 않았을 때보다 전경 골근 또는 하퇴 삼두근에 진동자극을 가했을 때 작게 나타났으며, 하퇴 삼두근에 자극을 가했을 때보다 전경 골근에 자극을 가했을 때 작게 나타났다(panterior=0.
신체동요가 적게 나타날 경우 신체동요가 크게 나타날 때보다 피험자의 무게중심이 동요한 범위가 작으므로 COP 변동 면적 또한 작게 나타나게 된다. 진동자극을 가하지 않았 을 때 보다 진동자극을 가할 경우 피험 자의 COP 변동 면적 이 작게 나타나(p<0.05) 피험자의 자세가 좀 더 안정적임을 확인하였다. 이는 체성감각 즉, 전경골근과 하퇴삼두근에 위치한고유수용감각 과 좌우 발바닥에 위치한 촉각이 진동자극에 반응하여 자세 조절 에 관한 정보가 피드백 됨으로써 신체 동요가 감소하게 된다.
이는 체성감각 즉, 전경골근과 하퇴삼두근에 위치한고유수용감각 과 좌우 발바닥에 위치한 촉각이 진동자극에 반응하여 자세 조절 에 관한 정보가 피드백 됨으로써 신체 동요가 감소하게 된다. 진동자극을 가했을 경우를 살펴보면, 모든 부위에 진동자극을 가했을 때보다 부위별로 진동자극을 가했을 때 COP 변동 면적이 적게 나타났다(pTA=0.044, pTS=0.016, pRP=O.O₃₃, pLP=0.034). 이는 진동자극을 부위별로 가했을 때 피험자의 자세가 좀 더 안정적으로 유지됨을 의미하며, 모든 부위의 자극보다는 부위별 자극이 자세 안정성 유지에 좀 더 효과적임을 의미한다.
전 영역으로 기울인 상태에서 전경 골근에 진동자극을 가한 경우, 진동자극이 피험자의 불안정 자세를 안정적으로 유지하는데 도움을 준다. 후방(posterior) 영역으로 자세를 유지하는 동안 COP 변동면적은 진동자극을 가하지 않았을 때보다 전경 골근 또는 하퇴 삼두근에 진 동자극을 가했을 때 작게 나타났으며, 전경골근에 자극을 가했을 때보다 하퇴 삼두근에 자극을 가했을 때 작게 나타났다(pposterior =0.000). 하퇴삼두근에 진동자극을 가했을 경우, 진동자극에 의해 하퇴삼두근에 위치한 근방추가 반응하여 근육 수축을 유발하게 되어 신체가뒤로 기울게 된다[10].

후속연구

예를 들어, 기립 상태에서 정강이 근육에 진동자극을 가하면 자세가 현저히 기울어지며 자세가 고정되어 있을 때에는 고정된 방향의 반대 방향으로 자세가 기우는 것과 같은 착각을 유발한다. 위와 같은 연구를 통해 직립자세를 유지하는 동안 진동자극에 대한 자 세균형 응답의 변화를 확인하였지만, 직립 자세가 아닌 신체를 기울여 불안정한 자세를 유도한 상태에서 진동자극을 가하였을 때, 자세 균형에 어떠한 영향을 미치는지 확인하는 것 또한 자세균형 연구를 위해 필요하다.

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