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문제 정의
- 본 연구는 파킨슨 환자들의 건강을 위협하는 가장 큰 위험인자인 낙상과 관련하여 장애물 보행 시 나타나는 하지의 근전도 특성을 규명하는데 그 목적이 있다.
- 위에서 살펴본 바와 같이 일반인 특히, 노인과 관련된 장애물 보행은 여러 편이 보고되었고, 최근에 다운증후군을 대상으로 한 장애물 보행이 보고되었지만, 파킨슨 환자들을 대상으로 한 대부분의 연구들은 일반 보행에 관한 것이었다. 이에 본 연구자는 파킨슨병 환자가 일상생활 활동 속에 매일 경험하며, 낙상과도 큰 연관이 있는 장애물 보행을 할 때 나타나는 하지의 근육활동을 규명하기 위해서 본 연구를 수행하였다.
가설 설정
- 셋째, 장애물 높이가 높아질수록 무릎 굴곡근의 근육활동이 증가할 것이다. 넷째, 장애물 높이가 높아질수록 발목 굴곡근의 근육활동이 증가할 것이다. 다섯째, 장애물 높이가 높아질수록 발목 신전근의 근육활동이 증가할 것이다.
- 본 연구에서 설정한 가설은 첫째, 장애물 높이가 높아질수록 엉덩 굴곡근의 근육활동이 증가할 것이다. 둘째, 장애물 높이가 높아질수록 엉덩 외전근의 근육활동이 증가할 것이다. 셋째, 장애물 높이가 높아질수록 무릎 굴곡근의 근육활동이 증가할 것이다.
- 본 연구에서 설정한 가설은 첫째, 장애물 높이가 높아질수록 엉덩 굴곡근의 근육활동이 증가할 것이다. 둘째, 장애물 높이가 높아질수록 엉덩 외전근의 근육활동이 증가할 것이다.
제안 방법
- 8채널 무선 노락슨(NORAXON MyoResearch, USA) 시스템을 사용하여 근육의 활동을 측정하였다.
- 근전도 신호를 증폭하고, 증폭기(Biocommunication Electronics, 모델 215, input impedance > 109Ω, CMRR > 100 ㏈, Nonlinearity < 0.01%)를 사용하여 1,000㎐로 필터링(low-pass filtering)하였다. 필터링 후에 1,000㎐의 샘플링 비율로 아날로그-디지털 변환(Cyber Research, CYDY 4801A, 12-bit)을 하였다.
- 근전도 측정 시 자료의 노이즈를 최소화하기 위해 전극 부착 지점의 털을 면도기로 제거한 다음 알코올로 이물질을 닦아내고 건조시킨 다음, 하지의 7개 부위에 표면 전극을 부착하였다. 접지 전극(ground electrode)은 상전장골극(ASIS)에 부착하였다.
- 높이 0, 25, 52, 152 ㎜의 장애물을 제작하여 보행로의 5m 지점에 설치하였다. 각 높이는 Chen 등(1991)의 연구에서 사용되었으며, 일상생활에서 접하기 쉬운 높이이다.
- 본 연구에 참가한 연구대상자들은 질병단계(Hoehn and Yahr stage)가 1.5에서 4단계까지 다양하므로 연구 대상자별로 장애물 보행 특성을 살펴보기 위해 2구간(장애물을 넘기 전 발이 떨어지는 시점부터 장애물을 넘은 후 오른 발이 지면에 착지하는 시점)에서의 적분 근전도치를 살펴보았다<;표 4>.
- 본 연구의 목적을 달성하기 위해 장애물 보행을 3개의 구간으로 나누어 비교분석 하였다. 1구간은 장애물을 넘기 전 오른발이 착지한 시점부터 오른 발이 떨어지는 시점까지이며, 2구간은 오른 발이 떨어진 시점부터 장애물을 넘어 오른 발이 착지한 시점까지이며, 3구간은 오른발이 장애물을 넘은 후 착지한 시점부터 오른 발이 떨어질 때까지의 구간이다.
- 실험 당일 본 실험의 목적 및 주의사항, 그리고 실험 방법 등을 충분히 설명하여 연구대상자가 최대의 능력을 발휘하도록 교육시켰으며, 장애물 보행 연습을 수차례 실시하였다.
- 실험을 통해서 얻은 근전도(raw EMG)를 필터링(10-350㎐ band pass)하고, 정류(full-wave rectified)하였다. 이 후 얻어진 적분 근전도 값을 보행주기 동안 나타난 최대 값(100%)의 백분율로 표준화하였다.
- 실험을 통해서 얻은 근전도(raw EMG)를 필터링(10-350㎐ band pass)하고, 정류(full-wave rectified)하였다. 이 후 얻어진 적분 근전도 값을 보행주기 동안 나타난 최대 값(100%)의 백분율로 표준화하였다.
- 각 높이는 Chen 등(1991)의 연구에서 사용되었으며, 일상생활에서 접하기 쉬운 높이이다. 장애물 높이 0 ㎜는 바닥에 5㎝ 넓이의 밝은색 접착테이프를 붙여서 밟지 않고 타 넘고 지나가도록 설치하였다. 장애물 높이 25㎜와 52㎜는 바닥, 문지방 및 목욕실의 문턱에 해당되는 높이이며, 152㎜는 도로의 턱 및 장난감 등의 일반적인 높이이다.
- 장애물 보행 중에 중요하게 작용하는 하지의 근육활동을 기록하기 위하여 일곱 개 채널은 해당 부위의 근육에 연결하였고, 나머지 한 개 채널은 보행주기를 결정하는 시점을 찾기 위한 풋 스위치에서 발생된 신호를 기록하였다. 7개 근육 이름과 기능은 <표 2>와 같다.
- 전극을 해당 부위에 부착한 후 장애물로부터 5m 떨어진 곳에서 시작하여 장애물을 넘어 5m를 더 진행하도록 하였다. 이 때 장애물을 넘는 발의 순서는 평소 걸음걸이와 같이 하도록 하였다.
- 01%)를 사용하여 1,000㎐로 필터링(low-pass filtering)하였다. 필터링 후에 1,000㎐의 샘플링 비율로 아날로그-디지털 변환(Cyber Research, CYDY 4801A, 12-bit)을 하였다.
대상 데이터
- 노락슨(Noraxon USA, Inc.) 사의 소프트웨어 프로그램(MyoResearch v4.0)을 통하여 근전도 데이터를 기록하였다.
- 본 연구에서 연구대상자의 장애물 보행 속도 차에 따른 근전도치의 변화를 통제하기 위해 7명의 장애물 보행의 평균 속도인 1.1~1.3㎧의 속도로 장애물을 넘은 하나의 시기만을 수집하였다.
- 본 연구의 대상자는 S시에 소재한 A 병원의 파킨슨 내원환자 7명으로 본인과 담당의사의 실험 참가 동의서를 얻어 실험에 참여하였다. 연구대상자의 신체적 특성은 <표 1>과 같다.
- 피부 움직임으로 인한 신호의 왜곡(signal artifacts)을 최소화하기 위해서, 프리앰프 회로(on-site preamplification circuitry)를 가진 전극(Liberty Technology MYO115 electrode, gain = 1,000, input impedance > 1014Ω, CMRR > 90 ㏈, frequency response = bandpass 3㏈ at 90 and 500㎐, 중심 간의 거리=1.5㎝)을 사용하였다.
데이터처리
- 4가지 장애물 높이에서 얻은 근전도 변인의 차이를 규명하기 위하여 반복이 있는 일원 변량 분석(one-way ANOVA with repeated measure)을 실시하였으며, 각 항목의 가설에 대한 채택 및 기각의 유의수준은 α=.05로 설정하였다.
- 노락슨(Noraxon USA, Inc.) 사의 소프트웨어 프로그램(MyoResearch v4.0)을 통하여 근전도 데이터를 분석하였다.
- 파킨슨 환자들의 장애물 보행의 차이를 규명하기 위하여 얻어진 변인들의 통계처리는 윈도우용 SPSS(version 11.5) 프로그램을 이용하였다.
성능/효과
- 넷째, 장애물 높이가 높아질수록 발목 굴곡근의 근육활동이 증가할 것이다. 다섯째, 장애물 높이가 높아질수록 발목 신전근의 근육활동이 증가할 것이다.
- 그러나 장애물 높이가 증가함에 따라 그 증가하는 높이 비율만큼 근육활동도 증가한 것은 아니었다. 따라서 장애물 높이가 높아질수록 발목 신전근의 근육활동이 비례적으로 증가할 것이라는 다섯 번째 가설도 기각되었다.
- 그러나 장애물 높이가 증가함에 따라 그 증가하는 높이 비율만큼 근육활동도 증가한 것은 아니었다. 따라서 장애물 높이가 높아질수록 엉덩 굴곡근의 근육 활동이 증가할 것이라는 네 번째 가설도 기각되었다.
- <표 3>에서 보는 바와 같이 엉덩이를 굴곡 및 내전시키는 주동근인 장내전근(AL)은 1구간, 2구간 및 3구간에서 통계적으로 유의한 차이가 나타나지 않았다. 따라서 장애물 높이가 높아질수록 엉덩 굴곡근의 근육활동이 증가할 것이라는 첫 번째 가설은 기각되었다. 그러나 2구간에서 장애물 높이 0.
- 엉덩이를 외전 및 내측회전 시키는 주동근인 중둔근(GME)도 1구간, 2구간 및 3구간에서 통계적으로 유의한 차이가 나타나지 않았다. 따라서 장애물 높이가 높아질수록 엉덩 외전근의 근육활동이 증가할 것이라는 두 번째 가설도 기각되었다. 마찬가지로 2구간에서 장애물 높이 0.
- 이것은 장애물을 넘는 발의 스윙 국면에서 장애물에 발의 앞꿈치가 걸리지 않도록 배측굴곡근인 전경골근의 활동을 증가시킨 것이다. 또한 발목을 펴는 주동근인 비복근(GA)의 2구간에서 장애물 높이 0.0㎜에 비해서 장애물 높이 25, 52, 152㎜에서 통계적으로 높은 근육활동을 보였다. 이것은 파킨슨 환자들이 장애물 높이 0.
- 무릎을 신전 시키는 주동근인 대퇴직근(RF)의 1구간 및 2구간에서 통계적으로 유의한 차이가 나타났다. 즉, 1구간에서는 장애물 높이 52㎜ 보행이 장애물 높이 00㎜ 보행보다 높은 근육활동을 보였으며, 2구간에서는 장애물 높이 152㎜ 보행이 장애물 높이 25㎜ 보행보다 높은 근육활동을 보였다.
- 및 에서 파킨슨 환자들은 장애물 보행을 할 때 전반적으로 비정상적인 근활동 양상 사례가 상대적으로 많이 나타났다.
- 발목을 굽히고 내전시키는 주동근인 전경골근(TA)은 1구간 및 3구간에서는 통계적으로 유의한 차이가 나타나지 않았지만, 2구간에서 장애물 높이 0.0㎜에 비해서 장애물 높이 25, 52, 152㎜에서 통계적으로 높은 근육 활동을 보였다. 이것은 장애물을 넘는 발의 Swing 국면에서 장애물에 발의 앞꿈치가 걸리지 않도록 배측굴곡근인 전경골근의 활동을 증가시킨 것이다(정철수 등, 2004).
- 발목을 펴는 주동근인 비복근(GA)은 1구간에서는 통계적으로 유의한 차이가 나타나지 않았지만, 2구간에서 장애물 높이 0.0㎜에 비해서 장애물 높이 25, 52, 152㎜에서 통계적으로 높은 근육활동을 보였다. 이것은 파킨슨 환자들이 높은 장애물을 넘기 위해서 지면을 강하게 밀어내기 위한 것이다.
- 본 연구의 결과 발목을 굽히고 내전시키는 주동근인 전경골근(TA)의 2구간에서 장애물 높이 0.0㎜에 비해서 장애물 높이 25, 52, 152㎜에서 통계적으로 높은 근육 활동을 보였다. 이것은 장애물을 넘는 발의 스윙 국면에서 장애물에 발의 앞꿈치가 걸리지 않도록 배측굴곡근인 전경골근의 활동을 증가시킨 것이다.
- 둘째, 장애물 높이가 높아질수록 엉덩 외전근의 근육활동이 증가할 것이다. 셋째, 장애물 높이가 높아질수록 무릎 굴곡근의 근육활동이 증가할 것이다. 넷째, 장애물 높이가 높아질수록 발목 굴곡근의 근육활동이 증가할 것이다.
- 엉덩이를 신전 및 외측회전 시키는 주동근인 대둔근(GMA)의 1구간에서 통계적으로 유의한 차이가 나타났다. 즉, 장애물 높이 0.
- 무릎을 굴곡시키는 주동근인 대퇴이두근(BF)도 1구간, 2구간 및 3구간에서 통계적으로 유의한 차이가 나타나지 않았다. 장애물 높이가 높아질수록 무릎 굴곡근의 근육활동이 증가할 것이라는 세 번째 가설은 기각되었다. 그러나 통계적인 차이는 나타나지 않았지만 장애물 높이가 증가함에 따라 비례적으로 근육활동도 증가하였다.
- 무릎을 신전 시키는 주동근인 대퇴직근(RF)의 1구간 및 2구간에서 통계적으로 유의한 차이가 나타났다. 즉, 1구간에서는 장애물 높이 52㎜ 보행이 장애물 높이 00㎜ 보행보다 높은 근육활동을 보였으며, 2구간에서는 장애물 높이 152㎜ 보행이 장애물 높이 25㎜ 보행보다 높은 근육활동을 보였다. 그러나 장애물 보행 3구간에서는 통계적으로 유의한 차이가 나타나지 않았다.
- 엉덩이를 신전 및 외측회전 시키는 주동근인 대둔근(GMA)의 1구간에서 통계적으로 유의한 차이가 나타났다. 즉, 장애물 높이 0.0㎜ 보행이 장애물 높이 25, 52, 152㎜ 보행보다 높은 근육활동을 보였다. 그러나 장애물 보행 2구간 및 3구간에서는 통계적으로 유의한 차이가 나타나지 않았다.
후속연구
- 낙상을 경험했던 사람이 다시 낙상을 당할 가능성이 높다고 한다. 따라서 계속적인 근신경 조절 운동, 근력 및 평형성 향상 훈련 등을 통해 일반 보행 및 장애물 보행 능력이 유지 될 수 있도록 해야 할 것이다.
- 추후 장애물 보행을 할 때 나타나는 자세의 변화나 무게중심의 이동과 같은 운동학적 분석과 장애물을 넘기 전과 후에 발생되는 지면반력 자료를 통해 보다 더 의미 있는 결론을 유추해야 할 것이다.
- 본 연구에 사용된 장애물 높이는 일상생활에서 쉽게 접하는 바닥, 문지방, 목욕실 문턱, 도로의 턱 및 장난감 등의 일반적인 높이이다. 파킨슨 환자들을 대상으로 하는 신체 활동 프로그램에 장애물 넘기 등을 포함하는 것이 일상적인 생활 중에 겪게 되는 장애물 보행을 성공적으로 수행하게 하여 넘어져서 다치게 되는 비율을 줄이는 데 도움을 줄 것으로 판단된다.
- 하지만 적어도 낙상과 적지 않은 관련이 있을 가능성을 배제할 수는 없다(정철수, 윤태진, 유연주, 최치선, 2004). 향후 이 부분에 대한 심층적인 후속 연구가 필요하리라 사료된다.
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