[논문]대퇴사두근 근력 운동 시 고관절 중립 자세와 내전 자세에 따른 내측광근과 외측광근의 근수축 개시 시간 차이 비교

최보람; 김민희; 전혜선

대퇴사두근 근력 운동 시 고관절 중립 자세와 내전 자세에 따른 내측광근과 외측광근의 근수축 개시 시간 차이 비교
Comparisons of Vastus Medialis and Vastus Lateralis EMG Onset Time During Quadriceps Strengthening Exercise in Neutral and Adducted Hip Positions 원문보기

한국전문물리치료학회지 = Physical Therapy Korea, v.16 no.3, 2009년, pp.42 - 49

최보람 (연세대학교 대학원 재활학과) , 김민희 (연세대학교 대학원 재활학과) , 전혜선 (연세대학교 보건과학대학 물리치료과, 보건환경대학원 인간공학치료학과)

Abstract ▼ AI-Helper

This study examined the vastus medialis oblique (VMO) and the vastus lateralis (VL) onset time differences (OTD) during quadriceps contraction in different hip positions. Twelve healthy subjects were recruited (four men, eight women). Surface EMG activities of the VMO and VL were measured during a quadriceps strengthening exercise in a long sitting condition and in a sitting at a chair with feet hanging condition. For each condition, subjects were tested in two hip positions (neutral and adduction). The OTD between the two muscles was calculated for each condition, by subtracting the onset time of the VL from the VMO. Therefore, the negative value of OTD represent earlier EMG onset of the VMO compared to the VL. The OTD was not significantly different between the hip neutral and the hip adduction position in the long sitting condition (p=.064). However, the OTD was significantly different between the hip neutral position ($15.83{\pm}109.51$ ms) and hip adduction position ($-5.58{\pm}121.08$ ms) during the sitting at a chair with feet hanging condition (p=.047). The negative OTD value in the hip adduction condition during quadriceps strengthening exercises is the result of earlier onset of the VMO than VL. Therefore, quadriceps contraction in the hip adduction position can prevent the risk of patella lateral tracking. We expect that quadriceps strengthening exercise in the hip adduction position will be a safe way to prevent patellofemoral pain syndrome resulting from abnormal patella lateral tracking.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

Cowan 등(2002)의 연구가 내측광근의 근수축 개시 시간을 단축시키고 내측광근의 선택적인 활성화를 유도하기 위해 복합운동 프로그램을 고안하여 그 효과를 보았다면 본 연구에서는 내측광근의 수축 지연을 효과적으로 조절할 수 있는 특정 자세를 고안하여 그 효과를 증명하고자 하였다. 흔히 대퇴사두근 근력운동에 많이 사용되는 다리 펴고 앉은 자세에서 실시되는 등척성 대퇴사두근 근력운동(isometric quadriceps femoris muscle set)과 N-K 테이블에 앉은 자세로 적용되는 슬관절 구심성 신전운동(concentric extension exercise of knee joint) 시 고관절 자세변화에 따른 근수축 개시 시간의 차이를 비교하였다.
그러나 고관절 자세에 따른 내측광근의 선택적인 강화에 대한 연구는 근활성도 차이에 국한되어 있고, 근수축 개시 시간의 차이에 대한 연구는 거의 없었다. 본 연구는 고관절 자세에 따른 외측광근과 내측광근의 수축현상의 차이가 근활성도 뿐만 아니라 근수축 개시 시간에서도 유발된다는 것을 나타내고 있으므로 그 의미가 있다.
본 연구는 대퇴사두근 근력 운동 시 다리 뻗고 앉은 상태와 의자에 앉은 상태에서 고관절 자세에 따른 내측광근과 외측광근의 근수축 개시 시간의 차이를 알아보았다.
이처럼 고관절 내전자세에서 대퇴사두근 근력운동을 실시하였을 때 내측광근의 근활성도가 외측광근에 비해 유의하게 높았다는 결과들이 보고되고 있으나, 내측광근과 외측광근의 근수축 개시 시간의 변화를 연구한 논문은 거의 없었다. 이에 본 연구는 내측광근과 외측광근의 근수축 개시시간의 차이를 알아보기 위해 사전 연구들의 운동방법들을 바탕으로 고안한 수정된-대퇴사두근 근력운동(modified quadriceps strengthening exercise)을 적용해보고자 한다.

가설 설정

2) 외측광근는 슬개골상면에서 수직선에서 15도 위치에 상부로 10㎝, 외측으로 6∼8㎝에 부착하였다(Gilleard 등, 1998). 3) 단일기준전극(single reference electrode)은 슬개골에 부착하였다. 전극을 부착하기 전에 피부를 알코올솜으로 닦고, 면도하고, 사포로 문질러 피부저항을 5㏀이하로 낮추었다(Cowan 등, 2001).

제안 방법

다리 뻗고 앉기는 테이블 위에 등받이가 있는 좌식의자를 놓고, 슬관절을 신전한 채 편안하게 앉도록 하였다. 고관절 중립자세(그림 1A)는 오른쪽 다리의 고관절 굴곡 각도를 110도로 고정하고, 전상장골극(ASIS)와 슬개골 중심(patella center)를 잇는 선과 슬개골 중심과 경골조면(tibial tuberocity)을 잇는 선이 일직선이 되도록 유지시켰다. 오른쪽 발목의 발뒤꿈치 중심과 두 번째 발가락이 만나는 부분을 선으로 이어서 지면의 수평선과 수직으로 유지 하도록 한다.
이 자세에서 종소리와 함께 대퇴사두근을 3초 내에 최대수축 하도록 속도를 일정하게 조절하였다. 다리 뻗고 앉기 상태에서 고관절 내전자세(그림 1B)는 양 발목을 발목 중립 고정 도구로 함께 고정하여 고관절 내전 15도를 유지하도록 하였고, 절차는 고관절 중립자세와 같았다.
대상자는 두 가지 앉은 자세에서 측정되었다. 다리 뻗고 앉기(long-sitting)와 의자에 앉기(sitting)의 자세를 취하도록 하였다. 다리 뻗고 앉기와 의자에 앉기 상태에서 각각 고관절의 중립자세(neutral position)와 내전자세(adduction position)를 취하여 대퇴사두근 근력 운동을 실시하였다.
다리 뻗고 앉기는 테이블 위에 등받이가 있는 좌식의자를 놓고, 슬관절을 신전한 채 편안하게 앉도록 하였다. 고관절 중립자세(그림 1A)는 오른쪽 다리의 고관절 굴곡 각도를 110도로 고정하고, 전상장골극(ASIS)와 슬개골 중심(patella center)를 잇는 선과 슬개골 중심과 경골조면(tibial tuberocity)을 잇는 선이 일직선이 되도록 유지시켰다.
다리 뻗고 앉기(long-sitting)와 의자에 앉기(sitting)의 자세를 취하도록 하였다. 다리 뻗고 앉기와 의자에 앉기 상태에서 각각 고관절의 중립자세(neutral position)와 내전자세(adduction position)를 취하여 대퇴사두근 근력 운동을 실시하였다. 동작의 시작은 대상자가 예측하지 못하도록 측정자가 임의로 신호(종소리)를 주어 반응하도록 하였다.
본 연구에서 근수축 개시 지점의 분석은 수집된 근전도 신호를 RMS 처리하고, 컴퓨터 분석을 이용한 근 수축 개시 시간 결정 방법을 사용하여 움직임의 시작 전 100 ㎳ 기간의 평균값에 대한 표준편차를 구하여 3SD에 도달하는 시점을 근수축 개시 지점이라고 지정하였다(Cowan 등, 2001). 근수축 개시 지점의 결정은 다양한 방법으로 시도되어 왔는데 그 중에서 움직임의 시작 전 100 ㎳ 기간의 평균값에 대한 SD를 구하여 3SD에 도달하는 시점을 근수축 개시 지점이라 지정하는 컴퓨터 분석을 이용한 근수축 개시 시간 결정방법이 많은 연구에서 사용되었다(Cowan 등, 2001; Herrington과 Pearson, 2006; Hinman 등, 2002).
그러나 내측광근의 근수축 개시 시간의 지연으로 인해 슬개골의 외측 치우침이 유발되거나 악화되는 슬개대퇴동통증후군 환자의 경우, 고관절 내전 자세에서 근수축 개시 시간의또는 내전자세에서 근수축 개시 시간의하는 것이 슬개골의 외측 치우침으로 인해 발생하는 통증을 감소시켜줄 수 있을 것이다. 본 연구에서는 고관절 자세에 따른 대퇴사두근 근력 운동 시내측광근과 외측광근의 근수축 개시 시간만을 변수로 측정하였다. 대퇴사두근의 근력 운동에서 중요한 또 하나의 변수는 내측광근과 외측광근의 근활성도이다.
슬관절 신전속도는 충분한 훈련 후에 실시하였다. 앉기 상태에서 고관절 내전자세(그림 1D)는 양 대퇴와 양 무릎을 밀착하게 하여 고관절 내전 15도를 유지시킨 상태로 슬관절 신전을 하도록 하였다.
의자에 앉기는 테이블 위에 등받이가 있는 좌식의자를 테이블 바깥쪽을 향해서 놓고, 팔짱을 낀 자세로 편안하게 앉아 무릎 굽힘 각도가 90도가 되도록 하였으며, 이때 양발이 바닥에 닿지 않도록 테이블의 높이를 지정하였다. 고관절 중립자세(그림 1C)는 전상장골극과 슬개골의 중심을 잇는 선과 슬개골 중심과 경골 조면을 잇는선이 서로 일직선이 되도록 설정하여 Q-angle이 0이 되는 자세(Hughston 등, 1984)로 실시한다.
정확한 고정을 위하여 발목 중립 고정 도구를 사용하였다. 흉곽과 골반을 벨트로 고정하여 보상작용을 방지하였다. 이 자세에서 종소리와 함께 대퇴사두근을 3초 내에 최대수축 하도록 속도를 일정하게 조절하였다.
Cowan 등(2002)의 연구가 내측광근의 근수축 개시 시간을 단축시키고 내측광근의 선택적인 활성화를 유도하기 위해 복합운동 프로그램을 고안하여 그 효과를 보았다면 본 연구에서는 내측광근의 수축 지연을 효과적으로 조절할 수 있는 특정 자세를 고안하여 그 효과를 증명하고자 하였다. 흔히 대퇴사두근 근력운동에 많이 사용되는 다리 펴고 앉은 자세에서 실시되는 등척성 대퇴사두근 근력운동(isometric quadriceps femoris muscle set)과 N-K 테이블에 앉은 자세로 적용되는 슬관절 구심성 신전운동(concentric extension exercise of knee joint) 시 고관절 자세변화에 따른 근수축 개시 시간의 차이를 비교하였다.

대상 데이터

NORAXON Telemyo 2400T¹⁾을 사용하여 대상자의 오른쪽 다리(우세다리)의 내측광근과 외측광근의 근전도 자료를 수집하였다. 이중표면전극(dual surface electrode)을내측광근과 외측광근에 부착하였으며 전극사이의 거리는 2㎝로 일정하게 부착하였다.
본 연구는 자발적으로 참여한 연세대학교에 재학 중인 학생 12명(남 4명, 여 8명)을 대상으로 실시하였다(표 1). 실험 대상자 선정 조건은 다음과 같다.

데이터처리

다리 뻗고 앉은 상태에서 고관절 중립자세와 내전자세에서 내측광근과 외측광근의 근수축 개시 시간의 차이와 의자에 앉은 상태에서 고관절 중립자세와 내전자세에서 내측광근과 외측광근의 근수축 개시 시간의 차이를 알아보기 위해 다리 뻗고 앉은 상태와 의자에 앉은 상태에서 내측광근과 외측광근의 근수축 개시 시간의 차이를 각각 짝 비교(paired t-test)로 분석하였다. 자료 분석은 SPSS 12.

이론/모형

)를 사용하였다. 수집된 근전도 신호를 제곱 평균 제곱근법(root mean square; RMS) 처리하고, 컴퓨터 분석을 이용한 근 수축 개시 시간 결정(computer-based onset determination) 방법을 사용하여 움직임의 시작 전 100㎳ 기간의 평균값에 대한 표준편차(standard deviation; SD)를 구하여 3SD에 도달하는 시점을 근수축 개시 지점이라고 지정하였다(Cowan 등, 2001). 측정자세마다 5번씩 측정하여 그 중 최소값과 최대값을 제외한 3번을 평균 내었다.
오른쪽 발목의 발뒤꿈치 중심과 두 번째 발가락이 만나는 부분을 선으로 이어서 지면의 수평선과 수직으로 유지 하도록 한다. 정확한 고정을 위하여 발목 중립 고정 도구를 사용하였다. 흉곽과 골반을 벨트로 고정하여 보상작용을 방지하였다.

성능/효과

다리 뻗고 앉은 상태에서 고관절 중립자세로 대퇴사 두근을 수축 했을 때 내측광근과 외측광근의 근수축 개시 시간의 차이는 46.08±75.93㎳로 나타났고, 고관절 내전자세로 대퇴사두근을 수축 했을 때 내측광근과 외측광근의 근수축 개시 시간의 차이는 12.83±72.69㎳ 로 나타났다(표 2).
첫째, 대퇴사두근의 건이나 슬개골 인대의 촉진 시 통증이 없어야 한다. 둘째, 무릎을 굽히거나 펼 때 딸깍거리는 느낌, 또는 슬개골의 내측면을 촉진하였을 때 압통이 없어야 한다. 셋째, 하지 거상 시 허리와 다리에 통증이 없어야 한다.
달리기시 내측광근의 수축 개시 시간이 5 ㎳ 앞당겨졌을 때 슬관절의 외측부위에 가해지는 부하량이 감소하였고, 내측광근의 수축 개시 시간이 5 ㎳ 지연되었을 때는 그 부하량이 증가되었다고 보고하였다. 본 연구 결과, 고관절 내전 자세에서 내측광근의 근수축 개시 시간이 단축되었다. 이 결과는 고관절 내전을 동반한 대퇴사두근 수축 운동이 내측광근의 선택적인 근수축을 촉진시킬 수 있고(Reynolds 등, 1983), 슬관절의 외측 부하량을 줄일 수 있다는 것을 보여준다.
본 연구에서 대퇴사두근 근력 운동 시 고관절 중립자세에서 실시하는 것보다 고관절 내전자세에서 하는 것이 내측광근과 외측광근의 근수축 개시 시간의 차이를 줄여 줄 수 있다는 결과를 나타내었다. 이것은 내측 광근의 수축 개시 시간의 지연으로 인해 이차적으로 발생할 수 있는 슬개골의 비정상적인 외측 치우침의 위험을 보안할 수 있다.
둘째, 무릎을 굽히거나 펼 때 딸깍거리는 느낌, 또는 슬개골의 내측면을 촉진하였을 때 압통이 없어야 한다. 셋째, 하지 거상 시 허리와 다리에 통증이 없어야 한다. 넷째, 전극을 부착할 부위에 개방성 상처가 없어야 한다.
의자에 앉은 상태에서 고관절 중립자세로 대퇴사두근을 수축했을 때 내측광근과 외측광근의 근수축 개시 시간의 차이는 15.83±109.51㎳로 나타났고, 내전자세로 대퇴사두근을 수축했을 때 내측광근과 외측광근의 근수축 개시 시간의 차이는 -5.58±121.08㎳로 나타났다(표 3).
통계분석 결과, 내전자세에서 내측광근의 개시시간이 유의하게 빠른 것으로 나타났다(p<.05).

후속연구

대퇴사두근의 근력 운동에서 중요한 또 하나의 변수는 내측광근과 외측광근의 근활성도이다. 추후 고관절 자세에 따른 대퇴사두근 근력 운동 시 대퇴 사두근의 근수축 개시 시간의 변화와 더불어 근활성도의 변화에 대한 연구가 필요할 것으로 사료된다.
이외에도 Generalized likelihood ratio(GLR) 방법을 사용하는 통계적인 분석방법과 최근 제시되고 있는 신호 대 잡음비 (signal to noise ratio)가 낮을 때 근수축 개시 시간을 결정하는 Teager-Kaiser Energy(TKE) 방법이 있다(Li 등, 2007). 컴퓨터 분석을 이용한 근수축 개시 시간 결정 방법과 GLR과 TKE 방법으로 근수축 개시 시점의 결정에 대한 결과의 타당도를 검토해 보아야 할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	비정상적인 슬개골의 외측 치우침이 나타나는 이유는?	슬개골의 비정상적인 외측 치우침은 해부학적으로 슬개골의 외측에 부착되어 있는 원위 대퇴장경인대와 외측지대의 단축이 있을 때 슬개골이 외측으로 치우치게 되는 현상이다(Lun 등, 2005). 원위 대퇴장경인대의 단축 시, 슬개골의 상부내측 모서리에 부착되어 있는 내측광근(vastus medialis)은 상대적으로 신장, 약화되어 신전 모멘트(extension moment)를 잃게 된다. 이로 인해 시상면에서의 움직임이 힘을 잃게 되고, 마지막 신전(terminal extension) 시 내측광근의 주요 작용인 동적 내측면 안정화(dynamic medial stabilization)에 기여하지 못하게 되어 슬개골의 비정상적인 움직임을 유발하게 된다(McConnell, 2007). 슬개골의 비정상적인 외측 치우침의 또 다른 이유는 내측광근과 외측광근의 수축 개시 시간(onset time)의 차이이다(Voight와 Wieder, 1991). 내측광근은 해부학적 특성상 외측광근보다 작은 횡단면적을 가지고 있다. 반면, 외측광근은 슬개골을 외측으로 당기는 우세한 힘을 가지고 있으므로 슬개골 움직임의 균형을 이루기 위해서는 내측광근의 빠른 활성화가 유발되어야 할 것이다(Grabiner 등, 1994). 이러한 이유로 인해 내측광근 수축 개시 시간의 지연은 슬개골의 정상적인 배열에 영향을 미칠 수 있다(Grabiner 등, 1994). Cowan(2001)은 슬개대퇴동통증후군 환자와 건강한 사람의 계단 오르내 리기를 비교하였을 때, 건강한 대상자는 내측광근과 외측광근의 수축 개시 시간에 유의한 차이가 없었으나, 슬개대퇴동통증후군 환자는 외측광근의 수축 개시 시간이 빠르게 나타났다고 보고하였다.
	슬개대퇴동통증후군이란?	슬개대퇴동통증후군(patellofemoral pain syndrome) 은 과간구 내에서 슬개골의 움직임이 비정상적일 때 슬개골 앞쪽과 슬개골 뒤쪽에 통증이 발생하는 것을 말하며, 슬개대퇴 관절에 생역학적, 신체적 변화를 발생시킨다(Tria Jr 등, 1992). 아직 명확한 병인이 밝혀지지 않았으나, 슬개대퇴동통증후군의 원인으로 대퇴사두근 각 (Q-angle)의 증가, 고위 슬개골(patella alta), 과도한 경골의 외측 비틀림, 대퇴사두근 불균형에 따른 슬개골의 외측 치우침(lateral tracking) 등이 보고되고 있다(Earl 등, 2001; Ruffin과 Kiningham, 1993).
	슬개대퇴동통증후군의 원인으로 보고되고 있는 것은 무엇인가?	슬개대퇴동통증후군(patellofemoral pain syndrome) 은 과간구 내에서 슬개골의 움직임이 비정상적일 때 슬개골 앞쪽과 슬개골 뒤쪽에 통증이 발생하는 것을 말하며, 슬개대퇴 관절에 생역학적, 신체적 변화를 발생시킨다(Tria Jr 등, 1992). 아직 명확한 병인이 밝혀지지 않았으나, 슬개대퇴동통증후군의 원인으로 대퇴사두근 각 (Q-angle)의 증가, 고위 슬개골(patella alta), 과도한 경골의 외측 비틀림, 대퇴사두근 불균형에 따른 슬개골의 외측 치우침(lateral tracking) 등이 보고되고 있다(Earl 등, 2001; Ruffin과 Kiningham, 1993).

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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