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문제 정의
- 지금까지의 선행연구에서는 같은 기울기의 계단과 경사로 보행을 비교하여 근활성도를 연구한 자료는 부족하다. 따라서 본 연구는 근전도를 이용하여 평지 보행 그리고 계단과 경사로 오르기 동안 낙상의 위험이 큰 노인의 하지근육 근활성도가 얼마나 변하는지 알아보고자 하였다.
- 본 연구는 일상생활에서 흔히 접하게 되는 계단과 경사로 오르기 시 노인의 하지 근육 근활성도 변화에 대해 알아보았다. 노인은 평지 보행과 비교해 계단과 경사로 오르기 동안 대체적으로 하지 근육의 근활성도가 증가하였으며, 특히 입각기 동안에는 경사로 오르기에서 근활성도가 크게 증가하였고, 특히 대퇴직근, 대퇴이두근, 내측비복근에서 크게 증가하였다.
- 본 연구는 평지 보행과 비교해 계단과 경사로 오르기 시 노인의 입각기와 유각기 동안 하지 근육들(대퇴직근, 대퇴이두근, 전경골근, 내측비복근)의 근활성도 변화를 알아보았다. 노인의 평지 보행과 비교해 계단과 경사로 오르기 시 입각기 동안 하지 근육의 근활성도는 모든 근육에서 증가하였으며, 계단보다 경사로 오르기에서 더 증가하였다.
- 이 연구는 노인의 보행 조건(평지보행, 계단 오르기, 경사로 오르기)에 따른 입각기와 유각기 동안 하지 근육들의 적분근전도의 활성도를 알아보았다.
제안 방법
- 또한 근전도 신호를 표준화하는 방법으로는 최고 등척성 수축(maximal voluntary isometric contraction)을 사용하여 표준화하는 %MVIC 방법과 특정 동작의 근수축을 기준 수축(reference voluntary contraction)으로 삼아 이를 기준으로 표준화하는 %RVC 방법이 있다.15 본 연구에서는 후자인 %RVC 방법을 사용하여 하지 근육의 근활성도 변화를 알아보았다.
- 경사로의 기울기를 30°로 정한 것은 계단의 일반적인 기울기가 30°이므로 계단과의 비교를 위해, 그리고 일상생활에서도 흔히 경험할 수 있기 때문에 기울기를 같은 각도로 정하였다.
- 먼저 보행 시 얻어진 원자료의 근전도 자료는 전파 정류(full wave rectification) 하였다. 근전도 신호를 대상자간 비교나 근육간의 비교를 하기 위해 표준화과정을 실시하였고, 근전도 신호를 표준화하는 방법은 특정 동작의 근수축을 기준 수축으로 삼아 이를 기준으로 표준화하는 %RVC 방법을 사용하였다. 평지 보행과 계단 및 경사로 오르기 동작 구간에 대한 RVC로서 적분근전도(IEMG)값을 구하였으며, 각 동작 구간의 근육에 대한 적분근전도값과 RVC‐적분근전도값을 비교하여 %RVC로 각 근육의 근전도 신호를 표준화 하였다.
- 노인의 평지 보행, 계단과 경사로 오르기 시 입각기와 유각기 동안 하지 근육의 근활성도 변화를 측정하였다. 따라서 보행조건에 따른 각 근육의 입각기와 유각기 동안 하지 근육의 근활성도가 얼마나 차이가 있는지 알아보기 위해 각각 일원배치분산분석(one‐way ANOVA)을 실시하였다.
- 대상자가 실험실에 익숙하도록 5분간 보행 연습을 한 후, 보행 속도는 평상시의 자연스러운 보행으로 걷도록 지시하였다. 보행 중 근활성도를 알아보기 위하여 근전도 분석 장비를 이용하였으며 이때 전극 부위에는 측정 오류를 제거하기 위하여 털을 제거하고 의료용 알코올로 깨끗이 닦아낸 다음 표면전극을 부착하였다.
- 본 실험에서 측정된 모든 근전도 원자료는 노이즈를 제거하기 위해 다음과 같은 과정을 통하여 처리되었다. 먼저 보행 시 얻어진 원자료의 근전도 자료는 전파 정류(full wave rectification) 하였다. 근전도 신호를 대상자간 비교나 근육간의 비교를 하기 위해 표준화과정을 실시하였고, 근전도 신호를 표준화하는 방법은 특정 동작의 근수축을 기준 수축으로 삼아 이를 기준으로 표준화하는 %RVC 방법을 사용하였다.
- 보행주기의 국면을 표시하기 위해 발뒤꿈치와 엄지발가락에 발스위치(foot switch)를 설치하였다. 모든 연구대상자는 수집자료에 영향을 미칠 수 있는 신발 착용 없이 맨발로 실험에 임하도록 하였고 먼저 구두지시 하에 평지보행을 실시 하였고, 계단 오르기와 경사로 오르기 순서로 실시하였다. 각 동작 간에는 30초의 휴식시간을 가졌다.
- 대상자가 실험실에 익숙하도록 5분간 보행 연습을 한 후, 보행 속도는 평상시의 자연스러운 보행으로 걷도록 지시하였다. 보행 중 근활성도를 알아보기 위하여 근전도 분석 장비를 이용하였으며 이때 전극 부위에는 측정 오류를 제거하기 위하여 털을 제거하고 의료용 알코올로 깨끗이 닦아낸 다음 표면전극을 부착하였다. 보행주기의 국면을 표시하기 위해 발뒤꿈치와 엄지발가락에 발스위치(foot switch)를 설치하였다.
- 보행 중 근활성도를 알아보기 위하여 근전도 분석 장비를 이용하였으며 이때 전극 부위에는 측정 오류를 제거하기 위하여 털을 제거하고 의료용 알코올로 깨끗이 닦아낸 다음 표면전극을 부착하였다. 보행주기의 국면을 표시하기 위해 발뒤꿈치와 엄지발가락에 발스위치(foot switch)를 설치하였다. 모든 연구대상자는 수집자료에 영향을 미칠 수 있는 신발 착용 없이 맨발로 실험에 임하도록 하였고 먼저 구두지시 하에 평지보행을 실시 하였고, 계단 오르기와 경사로 오르기 순서로 실시하였다.
- 근전도 신호의 표본 추출률(sampling rate)은 1,000Hz로 설정하였고, 주파수 대역폭(bandwidth)은 20∼450Hz를 사용하였으며, 60Hz 노치 필터(notch filter)를 사용하였다. 증폭된 아날로그 근전도 신호는 아날로그‐디지털 변화기에 의하여 1초에 1,024개의 디지털 신호로 변환시켜 1000Hz의 비율로 추출하여 기록하였다. 실험을 위한 보행 시 표면 전극을 부착하는 부위는 오른쪽 하지의 대퇴직근(rectus femoris), 대퇴이두근(biceps femoris), 전경골근(tibialis anterior), 내측비복근(medial gastrocnemius)로 하였다(Figure 1).
- 근전도 신호를 대상자간 비교나 근육간의 비교를 하기 위해 표준화과정을 실시하였고, 근전도 신호를 표준화하는 방법은 특정 동작의 근수축을 기준 수축으로 삼아 이를 기준으로 표준화하는 %RVC 방법을 사용하였다. 평지 보행과 계단 및 경사로 오르기 동작 구간에 대한 RVC로서 적분근전도(IEMG)값을 구하였으며, 각 동작 구간의 근육에 대한 적분근전도값과 RVC‐적분근전도값을 비교하여 %RVC로 각 근육의 근전도 신호를 표준화 하였다. 또한 Perry8의 동작 구간을 기초로 하여 보행 주기를 중요 3 국면으로 구분하였으며; (1) 발뒤꿈치 닿기 1(initial contact 1), (2) 발가락 떼기(toe off), (3) 발뒤꿈치 닿기 2(intial contact 2), 3개의 국면에 대하여 2개의 동작구간으로 나누어 각 하지 근육의 활성도를 측정하였다; 입각기(stance phase): 발뒤꿈치 닿기 1∼발가락 떼기, 유각기(swing phase): 발가락 떼기∼발뒤꿈치 닿기 2.
- 하지 근육의 활성도의 변화를 측정하기 위하여 4채널 무선 표면근전도(MP150 system, BIOPAC System Inc., Santa Barbara, U.S.A)을 이용하여 수집하였으며, 활성 전극은 두 개의 스테인리스 스틸 패드(stainless steel pad)로 구성되었고, 전극의 직경은 11.4mm, 전극 간 간격은 20mm로 하였다. 4개의 채널로부터 들어오는 표면 근전도 아날로그 신호는 MP150 system으로 보내져 디지털 신호로 전환한 후, 개인용 컴퓨터에서 Acqknowledge 3.
대상 데이터
- 본 연구에는 신경학적, 근골격계 질환이 없고 보행에 문제가 없는 65∼75세의 노인 12명이 참여하였으며 대상자들에게 실험 과정에 대한 충분한 설명을 하였고, 실험 전 자발적인 참여 의사를 표시하는 동의서를 받았다.
- 실험 계단과 경사로는 목재로 제작하였으며, 계단은 폭 100cm, 디딤면 길이 28cm, 계단높이 18cm인 기울기가 30°인 계단을 만들었고 경사로 역시 폭 100cm, 길이 120cm로 기울기가 30°인 경사로를 만들었다.
- 증폭된 아날로그 근전도 신호는 아날로그‐디지털 변화기에 의하여 1초에 1,024개의 디지털 신호로 변환시켜 1000Hz의 비율로 추출하여 기록하였다. 실험을 위한 보행 시 표면 전극을 부착하는 부위는 오른쪽 하지의 대퇴직근(rectus femoris), 대퇴이두근(biceps femoris), 전경골근(tibialis anterior), 내측비복근(medial gastrocnemius)로 하였다(Figure 1).7
- 연구 대상자는 노인 12명이 참여하였으며 연구 대상자의 일반적 특성은 아래 Table 1과 같다.
데이터처리
- 4mm, 전극 간 간격은 20mm로 하였다. 4개의 채널로부터 들어오는 표면 근전도 아날로그 신호는 MP150 system으로 보내져 디지털 신호로 전환한 후, 개인용 컴퓨터에서 Acqknowledge 3.8.1 소프트웨어(BIOPAC System Inc., Santa Barbara, U.S.A)를 이용하여 저장 및 분석하였다. 근전도 신호의 표본 추출률(sampling rate)은 1,000Hz로 설정하였고, 주파수 대역폭(bandwidth)은 20∼450Hz를 사용하였으며, 60Hz 노치 필터(notch filter)를 사용하였다.
- 노인의 평지 보행, 계단과 경사로 오르기 시 입각기와 유각기 동안 하지 근육의 근활성도 변화를 측정하였다. 따라서 보행조건에 따른 각 근육의 입각기와 유각기 동안 하지 근육의 근활성도가 얼마나 차이가 있는지 알아보기 위해 각각 일원배치분산분석(one‐way ANOVA)을 실시하였다. 자료분석는 SPSS version 12.
성능/효과
- 유각기 동안 하지 근육의 근 활성도는 평지보행과 비교해 대체로 증가하였고, 특히 전경골근과 내측비복근는 경사로보다 계단 오르기 동안 근활성도가 더 증가하였으며, 대퇴직근과 대퇴이두근은 계단보다 경사로 오르기에서 근활성도가 더 증가하였다. 노인은 대체적으로 계단보다 경사로 오르기 시 입각기 동안 모든 근육의 근활성도가 컸으며, 유각기 동안에는 계단 오르기 시 전경골근과 내측비복근의 근활성도가 증가하였다. 이는 평지 보행과 비교해 계단보다 경사로 오르기에서 노인은 더 많은 힘이 필요하다는 것을 보여주며, 또한 유각기 동안 계단과 경사로 오르기 시 전경골근과 내측비복근의 근활성도가 증가한 것은 발이 걸리거나 끌리는 것을 막기 위해 발목의 배측 굴곡을 증가하고 계단과 경사로를 오르기 위한 많은 추진력이 필요하기 때문이라고 사료된다.
- 본 연구는 일상생활에서 흔히 접하게 되는 계단과 경사로 오르기 시 노인의 하지 근육 근활성도 변화에 대해 알아보았다. 노인은 평지 보행과 비교해 계단과 경사로 오르기 동안 대체적으로 하지 근육의 근활성도가 증가하였으며, 특히 입각기 동안에는 경사로 오르기에서 근활성도가 크게 증가하였고, 특히 대퇴직근, 대퇴이두근, 내측비복근에서 크게 증가하였다. 유각기 동안에는 계단 오르기에서 더 증가하는 양상을 나타내었고, 전경골근과 내측비복근이 크게 증가하였다.
- 본 연구는 평지 보행과 비교해 계단과 경사로 오르기 시 노인의 입각기와 유각기 동안 하지 근육들(대퇴직근, 대퇴이두근, 전경골근, 내측비복근)의 근활성도 변화를 알아보았다. 노인의 평지 보행과 비교해 계단과 경사로 오르기 시 입각기 동안 하지 근육의 근활성도는 모든 근육에서 증가하였으며, 계단보다 경사로 오르기에서 더 증가하였다. 유각기 동안 하지 근육의 근 활성도는 평지보행과 비교해 대체로 증가하였고, 특히 전경골근과 내측비복근는 경사로보다 계단 오르기 동안 근활성도가 더 증가하였으며, 대퇴직근과 대퇴이두근은 계단보다 경사로 오르기에서 근활성도가 더 증가하였다.
- 보행조건에 따른 하지 근육의 근활성도는 통계적으로 유의한 차이가 있었고(p<0.05), 특히 대퇴직근과 대퇴이두근, 내측비복근의 근활성도가 크게 증하였다.
- 보행조건에 따른 하지 근육의 근활성도는 통계학적으로 유의한 차이가 있었고(p<0.05), 사후검정 결과 평지보행과 계단 오르기, 평지보행과 경사로 오르기 사이에 통계학적으로 유의한 차이가 있었고, 계단과 경사로 오르기 사이에는 유의한 차이가 없었다(Figure 3).
- 본 연구는 평지 보행과 비교해 계단과 경사로 오르기 시 근활성도 변화량을 노인의 입각기와 유각기 동안 알아보았으며, 대체적으로 계단보다 경사로 오르기 동안 하지 근육의 근활성도가 증가하는 것을 알 수 있었다. 특히 입각기 동안 평지 보행과 비교해 계단보다 경사로 오르기 동안 대퇴직근과 대퇴이두근, 내측비복근의 근활성도가 크게 증가하였고, 유각기 동안은 경사로보다 계단 오르기에서 전경골근과 내측비복근의 근활성도가 크게 증가하는 것으로 나타났다.
- 05), 특히 대퇴직근과 대퇴이두근, 내측비복근의 근활성도가 크게 증하였다. 사후검정결과 평지 보행과 계단 오르기, 평지 보행과 경사로 오르기, 계단과 경사로 오르기 사이에 모두 통계학적으로 유의한 차이가 있었고, 경사로 오르기에서 하지 근육의 근활성도가 크기 증가하였다 (Figure 2).
- 노인의 평지 보행과 비교해 계단과 경사로 오르기 시 입각기 동안 하지 근육의 근활성도는 모든 근육에서 증가하였으며, 계단보다 경사로 오르기에서 더 증가하였다. 유각기 동안 하지 근육의 근 활성도는 평지보행과 비교해 대체로 증가하였고, 특히 전경골근과 내측비복근는 경사로보다 계단 오르기 동안 근활성도가 더 증가하였으며, 대퇴직근과 대퇴이두근은 계단보다 경사로 오르기에서 근활성도가 더 증가하였다. 노인은 대체적으로 계단보다 경사로 오르기 시 입각기 동안 모든 근육의 근활성도가 컸으며, 유각기 동안에는 계단 오르기 시 전경골근과 내측비복근의 근활성도가 증가하였다.
- 유각기의 경우, 평지보행과 비교해 계단과 경사로 오르기 동안 대체적으로 근활성도가 증가하였고, 경사로 오르기보다 계단 오르기 동안 크게 증가하는 양상이 나타났다. 전경골근과 내측비복근는 경사로보다 계단 오르기 동안 근활성도가 더 증가하였고, 대퇴직근과 대퇴이두근은 계단보다 경사로 오르기 동안 근활성도가 더 증가하였다(Table 2).
- 유각기 동안에는 계단 오르기에서 더 증가하는 양상을 나타내었고, 전경골근과 내측비복근이 크게 증가하였다. 이상의 연구결과로 볼때, 평지 보행과 비교하여 계단과 경사로 오르기 동안 하지 근육의 근활성도가 다르게 나타났으며, 이는 보행 조건에 따른 하지 근육의 동원 형태가 다름을 알 수 있었다.
- 입각기의 경우, 평지 보행과 비교해 계단과 경사로 오르기 동안 하지 근육의 근활성도는 모두 증가하였으며, 계단보다 경사로 오르기에서 근육의 근활성도가 대체적으로 더 증가하였다(Table 2). 보행조건에 따른 하지 근육의 근활성도는 통계적으로 유의한 차이가 있었고(p<0.
- 유각기의 경우, 평지보행과 비교해 계단과 경사로 오르기 동안 대체적으로 근활성도가 증가하였고, 경사로 오르기보다 계단 오르기 동안 크게 증가하는 양상이 나타났다. 전경골근과 내측비복근는 경사로보다 계단 오르기 동안 근활성도가 더 증가하였고, 대퇴직근과 대퇴이두근은 계단보다 경사로 오르기 동안 근활성도가 더 증가하였다(Table 2). 보행조건에 따른 하지 근육의 근활성도는 통계학적으로 유의한 차이가 있었고(p<0.
- 본 연구는 평지 보행과 비교해 계단과 경사로 오르기 시 근활성도 변화량을 노인의 입각기와 유각기 동안 알아보았으며, 대체적으로 계단보다 경사로 오르기 동안 하지 근육의 근활성도가 증가하는 것을 알 수 있었다. 특히 입각기 동안 평지 보행과 비교해 계단보다 경사로 오르기 동안 대퇴직근과 대퇴이두근, 내측비복근의 근활성도가 크게 증가하였고, 유각기 동안은 경사로보다 계단 오르기에서 전경골근과 내측비복근의 근활성도가 크게 증가하는 것으로 나타났다. 이는 선행연구와 유사한 결과를 보여주는 것이다.
후속연구
- 이는 선행연구와 유사한 결과를 보여주는 것이다. 앞으로 계단과 경사로의 경사각도에 따른 하지의 근활성도 변화에 대한 연구와 근골격계나 신경계질환을 가진 환자들의 계단과 경사로 보행 시 근활성도 변화에 대한 연구들이 필요하다고 생각된다.
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