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문제 정의
- 따라서 본 연구는 12주간의 수중 훈련이 낙상이 가장 빈번하게 발생되는 장애물 극복보행을 수행할 때 운동학 및 운동역학적으로 어떠한 영향을 주는 지 알아보기 위한 목적으로 수행되었다. 또한 하지장의 길이에 따른 영향을 최소화하기 위하여 장애물 높이를 대상자의 하지장의 길이의 30%, 50%의 높이로 설정하여 장애물 극복보행을 실시하였다.
- 본 연구는 장애물 극복보행을 통해 여성노인들의 12주간 지속적인 수중운동의 영향을 규명하는데 있었으며 본 연구를 수행한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 본 연구는 지속적인 수중훈련이 노인들의 높이 장애물 극복 보행에 어떠한 영향을 미치는지 알아보는데 있었다. 본 연구의 수행 결과 장애물 모든 변인에서 높이와 훈련기간 기간사이에는 유의한 상호작용이 나타나지 않았다(p >.
제안 방법
- MVHC는 안전한 장애물 극복과 관련된 가장 중요한 변인으로 본 연구에서 계산되어진 MVHC는 장애물 통과 시에 끌림발의 뒤꿈치가 장애물과 같은 수평위치에 있는 지점에서 장애물과 뒤꿈치간의 수직거리로 계산되었다. 12주간 수중훈련을 통한 노인들의 장애물 극복보행에서 MVHC는 장애물의 높이에 따라 통계적으로 유의한 차이를 보였으나(p<.
- 각 대상자별로 부자연스러운 동작이라고 판단되는 시도(trial)를 제외한 보다 자연스러운 동작이라고 판단되는 총 10회의 동작을 수집하였으며 그 평균을 차후 분석에 사용하였다.
- 충분한 웜업 후, 연구대상자들은 두 개의 지면반력기 사이에 놓인 높이 장애물 극복보행을 수행하였다. 각 연구대상자들은 장애물로부터 약 5 m 후방에서 보행을 시작하여 장애물을 극복하고 3 m 정도 보행을 더 수행하도록 하였다. 이때 지면반력기는 장애물 전에 설치하였으며 피험자들에게 지면반력기에 대한 설명이 없이 자연스럽게 밟도록 유도하였다.
- 0 통계 프로그램을 통한 3x3 반복이 원변량분석(Two-way ANOVA with repeated measure)이 사용되었다. 독립변인은 운동기간(0, 6, 12주)과 장애물 높이(0, 30%, 50%)였으며 유의한 차이를 발견 시 Sidak 사후검증을 실시하였다. 본 연구의 통계적 유의 수준은 α= .
- 본 연구에서 얻어진 3차원 지면반력의 결과는 장애물 극복 시 지지발의 지지구간동안의 지면반력자료로부터 구하였으며 본 연구결과에서는 장애물 보행에 영향이 큰 전·후, 수직 지면 반력만 제시하였다. 또한 대상자들의 질량차이에 따른 영향을 배제하기위하여 산출된 값은 대상자의 신체질량으로 표준화하였다.
- 프로그램이 실시되기 전 대상자들에게 사전 교육, 안전 교육 및 정보를 제공하고 본 운동프로그램과 실험에 동의하는 대상자들에게 동의서를 작성하도록 하였다. 또한 수중운동 실시 전 건강정보에 대한 수집을 위해 설문지를 작성하도록 하였다. 연구 대상자들에게 2개의 다른 프로그램 시간대(A:월수금, B:화목토; A와 B는 동일 프로그램)가 제공되었으며, 대상자들은 자신들의 편안한 시간대를 선택하여 프로그램을 수행하였다.
- 장애물 극복보행 시 지지발의 운동역학적 변인의 계산을 위하여 1대의 지면반력 측정기(9286 AA, Kistler)가 사용되었으며 sampling frequency는 1000Hz로 설정하였다. 또한 영상분석과 지면반력의 자료는 Qualisys사의 QTM프로그램을 사용하여 동조시켰다.
- 따라서 본 연구는 12주간의 수중 훈련이 낙상이 가장 빈번하게 발생되는 장애물 극복보행을 수행할 때 운동학 및 운동역학적으로 어떠한 영향을 주는 지 알아보기 위한 목적으로 수행되었다. 또한 하지장의 길이에 따른 영향을 최소화하기 위하여 장애물 높이를 대상자의 하지장의 길이의 30%, 50%의 높이로 설정하여 장애물 극복보행을 실시하였다.
- 본 연구 수행에 앞서 각 대상자의 주동발을 알아보기 위하여 연구자가 축구공을 굴려 대상자가 차도록 유도하는 동작을 3회 실시하였으며, 공을 찬 발을 주동발로 선정하였다. 본 연구에 참여한 모든 대상자는 오른발을 주동발로 사용하였다.
- 본 연구에 사용된 실험 장비는 대상자들의 장애물 극복보행을 녹화하기 위하여 기계적으로 시간 동조가 가능한 7대의 적외선 카메라(ProReflex MCU 240, Qualisys)를 대상자들의 장애물 극복보행구간의 공간을 확보할 수 있도록 설치하였으며 녹화속도는 100Hz 로 설정하였다[Figure 1]. 장애물 극복보행 시 지지발의 운동역학적 변인의 계산을 위하여 1대의 지면반력 측정기(9286 AA, Kistler)가 사용되었으며 sampling frequency는 1000Hz로 설정하였다.
- 본 연구에서 사용된 3차원 지면반력은 지지발의 지지구간에서의 지면반력이며, 이 지면반력 자료와 운동학적 변인들의 자료를 이용한 Inverse Dynamic Approach를 통하여 지지발의 하지 관절모멘트를 계산하였다.
- 본 연구에서 앞꿈치의 여유는 장애물을 극복하기 전 앞꿈치의 수직위치가 장애물의 높이와 일치하는 지점에서 앞꿈치와 장애물사이의 수평거리로 계산되었으며 뒤꿈치의 여유는 장애물 극복 후 뒤꿈치의 수직위치가 장애물의 높이와 일치되는 지점에서 이 둘 사이의 수평거리로 계산되었다(Figure 2).
- 본 연구에서 얻어진 3차원 지면반력의 결과는 장애물 극복 시 지지발의 지지구간동안의 지면반력자료로부터 구하였으며 본 연구결과에서는 장애물 보행에 영향이 큰 전·후, 수직 지면 반력만 제시하였다.
- 본 연구에서는 12주간의 수중훈련의 효과를 알아보기 위하여 대상자들에게 총 3번 실험(수중운동 시작 1주 전, 수중운동 6주차, 운동 종료 1주 후)에 참여하였다. 매 실험 시에 대상자들에게 실험의 절차가 설명되었으며 가장 자연스러운 동작을 유도하기 위하여 실험 전 충분한 연습을 실시하였다.
- 본 연구에서는 보행에 가장 영향을 미치는 굴곡/신전 모멘트만을 분석하였으며 모든 모멘트는 각 대상자들의 신체질량으로 표준화하였다.
- 본 연구의 목적을 수행하기 위하여 인체를 7개의 분절(좌우 발, 하퇴, 대퇴 그리고 골반)로 이루어진 강체로 규정하였으며 보행 중 설정한 인체분절에 대한 좌표화를 위하여 실험 전 하지에 14개의 관절점 마커와 27개의 트래킹 마커를 부착한 스탠딩 켈리브레이션을 실시하였으며 본 실험에서는 14개의 관절점 마커를 제거하고 27개의 트래킹 마커를 이용하여 보행 시 분절 및 관절의 위치좌표를 획득하였다.
- 실험 전 대상자의 장애물 극복보행동작을 완전히 포함 할 수 있게 카메라를 설치하였으며 정량적 분석을 위하여 모든 카메라는 NLT 방법을 이용하여 3차원 켈리브레이션 되었다.
- 또한 수중운동 실시 전 건강정보에 대한 수집을 위해 설문지를 작성하도록 하였다. 연구 대상자들에게 2개의 다른 프로그램 시간대(A:월수금, B:화목토; A와 B는 동일 프로그램)가 제공되었으며, 대상자들은 자신들의 편안한 시간대를 선택하여 프로그램을 수행하였다. 수중운동 프로그램이 행하여진 K대학 수영 장은 수심 약 130 cm∼150 cm, 수온 27°였다.
- 프로그램 본 연구에서 사용된 수중운동 프로그램은 자격을 갖춘 1인의 강사를 통해 실시하였으며, 12주 동안 주 3회, 1회에 약 60 분씩 실시하였다. 운동은 준비운동 10분과 정리운동 10분 그리고 40분의 주 운동으로 구성하였으며, 4주 단위로 프로그램의 강도를 점진적으로 증가시켰으며, 이때 RPE는 12~16으로 조정하였다[Table 1, 2, 3]. 프로그램이 실시되기 전 대상자들에게 사전 교육, 안전 교육 및 정보를 제공하고 본 운동프로그램과 실험에 동의하는 대상자들에게 동의서를 작성하도록 하였다.
- 장애물 극복속도는 장애물을 극복하기 전 끌림발이 지면을 이지하는 순간부터 장애물을 극복 후 뒤꿈치가 다시 지면에 닫는 구간까지의 수평거리를 걸린시간으로 나누어 계산되었다.
- 충분한 웜업 후, 연구대상자들은 두 개의 지면반력기 사이에 놓인 높이 장애물 극복보행을 수행하였다. 각 연구대상자들은 장애물로부터 약 5 m 후방에서 보행을 시작하여 장애물을 극복하고 3 m 정도 보행을 더 수행하도록 하였다.
- 프로그램 본 연구에서 사용된 수중운동 프로그램은 자격을 갖춘 1인의 강사를 통해 실시하였으며, 12주 동안 주 3회, 1회에 약 60 분씩 실시하였다. 운동은 준비운동 10분과 정리운동 10분 그리고 40분의 주 운동으로 구성하였으며, 4주 단위로 프로그램의 강도를 점진적으로 증가시켰으며, 이때 RPE는 12~16으로 조정하였다[Table 1, 2, 3].
대상 데이터
- 본 연구의 대상자는 최근 1년 내에 하지에 정형외과적 이상 소견이 없는 서울 K복지관 65세 이상의 노인 여성 20명이었다. 그러나 실험기간 도중 9명의 대상자들이 개인적인 사정으로 탈락하였으며, 따라서 본 연구는 운동프로그램을 끝까지 수행한 11명을 대상자로 하였다. 대상자의 연령은 73±6 year, 신장은 153.
- 본 연구 수행에 앞서 각 대상자의 주동발을 알아보기 위하여 연구자가 축구공을 굴려 대상자가 차도록 유도하는 동작을 3회 실시하였으며, 공을 찬 발을 주동발로 선정하였다. 본 연구에 참여한 모든 대상자는 오른발을 주동발로 사용하였다.
- 본 연구의 대상자는 최근 1년 내에 하지에 정형외과적 이상 소견이 없는 서울 K복지관 65세 이상의 노인 여성 20명이었다. 그러나 실험기간 도중 9명의 대상자들이 개인적인 사정으로 탈락하였으며, 따라서 본 연구는 운동프로그램을 끝까지 수행한 11명을 대상자로 하였다.
데이터처리
- 12주간의 수중운동에 따른 노인들의 장애물보행의 변화를 규명하기 위하여 SPSS 12.0 통계 프로그램을 통한 3x3 반복이 원변량분석(Two-way ANOVA with repeated measure)이 사용되었다. 독립변인은 운동기간(0, 6, 12주)과 장애물 높이(0, 30%, 50%)였으며 유의한 차이를 발견 시 Sidak 사후검증을 실시하였다.
- 실험 시 대상자의 운동학 및 운동역학적 raw data는 Qualisys사의 QTM프로그램을 이용하여 획득하였으며, 실험 중 발생하는 실험오차(random error)를 감소시키기 위하여 Butterworth 4차 저역필터(차단주파수: 6Hz)를 이용하였다. 또한 Matlab 7.
성능/효과
- 1. 노인들의 전반적인 보행수행능력의 척도를 나타내는 장애물 극복속도는 장애물의 높이에 따라 통계적으로 유의한 차이를 보였고 통계적으로는 유의하지 않았으나 훈련기간이 지속되면서 장애물 극복속도는 증가하는 추세를 보였다.
- 2. 앞꿈치의 여유는 장애물의 높이에 따라 통계적으로 유의한 차이를 보였고 훈련기간에 따라 모든 장애물 높이에서 6주까지는 증가하다가 이후 감소하는 현상을 보였다. 이것은 선행연구의 결과처럼 최적의 여유를 이용해 효율적으로 장애물을 극복하려는 노력으로 보인다.
- 3. 발의 최대 수직여유는 장애물의 높이에 따라 통계적으로 유의한 차이를 보였고 훈련기간이 증가할수록 모든 장애물 높이에서 감소하는 양상을 보였다. 그러나 높이에 따른 발의 수직여유의 차이는 훈련기간이 증가할수록 증가되는 현상을 보여 노인들이 수중훈련을 통해 높아진 근력을 바탕으로 효율적인 높이를 찾으려고 하는 것으로 보인다.
- 4. 지지발의 전후와 수직 방향의 지면반력은 높이에 대하여 통계적으로 유의한 차이를 보였고 운동기간이 증가할수록 상해방지에 중요한 역할을 하는 수직 지면반력의 Peak 1과 Peak 2의 차이율의 증가를 보였다.
- 5. 발목관절 모멘트는 통계적으로 유의한 차이를 나타내지 못했지만 무릎과 엉덩이 모멘트는 통계적으로 유의한 훈련효과를 나타내었다.
- 05) 훈련기간에 대해서는 유의한 차이가 나타나지 않았다 [Table 4]. 그리고 두 가지 높이장애물 모두에서 트레이닝 6주까지는 TC가 증가하다가 12주에서는 감소하는 양상을 보였다(Table 4).
- 특히, 수직 지면반력은 장애물의 높이를 극복하는데 필수적인 힘으로 Peak 1과 Peak 3은 장애물 극복보행(30% & 50%)이 일반보행 (0%)에 비하여 높은 값을 나타내었다. 그리고 통계적으로는 유의하지 않았지만 Peak 1과 Peak 3 모두에서 0%와 30%의 높이에서는 기간이 증가하면서 지면반력도 증가하는 경향을 보였지만 50% 높이에서는 운동전에 비하여 감소하는 경향을 보였다.
- 그리고 훈련기간이 증가할수록 모든 높이에서 증가된 신전모멘트의 양상을 보였으나 통계적으로 유의한 차이는 일반보행(0% 높이)에서만 나타났다(p<.05)(Table 6).
- 또한 Peak 1을 측정시기에 따라 대응별 비교하여 30% 높이의 장애물 보행에서 운동 전과 6주 후의 측정시기에서 통계적으로 유의하게(p<.05) 감소하였으며 50% 높이에서도 운동전과 12주 후의 측정시기에서 통계적으로 유의하게(p<.05) 감소하였다.
- 또한 통계적으로는 유의하지 않았으나 대부분의 경우에서 운동기간이 증가함에 따라 전·후 지면반력이 증가하는 경향이 나타났다(Table 5).
- 또한 훈련 기간이 지속되면서 CV는 통계적으로는 유의한 차이를 보이지 않았으나 훈련기간이 증가함에 따라 30%와 50%의 높이에서 모두 증가하는 추세를 보였다 (30%:1.63 m/s<1.67 m/s, 50%:1.39 m/s<1.43 m/s).
- 발목관절의 저측굴곡 모멘트 Peak는 모두 유의한 차이가 나타나지 않았으나 모든 높이에서 운동 후에 증가되었으며, 특히 6주까지 증가하다가 12주에서는 약간 감소하는 양상을 보였다 (Table 6).
- 본 연구를 수행한 결과 전·후 지면반력의 Peak 1(최대 제동력)과 Peak 2(최대 추진력)는 높이에 따른 결과에서 통계적으로 유의한 차이가 나타났다(p<.05)[Table 5].
- , 1991). 본 연구에서 CV는 훈련기간이 증가감에 따라 모든 높이에서 훈련전에 비하여 빨라지는 경향을 보였으나 [Table 4], 높이에 다른 노인들의 대처 방법은 다른 것으로 생각된다. 즉, CV는 활보장과 걸린시간의 조합으로 이루어지는데, 본 연구에서는 노인들은 이들에게 크게 부담이 되지 않는 30% 높이에서는 장애물 극복거리(1.
- 본 연구에서 HC는 장애물 높이나 훈련기간에서 모두 유의한 차이를 보이지 않았으나 30% 높이에서 운동 전에 비하여 12주 후에 HC가 증가하는 패턴을 나타냄으로서 [Table 4], 윤석훈 (2007)이 선행연구에서 보고한 바와 같이 운동 후 대상자들의 보행능력의 증가로 인해 장애물 극복 후 발을 멀리 디딤으로써 안전한 보행을 수행하게 된 것으로 보여진다. 또한 50% 높이의 경우 30% 높이와 달리 노인들이 부담을 느끼는 높이로 기간이 증가함에 따라 HC는 감소하였지만 [Table 4] 활보장은 증가된 결과를 보임으로써 향상된 하지근력으로 효율적인 HC거리를 찾고 있는 노력으로 생각된다.
- 본 연구에서 계산된 CV는 장애물극복 시 끌림발의 활보장을 극복시간으로 나누어서 계산되었으며 CV는 장애물 높이에 따라 통계적으로 유의한 차이를 보였다(p<.05) [Table 4].
- 본 연구에서 사용된 장애물 높이는 신장에 따른 장애물의 실질적인 영향을 알아보기 위하여 각 대상자들의 다리길이에 비례하는(하지길이의 30% & 50%) 높이 장애물을 설정하였으며 실험에 참가한 대상자들의 평균 하지길이와 이들에게 사용된 장애물의 평균 높이는 74.8±3.8 cm, 30%에서 22.5±1.0, 50%에서는 37.3±1.9 cm였다.
- 본 연구에서 지지발의 지면반력은 통계적으로는 유의하지 않았으나 대부분의 경우에서 운동기간이 증가함에 따라 전·후, 수직 지면반력이 증가하는 경향을 나타냈다 [Table 5].
- 본 연구의 수행 결과 장애물 모든 변인에서 높이와 훈련기간 기간사이에는 유의한 상호작용이 나타나지 않았다(p >.05)
- 따라서 이 변인은 노인들에게 있어 운동기능의 향상을 알아 볼 수 있는 좋은 변인이다(윤석훈, 2008; Perry, 1992; Winter, 1991). 본연구의 대상자들은 모든 높이에서 운동기간이 증가할수록 증가된 Peak 1과 Peak 2의 차이율을 보였으며(0%: 40.7%-47.4%, 30%: 47.3%-47.5%, 50%: 49.2% -49.9%), 이러한 결과는 지속적인 수중운동이 노인들의 운동기능을 향상시켜 보행 시 충격을 잘 흡수시키고 있다는 방증이라고 생각된다.
- 수직 지면반력은 MVHC와 밀접한 비례관계가 있는데 앞에서 언급하였듯이 이러한 경향을 보이는 이유는 수중운동을 통하여 근력은 충분히 향상되었으나(0%와 30%에서 증가된 Peak 1과 Peak 3) 50% 높이의 경우 효율적인 장애물극복을 수행하였고 (감소된 MVHC) 이것을 수행하기위하여 적은 수직지면반력이 필요하였을 것으로 생각된다. 이러한 현상은 발목의 관절모멘트에서도 보여지는데 6주차 까지는 증가된 최대 저측굴곡을 보이다가 12주차에는 약간 감소된 모멘트를 보이고 있다.
- 장애물 극복 후 지속적인 보행을 유지시킬 수 있는 안정성과 관련된 중요한 변인 중의 하나인 HC는 장애물 높이나 훈련 기간에서 모두 통계적으로 모두 유의한 차이가 나타나지 않았으나 30%높이에서 운동 전에 비하여 12주 후에 HC가 증가하는 패턴을 나타내었다(Table 4).
- 장애물의 높이는 하지장 길이의 0%, 30%, 50%였으며 연구 대상자들은 주동발을 지지발로 비주동발은 끌림발로 하여 장애물을 극복하였다. 이 때 대상자들의 보행속도는 사전에 고정된 속도에서 야기될 수 있는 신체의 잠재적인 불편을 최소화하기 위하여(류지선 2007; Buzzi, Stergiou, Kurz, Hageman, & Heidel, 2003) 자신의 선호속도(self-selected speed)로 실시하였다.
- 즉, CV는 활보장과 걸린시간의 조합으로 이루어지는데, 본 연구에서는 노인들은 이들에게 크게 부담이 되지 않는 30% 높이에서는 장애물 극복거리(1.10 m > 1.06 & 1.09 m)와 극복시간(0.69 s > 0.64 s & 0.67 s)을 짧게 하여 빠르게 장애물을 극복했으며, 큰 부담이 될 수 있는 50% 높이에서는 극복거리를 증가시켜(1.06 m < 1.09 m & 1.10 m) 안정성을 확보한 후 수중운동에서 얻어진 강화된 하지 근력을 이용하여 속도를 증가시킨 것으로 생각된다.
- 훈련기간이 증가할수록 증가된 엉덩이 관절의 신전 모멘트의 결과는 노인들의 보행 전략이 근력의 강화로 인해 변화되고 있음을 시사한다. 즉, 근력약화로 인해 노인들은 보행 시 젊은이들과 달리 일반적으로 엉덩이관절을 굴곡 시켜 안정성을 증가시키려는 전략을 사용하는데, 본 연구의 결과와 같이 지속적인 운동은 노인들의 요추부와 엉덩이관절의 움직임에 동원되는 근력강화 시킴으로써 엉덩이 관절을 신전시키면서 장애물을 극복하려는 노력을 보이고 있다. 이것은 지속적인 수중운동이 노인들의 하지근력을 증가시키고 있다는 증거로 생각되며 이를 통해 노인들은 안전하고 효율적으로 장애물을 극복하는 보행을 보인 것이라고 생각된다.
후속연구
- 또한 운동역학 분야의 연구일지라도 일반 보행의 분석에 편중되어(김창범, 신준용, 2007a, 2007b; 최종환 등, 2005) 실질적으로 빈번하게 낙상으로 이어져 사망의 원인으로 작용되는 장애물보행 상황을 구현하지 못하고 있는 실정이다. 그러므로 낙상 예방을 위한 노인들의 수중운동의 효과를 보다 실제상황에 근접한 장애물보행 상황에서 검증해 볼 필요가 있다고 사료된다.
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