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문제 정의
- 따라서 본 연구의 목적은 신체 기울기 운동 시 시각적 바이오피드백의 적용이 올바른 자세유지 시간과 체간 근육의 근활성도에 미치는 영향을 알아보고자 실시하였다.
- 본 연구는 요통이나 허리에 역학적 문제점이 없는 일반인을 대상으로 전신을 전ㆍ후방으로 기울여서 중력을 저항으로 이용한 등척성 운동을 시행하였을 때, 체간 근육의 근활성도와 체간의 올바른 자세 유지 시간에 미치는 시각적 바이오피드백의 효과에 대해서 알아보았다.
- 본 연구는 중력을 저항으로 이용한 등척성 운동 시, 시각적 바이오피드백의 효과를 알아보기 위해 신체를 전방과 후방으로 기울인 후 체간의 근활성도와 자세 유지 시간을 알아보았다. 신체의 전ㆍ후방 경사에 따른 체간 근육의 근활성도를 살펴본 결과, 시각적 바이오피드백을 적용하였을 때 배바깥빗근이 유의한 증가를 보였다.
제안 방법
- 척주세움근의 자발적 기준 수축백분율은 신체를 60° 전방으로 기울인 후 위와 같은 방법으로 측정하였다. 5초 동안 수집한 근전도 값 중 중간 3초의 2회 평균값을 자발적 기준 수축백분율로 이용하였다.
- 를 사용하였다. 각 근육에서 수집된 4개 채널의 표면 근전도 아날로그 신호는 디지털 신호로 전환되어 개인용 컴퓨터에서 DELSYS EMG Works Aquisition을 통해 자료를 수집 처리하였다.
- 근전도 신호의 표본추출률(sampling rate)은 2,000 ㎐로 설정하였고, 주파수 대역폭(bandwidth)은 20～450㎐를 사용하였다. 그리고 각 근육별 근전도 신호는 RMS(root mean square) 처리하여 분석하였다.
- 대상자가 실험 중 올바른 자세를 유지하지 못하여 벨이 울리게 되면 그 시점을 기준으로 벨이 울리기 직전 10초간의 근전도 데이터를 RMS 처리한 후 평균값을 체간 근육의 근활성도 비교를 위해 이용하였다. 그리고 자세 유지 시간을 비교하기 위해서 시각적 바이오피드백을 주었을 때와 주지 않았을 때의 벨이 울리는 시간을 기록하였다.
- 대상자가 실험 중 올바른 자세를 유지하지 못하여 벨이 울리게 되면 그 시점을 기준으로 벨이 울리기 직전 10초간의 근전도 데이터를 RMS 처리한 후 평균값을 체간 근육의 근활성도 비교를 위해 이용하였다. 그리고 자세 유지 시간을 비교하기 위해서 시각적 바이오피드백을 주었을 때와 주지 않았을 때의 벨이 울리는 시간을 기록하였다.
- 본 연구에서 자발적 기준 수축백분율 측정을 위해 신체를 60° 전ㆍ후방 기울여 근 활성도를 확인하였고, 40°에서 측정한 근전도 값을 자발적 기준 수축백분율로 정규화 시켰다.
- 본 연구에서는 배곧은근, 배속빗근, 배바깥빗근의 자발적 기준 수축백분율을 구하기 위해 대상자가 모니터를 통해 자신의 신체 정렬을 바르게 한 뒤, 60° 후방으로 기울이고 5초 동안의 근전도 값을 2회 수집하였다.
- 실험자는 대상자의 정렬 및 자세를 교정해 주었고 대상자에게 모니터를 통해 올바른 자세를 유지할 수 있도록 교육을 실시한 후, 대상자의 신체를 전방과 후방으로 각각 40° 기울였다(그림 3)(그림 4). 실험 순서는 모니터를 이용하여 시각적 바이오피드백을 주었을 때와 모니터 화면은 끄고 시각적 바이오피드백을 차단하였을 때, 2가지 조건을 무작위로 실시하였다. 대상자의 근육 피로도 및 학습 효과를 최소화하기 위하여 각 운동마다 5분간의 휴식시간을 가졌다.
- 실험자는 대상자의 정렬 및 자세를 교정해 주었고 대상자에게 모니터를 통해 올바른 자세를 유지할 수 있도록 교육을 실시한 후, 대상자의 신체를 전방과 후방으로 각각 40° 기울였다(그림 3)(그림 4).
- 척주세움근의 자발적 기준 수축백분율은 신체를 60° 전방으로 기울인 후 위와 같은 방법으로 측정하였다.
- 본 연구에서 근전도 전극의 부착 부위로 오른쪽 척주세움근(요추 4, 5번의 극돌기의 오른쪽 3 ㎝ 지점)(Marshall과 Murphy, 2005; Reeves 등, 2008), 배곧은근(배꼽에서 오른쪽으로 3 ㎝ 지점)(Stevens 등, 2006), 배바깥빗근(배꼽 외측과 위앞엉덩이뼈가시 위를 만나는 지점)(Marshall과 Murphy, 2006), 배속빗근(위앞엉덩이뼈가시와 두덩결합 사이의 중간에서 서혜인대 위)(Stevens 등, 2006)을 선택하였다. 표면 근전도 신호에 대한 피부저항을 감소시키기 위해 부착 부위를 제모한 후, 사포로 3～4회 문질러 피부 각질층을 제거하고 소독용 알코올로 잘 닦고 충분히 말려 준 다음 근육의 근섬유 방향과 평행하게 전극을 부착하였다.
- 표면 근전도 자료 수집을 위해 Delsys-Trigno Wireless EMG system을 이용하였고 표면 근전도의 전극은 Trigno EMG Sensor1)를 사용하였다. 각 근육에서 수집된 4개 채널의 표면 근전도 아날로그 신호는 디지털 신호로 전환되어 개인용 컴퓨터에서 DELSYS EMG Works Aquisition을 통해 자료를 수집 처리하였다.
대상 데이터
- 본 연구를 위해서 인제대학교에 재학 중이며 실험 참여에 동의한 건강한 성인 남성 14명을 대상자로 선정하였다(표 1). 대상자 선정 과정에서 척추의 구조적 이상, 염증성 질환, 신경기능 압박 여부를 알아보기 위해 부산 백병원 재활의학과에서 방사선 검사, 혈액 검사, 근전도 검사를 실시하였고 이상이 있는 대상자는 연구에서 제외하였다.
- 본 연구에서 근전도 전극의 부착 부위로 오른쪽 척주세움근(요추 4, 5번의 극돌기의 오른쪽 3 ㎝ 지점)(Marshall과 Murphy, 2005; Reeves 등, 2008), 배곧은근(배꼽에서 오른쪽으로 3 ㎝ 지점)(Stevens 등, 2006), 배바깥빗근(배꼽 외측과 위앞엉덩이뼈가시 위를 만나는 지점)(Marshall과 Murphy, 2006), 배속빗근(위앞엉덩이뼈가시와 두덩결합 사이의 중간에서 서혜인대 위)(Stevens 등, 2006)을 선택하였다. 표면 근전도 신호에 대한 피부저항을 감소시키기 위해 부착 부위를 제모한 후, 사포로 3～4회 문질러 피부 각질층을 제거하고 소독용 알코올로 잘 닦고 충분히 말려 준 다음 근육의 근섬유 방향과 평행하게 전극을 부착하였다.
데이터처리
- 시각적 바이오피드백에 따른 체간 근육의 근활성도와 자세 유지 시간을 알아보기 위해 짝비교 t-검정(paired t-test)을 실시하였다. 통계분석 프로그램은 윈도우용 SPSS 18.
이론/모형
- 근전도 부착 후, 본 실험에 앞서 근전도 값의 정규화 (normalization) 과정을 위해 자발적 기준 수축백분율 방법을 사용하였다. 본 연구에서는 배곧은근, 배속빗근, 배바깥빗근의 자발적 기준 수축백분율을 구하기 위해 대상자가 모니터를 통해 자신의 신체 정렬을 바르게 한 뒤, 60° 후방으로 기울이고 5초 동안의 근전도 값을 2회 수집하였다.
성능/효과
- 따라서 본 연구에서는 자발적 기준 수축백분율 측정을 위해 60° 후방 경사에서는 5초만 측정한 반면, 40° 후방 경사에서는 모든 대상자들이 최소 30초 이상 오랜 시간 자세를 유지하였기 때문에 오랜 시간 자세 유지에 의한 신체에 적용되는 외력이 증가하였으며 이에 대항하기 위하여 더 많은 운동단위가 동원되었고, 그에 따라 100% 이상의 정규화 값이 나온 것으로 고려된다.
- 05). 또한 시각적 바이오피드백을 적용하였을 때 올바른 자세 유지 시간이 유의하게 증가하였는데(p<.05) 이러한 결과를 통해 중력을 이용한 신체 기울기 운동 시 거리센서를 통한 시각적 바이오피드백의 제공이 기존의 신체 기울기 운동 방법보다 효과적이라고 사료된다.
- 05). 배곧은근, 배바깥빗근, 척주세움근의 단순한 근활성도 증가에는 유의한 효과가 없었지만, 움직임 기여하는 배곧은근에 비해 안정성에 중요한 역할을 하는 배속빗근의 상대적 근활성도는 증가하였다(p<.05). 또한 시각적 바이오피드백을 적용하였을 때 올바른 자세 유지 시간이 유의하게 증가하였는데(p<.
- 벨이 울리기 직전 10초 동안 시각적 바이오피드백 적용에 따른 배속빗근/배곧은근 근활성도(%RVC)의 비를 비교하기 위하여 신체를 전방으로 40° 기울였을 경우와 신체를 후방으로 40° 기울였을 경우 각각 짝비교 t-검정을 실시한 결과, 두 경우 모두 시각적 바이오피드백을 적용했을 때 배속빗근/배곧은근 근활성도(%RVC)의 비가 시각적 바이오피드백을 주지 않았을 때보다 유의하게 증가하였다(p<.05)(표 3).
- 벨이 울리기 직전 10초 동안 시각적 바이오피드백 적용에 따른 척주세움근, 배곧은근, 배바깥빗근, 배속빗근을 비교하기 위하여 신체를 전방으로 40° 기울였을 경우와 신체를 후방으로 40° 기울였을 경우 각각 짝비교 t-검정을 실시한 결과 두 경우 모두에서 척주세움근, 배곧은근, 배속빗근은 시각적 바이오피드백에 따른 근활성도의 유의한 차이가 없었다.
- 이러한 배바깥빗근은 골반의 후방경사 시 근활성도가 증가하므로 전방경사를 조절 또는 방지할 뿐만 아니라 앞톱니근(serratus anterior), 넓은등근(latissimus dorsi)과 기시점이 서로 맞물려 있어서 앞톱니근과 넓은등근의 활동이 요구되는 팔굽혀펴기 자세와 같은 등척성 운동을 할 때 활동성이 증가한다(Juker 등, 1998; Queiroz 등, 2010; Sahrmann, 2002). 본 연구에서 신체를 후방으로 기울였을 경우 시각적 바이오피드백을 제공 했을 때가 시각적 바이오피드백을 차단했을 때에 비해 신체의 정렬을 올바르게 유지할 수 있었고 이 과정에서 중력에 따른 골반의 전방경사를 조절하기 위해 배바깥빗근의 근활성도가 유의하게 증가된 것으로 사료된다.
- Anders 등(2007)은 요통 환자들에게서 올바른 최대 수의적 수축백분율(%maximal voluntary contraction; %MVC)을 측정하기 어려울 수 있으므로 재활 또는 훈련의 목적을 가지고 있을 때는 자발적 기준 수축백분율이 최대 수의적 수축백분율보다 효율적일 수 있다고 하였다. 본 연구에서 정규화 값이 척주세움근을 제외하고서는 모두 100%가 넘는 결과를 보였다. Ng 등(1997)은 하지와 골반만 테이블에 고정을 하고 중력에 대항하여 체간을 유지하는 체간 지지 테스트를 60초가 실시한 결과 최대 수의적 수축백분율 정규화 값이 100% 이상 증가하는 결과를 보였으며, 이러한 결과는 지속적으로 중력과 같은 외력에 대항하기 위해서 운동단위의 발화 빈도(firing frequency)가 증가했기 때문이라고 하였다.
- 올바른 운동 조절을 위해서는 적절한 감각 바이오피드백이 주어져야하며(Desmurget와 Grafton, 2000) 이 중, 시각적 바이오피드백은 운동 조절을 변화시켜 선택적인 근활성도 강화에 도움이 된다고 보고되었다(Madhavan과 Shields, 2009). 본 연구에서도 시각적 바이오피드백을 이용하여 올바른 신체의 정렬을 유지하는 동안 배곧은근의 근활성도에 비해 상대적으로 배속빗근의 근활성도는 선택적으로 증가하였기 때문에 중력을 이용한 전신 기울기 운동 시 거리 센서를 이용하여 올바른 신체의 정렬 정보를 제공하는 방법이 효과적이라고 사료된다.
- 본 연구의 결과 시각적 바이오피드백을 이용하여 전신 기울기 운동 시 올바른 자세 유지 시간이 유의하게 증가하였다. 이는 중력을 이용한 전신 기울기 운동 시거리 센서를 통한 시각적 바이오피드백이 제공되지 못한다면 비정상적인 정렬을 유지한 채 중력에 대항하여 운동하는 것이기 때문에 체간 근육의 선택적인 근수축을 유도할 수 없을 뿐만 아니라 치료사가 원하지 않는 불필요한 근육들의 수축을 유도하게 되므로 거리 센서를 이용한 시각적 바이오피드백 적용이 올바른 자세 유지 시간을 증가시킬 수 있다고 사료된다.
- 본 연구의 결과에서 배속빗근/배곧은근의 비율이 시각적 바이오피드백을 적용하였을 때 유의한 증가를 보였다. 소근육과 안정성에 관여하는 근육들은 요추의 안정성에 직접적 혹은 간접적으로 영향을 미치기 때문에 이러한 근육들의 근활성도를 증가시키는 운동, 특히 배곧은근과 같은 대근육에 비해 상대적인 근활성도를 증가시키기 위한 많은 연구들이 보고되었다(Marshall과 Murphy, 2006; Stevens 등, 2006).
- 시각적 바이오피드백 적용에 따른 자세 유지 시간을 비교하기 위해 신체를 전방으로 40° 기울였을 경우와 신체를 후방으로 40° 기울였을 경우 각각 짝비교 t-검정을 실시한 결과, 두 경우 모두 시각적 바이오피드백을 주었을 때의 시간이 시각적 바이오피드백을 주지 않았을 때의 시간보다 유의하게 증가하였다(p<.05)(표 4).
- 본 연구는 중력을 저항으로 이용한 등척성 운동 시, 시각적 바이오피드백의 효과를 알아보기 위해 신체를 전방과 후방으로 기울인 후 체간의 근활성도와 자세 유지 시간을 알아보았다. 신체의 전ㆍ후방 경사에 따른 체간 근육의 근활성도를 살펴본 결과, 시각적 바이오피드백을 적용하였을 때 배바깥빗근이 유의한 증가를 보였다. Comerford와 Mottram(2001)은 대근육을 움직임에 관여하는 대근육(global mobilizing)과 안정화에 관여하는 대근육(global stabilizing)으로 분류하였다.
- 실험 결과 시각적 바이오피드백을 적용하였을 경우 안정성에 기여하는 배바깥빗근의 근활성도만이 유의한 증가를 보였다(p<.05).
- 위 연구들을 비추어 볼 때, 본 연구에서는 움직임 뿐만 아니라 안정성에도 기여하는 배바깥빗근의 근활성도만이 시각적 바이오피드백에 따른 유의한 증가를 보였다. 배바깥빗근은 다른 복부 근육들과 함께 등척성 지지를 제공하고 몸통의 회전을 조절하여 요추의 운동을 제한한다(Sahrmann, 2002).
- 또한 O'Sullivan 등(2006)은 어깨뼈(scapula)를 약간 뒤당김(retraction)한 흉추 곧은 앉기(thoracic upright sitting)와 중립 척주앞굽음(neutral lordosis)에서 흉추를 편안하게 둔 요추-골반 곧은 앉기(lumbo-pelvic upright sitting)를 비교한 결과, 흉추 곧은 앉기에서 골반의 전방경사와 배속빗근의 근활성도가 감소하고, 배바깥빗근의 근 활성도가 증가하였다고 보고하였다. 이러한 결과들을 비추어 볼 때, 신체를 전방으로 기울였을 경우 지속적인 등척성 수축이 근피로도와 연관되어 배바깥빗근의 근활성도에 영향을 미쳤을 뿐만 아니라 시각적 바이오피드백이 흉추의 올바른 자세를 지속적으로 유지시켜 시각적 바이오피드백을 차단했을 때에 비해 골반의 전방경사를 감소시켰고 이로 인해 배바깥빗근의 근활성도가 증가되었다고 사료된다. 하지만 본 연구에서는 근피로도와 골반의 운동형상학을 비교해보지 않았기 때문에 이 후의 연구에서는 이러한 연구들이 추가적으로 필요할 것이다.
후속연구
- 따라서 본 연구 결과를 바탕으로 중력을 이용한 체간 안정화 운동을 시행할 경우 배바깥빗근의 근활성도와 배속빗근의 상대적 근활성도를 효율적 증가시키고 올바른 자세를 유지하기 위해서는 시각적 바이오피드백을 적용하는 것이 중요하다고 제안할 수 있다.
- 향후 시각적 바이오피드백 적용이 체간 근육의 근활성도에 미치는 영향에 대하여 추가적인 연구가 필요할 것으로 사료된다. 마지막으로 본 연구의 대상자가 건강한 성인에만 한정되어 연구 결과를 일반화하기 어렵다는 점이다. 향후 연구에서는 요통 환자를 대상으로 한 임상 연구가 진행되어야 할 것이다.
- 이러한 결과들을 비추어 볼 때, 신체를 전방으로 기울였을 경우 지속적인 등척성 수축이 근피로도와 연관되어 배바깥빗근의 근활성도에 영향을 미쳤을 뿐만 아니라 시각적 바이오피드백이 흉추의 올바른 자세를 지속적으로 유지시켜 시각적 바이오피드백을 차단했을 때에 비해 골반의 전방경사를 감소시켰고 이로 인해 배바깥빗근의 근활성도가 증가되었다고 사료된다. 하지만 본 연구에서는 근피로도와 골반의 운동형상학을 비교해보지 않았기 때문에 이 후의 연구에서는 이러한 연구들이 추가적으로 필요할 것이다.
- 두번째는 시각적 바이오피드백을 적용했을 경우 유의한 근활성도 증가를 보이는 근육이 배바깥빗근 뿐이기 때문에 시각적 바이오피드백이 척추의 안정화에 관여하는 모든 근육에 긍정적인 효과를 보인다고 하기에는 제한적이다. 향후 시각적 바이오피드백 적용이 체간 근육의 근활성도에 미치는 영향에 대하여 추가적인 연구가 필요할 것으로 사료된다. 마지막으로 본 연구의 대상자가 건강한 성인에만 한정되어 연구 결과를 일반화하기 어렵다는 점이다.
- 마지막으로 본 연구의 대상자가 건강한 성인에만 한정되어 연구 결과를 일반화하기 어렵다는 점이다. 향후 연구에서는 요통 환자를 대상으로 한 임상 연구가 진행되어야 할 것이다.
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