[논문]최대 신장성 수축 운동 후 인체 족배굴곡근 건막의 탄성 변화

정진영; 이성철; 이해동

doi:10.5103/kjsb.2011.21.2.207

최대 신장성 수축 운동 후 인체 족배굴곡근 건막의 탄성 변화
Changes of Elastic Properties in In Vivo Human Tibialis Anterior Aponeurosis Following Maximum Eccentric Exercise 원문보기

한국운동역학회지 = Korean journal of sport biomechanics, v.21 no.2, 2011년, pp.207 - 213

정진영 (연세대학교 대학원 체육학과) , 이성철 (연세대학교 교육과학대학 체육교육학과) , 이해동 (연세대학교 교육과학대학 체육교육학과)

Abstract ▼ AI-Helper

The purpose of this study was to investigate changes in elastic properties of tendon structure of human ankle dorsiflexor following eccentric exercise. Six male subjects(age: $27.3{\pm}2.0$ years, height: $180.3{\pm}1.4$ cm, weight: $82.6{\pm}5.3$ kg) and three female subjects(age: $26.7{\pm}2.9$ years, height: $170.0{\pm}4.2$ cm, weight: $66.6{\pm}1.4$ kg) performed a single bout eccentric exercise consisting of 120 repetitions of maximum eccentric contractions. Prior to and following the eccentric exercise, isometric ankle dorsiflexion strength along with longitudinal ultrasound image of the tibialis anterior(TA) were collected. Muscle strength decreased about 30% after eccentric exercise. From the muscle strength vs. aponeurosis elongation curve, we obtained an index of stiffness. Stiffness of deep aponeurosis of the TA was assessed and found to be decreased from $87.4{\pm}33.56$ N/mm to $73.1{\pm}23.52$ N/mm. The results of this study suggest that decrease in stiffness of the TA aponeurosis following eccentric exercise might have significant implications to functions of the muscle-tendon complex and the involved joint motion and provide better understanding of eccentric exercise in the fields of training and rehabilitation.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

트레이닝에 대한 건 구조의 적응 기전이 불명확한 현 시점에서, 트레이닝에 따른 건 구조의 특성 변화에 대한 이해를 넓히기 위해서는 트레이닝 경과에 따른 건 구조의 경도(stiffness) 변화 과정을 알아볼 필요가 있다. 따라서 본 연구에서는 신장성 운동에 따른 건 구조의 특성 변화 과정에 대한 연구의 필요성을 인식하고, 그 기초연구로써 신장성운동 직후 건 구조의 기계학적 특성 변화를 연구하였다.
본 실험에서는 근력 측정 장비와 근전도 측정 장비로부터의 신호를 동기화 하여 수집하기 위한 시스템을 구성하였다. 근력 측정 장비로부터는 보조 출력 단자를 통하여 모멘트와 관절 각도를 아날로그 신호(Input range: ±5 volt)로 획득하였다.
위에서 언급하였듯이 노화에 따른 건의 경도 감소 원인중 하나로 콜라겐 섬유의 주름 각도 감소가 있다. 본 연구에서 신장성 수축운동의 범위가 족저굴곡 10-30도 범위였던 것을 고려하면 반복적인 신장성 수축운동으로 인해 콜라겐 섬유의 주름 각도가 일시적으로 감소했을 가능성을 생각해 볼 수 있다.
본 연구에서는 초음파 영상기법과 근력 측정기를 사용하여 신장성 근력 운동이 건구조의 기계학적 특성에 미치는 영향을 알아보았다.

제안 방법

9명의 피험자는 우세 다리의 족배굴곡근(tibialis anterior, TA) 의 최대 신장성 수축운동 전·후에 일정한 발목 각도에서 피험자가 발휘 할 수 있는 최대 등척성 족배굴곡을 수행하였으며, 이때 초음파영상장치와 근력 측정기를 사용하여 근력 및 건 조직의 기계학적 특성을 측정하였다.
건 구조의 경도는 선행연구(Kubo, Kanehisa & Fukunaga, 2001a, 2001b)에서 사용한 방법을 바탕으로 신장성 수축 운동 후 최대 수의적 수축력의 50% 이상에서의 건막의 신장 길이와 근력 곡선의 기울기를 통해서 측정하였다(Figure 2).
건막 이동 거리 측정은 실시간 초음파 장치(Aloka a10, Japan)와 프로브(Aloka 7.5 MHz UST-5712 linear-array probe, Japan)를 이용하였다. 초음파 영상 측정을 위해 프로브는 근위-원위 방향에서 근위 측 약 2/3지점, 내측-외측 방향에서 전경골근의 중심에 위치 시켰으며, 초음파 영상은 30 Hz의 빈도로 측정하였다.
건막의 신장(elongation) 길이는 모멘트 값이 0일 때 근섬유다 발-건막 교차점의 위치를 기준으로, 최고 모멘트를 나타내는 순간의 근섬유다발-건막 교차점의 위치를 확인한 후, 운동 후 최대 근력 값과 근력이 0인 구간을 9등분하여 각 모멘트 값에서 근섬유다발과 건막의 교차첨의 이동 거리를 측정하였다. 최대 등척성 족배굴곡근력은 발목 각도 0도에서 등속성 근력 측정 장비를 통해 측정한 모멘트를 다음의 식을 통해 근력으로 환산하였다.
근력 측정 장비로부터는 보조 출력 단자를 통하여 모멘트와 관절 각도를 아날로그 신호(Input range: ±5 volt)로 획득하였다. 근력 측정 장비로부터의 발목관절 모멘트와 각도 신호와 근전도 신호를 BNC interface(BNC 2110, National Instrument Inc, Austin, TX, USA)와 Analog/Digital Board(Multifunction DAQ Model NI-6036E, National Instrument, Inc. Austin, TX USA)를 거쳐 LabView 8.5(National Instrument, Inc. Austin, TX USA)를 사용하여 자체 설계한 신호 수집 프로그램을 사용하여 1000 Hz의 수집 빈도로 측정하고 사후 분석을 위하여 컴퓨터에 저장하였다. 초음파 영상장치는 근전도, 근력 측정 장비와 전기적 펄스 신호를 사용하여 동기화시켰다.
발목 족배굴곡근의 최대 등척성 모멘트와 각도 측정 시 전경골근, 내·외측 비복근과 가자미근의 근활성화 정도를 표면근전도계(Trigno wireless EMG, DELSYSⓇ, Boston, MA)를 사용하여 측정하였다. 근전도의 부착 위치는 Surface ElectroMyoGraphy for the non-Invasive Assessment of Muscles(SENIAM: www.
발목관절의 족배굴곡 모멘트와 각도 측정은 족저/족배 굴곡근력 측정이 가능한 등속성 근력 측정기를 사용 하였다. 피험자는 근력 측정기에 부착된 의자에 상체를 직립 자세로 착석한 후, 안전벨트를 사용하여 상체를 고정하였다.
초음파 영상 측정을 위해 프로브는 근위-원위 방향에서 근위 측 약 2/3지점, 내측-외측 방향에서 전경골근의 중심에 위치 시켰으며, 초음파 영상은 30 Hz의 빈도로 측정하였다. 수축 전과 수축 후의 근섬유다발과 건막의 교차첨의 이동 거리를 이용하여 건막의 신장 정도를 측정하였다(Figure 1).
5 MHz UST-5712 linear-array probe, Japan)를 이용하였다. 초음파 영상 측정을 위해 프로브는 근위-원위 방향에서 근위 측 약 2/3지점, 내측-외측 방향에서 전경골근의 중심에 위치 시켰으며, 초음파 영상은 30 Hz의 빈도로 측정하였다. 수축 전과 수축 후의 근섬유다발과 건막의 교차첨의 이동 거리를 이용하여 건막의 신장 정도를 측정하였다(Figure 1).
Austin, TX USA)를 사용하여 자체 설계한 신호 수집 프로그램을 사용하여 1000 Hz의 수집 빈도로 측정하고 사후 분석을 위하여 컴퓨터에 저장하였다. 초음파 영상장치는 근전도, 근력 측정 장비와 전기적 펄스 신호를 사용하여 동기화시켰다.
최대 신장성 수축 운동 전·후에 발목각도 0도에서 최대 등척성 족배굴곡력을 측정하였으며, 건 구조의 경도 측정에 활용하였다.
최대 신장성 수축 운동은 등속성 근력 측정기(CON-TREX^Ⓡ Multi Joint Testing Module, Switzerland)를 사용하여 통제된 조건하에서 수행하였다. 족배굴곡근의 신장성 수축운동은 발목에서 족배 굴곡이 수행되는 동안에는 피험자가 수의적 수축을 수행하지 않고 휴식을 취하고, 족저굴곡시 족배굴곡근의 최대 수축을 수행하게 하여 신장성 수축을 유도하였다.
최대 신장성 수축 운동은 족저굴곡 10-30° 범위에서 10°/sec의 속도로 1세트 12회 반복, 10세트로 진행하였으며, 세트 간 30초의 휴식 시간을 갖게 하였다.
발목관절의 족배굴곡 모멘트와 각도 측정은 족저/족배 굴곡근력 측정이 가능한 등속성 근력 측정기를 사용 하였다. 피험자는 근력 측정기에 부착된 의자에 상체를 직립 자세로 착석한 후, 안전벨트를 사용하여 상체를 고정하였다. 피험자의 대퇴는 벨크로(velcro^Ⓡ) 띠를 사용하여 의자에 고정하였다.

대상 데이터

본 실험 연구에는 근-신경계 질환을 겪은 경험이 없으며 지난 3개월 동안 규칙적인 근력 운동에 참여하지 않은 건강한 남자 6명의 피험자(연령: 27.3±2.0 years, 신장: 180.3±1.4 cm, 체중:82.6±5.3 kg), 여자 3명의 피험자(연령: 26.7±2.9 years, 신장: 170.0±4.2 cm, 체중: 66.6±1.4 kg)가 자발적인 참가동의서를 제출한 뒤 연구 피험자로 참여하였다.

데이터처리

측정한 변인은 평균±표준편차로 나타내었으며, 신장성 수축 전후의 족배굴곡력과 건 구조의 경도는 paired t-test를 사용하여 유의수준 a=.05 수준에서 비교하였다.

이론/모형

발목 족배굴곡근의 최대 등척성 모멘트와 각도 측정 시 전경골근, 내·외측 비복근과 가자미근의 근활성화 정도를 표면근전도계(Trigno wireless EMG, DELSYSⓇ, Boston, MA)를 사용하여 측정하였다. 근전도의 부착 위치는 Surface ElectroMyoGraphy for the non-Invasive Assessment of Muscles(SENIAM: www.seniam.org)에서 설명하는 위치를 참조하였다[Figure 3]. 근전도 전극 부착 전각 근육의 피부 제모 후, 알코올로 닦아내어 신호에 영향을 줄 수 있는 저항을 최소화하였다.
최대 등척성 족배굴곡근력의 계산을 위한 족배굴곡근의 발목 회전 중심점에 대한 모멘트암 길이는 선행연구로부터 발췌하여 사용하였다(Maganaris, 2004).

성능/효과

org)에서 설명하는 위치를 참조하였다[Figure 3]. 근전도 전극 부착 전각 근육의 피부 제모 후, 알코올로 닦아내어 신호에 영향을 줄 수 있는 저항을 최소화하였다. 근전도 신호는 20-450 Hz의 대역폭(bandwidth)을 사용하여 측정한 후 1000배로 증폭한 후 수집하였다.
발목 각도 0도에서 측정한 최대 등척성 족배굴곡력은 신장성 수축 운동 전 35.2±7.5 Nm에서 신장성 수축 운동 후 24.3±7.2 Nm로 유의하게 감소하였으며(p<.05)[Figure 4], 등척성 수축에 따른 모멘트암 길이의 변화가 없을 것이라는 가정하에 족배굴곡 근력이 31% 감소하였음을 확인 할 수 있었다.
, 2009). 본 실험에서 건의 단면적을 직접 확인하지는 못했지만, 선행연구의 결과를 바탕으로 유추해보면, 신장성운동 직후 건의 경도 변화를 측정한 본 실험에서 건의 단면적 변화는 크지 않을 것으로 판단되며, 따라서 건의 단면적 변화는 신장성 수축 직후 건의 경도 변화에 유의한 영향을 미치지 못한 것으로 생각된다.
신장성 수축 운동 전·후의 건막 경도를 측정한 본 연구에서 건막의 경도는 감소하는 것으로 나타났다.

후속연구

근-건 복합체의 기능적 측면과 본 연구에서 관찰한 신장성 수축 운동 직후 건의 경도 감소는 운동 수행 능력에 영향을 미치는 요인으로 작용할 수 있으므로 트레이닝 및 재활 훈련, 노화 연구 분야에서 근력 향상 및 회복, 그리고 노화 지연 관련 운동 프로그램에서 이 점을 고려해야할 것으로 생각되며, 트레이닝 기간 동안 건의 경도 변화 과정을 살펴 볼 후속 연구의 필요성을 제시한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	트레이닝 방법에 따른 건 조직의 기계학적 특성 변화에 대한 연구로는 무엇이 있는가?	1990년대 중반 초음파영상 기법과 근력 측정기로 구성된 시스템을 사용하여 생체조건(in vivo)하에서 인체 건 조직의 기계학적 특성의 측정이 가능해 진 이후(Fukashiro, Itoh, Ichinose, Kawakami & Fukunaga, 1995), 지난 20여 년간 트레이닝 방법에 따른 건 조직의 기계학적 특성 변화에 대한 연구가 활발히 진행되었다. 특히 정적-동적 스트레칭(Kubo, Kanehisa, Kawakami & Fukunaga, 2001d; Mahieu et al., 2007), 등척성 근력 훈련(Kubo, Kanehisa, Ito & Fukunaga, 2001c), 신장성 근력 훈련(Mahieu et al., 2008), 그리고 플라이오메트릭 훈련(Fouré, Nordez & Cornu, 2010)에 따른 하지 건 구조의 탄성과 점탄성 특성에 대한 연구가 수행되었다.
	건(tendon)이란?	건(tendon)은 근육을 뼈에 연결시키는 치밀한 결합 조직이다. 기능적으로 건은 연결된 근육이 발현한 힘을 뼈에 전달하며, 기계학적으로 탄성 특성을 가지고 있어서 동물과 인체 동작의 효율성 측면에서 큰 기여를 하는 것으로 보고되고 있다(Alexander, 2002; Alexander & Bennet-Clark, 1977; Anderson & Pandy, 1993; Kawakami, Kubo, Kanehisa & Fukunaga, 2002; Roberts, Marsh, Weyand & Taylor, 1997).
	건의 기능은?	건(tendon)은 근육을 뼈에 연결시키는 치밀한 결합 조직이다. 기능적으로 건은 연결된 근육이 발현한 힘을 뼈에 전달하며, 기계학적으로 탄성 특성을 가지고 있어서 동물과 인체 동작의 효율성 측면에서 큰 기여를 하는 것으로 보고되고 있다(Alexander, 2002; Alexander & Bennet-Clark, 1977; Anderson & Pandy, 1993; Kawakami, Kubo, Kanehisa & Fukunaga, 2002; Roberts, Marsh, Weyand & Taylor, 1997). 또한 건 조직은 부하환경, 예를 들면 트레이닝 혹은 운동억제(immobilization)에 반응하여 그 기계학적인 특성이 변화하는 특성을 가지고 있다(Wang, 2006).

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

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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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