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문제 정의
- 따라서 본 연구의 목적은 경직성 양하지 뇌성마비 아동의 보행능력 향상을 위한 치료의 한 방법으로 트레드밀을 이용한 뒤로 걷기 훈련의 임상 적용 가능성과 효과를 알아보기 위한 것이다. 구체적으로 트레드밀을 이용한 뒤로 걷기 훈련이 경직성 양하지 뇌성마비 아동에서 보행의 운동역학 및 운동형상학적인 지표 그리고 대동작에 미치는 영향을 알아보기 위해 실시되었다.
- 뇌성마비 아동을 대상으로 부분체중지지(partial body weight support) 장비를 적용하지 않고 트레드밀만 이용한 연구가 적은 편이고 (Willoughby 등, 2009) 특히, 뒤로 걷기에 대한 연구가 이루어지지 않고 있다. 따라서 본 연구의 목적은 경직성 양하지 뇌성마비 아동의 보행능력 향상을 위한 치료의 한 방법으로 트레드밀을 이용한 뒤로 걷기 훈련의 임상 적용 가능성과 효과를 알아보기 위한 것이다. 구체적으로 트레드밀을 이용한 뒤로 걷기 훈련이 경직성 양하지 뇌성마비 아동에서 보행의 운동역학 및 운동형상학적인 지표 그리고 대동작에 미치는 영향을 알아보기 위해 실시되었다.
- 본 연구는 경직성 양하지 뇌성마비 아동 12명을 대상으로 트레드밀을 이용한 뒤로 걷기 훈련이 보행능력에 미치는 영향을 알아보기 위해 8주간 적용 후 보행관련 시공간적 지표, 운동형상학적 지표, 운동역학적 지표, 그리고 대동작기능평가의 점수 변화를 알아보았다. 훈련 후 걸음길이가 향상되었으며, 엉덩관절의 안쪽모음과 안쪽돌림 패턴이 감소하여 경직성 뇌성마비의 전형적인 보행패턴이 개선되었다.
- 본 연구는 경직성 양하지 뇌성마비 아동을 대상으로 보행능력을 향상시키기 위해 트레드밀을 이용한 뒤로 걷기 훈련이 보행에 어떤 영향을 미치는지를 알아보았다. 대조군이 없는 전․후 실험설계를 사용하였기 때문에 대상자 성숙에 따른 오염요인을 제거할 수 없었다.
제안 방법
- 트레드밀을 이용한 뒤로 걷기 훈련은 8주간 주 3회 실시하였다(Freeman Miller, 2007). 1회 훈련은 총 30분으로 트레드밀을 이용한 걷기 훈련 20분과 훈련 전․후 스트레칭운동을 각 5분씩 실시하였다. 보행검사를 준비하는 동안 검사자는 대상자들의 신장, 체중, 발길이, 발폭을 측정하였고 보행분석의 기초자료를 수집하였다.
- 을 사용하였다. 3차원 보행 자료는 길이 약 4 m로 설정된 동작의 포착 공간(motion capture volume)의 중앙에서 기록하였는데, 8대의 적외선 카메라가 수동표식자의 움직임에 의해 나타나는 동작포착의 횟수를 초당 60회로 자동적으로 기록하고 재구성하였다. 자료처리는 Eva Real Time2)과 Orthotrak3) 이라는 두 가지 소프트웨어를 사용하였다.
- 대동작기능측정은 5개 영역 즉 A영역 눕기와 뒤집기, B영역 앉기, C영역 네발 기기와 무릎서기, D영역 서기, E영역 걷기, 달리기, 도약으로 구성되어 있으며 총 88개 항목을 포함하고 있다. 대동작 기능측정의 총점과 보행의 시공간적 변수간의 관계에 대한 연구에서 대동작기능측정 중 D, E영역이 보행과 유의한 상관성이 있음을 바탕으로 본 연구에서는 대동작기능측정의 D, E영역을 선택하여 측정하였다(이정림, 2000).
- 대상자들의 보행분석을 위해 동작분석기인 Evart Orthocapture 시스템1)을 사용하였다. 3차원 보행 자료는 길이 약 4 m로 설정된 동작의 포착 공간(motion capture volume)의 중앙에서 기록하였는데, 8대의 적외선 카메라가 수동표식자의 움직임에 의해 나타나는 동작포착의 횟수를 초당 60회로 자동적으로 기록하고 재구성하였다.
- 인체모델의 각 부분별 정확한 실험측정을 위해 동작수행 시 쓰이지 않는 안쪽 무릎과 발목의 안쪽 표식자를 더 붙인 상태에서 정적 자세의 데이터를 처리한 후, 두 표식자를 떼어내고 보행을 실시하였다. 대상자를 발판에서 1 m 떨어진 출발선 앞에 서게 하고 시작명령에 따라 약 4 m의 평지보행을 실시하여 보행로를 벗어나지 않고 잘 수행한 3회의 데이터를 사용하여 평균값을 구하였다. 훈련 중 피로하거나 어지러움이 있는 경우 즉시 중단하고 휴식을 취하도록 하였다.
- 1회 훈련은 총 30분으로 트레드밀을 이용한 걷기 훈련 20분과 훈련 전․후 스트레칭운동을 각 5분씩 실시하였다. 보행검사를 준비하는 동안 검사자는 대상자들의 신장, 체중, 발길이, 발폭을 측정하였고 보행분석의 기초자료를 수집하였다. 운동형상학적 자료를 얻기 위해 Helen-Hayes 방법으로 재귀반사형 표식자를 연구 대상자의 몸에 부착하였다(Kadaba 등, 1990).
- 힘판 두 개를 나란히 설치한 후 각각에 한 발씩 놓고 선 자세를 5초간 유지할 때 지면반발력을 초당 300 ㎐의 샘플링속도로 기록하였다. 본 실험에서는 뇌성마비와 관련한 변수가 클 것을 고려하여 값이 비교적 안정적인 Fz값을 선택하여 체중 분배를 통한 대칭성의 개선 여부를 관찰하였다(White 등, 1999). 발판으로부터 얻은 데이터의 전후간 좌우차이의 감소 여부를 알기 위해 절대값 공식을 내어 대칭률을 구하고 그 값을 비교분석 하였다(Laura 등, 2010).
- 본 연구에서는 훈련 시작과 마무리 단계에서 준비운동과 마무리운동으로 하지 스트레칭을 각 5분간 실시하였다. 뇌성마비에 적용하는 여러 중재 중 수동적 신장의 효과에 관한 연구는 논쟁이 있다(Pin등, 2006).
- 이 연구의 뒤로 걷기 훈련도구로서 속도단계를 .1 ㎞/hr씩 점진적으로 조절할 수 있는 저속 트레드밀을 사용하였다. 훈련 시 대상자는 일상에서 익숙해져 있는 편한 복장과 신발을 착용하고 각자의 보행능력에 따라 보상을 줄이고 안정성을 높이기 위해 손잡이 잡기 여부를 결정하여 경사 없이 트레드밀 보행을 실시하였다.
- Damiano와 Abel(1996)은 뇌성마비 아동을 대상으로 실시되는 보행관련 연구가 주로 보행분석과 GMFM을 통해 이루어진다고 하였다. 이에 본 연구에서도 뇌성마비 아동들에게 트레드밀에서 뒤로 걷기 훈련을 적용한 후 보행분석과 GMFM을 측정하였다.
- 표식자를 부착하는 작업은 항상 한 명의 숙련된 검사자가 시행하여 오차의 소지를 줄였다. 인체모델의 각 부분별 정확한 실험측정을 위해 동작수행 시 쓰이지 않는 안쪽 무릎과 발목의 안쪽 표식자를 더 붙인 상태에서 정적 자세의 데이터를 처리한 후, 두 표식자를 떼어내고 보행을 실시하였다. 대상자를 발판에서 1 m 떨어진 출발선 앞에 서게 하고 시작명령에 따라 약 4 m의 평지보행을 실시하여 보행로를 벗어나지 않고 잘 수행한 3회의 데이터를 사용하여 평균값을 구하였다.
- 연구자는 대상자 및 보호자에게 실험의 목적과 의의에 대해 충분히 설명하고 실험참여 동의를 얻었다. 트레드밀을 이용한 뒤로 걷기 훈련은 8주간 주 3회 실시하였다(Freeman Miller, 2007). 1회 훈련은 총 30분으로 트레드밀을 이용한 걷기 훈련 20분과 훈련 전․후 스트레칭운동을 각 5분씩 실시하였다.
- 1 ㎞/hr씩 점진적으로 조절할 수 있는 저속 트레드밀을 사용하였다. 훈련 시 대상자는 일상에서 익숙해져 있는 편한 복장과 신발을 착용하고 각자의 보행능력에 따라 보상을 줄이고 안정성을 높이기 위해 손잡이 잡기 여부를 결정하여 경사 없이 트레드밀 보행을 실시하였다. 속도는 안전성을 위해 .
- 를 사용하였다. 힘판 두 개를 나란히 설치한 후 각각에 한 발씩 놓고 선 자세를 5초간 유지할 때 지면반발력을 초당 300 ㎐의 샘플링속도로 기록하였다. 본 실험에서는 뇌성마비와 관련한 변수가 클 것을 고려하여 값이 비교적 안정적인 Fz값을 선택하여 체중 분배를 통한 대칭성의 개선 여부를 관찰하였다(White 등, 1999).
대상 데이터
- 실험에 참여한 대상자는 뇌성마비 아동 12명으로 남자 6명, 여자 6명이었다. 구체적인 선정조건은 대동작기능분류시스템(Gross Motor Function Classification System; GMFCS)의 보조 없이 스스로 또는 보조 도구를 이용하여 독립적으로 보행이 가능한 1에서 3수준에 속하는 아동, 기능적 독립측정도구(Functional Independence Measure for Children; WeeFIM)의 인지평가 부분에서 적어도 15점 이상으로 지시를 이해하여 과제를 수행할 수 있는 아동, 그리고 경직으로 인해 보행에 영향을 받는 경직성 양하지 뇌성마비 진단을 받은 아동이었다. 6개월 이내 정형외과적 및 신경외과적 수술 혹은 시술을 하거나 그로인한 통증, 상해, 심폐질환과 같은 급만성 질환을 앓은 환자는 대상에서 제외되었다.
- 수직지면반발력을 측정하기 위해 AMTI's Force Platform(OR6-7)4)를 사용하였다.
- 실험에 참여한 대상자는 뇌성마비 아동 12명으로 남자 6명, 여자 6명이었다. 구체적인 선정조건은 대동작기능분류시스템(Gross Motor Function Classification System; GMFCS)의 보조 없이 스스로 또는 보조 도구를 이용하여 독립적으로 보행이 가능한 1에서 3수준에 속하는 아동, 기능적 독립측정도구(Functional Independence Measure for Children; WeeFIM)의 인지평가 부분에서 적어도 15점 이상으로 지시를 이해하여 과제를 수행할 수 있는 아동, 그리고 경직으로 인해 보행에 영향을 받는 경직성 양하지 뇌성마비 진단을 받은 아동이었다.
- 3차원 보행 자료는 길이 약 4 m로 설정된 동작의 포착 공간(motion capture volume)의 중앙에서 기록하였는데, 8대의 적외선 카메라가 수동표식자의 움직임에 의해 나타나는 동작포착의 횟수를 초당 60회로 자동적으로 기록하고 재구성하였다. 자료처리는 Eva Real Time2)과 Orthotrak3) 이라는 두 가지 소프트웨어를 사용하였다.
데이터처리
- 본 실험에서는 뇌성마비와 관련한 변수가 클 것을 고려하여 값이 비교적 안정적인 Fz값을 선택하여 체중 분배를 통한 대칭성의 개선 여부를 관찰하였다(White 등, 1999). 발판으로부터 얻은 데이터의 전후간 좌우차이의 감소 여부를 알기 위해 절대값 공식을 내어 대칭률을 구하고 그 값을 비교분석 하였다(Laura 등, 2010). 대칭률 S값 공식은 다음과 같으며 그 값이 0에 가까울수록 대칭성이 높아짐을 의미한다.
- 트레드밀에서 뒤로 걷기 훈련의 적용 전후에 따른 대동작기능측정의 점수변화, 시공간적 지표, 운동 형상학적 지표, 운동 역학적 지표 비교는 짝 비교 t 검정을 사용하여 분석하였으며 유의 수준은 α=.05로 하였다.
이론/모형
- 대상자들의 보행관련 대동작 기능을 평가하기 위해 대동작기능측정(Gross Motor Function Measure; GMFM)을 하였다. 대동작기능측정은 5개 영역 즉 A영역 눕기와 뒤집기, B영역 앉기, C영역 네발 기기와 무릎서기, D영역 서기, E영역 걷기, 달리기, 도약으로 구성되어 있으며 총 88개 항목을 포함하고 있다.
- 보행검사를 준비하는 동안 검사자는 대상자들의 신장, 체중, 발길이, 발폭을 측정하였고 보행분석의 기초자료를 수집하였다. 운동형상학적 자료를 얻기 위해 Helen-Hayes 방법으로 재귀반사형 표식자를 연구 대상자의 몸에 부착하였다(Kadaba 등, 1990). 부착 부위는 앞위엉치가시(anterior superior iliac spine; ASIS), 뒤위엉치가시(posterior superior iliac spine; PSIS) 높이의 천골 중앙부 (sacrum), 넙다리(thigh) 중간지점, 안쪽 무릎(medial knee), 바깥쪽 무릎(lateral knee), 종아리뼈 외측면의 중간지점(shank), 안쪽 복사(medial ankle), 바깥쪽 복사(lateral ankle), 두 번째와 세 번째 발허리뼈 사이(toe), 발뒤꿈치(heel) 부위였다.
성능/효과
- 첨족에 대한 보상으로 초기 입각기에 무릎 관절의 굽힘이 증가되고 골반의 전방경사가 보행주기 전반에서 증가되는 양상을 보이기도 한다(나동욱, 2004). 둘째, 관절가동범위나 경직에 의한 부정적인 영향으로 발목관절의 발바닥굽힘과 무릎 폄 간의 비정상적인 짝 움직임이 나타난다. 이로 인해 시상면상에서 구부정한 굽힘보행(crouch gait)을 초래하고 보행 중유각기 동안 무릎 움직임 제한으로 활보길이가 짧아지고 보행속도가 느려지게 된다(김현우와 곽윤해, 2008).
- 이들은 신장운동이 단기 효과는 있지만 장기효과는 없다고 주장하였고 Richards 등(1991)은 단시간의 수동적 신장운동은 보행에서 기능적 향상을 일으키지 않는다고 보고하였다. 따라서 본 연구에서 적용된 단시간의 스트레칭은 보행에 영향을 주었다고 여겨지지 않는다.
- 하지의 안정성이 높을수록 양쪽 다리의 수직지면반발력 차이는 감소한다(Schot와 Becker, 1998). 따라서 이 연구의 운동역학적인 결과를 통해 수직지면반발력과 관련 있는 안정성과 대칭성이 개선되었음을 짐작할 수 있다.
- 훈련 후 걸음길이가 향상되었으며, 엉덩관절의 안쪽모음과 안쪽돌림 패턴이 감소하여 경직성 뇌성마비의 전형적인 보행패턴이 개선되었다. 또한 수직지면반발력의 좌우 비대칭이 줄었고 기능적대동작의 보행관련 점수가 높아진 결과를 얻었다. 이상으로 볼 때, 트레드밀을 이용한 뒤로 걷기 훈련은 경직성 양하지 뇌성마비 아동의 보행능력을 향상시키는 프로그램의 하나로 유용하게 적용될 수 있을 것으로 여겨진다.
- 특히 근위관절각에 영향을 주어 본 연구의 경직성 양하지 뇌성마비 대상자들의 보행 패턴을 변화 시켜 주고 관절에 대한 압박력을 줄인 상태에서 근력을 강화시켜 균형이 향상될 수 있었다고 생각할 수 있다. 또한 트레드밀 훈련은 보행 속도나 지구력, 보행 기능이 떨어진 대상자들이 보행 과제를 8주간 반복적으로 수행함으로써 안정성과 대칭성은 물론 보행 기능 개선에 긍정적인 영향을 주었다고 생각한다.
- 05). 무릎과 발목 관절각에 있어서는 중간흔듦기에서 무릎굽힘각과 초기닿기 시기와 후기흔듦기에서 발목 굽힘각이 유의하게 증가하였다. 물속에서 트레드밀을 이용하여 뒤로 걷기를 적용한 Masumoto 등(2007)의 연구에서는 흔듦기에서의 무릎굽힘과 디딤기와 흔듦기에서의 발목굽힘 활성이 높은 결과를 얻었고, 뒤로 걷기동안 무릎굽힘각과 발목굽힘각이 트레드밀 경사가 낮거나 높은 모든 조건에서 증가하였다(Cipriani 등, 1995).
- 보행관련 대동작 기능측정 항목인 D영역과 E영역의 점수를 백분율로 환산한 결과, 훈련 전 D영역인 경우 평균 69.88%에서 훈련 후 75.42%로, E영역인 경우 57.05%에서 68.28%로 두 영역의 점수가 유의하게 향상되었다(p<.05)(표 6).
- 보행주기 동안 시상면상에서 나타나는 무릎관절각은 훈련전과 비교하여 중간흔듦기에서 오른쪽 굽힘각이 유의하게 증가하였고(p<.05), 다른 보행주기에서는 통계학적인 유의한 차이가 없었다(표 3)(표 4)
- 이로 인해 시상면상에서 구부정한 굽힘보행(crouch gait)을 초래하고 보행 중유각기 동안 무릎 움직임 제한으로 활보길이가 짧아지고 보행속도가 느려지게 된다(김현우와 곽윤해, 2008). 셋째, 근약화로서 엉덩관절 벌림근이나 종아리 근육의 약화가 두드러지며, 디딤기 초기에 엉덩관절 폄근의 약화와 함께 안쪽돌림이 증가하는 양상을 보인다. 결국 뇌성마비 아동은 보행 시 에너지 소비가 많아지고 활동에 제한을 받게 된다(Rosen 등, 2006).
- 6개월 이내 정형외과적 및 신경외과적 수술 혹은 시술을 하거나 그로인한 통증, 상해, 심폐질환과 같은 급만성 질환을 앓은 환자는 대상에서 제외되었다. 연구 대상자의 일반적인 신체특성은 표 1과 같이, 평균나이는 10.7세 이었고 WeeFIM 평균 점수는 29.7점 이었다.
- 운동역학적인 지표로서 선 위치에서 수직지면반발력의 대칭성을 알아보기 위해, 오른쪽과 왼쪽의 평균 수직지면반발력 차이를 분석한 결과, 훈련 후 유의하게 감소하였다(p<.05).
- 뒤로 걷기는 앞으로 걷기와 비교하여 보행 주기가 차이가 날 뿐 같은 기전에 의해 조절되어 정상 보행과 동일한 보행 형태를 보이는 잇점이 있다(Van Deursen 등, 1998). 특히 근위관절각에 영향을 주어 본 연구의 경직성 양하지 뇌성마비 대상자들의 보행 패턴을 변화 시켜 주고 관절에 대한 압박력을 줄인 상태에서 근력을 강화시켜 균형이 향상될 수 있었다고 생각할 수 있다. 또한 트레드밀 훈련은 보행 속도나 지구력, 보행 기능이 떨어진 대상자들이 보행 과제를 8주간 반복적으로 수행함으로써 안정성과 대칭성은 물론 보행 기능 개선에 긍정적인 영향을 주었다고 생각한다.
- 훈련 전과 후 기능적 임상척도인 대동작기능측정의 점수를 비교한 결과, D영역과 E영역 모두에서 유의한 증가를 보였다. 이는 트레드밀을 이용한 보행훈련의 효과를 알아본 이전의 연구결과와 일치하는 것으로(Mutlu 등, 2009; Schindl 등, 2000), 뒤로 걷기와는 상관없이 트레드밀을 이용한 훈련이 보행능력을 향상시키는데 효과적임을 보여주는 증거이다.
- 본 연구는 경직성 양하지 뇌성마비 아동 12명을 대상으로 트레드밀을 이용한 뒤로 걷기 훈련이 보행능력에 미치는 영향을 알아보기 위해 8주간 적용 후 보행관련 시공간적 지표, 운동형상학적 지표, 운동역학적 지표, 그리고 대동작기능평가의 점수 변화를 알아보았다. 훈련 후 걸음길이가 향상되었으며, 엉덩관절의 안쪽모음과 안쪽돌림 패턴이 감소하여 경직성 뇌성마비의 전형적인 보행패턴이 개선되었다. 또한 수직지면반발력의 좌우 비대칭이 줄었고 기능적대동작의 보행관련 점수가 높아진 결과를 얻었다.
후속연구
- 또한 수직지면반발력의 좌우 비대칭이 줄었고 기능적대동작의 보행관련 점수가 높아진 결과를 얻었다. 이상으로 볼 때, 트레드밀을 이용한 뒤로 걷기 훈련은 경직성 양하지 뇌성마비 아동의 보행능력을 향상시키는 프로그램의 하나로 유용하게 적용될 수 있을 것으로 여겨진다.
- 이 연구의 대상자들의 연령이 비교적 많은 점을 감안할 때 보행관련 된 변수들의 향상된 점은 임상적으로 의의가 있다고 여겨진다. 향후 연구에서는 대조군을 설정하여 트레드밀에서 뒤로 걷기 훈련이 보행에 미치는 영향을 알아보는 연구가 이루어져야 할 것이다.
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