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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 인체의 근력 균형을 신체의 관상면, 시상면과 수평면으로 나눌 시 균등한 근육의 힘의 분배를 의미한다고 사료되며 또한 보행에 따른 하지의 근력은 어느 정도 균등하다고 판단하여 상지의 좌우 근력불균형을 조사하고자 하였다.
- 본 논문에서는 서보모터를 이용하여 정밀하게 운동부하가 제공되는 전동식 로잉운동기기를 이용하여 상지의 근력 불균형을 개선하기 위해 적용된 좌우 독립운동 부하방식에 따른 상지 근력 균형효과에 대한 유효성을 검증하고자 하였다. 그 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
- 본 연구에서는 좌우 독립운동 부하편차방식이 상지의 근력 불균형 개선에 미치는 영향을 고찰하 고자 한다.
- 상지의 좌우 독립적인 운동부하 편차방식을 적용한 전동식 로잉운동기기를 이용하여 운동 전 후 피험자들의 실시간 근육활성도와 관절토크 변화분 석을 통해 운동부하 편차방식적용에 대한 유효성을 검증하고자 하였다. 본 연구에서 제안한 운동부하 편차방식을 적용 시 상지 좌우 근육별 근육활성 수준은 척측수근골근(before 21.
가설 설정
- 본 연구에서는 인체의 근력 균형을 신체의 관상면(coronal plane), 시상면(sagittal plane)과 수평면 (horizontal plane)으로 나눌 시 균등한 근육의 힘의 분배를 의미한다고 가정하였다. 상지의 좌우 근력 불균형을 개선을 위해 운동부하를 기존 운동기기 와 달리 좌우 팔에 독립적인 운동부하를 각각 적 용하였다.
제안 방법
- .1 피험자 본 연구에서는 최근 6 개월 이내 근골격계 상해에 대한 병력이 없으며 로잉운동에 대한 경험이 없는 피험자 100 명을 대상으로 근육활성수준과 관절토크 측정을 실시하였다. 그 결과 상지의 좌우 근력차이가 평균보다 20%이상 차이가 나는 성인 남녀 20 명을 선출하여 본 실험을 진행하였다.
- 근력균형 효과에 대한 유의성을 검증하기 위해 우세팔 그룹 간에 주관절과 견관절관절의 피크토크를 측정하였다. 관절의 피크토크(peak torque in joint)측정이란 근육과 근육으로 연결된 관절의 회전 힘(torque)을 측정하여 총체적인 근육의 힘을 측정하는 것을 의미한다.
- 근력변화를 분석하기 위해 주관절과 견관절의 피크토크를 분석하였다. 주관절 결과에서 신전 (before 32.
- , Daegu, Korea)를 이용하였다(Figure 1). 기존 로잉 운동기기는 상지와 하지가 동일한 방향으로 움직이는 정방향성 운동추진력을 제공하지만 본 연구에서 사용한 운동 기기는 상지와 하지가 서로 다른 방향으로 움직이는 역방향성 운동추진력을 제공하였다. 또한 운동 부하는 기존의 경우 상지의 당김막대(pulling bar) 하나로 제공하였지만 전동식 로잉운동기기는 상지의 좌우에 각각 독립적인 운동부하를 제공하는 운동부하 편차방식을 제공한다.
- 두 번째로 피험자들의 근력차이 변화를 보기 위해 Biodex system3 를 이용하여 운동 전 후 관절 토크 변화를 측정하였다. 운동 전 후 관절토크 변화를 위해 측정된 관절은 주관절과 견관절이며 각 관절의 신전과 굴곡 시 토크를 측정하였다.
- 하지만 이는 일반인이 아닌 전문선수들에게 적합하고 일반인들에 게는 오히려 상해를 줄 수 있다. 따라서 본 연구에 서는 등속성(isokinetic) 평가모드를 이용하여 상지의 최대 근수축 능력을 평가하여 1RM 의 50%를 초기 운동부하로 적용하였다. 20 두 번째 점진 운동부하의 원리(progressive resistance principle)는 주기적으로 운동부하를 증가시켜 근력을 증진시키는 것이다.
- 평가는 좌우 근력차 이의 변화를 관찰하기 위해 로잉운동 시 좌우 근 육의 실시간 근육활성도를 측정하였다. 또한 근력 및 근반응성 차이를 평가하기 위해 등속성 근기능 평가장비인 Biodex system3 를 이용하여 매주 1 회 주관절(elbow joint)와 견관절(shoulder joint)의 토크 변화를 관찰하였다. 마지막으로 분석에서는 총 8 주간 주관절과 견관절의 토크차이 변화와 로잉운동 시 근육활성도 차이를 분석하여 부하편차에 대 한 유효성을 검증하였다(Figure 2).
- 표면 근전도 (surface EMG)를 측정하기 위해 피험자들의 피부를 알코올로 소독하여 피부 저항을 최소로 하였다.또한 매 측정 시 근육위치에 따른 근전도 오차를 줄이기 위해 해당 근육의 관절 길이의 1/2 지점을 지정해 측정을 실시하였다. 즉, 상완이두근의 경우 상지의 움직임과 관련된 관절인 어깨관절과 팔꿈치 관절의 1/2 지점으로 근육의 가장 높은 수축 부위를 측정한 것이다.
- 먼저 운동은 하루 25 번씩의 로잉동작을 1 세트로 지정하여 4 세트를 수행 총 100 회의 로잉운동을 수행하였다. 또한 주 3 회 실시하여 총 8 주간 진행되었다. 평가는 좌우 근력차 이의 변화를 관찰하기 위해 로잉운동 시 좌우 근 육의 실시간 근육활성도를 측정하였다.
- 또한 근력 및 근반응성 차이를 평가하기 위해 등속성 근기능 평가장비인 Biodex system3 를 이용하여 매주 1 회 주관절(elbow joint)와 견관절(shoulder joint)의 토크 변화를 관찰하였다. 마지막으로 분석에서는 총 8 주간 주관절과 견관절의 토크차이 변화와 로잉운동 시 근육활성도 차이를 분석하여 부하편차에 대 한 유효성을 검증하였다(Figure 2).
- 20 두 번째 점진 운동부하의 원리(progressive resistance principle)는 주기적으로 운동부하를 증가시켜 근력을 증진시키는 것이다. 매 2 주 마다 5kg 의 운동부하를 증가시켜 제공하였다. 셋째, 운동부하 편차방식(loading deviation)은 기본적으로 사용자의 우세한 팔에 1RM 의 50%를 적용하고 반대쪽 팔에 1RM 의 50%에 추가적인 운동부하를 적용하는 방식을 의미한다.
- 먼저 운동은 하루 25 번씩의 로잉동작을 1 세트로 지정하여 4 세트를 수행 총 100 회의 로잉운동을 수행하였다.
- 본 연구에서 실험절차는 운동, 평가와 분석으로 나뉘어 실시하였다. 먼저 운동은 하루 25 번씩의 로잉동작을 1 세트로 지정하여 4 세트를 수행 총 100 회의 로잉운동을 수행하였다.
- 본 연구에서는 서보모터를 이용하여 운동부하 를 1kgf 씩 정밀하게 제공하는 전동식 로잉운동기 기(ROBO.GYM, Humonic Co., Ltd., Daegu, Korea)를 이용하였다(Figure 1). 기존 로잉 운동기기는 상지와 하지가 동일한 방향으로 움직이는 정방향성 운동추진력을 제공하지만 본 연구에서 사용한 운동 기기는 상지와 하지가 서로 다른 방향으로 움직이는 역방향성 운동추진력을 제공하였다.
- 피험자들에게 식 (1)와 같이 적용하여 좌우 근력차 교정을 실시하였다. 우측 근력우세그룹의 경우 좌측 근력 15 kg, 우측 근력 20 kg, 1RM 40 kg 씩 측정되었으며 운동부하 편차식을 적용하여 22 kg 의 부하를 좌측 초기 운동부하로 제공하였다. 운동 8 주 후 좌우 근력차이는 약 5.
- 두 번째로 피험자들의 근력차이 변화를 보기 위해 Biodex system3 를 이용하여 운동 전 후 관절 토크 변화를 측정하였다. 운동 전 후 관절토크 변화를 위해 측정된 관절은 주관절과 견관절이며 각 관절의 신전과 굴곡 시 토크를 측정하였다. 근력차이 변화 평가를 위한 측정 관절 각속도는 60°/sec 이며 측정운동범위(Range of motion, ROM)는 60°도 하여 모든 피험자들에게 동일하게 적용하였다(Figure 5).
- 운동부하 편차 방식에 따른 근육활성도 및 관절 토크 변화를 보기 위해 두 가지 방법으로 측정 을 하였다. 첫 번째는 로잉운동 시 상지 근육의 실시간 근육활성도를 관찰하기 위해 Bignoli-EMG 8ch (Delsys.
- 상지의 좌우 근력 불균형을 개선을 위해 운동부하를 기존 운동기기 와 달리 좌우 팔에 독립적인 운동부하를 각각 적 용하였다. 이러한 운동부하 편차방식은 운동부하의 기본원리인 과부하의 원리, 점진부하의 원리를 적용하였으며 본 연구에서 제시하는 부하편차 방식을 추가적으로 이용하였다.
- 5% 수준의 큰 차이를 보였다. 좌측 22 kg, 우측 16 kg, 1RM 50 kg 일 때 운동부하 편차식을 적용하여 28 kg 의 부하를 제공하였다.
- 셋째, 운동부하 편차방식(loading deviation)은 기본적으로 사용자의 우세한 팔에 1RM 의 50%를 적용하고 반대쪽 팔에 1RM 의 50%에 추가적인 운동부하를 적용하는 방식을 의미한다. 즉, 우세한 팔에는 1- RM 의 50%를 제공하고 반대쪽 팔에는 1-RM 50%와 상지의 좌우 근력차이에 1RM%를 더하여 제공하였다. 운동부하 편차방식은 식(1)과 같이 정의된다.
- 운동부하 편차 방식에 따른 근육활성도 및 관절 토크 변화를 보기 위해 두 가지 방법으로 측정 을 하였다. 첫 번째는 로잉운동 시 상지 근육의 실시간 근육활성도를 관찰하기 위해 Bignoli-EMG 8ch (Delsys. Inc., USA)를 이용하여 측정을 실시하였 다. 측정된 근육은 척측수근굴근(flexor carpi ulraris), 등세모근(trapezius), 상완이두근(biceps brachii), 척추 세움근(erector spinae)이다(Figure 4).
- 운동부하 편차방식에 따른 상지 좌우 근력불균 형 개선효과를 보기 위해 실시간으로 수집된 근전도 신호는 1000 Hz 로 샘플링 하였으며 움직임에 따른 노이즈를 제거하기 위해 25-450 Hz 로 대역폭필터(Bandwidth filter)를 사용하였다. 측정된 데이터는 근육이 반응할 때의 표면근전도 신호의 전 후 100 ms 씩 총 200 ms 동안만 계산하였다. 통계적 유의성을 확인하기 위해서 SPSS 13.
- 또한 주 3 회 실시하여 총 8 주간 진행되었다. 평가는 좌우 근력차 이의 변화를 관찰하기 위해 로잉운동 시 좌우 근 육의 실시간 근육활성도를 측정하였다. 또한 근력 및 근반응성 차이를 평가하기 위해 등속성 근기능 평가장비인 Biodex system3 를 이용하여 매주 1 회 주관절(elbow joint)와 견관절(shoulder joint)의 토크 변화를 관찰하였다.
- 측정된 근육은 척측수근굴근(flexor carpi ulraris), 등세모근(trapezius), 상완이두근(biceps brachii), 척추 세움근(erector spinae)이다(Figure 4). 표면 근전도 (surface EMG)를 측정하기 위해 피험자들의 피부를 알코올로 소독하여 피부 저항을 최소로 하였다.또한 매 측정 시 근육위치에 따른 근전도 오차를 줄이기 위해 해당 근육의 관절 길이의 1/2 지점을 지정해 측정을 실시하였다.
- 피험자들은 두 그룹으로 구분하였으며 좌측 근력이 우세한 그룹인 (Dominant Left arm group, DL; age: 23±1.8 yr, height: 175±2.7 cm, weight: 65±3.1 kg)과 우측 근력이 우세한 그룹 (Dominant Right arm group, DR; age: 23±2.2 yr, height: 175±3.1 cm, weight: 65±2.8 kg)으로 구성되었다(Table 1).
대상 데이터
- 1 피험자 본 연구에서는 최근 6 개월 이내 근골격계 상해에 대한 병력이 없으며 로잉운동에 대한 경험이 없는 피험자 100 명을 대상으로 근육활성수준과 관절토크 측정을 실시하였다. 그 결과 상지의 좌우 근력차이가 평균보다 20%이상 차이가 나는 성인 남녀 20 명을 선출하여 본 실험을 진행하였다. 피험자들은 두 그룹으로 구분하였으며 좌측 근력이 우세한 그룹인 (Dominant Left arm group, DL; age: 23±1.
- , USA)를 이용하여 측정을 실시하였 다. 측정된 근육은 척측수근굴근(flexor carpi ulraris), 등세모근(trapezius), 상완이두근(biceps brachii), 척추 세움근(erector spinae)이다(Figure 4). 표면 근전도 (surface EMG)를 측정하기 위해 피험자들의 피부를 알코올로 소독하여 피부 저항을 최소로 하였다.
데이터처리
- 또한 운동 전 후 상지 좌우 운동부하 편차에 따른 토크차이 변화를 분석하기 위해 최대피크토크 데이터들을 일원분석(one-way ANOVA)하 였다. 또한 사후검정(Post hoc analysis)을 통해 피험자 그룹간의 평균차이를 분석 하였다. 반복 측 정 시 발생되는 측정 오차 사이의 통계적 유의성을 검증하였으며 유의수준은 p < 0.
- 을 사용하여 로잉 운동 시 실시간 근육활성도와 관절토크에 대한 각각의 평균과 표준편차를 계산하였다. 또한 운동 전 후 상지 좌우 운동부하 편차에 따른 토크차이 변화를 분석하기 위해 최대피크토크 데이터들을 일원분석(one-way ANOVA)하 였다. 또한 사후검정(Post hoc analysis)을 통해 피험자 그룹간의 평균차이를 분석 하였다.
- 반복 측 정 시 발생되는 측정 오차 사이의 통계적 유의성을 검증하였으며 유의수준은 p < 0.01 과 p < 0.05 에서 검증하였다.
- 0 Kor.을 사용하여 로잉 운동 시 실시간 근육활성도와 관절토크에 대한 각각의 평균과 표준편차를 계산하였다. 또한 운동 전 후 상지 좌우 운동부하 편차에 따른 토크차이 변화를 분석하기 위해 최대피크토크 데이터들을 일원분석(one-way ANOVA)하 였다.
성능/효과
- 7%) 모두 유의하게 감소하는 결과를 얻을 수 있었다. 견관절 결과, 신전(before 34.9%, 4 weeks 14.4%, 8 weeks 5.7%)과 굴 곡(before 28.9%, 4 weeks 13.1%, 8 weeks 4.9%) 시 모두 주관절의 결과와 유사하게 감소하는 경향을 보였다. 견관절의 경우, 운동 4 주 후 약 10%이내로 근력 차이가 감소하는 경향을 보이는 반면 견관절의 경우 최소 8 주의 운동기간이 필요로 하는 결과를 나타냈 다.
- 그 결과, 좌우 근육활성도 차이가 10.3% 수준까지 크게 감소하는 결과를 보이며 근력 불균형이 감소되었다(Figure 6).
- 2% 수준으로 나타났다(Table 4). 근력교정 결과, 관절토크 차이가 운동 4 주 후, 신전 시 12.9%, 굴곡 시에는 10.3% 수준으로 큰 폭의 감소경향을 보였다. 8 주 후, 신전 시 4.
- 5% 개선 효과를 나타냈다. 둘째, 상지 관절들의 근력결과에 서 신전(before 34.6%, 4 weeks 12.3%, 8 weeks 5.2%)과 굴곡(before 32.3%, 4 weeks 11.7%, 8 weeks 5.1%) 모두 유의하게 감소하는 결과를 얻을 수 있었다. 이는 운동부하 편차방식이 상지에 근력과 근지구력성 운동부하를 동시에 제공하여 근육군에 강축작용과 약축작용을 유도하여 좌우 근력불균형을 개선시켰다고 판단된다.
- 근력차이 변화 평가를 위한 측정 관절 각속도는 60°/sec 이며 측정운동범위(Range of motion, ROM)는 60°도 하여 모든 피험자들에게 동일하게 적용하였다(Figure 5). 또한 운동과 측정 시 실내온도와 습도는 항상 일정하게 유지하여 환경에 대한 오차를 줄였다.
- 상지의 좌우 독립적인 운동부하 편차방식을 적용한 전동식 로잉운동기기를 이용하여 운동 전 후 피험자들의 실시간 근육활성도와 관절토크 변화분 석을 통해 운동부하 편차방식적용에 대한 유효성을 검증하고자 하였다. 본 연구에서 제안한 운동부하 편차방식을 적용 시 상지 좌우 근육별 근육활성 수준은 척측수근골근(before 21.9%, after 6.95%), 상완이 두근(before 29.7%, after 11.1%), 등세모근(before 33.7%, after 7.0%)과 척추세움근(before 21.1%, after 7.1%)의 변화를 보였다. 즉, 운동부하 편차방식을 적용 시 평균적으로 26.
- 하지만 일반인이나 운동선수들에게 신체의 근력불균형은 건강을 해치거나 경기력 미흡으로 나타날 수 있을 것이다. 신체의 근력균형을 통해 보다 긍정적으로 효율적인 운동효과를 유도할 수 있으며 나아가 전문 운동선수들에게 경기력 향상에 많은 도움이 가능하다고 사료된다.
- 9% 수준으로 나타났다. 실험 결과, 관절토크 차 이는 운동 4 주 후 주관절의 신전 시 9.6%, 굴곡 시에는 7.3% 수준으로 감소하여 8 주 후, 신전 시 4.9%, 굴곡 시에 3.8% 수준까지 감소하는 경향을 보였다(Figure 8).
- 5% 수준으로 나타났다. 실험 결과, 운동 4 주 후 신전 시 15.8%, 굴곡 시 13.4% 수준까지 감소하는 경향을 보였다. 8 주 후에는 신전 시 6.
- 실험 전 우측 근력우세 그룹에서 근력교정 결과, 좌우 관절토크 차이는 운동 전 주관절의 신전 시 33.2%, 굴곡 시에는 운동 전 29.7% 수준으로 나타났다(Table 3). 피험자에게 운동부하 편차식을 적용하여 근력교정 결과, 관절 피크토크 차이는 운동 4 주 후 주관절의 신전 시 10.
- 실험 전, 우측 근력우세그룹의 경우 상지의 좌우 근육활성도 차이는 약 22.7% 수준으로 나타났 다. 피험자들에게 식 (1)와 같이 적용하여 좌우 근력차 교정을 실시하였다.
- 우측 근력우세 그룹에서 실험 전 관절토크 차이는 운동 전 견관절의 신전 시 33.6%, 굴곡 시에는 운동 전 26.2% 수준으로 나타났다(Table 4). 근력교정 결과, 관절토크 차이가 운동 4 주 후, 신전 시 12.
- 우측 근력우세그룹의 경우 좌측 근력 15 kg, 우측 근력 20 kg, 1RM 40 kg 씩 측정되었으며 운동부하 편차식을 적용하여 22 kg 의 부하를 좌측 초기 운동부하로 제공하였다. 운동 8 주 후 좌우 근력차이는 약 5.7% 수준으로 근력 불균형이 대폭 감소하는 경향을 보였다(Table 2).
- 6% 수준까지 감소하는 경향을 보였다(Figure 7). 좌측 근력우세 그룹에서 근력교정 결과, 좌우 관절의 피크토크 차이는 운동 전 주관절의 신전 시 31.4%, 굴곡 시에는 운동 전 43.9% 수준으로 나타났다. 실험 결과, 관절토크 차 이는 운동 4 주 후 주관절의 신전 시 9.
- 4% 수준까지 감소하는 경향을 보였다 (Figure 9). 좌측 근력우세 그룹의 결과, 좌우 관절 토크 차이는 운동 전 견관절의 신전 시 36.1%, 굴곡 시에는 운동 전 31.5% 수준으로 나타났다. 실험 결과, 운동 4 주 후 신전 시 15.
- 근력변화를 분석하기 위해 주관절과 견관절의 피크토크를 분석하였다. 주관절 결과에서 신전 (before 32.3%, 4 weeks 10.2%, 8 weeks 4.6%)과 굴곡 (before 36.8%, 4 weeks 10.3%, 8 weeks 4.7%) 모두 유의하게 감소하는 결과를 얻을 수 있었다. 견관절 결과, 신전(before 34.
- 1%)의 변화를 보였다. 즉, 운동부하 편차방식을 적용 시 평균적으로 26.6% 수준의 좌우 근력 불균형을 8.1% 수준으로 유의하게 감소시켜 69.5% 개선효과를 나타냈다. 이는 운동부하 편차방식을 상지 좌우에 독 립적으로 제공할 시 근력불균형을 교정 가능하다고 사료된다.
- 이는 본 연구에서 적용한 운동부하 편차방식이 근지구력운동과 근력운동을 양팔에 각각 제공함에 따라 나타난 결과라고 사료된다. 즉, 하나의 운동 형태로 근력과 근지구력 운동이 피험자에게 제공되었으며 감소폭을 보면 근육활성도와 유사한 모습을 보이는데 주관절을 관장하는 척측수근골근과 상완 이두근도 유사한 훈련기간이 요구되는 것으로 나타 나 운동부하 편차방식이 적용에 대한 근력균형 효 과기간이라고 사료된다. Anthony et al.
- 첫째, 운동부하 편차 방식을 적용하여 실시간 최대 좌우근력차이를 26.6% 수준의 좌우 근력 불균형을 8.1% 수준으로 유의하게 감소시켜 69.5% 개선 효과를 나타냈다. 둘째, 상지 관절들의 근력결과에 서 신전(before 34.
- 7% 수준으로 나타났다(Table 3). 피험자에게 운동부하 편차식을 적용하여 근력교정 결과, 관절 피크토크 차이는 운동 4 주 후 주관절의 신전 시 10.8%, 굴곡 시에 는 13.2% 수준으로 큰 폭의 감소경향을 보이면서 8 주 후 좌우 관절토크 차이는 주관절의 신전 시 4.2%, 굴곡 시에 5.6% 수준까지 감소하는 경향을 보였다(Figure 7). 좌측 근력우세 그룹에서 근력교정 결과, 좌우 관절의 피크토크 차이는 운동 전 주관절의 신전 시 31.
후속연구
- 본 연구의 결과는 향후 스포츠과학이나 재활 과학에서 근력불균형에 교정이 요구되는 일반인, 고령자, 전문 운동선수들, 재활치료기기의 사용자 들에게 사용자의 목적, 연령, 체력특성 등에 따라 맞춤형으로 제공하기 위한 시뮬레이션 모듈에 기초 정보를 제공할 수 있다. 또한 재활치료에도 적용되어 특수한 조건을 지닌 환자들을 위한 맞춤형 재활 프로그램에 응용 될 수 있을 것이다.
- 본 연구의 결과는 향후 스포츠과학이나 재활 과학에서 근력불균형에 교정이 요구되는 일반인, 고령자, 전문 운동선수들, 재활치료기기의 사용자 들에게 사용자의 목적, 연령, 체력특성 등에 따라 맞춤형으로 제공하기 위한 시뮬레이션 모듈에 기초 정보를 제공할 수 있다. 또한 재활치료에도 적용되어 특수한 조건을 지닌 환자들을 위한 맞춤형 재활 프로그램에 응용 될 수 있을 것이다.
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