육상 단거리 선수와 장거리 선수의 체간과 하지의 근기능 및 근전도 비교 분석 Comparative Analysis on Muscle Function and EMG of Trunk and Lower Extremity in Short and Long Distance Athlete원문보기
The purpose of this study was to compare and analyze muscle function and EMG of the trunk and the lower extremity in short and long distance athletes and in order to determine difference in peak torque per unit weight, muscle power per unit weight, endurance ratio, and %MVIC classified by muscle. Fo...
The purpose of this study was to compare and analyze muscle function and EMG of the trunk and the lower extremity in short and long distance athletes and in order to determine difference in peak torque per unit weight, muscle power per unit weight, endurance ratio, and %MVIC classified by muscle. For that purpose, isokinetic muscle function tests for waist, knee, and ankle joints and EMG measurements for the trunk and the lower extremity muscle with running motion were conducted for 7 short and long distance high school athletes respectively. The study over muscle function of waist, knee, and ankle joints indicates that peak torque per unit weight of short distance athletes is higher than that of long distance athletes in extension and flexion of waist joint, plantar flexion of right ankle joint, and dorsi flexion of left ankle joint. In case of the muscle power per unit weight of short distance athletes is also higher than long distance athletes in waist, knee, and ankle joints. No difference in endurance ratio of waist, knee, and ankle joints between the two groups was founded. The results of the test over EMG of the trunk and the lower extremity show that %MVIC of erector spinae, rectus femoris, vastus medialis, vastus lateralis, and tibialis anterior is higher than that of long distance athletes in support phase. The above results proved to be the same in flight phase except for %MVIC of medial gastrocnemius. In other words, %MVIC of medial gastrocnemius for short distance athletes turned out to be higher than that of long distance athletes in flight phase.
The purpose of this study was to compare and analyze muscle function and EMG of the trunk and the lower extremity in short and long distance athletes and in order to determine difference in peak torque per unit weight, muscle power per unit weight, endurance ratio, and %MVIC classified by muscle. For that purpose, isokinetic muscle function tests for waist, knee, and ankle joints and EMG measurements for the trunk and the lower extremity muscle with running motion were conducted for 7 short and long distance high school athletes respectively. The study over muscle function of waist, knee, and ankle joints indicates that peak torque per unit weight of short distance athletes is higher than that of long distance athletes in extension and flexion of waist joint, plantar flexion of right ankle joint, and dorsi flexion of left ankle joint. In case of the muscle power per unit weight of short distance athletes is also higher than long distance athletes in waist, knee, and ankle joints. No difference in endurance ratio of waist, knee, and ankle joints between the two groups was founded. The results of the test over EMG of the trunk and the lower extremity show that %MVIC of erector spinae, rectus femoris, vastus medialis, vastus lateralis, and tibialis anterior is higher than that of long distance athletes in support phase. The above results proved to be the same in flight phase except for %MVIC of medial gastrocnemius. In other words, %MVIC of medial gastrocnemius for short distance athletes turned out to be higher than that of long distance athletes in flight phase.
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문제 정의
따라서 본 연구는 육상 단거리 선수와 장거리 선수를 대상으로 등속성 근기능 검사와 달리기 동작 시 근전도 측정을 실시하여 허리, 무릎, 발목관절에 대한 근력, 근파워, 근지구력, 및 체간과 하지근육에 대한 근활성도의 차이를 규명하는데 그 목적이 있다.
근기능 검사를 실시하기 전 연구대상자에게 본 검사의 목적과 검사순서 및 방법에 대한 사전교육을 실시하였고, 연구대상자가 검사기기에 대한 생소함이나 거부감을 줄이고 최대 능력을 발휘할 수 있도록 3회 연습 후 본 검사를 실시하였다. 본 검사에서는 육상 단거리 선수와 장거리 선수의 체간과 하지에 대한 근기능을 비교 분석하기 위하여 허리관절, 무릎관절, 발목관절의 등속성 근력, 근파워, 근지구력을 각각 측정하였다.
본 연구는 육상 단거리 선수와 장거리 선수의 체간과 하지에 대한 근기능과 근전도를 비교 분석하여 체중당 최대근력, 체중당 근파워, 근지구력비, 및 근육별 근활성도(%MVIC)의 차이를 규명하는데 그 목적이 있다. 본 연구의 결과를 살펴보면, 허리, 무릎, 발목관절의 근기능에서 체중당 최대근력은 허리관절의 신전과 굴곡, 우측 발목관절의 저측굴곡, 및 좌측 발목관절의 배측굴곡 시 단거리 선수가 장거리 선수에 비해 높은 것으로 나타났다.
제안 방법
근기능 검사를 실시하기 전 연구대상자에게 본 검사의 목적과 검사순서 및 방법에 대한 사전교육을 실시하였고, 연구대상자가 검사기기에 대한 생소함이나 거부감을 줄이고 최대 능력을 발휘할 수 있도록 3회 연습 후 본 검사를 실시하였다. 본 검사에서는 육상 단거리 선수와 장거리 선수의 체간과 하지에 대한 근기능을 비교 분석하기 위하여 허리관절, 무릎관절, 발목관절의 등속성 근력, 근파워, 근지구력을 각각 측정하였다.
근전도 측정은 트레드밀에서 진행되었기 때문에 트레드밀의 속도에 적응할 수 있도록 8-12 km/h의 속도로 5 동안 워밍업을 실시하였고, 본 실험에서는 운동부하를 동일한 조건으로 통제하기 위해 연구대상자별 주 종목의 최고기록 70%에 해당하는 속도로 설정한 후 20초 동안 각 근육에 대한 근전도 자료를 측정하였다. 이때 근전도 자료와 영상 자료의 동기화를 위하여 임의의 구간에서 동조기에 부착된 스위치를 눌러 근전도 측정기기와 비디오카메라에 각각 마커신호와 발광다이오드신호가 나타나도록 하였고, 근전도 자료와 영상 자료에 기록된 신호를 기준으로 분석구간을 설정하였다.
실험 전 연구대상자에게 사전교육을 실시한 후 측정하고자 하는 근육에 표면전극을 부착하였고, 표면전극과 측정기기 사이의 연결선에 의한 노이즈(noise)를 방지하기 위하여 테이프로 연결선을 고정하였다. 달리기 동작 시 우측 발바닥의 착지와 이지를 기준으로 분석구간을 설정하기 위하여 연구대상자의 우측에 비디오카메라를 설치하였고, 연구대상자 각각의 근전도 자료를 정규화하기 위하여 근육별 최대 수의적 등척성 수축(Maximum Voluntary Isometric Contraction; MVIC)값을 측정하였다.
달리기 동작의 분석구간은 [Figure 1]에서 보는 바와 같이 오른발이 지면에 닿는 순간(E1), 오른발이 지면에서 떨어지는 순간(E2), 다시 오른발이 지면에 닿는 순간(E3)의 3개 이벤트(Event)를 기준으로 하여 E1에서 E2까지를 지지구간(Support Phase; SP), E2에서 E3까지를 체공구간(Flight Phase; FP)으로 설정하였다.
본 연구에서는 허리관절, 무릎관절, 및 발목관절의 등속성 근기능 검사를 실시하기 위하여 근기능 검사기기(Biodex System 3, USA)를 사용하였고, 체간과 하지 근육의 근전도를 측정하기 위하여 근전도 측정기기(Laxtha Inc., Korea)를 사용하였다.
실험 전 연구대상자에게 사전교육을 실시한 후 측정하고자 하는 근육에 표면전극을 부착하였고, 표면전극과 측정기기 사이의 연결선에 의한 노이즈(noise)를 방지하기 위하여 테이프로 연결선을 고정하였다. 달리기 동작 시 우측 발바닥의 착지와 이지를 기준으로 분석구간을 설정하기 위하여 연구대상자의 우측에 비디오카메라를 설치하였고, 연구대상자 각각의 근전도 자료를 정규화하기 위하여 근육별 최대 수의적 등척성 수축(Maximum Voluntary Isometric Contraction; MVIC)값을 측정하였다.
근전도 측정은 트레드밀에서 진행되었기 때문에 트레드밀의 속도에 적응할 수 있도록 8-12 km/h의 속도로 5 동안 워밍업을 실시하였고, 본 실험에서는 운동부하를 동일한 조건으로 통제하기 위해 연구대상자별 주 종목의 최고기록 70%에 해당하는 속도로 설정한 후 20초 동안 각 근육에 대한 근전도 자료를 측정하였다. 이때 근전도 자료와 영상 자료의 동기화를 위하여 임의의 구간에서 동조기에 부착된 스위치를 눌러 근전도 측정기기와 비디오카메라에 각각 마커신호와 발광다이오드신호가 나타나도록 하였고, 근전도 자료와 영상 자료에 기록된 신호를 기준으로 분석구간을 설정하였다.
근기능 검사 프로토콜은 Biodex Medical Systems에서 제시하는 각 부위별 표준 프로그램을 적용하였다. 최대근력은 부하속도 60˚/sec에서 5회 반복 시 최대값, 근파워는 부하속도 180˚/sec에서 10회 반복 시 최대값, 근지구력비는 부하속도 180˚/sec에서 10회 반복 시 처음 3회와 마지막 3회의 차이를 측정하도록 설정하였고, 이때 각 관절의 가동범위(Range of Motion; ROM)는 허리관절의 신전과 굴곡 시 60˚, 무릎관절의 신전과 굴곡 시 80˚, 발목관절의 저측굴곡과 배측굴곡 시 60˚로 설정하였다.
대상 데이터
근전도 자료는 WEMG-8(Laxtha Inc., Korea)을 사용하여 측정하였고, 샘플링 주파수는 1024 Hz로 설정하였다. 측정된 각각의 근전도 자료는 Telescan(Laxtha Inc.
본 연구의 대상자는 전국규모대회에서 입상 경력이 있는 남자고등부 육상 단거리 선수(Short Distance Athlete; SDA) 7명과 장거리 선수(Long Distance Athlete; LDA) 7명, 총 14명으로 선정하였다. 연구대상자의 평균 연령, 신장, 체중은 단거리 선수가 18.
데이터처리
본 연구의 자료처리는 SPSS Statistics 19를 이용하여 육상 단거리 선수와 장거리 선수의 체간과 하지에 대한 근기능 및 근전도의 평균(M)과 표준편차(SD)를 산출한 후 도표화하였고, 평균 차이를 검증하기 위하여 독립 t-검증을 실시하였다. 유의수준(a)은 .
, Korea)을 사용하여 측정하였고, 샘플링 주파수는 1024 Hz로 설정하였다. 측정된 각각의 근전도 자료는 Telescan(Laxtha Inc., Korea)을 사용하여 10 Hz의 고역 통과 필터로 필터링 한 후 노이즈를 최소화하였고, 이후 얻어진 RMS(root mean square)값을 MVIC값으로 표준화하여 %MVIC값을 계산하였다.
이론/모형
근기능 검사 프로토콜은 Biodex Medical Systems에서 제시하는 각 부위별 표준 프로그램을 적용하였다. 최대근력은 부하속도 60˚/sec에서 5회 반복 시 최대값, 근파워는 부하속도 180˚/sec에서 10회 반복 시 최대값, 근지구력비는 부하속도 180˚/sec에서 10회 반복 시 처음 3회와 마지막 3회의 차이를 측정하도록 설정하였고, 이때 각 관절의 가동범위(Range of Motion; ROM)는 허리관절의 신전과 굴곡 시 60˚, 무릎관절의 신전과 굴곡 시 80˚, 발목관절의 저측굴곡과 배측굴곡 시 60˚로 설정하였다.
성능/효과
각 관절의 근지구력비 측정 결과를 살펴보면, 허리관절, 무릎관절, 및 발목관절에서 모두 통계적으로 유의한 차이가 없는 것으로 나타났다. 하지만 육상 종목별 선수와 일반 학생의 대퇴근력을 비교한 Kim(2001)의 연구에서 단거리, 도약, 투척 종목 선수들의 근지구력비는 일반 학생과 유의한 차이가 없는 것으로 나타났으나, 장거리 선수의 근지구력비에서는 일반 학생과 유의한 차이가 나타났다고 보고하였다.
각 관절의 체중당 근파워 측정 결과를 살펴보면, 허리관절, 무릎관절, 및 발목관절에서 모두 단거리 선수가 장거리 선수에 비해 통계적으로 유의하게 높은 것으로 나타났다.
각 관절의 체중당 최대근력 측정 결과를 살펴보면, 허리관절의 신전과 굴곡, 발목관절의 우측 저측굴곡과 좌측 배측굴곡 시 단거리 선수가 장거리 선수에 비해 통계적으로 유의하게 높은 것으로 나타났다.
체중당 근파워는 허리관절, 무릎관절, 및 발목관절에서 모두 단거리 선수가 장거리 선수에 비해 높은 것으로 나타났다. 근지구력비는 허리관절, 무릎관절, 및 발목관절에서 모두 집단 간 차이가 없는 것으로 나타났다. 체간과 하지의 근전도는 지지구간에서 단거리 선수가 장거리 선수에 비해 척추기립근, 대퇴직근, 내측광근, 외측광근, 및 전경골근의 %MVIC가 높은 것으로 나타났고, 체공구간에서 단거리 선수가 장거리 선수에 비해 척추기립근, 대퇴직근, 내측광근, 외측광근, 전경골근, 및 내측비복근의 %MVIC가 높은 것으로 나타났다.
달리기 동작 시 육상 단거리 선수와 장거리 선수의 근육별 %MVIC 측정 결과를 살펴보면, 지지구간은 척추기립근, 대퇴직근, 내측광근, 외측광근, 및 전경골근의 %MVIC, 체공구간은 척추기립근, 대퇴직근, 내측광근, 외측광근, 전경골근, 및 내측비복근의 %MVIC에서 단거리 선수가 장거리 선수에 비해 통계적으로 유의하게 높은 것으로 나타났다. 이러한 결과는 상대적으로 속도가 빠르고 하지의 움직임이 큰 파워보행이 정상보행에 비해 대퇴직근, 내측광근, 외측광근, 내측비복근의 활성도가 높은 것으로 나타났다고 보고한 Gi et al.
반면, 복횡근과 대퇴이두근의 %MVIC는 지지구간과 체공구간에서 모두 통계적으로 유의한 차이가 없는 것으로 나타났다. 달리기 동작에 대한 Williams(2000)의 연구에 따르면 지지구간과 체공구간에서 전경자세 유지와 상·하체의 안정적인 움직임을 위해 복횡근이 관여한다고 하였고, 대퇴이두근은 착지 동작에서의 충격력과 스윙 동작에서의 관성모멘트를 줄이기 위한 무릎관절의 굴곡에 관여한다고 보고하였다.
본 연구는 육상 단거리 선수와 장거리 선수의 체간과 하지에 대한 근기능과 근전도를 비교 분석하여 체중당 최대근력, 체중당 근파워, 근지구력비, 및 근육별 근활성도(%MVIC)의 차이를 규명하는데 그 목적이 있다. 본 연구의 결과를 살펴보면, 허리, 무릎, 발목관절의 근기능에서 체중당 최대근력은 허리관절의 신전과 굴곡, 우측 발목관절의 저측굴곡, 및 좌측 발목관절의 배측굴곡 시 단거리 선수가 장거리 선수에 비해 높은 것으로 나타났다. 체중당 근파워는 허리관절, 무릎관절, 및 발목관절에서 모두 단거리 선수가 장거리 선수에 비해 높은 것으로 나타났다.
연구대상자의 평균 연령, 신장, 체중은 단거리 선수가 18.29±0.76 yrs, 181.40±3.4 cm, 70.20±3.83 kg 이고, 장거리 선수가 18.57±0.53 yrs, 173.20±6.38 cm, 55.20±4.15 kg 이다.
체공구간에서 체간과 하지 근육에 대한 근전도 측정 결과는 [Table 5]에서 보는 바와 같다. 척추기립근, 대퇴직근, 내측광근, 외측광근, 전경골근, 및 내측비복근의 %MVIC는 단거리 선수가 장거리 선수에 비해 통계적으로 유의하게 높은 것으로 나타났지만(p<.05), 복횡근과 대퇴이두근의 %MVIC는 통계적으로 유의한 차이가 없는 것으로 나타났다(p>.05).
근지구력비는 허리관절, 무릎관절, 및 발목관절에서 모두 집단 간 차이가 없는 것으로 나타났다. 체간과 하지의 근전도는 지지구간에서 단거리 선수가 장거리 선수에 비해 척추기립근, 대퇴직근, 내측광근, 외측광근, 및 전경골근의 %MVIC가 높은 것으로 나타났고, 체공구간에서 단거리 선수가 장거리 선수에 비해 척추기립근, 대퇴직근, 내측광근, 외측광근, 전경골근, 및 내측비복근의 %MVIC가 높은 것으로 나타났다.
본 연구의 결과를 살펴보면, 허리, 무릎, 발목관절의 근기능에서 체중당 최대근력은 허리관절의 신전과 굴곡, 우측 발목관절의 저측굴곡, 및 좌측 발목관절의 배측굴곡 시 단거리 선수가 장거리 선수에 비해 높은 것으로 나타났다. 체중당 근파워는 허리관절, 무릎관절, 및 발목관절에서 모두 단거리 선수가 장거리 선수에 비해 높은 것으로 나타났다. 근지구력비는 허리관절, 무릎관절, 및 발목관절에서 모두 집단 간 차이가 없는 것으로 나타났다.
허리관절의 신전과 굴곡, 무릎관절의 좌우측 신전과 굴곡, 및 발목관절의 좌우측 저측굴곡과 배측굴곡의 근지구력비는 모두 통계적으로 유의한 차이가 없는 것으로 나타났다(p>.05).
허리관절의 신전과 굴곡, 무릎관절의 좌우측 신전과 굴곡, 및 발목관절의 좌우측 저측굴곡과 배측굴곡의 체중당 근파워는 모두 단거리 선수가 장거리 선수에 비해 통계적으로 유의하게 높은 것으로 나타났다(p<.05).
허리, 무릎, 발목관절의 체중당 최대근력 측정 결과는 [Table 1]에서 보는 바와 같다. 허리관절의 신전과 굴곡, 발목관절의 우측 저측굴곡과 좌측 배측굴곡의 체중당 최대근력은 단거리 선수가 장거리 선수에 비해 통계적으로 유의하게 높은 것으로 나타났지만(p<.05), 무릎관절의 좌우측 신전과 굴곡, 발목관절의 우측 배측굴곡과 좌측 저측굴곡의 체중당 최대근력은 통계적으로 유의한 차이가 없는 것으로 나타났다(p>.05).
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
달리기 능력을 향상시키기 위해서 무엇이 중요한가?
달리기 동작은 신체와 지면의 상호작용에 의해 이루어지는 이동운동의 기본적인 형태로써, 100여 개의 골격근이 상지(upper extremity)와 하지(lower extremity)의 여러 관절과 협응(coordination)을 이루고 있는 복합적인 신체 활동(Whittle, 1990)이기 때문에 달리기 능력을 향상시키기 위해서는 근육과 골격의 균형을 유지하는 것이 매우 중요하다. 달리기 동작 시 발생되는 하지의 근수축 현상을 보면, 고관절의 신전근인 대퇴이두근(hamstrings), 무릎관절(knee joint)의 신전근인 대퇴사두근(quadriceps), 발목관절(ankle joint)의 굴근인 종아리 근육(calf muscle)이 신장성 수축(eccentric contraction)과 단축성 수축(concentric contraction)을 반복하면서, 연속적인 신전과 굴곡 동작(stretch-shortening cycle movement)을 통해 이루어지기 때문에 달리기 동작의 안정성 유지와 수행능력 향상에 있어서 하지의 역할이 중요하다.
달리기 동작이란 무엇인가?
달리기 동작은 신체와 지면의 상호작용에 의해 이루어지는 이동운동의 기본적인 형태로써, 100여 개의 골격근이 상지(upper extremity)와 하지(lower extremity)의 여러 관절과 협응(coordination)을 이루고 있는 복합적인 신체 활동(Whittle, 1990)이기 때문에 달리기 능력을 향상시키기 위해서는 근육과 골격의 균형을 유지하는 것이 매우 중요하다. 달리기 동작 시 발생되는 하지의 근수축 현상을 보면, 고관절의 신전근인 대퇴이두근(hamstrings), 무릎관절(knee joint)의 신전근인 대퇴사두근(quadriceps), 발목관절(ankle joint)의 굴근인 종아리 근육(calf muscle)이 신장성 수축(eccentric contraction)과 단축성 수축(concentric contraction)을 반복하면서, 연속적인 신전과 굴곡 동작(stretch-shortening cycle movement)을 통해 이루어지기 때문에 달리기 동작의 안정성 유지와 수행능력 향상에 있어서 하지의 역할이 중요하다.
육상 트랙경기에서 각 종목별 특성과 주법에 따라 체간과 하지의 근력은 물론 동원되는 근육에서도 차이를 보이게 되는 이유는?
육상 트랙경기는 크게 단거리와 장거리 종목으로 나뉘는데, 각 종목별 특성과 주법에 따라 체간과 하지의 근력은 물론 동원되는 근육에서도 차이를 보이게 된다. 이는 단거리와 장거리 종목의 경기력에 결정적인 요소로 작용하는 보폭의 길이와 빈도를 최적화하기 위하여 달리기 동작 시 발의 착지 형태에서 차이를 보이기 때문이다. 단거리 달리기에서 착지 동작은 발의 앞부분으로 이루어지고, 장거리 달리기에서는 착지 동작 시 발바닥 전체가 지면과 닿게 되는데, 이러한 착지 형태의 차이로 인하여 발목관절과 무릎관절의 움직임이 달라지기 때문에 체간과 하지의 근력과 동원되는 근육이 다르게 나타날 것으로 판단된다.
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