[논문]비대칭무게중심 물체의 동적 들기 작업시 좌.우 허리 근육의 EMG 진폭차이와 피로를 줄이기 위한 자세 연구

김선욱; 한승조

비대칭무게중심 물체의 동적 들기 작업시 좌.우 허리 근육의 EMG 진폭차이와 피로를 줄이기 위한 자세 연구
Strategical Postures for Relieving EMG Amplitude Discrepancy on Bilateral Low Back Muscles and Total Low Back Muscle Fatigue while Lifting Asymmetric Load Dynamically 원문보기

산업경영시스템학회지 = Journal of society of korea industrial and systems engineering, v.35 no.3, 2012년, pp.103 - 109

김선욱 (단국대학교 공학대학 산업공학과) , 한승조 (단국대학교 공학대학 산업공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

The purpose of this paper is to suggest the strategical lifting postures able to alleviate imbalanced EMG amplitude leading to an increase in low back muscle fatigue while lifting asymmetric load dynamically. Eleven male subjects are required to lift symmetrically an external load with 15.8kg and load center of gravity (LCG) deviated 10cm to the right from the floor to the waist height at the speed of about 25cm/sec. The EMG amplitudes on bilateral low back muscles (Longissimus, Iliocostalis, and Multifidus) are recorded during 2sec and analyzed. Independent variables are trunk postures (No bending vs. Bending to the LCG) and feet placements (Parallel vs. Right foot in front of the other vs. Right foot behind the other). Dependent variables are EMG amplitude average on six muscles and the EMG amplitude difference between right and left muscle group. Results indicate the phenomenon showing an amplitude increase in the left muscle group is equal to an decrease in the right one is observed in dynamic as well as static lifts, bending the trunk to the LCG increases amplitude discrepancy more than no trunk bending, and the amplitude discrepancy in one foot ipsilateral to LCG in front of the other foot is lowest among other foot postures. As bilateral EMG amplitude discrepancy increases total low back muscle fatigue, the strategical combination of no trunk bending and one foot close to LCG in front of the other is recommended for preventing elevated incidence of low back pain (LBP).

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

따라서 본 연구에서는 동적인(Dynamic) 들기 작업에서 대칭무게중심의 물체와 비대칭무게중심의 물체가 좌 · 우 허리부위 등근육의 진폭의 차이와 평균에 영향을 어떻게 미치는지 알아보고, 비대칭무게중심의 물체 취급시 어떠한 들기 자세가 요통 발생 가능성을 줄일 수 있는지 인체 역학적인 근거와 검증실험을 통해 알아보고자 한다.
본 연구는 좌·우 쌍으로 이루어진 허리부위의 등근육의 EMG 진폭의 평균이나 차이가, 대칭 혹은 비대칭 무게중심의 물체를 동적으로 드는 작업의 경우 상체의 기울임과 두 발의 위치변화에 따라 어떻게 변화하는지 생체역학적 이론과 실제 실험실 실험을 통해 살펴보았다.
본 연구에서는 물체의 무게중심이 좌·우로 움직이는 것에 초점을 맞추었기 때문에 전두면과 가로면 기준으로 진폭에 영향을 미치는 상체의 옆으로의 굽힘과 두 발의 위치를 통해, 비대칭 무게중심의 물체로부터 발생하는 허리 부하를 줄일 수 있는 방안이 연구되었다.

제안 방법

개인당 총 시행 횟수는 7회(Symmetric Load이면서 상체 굽힘 없고 두 발 평형에서 1회, Asymmetric Load에서 상체 및 두 발의 조건에 따른 6회)이며, 시행 조건은 개인별로 랜덤하게 부여하여 순서효과를 배제하였다.
통제변수로는 최종 들기 높이를 50cm가 될 수 있도록 물체 앞에 눈금이 있는 막대를 설치하고 물체 바닥의 높이가 50cm에 도달할 때까지 피실험자가 들도록 하였다. 개인별 드는 속도가 다르기 때문에 본 실험 전 각 5~10회씩 25cm/sec가 되도록 메트로놈을 통해 충분히 제시된 속도에 근접하도록 하였다. 또한 개인별로 드는 도중에 상체를 옆으로 굽히도록 하는 것은 피실험자마다 굽히는 시점과 각도가 다르기 때문에, 상체 굽힘의 조건에서는 초기 바닥의 위치에서 처음부터 10° 기울어진 물체를 제시함으로써 모든 피실험자가 동일한 기울임 시점(at 0sec)과 비슷한 기울임 정도를 지니도록 하였다.
대칭 무게중심의 물체를 상체를 옆으로 굽히지 않고, 두 발의 위치도 평행하게 했을 경우(Control)와 비대칭 무게중심의 물체를 동일한 상체 및 두 발의 위치로 했을 경우를 비교하기 위해, 대칭 무게중심의 물체 들기 작업시의 개인별 EMG 진폭의 평균(μ V)으로 비대칭 무게중심의 물체 들기 작업시 측정된 진폭의 평균을 정규화(Normalization)하였다.
둘째, 들기 작업간 허리에 영향을 미치는 많은 요소 중에서 들기 속도, 수평 거리, 무릎 굽힘 정도, 그리고 상체의 앞으로 굽힘 정도가 어떻게 허리 부하에 영향을 미치는지 기존 연구를 통해 알아보았다. 이런 요소들은 시상면 기준의 척도로 진폭의 평균(합)에 영향을 주는 요소이기 때문에 물체 내 무게중심의 위치에 상관없이 허리에 영향을 미친다.
또한 개인별로 드는 도중에 상체를 옆으로 굽히도록 하는 것은 피실험자마다 굽히는 시점과 각도가 다르기 때문에, 상체 굽힘의 조건에서는 초기 바닥의 위치에서 처음부터 10° 기울어진 물체를 제시함으로써 모든 피실험자가 동일한 기울임 시점(at 0sec)과 비슷한 기울임 정도를 지니도록 하였다.
본 실험에서 사용된 독립변수는 3개로 물체내의 무게중심의 위치(중앙 vs. 10cm 오른쪽으로 이동), [Figure 2]처럼 상체 자세(상체 우측으로 굽힘 vs. 굽힘 없음), 그리고 [Figure 3]에서와 같이 두 발의 위치(평행 vs. 왼발이 오른발보다 앞에 위치 vs. 오른발이 왼발보다 앞에 위치)이다.
종속변수는 시행별 6개 근육에서 발생한 진폭의 평균을 대칭 무게중심의 물체 들기간 발생하는 진폭의 평균으로 나눈 값(Normalized Value)과 좌측 3개의 근육에서 발생한 진폭의 평균에서 우측 3개 근육으로부터 얻어진 진폭의 평균을 뺀 진폭의 차이(Amplitude Difference, μV)이다.
통제변수로는 최종 들기 높이를 50cm가 될 수 있도록 물체 앞에 눈금이 있는 막대를 설치하고 물체 바닥의 높이가 50cm에 도달할 때까지 피실험자가 들도록 하였다. 개인별 드는 속도가 다르기 때문에 본 실험 전 각 5~10회씩 25cm/sec가 되도록 메트로놈을 통해 충분히 제시된 속도에 근접하도록 하였다.

대상 데이터

피실험자는 지난 6개월 동안 요통을 포함한 모든 근골격계질환을 경험하지 않은 성인 남성 11명을 대상으로 하였다. 피실험자의 평균 연령, 신장, 체중은 각각 23.
피실험자들의 들기 작업을 위해 가로⨉세로⨉높이가 60⨉40⨉25cm인 6kg의 목재 상자가 이용되었으며, 내부에 직육면체의 9.8kg의 물체를 통해 무게중심의 위치를 변화시켰다.

데이터처리

동적 들기 작업시 대칭 무게중심의 물체와 비대칭 무게중심의 물체를 진폭의 평균 비교는 t-Test가 이용되었으며, 상체의 기울임 여부와 양 발의 위치에 대한 좌·우 진폭의 차이 및 평균은 반복이 있는 Tow-Way ANOVA를 통해 분석되었다.
세 개의 독립변수에 대한 각의 종속변수 데이터를 바탕으로 Minitab 16 통계 분석용 S/W를 이용하여 통계적 분석이 실시되었다. 동적 들기 작업시 대칭 무게중심의 물체와 비대칭 무게중심의 물체를 진폭의 평균 비교는 t-Test가 이용되었으며, 상체의 기울임 여부와 양 발의 위치에 대한 좌·우 진폭의 차이 및 평균은 반복이 있는 Tow-Way ANOVA를 통해 분석되었다.

이론/모형

EMG 초기 신호 기록을 위한 Sampling 주파수는 Nyquist Theorum을 근거로 1,500Hz로 설정되며, 2sec 동안 수집된 Raw Data는 Bandpass Filter를 사용하여 필터링(10~500Hz) 된 후, 양의 진폭들과 음의 진폭들의 평균이 거의 “0”이 되어 상대비교를 어렵게 되는 것을 방지하기 위해 Rectification 기법이 적용된 후 분석되었다[4, 5].

성능/효과

둘째, 상체를 전두면 기준으로 물체 무게중심 방향으로 기울이는 것은 EMG 진폭 차이를 증대시킨다.
둘째, 정적 들기와는 다르게 동적 들기 작업시에는 작업시간 동안의 평균 진폭(Mean Amplitude)뿐만 아니라, Peak 진폭(Peak Amplitude)도 시행 조건에 따라 다르게 나타난다. 근골격계질환은 근육, 건 등 Soft Tissues의 외부 부하에 대한 Failure Tolerance를 넘어서지 않는 부하가 지속되거나, 지속적이지 않고 일시에 Failure Tolerance를 넘어서는 경우 발생가능하며, 이러한 개념이 Safety Margin Concept이다[17].
비록 비대칭 무게중심의 물체로 인해 무게 중심 쪽으로 상체가 기울더라도, 가능하면 기울이지 않는 자세와 무게 중심에 가까운 한 발을 앞으로 내미는 것이 진폭의 차이를 감소시켜 결국에는 등근육의 피로를 줄일 수 있다는 것이 도출되었다.
셋째, 무게중심에 가까운(Close or Ipsilateral to LCG) 발을 다른 발 앞에 두는 경우가 좌·우 등근육 EMG 진폭의 차이를 줄인다.
첫째, 근육의 피로를 바탕으로 한 실험과 모델이 제시되었지만, 직접적인 피로정도를 정적인 자세와는 다르게 EMG 중앙주파수(Meidan Frequency)를 통하지 않고 상관관계가 높은 진폭의 차이를 통해 간접적으로 측정되었다. 이는 2sec의 짧은 시행간 피로가 누적되기 어렵다는 제한사항 때문이며, 반대로 지속적으로 시행을 누적하면 관심을 둔 상체 및 발의 자세 외에 다른 통제변수들(들기 속도 및 상체 뒤틀림 등)이 발생할 가능성이 크기 때문이었다.
첫째, 선 상태에서 상체를 우측으로 굽히면 좌측 등근육의 EMG 진폭은 증가하고 우측 진폭은 감소한다[19]. 하지만 위 연구에서는 그런 현상이 왜 일어나는지는 설명되고 있지 않았고, 손에 외부 무게가 없는 상태에서 실험이 실시되었다.
첫째, 정적 들기 작업뿐만 아니라 동적 들기 작업에서도 좌·우 등근육 EMG 합(평균)은 물체 내 무게중심에 영향을 받지 않는다.
피실험자의 평균 연령, 신장, 체중은 각각 23.0(±1.4)세, 175.8(±5.1)cm, 69.1(±6.5)kg이었고 모두 오른손잡이였다.

후속연구

이 개념에 따라 일시에 Failure Tolerance를 넘어서는 부하는 EMG Peak과 연관이 있으므로, 동적 들기 작업간 Peak 진폭이 좌·우 등근육의 어느 쪽에서 발생가능하며, 이를 줄이기 위한 방안이 상체의 기울임이나 두 발의 위치 변화로 가능한지 연구할 가치가 있다.
근골격계질환 중 약 60% 이상이 들기 작업과 연관이 있다[2]. 이러한 들기 작업의 특성은 들고 있는 물체로부터 발생하는 부하가 대부분 허리에 집중됨으로써 요통으로 이어질 수 있기 때문에 들기 작업과 요통과의 심도있는 관계연구를 통한 대안제시가 전체적인 근골격계질환 비율을 낮추는데 도움이 될 것이다.
이는 2sec의 짧은 시행간 피로가 누적되기 어렵다는 제한사항 때문이며, 반대로 지속적으로 시행을 누적하면 관심을 둔 상체 및 발의 자세 외에 다른 통제변수들(들기 속도 및 상체 뒤틀림 등)이 발생할 가능성이 크기 때문이었다. 하지만 발생 가능한 모든 통제변수를 독립변수에 포함한 누적 들기 작업시 발생하는 피로 분석도 추후 실험을 통해 알아볼 필요가 있다.
등근육의 피로가 커지면 등근육보다 척추(Spine)에서 담당해야 할 외부 부하의 정도가 심해짐으로써 L5/S1부위의 신체조직에 압축력(Compressive Force) 증가 등의 무리를 주는 메커니즘이 밝혀졌다[7,8]. 하지만 위 연구들은 정적인(Static) 자세에서 실험이 진행되었고, 작업자 입장에서 제조된 무게중심을 포함한 물체의 특성을 조절할 수 없기 때문에 비대칭무게중심의 물체 취급시 작업자가 요통 발생 가능성을 최소화 할 수 있는 작업 자세에 대한 추가적인 연구가 요구되었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	근골격계질환 중 약 60% 이상은 어떤 작업과 연관이 있는가?	근골격계질환 중 약 60% 이상이 들기 작업과 연관이 있다[2]. 이러한 들기 작업의 특성은 들고 있는 물체로부터 발생하는 부하가 대부분 허리에 집중됨으로써 요통으로 이어질 수 있기 때문에 들기 작업과 요통과의 심도있는 관계연구를 통한 대안제시가 전체적인 근골격계질환 비율을 낮추는데 도움이 될 것이다.
	들기 작업의 특성은 무엇인가?	근골격계질환 중 약 60% 이상이 들기 작업과 연관이 있다[2]. 이러한 들기 작업의 특성은 들고 있는 물체로부터 발생하는 부하가 대부분 허리에 집중됨으로써 요통으로 이어질 수 있기 때문에 들기 작업과 요통과의 심도있는 관계연구를 통한 대안제시가 전체적인 근골격계질환 비율을 낮추는데 도움이 될 것이다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

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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