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문제 정의
- 하지만 선행연구에서 무릎관절 전치환술 후 급성기 재활훈련에 대한 연구는 많이 이루어지지 않았고, 근육 재교육에 효과적인 생체되먹임을 이용한 연구 또한 부족한 실정이다. 따라서 본 연구는 무릎관절 전치환술을 시행한 후 급성기 환자에게 근전도-생체되먹임을 이용한 넙다리네갈래근 고정운동이 하지 근활성도와 균형에 미치는 영향에 대하여 알아보고자 한다.
- 본 연구는 무릎관절 전치환술 환자들을 대상으로 근전도생체되먹임을 이용한 넙다리 네갈래근 고정 운동을 6주간 실시한 후 하지 근활성도와 균형에 미치는 영향을 분석하여 근전도-생체되먹임 훈련의 효과를 알아보았다. 넙다리곧은근, 가쪽넓은근의 근활성도 (%RVC)값과 동적 균형능력(LOS)값의 분석을 통하여 근전도-생체되먹임을 이용한 훈련이 하지 근활성도와 균형향상에 효과적임을 증명하였다.
- 31 Han12은 무릎관절 전치환술 환자에게 수중치료를 중재하여 하지 근활성도가 향상되어 균형 능력에 유의한 증가를 보였고, Yang32은 뇌졸중 환자에 근전도-생체되먹임을 이용한 과제지향적 훈련을 통해 근활성도가 증가되어 버그균형척도와 Timed Up and Go Test, 10 m 걷기검사와 같은 균형능력 평가에서 유의한 증가를 보였다. 본 연구에서도 근전도-생체되먹임을 이용한 근력강화 훈련을 통해 가쪽넓은근과 넙다리곧은근의 근활성도가 증가되어 안정성 한계와 같은 동적 균형능력의 유의한 증가를 보여 선행 연구와 같은 결과를 얻었다. 이처럼 하지 근활성도의 증가는 균형과 보행능력에 높은 상관관계를 보인다고 하였고,33 무릎관절 전치환술 환자의 균형 향상을 위해서는 넙다리네갈래근의 근력의 향상이 필수적이라고 생각된다.
제안 방법
- 그룹 간 훈련수행 기간에 따른 근활성도와 균형능력의 차이를 검증하기 위해 반복 측정 분산분석(repeated ANOVA)을 사용하였다. Mauchly의 구형성 검정에서 유의한 차이가 없는 경우 구형성 가정으로 유의성을 검증하고, 유의한 차이가 있을 경우 Greenhouse-Geisser의 값을 이용하여 측정 시기와 그룹 간 상호작용의 유의성을 검정하였다. 통계학적 유의수준은 0.
- 각 근육의 최대 근수축을 3회 실시한 후 얻은 평균값에서 20%의 힘을 뺀 값을 역치(threshold)로 설정하였고 역치 이하의 근수축 동안 시·청각적 되먹임이 제공되었다.
- 균형능력을 측정하기 위해 Biorescue (RM Ingenierie, Rodez, France)를 이용하였으며, 압력중심(center of pressure)의 이동을 측정하기 위한 힘판(force plate)과 압력중심의 이동을 보여주는 모니터로 구성되어있다. 동적 균형능력을 측정하기 위해 안정성한계(limited of stability)를 측정하였다.
- 대상자들은 CPM을 이용한 관절가동범위 운동을 하루 30분씩 1회 제공받았다. 그 후 실험군과 대조군은 각각의 중재프로그램을 6주 동안 주 5회 일 20분씩 중재하였다.
- 총 3회 측정한 값의 평균값을 이용하였으며, 근전도 신호를 표준화하기 위하여 특정 동작의 근수축을 기준 수축(reference voluntary contraction, RVC)으로 삼아 이를 기준으로 표준화하는 %RVC 방법을 이용하였다. 기준 수축은 넙다리네갈래근 고정 운동 자세에서 수술을 시행하지 않은 하지의 최대등척성 수축 시의 근활성도를 측정하여 총 5초 수축 동안의 근전도 신호 중 처음과 마지막 1초씩을 제외한 3초의 신호를 이용하여 RVC값으로 구하였으며, 수술을 시행한 하지의 넙다리네갈래근 고정 운동 시 근활성도와 비교하여 %RVC 값을 산출하였다(Figure 2A).
- 대상자들은 CPM을 이용한 관절가동범위 운동을 하루 30분씩 1회 제공받았다. 그 후 실험군과 대조군은 각각의 중재프로그램을 6주 동안 주 5회 일 20분씩 중재하였다.
- 근수축 유지시간은 5초, 이완시간은 10초로 설정하였다(Figure 1). 대조군은 Choi와 Han14이 제시한 넙다리네갈래근 고정 운동을 중재하였고, 최대 근수축을 유발하여 5초 유지 후 10초 이완하였다.
- 균형능력을 측정하기 위해 Biorescue (RM Ingenierie, Rodez, France)를 이용하였으며, 압력중심(center of pressure)의 이동을 측정하기 위한 힘판(force plate)과 압력중심의 이동을 보여주는 모니터로 구성되어있다. 동적 균형능력을 측정하기 위해 안정성한계(limited of stability)를 측정하였다. 측정은 전·후·좌·우로 구성된 8개의 방향으로 이동 시 중심점에서의 거리를 측정하였고 총 3회 측정한 값의 평균값을 이용하였다(Figure 2B).
- 표본추출률(sampling rate)은 1,024 Hz로 설정하였고, 잡음을 최소화하기 위하여 대역 여과 필터(notch filter) 60 Hz, 대역 통과 필터(band pass filter) 30~500 Hz를 사용하였고, 수집된 신호는 root mean square 처리하였다. 총 3회 측정한 값의 평균값을 이용하였으며, 근전도 신호를 표준화하기 위하여 특정 동작의 근수축을 기준 수축(reference voluntary contraction, RVC)으로 삼아 이를 기준으로 표준화하는 %RVC 방법을 이용하였다. 기준 수축은 넙다리네갈래근 고정 운동 자세에서 수술을 시행하지 않은 하지의 최대등척성 수축 시의 근활성도를 측정하여 총 5초 수축 동안의 근전도 신호 중 처음과 마지막 1초씩을 제외한 3초의 신호를 이용하여 RVC값으로 구하였으며, 수술을 시행한 하지의 넙다리네갈래근 고정 운동 시 근활성도와 비교하여 %RVC 값을 산출하였다(Figure 2A).
- 표면 근전도의 신호에 대한 피부저항을 감소시키기 위하여 부착부위의 털을 제거하고 가는 사포로 3~4회 문질러 피부각질층을 제거한 후, 소독용 알코올로 피부를 깨끗이 하였다. 표본추출률(sampling rate)은 1,024 Hz로 설정하였고, 잡음을 최소화하기 위하여 대역 여과 필터(notch filter) 60 Hz, 대역 통과 필터(band pass filter) 30~500 Hz를 사용하였고, 수집된 신호는 root mean square 처리하였다. 총 3회 측정한 값의 평균값을 이용하였으며, 근전도 신호를 표준화하기 위하여 특정 동작의 근수축을 기준 수축(reference voluntary contraction, RVC)으로 삼아 이를 기준으로 표준화하는 %RVC 방법을 이용하였다.
대상 데이터
- 본 연구는 본인 또는 보호자에게 연구의 내용과 목적을 충분히 설명하고 참여 동의서를 받은 후 진행하였다. 2012년 11월부터 2013년 1월까지 전남 J종합병원에 입원하여 퇴행성 무릎 관절염으로 인해 무릎관절 전치환술을 시행하고 물리치료를 받고 있는 환자 25명을 대상으로 하였고 세부적인 선정 조건은 다음과 같다(Table 1).
데이터처리
- , Armonk, NY, USA)를 이용하여 통계처리 하였으며, 두 집단 간의 정규성 검증을 위해 독립표본 t검정을 하였다. 그룹 간 훈련수행 기간에 따른 근활성도와 균형능력의 차이를 검증하기 위해 반복 측정 분산분석(repeated ANOVA)을 사용하였다. Mauchly의 구형성 검정에서 유의한 차이가 없는 경우 구형성 가정으로 유의성을 검증하고, 유의한 차이가 있을 경우 Greenhouse-Geisser의 값을 이용하여 측정 시기와 그룹 간 상호작용의 유의성을 검정하였다.
- 측정된 자료는 IBM SPSS Statistics 19.0 (IBM Co., Armonk, NY, USA)를 이용하여 통계처리 하였으며, 두 집단 간의 정규성 검증을 위해 독립표본 t검정을 하였다. 그룹 간 훈련수행 기간에 따른 근활성도와 균형능력의 차이를 검증하기 위해 반복 측정 분산분석(repeated ANOVA)을 사용하였다.
- 하지의 근활성도를 측정하기 위해 MP 100 표면 근전도 시스템(Biopac System Inc., Santa Barbara, CA, USA)을 이용하였고 여기에서 전환된 디지털 신호는 개인용 컴퓨터에서 Acqknowledge 3.91 소프트웨어(Biopac System Inc.)를 이용하여 자료처리하였다. 표면 근전도의 신호에 대한 피부저항을 감소시키기 위하여 부착부위의 털을 제거하고 가는 사포로 3~4회 문질러 피부각질층을 제거한 후, 소독용 알코올로 피부를 깨끗이 하였다.
이론/모형
- 실험군은 Shahnawaz 등25이 제시한 중재방법으로 근전도생체되먹임을 이용한 넙다리네 갈래근 고정 운동을 Myomed 134 (Enraf Nonius, Rotterdam, The Netherlands)를 이용하여 넙다리곧은근(rectus femoris)과 가쪽넓은근(vastus lateralis)에 중재하였다. 각 근육의 최대 근수축을 3회 실시한 후 얻은 평균값에서 20%의 힘을 뺀 값을 역치(threshold)로 설정하였고 역치 이하의 근수축 동안 시·청각적 되먹임이 제공되었다.
성능/효과
- 27,28 따라서 본 연구에서는 6주간의 근전도-생체되먹임을 이용한 넙다리네갈래근 고정 운동이 무릎관절 전치환술을 시행한 환자의 하지 근활성도와 균형에 미치는 영향을 알아보고자 본 연구를 실시하였고 연구결과 실험군과 대조군 모두 시간의 변화에 따른 반복측정에서 기간이 경과함에 따라 근활성도와 동적 균형능력의 유의한 증가를 보였고, 훈련수행 시간 변화에 따른 근활성도와 동적 균형능력의 집단 간 효과검정에서 실험군이 유의한 효과를 보였다. Kirnap 등29은 반달 연골 절제술을 시행한 40명의 환자를 대상으로 근전도-생체되먹임을 이용하여 근력강화 운동을 시행한 그룹과 생체되먹임을 제공하지 않은 그룹의 비교에서 근전도-생체되먹임을 제공한 그룹에서 가쪽넓은근의 근활성도가 유의하게 증가하였다.
- 넙다리곧은근, 가쪽넓은근의 근활성도 (%RVC)값과 동적 균형능력(LOS)값의 분석을 통하여 근전도-생체되먹임을 이용한 훈련이 하지 근활성도와 균형향상에 효과적임을 증명하였다. 그러므로 근전도-생체되먹임을 이용한 넙다리네갈래근 고정 운동이 근전도-생체되먹임을 제공하지 않은 운동보다 하지 근활성도와 동적 균형능력을 향상시키는 것으로 결론을 얻었다.
- 본 연구는 무릎관절 전치환술 환자들을 대상으로 근전도생체되먹임을 이용한 넙다리 네갈래근 고정 운동을 6주간 실시한 후 하지 근활성도와 균형에 미치는 영향을 분석하여 근전도-생체되먹임 훈련의 효과를 알아보았다. 넙다리곧은근, 가쪽넓은근의 근활성도 (%RVC)값과 동적 균형능력(LOS)값의 분석을 통하여 근전도-생체되먹임을 이용한 훈련이 하지 근활성도와 균형향상에 효과적임을 증명하였다. 그러므로 근전도-생체되먹임을 이용한 넙다리네갈래근 고정 운동이 근전도-생체되먹임을 제공하지 않은 운동보다 하지 근활성도와 동적 균형능력을 향상시키는 것으로 결론을 얻었다.
- 20,21 Park 등22은 무릎관절 전치환술 환자를 대상으로 전기 자극을 이용한 되먹임을 제공한 그룹과 제공하지 않은 그룹 간의 비교에서 되먹임을 제공한 그룹이 운동학습에 효과적이었고, Yilmaz 등23은 무릎관절염 환자에게 근전도-생체되먹임을 이용한 근력강화운동 중재한 후 통증의 감소와 근력의 향상을 보고하였다. 또한 생체되먹임은 균형과 보행 장애를 가진 환자의 치료에 효과적인 훈련방법이고 무릎관절 전치환술 환자에게 생체되먹임 훈련을 중재하여 균형능력의 향상을 보였다.24 이처럼 무릎관절 전치환술을 시행한 환자를 대상으로 재활훈련이 균형과 근력향상에 효과적이라 하였고,17 수술 후 초기부터 근력강화 훈련과 균형능력 향상을 위한 운동이 필요하다고 하였다.
- 은 무릎관절성형술을 시행한 환자 66명을 대상으로 넙다리네갈래근의 근력강화를 위해 신경근 전기자극을 6주까지 적용하고 52주 동안 추적 관찰 한 결과 5주까지 넙다리네갈래근의 근활성도에 유의한 증가를 보였다. 본 연구는 선행연구와 중재방법에 차이는 있지만 6주 후에도 넙다리네갈래근의 근활성도가 유의하게 증가되는 동일한 결과를 얻었다. 신경근 전기자극에 비해 근전도-생체되먹임은 근활성도를 정량적으로 측정하여 시·청각적인 정보를 제공함으로서 행동수정 및 동기부여를 통하여 더 강한 근활성을 일으켜 근활성도가 증가되었다고 생각된다.
- Kim 등30은 무릎뼈 부정렬 환자 39명을 대상으로 4주 동안 근전도-생체되먹임을 이용하여 근력 강화 운동을 시행한 그룹과 테이핑을 적용한 그룹의 비교에서 근전도-생체되먹임을 적용한 그룹에서 안쪽빗넓은근의 근활성도가 유의하게 증가였다. 본 연구에서도 선행연구들과 질환은 다르지만 근전도-생체되먹임을 제공한 그룹에서 생체되먹임을 제공하지 않은 그룹과 비교에서 가쪽넓은근과 넙다리곧은근의 근활성도가 유의하게 증가하는 동일한 결과는 얻었다. 이는 무릎관절 기능부전을 가진 환자들에게 근전도-생체되먹임을 이용한 훈련이 필요하다는 것을 뒷받침해 줄 수 있다.
- 실험군(QSE+ biofeedback [BF])의 넙다리곧은근과 가쪽넓은근의 근활성도(%RVC)는 시간의 변화에 따른 반복측정에서 기간이 경과함에 따라 근활성도는 유의하게 증가하였고(p<0.05, p<0.01), 대조군(QSE)도 시간의 변화에 따른 반복측정에서 기간이 경과함에 따라 근활성도가 유의하게 증가하였다(p<0.05).
- 실험군(QSE+BF)의 동적 균형능력(limited of stability, LOS)은 시간의 변화에 따른 반복측정에서 기간이 경과함에 따라 동적 균형능력이 유의하게 증가하였고(p<0.05), 대조군(QSE)도 시간의 변화에 따른 반복측정에서 기간이 경과함에 따라 동적 균형능력이 유의하게 증가하였다(p<0.05) 훈련수행 시간 변화에 따른 동적 균형능력의 집단 간 효과검정에서 실험군의 동적 균형능력이 통계학적으로 유의한 차이가 있었다(p<0.01).
- 14 Shaw 등15은 앞십자인대 재건술 환자를 대상으로 수술 후 조기 재활 운동방법으로 넙다리네갈래근 고정 운동을 중재하여 관절가동범위와 관절의 안정성이 빠르게 회복된다고 하였다. 이처럼 수술 후 근력강화 운동은 무릎관절 기능을 정상적으로 회복하는 데 매우 중요하며 하지의 근력이 강한 그룹이 하지의 근력이 약한 그룹보다 균형능력이 좋았다.16 균형은 근력과 밀접한 관련이 있으며, 무릎관절 전치환술 후 균형능력에 대한 연구는 꾸준히 발전되어 왔다.
- 훈련수행 시간 변화에 따른 근활성도의 집단 간 효과검정에서 실험군의 넙다리곧은근(p<0.05), 가쪽넓은근(p<0.01)이 통계학적으로 유의한 차이가 있었다.
후속연구
- 이처럼 하지 근활성도의 증가는 균형과 보행능력에 높은 상관관계를 보인다고 하였고,33 무릎관절 전치환술 환자의 균형 향상을 위해서는 넙다리네갈래근의 근력의 향상이 필수적이라고 생각된다. 본 연구의 제한점으로는 연구 대상자의 지역적 제한으로 인해 모든 무릎 관절 전치환술 환자에게 일반화하기가 어려우며, 연구 대상자의 일상생활 통제에 어려움이 있었다. 향후 본 연구를 바탕으로 무릎관절 전치환술 환자에게 근전도-생체되먹임 훈련을 중재 한 후 보행의 운동형상학적 분석과 삶의 질에 관한 연구가 필요할 것이다.
- 본 연구의 제한점으로는 연구 대상자의 지역적 제한으로 인해 모든 무릎 관절 전치환술 환자에게 일반화하기가 어려우며, 연구 대상자의 일상생활 통제에 어려움이 있었다. 향후 본 연구를 바탕으로 무릎관절 전치환술 환자에게 근전도-생체되먹임 훈련을 중재 한 후 보행의 운동형상학적 분석과 삶의 질에 관한 연구가 필요할 것이다.
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