중립 선 자세에서의 전신진동 주파수에 따른 자세 안정근의 근활성 분석 Analysis of Muscle Activation related to Postural Stability according to Different Frequency of Whole Body Vibration during Quiet Standing원문보기
Purpose: The aimed of this study was to investigate muscle activation related to postural stability according to different frequency of whole body vibration during quiet standing, to identify the most effective training conditions that cause the highest neuromuscular responses, and to evaluate the d...
Purpose: The aimed of this study was to investigate muscle activation related to postural stability according to different frequency of whole body vibration during quiet standing, to identify the most effective training conditions that cause the highest neuromuscular responses, and to evaluate the difference of EMG activation according to the anatomical position of the muscle - proximal or distal from the vibration platform. Methods: Eighteen healthy subjects voluntarily participated in this single-group, repeated-measures study in which EMG data from upper trapezius, rectus abdominalis, external oblique abdominalis, elector spinae, gluteus maximus, rectus femoris, semitendinosus, and gastrocnemius were collected over different frequencies (0-5-10-15-20-25Hz) for each subject during quiet standing. Results: We observed a statistically significant difference in the mean values of %RVC of muscular activation according to different frequencies of whole body vibration during quiet standing in all muscles (p<0.05). Conclusion: Our results indicate that lower frequencies of vibration result in low muscular activation, and higher frequencies elicit high muscular activation. However, the most effective training condition that caused the highest activation was 20 Hz. In addition, the proximally located lower extremity muscles (GCM, RF, ST, GM) showed higher activation than the distally located trunk and neck muscles (ES, EO, RA, UT) together with increasing frequency.
Purpose: The aimed of this study was to investigate muscle activation related to postural stability according to different frequency of whole body vibration during quiet standing, to identify the most effective training conditions that cause the highest neuromuscular responses, and to evaluate the difference of EMG activation according to the anatomical position of the muscle - proximal or distal from the vibration platform. Methods: Eighteen healthy subjects voluntarily participated in this single-group, repeated-measures study in which EMG data from upper trapezius, rectus abdominalis, external oblique abdominalis, elector spinae, gluteus maximus, rectus femoris, semitendinosus, and gastrocnemius were collected over different frequencies (0-5-10-15-20-25Hz) for each subject during quiet standing. Results: We observed a statistically significant difference in the mean values of %RVC of muscular activation according to different frequencies of whole body vibration during quiet standing in all muscles (p<0.05). Conclusion: Our results indicate that lower frequencies of vibration result in low muscular activation, and higher frequencies elicit high muscular activation. However, the most effective training condition that caused the highest activation was 20 Hz. In addition, the proximally located lower extremity muscles (GCM, RF, ST, GM) showed higher activation than the distally located trunk and neck muscles (ES, EO, RA, UT) together with increasing frequency.
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문제 정의
1이러한 전신진동운동은 근력 증가, 균형 향상, 골밀도 증가와 같은 치료적인 목적으로 다양한 질환에 많이 사용되어지고 있는 실정이다. 본 연구에서는 치료에서 주로 사용되는 중립위 선 자세에서의 전신진동 주파수 변화에 따른 근활성도를 비교하여, 발바닥에 제공되어지는 전신 진동운동이 다리 및 몸통과 머리까지 전달되어 몸통과 머리의 안정성에 필요한 근육 활동에 영향을 주는지, 또한 이러한 자세 안정근의 최적의 근활성을 위한 가장 효율적인 주파수에 관해 알아보고자 하였다.
또한 자세 조절에 필요한 관절 안정성을 위한 동시 활성화를 다리와 몸통에서 볼 수 있었 으며, 위등세모근에서 전신진동운동 주파수 증가에 따라 근활성도가 증가하는 것을 볼 때, 머리 안정성을 위해 위등세모근이 근활동하는 것으로 생각된다. 본 연구의 결과를 통해 치료에서 전신진동운동을 적용할 때 근력강화를 위해서는 20 Hz를 권장하고, 몸통 및 머리 안정성을 위한 치료 방법으로 전신진동운동의 사용 가능성을 제안하다. 향후 몸통및 머리 안정성을 위한 동시 활성화가 강화될 수 있는 신체 배열 변화에 따른 연구가 이루어진다면 치료 목적으로 전신 진동운동을 사용하는데 많은 도움이 될 것으로 사료된다.
이에 본 연구에서는 다양한 분야에서 치료 목적으로 사용 되고 있는 전신진동운동을 중립 선 자세에서 주파수에 따른 몸통 및 머리의 안정성에 필요한 자세 안정근의 근활성도를 측정 및 비교함으로써 발바닥에 제공되어지는 전신진동 운동이 다리 및 몸통과 머리까지 전달되어 몸통과 머리의 안정성에 필요한 근육 활동에 영향을 주는지를 알아보고, 이러한 자세 안정근의 최적의 근활성을 위한 가장 효율적인 주파수를 찾아 전신진동운동의 기초 자료로서의 근거를 마련하고자 한다.
제안 방법
0) 프로그램을 이용하여 표면근전도 신호 원자료를 산출하였고, IIR bandpass digital filter (bandwidth=50-300 Hz)로 걸러준 다음, 분석에 필요한 8개 근육에 대한 피험자별 평균 RMS (root mean squre) 값을 산출하였다. RMS 분석의 경우 최대 근수축에 대한 비율을 산출하는 것 (최대 수의적 근수축; maximal voluntary contraction, MVC)이 일반적이나, 본 연구에서는 RMS 근전도 신호의 개인 간 차이의 민감도를 더 감소시키고자 하여, 특정 동작의 근수축을 기준 수축(reference voluntary contraction, RVC)으로 삼아 이를 기준으로 표준화하는 %RVC방법을 사용하여 비교하였다. 본 연구에서 기준 수축(RVC)은 대상자가 진동 없는 상태에서 어깨 넓이로 해부학 자세로 서있을때 측정되었다.
근육의 근전도 신호를 측정하기 위해 신경과 근섬유에서 나오는 복합 활동전위를 기록하는 표면근전도계를 사용하였다. 사용한 표면근전도계는 WEMG-8 (LAXTHA, 대전, 한국)로 input impedance가 1012 Ω, CMRR (common mode rejection ratio)을 110 dB로 설정하여 근전도 신호를 수집하였다.
대상자가 진동 없는 상태, 즉 0Hz에서 해부학적 자세로 서있을 때의 값을 기준근 수축값(RVC)으로 정하여 %RVC값으로 환산하여 진동 주파수 변화에 따른 부위별 근활성도를 비교한 결과는 다음과 같다(Table 2). 진동 주파수 변화에 따른 근활성도는 위등세모근, 척추세움근, 배곧은근, 배바깥빗근, 큰볼기근, 넙다리곧은근, 반힘줄근, 장딴지근 모두에서 통계학적으로 유의한 차이가 있었다(p<0.
전신진동은 Galileo machine(Novotec, Pforzheim, 독일)을이용하였으며, 대상자는 진동판 위에 몸통 옆에 팔을 나란히 늘어뜨리고, 어깨 너비로 양발을 벌리고, 시선은 정면을보고 선 자세를 취하도록 하였다. 먼저 진동판 위에 진동 없이서 있는 상태에서 10초간 자세를 유지하는 동안 근전도를 측정하여 기준근 수축 값으로 정하였으며, 이후 10초 간격으로 5 Hz, 10 Hz, 15 Hz, 20 Hz, 25 Hz 순으로 진동수를 증가시켜 비교하였다. 이때 선행 연구와 같이 주파수 변경시 마다 10초간의 휴식을 두어 중첩 효과를 상쇄시켰다.
RMS 분석의 경우 최대 근수축에 대한 비율을 산출하는 것 (최대 수의적 근수축; maximal voluntary contraction, MVC)이 일반적이나, 본 연구에서는 RMS 근전도 신호의 개인 간 차이의 민감도를 더 감소시키고자 하여, 특정 동작의 근수축을 기준 수축(reference voluntary contraction, RVC)으로 삼아 이를 기준으로 표준화하는 %RVC방법을 사용하여 비교하였다. 본 연구에서 기준 수축(RVC)은 대상자가 진동 없는 상태에서 어깨 넓이로 해부학 자세로 서있을때 측정되었다. 이 자세로 10초간 유지한 후 중간 5초간 측정된 근전도 RMS값의 중앙값(median)을 기준수축 값으로정하였으며, 각 3회씩 반복 측정하여 얻어진 평균값을 사용하였다.
먼저 진동판 위에 진동 없이서 있는 상태에서 10초간 자세를 유지하는 동안 근전도를 측정하여 기준근 수축 값으로 정하였으며, 이후 10초 간격으로 5 Hz, 10 Hz, 15 Hz, 20 Hz, 25 Hz 순으로 진동수를 증가시켜 비교하였다. 이때 선행 연구와 같이 주파수 변경시 마다 10초간의 휴식을 두어 중첩 효과를 상쇄시켰다. 1
자세 안정근의 근육 활동을 알아보기 위해 우세측의 위 등세모근 (일곱번째 목뼈와 어깨뼈봉우리 사이 바깥으로 1/2 지점), 척추세움근 (첫번째 허리뼈의 가시돌기 바깥으로 1-2개 손가락 너비), 배곧은근 (앞위엉덩뼈가시 높이, 배꼽 바깥 1-2 cm), 배바깥빗근 (갈비뼈 아래각 바로 아래부위사선방향), 큰볼기근 (엉치뼈와 큰돌기 사이 가운데 부위), 넙다리곧은근 (앞위엉덩뼈가시와 무릎뼈 사이 가운데 부위), 반힘줄근 (궁둥뼈결절과 안쪽 정강뼈위관절융기 사이 가운데 부위), 장딴지근 (무릎관절에서 먼쪽으로 2 cm 떨어진 부위) 에 표면 전극을 대고 근육활동을 측정하였다. 전극과 피부 사이의 임계저항을 줄이기 위해 피부를 부드러운 사포로 문질러 각질을 제거해준 후 알코올로 닦아낸 다음 전극을 부착하였다.
전신진동은 Galileo machine(Novotec, Pforzheim, 독일)을이용하였으며, 대상자는 진동판 위에 몸통 옆에 팔을 나란히 늘어뜨리고, 어깨 너비로 양발을 벌리고, 시선은 정면을보고 선 자세를 취하도록 하였다. 먼저 진동판 위에 진동 없이서 있는 상태에서 10초간 자세를 유지하는 동안 근전도를 측정하여 기준근 수축 값으로 정하였으며, 이후 10초 간격으로 5 Hz, 10 Hz, 15 Hz, 20 Hz, 25 Hz 순으로 진동수를 증가시켜 비교하였다.
대상 데이터
본 연구는 2013년 5월부터 2013년 6월까지 경기도 성남시에 소재한 B병원에서 근무하고 있는 성인 18명(남자 9명, 여자 9명)을 대상으로 하였으며, 실험은 대상자의 동의 하에 이루어졌다.
05로 하였다. 연구대상자의 연령, 체중, 신장에 대한 평균값과 표준편차를 구하였으며, 각 진동수 변화에 따른 각 근육들의 근육 활성 정도를 비교하기 위해서 일원배치분석 기법을 사용하였으며 본페로니 수정법을 이용하여 사후 각 변인의 변화를 비교 하였다.
본 연구에서 기준 수축(RVC)은 대상자가 진동 없는 상태에서 어깨 넓이로 해부학 자세로 서있을때 측정되었다. 이 자세로 10초간 유지한 후 중간 5초간 측정된 근전도 RMS값의 중앙값(median)을 기준수축 값으로정하였으며, 각 3회씩 반복 측정하여 얻어진 평균값을 사용하였다.
사용한 표면근전도계는 WEMG-8 (LAXTHA, 대전, 한국)로 input impedance가 1012 Ω, CMRR (common mode rejection ratio)을 110 dB로 설정하여 근전도 신호를 수집하였다. 측정된 표면근전도 신호(sample rate=1,024 Hz)는 TeleScan (ver 2.0) 프로그램을 이용하여 표면근전도 신호 원자료를 산출하였고, IIR bandpass digital filter (bandwidth=50-300 Hz)로 걸러준 다음, 분석에 필요한 8개 근육에 대한 피험자별 평균 RMS (root mean squre) 값을 산출하였다. RMS 분석의 경우 최대 근수축에 대한 비율을 산출하는 것 (최대 수의적 근수축; maximal voluntary contraction, MVC)이 일반적이나, 본 연구에서는 RMS 근전도 신호의 개인 간 차이의 민감도를 더 감소시키고자 하여, 특정 동작의 근수축을 기준 수축(reference voluntary contraction, RVC)으로 삼아 이를 기준으로 표준화하는 %RVC방법을 사용하여 비교하였다.
성능/효과
4파킨슨환자의 경우 전신진동치료가 균형과 보행에서 보존적 균형 훈련과 같은 효과를 보였으며,9성인 뇌졸증의 경우에도 체중이동속도가 빨라지는 등 균형 능력에 향상을 보이며,10 근력 또한 향상되었다는 연구가 있다.11또한 성인 뇌성마비 14명에게 8주간 전신진동치료를 한 결과대운동기능이 향상되었으며, 근력 또한 증가하였다.12
에서 와는 달리 진동 주파수가 높아질수록 근활성도가 점진적으로 증가되지는 않았다. 그러나 낮은 주파수에서는 낮은 근활성도를, 높은 주파수에서는 높은 근활성도를 보였으며, 특히 본 연구에서 가장 높은 주파수인 25 Hz가 아닌 20 Hz에서 7개 근육에서 근 활성도가 가장 높게 나타났다. 이는 진동 주파수가 증가 할수록 초기에는 흥분성 유입(excitatory inflow)이 증가하여 근활성도가 증가하나, 근긴장도가 증가함에 따라 억제성 유입(inhibitory inflow)이 우세하게 되어 근활성도가 낮아진다는 Riccardo 등14의 연구와 같이 20 Hz까지는 흥분성 유입이 점진적으로 증가하여 근활성도가 증가하는 양상을 보이다가 25 Hz에서는 억제성 유입이 우세하게 되어 오히려 감소한 것으로 사료된다.
그리고 진동판에서 가까이에 위치한 다리근육에서는 높은 근활성도가, 상대적으로 멀리 위치한 몸통 및 목 부위 근육의 근활성도는 낮게 나타나 근육 위치에 따라 근활성도가 달라짐을 알 수 있었다.
19,23,24 본 연구에서는 다리 근육 뿐만 아니라 몸통과 머리 안정성에 전신진동운동이 어떠한 영향을 주는지 알아보고자 하였고, 그 결과 다리에서 넙다리곧은근과 반힘줄 근에서 동시활성화하는 것이 나타났으며, 다리에서 만큼의 근활성도는 아니지만 배곧은근, 배바깥빗근, 척추세움 근에서 동시 활성화하는 것이 나타났다. 등세모근에서도 진동주파수의 증가에 따라 증가하는 양상이 나타나 전신진동 운동이 목에까지 영향을 주는 것을 알 수 있었다. 그러나 본 연구에서는 목 굽힘근에 대한 동시적 접근이 이루어지지 않아 머리 안정성을 위한 동시 활성화에 대한 연구가 앞으로 이루어진다면 전신진동운동이 머리 안정성에 미치는 영향을 보다 확실하게 얻을 수 있을 것이라 사료된다.
05). 또한 주파수가 증가할수록 근활성도가증가하였으나 20 Hz에서 가장 높은 활성도를 보였으며, 가장 높은 주파수인 25 Hz에서는 약간의 감소가 보였다. 그리고 진동판에서 가까이에 위치한 다리근육에서는 높은 근활성도가, 상대적으로 멀리 위치한 몸통 및 목 부위 근육의 근활성도는 낮게 나타나 근육 위치에 따라 근활성도가 달라짐을 알 수 있었다.
본 연구는 전신진동운동을 중립 선 자세에서 주파수 변화에 따른 자세 안정근의 근활성도 변화를 비교하였고, 그결과 진동 주파수 변화에 따른 근활성도는 위등세모근, 척추 세움근, 배곧은근, 배바깥빗근, 큰볼기근, 넙다리곧은근, 반힘줄근, 장딴지근 모두에서 통계학적으로 유의한 차이가 있었다(p<0.05).
본 연구에서도 진동판에서 가까운 근육인 장딴지근, 넙다리곧은근, 반힘줄근에서는 높은 근활성도가, 먼쪽 근육인 큰볼기근 및 배곧은근, 배바깥빗근, 척추세움근, 위등세모근은 상대적으로 적은 근활성도가 나타났다. Abercromby 등20의 연구와 같이 진동에너지가 진동판에서 멀어질수록 소실되어 진동판에서 멀리 떨어진 근육의 근활성도가 적게 나타난 것으로 사료된다.
진동 주파수 변화에 따른 근활성도는 위등세모근, 척추세움근, 배곧은근, 배바깥빗근, 큰볼기근, 넙다리곧은근, 반힘줄근, 장딴지근 모두에서 통계학적으로 유의한 차이가 있었다(p<0.05).
후속연구
실제 임상에서 전신진동치료시 사용되고 있는 자세는 주로선 자세이며, 균형 및 대동작 기능 향상을 위해서는 몸쪽 부위즉, 몸통과 머리의 안정성이 우선되어져야 할 것이다.16-18 선 자세에서 발바닥에 제공되어지는 전신진동이 몸통과 머리까지 전달되어 자세 안정성에 필요한 근육 활동에 영향을 주는지에 관한 연구가 이루어져야 하며, 주파수의 차이에 따라 근육을 이완시키거나 근력을 증진시키고 균형을 향상 시키는지에 관한 연구도 이루어져야 할 것이다.
등세모근에서도 진동주파수의 증가에 따라 증가하는 양상이 나타나 전신진동 운동이 목에까지 영향을 주는 것을 알 수 있었다. 그러나 본 연구에서는 목 굽힘근에 대한 동시적 접근이 이루어지지 않아 머리 안정성을 위한 동시 활성화에 대한 연구가 앞으로 이루어진다면 전신진동운동이 머리 안정성에 미치는 영향을 보다 확실하게 얻을 수 있을 것이라 사료된다. 본 연구는 특정 지역의 특정 직업군에 종사하는 18명을 대상으로 하였기 때문에 연구 결과를 일반화하기에는 제한이 있다.
선행 연구에 따르면 흥분성 자극(Ia 구심성)과 억제성 자극 (골지 건 기관, 피부 수용체) 사이 균형을 이루게 되는 주파수에서 가장 높은 근활성도가 나타난다고 하였는데,14 본 연구에서는 20 Hz에서 가장 높은 근 활성도가 나타났다. 또한 본 연구에서 사용한 특정 업체의 전신진동운동기가 선행연구와 달라서 다른 결과가 나온 것으로 사료되며, 본 연구결과를 일반화시키기는 어렵지만, 본 연구에서 사용된 전신진동운동기를 사용하여 근력 증가를 목적으로 치료에 적용할 경우에는 20 Hz에서 전신 진동운동을 하는 것이 보다 효과적일 것이다.
그러나 본 연구에서는 목 굽힘근에 대한 동시적 접근이 이루어지지 않아 머리 안정성을 위한 동시 활성화에 대한 연구가 앞으로 이루어진다면 전신진동운동이 머리 안정성에 미치는 영향을 보다 확실하게 얻을 수 있을 것이라 사료된다. 본 연구는 특정 지역의 특정 직업군에 종사하는 18명을 대상으로 하였기 때문에 연구 결과를 일반화하기에는 제한이 있다. 추후에는 다양한 연령층에서 보다 많은 수를 대상군으로 한 연구 뿐아니라 주파수 변화에 따른 뇌졸증이나 뇌성마비 등 실제 환자를 대상으로 한 연구가 이루어져야 할 것이다.
본 연구는 특정 지역의 특정 직업군에 종사하는 18명을 대상으로 하였기 때문에 연구 결과를 일반화하기에는 제한이 있다. 추후에는 다양한 연령층에서 보다 많은 수를 대상군으로 한 연구 뿐아니라 주파수 변화에 따른 뇌졸증이나 뇌성마비 등 실제 환자를 대상으로 한 연구가 이루어져야 할 것이다.
본 연구의 결과를 통해 치료에서 전신진동운동을 적용할 때 근력강화를 위해서는 20 Hz를 권장하고, 몸통 및 머리 안정성을 위한 치료 방법으로 전신진동운동의 사용 가능성을 제안하다. 향후 몸통및 머리 안정성을 위한 동시 활성화가 강화될 수 있는 신체 배열 변화에 따른 연구가 이루어진다면 치료 목적으로 전신 진동운동을 사용하는데 많은 도움이 될 것으로 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
진동이 일으키는 것은 무엇인가?
1전신진동운동은중력부하(gravitational load)를 인위적으로 조절함으로써 근육을 보다 빠르고 강하게 수축하게 함으로써 새로운 자극을 가하는 방법이다.2진동은 근방추와 알파운동신경을 자극하여 강직성 진동반사(TVR; tonic vibration reflex)에 의한 반사 반사적 근수축을 일으킨게 된다. 이러한 반사적 근수축은 수의적 수축과 동반될 때 운동단위의 동시활성화가 증가한다고 하였다.
전신진동운동은 무엇인가?
최근 들어 안전하고 편리하면서도 근골격계뿐만 아니라 순환계, 내분비계 등에 골고루 영향을 미친다는 연구결과가 발표되어 새로운 운동-트레이닝 처방 방법으로 그 관심이 증대되고 있는 전신진동운동(WBV; whole body vibration)은 1990년대 후반 들어 근기능 트레이닝 분야에 새롭게 도입되어 현재는 유럽을 중심으로 미국과 일본 등의 많은 프로 스포츠팀, 휘트니스 센터, 재활클리닉 등 다양한 분야에 널리 적용되고 있는 새로운 트레이닝 방법이다.1전신진동운동은중력부하(gravitational load)를 인위적으로 조절함으로써 근육을 보다 빠르고 강하게 수축하게 함으로써 새로운 자극을 가하는 방법이다.2진동은 근방추와 알파운동신경을 자극하여 강직성 진동반사(TVR; tonic vibration reflex)에 의한 반사 반사적 근수축을 일으킨게 된다.
다리의 폄근과 굽힘근의 강화된 동시 활성화의 효과는 무엇인가?
기능적인 관점에서 진동 주파수 증가에 의한 신경근 활동의 일반적 증가는 다리의 폄근과 굽힘근의 강화된 동시 활성화(co-activation)를 이끌어 낼 수 있다. 이러한 동시 활성화는 전신진동운동 동안에 자세조절 전략과 관련된 관절 안정성에 양성적 효과(positive effects)를 가져온다고 하였다.19,23,24 본 연구에서는 다리 근육 뿐만 아니라 몸통과 머리 안정성에 전신진동운동이 어떠한 영향을 주는지 알아보고자 하였고, 그 결과 다리에서 넙다리곧은근과 반힘줄 근에서 동시활성화하는 것이 나타났으며, 다리에서 만큼의 근활성도는 아니지만 배곧은근, 배바깥빗근, 척추세움 근에서 동시 활성화하는 것이 나타났다.
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