수중운동이 여성노인 장애물보행 시 하지 협응에 미치는 영향 - 훈련 및 훈련잔여효과 중심으로 - Effects of a Water Exercise on the Lower Extremities Coordination during Obstacle Gait in the Female Elderly - Focusing on Training and Detraining Effects -원문보기
The purpose of this study was to investigate the training and detraining effects of a 8-week water exercise on lower extremities coordination during obstacle gait in the female elderly. Eight elderly participants (age: $76.58{\pm}4.97$ yrs, height: $148.88{\pm}7.19$ cm, body ma...
The purpose of this study was to investigate the training and detraining effects of a 8-week water exercise on lower extremities coordination during obstacle gait in the female elderly. Eight elderly participants (age: $76.58{\pm}4.97$ yrs, height: $148.88{\pm}7.19$ cm, body mass: $56.62{\pm}6.82$ kg, and leg length: $82.36{\pm}2.98$ cm), who stayed at the Seoul K welfare center, were recruited for this study. All participants had no history of orthopedic abnormality within the past 1 year and completed the aquatic exercise program which lasted for 8 weeks. To identify the training and detraining effect of 8 weeks of water exercise, a 3-D motion analysis with 7 infrared cameras and one force plate sampling frequency set at 100 Hz and 1,000 Hz, respectively, was performed. A two-way ANOVA was performed to find training and detraining effects among diferent obstacle heights. In this study significant level was set at .05. Significant training effects of LTS (lead foot thigh and shank) coordination in all obstacle height were found (p<.05). It is also found that the training effect of LTS remained 37%, 58%, and 25% in obstacle height of 30%, 40%, and 50%, respectively. Lead foot showed the greater detraining effect of coordination compared with trail foot, and SF (shank and foot) coordination revealed better detraining effects of coordination compare with TS (thigh and shank) in both feet. Based on the findings, a 8 week water exercise give an positive effects to the elderly in terms of segment cooperation which potentially helps reducing their accident falls. The magnitude of detraining may also help the elderly to find the retraining moment.
The purpose of this study was to investigate the training and detraining effects of a 8-week water exercise on lower extremities coordination during obstacle gait in the female elderly. Eight elderly participants (age: $76.58{\pm}4.97$ yrs, height: $148.88{\pm}7.19$ cm, body mass: $56.62{\pm}6.82$ kg, and leg length: $82.36{\pm}2.98$ cm), who stayed at the Seoul K welfare center, were recruited for this study. All participants had no history of orthopedic abnormality within the past 1 year and completed the aquatic exercise program which lasted for 8 weeks. To identify the training and detraining effect of 8 weeks of water exercise, a 3-D motion analysis with 7 infrared cameras and one force plate sampling frequency set at 100 Hz and 1,000 Hz, respectively, was performed. A two-way ANOVA was performed to find training and detraining effects among diferent obstacle heights. In this study significant level was set at .05. Significant training effects of LTS (lead foot thigh and shank) coordination in all obstacle height were found (p<.05). It is also found that the training effect of LTS remained 37%, 58%, and 25% in obstacle height of 30%, 40%, and 50%, respectively. Lead foot showed the greater detraining effect of coordination compared with trail foot, and SF (shank and foot) coordination revealed better detraining effects of coordination compare with TS (thigh and shank) in both feet. Based on the findings, a 8 week water exercise give an positive effects to the elderly in terms of segment cooperation which potentially helps reducing their accident falls. The magnitude of detraining may also help the elderly to find the retraining moment.
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문제 정의
따라서 본 연구의 목적은 8주간의 수중운동이 대부분의 노인낙상이 발생되는 장애물 보행 활동에서 노인들의 하지 분절 협응 향상에 미치는 영향을 정량화하여 낙상위험 감소에 효과가 있는 지를 검증하고, 또한 이들이 훈련종료 후 8주간 운동을 중단 하였을 때 그 훈련효과가 어느 정도 지속되는지를 평가하여 각 노인들에게 낙상 예방을 위한 노력을 수행할 수 있는 기초자료를 제공하는데 있다.
본 연구는 수중운동이 노인 장애물 보행 시 하지 협응 향상에 미치는 영향에 대해 조사하기 위해, 수중운동 전, 수중운동 후, 운동중단 후에 하지 연속상대위상의 변화를 비교 분석하였다. 총 6개의 분절에 대하여 LTS, LSF, TTS, TSF, TT, SS, FF 7가지 연속상대위상을 계산하여 노인의 장애물 보행 시 하지 내/하지 간 협응(intra/inter lower extremities coordination)의 향상을 조사하였다(Table 2).
본 연구는 수중운동이 노인의 장애물 보행 시 하지 협응 향상에 미치는 영향을 알아보기 위해 수중훈련 전, 수중훈련 8주 후, 운동중단(detraining) 8주 후 장애물 보행실험을 실시하였다. 총 15 m의 보행로에서 실험이 진행되었으며, 출발지점으로부터 10 m 위치에 장애물을 설치하였다.
이 연구는 노인이 수중운동 전·후, 운동중단 후, 장애물 보행 시 하지 간 협응능력의 향상을 평가하는 것이다.
,2009). 하지만 장애물 보행을 성공적으로 수행하기 위해서 분절 간의 협응이 요구된다는 보고에도 불구하고, 수중운동이 장애인 보행 시 분절 간 협응 향상에 미치는 연구는 미흡한 부분으로 남아있어, 본 연구에서는 수중운동 프로그램에 참여 중인 노인을 대상으로 장애물 보행을 실시하여 수중운동 전(1차 측정), 수중운동 후(2차 측정), 운동중단 후(3차 측정)에 대한 하지 협응의 향상 정도를 평가하고자 하였다.
제안 방법
수중운동에 따른 하지 협응의 향상을 분석하기 위해, 장애물 보행 시 수집된 3차원 마커데이터를 Matlab R2009a(The Mathworks, USA) 프로그램을 이용해 처리하였다. NLT (non linear transformation) 방법으로 변환된 반사마커의 3차원 좌표값은 Butterworth 2nd orther low-passfilter를 사용해 노이즈를 제거하였으며, 차단주파수는 6 Hz로 설정하였다.
각 피험자는 좌·우 하지 6개 분절을 설정하기 위해 뒤꿈치 말단, 제 2중족골두, 비골외과, 대퇴과, 대전자에 총 10개의 반사마커를 부착하고, 8대의 적외선 카메라(Oqus 300, Qualysis, Sweden)를 이용해 촬영하였다.
각 피험자는 지도자격을 갖춘 1인의 강사가 진행하는 수중운동 프로그램에 8주간 참여하였다. 수중운동은 일주일에 3회씩 회당 60분 동안 진행되었으며, [Table 1]과 같이 구성되었다.
표준화 되어진 각도(θ)와 각속도(ω)로 이뤄진 위상면을 설정한 후, 오른쪽 수평축을 중심으로 0 - 180°의 범위에서 각 좌표값의 위상각(φ)을 계산하였다. 계산되어진 각 분절에 대한 위상각은 아래 공식과 같이 협응관계를 보고자 하는 두 분절을 선정하여, 근위 분절의 위상각과 원위분절의 위상각의 차이로 연속상대위상을 계산하였다.
훈련 전, 각 피험자는 주동발을 확인하기 위해 축구공 차기 3회를 실시하였으며, 이 때 공을 차는데 사용한 발을 주동발로 정의하였고, 본 연구에 참여한 피험자는 모두 오른쪽 발을 주동발로 사용하였다. 또한 실험 전, 모든 피험자에게 실험과 훈련에 관련된 충분한 설명 후, 실험참여 동의서를 작성하였다.
이때 장애물의 높이는 각 피험자의 다리길이 대비 30, 40, 50%의 높이로 선정하였다. 보행속도는 각 피험자의 선호 속도로 하였으며, 장애물을 넘는 발(leading foot)은 주동발을 사용하도록 하였다.
본 연구에서는 넘는 발의 하퇴와 대퇴(LTS), 하퇴와 발(LSF), 지지하는 다리(trailing leg)의 하퇴와 대퇴(TTS), 하퇴와 발(TSF), 그리고 좌·우 대퇴(TT), 하퇴(SS), 발(FF)의 연속상대위상을 계산하였다.
수중운동은 일주일에 3회씩 회당 60분 동안 진행되었으며, [Table 1]과 같이 구성되었다. 본 운동의 강도는 운동자각도(ratings of the Borg perceived exertion [RPE]) 12-16으로 3주에 한 번씩 개인적으로 확인하여 점진적으로 증가시켰다. 수중운동 시, 수심은 130-150 cm인 곳에서 실시하였으며, 수온는 27°C로 조절하였다.
분석구간은 넘는 발이 지면에 떨어지는 순간(toe off [TO])부터 장애물을 넘고 지면에 착지되는 순간(heel contact [HC])까지로 설정하였다.
분절 간의 진폭과 빈도 차이를 제거하고, 각속도가 0일 때 자료가 소실되지 않도록 하기 위해, 다음 두 공식을 이용해 각도와 각속도를 −1부터 +1까지로 표준화(normalization) 하였다(Hamill, Haddad, &McDermott, 2000; Miller, et al., 2008).
수중운동 시, 수심은 130-150 cm인 곳에서 실시하였으며, 수온는 27°C로 조절하였다.
각 피험자는 지도자격을 갖춘 1인의 강사가 진행하는 수중운동 프로그램에 8주간 참여하였다. 수중운동은 일주일에 3회씩 회당 60분 동안 진행되었으며, [Table 1]과 같이 구성되었다. 본 운동의 강도는 운동자각도(ratings of the Borg perceived exertion [RPE]) 12-16으로 3주에 한 번씩 개인적으로 확인하여 점진적으로 증가시켰다.
각 피험자는 좌·우 하지 6개 분절을 설정하기 위해 뒤꿈치 말단, 제 2중족골두, 비골외과, 대퇴과, 대전자에 총 10개의 반사마커를 부착하고, 8대의 적외선 카메라(Oqus 300, Qualysis, Sweden)를 이용해 촬영하였다. 이때 촬영 속도는 100 Hz로 설정하여 Qualysis Track Manager ([QTM], Qualysis, Sweden) 프로그램을 이용해 통제하였다.
이 연구는 노인이 수중운동 전·후, 운동중단 후, 장애물 보행 시 하지 간 협응능력의 향상을 평가하는 것이다. 이를 위해 K 복지관에서 실시하는 수중운동 프로그램에 참여 중인 노인 11명을 대상으로 실시하였으며, 운동기간과 장애물 높이에 따른 연속상대위상을 비교하여 분절 간 협응 향상을 분석하였다. 연구 결과, 넘는 다리의 대퇴와 하퇴의 협응(LTS)은 수중운동 전에 비해 수중운동 후 유의하게 향상되었고, 40% 높이에서 훈련잔여효과가 나타났다.
본 연구는 수중운동이 노인 장애물 보행 시 하지 협응 향상에 미치는 영향에 대해 조사하기 위해, 수중운동 전, 수중운동 후, 운동중단 후에 하지 연속상대위상의 변화를 비교 분석하였다. 총 6개의 분절에 대하여 LTS, LSF, TTS, TSF, TT, SS, FF 7가지 연속상대위상을 계산하여 노인의 장애물 보행 시 하지 내/하지 간 협응(intra/inter lower extremities coordination)의 향상을 조사하였다(Table 2).
표준화 되어진 각도(θ)와 각속도(ω)로 이뤄진 위상면을 설정한 후, 오른쪽 수평축을 중심으로 0 - 180°의 범위에서 각 좌표값의 위상각(φ)을 계산하였다.
대상 데이터
본 연구의 연구대상자는 정형외과적 병력이 없는 노인 11명(나이 평균: 76.58 ± 4.97 yrs, 신장 평균: 148.88 ±7.19 cm, 체중 평균: 56.62±6.82 kg)을 선정하였다.
본 연구는 수중운동이 노인의 장애물 보행 시 하지 협응 향상에 미치는 영향을 알아보기 위해 수중훈련 전, 수중훈련 8주 후, 운동중단(detraining) 8주 후 장애물 보행실험을 실시하였다. 총 15 m의 보행로에서 실험이 진행되었으며, 출발지점으로부터 10 m 위치에 장애물을 설치하였다. 이때 장애물의 높이는 각 피험자의 다리길이 대비 30, 40, 50%의 높이로 선정하였다.
82 kg)을 선정하였다. 훈련 전, 각 피험자는 주동발을 확인하기 위해 축구공 차기 3회를 실시하였으며, 이 때 공을 차는데 사용한 발을 주동발로 정의하였고, 본 연구에 참여한 피험자는 모두 오른쪽 발을 주동발로 사용하였다. 또한 실험 전, 모든 피험자에게 실험과 훈련에 관련된 충분한 설명 후, 실험참여 동의서를 작성하였다.
데이터처리
수중운동에 따른 하지 협응의 향상을 분석하기 위해, 장애물 보행 시 수집된 3차원 마커데이터를 Matlab R2009a(The Mathworks, USA) 프로그램을 이용해 처리하였다. NLT (non linear transformation) 방법으로 변환된 반사마커의 3차원 좌표값은 Butterworth 2nd orther low-passfilter를 사용해 노이즈를 제거하였으며, 차단주파수는 6 Hz로 설정하였다.
연속상대위상의 각도 비교는 RMS(root mean square)값을 이용하였고, 수중훈련 기간(수중훈련 전, 수중훈련 후, 운동중단)과 장애물 높이에 대한 하지의 협응의 향상을 비교 분석하기 위해 반복측정 이원변량분석(two way ANOVA with repeated measure)하였으며, 유의수준은 α=.05로 설정하였다.
성능/효과
LTS 협응의 경우 수중운동전에 비하여 운동 후 모든 높이에서 통계적으로 유의하게 향상되었으며 특히 40% 높이의 경우 운동중단 8주까지 운동효과가 유지되었다 (p< .05, Table 2).
05, Table 2). 그러나 30%와 50%의 높이의 경우 운동의 효과가 운동중단 8주 후에 유의하게 감소되었으나 (30% 높이: 17.9% to 6.7%, 50% 높이: 15.1% to 3.8%) 수중운동의 효과는 각각 37.2% 와 25.0% 정도 지속되고 있음을 알 수 있었다. 평지보행의 경우 전방으로 추진하는 역할을 위해 분절들이 움직이기 때문에 대퇴에 비해 원위분절인 하퇴가 비교적 빠른 움직임을 나타내는 반면, 장애물 보행의 경우 평지보행 패턴에 장애물을 넘기 위한 하지의 수직움직임이 추가적으로 요구되기 때문에 대퇴의 움직임이 중시되어 진다.
넘는 다리의 하퇴와 발 간(LSF)의 협응은 50% 높이에서 수중운동 전에 비해 수중운동 후 유의하게 향상되었으며, 운동중단 후까지 효과가 지속되어 수중운동 전에 비해 유의하게 향상되었음을 나타냈다. Zhang 등 (2011), Kim과 Yu (2009)의 연구에서는 노인의 장애물 보행을 개선시키기 위한 훈련 후, 지지하는 발과 장애물 간의 수평거리와 착지 후 넘는 발과 장애물 간의 수평거리가 증가하는 등 장애물 보행 시 보폭(step length)이 길어졌음에도 불구하고, 장애물을 넘는 속도 및 시간이 유의하게 짧아졌다고 보고하였다.
이 연구에서는 지지하는 다리의 대퇴와 하퇴 간(TTS) 협응은 유의하게 향상되지 않았고, 하퇴와 발 간(TSF) 협응은 수중운동 전과 운동중단 후에 30% 높이에 비해 50% 높이의 장애물을 넘을 때 유의하게 하락하였다. 또 훈련 기간에 따른 유의한 차이는 나타나지 않았지만, 전반적으로 수중운동 전과 운동중단 후에 비해 수중운동 후 지지하는 다리의 협응이 향상되는 경향을 나타냈다. Krasovsky, Lamontagne, Feldman과 Levin(2014)은 보행 시 낙상을 야기시킬 수 있는 물리적 방해(perturbation)가 발생할 경우, 노인은 이를 정상 보행으로 되돌리려는 기능이 떨어지고, 이를 예방하기 위해서는 보행 안정성보다 하지 간의 협응 향상이 중요하다고 보고하였다.
또한 본 연구에서 밝혀진 정량적인 훈련잔여 효과(LTS의 경우 30, 40, & 50% 높이에서 37.9, 58.5, &25.0%)는 노인들에게 낙상예방을 위한 지속적인 운동의 재시도 선택 시기에 대한 보다 유익한 정보를 제공할 수 있을 것으로 생각된다.
수중운동 후에 비해 운동중단 후에 30, 50% 높이에서 LTS의 협응이 유의하게 하락한 반면, 수중운동 전에 비해 40% 높이에서 LTS의 협응과 50% 높이에서 LSF의 협응이 유의하게 향상되었다. 또한 수중운동 전과 운동중단 후에, 30% 높이에 비해 50% 높이에서의 TSF가 유의하게 하락하였지만, 수중운동 후에는 유의한 차이가 나타나지 않았다.
연구 결과, 넘는 다리의 대퇴와 하퇴의 협응(LTS)은 수중운동 전에 비해 수중운동 후 유의하게 향상되었고, 40% 높이에서 훈련잔여효과가 나타났다. 또한 하퇴와 발의 협응(LSF)은 50% 높이에서 유의하게 향상되었으며, 훈련잔여효과가 나타났다. 이외의 분절 간의 협응은 유의한 향상을 보이지 않았지만 전반적으로 수중운동 전에 비해 향상되는 경향을 나타냈다.
분석 결과, 수중운동 전에 비해 수중운동 후에 모든 높이에서 LTS의 협응과 50% 높이에서 LSF의 협응이 유의하게 향상되었다. 수중운동 후에 비해 운동중단 후에 30, 50% 높이에서 LTS의 협응이 유의하게 하락한 반면, 수중운동 전에 비해 40% 높이에서 LTS의 협응과 50% 높이에서 LSF의 협응이 유의하게 향상되었다.
분석 결과, 수중운동 전에 비해 수중운동 후에 모든 높이에서 LTS의 협응과 50% 높이에서 LSF의 협응이 유의하게 향상되었다. 수중운동 후에 비해 운동중단 후에 30, 50% 높이에서 LTS의 협응이 유의하게 하락한 반면, 수중운동 전에 비해 40% 높이에서 LTS의 협응과 50% 높이에서 LSF의 협응이 유의하게 향상되었다. 또한 수중운동 전과 운동중단 후에, 30% 높이에 비해 50% 높이에서의 TSF가 유의하게 하락하였지만, 수중운동 후에는 유의한 차이가 나타나지 않았다.
이를 위해 K 복지관에서 실시하는 수중운동 프로그램에 참여 중인 노인 11명을 대상으로 실시하였으며, 운동기간과 장애물 높이에 따른 연속상대위상을 비교하여 분절 간 협응 향상을 분석하였다. 연구 결과, 넘는 다리의 대퇴와 하퇴의 협응(LTS)은 수중운동 전에 비해 수중운동 후 유의하게 향상되었고, 40% 높이에서 훈련잔여효과가 나타났다. 또한 하퇴와 발의 협응(LSF)은 50% 높이에서 유의하게 향상되었으며, 훈련잔여효과가 나타났다.
이 연구에서는 수중운동 시 넘는 다리의 협응이 유의하게 향상되었고, 지지하는 다리 내의 협응이나 지지하는 다리와 넘는 다리 간의 협응은 유의하게 향상되지는 않았으나 전반적으로 향상되는 경향을 나타냈다. 일반적으로 노인의 보행능력 향상을 위해서 근력이나 균형성에 초점을 맞춘 운동 프로그램이 진행되어지고 있지만, 낙상의 주요원인인 장애물에 의한 낙상을 예방하기 위해서는 하지분절 간의 협응 향상에 초점을 맞춰야 한다(Krasovsky et al.
, 2008). 이 연구에서는 지지하는 다리의 대퇴와 하퇴 간(TTS) 협응은 유의하게 향상되지 않았고, 하퇴와 발 간(TSF) 협응은 수중운동 전과 운동중단 후에 30% 높이에 비해 50% 높이의 장애물을 넘을 때 유의하게 하락하였다. 또 훈련 기간에 따른 유의한 차이는 나타나지 않았지만, 전반적으로 수중운동 전과 운동중단 후에 비해 수중운동 후 지지하는 다리의 협응이 향상되는 경향을 나타냈다.
후속연구
그러나 지금까지 모든 운동 역학분야에서 수행된 훈련잔여효과에 대한 연구는 운동중지 후 근력이 어느 정도 감소되었다고 평가하는 간접적인 방법이었고(Harris, DeBeliso, Adams,Lrmischer, & Spitzer, 2007; Kalapotharakos, Smilios, Parlavatzas, & Tokmakidis, 2007; Tokmakidis, Kalapotharakos,Smilios, & Parlavatzas, 2009), 이러한 방법은 실질적으로 연구의 결과를 사용하는 노인들에게 직접적인 정보를 제공하기 못하고 있다고 생각된다. 그러므로 트레이닝 효과의 검증 시와 마찬가지로, 보다 현실적인 상황을 명확히 대변할 수 있는 상황을 설정, 적용하여 실제적으로 노인들이 훈련 종료 후 시간이 지남에 따라 낙상 상황극복 방법이 어떻게 변화하는 가를 평가, 조사할 필요가 있다고 사료된다.
Krasovsky, Lamontagne, Feldman과 Levin(2014)은 보행 시 낙상을 야기시킬 수 있는 물리적 방해(perturbation)가 발생할 경우, 노인은 이를 정상 보행으로 되돌리려는 기능이 떨어지고, 이를 예방하기 위해서는 보행 안정성보다 하지 간의 협응 향상이 중요하다고 보고하였다. 따라서 좀 더 장기적인 수중운동을 적용할 경우 지지하는 다리의 협응도 기대할 수 있다고 생각되어지며, 훈련잔여효과가 떨어지는 점을 감안하여 지속적인 프로그램을 마련하고, 참여시키는 것이 장애물에 의한 노인 낙상예방에 도움이 될 것이라고 생각된다.
이외의 분절 간의 협응은 유의한 향상을 보이지 않았지만 전반적으로 수중운동 전에 비해 향상되는 경향을 나타냈다. 이 연구 결과에 따라, 수중운동 프로그램은 노인의 장애물 보행에 필요한 하지 협응능력 발달에 긍정적인 효과를 보였지만, 지지하는 다리의 협응과 훈련잔여효과를 위해서는 좀더 장기적이고 지속적인 프로그램 진행이 필요할 것으로 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
65세 이상의 노인인구의 비율은?
65세 이상의 노인인구는 우리나라 전체인구의 11.3%(약 543만명)로 높은 비중을 차지하고 있으며(Statistics Korea, 2011a), 2030년에는 24.3%(약 1,269만명), 2060년에는 40.
노인인구가 지속적으로 증가할수록 생기는 문제점은?
1%(약 1,762만명)로 지속적으로 증가될 전망이다(Statistics Korea, 2011b). 이처럼 노인인구가 지속적으로 증가되는 추세를 나타남에 따라 노화로 인한 경제적·사회적 문제점들이 부각되고 있으며, 이를 예방하고 해결하기 위한 연구가 끊임없이 이뤄지고 있다.
노인의 상해위험도 중 가장 흔히 발생하는 상해는?
노인은 노화가 진행됨에 따라 근력 저하 및 근신경계 기능 감소로 인해 분절의 협응력이 떨어지게 되고, 자세균형능력이 감소되어 노인의 상해위험도를 증가시킨다(Hamill, van Emmerik, Heiderscheit, & Li, 1999; Winter, 1992). 특히 보행 중 낙상은 노인에게서 가장 흔히 발생되는 상해 중 하나이며, 노인의 주된 사망원인으로도 보고되고 있다(Hartholt et al., 2011).
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