[논문]편평족 대상자의 계단 내려가기 시 다리의 근활성도의 변화

김태호; 임진용

doi:10.15268/ksim.2014.2.3.057

문제 정의

기존 여러 연구에서는 10 mm 이상을 편평족으로 구분하였으나(Lange 등, 2004; Vicenzino 등, 2005; Wall 등, 2005), 10 mm라는 기준 경계 주변에 있는 대상자의 경우 편평족군이 될 수도 있고, 정상군이 될 수도 있으므로, 본 연구에서는 강화된 기준을 통해 편평족군을 명확하게 구분하기 위해서 15 mm 이상으로 기준을 정하여 대상자를 선정하였다 (Vicenzino 등, 1997). 계단보행은 평지보행에 비해서 하지에서 더 큰 모멘트와 관절가동범위가 필요하고, 계단을 올라 갈 때 보다는 내려갈 때 낙상의 위험이 더 크게 나타나기 때문에(Cohen, 2000), 본 연구에서는 계단 내려갈 때의 근활성도를 평가하였다.
본 연구는 편평족군 14명과 정상군 15명을 대상으로 계단을 내려가는 동작 시에 다리의 근활성도를 확인하기 위해 실시하였다. 연구결과 입각기 시에는 중둔근 후섬유의 근활성도가 편평족군에서 정상군에 비해 유의하게 낮았으며, 유각기 시에는 대퇴이두근과 전경골근이 편평족군에서 유의하게 높았다.
본 연구는 편평족군과 정상군이 계단을 내려갈 때 다리의 근활성도의 변화를 비교함으로써, 운동치료의 기초적 근거를 제시하고자 실시하였다. 편평족의 기준을 주상골 하강검사를 통해 15 mm 이상으로 하였다.
평지 보행이나 트레드밀 보행에서도 편평족의 보행분석이 중요하지만, 계단과 같이 체중부하와 다리의 힘이 보다 많이 요구되는 일상생 활동작에서의 편평족에 대한 연구는 부족한 실정이다. 본연구의 목적은 편평족을 가진 대상자들과 일반인을 계단을 내려가는 동작 시에 다리의 근활성도를 확인함으로써, 운동을 통한 편평족의 보행문제를 해결하기 위한 기초를 제시하고자 한다.

제안 방법

대상자들은 계단 내려가는 것에 익숙해지기 위해 3회 예비 연습을 한 후, 5분간 휴식을 취하고 실험을 실시하였다. 25 계단을 3회 반복하여 내려가게 하였으며, 본인이 생각하는 편안한 속도로 내려가게 하였다. 측정된 값 중에서 중간 3 계단의 값에 대한 평균값을 대표값으로 사용하였다.
전극은 은-염화 이중전극(272, Noraxon Inc, AZ, USA)을 사용하였으며, 신호 추출율은 1500 ㎐로 하였으며, 근전도 원신호를 20~450 ㎐ 대역필터와 60 ㎐ 노치(notch)필터를 통해 노이즈를 제거하였다. 각 근육별 근전도 신호를 RMS(root mean square)로 처리하였다. 근전도 자료는 Myoresearch Master 1.
계단 내려갈 때의 다리의 근육의 근활성도를 측정하기 위해서 무선 표면근전도기기(TeleMyo DTS, Noraxon Inc, AZ, USA)를 사용하였다. 전극은 은-염화 이중전극(272, Noraxon Inc, AZ, USA)을 사용하였으며, 신호 추출율은 1500 ㎐로 하였으며, 근전도 원신호를 20~450 ㎐ 대역필터와 60 ㎐ 노치(notch)필터를 통해 노이즈를 제거하였다.
계단을 내려갈 때의 두 군 간의 근활성도의 차이는 입각기(stance phase)과 유각기(swing phase)로 나누어 확인하였다. 입각기에서는 중둔근 후섬유에서 편평족군이 정상군에 비해 유의하게 낮게 나타났으며(p<.
근전도 신호는 중둔근 후섬유(gluteus medius posterior fiber), 대퇴사두근(quadriceps femoris)의 내측광근(vastus medialis oblique)과 외측광근(vastus lateralis oblique), 슬괵근(hamstring)의 반건양근(semitendinosus)과 대퇴이두근(biceps femoris), 전경골근, 비복근의 내측섬유와 외측 섬유에 전극을 부착하여 측정하였다. 중둔근 후섬유는 장골능선에서 대전자 사이 위 1/3 지점에서 뒤쪽 방향 2 cm 떨어진 지점, 대퇴사두근의 외측광근은 중심선에서 외측 사선방향으로 슬개골 위 5 cm 지점, 내측광근은 슬개골 위쪽에서 안쪽으로 2 cm 위치에서 사선방향으로 55° 지점, 슬괵근의 반건양근은 둔부선과 무릎 뒷면의 중간지점에서 가쪽으로 3 cm 떨어진 지점, 대퇴이두근은 대전자와 무릎 뒷면의 중간부위에서 가쪽으로 대퇴의 2/3 지점, 전경골근은 무릎과 발목사이의 1/4 지점에서 경골조면의 안쪽면, 비복근은 무릎 뒤쪽에서 아랫방향으로 평행한 근복에서 중심선에서 안쪽과 가쪽으로 각각 2 cm 떨어진 지점을 중심으로 도수근력검사의 최대 근수축 시 가장 두드러진 근복에 근전도 전극을 부착하였다(Cram 등, 1998).
편평족의 기준을 주상골 하강검사를 통해 15 mm 이상으로 하였다. 기존 여러 연구에서는 10 mm 이상을 편평족으로 구분하였으나(Lange 등, 2004; Vicenzino 등, 2005; Wall 등, 2005), 10 mm라는 기준 경계 주변에 있는 대상자의 경우 편평족군이 될 수도 있고, 정상군이 될 수도 있으므로, 본 연구에서는 강화된 기준을 통해 편평족군을 명확하게 구분하기 위해서 15 mm 이상으로 기준을 정하여 대상자를 선정하였다 (Vicenzino 등, 1997). 계단보행은 평지보행에 비해서 하지에서 더 큰 모멘트와 관절가동범위가 필요하고, 계단을 올라 갈 때 보다는 내려갈 때 낙상의 위험이 더 크게 나타나기 때문에(Cohen, 2000), 본 연구에서는 계단 내려갈 때의 근활성도를 평가하였다.
계단은 일반 건물의 계단으로 각 계단의 높이는 20 cm이며, 총 계단의 수는 25 계단이다. 대상자들은 계단 내려가는 것에 익숙해지기 위해 3회 예비 연습을 한 후, 5분간 휴식을 취하고 실험을 실시하였다. 25 계단을 3회 반복하여 내려가게 하였으며, 본인이 생각하는 편안한 속도로 내려가게 하였다.
표면근전도 신호의 개인차와 개인내 부위별 차이를 최소화 하기 위해 근전도 신호를 정량화하였다. 정량화방법은 도수근력검사로 최대등척성수축 (maximal voluntary isometric contraction; MVIC)을 각 근육별로 5초간 측정하여 처음 1초와 마지막 1초를 제외한 중간 3초 동안의 평균 근전도 신호량을 3회 반복하여 평균값을 기준으로 계단 내려갈 때의 신호를 %MVIC로 사용하였다. 각 근육의 MVIC 측정은 Kendall의 방법에 따라 실시하였다(Kendall 등, 2005).
평편족군은 자신이 편평발이라고 생각하는 학생 40명을 지원 받아서 주상골 하강검사 (navicular drop test)를 통해 15 mm 이상이 되는 14명을 선정하였다(Vicenzino 등, 1997). 주상골 하강검사는 두 발 모두 하였으며, 두 발 중에서 더 큰 값을 가진 발을 실험 시 측정하였다. 정상군(normal foot) 대상자는 신경학적인 병력이 없고 보행에 문제가 없으며, 주상골 하강검 사에서 10 mm 미만인 일반 성인 15명으로 하였다.
측정된 값 중에서 중간 3 계단의 값에 대한 평균값을 대표값으로 사용하였다. 측정하고자 하는 발의 뒤꿈치 중심부와 첫번째 중족골 아래에 foot switch를 부착하여 보행 시 입각기와 유각기를 구분하였다.
본 연구는 편평족군과 정상군이 계단을 내려갈 때 다리의 근활성도의 변화를 비교함으로써, 운동치료의 기초적 근거를 제시하고자 실시하였다. 편평족의 기준을 주상골 하강검사를 통해 15 mm 이상으로 하였다. 기존 여러 연구에서는 10 mm 이상을 편평족으로 구분하였으나(Lange 등, 2004; Vicenzino 등, 2005; Wall 등, 2005), 10 mm라는 기준 경계 주변에 있는 대상자의 경우 편평족군이 될 수도 있고, 정상군이 될 수도 있으므로, 본 연구에서는 강화된 기준을 통해 편평족군을 명확하게 구분하기 위해서 15 mm 이상으로 기준을 정하여 대상자를 선정하였다 (Vicenzino 등, 1997).
표면근전도 신호에 대한 피부저항을 최소화시키기 위해 부착부위에 가는 사포로 2~3회 문질러 피부 각질을 제거한 후, 소독용 알코올 솜으로 피부지방을 제거하고 전극을 피부에 부착하였다. 표면근전도 신호의 개인차와 개인내 부위별 차이를 최소화 하기 위해 근전도 신호를 정량화하였다. 정량화방법은 도수근력검사로 최대등척성수축 (maximal voluntary isometric contraction; MVIC)을 각 근육별로 5초간 측정하여 처음 1초와 마지막 1초를 제외한 중간 3초 동안의 평균 근전도 신호량을 3회 반복하여 평균값을 기준으로 계단 내려갈 때의 신호를 %MVIC로 사용하였다.

대상 데이터

각 근육의 MVIC 측정은 Kendall의 방법에 따라 실시하였다(Kendall 등, 2005). 계단은 일반 건물의 계단으로 각 계단의 높이는 20 cm이며, 총 계단의 수는 25 계단이다. 대상자들은 계단 내려가는 것에 익숙해지기 위해 3회 예비 연습을 한 후, 5분간 휴식을 취하고 실험을 실시하였다.
본 연구는 대구의 D대학의 학생 29명을 대상으로 실시하였다. 연구대상자들에게 실험의 목적과 방법에 대한 충분한 설명을 하였으며, 실험에 자발적 참여의사를 위한 서면동의서를 받았다.
계단 내려갈 때의 다리의 근육의 근활성도를 측정하기 위해서 무선 표면근전도기기(TeleMyo DTS, Noraxon Inc, AZ, USA)를 사용하였다. 전극은 은-염화 이중전극(272, Noraxon Inc, AZ, USA)을 사용하였으며, 신호 추출율은 1500 ㎐로 하였으며, 근전도 원신호를 20~450 ㎐ 대역필터와 60 ㎐ 노치(notch)필터를 통해 노이즈를 제거하였다. 각 근육별 근전도 신호를 RMS(root mean square)로 처리하였다.
주상골 하강검사는 두 발 모두 하였으며, 두 발 중에서 더 큰 값을 가진 발을 실험 시 측정하였다. 정상군(normal foot) 대상자는 신경학적인 병력이 없고 보행에 문제가 없으며, 주상골 하강검 사에서 10 mm 미만인 일반 성인 15명으로 하였다. 평편 족군은 남자 6명, 여자 8명이였으며, 정상군은 남자 9명, 여자 6명이였다.
정상군(normal foot) 대상자는 신경학적인 병력이 없고 보행에 문제가 없으며, 주상골 하강검 사에서 10 mm 미만인 일반 성인 15명으로 하였다. 평편 족군은 남자 6명, 여자 8명이였으며, 정상군은 남자 9명, 여자 6명이였다. 두 군 간의 동질성을 확인하기 위해 T-검정을 실시하였으며, 대상자의 일반적 특징은 Table 1과 같다.
연구대상자들에게 실험의 목적과 방법에 대한 충분한 설명을 하였으며, 실험에 자발적 참여의사를 위한 서면동의서를 받았다. 평편족군은 자신이 편평발이라고 생각하는 학생 40명을 지원 받아서 주상골 하강검사 (navicular drop test)를 통해 15 mm 이상이 되는 14명을 선정하였다(Vicenzino 등, 1997). 주상골 하강검사는 두 발 모두 하였으며, 두 발 중에서 더 큰 값을 가진 발을 실험 시 측정하였다.

데이터처리

평편 족군은 남자 6명, 여자 8명이였으며, 정상군은 남자 9명, 여자 6명이였다. 두 군 간의 동질성을 확인하기 위해 T-검정을 실시하였으며, 대상자의 일반적 특징은 Table 1과 같다.
편평족군과 정상군의 계단 내려갈 시 다리 근육의 근활성도의 차이를 확인하고, 입각기 시 다리의 내측과 외측에 있는 근섬유의 활성비의 차이를 알아보기 위해서 독립 T-검정(independent T-test)를 실시하였다. 유의수준 α=.

이론/모형

정량화방법은 도수근력검사로 최대등척성수축 (maximal voluntary isometric contraction; MVIC)을 각 근육별로 5초간 측정하여 처음 1초와 마지막 1초를 제외한 중간 3초 동안의 평균 근전도 신호량을 3회 반복하여 평균값을 기준으로 계단 내려갈 때의 신호를 %MVIC로 사용하였다. 각 근육의 MVIC 측정은 Kendall의 방법에 따라 실시하였다(Kendall 등, 2005). 계단은 일반 건물의 계단으로 각 계단의 높이는 20 cm이며, 총 계단의 수는 25 계단이다.

성능/효과

본 연구는 편평족군 14명과 정상군 15명을 대상으로 계단을 내려가는 동작 시에 다리의 근활성도를 확인하기 위해 실시하였다. 연구결과 입각기 시에는 중둔근 후섬유의 근활성도가 편평족군에서 정상군에 비해 유의하게 낮았으며, 유각기 시에는 대퇴이두근과 전경골근이 편평족군에서 유의하게 높았다. 임상현장에서 편평족 대상자들에게 보행 시 외반 스트레스를 줄여주기 위해서는 중둔근의 후섬유를 선택적으로 강화시켜서, 보행 시 입각기에 고관절이 내회전 되지 않도록 훈련함으로써 다리의 바른 정렬을 유지 할 수 있도록 해야 할 것이다.
연구결과 입각기에서 중둔근 후섬유의 근활성도가 편평족군이 정상군에 비해 유의하게 낮게 나타났다. 중둔근은 주된 고관절 외전근육이다.
입각기 시 다리의 내측과 외측에 있는 근섬유의 활성비를 알아보기 위해서 대퇴사두근의 내측광근과 외측광근, 슬괵근의 반건양근과 대퇴이두근, 비복근의 내측섬유와 외측섬유의 비율을 확인하였으나 유의한 차이가 없었다 (p>.05)(Table 3).

후속연구

편평발 대상자에서 하지의 외반 스트레스를 유발하는 여러 원인 중에서 내측과 외측의 근육불균형이 이에 기여할 것으로 생각되고, 또한 편평발이 나타나면 하지의 내측과 외측의 근육불균형이 올 것으로 생각되어 확인하였으나, 본 연구에서는 위의 근육에서는 두 군 간의 차이는 없었다. 다리 앞뒤에 부착된 근육보다는 회전에 직접 관여하는 근육의 불균형을 확인하는 것이 앞으로 필요할 것으로 사료된다.
본 연구의 제한점으로는 보행 자체가 개인간 변이가 큰 활동인데, 계단보행의 경우 개개인의 습관화된 특성이 다양하여 29명 정도의 대상자에 대한 연구결과로 계단보행의 특성을 비교하는 것은 일반화에 제한적이며, 분석 시근활성도와 함께 동작분석을 통한 관절 각도의 변화와 함께 평가하여 각 시점별 근활성도와 관절 각도를 확인하지 못하였다. 앞으로의 연구에서는 이러한 부분을 보완하여 계단 보행시의 운동학적 및 운동형상학적 분석을 통해 운동치료적 근거를 제시하는 것이 필요할 것으로 사료된다.
본 연구의 제한점으로는 보행 자체가 개인간 변이가 큰 활동인데, 계단보행의 경우 개개인의 습관화된 특성이 다양하여 29명 정도의 대상자에 대한 연구결과로 계단보행의 특성을 비교하는 것은 일반화에 제한적이며, 분석 시근활성도와 함께 동작분석을 통한 관절 각도의 변화와 함께 평가하여 각 시점별 근활성도와 관절 각도를 확인하지 못하였다. 앞으로의 연구에서는 이러한 부분을 보완하여 계단 보행시의 운동학적 및 운동형상학적 분석을 통해 운동치료적 근거를 제시하는 것이 필요할 것으로 사료된다.

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	어떤 상태일 때 편평족이라고 합니까?	편평족((flatfoot or pes planus)은 내측 종아치가 만성적 이거나 또는 비정상적으로 낮아진 상태를 말한다(Kitaoka 등, 1998). 편평족에서는 거골하관절의 과도한 회내에 의해서 족저근막이 과신장되게 되고, 이로 인해 하족부의 외번(eversion)이 나타난다.
	편평족은 무엇으로 위중도를 측정합니까?	편평족을 강직성 또는 선천성 편평족과 유연성 또는 후천성 편평족으로 구분할 수 있다(Flemister 등, 2007; Magee, 2013). 후족 외반(valgus)과 전족 내번(inversion)의 운동성에 따라 경도, 중등도, 중도로 분류하기도 한다(Magee, 2013). 강직성 또는 선천성 편평족은 뼈나 관절의 형성이상으로 나타 나는 경우가 대부분으로 수술 등의 교정을 필요로 한다.
	내측 종아치는 어떤 역할을 합니까?	특히 내측 종아치(medial longitudinal arch)과 횡아치(transverse arch)는 발의 충격흡수와 안정 감을 제공하는 중요한 신체의 구조이다(Neumann, 2010). 내측 종아치는 종골, 주상골, 설상골, 내측 중족골 등으로 오목한 발등을 만들면서 신체활동 시 일어나는 체중부하에 의한 충격을 흡수하는 역할을 한다(Tome 등, 2006). 발의 충격을 줄여주는 다른 구조로 발의 지방패드, 표층 족저근막(plantar fascia), 첫째 발가락 기저부의 종자골 등이 있다.

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