근전도, 초음파와 DITI를 이용한 전기자극의 성인여성 복부비만 개선 효과 관찰 The Effects of Functional Electrical Stimulation on Abdominal Obesity Improvement of Adult Women by EMG, Ultrasound and DITI원문보기
In this study, we investigated the improvement effect of obesity by treatment with a developed low frequency electrical stimulation system. Thirty female in their 20's as an experiment subjects divided 3 groups(control, commercialized device, developed device) were treated with electrical stimulatio...
In this study, we investigated the improvement effect of obesity by treatment with a developed low frequency electrical stimulation system. Thirty female in their 20's as an experiment subjects divided 3 groups(control, commercialized device, developed device) were treated with electrical stimulation on abdomen for 4 weeks. The body weight, body mass index(BMI), waist-hip ratio(WHR), muscle strength, muscle(transverse abdominis(TrA), internal obliquus abdominis(IO), external obliquus abdominis(EO)), fat thickness and abdominal surface temperature were measured by electromyogram(EMG), ultrasound and digital infrared thermal image(DITI). In the result, the body weight and BMI were decreased. Subcutaneous abdominal fat were significantly reduced after 4 weeks. The muscle strength and TrA muscle thickness was increased 13.2%(p<0.05), and 35.5%, respectively. The fat thickness showed decrease in abdomen (p<0.05). Infrared measurement on abdominal surface temperature as a parameter of improvement in blood circulation was significantly increased(p<0.05). Therefore, the low frequency stimulation showed positive effects on parameters of the obesity improvement.
In this study, we investigated the improvement effect of obesity by treatment with a developed low frequency electrical stimulation system. Thirty female in their 20's as an experiment subjects divided 3 groups(control, commercialized device, developed device) were treated with electrical stimulation on abdomen for 4 weeks. The body weight, body mass index(BMI), waist-hip ratio(WHR), muscle strength, muscle(transverse abdominis(TrA), internal obliquus abdominis(IO), external obliquus abdominis(EO)), fat thickness and abdominal surface temperature were measured by electromyogram(EMG), ultrasound and digital infrared thermal image(DITI). In the result, the body weight and BMI were decreased. Subcutaneous abdominal fat were significantly reduced after 4 weeks. The muscle strength and TrA muscle thickness was increased 13.2%(p<0.05), and 35.5%, respectively. The fat thickness showed decrease in abdomen (p<0.05). Infrared measurement on abdominal surface temperature as a parameter of improvement in blood circulation was significantly increased(p<0.05). Therefore, the low frequency stimulation showed positive effects on parameters of the obesity improvement.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 복부 비만관리를 위한 근거중심의 효과적인 저주파 전기자극기를 개발하고 그 효과를 객관적으로 검증하기 위해 20대 복부비만 여성 30명을 대상으로 저주파자극기를 이용한 관리를 주 5회씩 4주간 시행하여 체성분, 근 활성도, 근육두께, 체표면 온도변화를 통해 복부 비만 개선효과를 관찰하였다.
본 연구에서는 전기 생리학적 기전을 고려하여 복부 비만 관리용 저주파 전기자극기기를 개발하고 개발된 전기자극 기기의 비만 개선효과를 검증하기 체성분 분석, 근전도 검사, 초음파검사, 적외선 체열측정 등을 통해 복부 비만 개선에 미치는 영향을 관찰하였다.
제안 방법
4주간의 관리 전후의 피하지방의 두께변화를 관찰하기 위해 피후지계를 사용하여 측정하였으며 측정부위는 배꼽 옆 2cm 부위로 하여 동일하게 측정되었다.
4주간의 복부 전기자극 이후의 근육 및 지방의 두께를 측정하기 위하여 초음파기기(LOGIQ Book XP, GE, USA)를 사용하였다. 측정은 누운 자세에서 다리를 45°로 세운 후 평상 시 자세(rest)에서의 측정과 호기 시 복부를 등쪽으로 끌어 당기는 느낌 정도의 힘을 준 상태(active) 두 가지 방법으로 측정하였다.
저주파 전기자극 훈련은 총 4주간 실시하였고, 일주일에 5일, 하루 30분 동안 전기자극 훈련을 실시하였다. 각 지수의 변화를 관찰하기 위하여 측정은 관리 전과 후 각각 측정하였다.
개발된 저주파 전기자극기는 복부비만을 감소 시키기 위해 요구되는 생리적 기전에 초점을 맞추어 자극 변수 즉, 주파수, 맥동기간, 단속비를 선택적으로 조정하여 개발하였다. 펌핑효과에 의한 혈액순환증진 모드, 근수축에 의한 근력강화 모드, 근피로 저항에 따른 지구력 증진 모드, 그리고 이완 모드로, 총 4가지 모드에 따라 주파수 변조 (modulation)가 이루어졌다.
개발된 저주파 전기자극기의 비만 개선효과를 관찰하기 위해 근전도(EMG: electromyogaphy)를 이용하여 복부 근육의 활성도 변화를 관찰하였으며 초음파를 이용하여 근육 및 지방의 두께의 변화를 측정하였다. 또한, 체지방측정기를 이용하여 체중, BMI 및 WHR을 측정하였으며 피지후계(Skinfold)를 이용하여 피하지방의 두께 변화를 관찰하였다.
관리 전후의 복부 체표면 온도 변화를 측정하기 위해 적외선 체열측정기(T-1000HD, Mash Co., Korea)를 시용하였다.
8% 이상인 20대 여성을 대상으로 피험자를 선택하여, 총 30명을 3그룹으로 나누어 실험을 진행하였다. 그룹 I은 대조군, 그룹 II는 기존 상용화 기기군, 그룹 III은 개발 기기군으로 나누었다. Table 2는 실험에 참여한 피검자의 정보를 보여준다.
기존 많은 전기자극기는 배곧은근(RA: Rectus Abdominis)의 양쪽 중심 즉, 근복(muscle belly) 위에 전극을 배치하여 전기자극을 하였으나, 본 개발 전기자극기의 경우 배곧은근, 배바깥빗근(EO: External Oblique), 배가로근(TA: Transverse Abdominis)의 해부학적 근육 배열 방향에 따라 근복의 양 끝의 위치한 운동점(motor point)에 전극을 배치함으로써 신경근 전기자극(NMES: Neromuscular Electrical stimulation)을 하도록 하였다.10 이는 최소의 전류로 최대의 자극 효과를 유도할 수 있어 자극 시간이 지남에 따라 나타날 수 있는 근 피로를 줄일 수 있고, 전류 강도를 높이면서 나타나는 천장효과를 낮출 수 있는 장점이 있다.
또한 대상자간 그리고 근육의 두께 변화량 비교를 위해 (수식 (2))와 같이 표준화를 실시하였다.
개발된 저주파 전기자극기의 비만 개선효과를 관찰하기 위해 근전도(EMG: electromyogaphy)를 이용하여 복부 근육의 활성도 변화를 관찰하였으며 초음파를 이용하여 근육 및 지방의 두께의 변화를 측정하였다. 또한, 체지방측정기를 이용하여 체중, BMI 및 WHR을 측정하였으며 피지후계(Skinfold)를 이용하여 피하지방의 두께 변화를 관찰하였다.
본 실험에서 복부 근육의 활성도 변화를 관찰 하기 위하여 근전도(Myosystm 1200, Noraxon Inc., USA)를 사용하였으며, 배곧은근(rectus abdominalis) 에 전극을 부착한 후 앙와위 자세(supine position) 를 취한 후 두 가지 동작으로 근 활성도를 측정하였다(Fig. 2).
)를 이용하였다. 본 연구에서 근전도 신호를 대상자간 그리고 근육 간 비교를 위해 표준화를 실시하였으며, 근전도 신호를 표준화하는 방법은 특정동작의 근수축을 기준수축 (reference voluntary contraction: RVC)로 삼아 이를 기준으로 표준화하는 %RVC 방법15을 사용하였다 (수식(1)).
저주파 전기자극 훈련은 총 4주간 실시하였고, 일주일에 5일, 하루 30분 동안 전기자극 훈련을 실시하였다. 각 지수의 변화를 관찰하기 위하여 측정은 관리 전과 후 각각 측정하였다.
첫 번째 동작은 상체를 45°만큼 들어올려 5초간 유지한 후 다시 앙와위 자세로 최대자발수축력 (MVC: maximum voluntary contraction)을 측정하였으며, 특정동작에서의 MVC비율을 측정하기 위해 두번째 동작은 상체를 날개뼈까지만 들어올려 5초간 유지-5초간 휴식의 동작을 5번 반복하여 평균을 구하였다.
체성분 변화를 관찰하기 위해 체지방측정기 (Inbody520, Biospace, Co., Korea)를 사용하였으며 체성분 측정기를 통해 체중, 체질량지수(Body mass index: BMI, 복부지방률(Waist-hip ratio: WHR)의 변화를 측정하였다.
측정은 고해상도 B-mode에서 6MHz 선형 프루브를 사용하여 측정하였다. 측정근육 부위는 rest, active 두가지 자세에서 초음파 영상 측정을 위해 초음파 겔을 피부 위에 바른 후, 우측 몸통 측면의 액와선(axillary line)을 중심으로 12번째 갈비뼈와 엉덩뼈능선(iliac crest) 중간 지점에서 전방으로 2.5㎝ 부위에 탐촉자의 중앙이 닿도록 위치시켰다. 초음파 영상 화면에서 배가로근(TrA: transverse abdominis)과 등허리막 (thoracolumbar fascia)이 만나는 근막 접합부위(muscle fascia-junction)로부터 2.
측정은 누운 자세에서 다리를 45°로 세운 후 평상 시 자세(rest)에서의 측정과 호기 시 복부를 등쪽으로 끌어 당기는 느낌 정도의 힘을 준 상태(active) 두 가지 방법으로 측정하였다.
측정을 위해 실내 온도를 21℃로 유지하여 주변온도에 의한 오차를 줄였으며 실험장소와 밖의 온도 차에 의한 피험자의 체온의 오차를 줄이기 위해 체열을 측정하기 전 20분간 실험장소에서 실내온도에 적응시켰다. 카메라와 피험자의 거리는 1m로 고정하였고, 측정 부위는 배꼽을 기준으로 세로 1cm, 가로 4cm인 직사각형으로 하여 동일하게 측정하였으며 3회 평균 온도를 구하였다.
펌핑효과에 의한 혈액순환증진 모드, 근수축에 의한 근력강화 모드, 근피로 저항에 따른 지구력 증진 모드, 그리고 이완 모드로, 총 4가지 모드에 따라 주파수 변조 (modulation)가 이루어졌다. 치료시간은 근육의 효율적인 근수축 효과가 이루어질 수 있는 30분으로 하였다.10-14 생리학적 기전을 고려한 주파수(pps), 맥동기간(duration), 단속비(on-off ratio)는 Table 1과 같다.
측정을 위해 실내 온도를 21℃로 유지하여 주변온도에 의한 오차를 줄였으며 실험장소와 밖의 온도 차에 의한 피험자의 체온의 오차를 줄이기 위해 체열을 측정하기 전 20분간 실험장소에서 실내온도에 적응시켰다. 카메라와 피험자의 거리는 1m로 고정하였고, 측정 부위는 배꼽을 기준으로 세로 1cm, 가로 4cm인 직사각형으로 하여 동일하게 측정하였으며 3회 평균 온도를 구하였다.
개발된 저주파 전기자극기는 복부비만을 감소 시키기 위해 요구되는 생리적 기전에 초점을 맞추어 자극 변수 즉, 주파수, 맥동기간, 단속비를 선택적으로 조정하여 개발하였다. 펌핑효과에 의한 혈액순환증진 모드, 근수축에 의한 근력강화 모드, 근피로 저항에 따른 지구력 증진 모드, 그리고 이완 모드로, 총 4가지 모드에 따라 주파수 변조 (modulation)가 이루어졌다. 치료시간은 근육의 효율적인 근수축 효과가 이루어질 수 있는 30분으로 하였다.
대상 데이터
개발된 저주파 전기 자극기기의 복부 비만 개선효과를 검증하기 위해 본 연구에서는 체질량지수(BMI: body mass index)가 25kg/m2 이상, 복부지방률(WHR: waist-hip ratio)가 0.8% 이상인 20대 여성을 대상으로 피험자를 선택하여, 총 30명을 3그룹으로 나누어 실험을 진행하였다. 그룹 I은 대조군, 그룹 II는 기존 상용화 기기군, 그룹 III은 개발 기기군으로 나누었다.
그룹 II는 현재 상용화 되고 있는 A사의 제품으로 훈련하였다. 기존제품은 2~120Hz, 단속비 2:1~4:1의 폭넓은 저주파 대역을 사용하여 무작위 자동변조를 한 것으로 동작하며 모드 구성은 Table 3과 같다.
그룹 I은 어떠한 훈련도 받지 않고 만성질환이 없고 최근 6개월 동안 비만과 다이어트관련 약물, 식품의 복용과 운동 등을 전혀 하지 않고 있는 10명을 선발하였다.
데이터처리
본 연구에 얻어진 자료의 분석을 위해 통계분석 프로그램인 SPSS(SPSS 16.0, Chicago, USA)를 사용하였으며, 4주간의 그룹별 종속변인의 차이 및 관리 전후 간의 유의성을 검증하기 위하여 repeated measure ANOVA를 사용하였으며, 유의수준은 p<0.05으로 하였다.
성능/효과
그룹 III에서 배가로근은 63.90±11.79%에서 4주후 81.47±15.33%으로 유의하게 증가하였으며(p<0.05), 배속빗근은 19.12±16.77%에서 30.27±14.55%로 증가하였다.
그룹 III은 BMI가 26.18±1.22kg/m2에서 25.32±1.24kg/m2로 감소하였고, WHR은 0.86±0.04%에서 0.87±0.04%로 0.46% 증가하였고, 체중은 65.40±4.46kg에서 64.78±4.82kg로 감소하였다.
그룹 II는 BMI가 27.30±1.34kg/m2에서 26.53±0.98kg/m2로 감소하였고, WHR은 0.87±0.03%에서 0.88±0.03%로 증가하였다.
그룹 II에서 배가로근은 41.92±22.62%에서 4주후 66.76±29.54%로 유의하게 증가(p<0.05)하였으나 배속빗근은 17.77±11.93%에서 15.85±10.10%, 배바깥빗근은 7.69±4.13%에서 5.84±3.99%, 지방은 9.97±6.53%에서 8.90±4.95%로 각각 두께가 감소하였다.
근전도로 관찰한 복부 근육 근활성도 변화에서 그룹 I은 실험 전에 측정한 근전도가 85.94±7.24%에서 4주 후 84.18±4.59%로 감소하였다.
또한 본 연구에서 개발된 저주파 전기자극기기를 이용한 그룹 III에서는 84.45±9.60%에서 4주 후 95.58±1.81%로 유의하게 증가하였다(p<0.05).
가장 일반적으로 사용되는 비만 진단 검사법은 Broca법, 체질양지수법(BMI), 피지후계(skinfold)법, 임피던스법(BIA), 컴퓨터 단층촬영(CT)법 등이 있다. 본 연구에서는 피지후계를 이용해 측정한 피하지방 두께는 그룹 III에서 유의하게 감소하였으며 체지방분석기를 이용한 체중, BMI, HWR 측정에서 체중, BMI는 그룹 II 및 그룹 III에서 모두 감소하였으나 유의하지 않았다.
적외선 체열진단기로 체열 진단한 결과 그룹 I 은 32.74±1.45℃에서 4주 후 32.98±1.09도로 증가하였으며, 그룹 II는 30.63±0.64℃에서 4주 후33.15 ±0.54도로 유의하게 증가하였다(p<0.05).
체지방 측정기로 측정한 BMI와 WHR, 체중 변화는 그룹 I에서는 BMI가 25.82±0.91kg/m2에서 25.80±1.36kg/m2로 감소하였고, WHR은 0.89±0.03%에서 0.88±0.04%로 감소하였다.
피지후계로 측정한 피하지방의 두께에서 그룹 I은 40.60±6.62mm에서 40.20±7.44mm로, 그룹 II은 44.75±4.66mm에서 43.50±4.50mm으로 감소하였다.
후속연구
향후 근육두께 변화와 근력변화, 지방두께 변화와 피하지방두께 변화, 혈액순환 개선과 지방분해, 지방두께 변화와 근육두께 변화의 상관관계 등의 규명이 필요하다. 또한 연구의 정확성을 높이기 위해 실험 피검자수를 확대, 관리기간을 최소 8주 이상으로 확대, 식이요법과 유산소 운동을 병행하는 등의 비만 관리에 대한 다양한 접근이 필요하다고 사료된다.
본 연구에서 사용된 복부 근력의 변화, 복부 체열변화, 근육, 지방 두께의 변화 및 체성분 변화에 미치는 영향을 관찰하였으며 이러한 지표 등은 비만개선 기기의 효과를 검증하기 위한 객관적인 측정도구로 유용하게 사용되어질 것으로 판단된다.
Kim28은 WHR을 이용하여 여러 요인들을 대입하여 비만을 분류하였는데 정확성은 60~70% 였다. 이렇듯 연구자마다 WHR에 대해 서로 상이한 결과를 보이는 것은 시술 부위와 관리 방법, 그리고 측정 방식에 따른 차이일 가능성이 높으며, 향후 비만의 지표로 WHR의 사용 시에는 비만 경감의 폭이 크거나 장기간 관찰에 사용하는 것이 더 바람직하다고 사료된다.
향후 근육두께 변화와 근력변화, 지방두께 변화와 피하지방두께 변화, 혈액순환 개선과 지방분해, 지방두께 변화와 근육두께 변화의 상관관계 등의 규명이 필요하다. 또한 연구의 정확성을 높이기 위해 실험 피검자수를 확대, 관리기간을 최소 8주 이상으로 확대, 식이요법과 유산소 운동을 병행하는 등의 비만 관리에 대한 다양한 접근이 필요하다고 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
비만관리에 대한 방법에는 무엇이 있는가?
최근 비만관리에 대한 관심이 증가되고 있으며 관리방법으로써 식사요법, 운동요법, 행동수정요법, 약물요법, 마사지요법 등이 있고, 최근에는 노폐물 제거, 영양소 및 산소 공급을 원활하게 하여 혈액순환과 신진대사를 좋게 하고 비만의 관리 등을 위해 전기자극 치료가 사용되고 있다.
비만이 문제되는 이유는?
비만(Obesity)은 골격근에서의 인슐린 저항성 증대 및 고지혈증을 포함한 심장질환을 유발할 수있을 뿐만 아니라 각종 대사성 질환을 유발하는 잠재적 위험요인으로서 국내는 물론 전세계적으로 중요한 건강 저해요소로서 문제시 되고 있다.1 특히 노인에서의 근육감소형(sarcopenia) 복부비만은허약함(frailty), 독립적인 생활의 어려움(loss of independence), 대사 및 심장 질환을 유발하여 삶의 질을 떨어뜨리고 사망률을 높이는 데 중요한 요인이 되기도 하여 복부비만에 대한 중재가 요구된다.
해부학적 근육 배열 방향에 따라 근복의 양 끝의 위치한 운동점에 전극을 배치함으로써 신경근 전기자극을 했을 때 이점은?
기존 많은 전기자극기는 배곧은근(RA: Rectus Abdominis)의 양쪽 중심 즉, 근복(muscle belly) 위에 전극을 배치하여 전기자극을 하였으나, 본 개발 전기 자극기의 경우 배곧은근, 배바깥빗근(EO: External Oblique), 배가로근(TA: Transverse Abdominis)의 해부학적 근육 배열 방향에 따라 근복의 양 끝의 위치한 운동점(motor point)에 전극을 배치함으로써 신경근 전기자극(NMES: Neromuscular Electrical stimulation)을 하도록 하였다. 10 이는 최소의 전류로 최대의 자극 효과를 유도할 수 있어 자극 시간이 지남에 따라 나타날 수 있는 근 피로를 줄일 수 있고, 전류 강도를 높이면서 나타나는 천장효과를 낮출 수 있는 장점이 있다. 배가로근은 횡방향으로 배열되어 있는데 복압을 형성하여 체간의 안정성과 척추정열, 그리고 복부둘레를 감소시켜주는 근육으로 심부에 위치해 있기 때문에11 효과적으로 자극하기 위해 전극 크기 대비 전극간 거리를 넓혔다.
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