기능적 발목 불안정성시 하지 근피로에 의한 동적균형이 족저압에 미치는 영향 The Effect of the Plantar Pressure on Dynamic Balance by Fatigue of Leg in the Subjects with Functional Ankle Instability원문보기
본 연구는 기능적 발목 불안정성시 하지 근피로도에 따른 동적균형이 족저압에 미치는 영향에 대해 알아보고자 하였다. 본 연구는 설문조사를 통해 기능적 발목 불안정성으로 진단된 14명의 발목불안정집단과 16명의 발목안정집단 총 30명을 대상으로 실시하였다. 하지의 근피로는 Biodex system III, 족저압은 Zebris FDM-S system으로 측정하였고, 한발로 점프 후 착지 검사로 동적균형을 실시하였다. 동적균형시 족저압 분포비율은 발목불안정집단의 전족부(p2, p3, p4)에서 높게 나타났다(p<0.05). 동적균형시 근피로 유발 전후 족저압 분포 비율은 발목 불안정집단에서 발목 안정집단보다 전족부(p2, p3, p4)와 외측 중족부(p6)에서 유의하게 높았으나 종골부(p7)에서는 낮았다(p<0.05). 동적균형시 족저압 중심(CoP)의 전후이동거리(AP)와 좌우이동 폭(ML)은 발목 불안정집단이 발목 안정집단에 비해 근피로 유발 전보다 유발 후 유의하게 길었다(p<0.05). 기능적 발목불안정시 하지 근피로도에 따른 동적균형은 족저압 분포와 족저압 중심이동에 영향을 준 것으로 사료된다. 향후, 기능적 발목 불안정이 있는 다양한 연령대를 대상으로 족저압 차이를 객관화, 척도화 시키는 연구가 이루어져야 할 것으로 사료된다.
본 연구는 기능적 발목 불안정성시 하지 근피로도에 따른 동적균형이 족저압에 미치는 영향에 대해 알아보고자 하였다. 본 연구는 설문조사를 통해 기능적 발목 불안정성으로 진단된 14명의 발목불안정집단과 16명의 발목안정집단 총 30명을 대상으로 실시하였다. 하지의 근피로는 Biodex system III, 족저압은 Zebris FDM-S system으로 측정하였고, 한발로 점프 후 착지 검사로 동적균형을 실시하였다. 동적균형시 족저압 분포비율은 발목불안정집단의 전족부(p2, p3, p4)에서 높게 나타났다(p<0.05). 동적균형시 근피로 유발 전후 족저압 분포 비율은 발목 불안정집단에서 발목 안정집단보다 전족부(p2, p3, p4)와 외측 중족부(p6)에서 유의하게 높았으나 종골부(p7)에서는 낮았다(p<0.05). 동적균형시 족저압 중심(CoP)의 전후이동거리(AP)와 좌우이동 폭(ML)은 발목 불안정집단이 발목 안정집단에 비해 근피로 유발 전보다 유발 후 유의하게 길었다(p<0.05). 기능적 발목불안정시 하지 근피로도에 따른 동적균형은 족저압 분포와 족저압 중심이동에 영향을 준 것으로 사료된다. 향후, 기능적 발목 불안정이 있는 다양한 연령대를 대상으로 족저압 차이를 객관화, 척도화 시키는 연구가 이루어져야 할 것으로 사료된다.
Purpose : The present study was aimed at investigating the plantar pressure on dynamic balance of subjects with functional ankle instability following fatigue of lower leg. Methods : The subjects(30 university students) were divided into 2 groups ; functional ankle instability group(7males and 7fema...
Purpose : The present study was aimed at investigating the plantar pressure on dynamic balance of subjects with functional ankle instability following fatigue of lower leg. Methods : The subjects(30 university students) were divided into 2 groups ; functional ankle instability group(7males and 7females) and ankle stable group(9males & 7females) who could evaluate questionnaire. All the participants were evaluated muscle fatigue of lower leg by Biodex system III and distribution of plantar pressure by Zebris FDM-S system, The dynamic balance was tested by single-leg jump landing. This study were to measure of plantar pressure on dynamic balance with the difference between FAIG and control group following muscle fatigue. Results : In functional ankle instability group(FAIG), the post-fatigue was significantly higher than pre-fatigue in forefoot(p2,p3,p4) of plantar pressure on dynamic balance(p<0.05). The FAIG was significantly higher than the ASG in forefoot(p2, p3, p4) & lat midfoot(p6) of plantar pressure after fatigue in dynamic balance(p<0.05). The FAIG was significantly longer than the ASG in anteroposterior(AP) & mediolateral(ML) distance on center of pressure(CoP) after fatigue in dynamic balance(p<0.05). Conclusion : This study showed that FAIG were effected plantar pressure and center of pressure(CoP) by dynamic balance following muscle fatigue. Further study is needed to measure various age & work with ankle instability for clinical application.
Purpose : The present study was aimed at investigating the plantar pressure on dynamic balance of subjects with functional ankle instability following fatigue of lower leg. Methods : The subjects(30 university students) were divided into 2 groups ; functional ankle instability group(7males and 7females) and ankle stable group(9males & 7females) who could evaluate questionnaire. All the participants were evaluated muscle fatigue of lower leg by Biodex system III and distribution of plantar pressure by Zebris FDM-S system, The dynamic balance was tested by single-leg jump landing. This study were to measure of plantar pressure on dynamic balance with the difference between FAIG and control group following muscle fatigue. Results : In functional ankle instability group(FAIG), the post-fatigue was significantly higher than pre-fatigue in forefoot(p2,p3,p4) of plantar pressure on dynamic balance(p<0.05). The FAIG was significantly higher than the ASG in forefoot(p2, p3, p4) & lat midfoot(p6) of plantar pressure after fatigue in dynamic balance(p<0.05). The FAIG was significantly longer than the ASG in anteroposterior(AP) & mediolateral(ML) distance on center of pressure(CoP) after fatigue in dynamic balance(p<0.05). Conclusion : This study showed that FAIG were effected plantar pressure and center of pressure(CoP) by dynamic balance following muscle fatigue. Further study is needed to measure various age & work with ankle instability for clinical application.
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문제 정의
이와 같이 근피로시 자세균형과 족저압에 대한 여러 선행연구들은 있지만 기능적 발목 불안정시 하지 근피로에 의한 동적 균형이 족저압 분포에 미치는 영향에 대해서 아직까지 명확하게 밝혀진 바가 없다. 따라서 기능적 발목 불안정성이 있는 경우 근피로에 따른 동적균형이 족저압 분포에 미치는 영향을 알아보고 향후 효과적인 재활치료의 기초 자료를 제시하고자 본 연구를 실시하였다.
이 중 족압판은 지지하고 있는 바닥과 발의 상호관계를 평가하는데 사용되는데 지면반발력의 수직력(vertical force)과 전단력(shear force)으로 인한 족저압과 족저압 중심의 전후와 내외측 이동 등 족저압 분포의 변화에 대한 다양한 정보를 제공한다[37]. 따라서 본 연구에서는 족압판을 이용하여 기능적 발목 불안정시 근피로가 동적균형시 바닥과 발바닥에 미치는 압력분포와 족저압 중심 이동에 대한 자료를 제시하고자 하였다.
제안 방법
최대 우력(peak torque)은 각속도 60°/sec에서 계속하여 5번 최대한 수축(maximal voluntary contraction)으로 결정하였다. 2분 휴식 후 최대 우력이 50% 이하로 떨어질 때 까지 계속하여 반복하여 실시하여 근피로를 유발시켰다.
midfoot; p6), 종골부(heel; p7)의 7개 지점에서 측정하였고, 각 부위의 크기는 일정하게 5×4㎠으로 설정하였다[그림 2]. 50Hz의 주파수로 1초에 10 frame의 자료를 통해서 전족부와 후족부의 족저 압력 분산정도와 동요 면적값을 검사하였고, 각 자세에서 2회 반복 측정하여 평균값을 산출하였다. 또한 각 평균 족저압(average foot pressure(N/㎠)) 값을 대푯값으로 하고, 그것을 표준 족저압(average foot pressure/total foot pressure(%)) 값으로 환산해서 자료분석에 이용하였다.
감지발판의 중심에서 70cm 떨어진 곳에 서서 최대 점프 높이의 50∼60%로 우성 다리로 점프한 후 가능한 한 10초 동안 한쪽 다리로 서서 균형을 유지하였는데 첫 3초 동안의 값을 측정값으로 설정하였다.
본 연구의 대상은 E대학교 재학생들 중 과거병력, 문진, 이학적 검사, 설문조사를 통해 기능적 발목관절 불안정성으로 진단된 발목불안정집단(ankle instability group) 14명과 발목안정집단(ankle stable group) 16명, 총 30명을 대상으로 신장, 체중 및 연령 등을 고려해 각 집단에 무선 배정하여 하였고 두 집단 간에는 유의한 차이는 없었다[표 1]. 기능적 발목불안정성은 이전 연구[5][21]를 근거로 작성한 설문지(questionnaire)를 통하여 주관적으로 평가한 항목 중 2번 이상의 발목염좌 발생빈도[22], 울퉁불퉁한 표면에서 달리기의 어려움[23], 운동 중 커팅과 점핑의 어려움이 있는 경우[24], 휘청거리는 느낌[4], 통증유발 정도[25], 발목불안정 정도[2]의 6가지 항목 중 3가지 이상 해당하는 경우를 기능적 발목 불안정성이 있는 것으로 판정하였다. 또한 재발성 발목관절 염좌, 만성적인 동통 또는 만성발목관절 염좌 환자 중 최근 마지막 부상이 최소 3개월 전 이었고, 검사 당시 완전한 체중지지가 가능한 환자를 대상으로 하였으나 검사 당시 부종이 있거나, 수술을 받았거나, 동반된 하지 골절이 있는 대상자는 제외하였다.
감지발판의 중심에서 70cm 떨어진 곳에 서서 최대 점프 높이의 50∼60%로 우성 다리로 점프한 후 가능한 한 10초 동안 한쪽 다리로 서서 균형을 유지하였는데 첫 3초 동안의 값을 측정값으로 설정하였다. 또한 각 자세가 끝날 때마다 30초간의 휴식을 주었고, 각 자세마다 2회 반복 측정하여 평균값을 산출하였다[그림 1].
50Hz의 주파수로 1초에 10 frame의 자료를 통해서 전족부와 후족부의 족저 압력 분산정도와 동요 면적값을 검사하였고, 각 자세에서 2회 반복 측정하여 평균값을 산출하였다. 또한 각 평균 족저압(average foot pressure(N/㎠)) 값을 대푯값으로 하고, 그것을 표준 족저압(average foot pressure/total foot pressure(%)) 값으로 환산해서 자료분석에 이용하였다.
또한 실험대상자는 발목불안정집단과 발목 안정집단 모두 우성(dominance)인 다리로 제한하였다[5]. 또한 모든 피험자들에게는 실험 전 연구의 취지와 절차에 대해 충분히 설명하고, 자발적 동의를 얻어 실험을 실시하였다.
본 연구에서 동적 균형시 족저 압력 분산도와 족저압 중심 이동 경로를 측정하기 위하여 Zebris FDM-S system(Cronbach's α = 0.76)을 사용하였는데 감지기가 포함된 69×40×2.5㎝ 크기의 감지 발판에 USB cable을 통하여 자료를 측정하였다[28][29].
본 연구에서 실시한 동적 균형(dynamic balance)은 한발로 점프 후 착지 검사(single-leg jump landing test)를 실시하였다. 하지의 근피로(muscle fatigue)는 Biodex system Ⅲ(USA)으로, 각 자세에서의 족저압(plantar pressure)은 Zebris FDM-S system(Germany)으로 측정하였다.
최대 우력(peak torque)은 각속도 60°/sec에서 계속하여 5번 최대한 수축(maximal voluntary contraction)으로 결정하였다.
측정된 자료는 software Win FDM으로 분석하는데 각 자세에서 족저압 분석을 위해 족저를 엄지발가락(big toe; p1), 내측 전족부(medial forefoot)에 해당하는 제1 중족부(1st metatarsal; p2), 중앙 전족부(middle forefoot)에 해당하는 제2∼3 중족부(2nd∼3rd metatarsal; p3), 외측 전족부(lateral forefoot)에 해당하는 제4∼5 중족부(4∼5th metatarsal; p4), 내측 중앙부(med. midfoot; p5), 외측 중앙부(lat. midfoot; p6), 종골부(heel; p7)의 7개 지점에서 측정하였고, 각 부위의 크기는 일정하게 5×4㎠으로 설정하였다[그림 2].
피험자는 앉은 자세에서 검사를 실시할 다리의 고관절을 70°로 굴곡시키고 무릎은 90° 굴곡하여 앉은 자세에서 시행하였다.
하지의 구심성 기능을 검사하는 방법으로 무릎관절을 90°에서 0°까지 다시 0°에서 90°까지 움직이도록 하여 무릎관절 중심으로 신전과 굴곡운동을 실시하였다.
본 연구에서 실시한 동적 균형(dynamic balance)은 한발로 점프 후 착지 검사(single-leg jump landing test)를 실시하였다. 하지의 근피로(muscle fatigue)는 Biodex system Ⅲ(USA)으로, 각 자세에서의 족저압(plantar pressure)은 Zebris FDM-S system(Germany)으로 측정하였다.
대상 데이터
본 연구의 대상은 E대학교 재학생들 중 과거병력, 문진, 이학적 검사, 설문조사를 통해 기능적 발목관절 불안정성으로 진단된 발목불안정집단(ankle instability group) 14명과 발목안정집단(ankle stable group) 16명, 총 30명을 대상으로 신장, 체중 및 연령 등을 고려해 각 집단에 무선 배정하여 하였고 두 집단 간에는 유의한 차이는 없었다[표 1]. 기능적 발목불안정성은 이전 연구[5][21]를 근거로 작성한 설문지(questionnaire)를 통하여 주관적으로 평가한 항목 중 2번 이상의 발목염좌 발생빈도[22], 울퉁불퉁한 표면에서 달리기의 어려움[23], 운동 중 커팅과 점핑의 어려움이 있는 경우[24], 휘청거리는 느낌[4], 통증유발 정도[25], 발목불안정 정도[2]의 6가지 항목 중 3가지 이상 해당하는 경우를 기능적 발목 불안정성이 있는 것으로 판정하였다.
데이터처리
0 통계프로그램을 이용하여 기술 통계치를 산출하였다. 하지 근피로도 유발 후 발목 안정집단과 발목 불안정집단 간의 동적 균형에 따른 각 족저압의 차이를 보기위해 짝비교 t 검정(paired t-test)을 실시하였고, 각 집단 간의 차이를 보기위해 독립표본 t 검정(Independent samples t-test)을 실시하였다. 모든 변인에 대한 통계적 유의수준은 α =0.
이론/모형
동적 균형을 검사하기 위하여 한발로 점프 후 착지 검사(single leg jump landing test)를 실시하였다[26][27]. 감지발판의 중심에서 70cm 떨어진 곳에 서서 최대 점프 높이의 50∼60%로 우성 다리로 점프한 후 가능한 한 10초 동안 한쪽 다리로 서서 균형을 유지하였는데 첫 3초 동안의 값을 측정값으로 설정하였다.
본 연구에서 하지의 근피로를 유발시키기 위해 Biodex SystemⅢ isokinetic dynamometer(Biodex Medical System, USA)를 이용하였다[10]. 피험자는 앉은 자세에서 검사를 실시할 다리의 고관절을 70°로 굴곡시키고 무릎은 90° 굴곡하여 앉은 자세에서 시행하였다.
성능/효과
(CoP)의 이동경로 동적 균형시 두 집단 간 족저압 중심(CoP)의 전후이동거리(AP)와 좌우이동 폭(ML)은 근피로 유발 전보다 유발 후 발목 불안정집단이 발목 안정집단보다 유의하게 길었다(p<0.05)[표 5].
각 집단에서 동적균형시 족저압 중심(CoP)의 전후이동거리(AP)와 좌우이동 폭(ML)은 근피로 유발 전보다 유발 후 발목불안정집단에서 유의하게 길었으나(p<0.05).
Ⅴ. 결론
결론적으로 본 연구는 기능적 발목 불안정에서 동적 균형시 족저압 분포 비율은 발목 안정집단보다 전족부(p2, p3, p4)와 외측 중족부(p6)에서 유의하게 높았으나 종골부(p7)에서는 낮았다. 또한 외측 중족부에서 족저압 중심(CoP)의 전후이동거리(AP)와 좌우이동 폭(ML)이 유의하게 길게 나타난 것은 자세유지를 하는데 활성화되는 근력에 더 큰 영향을 받는 것으로 보인다.
동적 균형시 두 집단간 족저압 분포 비율은 근피로 유발 전보다 유발 후 발목 불안정집단이 발목 안정집단보다 전족부(p2, p3, p4)와 외측 중족부(p6)에서 유의하게 높았으나 종골부(p7)에서는 낮았다(p<0.05)[표 3].
Coventry 등[39]은 근피로 후 한발로 뛰고 착지 동안 고관절과 무릎 굴곡은 증가하고, 발목 족저굴곡은 감소하는데 고관절 신전근을 사용하여 기계적 에너지 흡수를 더 용이하게 하여 근위 근육의 활동을 재분배하고, 운동학적 변화를 통해 하지가 피로에 잘 적응할 수 있게 한다고 하였다. 본 연구에서 기능적 발목 불안정성 경우 동적 균형이 족저압 분포에 미치는 영향을 평가하기 위해 한발로 점프 후 착지(single-leg jump landing)를 실시한 결과 발목불안정집단에서 근피로 유발 전보다 유발 후 족저압분포는 전족부(p2, p3, p4)에서 유의하게 높았고, 발목 불안정집단에서 발목안정집단보다 전족부(p2, p3, p4)와 외측 중족부(p6)에서 유의하게 높았으나 종골부(p7)에서는 낮았다. 이는 Augustsson 등[40]의 연구에서와 같이 근피로 후 한발로 뛰고 착지 동안 하지 안정을 유지하기 위해 무릎굴곡은 증가하고 무릎 움직임은 감소하는데 근피로시 대퇴사두근 원심성 수축 약화를 보상하기 위해 발목관절의 움직임이 증가한 것으로 보인다.
Gribble과 Hertel[20]은 발목 불안정성인 경우 피로를 유발하고 동적 자세조절시 전후와 내측 방향으로 구간속도가 감소되었다고 하였고, Brown 등[42]은 발목 불안정성이 있는 경우 동적체중이동(rhythmic weight shift)시 전후 방향이 아닌 내외측 방향으로 구간속도와 방향조절력이 감소되어 좌우 방향의 흔들림이 나타난다고 하였다. 본 연구에서는 근피로유발 후 동적 균형시 족저압 중심(CoP)의 전후이동거리(AP)와 좌우이동 폭(ML)은 발목 불안정군이 발목 안정군에 비해 유의하게 길었다. 이는 Willems 등[43]의 연구와 같이 전후이동거리(AP)가 긴 것은 앞으로 점프와 착지시 무릎 가까이 있는 무게 중심선이 고관절쪽으로 이동하면서 대퇴사두근과 전경골근에 저항이 가해져 자세유지를 하고, 대퇴이두근은 슬관절 굴곡시에 고관절에는 길항근으로 작용하고 슬관절에는 협동근으로 작용하여, 체중이 앞으로 이동시 활성화되는 근육이 약화된 것으로 사료된다.
후속연구
또한 외측 중족부에서 족저압 중심(CoP)의 전후이동거리(AP)와 좌우이동 폭(ML)이 유의하게 길게 나타난 것은 자세유지를 하는데 활성화되는 근력에 더 큰 영향을 받는 것으로 보인다. 따라서 향후 기능성 발목관절 불안정 환자의 재활 프로그램 계획시 각 자세에 따른 고유수용성감각과 선택적 근력강화의 기초자료로 제시할 수 있을 것으로 사료된다.
이와 같이 기능적 불안정시 동적 균형자세에 따라 관여하는 족저압과 족저압 중심이동 분석을 통해 재활훈련시 발목을 안정화에 기여하는 근육을 강화하고, 균형감각훈련을 통해 발바닥에 가해지는 압력을 미리 분산시켜 발목 재손상을 예방할 수 있을 것으로 본다. 본 연구의 제한점은 족저압 측정시 적은 피험자를 대상으로 실험을 했고, 각 개인 신체상의 차이로 인한 오차로 인해 객관화하기에 어려움이 있었다. 향후, 기능적 발목불안정이 있는 남녀간 비교, 다양한 연령대와 직업들을 대상으로 발목불안정시 족저압 차이를 객관화, 척도화시키는 연구가 이루어져야 할 것으로 사료된다.
이와 같이 기능적 불안정시 동적 균형자세에 따라 관여하는 족저압과 족저압 중심이동 분석을 통해 재활훈련시 발목을 안정화에 기여하는 근육을 강화하고, 균형감각훈련을 통해 발바닥에 가해지는 압력을 미리 분산시켜 발목 재손상을 예방할 수 있을 것으로 본다. 본 연구의 제한점은 족저압 측정시 적은 피험자를 대상으로 실험을 했고, 각 개인 신체상의 차이로 인한 오차로 인해 객관화하기에 어려움이 있었다.
본 연구의 제한점은 족저압 측정시 적은 피험자를 대상으로 실험을 했고, 각 개인 신체상의 차이로 인한 오차로 인해 객관화하기에 어려움이 있었다. 향후, 기능적 발목불안정이 있는 남녀간 비교, 다양한 연령대와 직업들을 대상으로 발목불안정시 족저압 차이를 객관화, 척도화시키는 연구가 이루어져야 할 것으로 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
근피로가 관절위치감각에 영향을 끼치는 이유는?
피로에 의한 운동조절능력 감소는 고유수용성감각의결함으로 나타나고, 근육반응과 균형능력을 저하시키기 때문에 관절안정성 저하와 부상빈도의 증가로 이어질 수 있다[7]. 또한 하지의 과도한 운동으로 인한 근피로는 근수용체의 효율성 소실과 관절낭 수용체의 민감성을 증가시켜 관절위치감각에 영향을 미친다[8]. 이러한 근피로는 고유수용감각과 관절운동성 저하를 초래하고[9], 근방추 역치를 증가시켜 구심성 되먹임을 방해하여 관절자각도를 변화시킨다[10].
발목불안정성이 초래되면 어떤 문제들이 있는가?
발목 염좌 후 약 40％의 환자에서 해부학적 불안정성, 발목관절의 고유수용감각의 저하, 비골근의 위약 등기능적 발목불안정성(functional ankle instability: FAI)을 초래한다[1-3]. 이러한 기능적 발목 불안정시 자세 조절 결함 때문에 반복적인 불안정성과 휘청거림을 경험한다[4]. 또한 불규칙한 지면을 걸을 때, 한 발로 축을 잡고 회전할 때, 갑작스런 방향전환이나 급정지할 때, 점프 후 착지할 때 주로 발생하며 다른 부상의 위험성과 만성적 문제를 초래한다[5]. 이러한 발목불안정은 운동경기 중 나타나는 근피로에 의해서도 발생되는데 주로 신체활동 시 근피로에 의한 발목의 고유수용성감각결함과 동적움직임 제한으로 나타난다[6].
고유수용성감각의결함이 관절안정성 저하와 부상빈도 증가로 이어지는 이유는?
피로에 의한 운동조절능력 감소는 고유수용성감각의결함으로 나타나고, 근육반응과 균형능력을 저하시키기 때문에 관절안정성 저하와 부상빈도의 증가로 이어질 수 있다[7]. 또한 하지의 과도한 운동으로 인한 근피로는 근수용체의 효율성 소실과 관절낭 수용체의 민감성을 증가시켜 관절위치감각에 영향을 미친다[8].
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