[논문]Effects of Menstrual Cycle Phase on Knee Muscle Activity during One Leg Landing in Non-athletic Females

Lee, Ji-Min; Shin, Won-Seob

doi:10.18857/jkpt.2016.28.5.308

Effects of Menstrual Cycle Phase on Knee Muscle Activity during One Leg Landing in Non-athletic Females 원문보기

Journal of Korean Physical Therapy : JKPT = 대한물리치료학회지, v.28 no.5, 2016년, pp.308 - 313

Lee, Ji-Min (Department of Physical Therapy, Graduate School of Health and Medicine, Daejeon University) , Shin, Won-Seob (Department of Physical Therapy, College of Health and Medical Science, Daejeon University)

Abstract ▼ AI-Helper

Purpose: This study investigated the effects of sex hormones across menstrual cycle phases on knee muscle activity during one-leg landing in non-athletic females. Methods: Twenty-six healthy females who reported normal menstrual cycles for the previous three months were tested when estrogen levels were highest (ovulation) and lowest (menstruation). Knee muscle activity was analyzed based on electromyography (EMG) data recorded during landing on a 30-cm box. Before data collection, each subject was trained in single-leg landing tasks ten times. Landing was analyzed by measuring the average of three landing tasks. EMG data were collected between the moment of ground contact and the point of knee maximum flexion. The maximum voluntary isometric contraction (MVIC) for normalization that was recorded as the EMG root-mean-square (RMS) during landing was tested, with paired t-tests used to assess differences in knee muscle activity according to menstrual cycle phases. Results: The results showed that the soleus, semitendinosus, and lateral gastrocnemius muscle activity during landing was differed significantly during ovulation compared to that during menstruation (p0.05). Conclusion: Changes in the menstrual cycle in response to sex hormones changed the activity of muscles around the knee during landing. Females utilize different muscle activity control strategies during different phases of the menstrual cycle, which may contribute to increased ACL injury risk.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

Arampatzis 등²⁵은 착지를 할 때 하지의 근육의 적절한 조절을 통하여 신체의 충격 흡수를 하게 된다고 하였다. 그러므로 본 연구에서는 동적 연구를 시행하여 착지 시 하중을 받는 동안에 발생하는 근육의 활성도를 알아보았다.
이러한 이유로 월경주기에 따라서 변하는 근육의 특성은 스포츠 활동을 하는 여성에게 필요성이 있다. 그러므로 본 연구의 목적은 다른 월경주기에 따른 성호르몬의 변화가 한발 착지 동안에 무릎주위 근육 활성에 미치는 영향을 알아보는 데 있다.
¹⁵ 배란일을 추정하기 위해, 각 개인에게 배란기테스트기(SU-HLHS-01, 수젠텍, 한국)를 제공하여 생리가 끝난 날부터 사용을 시작하도록 하였다. 대상자는 배란기 테스트 용지에 양성이 나타날 때 연구자에게 알리도록 하였다.
본 연구는 여성의 월경주기에 따른 성호르몬 변화가 한발 착지 동안에 무릎주위 근육의 활성에 미치는 영향을 알아내는 것을 목적으로 한발 착지 시 근전도를 이용하여 무릎주위 근육의 활성를 분석하는 방법으로 시행하여 다음과 같은 결과를 보였다.
본 연구를 통해 착지 시 월경주기에 따라 근육의 활성 변화를 확인할 수 있는데, 이는 월경주기의 어느 단계에서 손상에 주의해야 하는지 알 수 있다. 또한 여성의 스포츠 활동 시 무릎의 손상을 예방하기 위해 근육 트레이닝이 필요한데, 본 연구의 결과를 참조하여 월경주기에 따른 근육의 특성에 맞춰 운동의 강도를 조절 할 수 있다.

가설 설정

특히 무릎의 굽힘근과 폄근의 효과적인 동원은 전방십자인대의 손상을 감소시키고 비대칭적인 근육의 동원은 손상을 일으키게 되며, 남성보다 여성에서 손상의 위험이 높다.¹³ 넙다리네갈래근, 뒤넙다리근, 장딴지근, 가자미근 힘 생산은 한발 착지 시 관절 운동학을 개선하고 전방십자인대 및 다른 무릎 인대에 가해지는 부담을 줄이기 위해 활성화될 것이다.¹⁴ 위의 연구들을 고려했을 때 한발 착지를 하는 동안 무릎의 안정성을 유지하기 위해서 근육기능에 의존해야 한다.

제안 방법

하지만 대부분의 전방십자인대 손상은 대부분 한발 착지나 사이드 스테핑 등의 스포츠 과제를 하는 동안에 발생하는 손상이다.¹⁰ 이러한 동적 과제 동안 스트레스를 받음으로써 손상은 더욱 자주 발생하게 되며, 매우 적은 연구만이 월경주기의 변화하는 성호르몬 환경의 양상 하에서 역학과제 동안 신경근과 생체 역학적 특성, 신경근 조절 패턴의 변화를 평가 하였다.^11,12 그러므로, 월경주기의 뚜렷한 단계 동안에 무릎 관절에 대한 동적인 평가는 전방십자인대 손상 기전의 더 나은 이해를 제공 하며, 동적인 과제에서의 평가에 초점을 맞춘 연구는 매우 드문 실정이다.
^15,16 월경평가 시점은 참가자 스스로 월경의 시작을 알린 후에 2일 안으로 측정하며, 배란평가 시점은 99% 정확성을 가진 배란기 테스트기를 사용하여 테스트 용지에 양성이 나타나면, 24-48시간 내에 측정을 하였다.¹⁵ 배란일을 추정하기 위해, 각 개인에게 배란기테스트기(SU-HLHS-01, 수젠텍, 한국)를 제공하여 생리가 끝난 날부터 사용을 시작하도록 하였다. 대상자는 배란기 테스트 용지에 양성이 나타날 때 연구자에게 알리도록 하였다.
참가자들은 월경주기에서 에스트로겐 레벨이 최저일 때인 초기 여포기의 월경기와 에스트로겐이 최고일 때인 배란기로 나누어 실험을 진행하였다.^15,16 월경평가 시점은 참가자 스스로 월경의 시작을 알린 후에 2일 안으로 측정하며, 배란평가 시점은 99% 정확성을 가진 배란기 테스트기를 사용하여 테스트 용지에 양성이 나타나면, 24-48시간 내에 측정을 하였다.¹⁵ 배란일을 추정하기 위해, 각 개인에게 배란기테스트기(SU-HLHS-01, 수젠텍, 한국)를 제공하여 생리가 끝난 날부터 사용을 시작하도록 하였다.
본 연구는 한발 착지 동안에 수집되는 EMG RMS를 표준화하기 위해 150ms 넘어 기록되는 MVIC RMS 값을 사용하였다.¹⁷ 안쪽 넓은근의 측정은 앉은 상태에서 무릎을 70도와 90도 사이로 굽힌 자세에서 의자 다리에 한쪽 발목을 고정하고 무릎 신전을 수행하였다. 반힘줄근의 MVIC 측정은 엎드린 상태에서 고관절은 고정하고 수행하는 한쪽 다리는 무릎을 20-30도 구부린 자세에서 수행하였다.
한발 착지단계에서 우세다리의 무릎주위의 근육의 활성을 측정하기 위한 근전도 신호, 각도계 신호, 풋스위치의 신호는 Myosystem(1400A, Noraxon, USA)을 사용하여 기록 되었다. 개폐식 신호(on-off signal)를 제공하는 풋스위치를 사용하여 발이 땅에 닿는 순간을 측정 했고, 근전도와 함께 기록이 가능한 동적 센서인 각도계를 외측다리에 부착하여 무릎 각도를 측정하였다. 한발 착지단계는 점프를 한 후 풋스위치가 반응하는 시점부터 무릎 굽힙 각도가 최대가 되는 시점으로 하였다.
근전도 신호는 생체 신호에 대한 아날로그 신호를 디지털화 하여 신호 획득률(sampling rate)은 1,000 Hz로 수집한 후, 수집된 데이터는 20-500 Hz 대역필터(band-pass filter)와 완파정류(full-wave rectification)한 후에 50 Hz 저역필터(low-pass filter)를 사용하여 처리를 하고, 실효치값(root mean square, RMS)을 컴퓨터 파일로 저장하여 자료 처리에 이용하였다.
근전도의 자료수집은 점프 후 발이 땅에 닿아 풋 스위치가 반응하는 시점에서부터 무릎 굽힘각이 최대(knee maximum flexion)되는 시점까지의 구간을 착지로 보았고, 이 시점에서 발생하는 신호를 측정하여 사용 하였다.
모든 대상자의 월경주기는 실험 전에 수집되었고, 대상자는 한달동안 월경주기의 초기 여포기(월경기)와 배란기에 측정하였다. 참가자들은 월경주기에서 에스트로겐 레벨이 최저일 때인 초기 여포기의 월경기와 에스트로겐이 최고일 때인 배란기로 나누어 실험을 진행하였다.
¹⁷ 안쪽 넓은근의 측정은 앉은 상태에서 무릎을 70도와 90도 사이로 굽힌 자세에서 의자 다리에 한쪽 발목을 고정하고 무릎 신전을 수행하였다. 반힘줄근의 MVIC 측정은 엎드린 상태에서 고관절은 고정하고 수행하는 한쪽 다리는 무릎을 20-30도 구부린 자세에서 수행하였다. 장딴지근의 측정은 앉은 상태에서 무릎을 신전해 벽에 발바닥 전체가 닿게 하며, 이때 고관절은 고정되어 있 는 상태이고, 족저가 90도 굽힘된 발목 자세에서 발바닥 굽힘을 수행 하였다.
본 연구는 대상자에게 연구의 목적, 진행 과정, 참여의 자발성, 비밀 보장 등을 충분히 설명하고 협조를 구한 후, 언제든지 연구의 참여를 포기 할 수 있고, 이로 인한 어떠한 불이익도 받지 않음을 설명하고 연구의 참여 동의서를 서면으로 작성받은 후 연구 자료 수집을 시행하였다.
안쪽 넓은근, 반힘줄근, 가쪽 장딴지근, 가자미근의 근활성도는 각각 수의적 최대 등척성근수축(MVIC) 동안에 수집되었고, 위에서 언급한 한발 착지 동안에도 수집되었다. 본 연구는 한발 착지 동안에 수집되는 EMG RMS를 표준화하기 위해 150ms 넘어 기록되는 MVIC RMS 값을 사용하였다.¹⁷ 안쪽 넓은근의 측정은 앉은 상태에서 무릎을 70도와 90도 사이로 굽힌 자세에서 의자 다리에 한쪽 발목을 고정하고 무릎 신전을 수행하였다.
측정 전 표면 전극(T246H, G&S international, 한국)은 전극 부착 부위를 면도한 뒤 부착하는데, 이는 피부 저항을 최소화하기 위함이다. 안쪽넓은근, 반힘줄근, 가쪽장딴지근, 가자미근에 각각 20 mm의 전극 간 거리를 가진 두 개의 활성 전극을 근육의 근복에 부착하였고, 접지 전극은 발목의 복사뼈에 부착하였다. 착지 시 발생 할 수 있는 인공 잡음을 해결하기 위해 근전도 전기선은 접착 테이프를 이용하여 착지하는 다리에 꼬이지 않게 부착하였다.
자연스러운 착지를 위해서 대상자가 10회 정도 충분한 한발 착지 연습을 시행하도록 하였다. 연습이 끝나고 충분한 휴식을 취한 뒤높이 30cm 상자에 올라간 후 검사자의 소리에 맞춰 점프를 하였다.
은 에스트로겐이 최고일 때(배란기)와 에스트로겐이 최저(초기 여포기)일 때 측정하였다. 이에 따라 본 연구도 각각 개인의 월경주기에서 에스트로겐이 최저일 때인 초기 여포기와 최고인 배란기 두 가지 시점으로 나눠서 실험을 진행하였다. 전방 십자인대 손상 발생 정도는 초기 여포기 동안에 높은 것으로 보고 되어왔다.
참가자들은 근전도 부착을 위해 반바지를 입고 측정을 하는데 각기 다른 신발로 인해 미치는 영향을 피하기 위해 맨발로 하였다. 자연스러운 착지를 위해서 대상자가 10회 정도 충분한 한발 착지 연습을 시행하도록 하였다. 연습이 끝나고 충분한 휴식을 취한 뒤높이 30cm 상자에 올라간 후 검사자의 소리에 맞춰 점프를 하였다.
착지 종료 지점은 한발 한발 착지에서 무릎이 최대로 굽힘되는 시점으로 하고, 전자 각도계(Model 508 2D Electrical Goniometer; Noraxon Inc., Scottsdale, AZ, USA)을 사용하여 측정하였다. 전자각도계는 양쪽에 엔드블록(endblock)이 있고 가운데 스프링으로 연결되어 있다.
한발 착지단계는 점프를 한 후 풋스위치가 반응하는 시점부터 무릎 굽힙 각도가 최대가 되는 시점으로 하였다. 착지 후 1-2초 동안 자세를 유지한다면 성공적인 착지로 판정하였고, 총 3회 반복 측정하여 평균값을 분석하였다(Figure 1).
모든 대상자의 월경주기는 실험 전에 수집되었고, 대상자는 한달동안 월경주기의 초기 여포기(월경기)와 배란기에 측정하였다. 참가자들은 월경주기에서 에스트로겐 레벨이 최저일 때인 초기 여포기의 월경기와 에스트로겐이 최고일 때인 배란기로 나누어 실험을 진행하였다.^15,16 월경평가 시점은 참가자 스스로 월경의 시작을 알린 후에 2일 안으로 측정하며, 배란평가 시점은 99% 정확성을 가진 배란기 테스트기를 사용하여 테스트 용지에 양성이 나타나면, 24-48시간 내에 측정을 하였다.
표면 근전도(Myosystem 1400A, Noraxon Inc., USA)를 사용하였고, 근전도 신호는 MyoResearch XP Master edition 1.06 program (Noraxon Inc.)을 사용하여 저장하고 처리하였다. 근전도의 자료수집은 점프 후 발이 땅에 닿아 풋 스위치가 반응하는 시점에서부터 무릎 굽힘각이 최대(knee maximum flexion)되는 시점까지의 구간을 착지로 보았고, 이 시점에서 발생하는 신호를 측정하여 사용 하였다.
한발 착지단계에서 우세다리의 무릎주위의 근육의 활성을 측정하기 위한 근전도 신호, 각도계 신호, 풋스위치의 신호는 Myosystem(1400A, Noraxon, USA)을 사용하여 기록 되었다. 개폐식 신호(on-off signal)를 제공하는 풋스위치를 사용하여 발이 땅에 닿는 순간을 측정 했고, 근전도와 함께 기록이 가능한 동적 센서인 각도계를 외측다리에 부착하여 무릎 각도를 측정하였다.

대상 데이터

본 연구에 참가한 대상자는 총 26명으로 나이, 신장, 체중, 월경주기의 평균과 표준 편차는 다음과 같다(Table 1).
연구 대상자는 대전광역시에 소재한 D대학에 재학 중인 여학생 26명으로 선정하였고, 어떤 조직화된 운동경기를 참여 하지 않는 비운동선수를 대상으로 하였다. 불규칙적인 월경주기의 가능성을 발생할 수 있는 높은 강도의 훈련에 해당하는 신체활동은 일주일에 7시간 미만으로 제한하였다.

데이터처리

실험 결과 자료의 통계 처리는 SPSS version 22.0을 사용할 것이고, 연구 대상자의 일반적인 특성은 기술통계를 사용하여 분석하였다. 한발 착지 시 그룹 내 월경주기의 두시점에서 각 근육활성에 변화를 비교하기 위해 대응표본-t 검정(paired-t test)을 실시하였고, 통계적 유의성을 검정하기 위한 유의 수준은 α는 0.
한발 착지 시 그룹 내 월경주기의 두시점에서 각 근육활성에 변화를 비교하기 위해 대응표본-t 검정(paired-t test)을 실시하였고, 통계적 유의성을 검정하기 위한 유의 수준은 α는 0.05로 하였다.

성능/효과

² 여성의 성호르몬 변화는 선행연구들에서 비접촉성 전방십자인대 손상과 여성 성호르몬과의 연관성이 확인되었다.^1,3 여성의 성 호르몬인 에스트로겐 수용기는 골격근과 힘줄에서 확인되고,⁴ 에스트로겐은 근력과 신진대사 그리고 근경직을 조절한다.^5-7
33px;"> 전방십자인대 손상 위험과 성별 사이에 차이는 호르몬의 차이, 해부학적 차이, 생체역학적 차이, 그리고 신경근 특성의 차이를 포함하는 여러 가지 요인에 기인된다.² 여성의 성호르몬 변화는 선행연구들에서 비접촉성 전방십자인대 손상과 여성 성호르몬과의 연관성이 확인되었다.^1,3 여성의 성 호르몬인 에스트로겐 수용기는 골격근과 힘줄에서 확인되고,⁴ 에스트로겐은 근력과 신진대사 그리고 근경직을 조절한다.
본 연구에서 착지 시 초기 여포기에 비해 배란기에서 근활성도가 증가하는 변화를 확인할 수 있는데, 이는 월경주기에서 에스트로겐이 가장 높은 시기인 배란기에 전방십자 인대가 가장 이완되는 결과와 관련이있다.¹⁵한발 착지는 전방십자인대에 손상 위험을 증가시키며,¹⁰ 착지 시 신체의 충격을 흡수하기 위해 하지의 골격과 근육에서 적절한 조절을 필요로 하고,²⁵ 이때 충격이 신체 능력 이상일 경우에 부상이 발생할 수 있다.
본 연구의 결과는 착지 시 월경 주기에 변화가 근육 활성에 영향을 미치는 것을 알 수 있었다. 또한 Dedrick 등¹²은 착지 시 손상의 위험을 증가시킬 수 있는 신경근 활성 패턴(neuromuscular activation patterns)이 월경주기에 따라 변한다는 것을 발견하였고, 뒤넙다리근의 개시 시간에 변화는 전방십자인대 손상에 영향을 미친다고 하였다.
착지 시 월경주기에 따른 각 근육의 근활성도 차이 비교에 대한 결과는 초기 여포기에 비해 배란기 때 가자미근, 반힘줄근, 가쪽 장딴지근 순서로 유의하게 증가였고(p 0.05) (Table 2).
착지 시각 근육의 활성은 초기 여포기와 배란기 모두에서 안쪽 넓은근이 가장 높았고, 가자미근, 반힘줄근, 가쪽장딴지근의 순서로 나왔다. 착지 시 월경주기에 따른 각 근육의 근활성도 차이 비교에 대한 결과는 초기 여포기에 비해 배란기 때 가자미근, 반힘줄근, 가쪽 장딴지근 순서로 유의하게 증가였고(p < 0.

후속연구

³⁸ 위의 선행연구와 같이 많은 연구들은 착지 시 근수축 개시시간에 초점을 맞추고 있다. 그러므로 향후 연구에서도 착지 수행 시 신경근 활성 패턴의 변화가 월경주기에 따라서 변화하는지에 대해서 알아볼 필요가 있다.
두 번째는 특정한 운동을 하지 않는 비운동선수 여성을 대상자로 선정하였기 때문에, 여성 스포츠 선수들로 결과를 일반화하기는 어렵다. 그렇기 때문에 운동선수 여성을 추가로 한 연구가 필요할 것으로 생각한다.
본 연구를 통해 착지 시 월경주기에 따라 근육의 활성 변화를 확인할 수 있는데, 이는 월경주기의 어느 단계에서 손상에 주의해야 하는지 알 수 있다. 또한 여성의 스포츠 활동 시 무릎의 손상을 예방하기 위해 근육 트레이닝이 필요한데, 본 연구의 결과를 참조하여 월경주기에 따른 근육의 특성에 맞춰 운동의 강도를 조절 할 수 있다. 이러한 이유로 월경주기에 따라서 변하는 근육의 특성은 스포츠 활동을 하는 여성에게 필요성이 있다.
본 연구의 결과는 호르몬의 변화가 근육에 영향을 줄 수 있다는 것을 객관적으로 도출해 낼 수 있으며, 이것은 운동을 하는 일반적인 여성에게 월경주기에 어느 단계에서 주의해야 하는지를 알려주는 평가로서 임상에서 유용하게 사용될 것으로 예상된다. 또한 일반적으로 전방십자인대 손상에 영향을 미치는 넙다리 네갈래근의 특성으 로 위축(atrophy)와 약화(weakness)을 들수있는데,³⁶ 본 연구를 통해 여자 선수들에게는 스포츠 활동 시 부상예방을 위해서는 안쪽 넓은근보다는 뒤넙다리근과 가자미근에 중점적인 근력강화가 필요함을 알 수 있다.
본 연구의 제한점으로 첫째는 대상자의 연령이 20대의 여학생으로만 모집이 되었으므로, 월경을 하는 전체 연령의 여성을 일반화하기에는 어려움이 있을 것이다. 향후 더 다양한 연령을 여성을 대상으로 한 많은 연구가 필요할 것으로 생각한다.
본 연구의 제한점으로 첫째는 대상자의 연령이 20대의 여학생으로만 모집이 되었으므로, 월경을 하는 전체 연령의 여성을 일반화하기에는 어려움이 있을 것이다. 향후 더 다양한 연령을 여성을 대상으로 한 많은 연구가 필요할 것으로 생각한다. 두 번째는 특정한 운동을 하지 않는 비운동선수 여성을 대상자로 선정하였기 때문에, 여성 스포츠 선수들로 결과를 일반화하기는 어렵다.

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동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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