[논문]무릎넙다리통증증후군 태권도 선수들의 복합 운동재활이 하지 근기능 및 사이토카인의 효과에 관한 융합적 연구

안환필

doi:10.15207/jkcs.2017.8.1.245

무릎넙다리통증증후군 태권도 선수들의 복합 운동재활이 하지 근기능 및 사이토카인의 효과에 관한 융합적 연구
The Convergence Study on the Effects of Combined Exercise Rehabilitation on Lower limb Muscular function and Cytokines in the Taekwondo players with Patellofemoral Pain Syndrome 원문보기

한국융합학회논문지 = Journal of the Korea Convergence Society, v.8 no.1, 2017년, pp.245 - 256

안환필 (원광대학교)

초록
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본 연구의 목적은 복합 운동재활이 무릎넙다리통증증후군 태권도 선수들의 하지 근기능 및 사이토카인에 미치는 융합적 효과를 규명하는 것이다. 본 연구에서는 무릎넙다리통증증후군 대학 태권도 선수 20명(복합 운동재활 집단 n=10, 통제집단 n=10)을 대상으로 복합 운동재활(수중운동 주 3회, 저항운동 주2회)을 8주 간 실시하였고, 통계적 유의성 검증은 SPSS 18.0 프로그램을 이용하여 혼합 설계로써 반복측정에 의한 이원변량 분석을 실시 하였으며, 모든 유의성 검증은 ${\alpha}=.05$ 수준으로 설정하였다. 그 결과는 다음과 같다. 복합 운동재활 집단이 각속도 $60^{\circ}/sec$의 피크토크(peak torque)는 처치기간이 증가함에 따라 신근(p<.001)과 굴근(p<.01) 모두 유의하게 증가하였다. 복합 운동재활 집단이 각속도 $180^{\circ}/sec$의 평균파워(average power)는 처치기간이 증가함에 따라 신근이 유의하게 증가하였다(p<.001). 복합 운동재활 집단의 $TNF-{\alpha}$ 변화는 처치기간이 증가함에 따라 유의하게 감소하였다. 따라서, 복합 운동재활 프로그램이 무릎넙다리통증증후군 환자의 하지 근기능과 TNF-a의 개선에 효과가 있는 것으로 사료된다.

Abstract ▼ AI-Helper

The purpose of this study was to determined the converge effects of combined exercise rehabilitation on lower limb muscular function and cytokines in taekwondo player with patellofemoral pain syndrome. In this study, combined exercise rehabilitation(aquatic exercise 3 times a week, resistance exercise 2 times a week) was performed and 20 collegiate taekwondo player with patellofemoral pain syndrome(control group: n=10, combined exercise rehabilitation group: n=10) were participated for 8 weeks. Statistical significance verification was carried out by a two - way ANOVA repeated measures design as a mixture using the SPSS 18.0 program. The statistically significant level was set at 0.05. The results of this study were as following. Peak torque was higher significantly in extensor(p<.001) and flexor(p<.01) at $60^{\circ}/sec$ in the combined exercise rehabilitation group than the control group over combined exercise treatment period. Average power was higher significantly in extensor muscles at $180^{\circ}/sec$ in the combined exercise rehabilitation group than the control group over combined exercise treatment period.(p<.01). The variable of TNF-a was higher significantly in the combined exercise rehabilitation group than the control group as over combined exercise treatment period. Therefore, it can be concluded that a combined exercise rehabilitation program is effective in improving the lower limb muscular function and TNF-a in Patellofemoral Pain Syndrome patient.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구는 무릎넙다리통증증후군 태권도 선수들에게 수중 재활운동과 능동적 도수저항 운동을 병합한 복합 운동재활 프로그램을 8주간 적용한 후, 하지 근기능과 사이토카인의 변화를 관찰함으로써 무릎관절 통증과 기능에 미치는 효과를 규명하고 신뢰성 있는 운동재활 프로그램 기초자료를 제공하는데 목적이 있다.
본 연구는 무릎넙다리통증증후군 대학 태권도 선수들을 대상으로 8주간의 복합 운동재활 프로그램이 하지 근기능과 사이토카인의 변화에 어떠한 영향을 미치는지 측정한 후, 다음과 같은 결론을 얻었다.

제안 방법

1∼4주는 RPE 지수 12∼14 수준으로 15회 2세트 실시하고, 5∼8주는 RPE 지수 15이상의 수준을 유지하며 20회 2세트 주 3회 실시하였으며 구체적인 프로그램은[Table 2]과 같다.
Nijs 등[39]이 제시한 무릎넙다리통증증후군의 진단방법으로 신뢰성 있는 임상평가를 제시하고 있는 원심성 스텝 테스트(Eccentric step test)와 클라크 테스트(Clark's test)를 실시한 후, 두 가지 검사 중 한 가지 이상 양성인 경우 무릎넙다리통증증후군으로 판정하였다.
근지구력(muscle endurance)의 측정은 각속도 240°/sec에서 25회 반복 수행으로 총일량을 측정하였다. 각 세트 사이에 30초의 휴식을 취하도록 하였으며, 피험자들이 각근력 측정시 최상의 근력발휘가 이뤄질 수 있도록 2회의 반복 수행 실시 후 5분간의 휴식을 갖고 다음 측정을 하였다.
근력(muscle strength)의 측정은 각속도 60°/sec에서 3회 반복 수행 후 그 최고치를 측정하였다.
근지구력(muscle endurance)의 측정은 각속도 240°/sec에서 25회 반복 수행으로 총일량을 측정하였다.
근파워(muscle strength)의 측정은 각속도 180°/sec에서 5회 실시 후 그 중 최고치를 측정하였다.
무릎넙다리통증증후군의 대퇴사두근 강화와 슬굴곡근과 아킬레스건의 유연성 및 불안정성 회복을 위해, 모든 프로그램에 1∼4주에는 정상근육의 75% 수준의 Good-(4+) 강도로 도수 저항운동을 20회 2세트로 실시하였으며, 5∼8주에는 도수저항을 Good+(4++) 이상의 강도로 25회 2세트로 주 2회 실시하였다.
원심성 스텝 검사는 무릎넙다리통증증후군 환자들은 근육의 약화와 단축으로 인해 원심성 근육 조절 기능을 검사하는 방법으로 먼저 피험자는 맨발로 15cm 높이의 보드 위에 바르게 선 상태에서 지시에 따라 한쪽 다리를 바닥에 천천히 내려놓는 동작을 수행한다. 반대쪽 다리도 같은 방법으로 반복해서 시행하고, 이 동작의 수행시 무릎관절에 통증을 느끼면 양성으로 판정하였다.
복합 운동재활 프로그램을 수행함에 있어서 총 8주간에 걸쳐 수중운동 주 3회(월요일, 수요일, 금요일), 저항운동 주2회(화요일, 목요일)씩, 총 주 5회 교차로 병행 실시하였다.
본 실험의 혈중 사이토카인의 측정을 위해 처치 전, 처치 8주 후에 12시간 공복 상태를 유지하도록 하여 실시하였다. 측정 당일 오전 9시에 D 재활병원 임상 병리실에 도착 후 30분간 안정을 취한 상태에서 피험자들의 전완정맥에서 10㎖의 정맥혈을 채혈하였다.
본 연구 대상자를 선정하기 위해 전문의의 진찰 및 문진 후, X-ray와 이학적 검사를 실시하여 무릎넙다리통증증후군 진단을 하였다. 진단을 받은 대상자는 장경인대의 긴장성 검사를 위한 무릎관절의 가동범위를 확인하고, 연부조직의 불안정성 검사를 위해 국소 촉진을 통해 발통점을 확인하였다.
분리된 혈청은 -100°C로 냉동 보관 후, E 의학연구소에 분석을 의뢰하였다.
4m, 수중 수압은 1기압에 해당되며 수온은 28∼30°C를 유지하였다. 수중 운동은 준비운동(warm up) 10분, 수중 재활운동(aquatic rehabilitation exercise) 30분, 정리운동(cool-down) 10분 실시하였다. 운동강도는 Borg[40]의 운동자각도(RPE: Rating of Perceived Exertion)를 적용하여 중강도 수준으로 하였다.
수중운동 프로그램은 수중 운동치료 프로그램[30]을 보완하여, 하지 중심의 능동적 수중 저항운동으로 구성하였다. 수영장 실내온도는 28∼30°C, 습도 60∼70%, 수심 1.
피험자의 슬개골을 아래쪽으로 밀면서 대퇴사두근을 강하게 수축하라고 지시를 내린다. 이 동작을 수행시 압박 강도에 변화를 주거나 건측과 비교해서 통증의 발현 유무를 확인하였다. 피험자가 통증을 느끼면 양성으로 판정하였다.
저항운동 프로그램은 능동적 도수 저항운동으로 구성된, 안환필[38]의 운동재활 프로그램을 적용하였다. 저항운동 프로그램은 준비운동(warm up) 10분, 능동적 도수저항운동(manual resistance exercise) 30분, 정리운동(cool-down) 10분 실시하였다. 저항운동 프로그램의 운동강도는 Daniels & Worthingham[41]의 MT(muscle testing)에 의해 6단계(Normal, Good, Fair, Poor, Trace, Zero)로 적용하였고, 4단계 Good 이상의 중강도 수준으로 실시하였다.
본 연구 대상자를 선정하기 위해 전문의의 진찰 및 문진 후, X-ray와 이학적 검사를 실시하여 무릎넙다리통증증후군 진단을 하였다. 진단을 받은 대상자는 장경인대의 긴장성 검사를 위한 무릎관절의 가동범위를 확인하고, 연부조직의 불안정성 검사를 위해 국소 촉진을 통해 발통점을 확인하였다. Nijs 등[39]이 제시한 무릎넙다리통증증후군의 진단방법으로 신뢰성 있는 임상평가를 제시하고 있는 원심성 스텝 테스트(Eccentric step test)와 클라크 테스트(Clark's test)를 실시한 후, 두 가지 검사 중 한 가지 이상 양성인 경우 무릎넙다리통증증후군으로 판정하였다.
실험 대상자 중 설문조사와 의학 검사를 통하여 특이한 질병을 갖고 있거나 6개월 이전부터 재활치료 및 수술치료를 받았던 2명은 제외시켰다. 최종 선정된 22명 중 통제집단 11명, 수중 재활운동과 도수 저항운동이 병합된 복합 운동재활 집단 11명으로 무선배정 하였다.
본 실험의 혈중 사이토카인의 측정을 위해 처치 전, 처치 8주 후에 12시간 공복 상태를 유지하도록 하여 실시하였다. 측정 당일 오전 9시에 D 재활병원 임상 병리실에 도착 후 30분간 안정을 취한 상태에서 피험자들의 전완정맥에서 10㎖의 정맥혈을 채혈하였다. 채취한 정맥혈은 원심분리기(Han Sin Medical Co, Inchun Korea)를 이용하여 2500rpm으로 5분간 operating 하였다.
측정시 효율적인 근력 발휘가 될 수 있도록 회전축은 대상자의 무릎 관절축과 일치하도록 조정하였으며, 반복운동 시 대퇴부 외에 신체 다른 부위의 힘이 작용하지 못하도록 중력제거를 위해 가슴, 복부 및 대퇴부위를 조정띠(strap)를 이용하여 고정시켰다.
이 동작을 수행시 압박 강도에 변화를 주거나 건측과 비교해서 통증의 발현 유무를 확인하였다. 피험자가 통증을 느끼면 양성으로 판정하였다.
하지 근기능의 측정은 Biodex3(Biodex System 3 PRO, USA)를 사용하여 대퇴부위 무릎관절(Knee joint)의 신근과 굴근의 근력을 측정하였으며 세부사항은 다음과 같다. 근력(muscle strength)의 측정은 각속도 60°/sec에서 3회 반복 수행 후 그 최고치를 측정하였다.

대상 데이터

본 연구의 대상자는 J도에 소재한 4개 대학에 재학중인 남자 태권도 선수로, 본 연구의 목적과 절차에 대하여 상세히 설명하고 자발적 참여를 밝힌 운동 경력이 5년 이상이며 J시 소재 D 재활병원에서 무릎넙다리통증증후군 진단을 받은 24명을 표집하였다. G*power 3.
연구기간 중 복합 운동재활 집단과 통제집단에서 불성실 실험 대상자 각 1명씩, 2명을 제외한 20명이 실험을 끝마쳤으며, 이들 연구 대상자의 신체적인 특징은 [Table 1]과 같다.

데이터처리

관찰된 종속변인은 처치유무(2수준) × 처치기간(2수준)의 혼합설계로 반복측정에 의한 이원분산분석(two-way ANOVA with repeated measures)을 실시하였다.
관찰된 종속변인은 처치유무(2수준) × 처치기간(2수준)의 혼합설계로 반복측정에 의한 이원분산분석(two-way ANOVA with repeated measures)을 실시하였다. 처치기간 간, 집단 간 유의한 상호 작용이 나타날 경우 각각 Delta score에 의한 독립(independent) t 검증 및 상관(paired) t검증을 실시하였다. 모든 통계치의 유의수준은 α= .
0) 통계프로그램을 이용하였다. 평균과 표준편차를 산출하였으며, 사전 및 사후의 Delta score를 산출 하여 표기하였다. 관찰된 종속변인은 처치유무(2수준) × 처치기간(2수준)의 혼합설계로 반복측정에 의한 이원분산분석(two-way ANOVA with repeated measures)을 실시하였다.

이론/모형

TNF-a와 IL-6의 분석은 R&D system (Minneapolis, Minnesota, USA)을 이용하여 효소면역 분석법(ELISA)으로 분석하였다.
수중 운동은 준비운동(warm up) 10분, 수중 재활운동(aquatic rehabilitation exercise) 30분, 정리운동(cool-down) 10분 실시하였다. 운동강도는 Borg[40]의 운동자각도(RPE: Rating of Perceived Exertion)를 적용하여 중강도 수준으로 하였다. 1∼4주는 RPE 지수 12∼14 수준으로 15회 2세트 실시하고, 5∼8주는 RPE 지수 15이상의 수준을 유지하며 20회 2세트 주 3회 실시하였으며 구체적인 프로그램은[Table 2]과 같다.
저항운동 프로그램은 능동적 도수 저항운동으로 구성된, 안환필[38]의 운동재활 프로그램을 적용하였다. 저항운동 프로그램은 준비운동(warm up) 10분, 능동적 도수저항운동(manual resistance exercise) 30분, 정리운동(cool-down) 10분 실시하였다.
저항운동 프로그램의 운동강도는 Daniels & Worthingham[41]의 MT(muscle testing)에 의해 6단계(Normal, Good, Fair, Poor, Trace, Zero)로 적용하였고, 4단계 Good 이상의 중강도 수준으로 실시하였다.

성능/효과

G*power 3.0 프로그램을 이용하여 최소 연구대상자 인원을 확인한 결과, 선정된 대상자 수에 의해 결과의 타당성이 확보된 것으로 확인되었다(효과크기:72, p<.05, 통계적 검증력:95).
TNF-a의 농도 변화는 피험자간(p〈.001), 처치경과기간(p〈.01) 및 집단과 처치경과기간의 상호작용효과에서 통계적으로 유의한 차이가 나타났다(p〈.001).
각속도 180°/sec 조건에서 굴곡근은 처치 8주 경과 후 집단 간 효과에서 독립(Independent) t 검증 결과 복합 운동재활 집단이 통계적으로 유의한 차이가 나타났다(p〈.05).
각속도 180°/sec 조건에서 신전근 평균파워의 변화는 처치경과기간(p〈.01) 및 집단과 처치경과기간의 상호작용효과에서 통계적으로 유의한 차이가 나타났다(p〈.05).
각속도 60°/sec 조건에서 굴곡근 최대근력 변화는 처치경과기간(p〈.01) 및 집단과 처치경과기간의 상호작용효과에서 통계적으로 유의한 차이가 나타났다(p〈.01).
각속도 60°/sec 조건에서 신전근 최대근력 변화는 처치경과기간(p〈.001) 및 집단과 처치경과기간의 상호작용효과에서 통계적으로 유의한 차이가 나타났다(p〈.001).
현재 무릎넙다리통증후군의 만성적인 통증은 반월상 연골의 파열 및 이차적인 인대의 이완 등 류마티스 관절염이나 퇴행성관절염으로 진행되는 사례가 많고[50], 여기에는 다양한 염증 유발 인자 사이토카인이 관련되어 있다. 근본적으로 근기능 개선을 통하여 사이토카인의 변화를 확인하고자 적용한 복합 운동재활 프로그램에서 염증성 사이토카인인 IL-6는 변화를 확인 할 수 없었으며, TNF-a의 수치는 8주간의 처치 후 유의한 감소를 확인할 수 있었다. 신체활동은 혈관 내 염증의 수치를 변화시키고[51], 규칙적인 운동은 항 염증성 사이토카인인 IL-6와 TNF-a의 분비를 억제하는 것으로 알려져 있다.
복합 운동재활 집단의 상관 t 검증 결과 처치 전 6.42±1.17N/m에서 8주 후 3.64±1.38N/m으로 약 -2.78 감소하였고 통계적으로 유의한 차가 나타났다(p〈.01).
복합 운동재활 집단의 상관(paired) t 검증 결과 처치 전 179.1±13.37N/m에서 8주 후 192.9±16.11N/m으로 약 13.8N/m 증가하였고 통계적으로 유의한 차가 나타났다(p〈.001).
복합 운동재활 집단의 상관(paired) t 검증 결과 처치 전 259.4±16.09N/m에서 8주 후 270.0±16.07N/m으로 약 10.6N/m 증가하였고 통계적으로 유의한 차가 나타났다(p〈.01).
복합 운동재활 집단의 상관(paired) t 검증 결과 처치 전 98.0±15.42N/m에서 8주 후 107.7±13.7N/m으로 약 9.7N/m 증가하였고 통계적으로유의한차가나타났다(p〈.01).
본 연구는 수중 재활운동과 운동재활이 병합된 8주간의 복합 운동재활 프로그램 처치를 통하여 일부 근기능의 개선과 통증 유발 인자인 사이토카인의 변화를 확인할 수 있었다.
둘째. 사이토카인 변인에서 TNF-a의 농도가 복합 운동재활 집단이 통제집단 보다 운동처치기간이 증가함에 따라 유의하게 감소하였다.
이상의 결과를 종합해 볼 때, 슬개대퇴통증 증후군 태권도 선수들에게 8주간의 복합 운동재활 프로그램이 일부 근기능의 증강과 TNF-a의 개선에 효과가 있는 것으로 나타났다.
이상의 연구 결과는 무릎넙다리통증증후군 환자들의 재활 프로그램으로서 수중 재활운동과 능동적 도수 저항운동을 병합한 복합 운동재활 프로그램이 근본적인 하지 근기능 증강 효과를 통하여 무릎관절 안정성을 회복과 만성 통증을 개선하고, 사이토카인의 감소를 확인한 점에서 생리학적 기초 자료라는데 의의가 있다고 할 수 있다. 하지만, 과학적이고 객관적인 자료를 분석하기 위해서는 세분화된 프로그램들의 조건에 따른 후속 연구가 필요할 것으로 사료된다.
01). 처치 8주 경과후 집단 간 효과에서는 독립(Independent) t검증 결과 복합 운동재활 집단이 통제집단 보다 통계적으로 유의한 감소가 나타났다(p〈.001).
하지 근기능 변인에서 각속도 60°/sec의 신전 근력과 굴곡 근력이 복합 운동재활 집단이 통제집단 보다 운동처치기간이 증가함에 따라 유의하게 증가하였으며, 각속도 180°/sec의 신전 근력은 복합 운동재활 집단이 통제집단 보다 운동처치 기간이 증가함에 따라 유의하게 증가하였다.

후속연구

무릎넙다리통증증후군의 질환 특성상 적용되는 운동 프로그램이 과사용으로 인한 재활운동이라는 점을 생각하면 장시간의 무리한 운동수행에 의한 피로유발은 성공적인 재활을 위해 금기해야 할 사항 중 하나라 할 수 있다. 따라서 근지구력의 향상을 위한 프로그램으로 운동 강도 및 수중 재활운동 처치기간의 세심한 분석이 필요하며 수심의 차이에 따른 물의 저항 및 수압에 대한 단계적 연구가 필요하다 할 수 있다.
사이토카인은 일반적으로 안정시에는 매우 소량의 수준이 검출되는 것으로 알려져 있기 때문에, IL-6와 TNF-a 등이 검출되면 이것은 대상자의 만성적 염증 상태와 고강도의 운동이 지속되어 영향을 미치는 것으로 판단할 수 있다[5,59]. 무릎넙다리통증증후군 태권도 선수들은 과사용으로 인한 무릎관절의 만성 통증이 염증과는 밀접한 관련이 있으며, 근기능 증강을 통한 염증 지표의 감소와 무릎관절 기능과 통증 개선 효과를 기대할 수 있을 것이다.
하지만 수중재활과 운동재활 프로그램의 병합 비율, 수중 재활 프로그램의 강도 및 빈도의 조건 등 더 지속적인 후속 연구가 이루어져야 할 것으로 생각된다.
이상의 연구 결과는 무릎넙다리통증증후군 환자들의 재활 프로그램으로서 수중 재활운동과 능동적 도수 저항운동을 병합한 복합 운동재활 프로그램이 근본적인 하지 근기능 증강 효과를 통하여 무릎관절 안정성을 회복과 만성 통증을 개선하고, 사이토카인의 감소를 확인한 점에서 생리학적 기초 자료라는데 의의가 있다고 할 수 있다. 하지만, 과학적이고 객관적인 자료를 분석하기 위해서는 세분화된 프로그램들의 조건에 따른 후속 연구가 필요할 것으로 사료된다.
하지만, 양상훈[58]의 선행연구에서는 엘리트 유도 선수들을 대상으로한 고강도의 훈련이 사이토카인 TNF-a의 감소에 영향을 미치는 것으로, 본 연구와는 상반된 결과를 보고하였다. 하지만, 인는 운동 상해에 따른 재활 프로그램을 적용중인 본 연구 대상자들의 근 수행력과 전문 선수 집단의 고강도 훈련 수준을 일반화하기엔 무리가 있으며, 추후 집단 특성 및 조건을 고려한 프로그램의 적용이 필요할 것으로 생각된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	사이토카인은 무엇인가?	사이토카인(Cytokine)은 면역 조절성 수송단백질로 면역세포에 의해 분비되며, 일반적으로 체내의 염증반응에 관여하는 펩타이드이다[16].
	근 조직의 손상 및 근육의 통증으로 유발된 염증은 무엇을 야기하는가?	다양한 운동을 통한 근 조직의 손상 및 근육의 통증은 염증을 유발하며[12,13], 이렇게 유발된 체내의 염증은 다양한 형태의 통증과 만성피로로 나타나게 된다[14].
	태권도 경기자가 과사용으로 인한 상해 후 완전회복이 어려운 까닭은 무엇인가?	태권도는 다른 스포츠 종목과 달리 격투기 종목으로서 상해의 위험이 상대적으로 높고, 많은 태권도 선수들이 훈련과 경기 중 크고 작은 부상을 경험한 적이 있는 것으로 보고되고 있다[3]. 또한 과사용으로 인한 운동상해 이후, 회복이 불완전한 상태로 운동을 재개함으로써 완전 회복을 기대하는 것이 현실적으로 많은 어려움을 겪고 있다[4].

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표제어: PCR

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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