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문제 정의
- 본 연구는 목의 비정상적인 신전, 굴곡 및 회전 자세가 서 있는 상태에서의 신체 동요에 미치는 영향을 파악할 목적으로 수행하였다. 육체적인 피로가 비정상적인 목자세에서 신체 균형 능력에 미치는 영향 또한 주요 관심 사항의 하나이다.
- 육체피로와 목 자세가 직립자세에서 정적 균형을 유지하는 인간의 자세제어 능력에 미치는 영향을 평가하였다. 균형 능력은 신체 전후 방향의 움직임과 좌우 방향의 움직임 성분으로 구분하여 분석하였다.
- 피로의 영향과 함께 목의 비정상적인 자세가 신체 균형능력에 미치는 영향 파악은 본 연구의 주요 목적이었다. 목이 비정상적으로 신전 또는 회전된 상태에서 피실험자들의 신체 전후 방향 동요 길이는 정상적인 중립 자세에 비교하여 유의하게 증가함으로써 균형 능력이 저하됨을 확인하였다.
제안 방법
- 무작위의 순서로 진행된 각 실험조건에서 피실험자들에게 사전에 테이프로 힘판 위에 표시한 위치에 양 발을 두고 서도록 지시함으로써 양 발의 뒤꿈치 중심간 거리는 15cm, 양 발의 각도는 30˚가 유지될 수 있도록 유도하였다. COP 측정 준비가 완료된 피실험자들은 힘판 위에서 정해진 목의 자세를 취하고 양팔을 자연스럽게 늘어뜨린 상태에서 가능한 한 신체의 균형을 유지하도록 지시되었고, 실험자는 고니오미터를 이용하여 목의 자세 각도를 측정함과 동시에 20초간 COP 위치좌표를 측정하였다. 인체측정학적으로 목의 최대 동작 범위를 측정하는 목적이 아니므로 피실험자들이 목의 굴곡, 신전 및 회전 자세를 취할 때에는 작업 현장에서 일정시간 작업을 수행하는 상황을 고려하여 목 근육이 심하게 긴장되거나 불편하지 않은 수준에서 최대 동작 범위에 근접하게 동작하도록 지시하였다.
- 육체피로와 목 자세가 직립자세에서 정적 균형을 유지하는 인간의 자세제어 능력에 미치는 영향을 평가하였다. 균형 능력은 신체 전후 방향의 움직임과 좌우 방향의 움직임 성분으로 구분하여 분석하였다.
- 실험에서 트레드밀을 이용하여 부과한 물리적인 운동량에 따라 유발된 육체적 피로는 객관적 지표이므로 실제로 피실험자가 감지한 피로가 어느 정도인가를 해석하는데 어려움이 있다. 따라서 RPE 스케일을 이용하여 실제 피실험자들이 운동을 수행한 직후 주관적으로 판단한 피로 정도를 알아보았다. 피실험자들은 실험에서 부과된 피로수준을 평균 14.
- 목 자세는 중립(neutral), 굴곡(flexed), 신전(extended), 회전(rotated)의 4수준으로 조절하였다. 중립은 머리가 몸통에 일렬로 맞춰진 자세, 굴곡은 머리가 몸통 전방으로 굽혀진 자세, 신전은 머리가 몸통 후방으로 젖혀진 자세, 회전은 머리가 좌측으로 회전된 자세이다([Figure 1] 참조).
- 목의 자세(굴곡, 신전 및 회전각도)는 베이스라인 정축 고니오미터(Baseline® HiRes™ Plastic Absolute+Axis® Goniometer)를 이용하여 측정하였다.
- 무작위의 순서로 진행된 각 실험조건에서 피실험자들에게 사전에 테이프로 힘판 위에 표시한 위치에 양 발을 두고 서도록 지시함으로써 양 발의 뒤꿈치 중심간 거리는 15cm, 양 발의 각도는 30˚가 유지될 수 있도록 유도하였다. COP 측정 준비가 완료된 피실험자들은 힘판 위에서 정해진 목의 자세를 취하고 양팔을 자연스럽게 늘어뜨린 상태에서 가능한 한 신체의 균형을 유지하도록 지시되었고, 실험자는 고니오미터를 이용하여 목의 자세 각도를 측정함과 동시에 20초간 COP 위치좌표를 측정하였다.
- 실험에서 조절된 독립변수는 2수준의 육체적 피로(Body Fatigue)와 4수준의 목 자세(Neck Posture)로 하였으며, 총 8(= 2×4)개의 조합수준에서 반복 측정하였다. 반복 측정함에 따른 훈련 효과나 잔여 효과를 최소화하기 위해 8개의 실험 조건은 무작위의 순서로 부과하여 진행하였다.
- 측정된 COP 위치 좌표는 동요길이(sway length)로 변환함으로써 균형 능력을 예측하는 수단으로 정량화된다. 본 실험에서 동요길이는 신체의 전후 방향(anterior-posterior(AP) axis) 동요 길이와 좌우방향(medio-lateral(ML) axis) 동요 길이로 구분하여 변환하였다. 세부적으로 동요길이는 60Hz 간격으로 측정된 COP 위치좌표(x, y)에서 전후 좌표 사이의 거리를 모두 합한 값이다(다음의 AP 방향 동요길이 계산식참조)[14].
- 세부적으로 휴식수준은 ACSM(2000) 가이드라인의 1단계 수준, 피로수준은 동 가이드라인의 3단계 피로수준과 일치되도록 조절하였다[1]. 본 실험에서 피로수준을 부과하기 위한 운동량은 트레드밀의 속도, 피실험자의 운동시간, 트레드밀 바닥면의 경사 각도를 조합하여 부과하였다. 참고로 ACSM(2000)의 가이드라인에 따른 1단계와 3단계에서의 트레드밀 운동 조건과 운동량은 [Table 1]과 같으며, 이러한 조건에서 산소섭취량, 전체적인 에너지 소비량과 분당 에너지 소비량의 예상값은[Table 2]에 나타나 있다.
- 본 실험을 진행하기에 앞서 피실험자에게 실험 절차와 잠재적인 위험성에 대한 개략적인 설명을 하였으며, 실험 시작 전과 실험 진행 중에 피실험자들의 심박수를 측정하기 위해 손목에 심박수 측정기를 착용하도록 하였다.
- 분산분석에 앞서 실험에서 피실험자들이 취한 목 자세에 대한 자료와 Borg의 RPE 스케일을 이용하여 수집된 주관적 평가 자료를 분석하였다. [Table 3]은 실험에서 피실험자들이 취한 목 자세와 사이즈코리아(Size Korea)의 한국인 인체치수조사자료[17]를 비교하여 보여 주고 있다.
- 참여 희망자에게는 개략적인 실험 목적과 절차, 잠재적 위험성에 대한 설명을 하였다. 실험 참여에 최종적으로 서면 동의한 피실험자들을 대상으로 나이, 키, 체중, 근골격계질환 유무 등에 대한 기초 조사를 하였다. 실험 전일에는 자세제어 능력에 영향을 미칠 가능성이 있는 알코올 또는 약물 섭취나 심한 운동을 자제하도록 주의하였다.
- 실험에서 조절된 독립변수는 2수준의 육체적 피로(Body Fatigue)와 4수준의 목 자세(Neck Posture)로 하였으며, 총 8(= 2×4)개의 조합수준에서 반복 측정하였다.
- 육체적인 피로가 부과되는 실험조건에서는 사전에 설정된 바닥면 각도(3°)와 속도(133.3m/min)에서 10분간 트레드밀 운동을 하도록 하였으며, 운동이 끝난 직후에는 Borg-RPE 평가 스케일을 이용한 주관적 평가가 이루어졌다.
- COP 측정 준비가 완료된 피실험자들은 힘판 위에서 정해진 목의 자세를 취하고 양팔을 자연스럽게 늘어뜨린 상태에서 가능한 한 신체의 균형을 유지하도록 지시되었고, 실험자는 고니오미터를 이용하여 목의 자세 각도를 측정함과 동시에 20초간 COP 위치좌표를 측정하였다. 인체측정학적으로 목의 최대 동작 범위를 측정하는 목적이 아니므로 피실험자들이 목의 굴곡, 신전 및 회전 자세를 취할 때에는 작업 현장에서 일정시간 작업을 수행하는 상황을 고려하여 목 근육이 심하게 긴장되거나 불편하지 않은 수준에서 최대 동작 범위에 근접하게 동작하도록 지시하였다.
- 8cm) 1개를 이용하였다. 측정 간격은 1초당 60회(60Hz)로 하였다.
- 휴식, 실험작업 수행 중 및 실험작업 수행 간의 회복단계에서 피실험자의 심박수를 측정하기 위해 손목 착용 방식의 심박수 측정기(POLAR,SPORT TESTER™)를 사용하였다.
대상 데이터
- 과거 6개월 이내에 근골계질환에 노출되지 않은 성인 남성(연령 : 23.4±1.7세, 신장 : 174±5.7cm, 체중 : 68±7.3, 휴식시 심박수 : 72.5±8.7) 12명이 실험에 참여하였다.
- 실험 중 피실험자들의 COP 위치좌표 측정은 힘판(Bertec제조, Type 4060-08, Model # K90701, 크기 : 60×40× 8.8cm) 1개를 이용하였다.
데이터처리
- 05)를 적용하였다. 각 독립변수의 수준 간 평균 비교는 Tukey의 Honestly Significant Difference(HSD) 검정 절차를 이용하였다.
- 동요길이 자료에 대한 분산분석과 분산분석 후의 검정은 StatView(SAS Institute Inc., ver 5.0.1) 프로그램을 이용하였으며, 통계적 유의 수준은 모두 5%(α = 0.05)를 적용하였다.
이론/모형
- 휴식, 실험작업 수행 중 및 실험작업 수행 간의 회복단계에서 피실험자의 심박수를 측정하기 위해 손목 착용 방식의 심박수 측정기(POLAR,SPORT TESTER™)를 사용하였다. 그 외에, 육체적 피로가 부과된 직후 피실험자들이 주관적으로 느끼는 힘든 정도를 참고하기 위해 Borg-RPE 스케일을 사용하였다. Borg-RPE 스케일은 피실험자들이 느끼는 육체 부하의 강도를 6~20점 사이에서 평가하는 것으로 6에 가까울수록 “피로를 느끼지 못함”, 20에 가까울수록 “매우 부담스러움”을 의미한다[4].
- 피실험자에게 실험에서 설정한 육체적 피로를 부과하기 위한 장비로는 바닥면의 각도와 속도 조절이 가능한 트레드밀(Bestop 제조, 모델 kmax-1.5)은 사용하였다.
성능/효과
- 세부적으로 동요길이는 60Hz 간격으로 측정된 COP 위치좌표(x, y)에서 전후 좌표 사이의 거리를 모두 합한 값이다(다음의 AP 방향 동요길이 계산식참조)[14]. COP 위치좌표의 변화가 작을수록 계산된 동요길이는 감소하며 결과적으로 자세균형 능력이 양호하게 유지되고 있음을 의미한다.
- [Table 4]의 분산분석표에서와 같이 육체피로×목 자세의 2인자 교호작용 효과에 대한 수치검정 결과는 유의하지 않은 것으로 분석되었다(F3,88;0.05 = 0.783, p = 0.5064).
- 신체 전후 방향으로의 동요길이 분석 결과와는 다르게 육체적 피로와 목의 비정상 자세가 신체 좌우 방향의 동요길이를 유의하게 증가시키지는 않았다. 그러나 유의수준 5%에 근접한 p-값으로부터 상당 수준의 영향이 있는 것으로 의심되며, 교호작용도 분석결과에 따르면 휴식 상태에 비교하여 육체적 피로가 부과된 상태에서 목의 자세 간의, 특히 정상 자세와 신전 자세 간의 동요길이 차이가 더욱 커짐을 알 수 있었다.
- 피로의 영향과 함께 목의 비정상적인 자세가 신체 균형능력에 미치는 영향 파악은 본 연구의 주요 목적이었다. 목이 비정상적으로 신전 또는 회전된 상태에서 피실험자들의 신체 전후 방향 동요 길이는 정상적인 중립 자세에 비교하여 유의하게 증가함으로써 균형 능력이 저하됨을 확인하였다. 그러나 목을 앞으로 숙인 굴곡 자세는 균형 능력에 유의한 영향을 주지 않았다.
- 반복 측정한 8개의 실험 조합조건 간에는 육체적인 피로가 다음에 진행되는 실험 조건에 영향을 미치지 않도록 하기 위해 충분한 휴식시간을 제공하였다. 일정시간 휴식을 제공한 이후에도 안정적인 휴식기 심박수에 도달하지 않는 피실험자는 당일 계획된 실험을 중단하고 다른 날 실험을 계속하도록 조정하였다.
- 05). 신전(extention)은 전후방향 동요길이가 가장 크게 나타나는 자세이며, 중립자세를 비롯한 다른 모든 목 자세에 비교하여 유의한 차이를 보였다. 회전 자세는 중립 자세에 비교해서는 동요길이가 유의하게 증가하였으나 굴곡 자세와의 유의한 차이는 발견되지 않았다.
- 신체 전후 방향으로의 동요길이 분석 결과와는 다르게 육체적 피로와 목의 비정상 자세가 신체 좌우 방향의 동요길이를 유의하게 증가시키지는 않았다. 그러나 유의수준 5%에 근접한 p-값으로부터 상당 수준의 영향이 있는 것으로 의심되며, 교호작용도 분석결과에 따르면 휴식 상태에 비교하여 육체적 피로가 부과된 상태에서 목의 자세 간의, 특히 정상 자세와 신전 자세 간의 동요길이 차이가 더욱 커짐을 알 수 있었다.
- 실험 참여에 최종적으로 서면 동의한 피실험자들을 대상으로 나이, 키, 체중, 근골격계질환 유무 등에 대한 기초 조사를 하였다. 실험 전일에는 자세제어 능력에 영향을 미칠 가능성이 있는 알코올 또는 약물 섭취나 심한 운동을 자제하도록 주의하였다.
- 육체적 피로 2수준은 육체적 피로가 부과되지 않은 휴식수준(Rest)과 육체적 피로가 부과된 피로수준(Fatigue)으로 조절되었다. 세부적으로 휴식수준은 ACSM(2000) 가이드라인의 1단계 수준, 피로수준은 동 가이드라인의 3단계 피로수준과 일치되도록 조절하였다[1].
- 육체피로(Fatigue) 주효과(F1,88; 0.05 = 11.232, p =0.0012)와 목 자세(Neck Posture) 주효과(F3,88; 0.05 = 11.259,p < 0.0001)는 각각 유의수준 5%(α = 0.05)에서 유의하게나타나 독립변수 각 수준에 따라 평균 동요길이에 변동이 있는 것으로 분석된다.
- 통계적 분산분석 결과, 육체 피로는 신체 전후 방향의 균형 능력을 유의하게 저하시키는 것으로 나타났다. 실험에서 트레드밀을 이용하여 부과한 물리적인 운동량에 따라 유발된 육체적 피로는 객관적 지표이므로 실제로 피실험자가 감지한 피로가 어느 정도인가를 해석하는데 어려움이 있다.
- 따라서 RPE 스케일을 이용하여 실제 피실험자들이 운동을 수행한 직후 주관적으로 판단한 피로 정도를 알아보았다. 피실험자들은 실험에서 부과된 피로수준을 평균 14.1로 평가함으로써 다소 힘든 정도 혹은 힘든 정도로 감지하였다. RPE 14정도에서 심박수는 약 140(beat/min)으로 예측되며, 이는 최대 심박수의 약 75% 이르는 수준이다.
- 신전(extention)은 전후방향 동요길이가 가장 크게 나타나는 자세이며, 중립자세를 비롯한 다른 모든 목 자세에 비교하여 유의한 차이를 보였다. 회전 자세는 중립 자세에 비교해서는 동요길이가 유의하게 증가하였으나 굴곡 자세와의 유의한 차이는 발견되지 않았다. 굴곡자세는 중립자세 대비 동요길이의 증가는 있으나 그 차이가 유의하지는 않았다.
후속연구
- 향후 남성 작업자와 여성 작업자, 연령대별 작업자, 근골계질환 경험 유무 등 다양한 집단에 대한 연구를 수행할 필요성이 있다고 판단된다. 또한 실험에서 조절된 육체적 피로수준(ACSM 3단계)에서 실측하지 않고 예측값으로 인용한 산소소모량과 에너지 대사량은 인종별 차이가 있어 한국인에 직접적으로 적용하는 데는 한계가 있을 수 있다.
- 본 연구는 20대 남성만을 대상으로 실시한 실험결과로서 서로 다른 유형의 피실험자 간 차이를 이해하는데 많은 한계를 갖고 있다. 향후 남성 작업자와 여성 작업자, 연령대별 작업자, 근골계질환 경험 유무 등 다양한 집단에 대한 연구를 수행할 필요성이 있다고 판단된다.
- 본 연구는 20대 남성만을 대상으로 실시한 실험결과로서 서로 다른 유형의 피실험자 간 차이를 이해하는데 많은 한계를 갖고 있다. 향후 남성 작업자와 여성 작업자, 연령대별 작업자, 근골계질환 경험 유무 등 다양한 집단에 대한 연구를 수행할 필요성이 있다고 판단된다. 또한 실험에서 조절된 육체적 피로수준(ACSM 3단계)에서 실측하지 않고 예측값으로 인용한 산소소모량과 에너지 대사량은 인종별 차이가 있어 한국인에 직접적으로 적용하는 데는 한계가 있을 수 있다.
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