[논문]무릎 근력의 불균형이 백 스쿼트 동작에 미치는 영향

손지훈

doi:10.14400/jdc.2019.17.3.463

무릎 근력의 불균형이 백 스쿼트 동작에 미치는 영향
The Effect of Knee Muscle Imbalance on Motion of Back Squat 원문보기

디지털융복합연구 = Journal of digital convergence, v.17 no.3, 2019년, pp.463 - 471

초록
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본 연구는 무릎 근력의 불균형이 백 스쿼트 시 인체 움직임의 제한 요인으로 작용하는지를 확인하는 것에 목적이 있다. 백 스쿼트 유경험자로 최근 2년간 부상이 없는 서울시 소재 S대학교 학생 8명을 연구 대상자로 선정하였다. Cybex 770으로 무릎관절의 등속성 근력을 측정한 후, 동측 주작용근과 대항근의 근력 불균형 정도와 좌 우 같은 근 군의 결손율에 따라 그룹을 나눈 후, 개인별 몸무게의 25%, 50%, 100%, 125%의 중량과 같은 바벨을 백 스쿼트로 들게 하였다. 무릎 굽힘 각도, 신체중심의 수직 변위, V-COP의 측정 구간 내 평균 위치로부터 매 순간 V-COP 까지의 거리 합 변인들에 대한 집단별 차이를 검증하기 위해 독립표본 T 검정을 실시하였다. 125%BW 조건에서 무릎관절 근력의 동측 불균형은 쭈그려 앉는 자세의 제한 요인으로, 좌 우측 폄 근력의 불균형은 평형성 유지의 제한 요인으로 작용하였다. 근력의 불균형이 인체 움직임의 제한 요인으로 작용할 수 있음을 확인하였으므로, 차후 임상에서는 근력 불균형에 대한 검사법과 함께 교정 및 재활 운동 방법 또한 발전시켜 나갈 필요가 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

The purpose of this study was to investigate the effect of muscle imbalance on motion of back squat. The isokinetic muscle strength of the 8 subjects was recorded for the knee flexion/extension by the cybex 770 dynamometer. Each subject performed 3 back squats with the long barbell with an intensity of 25% body weight(BW), 50%BW, 100%BW, 125%BW. During the back squat through the recorded kinematic data the subjects' maximum flexion and extension knee angle, center of mass displacement and V-COP were calculated for evaluation of the stability of the movement. For the statistical analysis independent t-test was used. Knee flexion angle and COM displacement are dominated by the reciprocal muscle ratio. V-COP factor was dominated by bilateral extension deficit. Based on the results we can know that as the intensity of the squat increased to a level control was difficult because the muscles' imbalance influenced the movement.

주제어

표/그림 (16)

그림 Fig. 1. Experimental equipments
표 Table 1. Subjects
그림 Fig. 2. Event definition(In case of 25%BW)
표 Table 2. Isokinetic muscle strength
표 Table 3. Grouping by reciprocal muscle imbalance
표 Table 4. Grouping by bilateral muscle imbalance (deficit)
표 Table 5. Right knee flexion angle
그림 Fig. 3. Right knee flexion angle(Down to Up)
그림 Fig. 4. Right knee flexion angle graph(Down to Up)
그림 Fig. 5. Left knee flexion angle(Down to Up)
그림 Fig. 6. Left knee flexion angle graph(Down to Up)
그림 Fig. 7. COM displacement(Down to Squat Min)
표 Table 6. Left knee flexion angle
표 Table 7. COM Z axis displacement
표 Table 8. V-COP summation
그림 Fig. 8. V-COP Summation(Down to Squat Min)

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구는 신체 특정 부위의 근력 불균형이 우리 인체의 움직임을 제한하는 요인으로 작용하는 지를 규명하기 위한 것이다. 특정 근력들의 불균형이 인체의 움직임에 미치는 영향을 일반화 할 수 있다면, 일상생활과 운동 상황 하에서 부상을 예측·예방할 수도, 재활 훈련 등에 적용할 수도 있는 좋은 지표가 될 것이기 때문이다.

가설 설정

본 연구는 인체 특정 부위의 근력 불균형이 인체 움직임을 제한하는 요소로 작용할 수 있다는 가설에서 시작되었다. 이제껏 여러 논문[4, 25, 26]에서 근력의 불균형이 부상을 유발하는 한 원인이 될 수 있고, 또한 운동 기능 저하의 원인이 될 가능성이 있음을 시사하였으나, 근력의 불균형이 움직임 자체에 대해 특정한 운동학적·운동역학적 변화를 만들어 내는지에 대한 연구는 거의 없었다.

제안 방법

60°/sec의 저속부하속도에서 3회의 연습 운동을 하게 한 뒤, 휴식을 1분간 취하고 본 측정을 5회 하여 그 값을 기록하였다
Cybex 770을 이용하여 연구 대상자의 좌·우 무릎관절의 최대 굽힘과 폄 근력을 측정하였고, 이 자료로부터 동측 근력비와 좌·우 결손율을 산출한 자료는 다음 Table2와 같다.
객관적인 분석과 연구 대상자간의 비교를 위하여 이벤트(event)와 국면(phase)을 설정하였다. DOWN 이벤트는 신체중심의 Z-axis 방향 속도가 (+) 에서 (-) 로 바뀌는 시점으로, SQUAT MIN은 분석 구간 중 신체중심의 높이가 최저인 시점으로, UP은 신체중심의 Z-axis 방향 속도가 (-) 에서 (+) 로 변하는 시점으로 설정했다.
결손율(deficit)에 의한 집단 구분도 같은 방법으로 하였는데, 각 연구 대상자들을 개개인의 폄 결손율과 굽힘 결손율에 따라, 근력 차가 좌·우 전혀 없는 것(deficit=0)을 기준으로 가까운 순서대로 나열한 후, 정상치에 보다 가까운 4명을 한 집단, 정상치에서 보다 먼 4명을 다른 집단으로 나누었다.
그리하여 본 연구에서는 근원적인 물음에 접근하기 위한 연구의 필요성을 느끼고, 무릎관절의 동측 근력비 요인과 좌·우 결손율에 따라 집단을 구분한 후, 각 요인별 균형·불균형 집단 간에 백 스쿼트1) 동작에서 나타나는 움직임의 차이를 운동학적 변인들로 비교·분석하였다.
다음 좌·우 결손율을 기준으로 하여 최대 폄 근력의 결손율이 큰 집단(EXDB: Extension deficit big group)과 작은 집단(EXDS: Extension deficit small group), 최대 굽힘 근력의 결손율이 큰 집단(FXDB: Flexion deficit big group)과 작은 집단(FXDS: Flexion deficit small group)으로구분하였다.
둘째 날: 연구 대상자의 몸무게를 계측한 후, 몸무게의 25%, 50%, 100%, 125%에 해당하는 중량을 들도록 했다. 부하강도는 연구 대상자의 체중을 최대 중량으로 설정하는 방법[21]을 참조했다.
무릎 근력의 불균형이 백 스쿼트 동작에 미치는 영향을 파악하기 위하여 무릎관절의 동측 근력비의 균형 정도, 좌·우의 폄 결손율과 굽힘 결손율에 따라 집단을 나누었다.
무릎관절의 최대 폄·굽힘 근력은 등속성 근력 측정 장비인 Cybex 770 dynamometer(Cybex Inc, USA)를 사용하여 측정하였다.
VCOP의 측정 구간 내 평균 위치 점으로부터 각 VCOP까지의 거리 합을 신체의 안정성을 나타내는 새로운 지표로 정의하였다. 분석 구간 전체에 대한 양발의 압력중심점의 평균 위치를 산출한 후, 이를 기준점으로 각 프레임별 압력중심점까지의 거리 총합을 재계산한 것이다.
신체 중심의 수직 변위를 측정하였다.
첫째 날: 무릎관절의 등속성 근력을 측정하였다. 연구대상자들에게 실험 기구에 대한 소개와 전반적인 실험 절차에 대한 설명을 하였으며, 그 후 개인별 준비운동(warm up)은 10분씩 하도록 지시 하였다. 60°/sec의 저속부하속도에서 3회의 연습 운동을 하게 한 뒤, 휴식을 1분간 취하고 본 측정을 5회 하여 그 값을 기록하였다
우선좌·우 각각 동측 근력비가 정상치(66%)에 보다 가까운집단(RMIS: Reciprocal muscle imbalance small group)과 정상치에서 보다 먼 집단(RMIB: Reciprocal muscle imbalance big group)으로 구분하였다[24].
이에 본 연구에서는 백 스쿼트 동작에서 가장 중요한 무릎관절의 근력 불균형을 독립변인으로 하여 집단을 분류하고, 집단별로 좌·우 무릎의 최대 굽힘 각도, 신체중심의 수직 변위, 그리고 VCOP의 측정 구간 내 평균 위치로부터 각 VCOP까지의 거리 합을 계산하였다.
전역 좌표계(global reference frame)는 연구 대상자가두 대의 지면반력기 위에 섰을 때, 왼쪽 발이 위치한 지면반력기의 후방 모서리에 원점을 설정한 뒤, 그 원점으로 부터 연구 대상자가 바라보는 앞 방향을 Y축, 바라보는 오른쪽 방향을 X축, 수직 방향을 Z축으로 설정하였다.
첫째 날: 무릎관절의 등속성 근력을 측정하였다. 연구대상자들에게 실험 기구에 대한 소개와 전반적인 실험 절차에 대한 설명을 하였으며, 그 후 개인별 준비운동(warm up)은 10분씩 하도록 지시 하였다.

대상 데이터

운동학적 변인들의 값을 산출하기 위하여 8대의 Oqus500 series 카메라(Qualisys Inc, Sweden)와 AMTI 지면반력기 2대(AMTI Inc, USA)를 사용하였다. 모션 데이터는 100Hz, 지면반력 데이터는 1000Hz로 샘플링 하였다. 무릎관절의 최대 폄·굽힘 근력은 등속성 근력 측정 장비인 Cybex 770 dynamometer(Cybex Inc, USA)를 사용하여 측정하였다.
서울특별시 소재 S 대학교에 재학 중인 남학생 8명을 본 실험의 연구 대상자로 선정하였다. 이들은 모두 백 스쿼트 유경험자였으며, 최근 2년간 운동으로 인한 부상이 없었다.
무릎관절의 최대 폄·굽힘 근력은 등속성 근력 측정 장비인 Cybex 770 dynamometer(Cybex Inc, USA)를 사용하여 측정하였다. 스쿼트 장비는 플레이트(2.5kg, 5kg,10kg, 20kg, Dongwha, Korea)와 20Kg 중량의 바(bar)를 조합하여 사용하였다.
운동학적 변인들의 값을 산출하기 위하여 8대의 Oqus500 series 카메라(Qualisys Inc, Sweden)와 AMTI 지면반력기 2대(AMTI Inc, USA)를 사용하였다. 모션 데이터는 100Hz, 지면반력 데이터는 1000Hz로 샘플링 하였다.

데이터처리

그 후 백 스쿼트 동작 시 집단에 따른 COM의 수직 변위, 무릎관절의 최대 굽힘 각도, VCOP의 구간 평균 위치로부터 각 VCOP까지의 거리 합을 분석하기 위해 독립표본 T 검정을 실시하였다.
운동학적 변인들의 값은 Qualysis Motion Capture System에서 얻어진 마커들의 3차원 좌표 값을 Visual 3D 프로그램(C-motion Inc, USA)을 활용하여 계산하였으며, 무릎의 등속성 근력은 Cybex 770 dynamometer의결과 값을 Micorosoft Excel(Microsoft Inc, USA)로 정리하여 분석하였다.

이론/모형

둘째 날: 연구 대상자의 몸무게를 계측한 후, 몸무게의 25%, 50%, 100%, 125%에 해당하는 중량을 들도록 했다. 부하강도는 연구 대상자의 체중을 최대 중량으로 설정하는 방법[21]을 참조했다. 백 스쿼트 중 시선은 본인의 정면을 바라보게 하였으며, 가능한 범위에서 가장 깊게 내려앉도록 지시하였다.

성능/효과

V-COP 변인은 125%BW 조건에서 EXDB 그룹의 평균값이 EXDS에 비해 유의하게 큰 값을 나타냈다(p=0.22). 25%BW∼100%BW 조건에서 두 집단의 평균차는 0.
최대 무릎 굽힘 각도 변인에 있어 바벨의 중량이 증가할수록 비교 집단 간 굽힘 각도의 차이가 증가하는 경향성이 있었다. [RMIB vs. RMIS], [EXDB vs. EXDS],[FXDB vs. FXDS] 집단 비교에서 모두 비슷한 경향성이 나타났으나, [RMIB vs. RMIS] 집단에서만 유의미한 차이가 나타났다. 이 결과로부터, 백 스쿼트 시 얼마나 깊게 앉을 수 있는가는 무릎관절의 좌·우 근력 차이보다는 동측의 근력 균형에 영향 받는 것임을 알 수 있다.
백 스쿼트 과제 수행의 수월성이라는 측면에서 측정된 무릎 굽힘 각도와 신체중심의 수직 변위 변인은 동측 무릎 근력의 불균형 요인에 의해 제한되었고, 안정성 유지라는 평가를 위해 측정했던 VCOP 변인은 좌·우 결손율 요인에 의한 영향이 지배적이었다.
RMIS] 집단 간유의한 차이가 있어야 했다. 분석 결과, RMIB 집단의 변위는 16cm이고, RMIS 의 변위는 18.7cm로 나타났으며,p=.082로 유의수준 p=.05에서는 차이가 나타나지 않았으나, 유의수준 p=.10에서는 유의미한 차이가 있었다.
분석 결과, 백스쿼트 동작에서 신체의 안정성은 좌·우 폄 근력의 결손율에 가장 크게 영향을 받았다.
연구 결과, 동측 근력의 불균형은 집단 간 과제 수행능력에서 유의한 차이를 초래했다는 것을 알 수 있었다. 특이할만한 점은 좌·우 결손율은 안정성 측면에서는 유의한 차이를 가져왔으나 과제 수행의 측면에서는 움직임에 유의한 차이를 가져오지 않았다는 것이다.
이 결과로부터, 백 스쿼트 시 얼마나 깊게 앉을 수 있는가는 무릎관절의 좌·우 근력 차이보다는 동측의 근력 균형에 영향 받는 것임을 알 수 있다.
이상의 논의를 종합해 보면, 무릎관절의 동측 근력과 좌·우측 근력의 불균형은 백 스쿼트 시 자신이 지탱해야 하는 무게가 증가하여 자신의 힘으로 신체를 충분히 제어할 수 없을 경우에 움직임의 제한 요인이 됨을 알 수 있다.
최대 무릎 굽힘 각도 변인에 있어 바벨의 중량이 증가할수록 비교 집단 간 굽힘 각도의 차이가 증가하는 경향성이 있었다. [RMIB vs.

후속연구

다른 측면의 해석은 125%BW 조건이 동측 근력의 불균형으로 인한 집단 간 동작의 차이를 구별하기에는 충분한 무게이지만, 좌·우의 근력 불균형으로 인한 동작의 차이를 이끌어 내기에는 충분한 무게가 아닐 수 있다는 것이다. 부상의 위험과 정확한 측정의 어려움이 존재하지만, 추후에 1RM(repetition maximum)의 중량에서 후속 연구를 할 필요가 있다.
앞으로의 연구에서는 무릎뿐 아니라 신체의 여러 관절들(발목, 엉덩이, 허리, 어깨 등)의 근력비를 측정한 후,신체 특정 부위의 근력 불균형이 특정한 과제들의 수행과 안정성 유지에 어떤 영향을 미치는지 알아볼 필요가 있다. 측정 가능한 부위들의 근력 불균형을 독립변인으로 하여 인체의 운동학적 변인들에 대한 다중회귀분석을 실시한다면, 특정 부위의 근력 불균형이 인체의 움직임에 어떻게 영향을 미치는지, 보상 작용의 패턴은 어떻게 나타나는지에 대한 보다 정량적인 증명을 할 수 있을 것이다.
운동 부상이나 기능 저하는 결국 비정상적이고 비효율적인 움직임의 결과인데, 이는 움직임을 분석하여 그 움직임을 만들어 내는 요인을 밝힘으로서 예방할 수 있기 때문이다. 이번 연구를 통해 우리는 인체 특정 부위의 근력 불균형이 움직임을 제한하는 요인으로 작용할 수 있는 지를 규명하려는 근원적인 물음에 접근할 수 있을 것이라 생각한다.
앞으로의 연구에서는 무릎뿐 아니라 신체의 여러 관절들(발목, 엉덩이, 허리, 어깨 등)의 근력비를 측정한 후,신체 특정 부위의 근력 불균형이 특정한 과제들의 수행과 안정성 유지에 어떤 영향을 미치는지 알아볼 필요가 있다. 측정 가능한 부위들의 근력 불균형을 독립변인으로 하여 인체의 운동학적 변인들에 대한 다중회귀분석을 실시한다면, 특정 부위의 근력 불균형이 인체의 움직임에 어떻게 영향을 미치는지, 보상 작용의 패턴은 어떻게 나타나는지에 대한 보다 정량적인 증명을 할 수 있을 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	동측 근력비의 계산법은 무엇인가?	동측 근력비는 일반적으로 대항근의 최대 근력값을 주작용근의 최대 근력 값으로 나눈 후, 100을 곱해서 계산한다. 따라서 움직임에 있어 주작용근이 어느 근육인지를 잘 파악할 필요가 있다.
	인간이 좋은 자세를 유지하고 목표하는 기능을 달성하기 위해 기본이 되는 중요한 요건은 무엇인가?	특히 관절 가동범위, 척추 유연성, 연결된 신체 분절 간의 역학적 관계와 근육 특성 등은 인체의 균형을 유지하는 데 핵심적인 역할을 한다[2]. 이 중에서 근육의 특성 요인과 관련하여 근력의 균형성 유지는 인간이 좋은 자세를 유지하고 목표하는 기능을 달성하기 위해 기본이 되는 중요한 요건이다. 우리는 약한 근육을 강화하여 인체 각 부분을 보다 효율적으로 정렬함으로써 좋은 자세를 유지할 수 있는데[3], 이것은 우리가 근력의 균형성 유지에 보다 힘씀으로서 올바른 자세를 견지할 수 있고, 필요하다면 이를 바탕으로 충분한 힘을 발현하면서 일상생활을 영위할 수 있음을 시사한다.
	중량 변인(중량의 증감)에 따라 근력의 불균형이 생기는 결과로부터 알 수 있는 것은 무엇인가?	낮은 중량 조건에서는 신체 특정 부위의 근력이 불균형 하더라도 정상적으로 움직이는데 문제가 없었으나, 무거운 중량 조건에서는 그렇지 않았다. 이 결과로부터 근력의 불균형이 어떤 특정한 움직임의 제한 요인으로 작용하기 위해서는 그런 제한을 야기할수 있는 역치 이상의 부하가 가해져야 함을 알 수 있었다. 백 스쿼트 시 동작의 불안정을 야기할 수 있는 역치는 이 연구 결과에 의하면 100%BW에서 125%BW의 범주에 있을 것으로 사료된다.

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저자의 다른 논문 :

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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