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문제 정의
- 아직까지 임상에서 만성폐쇄성폐질환 환자를 대상으로 신경근전기자극을 통한 훈련 효과가 주파수에 따라 어떠한 차이를 보이는지, 그리고 어떻게 환자들에게 일상적인 도움으로 전환되는지는 불분명하다. 따라서 본 연구는 주파수에 따른 신경근전기자극의 적용이 만성폐쇄성폐질환 환자의 폐기능과 넙다리네갈래근 활성도, 건강관련 삶의 질에 미치는 영향을 분석함으로써 만성폐쇄성폐질환의 증상 개선 여부를 타진함과 동시에 이들의 호흡재활지침에 활용될 수 있는 임상적 기초자료를 제공하기 위해 시행하였다.
- 본 연구는 중증 만성폐쇄성폐질환 환자 20명을 대상으로 주파수에 따른 신경근전기자극이 호흡근력, 넙다리네갈래근 활성도 및 건강관련 삶의 질에 미치는 영향에 대해 알아보았다. 그 결과 신경근전기자극은 넙다리네갈래근의 기능을 강화시키고 운동내성을 향상시킴으로써 호흡근력, 건강관련 삶의 질에도 긍정적인 영향을 미쳤고, 특히 고빈도 신경근전기자극이 저빈도 신경근전기자극에 비해 더욱 효과적임을 알 수 있었다.
- 본 연구에서는 중증의 만성폐쇄성폐질환 환자의 넙다리네갈래근에 신경근전기자극을 적용함으로써 호흡근력과 넙다리네갈래근 활성도, 건강관련 삶의 질에 미치는 영향을 알아봄으로써 신경근전기자극을 통한 훈련 효과가 주파수에 따라 어떠한 차이를 보이는지 알아보고자 다음과 같은 논의를 하고자 한다.
제안 방법
- 검사자는 피험자가 잔기량(residual volume)에 최대한 가깝게 날숨하면 코에 코마개를 부착함과 동시에‘시작’ 신호를 보내고 피험자는 즉시 최대한 깊고 빠르게 2초 이상 들숨을 지속하도록 하였다.
- 검사자는 피험자가 총폐용량(total lung capacity)에최대한 가깝게 들숨하면 코에 코마개를 부착함과 동시에 ‘시작’ 신호를 보내고 피험자는 즉시 최대한 깊고 빠르게 2초 이상 날숨을 지속하도록 하였다.
- 근전도 신호수집을 위한 표본추출율(sampling rate)은 1000으로 하였고, 주파수 대역 필터는 20∼450 ㎐로 설정하였다. 근전도 신호의 피부조항을 최소화하기 위해 대상자들의 피부에서 털을 제거하고, 알코올 솜으로 문질러 피부를 청결히 유지하였으며, 2개의 Ag/Agcl 표면 전극을 사용하여 각 근육의 근복에 근섬유와 평행한 방향으로 2 ㎝ 간격으로 부착하였고, 측정근육은 넙다리내갈래근 중 중간넓은근을 제외하고 넙다리곧은근, 안쪽넓은근, 가쪽넓은근의 근전도 신호를 수집하였다(Fig. 1). 측정 근육들의 신호들은 실효치진폭(root mean square:RMS)으로 변환하였으며, 근전도 신호분석은 Acqknowledge3.
- 1 software program(Biopac, USA)을 사용하였다. 대상자들의 근전도 신호를 정규화(normalizing)하기 위해 먼저 환자들을 가만히 서 있는 자세를 취하게 한 후 10초간의 실효치진폭 값을 측정하였고, 이 중 시작과 끝 2초를 제외한 8초 동안의 실효치진폭 값의 평균값을 기준동작 시 실효치진폭 값으로 설정하였다. 또한 의자에 앉아 있는 상태에서 일어서기까지 동작의 시작 시점을 통일하기 위해 음성지시에 따라 자연스럽게 일어서기 동작을 수행하도록 하였고, 3번 측정 후 평균값을 산출하였으며, 이때 발생되는 동일한 근육의 실효치진폭 값을 특정동작 시 실효치진폭 값으로 설정하였다(Fig.
- 대상자들의 근전도 신호를 정규화(normalizing)하기 위해 먼저 환자들을 가만히 서 있는 자세를 취하게 한 후 10초간의 실효치진폭 값을 측정하였고, 이 중 시작과 끝 2초를 제외한 8초 동안의 실효치진폭 값의 평균값을 기준동작 시 실효치진폭 값으로 설정하였다. 또한 의자에 앉아 있는 상태에서 일어서기까지 동작의 시작 시점을 통일하기 위해 음성지시에 따라 자연스럽게 일어서기 동작을 수행하도록 하였고, 3번 측정 후 평균값을 산출하였으며, 이때 발생되는 동일한 근육의 실효치진폭 값을 특정동작 시 실효치진폭 값으로 설정하였다(Fig. 2). 특정동작 시 실효치진폭값을 기준동작 시 실효치진폭 값으로 나눈 후 백분율로 하여 대상자들의 근전도를 정규화하여 %자발적 기준 수축값(%reference voluntary contraction: %RVC)을 측정하였으며, 모든 동작들은 3회 반복측정 후 평균값을 구하였고, 측정 간 2분의 휴식시간을 동일하게 적용하였다.
- 만성폐쇄성폐질환 환자 20명을 임상 표본추출하여 저빈도 신경근전기자극을 적용한 집단 10명, 고빈도 신경근전기자극을 적용한 집단 10명씩 각각 무작위 배치하여 4주 간, 5일/주, 1회/일, 30분씩 중재 프로그램을 시행하였다. 중재 전 호흡압력계를 활용하여 호흡근력을 측정하였고, 표면 근전도로 넙다리네갈래근의 근활성도를 측정하였으며, 세인트조지 호흡기설문(St.
- 본 연구에 사용된 측정 도구로는 신장과 체중은 Body Mass Index HW-600 (Korea)을 사용하였고, 호흡근력은 Micro Respiratory Pressure Meter (Micro Direct Inc, USA)를이용하여 최대 들숨압(Maximum inspiratory pressure: MIP)과 최대 날숨압(Maximum expiratory pressure: MEP)을측정하였다. 그리고 MP-150 (Biopac System, USA)을 활용하여 넙다리곧은근, 안쪽넓은근, 가쪽넓은근의 근활성도를 측정하였으며, 건강관련 삶의 질을 측정하기 위해 세인트 호흡기 설문지(St.
- 3). 본 연구의 설계에 따라 자극주파수(stimulation frequency)를 15㎐, 75㎐ 로 각각 분류하였고, 근육 수축력에 미치는 피로의 영향을 최소화하기 위해 신경근 전기자극은 대칭적 이상성 파형으로 하였고, 맥동빈도(pulse rate) 50pps, 맥동기간(pulse duration)은 300us, 단속시간비(duty cycle)는 전기자극 10초, 단속시간은 30초로 하였으며 1회 30분 간 적용하였다. 대상자가 참을 수 있고, 가시적인 근수축이 일어나는 최대 강도의 자극을 기록하여 중재기간 동일하게 자극하였다.
- 전기자극은 맥동주파수와 기간, 순환주기, 경사증감 시간의 변조가 가능한 2채널 Biostim NMS 2(Biostim,USA) 2대를 사용하였다. 의자에 편하게 앉은 자세에서 시행하였으며, 측정 부착부위는 넙다리곧은근, 안쪽넓은근, 가쪽넓은근의 근복을 중심으로 원위부와 근위부에 각각 양극배치법(bipolar placement)을 이용하여 부착하였다(Fig. 3). 본 연구의 설계에 따라 자극주파수(stimulation frequency)를 15㎐, 75㎐ 로 각각 분류하였고, 근육 수축력에 미치는 피로의 영향을 최소화하기 위해 신경근 전기자극은 대칭적 이상성 파형으로 하였고, 맥동빈도(pulse rate) 50pps, 맥동기간(pulse duration)은 300us, 단속시간비(duty cycle)는 전기자극 10초, 단속시간은 30초로 하였으며 1회 30분 간 적용하였다.
- 중재 전 호흡압력계를 활용하여 호흡근력을 측정하였고, 표면 근전도로 넙다리네갈래근의 근활성도를 측정하였으며, 세인트조지 호흡기설문(St. George’sRespiratory Questionnaire, SGRQ) 평가지를 사용하여 건강관련 삶의 질 평가를 측정한 후, 4주 후에 사후검사를 사전검사와 동일하게 재측정하여 분석하였다.
- 최대 날숨압: 피험자는 앉은 자세에서 측정 장비의 마우스피스를 공기가 새지 않도록 최대한 입술에 밀착시켜 물고 정면을 바라보고 시작 신호를 기다리게 하였다. 검사자는 피험자가 총폐용량(total lung capacity)에최대한 가깝게 들숨하면 코에 코마개를 부착함과 동시에 ‘시작’ 신호를 보내고 피험자는 즉시 최대한 깊고 빠르게 2초 이상 날숨을 지속하도록 하였다.
- 호흡압력계를 이용하여 앉은 자세에서 실시하였고,측정하기 전에 피험자들에게 검사 방법을 숙지할 수 있도록 반복적인 교육을 실시하였다. 최대 들숨압(MIP)을 먼저 측정하고 충분한 휴식을 취한 후에 최대날숨압(MEP)를 측정하였다.
- 최대들숨압: 피험자는 앉은 자세에서 측정 장비의 마우스피스를 공기가 새지 않도록 최대한 입술에 밀착시켜 물고 정면을 바라보고 시작 신호를 기다리게 하였다. 검사자는 피험자가 잔기량(residual volume)에 최대한 가깝게 날숨하면 코에 코마개를 부착함과 동시에‘시작’ 신호를 보내고 피험자는 즉시 최대한 깊고 빠르게 2초 이상 들숨을 지속하도록 하였다.
- SGRQ는 만성폐쇄성폐질환 환자의 건강관련 삶의 질을 측정하기 위해 고안된 자가보고 도구이며 총 50문항의 3가지 영역으로 이루어져 있는데, 지난 한달 동안의 호흡기 증상의 빈도와 중증도를 반영하는 증상(symptom) 8문항, 호흡곤란을 유발하거나 호흡곤란에 의해 제한받는 활동 정도를 반영하는 활동력(activity) 16문항, 사회적 기능, 정서적 기능에 대한 질병의 영향,전반적인 장애 정도를 측정하는 영향력(impact) 26문항으로 구성되어 있고, 영역별 점수와 총 점수를 각각 계산하여 0에서 100까지 점수로 표시되는데 점수가 낮을수록 호흡기 증상과 관련된 삶의 질은 좋으며 점수가 높을수록 삶의 질은 떨어진다. 측정은 1:1 직접 면담으로 시행하였으며 피검자가 직접 문항을 읽고 표기하기가 불가능할 경우 검사자가 피검자에게 각 문항을 읽어주고 자신의 상태를 가장 잘 나타내는 항목을 고르도록 하여 검사자가 기록하였다.
- 2). 특정동작 시 실효치진폭값을 기준동작 시 실효치진폭 값으로 나눈 후 백분율로 하여 대상자들의 근전도를 정규화하여 %자발적 기준 수축값(%reference voluntary contraction: %RVC)을 측정하였으며, 모든 동작들은 3회 반복측정 후 평균값을 구하였고, 측정 간 2분의 휴식시간을 동일하게 적용하였다.
- 호흡압력계를 이용하여 앉은 자세에서 실시하였고,측정하기 전에 피험자들에게 검사 방법을 숙지할 수 있도록 반복적인 교육을 실시하였다. 최대 들숨압(MIP)을 먼저 측정하고 충분한 휴식을 취한 후에 최대날숨압(MEP)를 측정하였다.
대상 데이터
- 본 연구는 2019년 1월부터 3월까지 전라남도에 소재한 H병원에서 입원 치료중인 60~80세 연령범위의 남성 만성폐쇄성폐질환 환자 20명을 대상으로 하였다. COPD의 진단은 Global Initiative for Chronic Obstructive Lung Disease (GOLD) 지침에 따라 1초간 노력성 날숨량이 50% 미만인 중증 만성폐쇄성폐질환 진단을 받은자로써, 12주 동안 고혈압 등 복용약물 상의 변동이 없는 자, 뇌혈관 질환, 암, 정형외과적 질환, 신경외과적 질환이 없는자, 최근 3개월 이상 규칙적인 운동을 하지 않은 자, 급진적 만성폐쇄성폐질환 증상이 없는 자로 본 연구의 목적을 이해하고 연구에 참여하기로 동의한 자를 대상자로 선정하였다.
- 본 연구는 2019년 1월부터 3월까지 전라남도에 소재한 H병원에서 입원 치료중인 60~80세 연령범위의 남성 만성폐쇄성폐질환 환자 20명을 대상으로 하였다. COPD의 진단은 Global Initiative for Chronic Obstructive Lung Disease (GOLD) 지침에 따라 1초간 노력성 날숨량이 50% 미만인 중증 만성폐쇄성폐질환 진단을 받은자로써, 12주 동안 고혈압 등 복용약물 상의 변동이 없는 자, 뇌혈관 질환, 암, 정형외과적 질환, 신경외과적 질환이 없는자, 최근 3개월 이상 규칙적인 운동을 하지 않은 자, 급진적 만성폐쇄성폐질환 증상이 없는 자로 본 연구의 목적을 이해하고 연구에 참여하기로 동의한 자를 대상자로 선정하였다.
- 전기자극은 맥동주파수와 기간, 순환주기, 경사증감 시간의 변조가 가능한 2채널 Biostim NMS 2(Biostim,USA) 2대를 사용하였다. 의자에 편하게 앉은 자세에서 시행하였으며, 측정 부착부위는 넙다리곧은근, 안쪽넓은근, 가쪽넓은근의 근복을 중심으로 원위부와 근위부에 각각 양극배치법(bipolar placement)을 이용하여 부착하였다(Fig.
데이터처리
- 본 연구의 자료처리 방법은 Window용 SPSS 17.0을 이용하여 연구대상자의 일반적 특성을 Shapiro-wilk로정규성 검정 하였고, Levene의 등분산 검정(Levene'stest)을 사용하여 동질성 검정을 하였다.
- 집단 내 변화비교는 대응표본 t-검정(Paired t-test)을, 집단 간 변화비교는 공분산분석(ANCOVA)을 하였으며, 유의수준 α=.05로 설정하였다.
- 1). 측정 근육들의 신호들은 실효치진폭(root mean square:RMS)으로 변환하였으며, 근전도 신호분석은 Acqknowledge3.9.1 software program(Biopac, USA)을 사용하였다. 대상자들의 근전도 신호를 정규화(normalizing)하기 위해 먼저 환자들을 가만히 서 있는 자세를 취하게 한 후 10초간의 실효치진폭 값을 측정하였고, 이 중 시작과 끝 2초를 제외한 8초 동안의 실효치진폭 값의 평균값을 기준동작 시 실효치진폭 값으로 설정하였다.
이론/모형
- 그리고 MP-150 (Biopac System, USA)을 활용하여 넙다리곧은근, 안쪽넓은근, 가쪽넓은근의 근활성도를 측정하였으며, 건강관련 삶의 질을 측정하기 위해 세인트 호흡기 설문지(St. Go-erge’s Respiratory Questionnaire,SGRQ)로 측정하였다.
성능/효과
- 결론적으로 4주간의 신경근전기자극 프로그램은 넙다리네갈래근의 기능을 강화시킴으로써 중증 만성폐쇄성폐질환 환자들의 운동내성을 향상시키고, 호흡근력, 건강관련 삶의 질까지 향상시켰다. 특히 고빈도의 신경근전기자극은 저빈도 신경근전기자극에 비해 더 효율적인 변화가 나타나 동화에 좀 더 유리한 방향으로 개선되어 더욱 효과적임을 알 수 있었다.
- 본 연구는 중증 만성폐쇄성폐질환 환자 20명을 대상으로 주파수에 따른 신경근전기자극이 호흡근력, 넙다리네갈래근 활성도 및 건강관련 삶의 질에 미치는 영향에 대해 알아보았다. 그 결과 신경근전기자극은 넙다리네갈래근의 기능을 강화시키고 운동내성을 향상시킴으로써 호흡근력, 건강관련 삶의 질에도 긍정적인 영향을 미쳤고, 특히 고빈도 신경근전기자극이 저빈도 신경근전기자극에 비해 더욱 효과적임을 알 수 있었다. 이러한 결과는 향후 임상에서 호흡운동을 하기 힘든 중증의 만성폐쇄성폐질환 환자들의 신체기능의 측면을 개선하기 위한 대체수단이 될 수 있을 것이라고 사료된다.
- 넙다리곧은근, 안쪽넓은근, 가쪽넓은근의 활성도에서 유의한 차이를 보였고(p<.01)(p<.05) (p<.05), 75㎐에서 높아지는 결과가 나타났다(Table 4).
- Chen 등[21]은 신경근전기자극이 중증 만성폐쇄성폐질환 환자들의 넙다리네갈래근의 근력과 운동기능 향상에 효과적이라고 하였고, Maddocks 등[9]의 연구에서는 1초간 노력성 날숨량이 50% 미만이고, 호흡곤란을 가지는 중증 만성폐쇄성폐질환 환자 25명을 대상으로 넙다리네갈래근에 대한 6주 간의 신경근전기자극을 중재한 결과, 근육량과 기능을 강화시킴으로써 기능적 운동능력을 향상시켰다. 본 연구에서도 신경근전기자극 중재 후 넙다리네갈래근 활성도를 변화 비교한 결과, 두 집단 모두 넙다리네갈래근 활성도의 유의한 차이를 보여 선행연구들을 지지하였다. 집단 간 비교에서 세 근육 모두 유의한 차이를 보여 고빈도 신경근전기자극을 적용한 집단이 저빈도 신경근전기자극을 적용한 집단에 비해 넙다리네갈래근 활성도의 유의한 증가값을 보여, 신경근전기자극의 주파수가 산화 효소의 작용, 골격근 섬유의 종류와 크기를 변화시키는 변수가 될 수 있음을 알 수 있었다.
- Kang 등[28]은 만성폐쇄성폐질환 환자 20명을 대상으로 신경근전기자극을 병행한 복합호흡운동을 중재한 결과, 1초간 노력성 날숨량의 증가와 함께 건강관련 삶의 질에도 유의한 향상을 보여 신경근전기자극이 효과적임을 알 수 있었다. 본 연구에서도 신경근전기자극을 중재한 후 건강관련 삶의 질을 변화 비교한 결과, 두 집단 모두 유의한 차이가 있어 선행연구들을 지지하는 결과를 도출할 수 있었다. 그 이유는 신경근전기자극으로 인한 넙다리네갈래근의 기능향상이 일차적으로는 다리기능 증진을 통한 혈류개선과 이차적으로는 전신적인 심폐기능에도 긍정적인 영향을 미쳐 삶의 질까지 향상 된 것으로 보이며, 이는 고빈도의 신경근전기자극이 폐기능 향상에 효과적이라고 보고한 Dev 등[29]의 연구와도 비슷한 결과이다.
- 본 연구에서도 신경근전기자극 중재 후 넙다리네갈래근 활성도를 변화 비교한 결과, 두 집단 모두 넙다리네갈래근 활성도의 유의한 차이를 보여 선행연구들을 지지하였다. 집단 간 비교에서 세 근육 모두 유의한 차이를 보여 고빈도 신경근전기자극을 적용한 집단이 저빈도 신경근전기자극을 적용한 집단에 비해 넙다리네갈래근 활성도의 유의한 증가값을 보여, 신경근전기자극의 주파수가 산화 효소의 작용, 골격근 섬유의 종류와 크기를 변화시키는 변수가 될 수 있음을 알 수 있었다. 고빈도의 신경근전기자극은 저빈도 전기자극과는 대조적으로 말초 경로 이외에도 전기적으로 유발된 감각 전도(sensory volley)를 통한 중추 동원에 의해 근육 수축을 발생시킬 수 있고[22], 근력의 향상이 자극빈도와 운동단위의 동원 수에 비례하기 때문에 주파수가 높을수록 운동단위가 많아지고 근력이 향상된다[23].
- 최대 들숨압, 최대 날숨압, 넙다리곧은근, 안쪽넓은근, 가쪽넓은근의 활성도, 건강관련 삶의 질에서 유의하게 높아지는 결과를 보였다(p<.05)(Table 2).
- 최대 들숨압, 최대 날숨압, 넙다리곧은근, 안쪽넓은근, 가쪽넓은근의 활성도, 건강관련 삶의 질에서 유의하게 높아지는 결과를 보였다(p<.05)(p<.001)(p<.05)(Table 3).
- 결론적으로 4주간의 신경근전기자극 프로그램은 넙다리네갈래근의 기능을 강화시킴으로써 중증 만성폐쇄성폐질환 환자들의 운동내성을 향상시키고, 호흡근력, 건강관련 삶의 질까지 향상시켰다. 특히 고빈도의 신경근전기자극은 저빈도 신경근전기자극에 비해 더 효율적인 변화가 나타나 동화에 좀 더 유리한 방향으로 개선되어 더욱 효과적임을 알 수 있었다. 이러한 결과는 부가적인 호흡운동 프로그램을 제공할 수 있고, 현재 폐재활 프로그램에 참여할 수 없거나 꺼리는 중증 만성폐쇄성폐질환 환자들의 신체 기능의 측면을 개선하기 위한 대체 수단이 될 수도 있을 것이라고 생각된다.
후속연구
- 집단 간 비교에서는 유의한 차이가 나타나지 않았는데, 그 이유로는 삶의 질의 증상점수는 최근 1년 동안 호흡기계 이상으로 기도폐쇄에 의한 발작 등, 심하게 고생했던 경험이나 불편했던 경험, 호흡기계 문제에 대한 걱정 등을 평가하는 것이므로 4주 동안의 중재만으로 통계적인 집단 간 차이를 기대하는 것은 무리일 수도 있다. 따라서 향후 건강관련 삶의 질을 목표로 하는 장기간의 연구가 필요로 할 것이다.
- 본 연구의 제한점으로는 연구대상자들이 1개의 의료기관 내에서 치료를 받고 있는 60~80세 만성폐쇄성폐질환 환자들로 제한하였으므로 모든 만성폐쇄성폐질환 환자에 대한 일반화에 있어서는 한계가 있다는 점과, 현재 투여하고 있는 약물에 대해서도 통제하는데 어려움이 있어 변수가 발생할 수 있다는 점, 그리고 일상생활을 통제하지 못하였기에 연구 결과에 영향을 미칠 수 있다는 점이다.
- 특히 고빈도의 신경근전기자극은 저빈도 신경근전기자극에 비해 더 효율적인 변화가 나타나 동화에 좀 더 유리한 방향으로 개선되어 더욱 효과적임을 알 수 있었다. 이러한 결과는 부가적인 호흡운동 프로그램을 제공할 수 있고, 현재 폐재활 프로그램에 참여할 수 없거나 꺼리는 중증 만성폐쇄성폐질환 환자들의 신체 기능의 측면을 개선하기 위한 대체 수단이 될 수도 있을 것이라고 생각된다.
- 그 결과 신경근전기자극은 넙다리네갈래근의 기능을 강화시키고 운동내성을 향상시킴으로써 호흡근력, 건강관련 삶의 질에도 긍정적인 영향을 미쳤고, 특히 고빈도 신경근전기자극이 저빈도 신경근전기자극에 비해 더욱 효과적임을 알 수 있었다. 이러한 결과는 향후 임상에서 호흡운동을 하기 힘든 중증의 만성폐쇄성폐질환 환자들의 신체기능의 측면을 개선하기 위한 대체수단이 될 수 있을 것이라고 사료된다.
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