[논문]무릎 과다 폄을 가진 대상자에게 비대칭 선 자세가 무릎 관절 위치와 근활성도에 미치는 영향에 대한 융합적 연구

정성훈; 하성민

doi:10.15207/jkcs.2019.10.9.063

무릎 과다 폄을 가진 대상자에게 비대칭 선 자세가 무릎 관절 위치와 근활성도에 미치는 영향에 대한 융합적 연구
A convergence study of the effects of asymmetric standing posture on knee joint position and lower extremity muscle activity in subjects with hyper-extended knee 원문보기

한국융합학회논문지 = Journal of the Korea Convergence Society, v.10 no.9, 2019년, pp.63 - 68

초록
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무릎 과다 폄을 가진 대상자에게 비대칭적 선 자세와 같은 외부적 요소가 추가되게 되면 무릎 관절에 가해지는 체중 지지가 더 증가하게 되며, 무릎 뒤쪽 구조들의 과신장이 유발된다. 이는 무릎 과다 폄 변형을 증가시킬 뿐만 아니라, 앞 십자인대와 같은 무릎 주변 연부조직의 변형 및 손상을 유발하는 요인이 될 수 있다. 따라서, 비대칭적 선 자세가 무릎 관절의 위치와 하지 근육의 활성도에 어떠한 영향을 미치는지 알아보는 것이 이 연구의 목적이다. 33명의 자발적 참여대상자들이 연구에 참여하였으며 총 60개의 다리에 대하여 무릎 과다 폄군, 정상군으로 나누어 하지근육의 근 활성도 및 무릎 폄 각도를 측정하였다. 비대칭적 선 자세 시, 무릎 관절 폄 각도와 장딴지근의 근 활성도 값은 정상군과 무릎 과다 폄 군 사이의 통계학적 유의한 차이가 나타났다. 결과를 토대로 비대칭적인 선 자세가 무릎의 과다 폄을 증가시키는 요인이 됨을 확인하였다. 따라서, 무릎 정렬에 이상을 가진 대상자들에게는 정상적인 정렬 회복과 함께 대칭적인 선 자세를 유지할 수 있도록 하는 치료적 중재 수립에 도움을 줄 것이며, 추후 엉덩관절과 발목관절의 영향을 포함한 조사연구가 필요하겠다.

Abstract ▼ AI-Helper

The purpose of this study was to investigate the effect of hyper-extended knee and asymmetric standing posture on knee joint position and lower extremity muscle activity. Thirty-three voluntary participants participated and included sixty legs in the study. The sixty legs were divided into two groups: hyper-extended knee and normal group. The muscle activity and knee extension angle were measured. In the asymmetric standing posture, the knee joint extension angle and the muscle activity of the gastrocnemius were statistically significant between the normal group and the hyper-extended knee group. Based on the results, we confirmed that the asymmetric standing posture increases the hyper-extended knee. Therefore, it will contribute to the establishment of therapeutic guide for the subjects with hyper-extended knee to maintain the symmetrical standing posture, and future studies need to be conducted including the effects of the hip joint and ankle joints.

주제어

표/그림 (3)

표 Table 1. General characteristics of study participants
그림 Fig. 1. Location for measure of electromyography and knee extension angle, and asymmetric standing posture
표 Table 2. Knee extension angle and lower extremity muscle activity during asymmetric standing posture

AI 본문요약
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문제 정의

미국 족부협회에서 장기간 선 자세로 근무하는 산업종사자들의 83%가 발과 하지의 통증을 경험했다고 보고하였으며, 대칭적인 선 자세에 비하여 비대칭적 선 자세는고관절과 천장관절의 주위 조직에 비정상적 스트레스가 부가됨을 확인하였다[1,15]. 따라서, 선 자세에서 일어나는 무릎 과다 폄과 비대칭적인 선 자세가 무릎 관절의 위치와 하지 근육의 활성도에 어떠한 영향을 미치는지 알아보고자 하였다. 정상군과 무릎 과다 폄 그룹 군에서 비대칭적 선 자세에서 무릎 관절의 각도 및 하지 근육의 근활성도를 비교했을 때, 무릎 과다 폄 그룹 군에서 무릎 과다 폄의 증가와 함께 무릎 과다 폄을 유발하는 근육의 활성도가 상대적으로 증가할 것이다.
본 연구는 선 자세에서 일어나는 무릎 과다 폄과 비대칭적인 선 자세가 무릎관절의 위치와 하지 근육의 활성도에 어떠한 변화를 가져오는지 알아보고자 하는 국내 처음의 연구로 향후 다학제 간 치료 및 운동프로그램에 도움을 줄 수 있는 기초자료를 제공하고자 시도되었다. 비대칭적인 선 자세는 무릎의 과다 폄을 증가시켰고, 무릎 과다 폄을 가진 군에서 비대칭적 선 자세를 취하게 되면 장딴지근육이 무릎 폄근으로 작용하여 정상군보다 과도한 무릎 폄을 증가시킴을 확인할 수 있었다.
특히, 한쪽 다리에 체중을 지지하는 선 자세는 비대칭적인 몸통 근육(척추기립근, 복근)의 사용과 함께 비대칭적인 엉덩관절의 회전 각도를 유발하였으며, 이와 같은 위험요소는 척추와 하지 관절의 구조적 손상과 기능 제한을 발생키는 요인이 된다고 하였다[2,3]. 본 연구에서는 정상군과 무릎 과다 폄을 가진 대상자들이 비대칭적 선 자세를 취했을 때 무릎관 절의 각도와 하지 근육들의 근 활성도 차이를 비교하고자 하였다.

제안 방법

장딴지근에는 표면 전극을, 발바닥 쪽 굽힘으로 촉진 후, 안쪽 장딴지 근육 위치를 확인하여 부착한다[18]. Fig 1-A 무릎 과다 폄군과 정상군의 따른 근 활성도 차이를 알아보기 위하여 기준 수축(reference voluntary contraction; RVC)의 %RVC방법으로 정규화(normalization)하였다. RVC는 대상자에게 대칭 입식 자세로 편안하게 10초 동안 서 있게 하여 측정하였다[19].
비대칭적 선 자세 동안 하지 근육들의 근전도를 측정하기 위해 표면 근전도(TeleMyo 2400T, Noraxon,Scottsdale, AZ, USA)를 사용하였다. MyoResearchXP (Noraxon Inc., Scottsdale, USA) 프로그램을 사용하여 근전도 신호를 수집 및 분석하였다. 근전도 신호의 표본추출률(sampling rate)은 1000Hz로 설정하였으며, 주파수 대역폭은 20~450Hz 사이와 밴드패스필터(band-pass filter)를 사용하였다.
비대칭적 선 자세동안 대상자들의 무릎 폄 각도 분석은 삼성 갤럭시 S6 휴대폰 (Samsung Electronics, South Korea)을 사용하여 기록하였다. 길이가 조절되는 삼각대를 무릎 관절 높이에 맞추고 카메라를 장착시켰다. 카메라의 위치는 대상자의 측면 발을 기준으로 1m 떨어진 곳에 위치시킨다.
두 개의 분리된 양극의 (20 ㎜) 표면 전극은 넙다리 곧 은근, 넙다리 두갈래근, 앞정강근, 장딴지근에 20 ㎜간격으로 각 근육힘살(muscle belly)의 중앙에 배치하고, 각 근육섬유와 평행하게 배치 한다. 표면 전극을 붙이는 위치는 피부 저항도(impedance)를 줄이기 위해서 면도를 하고 알코올 솜으로 문지른다[17].
5cm 지름)을 측정하는 쪽 넙다리뼈의 큰 돌기(greater trochanter), 바깥쪽 복사뼈(lateral malleolus), 바깥쪽 넙다리뼈 위 관절 융기(lateral femoral epicondyle)에 붙였다[18]. 무릎 관절의 폄 각도는 이미지 분석 프로그램 (Image J; U.S. National Institutes of Health, Maryland, USA)을 이용하여 분석하였다.
비대칭적 선 자세 동안 하지 근육들의 근전도를 측정하기 위해 표면 근전도(TeleMyo 2400T, Noraxon,Scottsdale, AZ, USA)를 사용하였다. MyoResearchXP (Noraxon Inc.
비대칭적 선 자세동안 대상자들의 무릎 폄 각도 분석은 삼성 갤럭시 S6 휴대폰 (Samsung Electronics, South Korea)을 사용하여 기록하였다. 길이가 조절되는 삼각대를 무릎 관절 높이에 맞추고 카메라를 장착시켰다.

대상 데이터

본 연구는 자발적인 참여를 한 연세대학교 원주캠퍼스 33명의 학생을 대상으로 수행하였으며, 총 60개의 다리가 연구에 모집되었다. 무릎 과다 폄군에는 32개의 다리가 모집되었으며, 정상군에는 28개의 다리가 모집되었다. 대상자들의 일반적 특성은 Table 1과 같다.
본 연구는 자발적인 참여를 한 연세대학교 원주캠퍼스 33명의 학생을 대상으로 수행하였으며, 총 60개의 다리가 연구에 모집되었다. 무릎 과다 폄군에는 32개의 다리가 모집되었으며, 정상군에는 28개의 다리가 모집되었다.

데이터처리

근 활성도와 각도의 차이를 비교해 보기 위하여 독립표본 t-검정(independent t-test)을 하였다. 통계학적인 유의수준을 검정하기 위하여 α=0.

이론/모형

근전도 신호의 표본추출률(sampling rate)은 1000Hz로 설정하였으며, 주파수 대역폭은 20~450Hz 사이와 밴드패스필터(band-pass filter)를 사용하였다. 또, 이 신호 창(Window)은 50㎳으로 설정하여 제곱 평균 제곱근법(root mean square)으로 처리하였다[16].

성능/효과

이와 같은 실험결과는 비대칭적인 선 자세가 무릎의 과다 폄을 증가시키는 요인이 됨을 확인할 수 있다. 근육의 활동은 정상군과 무릎 과다 폄 군 사이에서 장딴지 근육을 제외한 모든 근 활성도 값은 유의한 차이도 없었으며, 두 군 사이의 근 활성도 값도 비슷한 양상을 보였다. 이와 같은 결과는 근육에 의해 무릎 과다 폄이 더 유발되거나 악화되지 않음을 알 수 있다.
무릎 과다 폄을 가진대상자들은 구조적 변형으로 인해 정상인과 달리 넙다리네갈래근의 근육 동원 감소로 인해, 하지 근육의 근 활성도가 정상군에 비해 더 낮은 수치를 보였다. 반면에 선 자세에서 무릎의 과다 폄을 유발하는 장딴지 근육의 근 활성도는 통계학적으로 유의하게 증가 됨을 확인할 수 있었다. 무릎 과다 폄을 가진 군에서 비대칭적 선 자세를 취하게 되면, 무릎 폄근으로 작용하는 장딴지 근육이 활성화되어[32] 정상군과 비교해 과도한 무릎 폄을 증가시킴을 확인할 수 있었다.
비대칭적 선 자세 시, 넙다리 곧은근, 넙다리두갈래근, 앞정강근의 근 활성도 값은 정상군과 무릎 과다 폄군 사이에서 통계학적으로 유의한 차이가 나타나지 않았지만, 장딴지근의 근 활성도 값은 두 군 사이에서 통계학적으로 유의한 차이가 나타났다 (p>0.05).
본 연구는 선 자세에서 일어나는 무릎 과다 폄과 비대칭적인 선 자세가 무릎관절의 위치와 하지 근육의 활성도에 어떠한 변화를 가져오는지 알아보고자 하는 국내 처음의 연구로 향후 다학제 간 치료 및 운동프로그램에 도움을 줄 수 있는 기초자료를 제공하고자 시도되었다. 비대칭적인 선 자세는 무릎의 과다 폄을 증가시켰고, 무릎 과다 폄을 가진 군에서 비대칭적 선 자세를 취하게 되면 장딴지근육이 무릎 폄근으로 작용하여 정상군보다 과도한 무릎 폄을 증가시킴을 확인할 수 있었다. 따라서, 무릎 정렬에 이상을 가진 대상자들에게는 정상적인 정렬회복과 함께 대칭적인 선 자세를 유지할 수 있도록 하는 치료적 중재가 필요하다고 생각된다.
실험결과를 통해서 비대칭적 선 자세 시, 무릎관절 폄 각도는 정상군과 무릎 과다 폄군 사이의 통계학적 유의한 차이가 나타났으며, 두 군 사이에서 장딴지근의 근 활성도는 통계학적 유의한 차이가 나타났다. 이와 같은 실험결과는 비대칭적인 선 자세가 무릎의 과다 폄을 증가시키는 요인이 됨을 확인할 수 있다.
이와 같은 결과는 근육에 의해 무릎 과다 폄이 더 유발되거나 악화되지 않음을 알 수 있다. 하지만, 이미 수동적 안정성을 상실하여 과도한 무릎 폄을 가지고 있는 사람들에게는 비대칭적인 선 자세가 무릎 과다 폄을 더 악화시킬 수 있다는 것을 확인할 수 있었다. 하지의 체중 지지선이나 역학적 축은 무릎 관절의 중심을 통과하고, 무릎의 하중 분포에 영향을 준다[23,24].

후속연구

향후 연구에서는 무릎 관절에서 일어나는 관상면 및 회전면 움직임 측정이 필요하다고 생각한다. 또한, 비대칭적인 선 자세에서 나타나는 엉덩관절과 발목관절의 영향을 비교하는 향후 연구도 필요하다고 생각 한다.
최근 재활 분야에서 많이 사용되고 있는 신체 정렬과 선 자세에 대한 정보를 실시간으로 전달할 수 있는 치료적 장비 또는 시스템들이 무릎 과다 폄을 가진 환자들의 정렬 상태 개선과 통증을 감소시킬 수 있을 것이다[31]. 본 연구의 제한점으로 무릎 관절에서 일어나는 시상면 움직임만을 측정하였다. 향후 연구에서는 무릎 관절에서 일어나는 관상면 및 회전면 움직임 측정이 필요하다고 생각한다.
본 연구의 제한점으로 무릎 관절에서 일어나는 시상면 움직임만을 측정하였다. 향후 연구에서는 무릎 관절에서 일어나는 관상면 및 회전면 움직임 측정이 필요하다고 생각한다. 또한, 비대칭적인 선 자세에서 나타나는 엉덩관절과 발목관절의 영향을 비교하는 향후 연구도 필요하다고 생각 한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	무릎 과다 폄을 만드는 원인에는 무엇이 있는가	무릎 과다 폄은 무릎 관절의 중립에서 10도 이상 넘어선 과다 폄을 의미한다[6,7]. 무릎 과다 폄을 만들어내는 원인은 하지의 무게, 근력, 성호르몬 등으로 다양하며, 공통된 특징은 무릎의 뒤쪽 구조들의 광범위한 느슨함을 유발한다[8-13]. 이와 같은 이유로 무릎 과다 폄을 가진대상자들의 체중이 무릎 관절 앞쪽으로 집중되는 비정상적인 외적 모멘트 힘으로 작용하게 된다[6].
	비대칭적 선 자세는 어떤 손상들을 초래하는가	이전 연구들에서 비대칭적 선 자세는 몸통 근육들의 비대칭적 사용으로 인해 신체 좌우 비대칭과 허리 부위의 회전 모멘트를 증가시킨다고 보고하였다[2]. 따라서, 척추에 가해지는 부하 증가와 함께 지지가 된 엉덩관절, 무릎 관절, 및 발목관절 손상을 일으키는 요인이 된다[3,4]. 또한, 비대칭적 체중 지지 때문에 좌-우하지 관절에서 입력되는 고유수용성 감각의 변형을 유발하여 신체 감각-운동 시스템의 기능 손상 또는 저하를 유발할 수 있다[5].
	무릎 과다 폄이란 무엇인가	무릎 과다 폄은 무릎 관절의 중립에서 10도 이상 넘어선 과다 폄을 의미한다[6,7]. 무릎 과다 폄을 만들어내는 원인은 하지의 무게, 근력, 성호르몬 등으로 다양하며, 공통된 특징은 무릎의 뒤쪽 구조들의 광범위한 느슨함을 유발한다[8-13].

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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