[논문]뼈대근육량과 근피로가 무릎관절 고유수용성 위치감각에 미치는 영향

박수경; 박강희

doi:10.15268/ksim.2020.8.2.139

뼈대근육량과 근피로가 무릎관절 고유수용성 위치감각에 미치는 영향
The Effects of Skeletal Muscle Mass and Muscle Fatigue on the Proprioceptive Position Sense of the Knee Joint 원문보기

Journal of the Korean Society of Integrative Medicine = 대한통합의학회지, v.8 no.2, 2020년, pp.139 - 147

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Purpose : Proprioceptive position sense plays a key role in providing joint stability, and multiple factors are related to proprioceptive position sense. Thus, this study aimed to determine the effects of body composition, particularly skeletal muscle mass on proprioceptive position sense following muscle fatigue. Methods : Healthy female subjects agreed to have their body composition analyzed. Only subjects who had 18.5-22.9 kg/㎡ of BMI (body mass index) were included in this study, and the participants were divided into two groups by skeletal muscle mass level. The experimental group had a level of skeletal muscle lower than the standard level (n=9), while the control group showed a standard or high level of skeletal muscle mass (n=11). To determine the change in proprioceptive position sense of the knee joint, the absolute angle error (AAE) was evaluated following muscle fatigue on low extremity. The muscle fatigue was induced by isokinetic resistance exercise program of Biodex system. AAE was measured by the Biodex system and compared the result before and after muscle fatigue. Results : The experimental group showed a significant AAE difference between before (3.16±2.48 °) and after (5.40±2.61 °) muscle fatigue. In addition, there was a AAE difference between the experimental (5.40±2.61 °) and control groups (3.53±1.67 °) after fatigue; however, there was no significance. Those results indicated that low level of skeletal muscle mass might influence the proprioceptive position sense of the knee joint after muscle fatigue. Conclusion : Thus, maintaining the proper level of skeletal muscle mass is pivotal to reduce the risk of injury following muscle fatigue in ADL or sport activities.

주제어

표/그림 (4)

그림 Fig 1. Procedures of present experiment (A) Inbody system to analyze body composition of subjects, (B) Biodex system to measure position sense of knee joint, (C) Inducing protocol of muscle fatigue on lower extremity
표 Table 1. General characteristics and body composition factors between groups
그림 Fig 2. Changes of absolute angular error of knee joint ap<.05; between before and after fatigue
표 Table 2. Altered absolute angular error of knee joint by muscle fatigue

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구는 C시에 거주하는 건강한 20대 여성 36명을 대상으로 하였고, 연구 대상자들은 연구의 목적과 방법에 대해 충분한 설명을 들은 후, 본 연구에 자발적으로 참여하기를 동의하였다. 대상자 선정 과정에서 성인 여성을 선택한 이유는 체성분 분석 결과값에 대한 편향을 최소화하기 위해서이다. 대상자는 정형외과적 병력 및 신경학적 질환이 없으며, 과거 무릎질환으로 인한 치료 경험이 없고, 현재 무릎관절의 통증 및 가동범위의 제한이 없는 자로 선정하였다.
따라서 본 연구에서는 무릎관절의 고유수용성 위치감각에 영향을 미치는 요인들을 알아보기 위해 다리의 근력과 관련된 무릎관절 폄근과 굽힘근에 피로를 유발한 후, 근피로가 고유수용성 위치감각에 미치는 영향을 확인하였다. 또한, 체성분 요인 중 뼈대근육량의 차이에 따라 근피로 유발 후 고유수용성 위치감각이 어떻게 변화하는지 비교하였는데, 체성분 역시 고유수용성감각의 민감도에 영향을 미치는 요인 중 하나이다.
특히 BMI, 체지방률과 같은 비만 지표나 과체중에 의한 영향을 분석한 연구에 비해, 뼈대근육량(skeletal muscle mass)의 영향에 관한 연구는 매우 부족한 편이다. 따라서 본 연구에서는 체성분 요인 중, 뼈대근육량이 근피로 유발로 인한 무릎관절 고유수용성 위치감각 변화와 어떤 관계가 있는지 알아보고, 이를 통해 무릎관절 질환의 예방과 재활을 위한 세부적이고 정량화된 기초자료를 제시하고자 하였다.
본 연구는 정상범위의 BMI를 가지는 건강한 성인 여성을 대상으로, 이들의 뼈대근육량 차이가 근피로 유발 이후 무릎관절 위치감각에 어떠한 영향을 미치는지 알아보기 위해 실험을 진행한 단면적 연구(cross-sectional study)이다. 체성분 요인 중 뼈대근육량이 표준범위 미만인 실험군에서 근피로 유발 전·후 무릎관절 오차각도가 통계학적으로 유의하게 증가하였는데, 즉 뼈대근육량이 감소하면 근피로에 민감해지고 이로 인해 관절의 고유 수용성 위치감각의 저하가 발생하게 된다.
본 연구에서는 근피로 유발 시 나타나는 무릎관절의 위치감각 변화를 뼈대근육량에 따라 비교하기 위해, 본 실험에 들어가기 전 연구 대상자의 체성분을 분석하였다. 무릎관절의 위치감각은 다리의 근피로 유발 전과 후에 Biodex Medical System의 전자각도계 시스템을 이용하여 각각 측정하였다.
이에 본 연구에서는 뼈대근육량과 고유수용성 위치감각의 관계를 알아보고자 하였고, 이를 위해 건강한 성인 여성의 체성분을 분석한 뒤, BMI가 국내성인 기준 정상범위 (18.5-22.9 ㎏/㎡)에 포함되는 대상자만을 선정하였다 (Kim & Kim, 2014).

제안 방법

대상자가 위치를 기억한 후 다시 최초 자세로 무릎관절을 90 ° 굽힘 한 다음, 대상자에게 자신이 기억했던 지점까지 무릎을 폄 하도록 지시하였다. 대상자가 기억하고 있던 지점까지 무릎을 폄 하면, 검사자는 그 각도를 측정하여 목표지점에서 벗어난 오차각도(absolute angular error; AAE)를 측정하였고, 이를 통해 위치감각을 평가하였다. 위치 감각 측정은 총 3회 실시하였으며, 오차각도의 평균값을 사용하였다(Choi 등, 2009; Ribeiro 등, 2011).
대상자가 위치를 기억한 후 다시 최초 자세로 무릎관절을 90 ° 굽힘 한 다음, 대상자에게 자신이 기억했던 지점까지 무릎을 폄 하도록 지시하였다.
두 집단 사이에서 근피로 유발로 인한 위치감각의 변화를 확인하기 위해, 오차각도를 비교하였다. 근피로 유발 이전에는 실험군 3.
, Korea)를 사용하여 BMI, 뼈대근육량, 체지방량, 체지방률, 복부지방률(Waist-Hip Ratio)등의 체성분 특성을 측정 하였다. 또한 Biodex(Biodex S4, Biodex Medical System, Inc., USA)의 등속성 운동시스템을 이용하여 무릎관절 폄근 및 굽힘근의 근피로를 유발하였고, 전자각도계 시스템을 이용하여 무릎관절의 고유수용성 위치감각을 측정하였다(Fig 1).
본 연구에서는 근피로 유발 시 나타나는 무릎관절의 위치감각 변화를 뼈대근육량에 따라 비교하기 위해, 본 실험에 들어가기 전 연구 대상자의 체성분을 분석하였다. 무릎관절의 위치감각은 다리의 근피로 유발 전과 후에 Biodex Medical System의 전자각도계 시스템을 이용하여 각각 측정하였다. 측정 전 대상자에게 충분한 사전 교육을 실시한 다음, 안대를 착용하여 시각을 차단하고 편안한 자세로 앉게 하였다.
본 연구에서는 체성분 측정기(Inbody330, Inbody, Inc., Korea)를 사용하여 BMI, 뼈대근육량, 체지방량, 체지방률, 복부지방률(Waist-Hip Ratio)등의 체성분 특성을 측정 하였다. 또한 Biodex(Biodex S4, Biodex Medical System, Inc.
운동의 각속도를 180°/sec로 설정한 후, 대상자에게 최대의 근력으로 무릎관절 굽힘과 폄 운동을 지속적으로 반복하게 하였다. 연구 대상자의 초기 최대 우력(peak torque)을 측정한 후, 초기 최대 우력의 30% 수준으로 낮아질 때까지 반복 운동하였다. 운동방법은 세트 당 20회로 실시하였으며, 세트 간 휴식시간은 10초로 설정하였다.
연구 대상자의 초기 최대 우력(peak torque)을 측정한 후, 초기 최대 우력의 30% 수준으로 낮아질 때까지 반복 운동하였다. 운동방법은 세트 당 20회로 실시하였으며, 세트 간 휴식시간은 10초로 설정하였다. 초기 최대 우력의 30 % 수준으로 낮아지면 등속성 운동을 중지하고 바로 오차각도를 측정하였으며, 피로 유발 전의 오차각도 측정과 동일하게 3회 측정하여 평균값을 비교분석하였다(Choi 등, 2009).
운동의 각속도를 180°/sec로 설정한 후, 대상자에게 최대의 근력으로 무릎관절 굽힘과 폄 운동을 지속적으로 반복하게 하였다.
대상자가 기억하고 있던 지점까지 무릎을 폄 하면, 검사자는 그 각도를 측정하여 목표지점에서 벗어난 오차각도(absolute angular error; AAE)를 측정하였고, 이를 통해 위치감각을 평가하였다. 위치 감각 측정은 총 3회 실시하였으며, 오차각도의 평균값을 사용하였다(Choi 등, 2009; Ribeiro 등, 2011). 무릎관절 폄근 및 굽힘근의 근피로는 Choi 등(2009)의 연구를 토대로 Biodex Medical System의 등속성 운동시스템을 이용하여 유발하였다.
운동방법은 세트 당 20회로 실시하였으며, 세트 간 휴식시간은 10초로 설정하였다. 초기 최대 우력의 30 % 수준으로 낮아지면 등속성 운동을 중지하고 바로 오차각도를 측정하였으며, 피로 유발 전의 오차각도 측정과 동일하게 3회 측정하여 평균값을 비교분석하였다(Choi 등, 2009). 운동 중지 기준은 최대 우력이 초기 최대우력의 30 % 수준으로 3회 이상 연속 낮아지는 시점으로 정하였다 (Kim & Youm, 2013).
측정 시 불필요한 움직임을 최소화하기 위해 몸통과 다리를 벨트로 고정한 뒤, 대상자는 최초 자세인 무릎관절 90° 굽힘에서 목표 각도인 40° 굽힘까지 능동적으로 폄을 실시하였다.
무릎관절의 위치감각은 다리의 근피로 유발 전과 후에 Biodex Medical System의 전자각도계 시스템을 이용하여 각각 측정하였다. 측정 전 대상자에게 충분한 사전 교육을 실시한 다음, 안대를 착용하여 시각을 차단하고 편안한 자세로 앉게 하였다. 측정 시 불필요한 움직임을 최소화하기 위해 몸통과 다리를 벨트로 고정한 뒤, 대상자는 최초 자세인 무릎관절 90° 굽힘에서 목표 각도인 40° 굽힘까지 능동적으로 폄을 실시하였다.

대상 데이터

대상자 선정 과정에서 성인 여성을 선택한 이유는 체성분 분석 결과값에 대한 편향을 최소화하기 위해서이다. 대상자는 정형외과적 병력 및 신경학적 질환이 없으며, 과거 무릎질환으로 인한 치료 경험이 없고, 현재 무릎관절의 통증 및 가동범위의 제한이 없는 자로 선정하였다. 본 실험에 앞서 체성분 분석을 먼저 실시하였고, BMI가 국내 성인 기준 정상범위 (18.
본 실험에 앞서 체성분 분석을 먼저 실시하였고, BMI가 국내 성인 기준 정상범위 (18.5~22.9 ㎏/㎡)에 해당하는 대상자를 선정하였다(Kim & Kim, 2014).
본 연구는 C시에 거주하는 건강한 20대 여성 36명을 대상으로 하였고, 연구 대상자들은 연구의 목적과 방법에 대해 충분한 설명을 들은 후, 본 연구에 자발적으로 참여하기를 동의하였다. 대상자 선정 과정에서 성인 여성을 선택한 이유는 체성분 분석 결과값에 대한 편향을 최소화하기 위해서이다.
BMI를 정상범위에 제한한 이유는 체지방량을 포함한 기타 다른 체성분 요인에 의한 영향을 최소화하기 위함이다. 이와 같은 기준에 따라 선정한 대상자들 중 뼈대근육량이 표준범위 미만에 해당하면 실험군(9명), 뼈대근육량이 표준범위 이상이면 대조군(11명)으로 분류하였고, 최종적으로 총 20명의 대상자가 연구에 참여하였다.

데이터처리

또한 집단 내 근피로 유발 전·후의 오차각도 변화를 검정하기 위해 윌콕슨 부호 순위 검정(Wilcoxon Signed Rank Test)를 사용하였다.
본 연구를 통해 수집한 자료는 SPSS Ver. 25.0 for window를 이용하여 비모수 검정으로 분석하였다. 실험군과 대조군의 일반적 특성, 체성분 특성 및 근피로 유발 전·후의 오차각도를 비교하기 위해 맨휘트니 검정 (Mann-Whitney U test)을 사용하였다.
실험군과 대조군의 일반적 특성, 체성분 특성 및 근피로 유발 전·후의 오차각도를 비교하기 위해 맨휘트니 검정 (Mann-Whitney U test)을 사용하였다.

이론/모형

근피로 유발 전·후의 무릎관절 위치감각은 Biodex의 전자각도계시스템을 이용하여 무릎관절 재위치 오차각도 측정을 통해 평가하였고(Choi 등, 2009; Ribeiro 등, 2011), 다리의 근피로는 Biodex의 등속성 운동시스템을 이용하여 유발하였다(Choi 등, 2009; Kim & Youm, 2013).
위치 감각 측정은 총 3회 실시하였으며, 오차각도의 평균값을 사용하였다(Choi 등, 2009; Ribeiro 등, 2011). 무릎관절 폄근 및 굽힘근의 근피로는 Choi 등(2009)의 연구를 토대로 Biodex Medical System의 등속성 운동시스템을 이용하여 유발하였다. 운동의 각속도를 180°/sec로 설정한 후, 대상자에게 최대의 근력으로 무릎관절 굽힘과 폄 운동을 지속적으로 반복하게 하였다.

성능/효과

두 집단에서 근피로 유발 전·후의 무릎관절 오차각도를 비교 한 결과 대조군은 유의한 변화를 보이지 않은 반면, 실험군은 근피로 유발 전(3.16±2.48°)보다, 이후에 (5.40±2.61°) 유의하게 증가하였다(p<.05).
또한 근피로 유발 직후 측정한 무릎관절 오차각도를 두 집단 사이에서 비교한 결과, 실험군(5.40±2.61°)과 대조군(3.53±1.67 °)의 오차각도는 차이를 보였으나, 통계학적으로 유의하지 않았다.
하지만, 연구 대상자 간에 뼈대근육량 차이가 존재하고, 이외에도 근피로 저항성에 영향을 줄 수 있는 여러 요인이 존재하므로 추후 연구에서는 같은 수준의 근피로 유발을 위해 최대우력의 비교, 최대우력 저하를 위해 실시한 운동량 등을 분석할 필요가 있을 것으로 생각된다. 본 연구에 참여한 대상자 중에는 뼈대근육량과 체지방량이 양의 선형관계를 보이기도 했는데, 뼈대근육량이 많으면 체지방량도 많은 것으로 나타났다. 따라서 체성분 요인과 고유수용성 위치감각 사이의 상호관계를 정확하게 규명하기 위해서는 뼈대근육량을 포함한 여러 체성분 요인들에 대한 변인 통제를 철저히 하여 연구를 진행해야 할 것으로 사료된다.
반면, Maffiuletti 등(2007)은 남성의 등속성 무릎관절 근력측정 에서 과체중인 사람의 근력이 저체중인 사람에 비해 오히려 더 낮거나 동일하다고 보고함에 따라, 과체중인 사람의 근력이 저체중인 사람보다 항상 강한 것은 아님이 확인되었다. 본 연구에서는 체성분 요인 중 비만을 나타내는 지표가 아닌, 뼈대근육량을 변인으로 설정하여 뼈대근육량 차이에 따라 근피로 유발 후 고유수용성 위치감각이 어떻게 변화하는지 살펴보았고, 그 결과 뼈대근육량이 적을수록 근피로 유발 후 무릎관절의 오차각도가 증가함을 확인하였다. 이러한 결과는 뼈대근육량의 감소 및 저하가 근피로에 대한 저항성을 감소시키면서 관절의 고유수용성 위치감각 변화에 유의한 영향을 끼치고 있음을 시사하며, 만성적이고 반복적인 손상의 위험에 잠재적으로 노출될 수 있음을 나타낸다.
연구 대상자의 일반적 특성과 체성분 특성은 Table 1과 같다. 뼈대근육량에 따라 분류한 실험군과 대조군 사이에서 평균 신장은 유의한 차이가 없었으나, 평균 체중은 두 집단 간에 유의한 차이(p<.01)를 나타냈다(Table 1). 또한, 실험군과 대조군의 체성분 특성을 비교한 결과, 두 집단 간의 BMI, 체지방량, 체지방률 및 복부지방 률은 유의한 차이를 보이지 않았다(p>.
근피로 유발 전·후의 무릎관절 위치감각은 Biodex의 전자각도계시스템을 이용하여 무릎관절 재위치 오차각도 측정을 통해 평가하였고(Choi 등, 2009; Ribeiro 등, 2011), 다리의 근피로는 Biodex의 등속성 운동시스템을 이용하여 유발하였다(Choi 등, 2009; Kim & Youm, 2013). 연구 대상자의 일반적 특성과 체성분 특성을 비교한 결과, 체중과 뼈대근육량은 집단 간 유의한 차이를 보였으나, BMI, 체지방률, 체지방량, 복부지방률 등은 두 집단에서 유의한 차이를 보이지 않았다. 두 집단에서 근피로 유발 전·후의 무릎관절 오차각도를 비교 한 결과 대조군은 유의한 변화를 보이지 않은 반면, 실험군은 근피로 유발 전(3.
본 연구에서는 체성분 요인 중 비만을 나타내는 지표가 아닌, 뼈대근육량을 변인으로 설정하여 뼈대근육량 차이에 따라 근피로 유발 후 고유수용성 위치감각이 어떻게 변화하는지 살펴보았고, 그 결과 뼈대근육량이 적을수록 근피로 유발 후 무릎관절의 오차각도가 증가함을 확인하였다. 이러한 결과는 뼈대근육량의 감소 및 저하가 근피로에 대한 저항성을 감소시키면서 관절의 고유수용성 위치감각 변화에 유의한 영향을 끼치고 있음을 시사하며, 만성적이고 반복적인 손상의 위험에 잠재적으로 노출될 수 있음을 나타낸다.
67 °)의 오차각도는 차이를 보였으나, 통계학적으로 유의하지 않았다. 즉, 근피로는 무릎관절 위치감각의 정확성을 감소시켰는데, 이는 뼈대근육량이 표준범위 미만인 실험군에서 더욱 두드러지게 나타났다. 이러한 결과는 근피로 유발 후 무릎관절에서 오차각도의 증가를 보고한 Choi 등(2009)의 결과와 일치하였다.
05)(Table 2). 즉, 뼈대근육량이 표준범위 미만인 실험군에서는 근피로 유발 이후 오차각도가 선형적으로 증가하는 것으로 나타났다(Fig 2).

후속연구

이러한 결과는 근피로 발생으로 인한 고유수용성 위치감각의 저하가 뼈대근육량이나 뼈대근육의 상태에 따라 달라질 수있음을 시사한다. 그러므로 스포츠 활동 및 일상생활, 혹은 산업 현장에서 자주 발생하는 근피로에 대한 저항성을 높이고 고유수용성 위치감각을 증진하기 위해서는 치료 중재 시, 뼈대근육에 대한 지속적인 평가 및 관리가 이뤄져야 할 것으로 사료된다. 이를 위해 추후 연구 에서는 체성분 요인을 비롯하여 근피로 유발로 인한 위치감각의 변화에 영향을 주는 다양한 변인에 대해 구체 적이고 정확한 규명이 필요할 것으로 생각된다.
본 연구에 참여한 대상자 중에는 뼈대근육량과 체지방량이 양의 선형관계를 보이기도 했는데, 뼈대근육량이 많으면 체지방량도 많은 것으로 나타났다. 따라서 체성분 요인과 고유수용성 위치감각 사이의 상호관계를 정확하게 규명하기 위해서는 뼈대근육량을 포함한 여러 체성분 요인들에 대한 변인 통제를 철저히 하여 연구를 진행해야 할 것으로 사료된다. 또한 본 연구는 건강한 성인을 대상으로 하여 수가 적었고 20대 여성이 대상이기 때문에, 모든 연령대에게 일반화 하는데 어려움이 있으므로 향후 연구는 제한점을 보완하여 진행해야 할 것으로 생각된다.
따라서 체성분 요인과 고유수용성 위치감각 사이의 상호관계를 정확하게 규명하기 위해서는 뼈대근육량을 포함한 여러 체성분 요인들에 대한 변인 통제를 철저히 하여 연구를 진행해야 할 것으로 사료된다. 또한 본 연구는 건강한 성인을 대상으로 하여 수가 적었고 20대 여성이 대상이기 때문에, 모든 연령대에게 일반화 하는데 어려움이 있으므로 향후 연구는 제한점을 보완하여 진행해야 할 것으로 생각된다.
본 연구에서는 뼈대근육량을 근피로 저항성과 무릎관절 위치감각에 영향을 미치는 중요한 요인으로 설정하 였는데, 추후 연구에서는 뼈대근육량에 의한 영향을 정확하게 규명하기 위해 초음파를 이용한 특정 근육의 두께 확인, 등속성 토크 값 측정과 같은 세밀한 평가가 필요할 것으로 사료된다. 또한 Choi 등(2009)은 남·여의 최대 우력이 서로 달라 남·여 대상자에서 같은 수준의 근피로를 유발하는 것이 어렵다고 하였는데, 본 연구 역시 이러한 차이점을 고려하여 연구 대상자를 여성에 제한 하였다.
그러므로 스포츠 활동 및 일상생활, 혹은 산업 현장에서 자주 발생하는 근피로에 대한 저항성을 높이고 고유수용성 위치감각을 증진하기 위해서는 치료 중재 시, 뼈대근육에 대한 지속적인 평가 및 관리가 이뤄져야 할 것으로 사료된다. 이를 위해 추후 연구 에서는 체성분 요인을 비롯하여 근피로 유발로 인한 위치감각의 변화에 영향을 주는 다양한 변인에 대해 구체 적이고 정확한 규명이 필요할 것으로 생각된다.
또한 Choi 등(2009)은 남·여의 최대 우력이 서로 달라 남·여 대상자에서 같은 수준의 근피로를 유발하는 것이 어렵다고 하였는데, 본 연구 역시 이러한 차이점을 고려하여 연구 대상자를 여성에 제한 하였다. 하지만, 연구 대상자 간에 뼈대근육량 차이가 존재하고, 이외에도 근피로 저항성에 영향을 줄 수 있는 여러 요인이 존재하므로 추후 연구에서는 같은 수준의 근피로 유발을 위해 최대우력의 비교, 최대우력 저하를 위해 실시한 운동량 등을 분석할 필요가 있을 것으로 생각된다. 본 연구에 참여한 대상자 중에는 뼈대근육량과 체지방량이 양의 선형관계를 보이기도 했는데, 뼈대근육량이 많으면 체지방량도 많은 것으로 나타났다.

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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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