[논문]Comparison of the Electromyographic Activity of the Tibialis Anterior and Isometric Dorsiflexor Strength during Dorsiflexion According to Toe Postures in Individuals with Ankle Dorsiflexor Weakness

Jeon, In-Cheol

doi:10.18857/jkpt.2020.32.4.233

문제 정의

따라서, 본 연구의 목적은 TA 근육 약화가 있는 대상자가 발등굽힘 동안 발가락 굽힘 및 폄 그리고 중립 자세를 수행하는 것이 TA 근활성도 및 발등굽힘 근력에 미치는 영향을 비교하는 것이다. 연구 가설은 TA 근육 약화가 있는 대상자가 발가락 굽힌 채 발등굽힘을 하는 것이 발가락 중립자세 및 발가락 편 채 발등굽힘을 하는 것에 비교하여 TA 근활성도에 차이가 있을 것으로 설정하였다.
이 연구의 목적은 TA 근육 약화가 있는 대상자의 발가락 자세에 따라 발등굽힘을 수행하는 동안 TA 근활성도와 등척성 발등굽힘 근력을 비교하는 것이다. 이 연구의 결과는 TA 근육 약화가 있는 대상자가 발가락 굽힌 채 발등굽힘 동안 TA 근활성도가 발가락을 편 채 그리고 발가락 중립자세에서 발등굽힘 할 때 보다 유의한 증가를 보였다(14.

가설 설정

연구 가설은 TA 근육 약화가 있는 대상자가 발가락 굽힌 채 발등굽힘을 하는 것이 발가락 중립자세 및 발가락 편 채 발등굽힘을 하는 것에 비교하여 TA 근활성도에 차이가 있을 것으로 설정하였다. 반대로, TA 근육약화가 있는 대상자가 발가락 굽힌 채 발등굽힘을 하는 것이 발가락 중립자세 및 발가락 편 채 발등굽힘을 하는 것에 비교하여 등척성 발등굽힘 근력에 차이가 있을 것으로 설정하였다.
따라서, 본 연구의 목적은 TA 근육 약화가 있는 대상자가 발등굽힘 동안 발가락 굽힘 및 폄 그리고 중립 자세를 수행하는 것이 TA 근활성도 및 발등굽힘 근력에 미치는 영향을 비교하는 것이다. 연구 가설은 TA 근육 약화가 있는 대상자가 발가락 굽힌 채 발등굽힘을 하는 것이 발가락 중립자세 및 발가락 편 채 발등굽힘을 하는 것에 비교하여 TA 근활성도에 차이가 있을 것으로 설정하였다. 반대로, TA 근육약화가 있는 대상자가 발가락 굽힌 채 발등굽힘을 하는 것이 발가락 중립자세 및 발가락 편 채 발등굽힘을 하는 것에 비교하여 등척성 발등굽힘 근력에 차이가 있을 것으로 설정하였다.

제안 방법

18,19 TA 근육이 발등굽힘 최대근수축을 수행하는 것을 3회 측정해서 MVIC의 평균값을 계산하였고, 발가락을 굽힌 채와 발가락을 편 채 그리고 발가락 중립 자세, 이 세 가지 조건에서 발등굽힘을 수행하면서 발생하는 EMG 신호를 이용하여 MVIC (%MVIC)의 백분율로 계산하여 표시하였다.
²⁰ 또한, 전극은 TA의 근육 섬유로 3 cm 평행하게 배치되어 부착하였다.²⁰TA의 최대등척성근수축(maximal voluntary isometric contraction, MVIC)을 이용하여 근력을 표준화하였다.²¹앉아있는 자세에서 몸통을 뒤로 살짝 기댄 채, 발등굽힘과 안쪽번짐을 최대한 수행한 상태에서 반대쪽 방향으로 최대한의 저항을 제공 하여 TA 근육의 MVIC 값을 산출하였다.
21 앉아있는 자세에서 몸통을 뒤로 살짝 기댄 채, 발등굽힘과 안쪽번짐을 최대한 수행한 상태에서 반대쪽 방향으로 최대한의 저항을 제공 하여 TA 근육의 MVIC 값을 산출하였다.
전용 소프트웨어를 통해 EMG 신호를 분석하는데 사용되었다. EMG 신호는 대역 통과 필터(20-450 Hz), 표본추출률(1,024 Hz), 여과필터(60 Hz)로 설정하였다. 근전도 신호는 root-mean-square (RMS) data 와 a moving window 50ms 처리되었다.
EMG-feedback(wireless EMG System 1000, BTS, Italy)을 이용해서 측정하였다. 전용 소프트웨어를 통해 EMG 신호를 분석하는데 사용되었다.
G*Power 소프트웨어 ver. 3.1.2(Franz Faul, University of Kiel, Kiel, Germany)를 이용하여 5명의 대상자에 대한 파일럿 테스트를 진행하였다. 표본 크기는 검정력(0.
발가락 자세에 따른 측정 순서는 무작위로 진행되었다. TA 근육약화가 있는 대상자가 근피로를 예방하기 위한 실험동작 사이에 10분간 휴식시간이 충분히 제공되었고, 3회측정을 수행하였다.¹⁷모든 데이터 값은 평균값으로 사용하였다.
근력측정은 발목관절의 발바닥 굽힘 방향으로 저항을 제공하였고, 바깥쪽 복사뼈로부터 앞쪽 8 cm 거리에 있는 발등 위를 눌러 측정하였다. 대상자 사이에 근력측정 위치를 표준화하기 위해, 동일한 발등 부위에 마커 표시를 하였다.
근력측정은 발목관절의 발바닥 굽힘 방향으로 저항을 제공하였고, 바깥쪽 복사뼈로부터 앞쪽 8 cm 거리에 있는 발등 위를 눌러 측정하였다. 대상자 사이에 근력측정 위치를 표준화하기 위해, 동일한 발등 부위에 마커 표시를 하였다. 연구진행자에 의해 아래쪽 방향으로 저항이 5초간 제공되는 동안 대상자는 발목 중립 자세로 발등굽힘근들의 등척성 수축을 통해 유지하였고, 발가락 폄 상태에서 발등굽힘 자세를 유지했다.
근전도 신호는 root-mean-square (RMS) data 와 a moving window 50ms 처리되었다. 대상자가 TA 근육 약화가 심한 쪽을 기준으로 등척성 발등 굽힘을 유지하면서, EMG 신호를 5초 동안 기록하였다. 발가락을 굽힌 채와 발가락을 편채 그리고 발가락 중립자세, 이 세 가지 조건에서 발등굽힘을 수행하면서, 등척성 수축 단계 동안 2-4초의 EMG 신호를 분석에 사용하였다.
도수근력측정기(Lafayette Instrument Company, Lafayette, IN, USA)를 이용하여 등척성 발등굽힘 근력을 측정하였다. 도수근력 측정기(0.1N 단위)를 이용해 모든 TA 근육 약화가 있는 대상자의 힘을 측정하였다.
모든 대상자가 TA 근육 약화가 양쪽 모두 있었지만, 약화가 좀 더 심한 쪽을 기준으로 근력을 측정하였다. 도수근력측정기(Lafayette Instrument Company, Lafayette, IN, USA)를 이용하여 등척성 발등굽힘 근력을 측정하였다. 도수근력 측정기(0.
대상자는 상체는 편안하게 뒤쪽으로 기댄 채 측정을 진행하였다. 모든 대상자가 TA 근육 약화가 양쪽 모두 있었지만, 약화가 좀 더 심한 쪽을 기준으로 근력을 측정하였다. 도수근력측정기(Lafayette Instrument Company, Lafayette, IN, USA)를 이용하여 등척성 발등굽힘 근력을 측정하였다.
대상자가 TA 근육 약화가 심한 쪽을 기준으로 등척성 발등 굽힘을 유지하면서, EMG 신호를 5초 동안 기록하였다. 발가락을 굽힌 채와 발가락을 편채 그리고 발가락 중립자세, 이 세 가지 조건에서 발등굽힘을 수행하면서, 등척성 수축 단계 동안 2-4초의 EMG 신호를 분석에 사용하였다. 운동의 시작시 1초와 종료시 1초는 제거하였다.
발가락 굽힘, 폄 그리고 중립자세에 따른 TA 근육활동과 등척성 발등굽힘 근력의 차이에 대해 반복측정분산분석(one-way repeated measured analysis of variance) 검정을 사용하였다. 짝비교(pair-wise comparisons)를 통해 유의 수준을 조절하였다(0.05/3 = 0.0167). 통계학적 유의 수준은 0.

대상 데이터

샘플 크기는 최소 11명이상의 대상자가 필요했다. 이 연구에서는 대상자 탈락을 고려해 20명의 TA 근육 약화가 있는 대상자가 모집되었다(Lt TA weakness 10명, Rt TA weakness 10명). 대상자들은 평균적으로 나이: 24.

데이터처리

Kolmogorov–Smirnov 검정을 사용하여 수집된 데이터의 정규 분포를 확인하였다.
Kolmogorov–Smirnov 검정을 사용하여 수집된 데이터의 정규 분포를 확인하였다. 발가락 굽힘, 폄 그리고 중립자세에 따른 TA 근육활동과 등척성 발등굽힘 근력의 차이에 대해 반복측정분산분석(one-way repeated measured analysis of variance) 검정을 사용하였다. 짝비교(pair-wise comparisons)를 통해 유의 수준을 조절하였다(0.

성능/효과

^7,15 협력근 우세현상(synergist dominance)은 TA 근육 약화가 있는 대상자가 일상생활 속에서 기능적으로 필요한 발목관절 운동에 요구되는 발등굽힘 동작을 보상하기 위해 TA 근육보다 EHL과 EDL의 근육에 더 의존하는 현상이다.^1,2 이러한 EHL과 EDL의 근육 우세현상은 점진적으로 TA 사용감소를 가져오게 되고, 결과적으로 TA 근육 약화로 이어짐으로써, 순수한 발등굽힘근의 부재를 발생시킨다. TA, EHL과 EDL의 근육 사이의 불균형(muscle imbalance)은 외재근과 내재근 사이의 근육 불균형을 발생시키고, 발가락 변형이 악화된다.
포함기준은 다음과 같다.1) 발목관절 정상가동범위, 2) 발목 관절의 수술경험 없음, 3) 강한 저항을 충분히 이겨내지 못하는 등급으로써, 발등굽힘근 도수근력 검사 Good으로 정하였다. 배제 기준은 다음과 같다.
^7,8,10 따라서, 발등굽힘 동안 TA의 근활성도 증가와 EDL 및 EHL의 근활성도 감소를 위해 발가락 자세를 굽힘 채로 수행하는 것이 TA, EDL 및 EHL 근육 사이의 선택적 근육 운동이 가능하고, 이것이 각 근육 간의 균형을 최적화하기 위해 필요하다고 볼 수 있다.^7,8선택적 TA 근육 강화운동을 통해서, 발등굽힘 근력의 50% 이상은 TA 근육이 참여할 수 있어야 해당 근육이 발등굽힘 주동근으로써 효과적으로 기능 수행을 할 수 있다. 이와는 반대로, 등척성 발등굽힘 근력의 감소는 발가락을 굽힌 채 수행할 때 일어났다.
TA 근활성도와 등척성 발등굽힘 근력은 발가락 자세(발가락 굽힌 채 발등 굽힘 vs 발가락 편 채 발등 굽힘 vs 발가락 중립자세에서 발등 굽힘)에 따라 통계학적인 유의한 차이가 있었다 (p < 0.01)(Tables 1, 2).
둘째, EHL 및 EDL 근육이 등척성 발등굽힘 동안 발가락 폄에 의해서 단축된 위치에 있음으로써, 길이-장력 관계에 의해 해당근육들이 더 큰 장력을 형성하게 된다는 것이다. ^7,8,24 반대로, 발가락을 굽힌 채 등척성 발등굽힘 하는 것은 EHL 및 EDL 근육들이 신장된 상태가 되기 때문에, 이러한 근육들은 감소된 장력에 의해서 근활성도가 억제 되었다고 볼 수 있다.
마지막으로, 등척성 발등굽힘을 수행하면서 발가락 중립 자세에서 수행하는 것은 발가락 폄 자세에서 수행하는 것보다 TA 근활성도와 등척성 발등굽힘 근력에 유의한 차이를 보이지 않았다. 이것은 TA 근육 약화가 있는 대상자가 발등굽힘을 수행하면서 발가락 중립자세를 하는 것이, EHL 및 EDL 근육이 상호 억제 메커니즘(reciprocal inhibition mechanism)을 통해 근육의 활성화를 낮추는 것에 효과적이지 않은 것으로 생각할 수 있다.
82% 증가). 반대로 TA 근육 약화가 있는 대상자가 발가락 굽힌 채 발등굽힘 동안 등척성 발등굽힘 근력이 발가락을 편채 그리고 발가락 중립자세에서 발등굽힘 할 때 보다 유의한 감소를 보였다(10.91 kg 감소, 5.11 kg 감소). 이 연구결과에 따르면, TA 근육약화가 있는 대상자가 발가락 굽힌 채 발등굽힘 동안 등척성 발등굽힘 근력이 발가락을 편 채 그리고 발가락 중립자세에서 발등굽힘 할 때보다 작았지만, 발가락 굽힌 채 발등굽힘 동안 TA 근활성도가 발가락을 편 채 그리고 발가락 중립자세에서 발등굽힘 할 때 보다 유의한 증가를 보였다는 것이다.
발가락 굽힌 채 발등굽힘 할 때의 TA 근활성도는 발가락을 편 채 그리고 발가락 중립자세에서 발등 굽힘 할 때보다 유의하게 높았다(p < 0.01)(Table 1).
발가락 굽힌 채 발등굽힘을 할 때의 등척성 발등굽힘 근력은 발가락을 편 채 그리고 발가락 중립자세에서 발등 굽힘 할 때 보다 유의하게 낮았다(p < 0.01)(Table 2).
내전 또는 외전된 상태에서 발가락 자세에 따른 다양한 발목 관절의 자세와 발가락 자세를 고려한 TA근활성도 연구가 추가로 필요하다. 셋째, 이 연구의 결과를 발등굽힘근 도수근력검사 poor 이하의 환자에게는 적용할 수 없다. 추후 연구에서는 보행시 foot drop 현상이 일어나는 신경계 손상 환자를 대상으로 추가 연구가 필요하다.
11 kg 감소). 이 연구결과에 따르면, TA 근육약화가 있는 대상자가 발가락 굽힌 채 발등굽힘 동안 등척성 발등굽힘 근력이 발가락을 편 채 그리고 발가락 중립자세에서 발등굽힘 할 때보다 작았지만, 발가락 굽힌 채 발등굽힘 동안 TA 근활성도가 발가락을 편 채 그리고 발가락 중립자세에서 발등굽힘 할 때 보다 유의한 증가를 보였다는 것이다.
이 연구의 목적은 TA 근육 약화가 있는 대상자의 발가락 자세에 따라 발등굽힘을 수행하는 동안 TA 근활성도와 등척성 발등굽힘 근력을 비교하는 것이다. 이 연구의 결과는 TA 근육 약화가 있는 대상자가 발가락 굽힌 채 발등굽힘 동안 TA 근활성도가 발가락을 편 채 그리고 발가락 중립자세에서 발등굽힘 할 때 보다 유의한 증가를 보였다(14.81% 증가, 11.82% 증가). 반대로 TA 근육 약화가 있는 대상자가 발가락 굽힌 채 발등굽힘 동안 등척성 발등굽힘 근력이 발가락을 편채 그리고 발가락 중립자세에서 발등굽힘 할 때 보다 유의한 감소를 보였다(10.
본 연구에는 몇 가지 제한점이 있다. 첫째 발등굽힘 동안 해당근육에서 크로스토크가 많이 발생하였기 때문에 EHL와 EDL 근활성도는 조사되지 않았다. 발등굽힘 동안 EHL 및 EDL 근활성도를 위한 추가연구가 필요하다.

후속연구

⁴ 선행연구를 통해 밝혀진 것은 하지를 구성하는 다양한 근육군(엉덩관절굽힘근/폄근/벌림근/모음근, 무릎관절굽힘근/폄근 그리고 발등굽힘근/발바닥굽힘근)의 근력측정 실험에서 발등굽힘근 약화가 노인낙상의 가장 효과적이고, 정확한 예측요소(predictor)라는 것이다.⁵ 결과적으로 감소된 발목관절의 발등굽힘근의 정확한 근력측정은 노인계층에서 낙상과 기능제한을 예상할 수 있는 요소로써 사용될 수 있다.⁶
둘째, 이 연구결과는 다른 발목 위치로 일반화 될 수 없다. 내전 또는 외전된 상태에서 발가락 자세에 따른 다양한 발목 관절의 자세와 발가락 자세를 고려한 TA근활성도 연구가 추가로 필요하다. 셋째, 이 연구의 결과를 발등굽힘근 도수근력검사 poor 이하의 환자에게는 적용할 수 없다.
첫째 발등굽힘 동안 해당근육에서 크로스토크가 많이 발생하였기 때문에 EHL와 EDL 근활성도는 조사되지 않았다. 발등굽힘 동안 EHL 및 EDL 근활성도를 위한 추가연구가 필요하다. 둘째, 이 연구결과는 다른 발목 위치로 일반화 될 수 없다.
셋째, 이 연구의 결과를 발등굽힘근 도수근력검사 poor 이하의 환자에게는 적용할 수 없다. 추후 연구에서는 보행시 foot drop 현상이 일어나는 신경계 손상 환자를 대상으로 추가 연구가 필요하다.

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