[논문]허리의 비틀림 각도에 따른 작업부하 측정 및 근육의 활동 분석

박현진

문제 정의

본 연구의 목적은 허리를 편 상태로 비대칭적 들기 작업 시 허리의 비틀림 각도에 따른 maximum voluntary contraction(이하 MVC)을 측정하고, 각도별 근육의 활동을 분석하고자 한다.

제안 방법

MVC 측정은 몸의 시상 면을 중심으로 하여 시계방향으로 0° ~ 90°까지 10° 간격으로 각도당 3회씩 정적인 들기 작업을 실시하였으며, 각도 간 들기 작업 후 10분간의 휴식 시간을 두어 실시하였다. 실험 자세는 허리와 다리를 편 자세로 실시되었으며, 또한 골 반과 하지 관절의 움직임을 방지하기 위해 밴드를 이용하여 골반과 하지 관절 부분 올 고정시켰다.
MVC 측정은 몸의 시상 면을 중심으로 하여 시계방향으로 0° ~ 90°까지 10° 간격으로 각도당 3회씩 정적인 들기 작업을 실시하였으며, 각도 간 들기 작업 후 10분간의 휴식 시간을 두어 실시하였다. 실험 자세는 허리와 다리를 편 자세로 실시되었으며, 또한 골 반과 하지 관절의 움직임을 방지하기 위해 밴드를 이용하여 골반과 하지 관절 부분 올 고정시켰다. 팔꿈치 각도는 약 90°로 유지하였으며, 각도 변경 시 골반과 관절은 0° 방향으로 계속 유지시키고 허리만 회전 시켜 실험을 실시하였다.
실험 자세는 허리와 다리를 편 자세로 실시되었으며, 또한 골 반과 하지 관절의 움직임을 방지하기 위해 밴드를 이용하여 골반과 하지 관절 부분 올 고정시켰다. 팔꿈치 각도는 약 90°로 유지하였으며, 각도 변경 시 골반과 관절은 0° 방향으로 계속 유지시키고 허리만 회전 시켜 실험을 실시하였다.
동원된 근육들의 활동을 분석하기 위해 허리의 비틀림 각도별 EMG값을 측정하였다. 비틀림 각도별 정적인 들기 작업이 실시되는 동안 LLD와 RLD근육은 거의 일정하게 유지되는 경향이 나타났다.
본 연구에서는 허리를 편 상태로 비대칭적 정적인 들기 작업에 따른 MVC의 측정과 근육의 활동을 분석하기 위해 비틀림 각도가 0° ~ 90°로 증가함에 따른 MVC값과 EMG값을 측정하였다. 결과는 다음과 같다.

대상 데이터

피실험자는 과거 허리나 다리를 다친 적이 없는 학부생과 대학원생 5명으로 구성되었으며, 실험 전 실험 자세에 관해 숙지하도록 교육 후 실험을 실시하였다.
관측대상으로 선정된 근육들은 기존의 인력 운반 관련 연구에서 주 관측대상이 되고 있는 좌우 erector spinae(LES/RES)와 latissimus dorsi(LLD/RLD)이다.

데이터처리

근전도 측정은 비틀림 각도별 MVC 측정 시 근육에서 발생되는 힘의 크기를 Root Mean Square (이하 RMS)의 1초간의 평균값을 사용하여 나타내었다.

성능/효과

실험을 통하여 나타난 각도별 MVC값은 그림 1과 같다. 그림1에서 나타난 것과 같이 허리의 비틀림 각도가 증가될수록 MVC값은 감소하는 경향을 보였으며, 허리의 비틀림 각도 0°를 기준으로 30° , 60° , 90°로 증가함에 따라 MVC값은 약 14%, 25%, 31%로 감소하였다.
LES 근육은 비틀림 각도 30°까지는 약 10% 증가하다가 4 0°를 초과하면서부터 다시 간소하여 90° 시에는 약 23% 감소하였다. 이에 비해 RES 근육은 비틀림 각도가 증가할수록 감소하는 경향이 나타났으며, 비틀림 각도 90°에서 약 70% 감소하였다. 그림 2는 비틀림 각도별 대상 근육의 EMG값의 변화를 나타내고 있다.
(1) 비틀림 각도가 0° ~ 90°로 증가함에 따라 MVC값은 14% ~ 31% 감소하였다.
(2) 비틀림 각도별 대상 근육의 EMG 측정 결과, 하중이 위치한 방향의 근육인 RES와 RLD보다 반대쪽에 위치한 근육인 LES와 LLD가 활동이 더 활발한 것으로 나타났다. 그리고 LLD와 RLD근육은 거의 일정하게 유지되는 반면에 RES 근육은 비틀림 각도가 증가할수록 감소하였고, 특히 'LES 근육은 비틀림 각도 30°까지는 증가하다가 40°를 초과할수록 다시 감소하는 경향이 나타났다.
(2) 비틀림 각도별 대상 근육의 EMG 측정 결과, 하중이 위치한 방향의 근육인 RES와 RLD보다 반대쪽에 위치한 근육인 LES와 LLD가 활동이 더 활발한 것으로 나타났다. 그리고 LLD와 RLD근육은 거의 일정하게 유지되는 반면에 RES 근육은 비틀림 각도가 증가할수록 감소하였고, 특히 'LES 근육은 비틀림 각도 30°까지는 증가하다가 40°를 초과할수록 다시 감소하는 경향이 나타났다.
비틀림 각도별 정적인 들기 작업이 실시되는 동안 LLD와 RLD근육은 거의 일정하게 유지되는 경향이 나타났다. LES 근육은 비틀림 각도 30°까지는 약 10% 증가하다가 4 0°를 초과하면서부터 다시 간소하여 90° 시에는 약 23% 감소하였다. 이에 비해 RES 근육은 비틀림 각도가 증가할수록 감소하는 경향이 나타났으며, 비틀림 각도 90°에서 약 70% 감소하였다.

후속연구

따라서, 이러한 요통 질환의 방지를 위해서는 작업에 요구되는 하중을 정확히 평가할 수 있는 작업조건 및 작업 상황의 과학적 분석, 즉 작업 자세를 고려한 생체역학적 분석 (biomechanical analysis) 과 작업자의 근육 피로도 분석을 위한 생리학적 분석 (physiological analysis)을 통해 작업개선이 이루어져야 한다.
본 연구는 허리를 편 상태에서의 비틀림 각도에 따른 MVC값과 EMG값을 측정하였지만, 이 연구를 기초로 하여 컨베이어 작업 등의 실제 현장에 적용할 수 있는 비틀림 동작이 포함된 중량물을 운반시 근육의 피로 현상에 관한 연구가 이루어져야 할 것이다.

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