정상인에서 골반경사가 앉은 자세에서 일어서기 동작에 미치는 영향

정상인에서 골반경사가 앉은

자세에서 일어서기 동작에

미치는 영향

연세대학교 대학원

재 활 학 과

최 종 덕

정상인에서 골반경사가 앉은

자세에서 일어서기 동작에

미치는 영향

지도 권 오 윤 교수

이 논문을 석사 학위논문으로 제출함

2002년 6월 일

연세대학교 대학원

재 활 학 과

최 종 덕

최종덕의 석사 학위논문을 인준함

심사위원 인

심사위원 인

심사위원 인

연세대학교 대학원

2002

년 6월 일

감사의 글

우선 이 논문을 위해 많은 도움을 주신 권오윤 교수님께 깊은 감사를 드립니다. 또한 부족하기 만한 저를 지금까지 이끌어 주신 정보인 교수님, 이충휘 교수님, 조상현 교수님, 유은영 교수님, 정민예 교수님, 김종만 교수님, 안덕현 교수님께 감사를 드립니다. 10 년 전 처음 느꼈던 이 캠퍼스의 내음을 뒤로 한 채 이제 정든 강의실과 연구실을 떠나게 되었습니다. 대학이란 울타리 안에서 진정한 대학인이 되기 위해 고민했던 시간들이 저에게는 더할 나위 없는 기쁨이었고 학위 논문을 계획하며 완성해 나가는 시간들 또한 너무나 소중했습니다. 하지만 제 곁에 소중한 분들이 없었다면 어느 것도 가능하지 못했을 겁니다. 신헌석 교수님, 추운 겨울 기꺼이 힘든 실험에 참여해 주었던 사랑스런 후배님들, 복잡한 실험들과 자료 분석을 성의껏 도와준 논문 스터디의 문환, 용석, 영미, 효빈, 혜경, 재섭, 태준, 익현, 보관, 은영… 모두에게 깊은 감사를 드립니다. 먼저 연구실을 떠나간 기석, 정석, 호준, 미선, 준영, 영희, 경희… 전임 대학원 선후배 동기들 고생하며 밤을 세웠던 그 시절을 생각하면 지금 이 글을 쓰면서도 눈시울이 뜨거워지는 듯 합니다. 그리고 옆에서 힘이 되어주신 승규, 진복 선배님 같이 논문을 쓰며 동행했던 화경, 수영, 그리고 사랑하는 진경, 빈집에 남겨두고 떠나는 아이들처럼 쓸쓸하게 느껴지는 상헌, 이정, 도영, 경영, 은경, 영 우리 조교실 후배님들, 이현주 선생님 그리고 나의 소중한 친구 남현, 재호, 경 에게도 이 감사한 마음을 드립니다. 마지막으로 사랑하는 아버지, 어머니, 동생 종훈 너무나 소중한 가족의 사랑이 없었다면 저는 한 순간도 서 있지 못했을 겁니다. 부모님 감사합니다. 또한 언제나 제 길을 예비하시고 보살펴 주시는 사랑의 하나님께 이 결실을 돌립니다. 2002 년 7 월 드림

차 례

그림 차례 ··· ii 표 차례 ··· iii 국문 요약 ··· iv 제1장 서론··· 1 제2장 연구 방법 ··· 7 2.1 연구 대상 ··· 7 2.2 실험 기기 및 도구 ··· 7 2.2.1 동작분석 자료 수집 및 분석 시스템 ··· 7 2.2.2 근전도 신호 수집 및 분석 시스템 ··· 8 2.3 실험 방법 ··· 9 2.3.1 실험 장치 ··· 9 2.3.2 실험 과정 ···10 2.3.3 자료 처리 및 분석 비교···14 2.4 분석 방법 ···16 제3장 결과···17 3.1 운동 형상학적 분석 결과 ···17 3.2 근전도 신호(근수축 개시시간)분석 결과 ···20 3.3 운동형상학적 분석과 근전도 신호 분석의 결과 통합···22 3.4 기능적 연결 분석과 주동근 및 자세 조절근의 분석···24 제4장 고찰···27 제5장 결론···33 참고문헌 ···35 영문 요약 ···43

그림 차례

그림 1. 근전도 신호처리 과정과 동작분석 자료와의 동기화 ···15

그림 2. 일어서기 동작간 각 관절 및 대퇴부 떼기의 운동형상학적 분석···19

그림 3. 일어서기 동작에 따른 순서적 운동형상 분석···20

표 차례

표 1. 연구 대상자의 일반적 특성··· 7 표 2. 동작분석 시스템 능동 표식자들의 부착 위치···11 표 3. 근전도 시스템 전극의 부착 위치 ···11 표 4. 골반경사 변화를 중심으로 한 일어서기 동작의 분류 ···13 표 5. 일어서기 동작 변화에 따른 운동 형상학적 분석···18 표 6. 일어서기 동작에 따른 각 근육의 근수축 개시시간 분석 ···21 표 7. 일어서기 동작에 따른 각 근육의 근수축 개시시간과 운동형상학적 분석 ···24 표 8. 기능적 연결 및 상관 분석(ICCs)···25 표 9. 주동근과 자세 조절근 분석을 위한 상관 분석(ICCs)···26

국문 요약

정상인에서 골반경사가 앉은 자세에서 일어서기 동작에

미치는 영향

본 연구에서는 세 가지 다른 자세로 일어서기 동작을 수행할 때 운동형상학적 변화와, 근육 활동 패턴에 어떠한 차이가 있는지 알아보기 위해 실시하였다. 첫째는 대상자 본인이 선택한 편안한 자세로 일어서는 동작, 둘째는 움직임에 문제가 있는 일어서기와 유사한 후방 골반경사를 유지하면서 일어서는 동작, 셋째는 일반적인 재활치료 접근과 유사한 동작인 전방 골반경사를 유지하면서 일어서기를 통해 운동형상학적 변화와 근육 작용 패턴을 측정하였고, 개별적인 분석과 기본적인 통합 분석을 하였다. 또한 새로운 기능적 통합 분석인 기능적 연결 분석(functional linkage analysis)과 주동근 및 자세 조절근을 구분하는 분석을 수행하였다. 건강한 성인 남자 25명을 대상으로 하여 운동형상학적 자료를 얻기 위해 실시간 삼차원 동작분석 시스템인 CMS70P를 사용하였고, 넙다리곧은근, 가쪽넓은근, 넙다리두갈래근, 앞정강근, 장딴지근, 가자미근의 근수축 개시점을 측정하기 위해 근전도 MP100 시스템이 사용되었다. 정규화와 동기화 되어진 두 시스템의 자료들은 상대적 시간 개념인 백분율(%)의 평균 자료값들로 정리되었고, 세 가지 동작에서의 비교를 위해 일요인 분산분석을 이용해 분석하였으며, 급간내상관계수를 이용한 기능적 연결 분석을 수행하였다. 본 연구의 결과는 다음과 같다. 첫째, 운동형상학적 변화는 엉덩관절을 제외한 무릎관절, 발목관절, 대퇴부 떼기에서 세 가지 동작간의 차이가 있었고 동작 내에서 관절들의 신전동작 변화 순서에는 차이가 없었다. 둘째, 근육 활동 패턴의 변화는 가쪽넓은근에서 동작간의 차이가 있었고 가쪽넓은근을 제외한 다른

근육들의 동원되는 순서에는 변화가 없었다. 셋째, 일어서기 변화의 중요 기점인 대퇴부 떼기를 기준으로 할 때 동원되는 근육 활동 패턴은 일어서기 동작에 따라 차이가 있었고, 이러한 결과를 바탕으로 동작의 특성을 설명할 수 있었다. 넷째, 기능적 연결 분석을 통해서 대퇴부 떼기와 가쪽넓은근, 대퇴부 떼기와 넙다리곧은근이 독립적인 하나의 기능적 단위로 작용하였다고 분석할 수 있었다. 또한 일어서기 동작에서 주동근은 가쪽넓은근과 넙다리곧은근이었고, 자세 조절 요구와 비례하는 자세 조절근의 수는 후방 골반경사, 전방 골반경사, 편하게 골반경사 일어서기 순서로 나타났다. 본 연구 결과로 다음과 같이 일어서기 동작에 대한 평가적, 치료적 접근 방향을 제시할 수 있다. 첫째, 비정상적인 일어서기의 평가 시, 치료사는 무릎관절과 발목관절의 신전 동작 변화에 초점을 두어야 하고, 넙다리두갈래근, 가자미근의 활동 패턴 변화와, 가쪽넓은근과 넙다리곧은근의 동원되는 정도의 차이가 있으며, 또한 자세 조절을 위해 불필요한 부가적 근육의 패턴들이 생성될 수 있다는 것을 고려해야 한다. 둘째, 비정상적인 일어서기의 치료적 접근 시, 전방 골반경사로의 움직임 패턴 유도는 움직임의 효율성과 기능적인 측면에서는 유용하게 사용되어질 수 있다. 그러나 과도한 전방 골반경사 일어서기는 근육 활동 패턴을 변화시키고 기능적 연결 정도 차이와 추가적인 자세 조절근들의 생성을 만들어냄으로써 정상적인 운동조절 패턴을 변화시킬 가능성이 있다는 것을 고려해야 할 것이다. 핵심되는 말 : 골반경사, 근수축 개시시간, 근전도, 운동형상학, 일어서기.

제1장 서론

최근의 신경과학, 생체역학, 심리학, 운동학습, 근육 생리학 분야의 축적된 행동과학 자료와 이론들은 생체역학(biomechanics)과 인체운동 분석(human movement analysis) 그리고 운동조절(motor control) 분야에 있어 급속한 발전의 기틀을 마련하였다(Ada, and Westwood 1992; Malouin et al. 1992; Taub et al. 1993). 이를 바탕으로 운동기능 장애를 가진 환자의 운동 수행력 측정과 훈련에 대해 접근하는 새로운 방향을 제시하였고, 더불어 기존의 전통적 방법에 대한 새로운 변화와 검증을 가능하게 해주었다(Shepherd, and Carr 1994). 즉 정상적인 움직임의 과정을 연구함으로 비정상적인 움직임의 문제점을 파악하는 것이다. 이러한 정보들은 동작 수행에 있어 기술을 다시 습득해야 하는 문제를 가진 사람들에게 재활 훈련에 대한 중요한 정보를 지속적으로 제공해 주는 역할을 하고 있다(Shepherd, and Carr 1994).

비정상적인 움직임에 대한 성공적인 재활은 움직임을 얼마만큼 객관적으로 정량화 하여 평가할 수 있느냐에 달려있다(Fillyaw et al. 1989). 임상에서 운동 수행 평가는 주로 주관적이고, 서열척도(ordinal scale)와 연관된 관찰적 방법을 사용하고 있다. 혹은 표준화된 평가 도구를 사용하여 환자를 평가하기도 한다. 주관적 평가 방법들이 기능적 수행의 대략적인 변화를 분석하기에는 효율적이고 유용하다고 할 수 있다. 그러나 치료의 효용성을 평가하고 가치 있는 정보를 제공하는 반면 쉽게 눈으로 분별할 수 없는 작은 변화를 분석해야 하는 복잡한 평가 과정에서는 적당하지 않을 수 있다(Ramos et al. 1997). 앉은 자세에서 일어서기(sit-to-stand: STS; 이하 STS라 함)는 가장

일반적인 일상생활동작(activities of daily living: ADL) 중의 하나이다. 우리가 매일의 일상적인 동작을 수행하는 동안 끊임없이 STS를 수행한다. 또한 걷기 위해서 STS가 선행적으로 가능해야 한다는 의미에서 이동(locomotion)의 전제 조건이 된다. 비정상적인 STS는 지팡이와 같은 보조도구나 도움을 필요로 하게 되어 독립성 있는 생활을 제한하게 된다(Shepherd, and Carr 1994). 그러므로 치료사는 STS의 중요성을 인식하고 환자에게 앉은 자세에서 일어서는 방법을 가르치고 재교육시킨다(Schenkman et al. 1990). 또한 연구 설계에 있어 STS의 다분절 움직임(multisegmental movement) 조절은 실험실 환경에서 연구하기 위한 유용한 모델이다. 실험실의 환경적 요소를 만족하고, 대부분의 동작이 상대적으로 대칭적이고, 시상면에서 나타나기 때문에 연구를 통해 역동적 움직임 체계(dynamic movement system)의 조절과 관련된 운동조절 가설들을 분석할 수 있는 것이다(Shepherd, and Carr 1994).

STS에 대한 기존 연구방향은 크게 세 가지로 나누어 볼 수 있는데 첫째로 운동형상학적(kinematic) 시스템에 의한 동작분석 접근과, 둘째 근전도 (electromyography: EMG) 신호 분석 시스템에 의한 근육 활동패턴 분석 접근, 셋째 운동형상학적 분석, 근전도 신호 분석, 그리고 힘판(force plate)에 의한 운동역학적(kinetic) 분석이 동시에 이루어지는 통합 접근 및 새로운 형태의 다양한 접근으로 나눌 수 있다. STS 동작에 대한 운동형상학적 분석은 영화조영법(cinematography)을 시작으로 많은 연구들이 수행되어 왔다(Kerr et al. 1997; Kotake et al. 1993; Pai, and Rogers 1990; Pai, and Rogers 1991; Riley et al. 1991; Schenkman et al. 1990; Schenkman, Riley, and Pieper 1996). 위의 연구들에서 STS는 크게 두 개의 구별된 동작으로 나누어졌다.

첫째는 몸통을 앞으로 기울이는 동작이고, 둘째는 선 자세를 만들기 위해 몸체를 들어 올리는(lift) 동작이다. 위의 STS 동작 구분은 다른 연구에서도 일관성 있게 나타났다. 또한 병적 상태의 대상자를 평가하였는데 대부분의 연구는 뇌졸중과 같은 중추 신경계 손상 환자의 STS 동작을 분석하였다(Ada, and Westwood 1992; Hesse et al. 1994; Hesse et al. 1998; Lee et al. 1997). 운동형상학적 분석에 비해 근전도 시스템을 통한 근육 활동 패턴에 대한 연구는 활발하게 이루어지지는 않았지만, 최근에 운동형상학적 자료들과 근전도 시스템 자료들과의 동기화(synchronization) 시키려는 연구가 시도되었다. Fleckenstein 등(1998) 은 넙다리곧은근, 넙다리두갈래근, 가쪽넓은근, 큰둔부근의 근전도 자료를 수집하여 분석하였고, Stevens 등(1989)과 Millington 등(1992)의 연구에서도 일어서기 동작에서 필수적인 근육들의 활동을 분석하였다. 운동형상학적 분석과 근전도 신호 분석에 의한 근육 활동패턴 분석, 그리고 힘판에 의한 운동역학적 분석이 동시에 수행되고 기본적인 세 시스템간의 동기화로 인한 통합적 분석이 시도되었다(Millington, Myklebust, and Shambes 1992). 또한 움직임의 연구를 통한 인체의 움직임 분석은 기능적 전기 자극기(functional electrical stimulation: FES)와 같은 인체 공학적 접근에 기초적인 역할을 하기도 하였다(Kralj, Jaeger, and Munih 1990). 최근에는 STS의 생체역학적 분석이 하반신 마비의 척수 손상 환자가 기능적 전기 자극기를 이용해 일어서기 동작을 수행하는 과정에서 이용되었다(Bahrami et al. 2000). 연구 영역을 확대해서 임신부의 일어서기를 연구 하였고(Lou et al. 2001), 협응 동작(coordination)이 미성숙한 유아의 일어서기도 연구되었다(McMillan, and Scholz 2000). 이러한 분석 방법의 새로운 시도를 통해서 각 하지 관절들이 어떻게 전체 몸체의

움직임에 영향을 주는지에 대한 연구도 이루어졌다(Yu et al. 2000). 이를 바탕으로 운동형상학적 분석과 근전도 신호에 대한 상호 연관성을 통해 새롭게 일어서기 동작을 해석하려는 시도가 최근에 이루어 졌다(Goulart, and Valls-Sole 1999; Khemlani, Carr, and Crosbie 1999).

그러나 기존 연구들에서는 분석된 생체 역학적 자료들이 통합되어 해석되지 못하였고, 임상적인 평가와 치료 측면으로의 활용에는 미흡함을 보였다. 또한 최근의 새로운 통합적 해석의 시도에도 불구하고, 적은 수의 대상자 연구로 인하여 일반화 하는데 제한점을 보였으며 이전 연구들과 동일하게 임상적 연관성이 부족하였다. 그러므로 본 실험에서는 기존 연구들의 문제점들을 보완하고자 분석 및 연구되는 측정 변수를 크게 두 가지로 설정하였다. 첫째, STS 동작 중 실질적인 움직임을 나타나게 하는 관절 변화의 상대적 시간 분석이다. 즉, STS의 전체 움직임을 백분율로 정규화(normalization)시킨 후 발목관절, 무릎관절, 엉덩 관절이 최대 굴곡에서 신전으로의 전환되는 시점, 그리고 대퇴부가 의자에서 떨어지는 시점을 측정하였다. 둘째, 근전도 시스템을 이용한 근수축 개시시간(onset time of muscle contraction)의 분석이다. 근수축 개시시간 분석은 생체역학적인 근육의 작용 시점을 알아내고자 할 때 또는 근육 생리학적 관점에서 움직임의 이상 유무를 판단하고자 할 때 사용되었다(Hodges, and Bui 1996; Hodges, and Richardson 1999; Vogt, and Banzer 1997). 이에 본 연구자는 STS의 운동형상학적 변화에 대한 상대적 시간 변수와 상대적 근수축 개시시간 변수를 각각 독립적으로 분석하고, 이후 동기화 된 두 자료를 통합 분석함과 동시에 다음 두 가지 새로운 개념의 분석을 시행하였다.

첫 번째로 기능적 연결 분석(functional linkage analysis)이다. 기능적 연결 분석은 독립적인 하나의 기능적인 단위(single functional unit)로 설명할 수 있다. 두 번째로 주동근(prime mover muscle)과 자세 조절근(postural adjustment muscle)의 분석이다. 움직임의 수행 시 근육의 활동은 목적하는 주된 동작을 만들어 내는 주동근과 동작의 자세를 조절하는 자세 조절근으로 구분할 수 있다(Gahery 1987; Goulart, and Valls-Sole 1999; Lee, Michaels, and Pai 1990).

새로운 분석방법과 더불어 본 실험에서 초점을 둔 것은 생체역학적 분석이 직접적인 임상적 치료와 평가의 분야로 활용될 수 있는가에 대한 문제였다. 운동 재교육 접근법(movement reeducation approach)에 있어서 환자에 대한 STS 훈련은 재활 치료분야에서 큰 비중을 차지한다. 보통의 환자들은 다양한 원인으로 인해 앉아있는 자세에서 골반의 후방경사(posterior pelvic tilt: PPT) 경향을 보이고 이러한 후방 골반경사는 STS 의 동작 수행 및 다양한 움직임의 효율성을 감소시킨다(Carr et al. 1985; Trueblood et al. 1989). 그러므로 환자의 STS 동작 수행에 있어 원활한 골반의 전방경사(anterior pelvic tilt: APT)는 중요한 역할을 하게 되고 치료사의 치료 패턴 초점은 정상적인 골반의 움직임에 맞추어져 있다. 가설적인 견해에서 STS 동작 수행 동안 골반경사의 의도적인 변화는 비정상적 운동조절 상태를 보이게 될 것이다.

그러므로 세 가지 변화된 골반경사 움직임에 따른 STS 동작들을 구분하였다. 첫 번째 동작은 편안한 자세로 골반을 움직여 일어서기로 가장 일반적이고 정상적인 일어서기 동작(comfortable pelvic tilt sit-to-stand: CPT STS)이다. 두 번째는 동작 수행 동안 최대한 골반의 후방경사를 유지하면서 일어서기이다.

정상적인 움직임에 문제가 있는 환자의 일어서기와 유사한 STS 동작을 유도하기 위한 것이다(posterior pelvic tilt sit-to-stand: PPT STS). 세 번째 동작은 동작 수행동안 최대한 골반의 전방경사를 유지하면서 일어서는 동작이다. 일반적인 재활치료 시의 접근과 유사한 패턴을 유도하고자 하였다(anterior pelvic tilt sit-to-stand: APT STS). 이렇게 STS 의 동작 수행 시 골반경사를 세 가지 다른 형태로 변화시킬 때의 운동 형상학적 변화와 근육 작용 패턴을 비교 분석하였다. 본 실험에서는 골반경사를 달리한 일어서기의 동작을 분석함에 있어 기본적인 생체역학적 분석과 새로운 통합 분석방법을 소개 및 적용하고자 하였다. 정상적인 STS 동작, 비정상적 움직임의 상태와 유사한 STS 동작, 그리고 일반적 치료 패턴과 유사한 STS 동작을 운동형상학적 분석과 근육 활동 패턴 분석을 이용해 각각의 구별된 분석과 기본적인 통합 분석을 하고자 하였다. 새로운 기능적 통합 분석인 기능적 연결 분석과 주동근 및 자세 조절근 구별하는 분석을 수행하고자 하였다. 이러한 분석을 통해 동작 수행에 장애를 가진 환자들의 움직임 재교육(movement reeducation) 시 새로운 치료적 접근 방향을 제시하고자 하였다.

제2장 연구 방법

2.1 연구 대상

본 연구는 연세대학교 재활학과에 재학중인 건강한 성인 남자 25명을 대상으로 하였다. 척추, 관절, 신경 근육계통에 특별한 질환이 있는 대상자는 본 실험에서 제외되었다. 모든 대상자는 본 실험의 목적에 충분히 동의하였고, 실험에 자발적으로 참여하였다. 연구 대상자들의 평균 연령은 23.4세였으며, 평균 신장은 170.7 ㎝, 평균 체중은 65.5 ㎏이었다(표 1). 표 1. 연구 대상자의 일반적 특성 (N=25) 일반적 특징 평균±표준편차 범위 나이(세) 23.4±3.1 18.0~30.0 키(㎝) 170.7 ± 6.8 160.1~182.0 체중(㎏) 65.3±9.7 55.0~87.0

2.2 실험 기기 및 도구

2.2.1 동작분석 자료 수집 및 분석 시스템 운동 형상학적 자료를 얻기 위해서 실시간 삼차원 동작분석 시스템인 CMS70P (Zebris Medizintechnik, GmbH. Isny. Germany)를 사용하였다. 이

장비는 개인용 컴퓨터, 초음파 신호를 내보내는 직경 1 ㎝의 능동 표식자(active marker), Basic Unit CMS70P, 12개의 능동 표식자의 정보를 전달하고 4개의 디지털 신호를 동시에 전달할 수 있는 cable adaptor (KA-Gait), 그리고 초음파 신호를 인식하는 측정 감지기(measuring sensor MA70)로 구성된다. 또한 골반의 경사 정도를 측정할 수 있도록 특별히 고안된 거치대와 삼중 표식자(triple marker)를 사용하였다. 모든 각도의 변화는 CMS70P를 통해 25 ㎐의 표본추출률(sampling rate)로 측정되었다. 윈도우즈용 WinData 2.19 프로그램(Zebris Medizintechnik, GmbH. Isny. Germany)을 이용하여 각 표식자의 정보를 삼차원상 좌표로 전환하였으며 각 좌표간의 실시간 각도 변화를 분석 저장하였다.

2.2.2 근전도 신호 수집 및 분석 시스템

앉은 자세에서 일어서기 동작에 중요하게 작용하는 6개의 근육, 즉 넙다리곧은근(rectus femoris muscle: RF), 가쪽넓은근(vastus lateralis muscle: VL), 넙다리두갈래근(biceps femoris muscle: BF), 앞정강근(tibialis anterior muscle: TA), 장딴지근(gastrocnemius muscle: GCM), 가자미근(soleus muscle: SOL)들의 근수축 개시시점을 측정하기 위해서 근전도 MP100 시스템 (Biopack System Inc., Santa Barbara, CA. USA)과 최대 8개의 근전도 신호를 처리할 수 있는 Bagnoli EMG 시스템(Delsys Inc., Boston, MA. USA)이 사용되었다. 전극은 DE-3.1 Double Differential Electrodes (Delsys Inc., Boston, MA. USA) 6개를 사용하였다. 표면 근전도의 전극은 폭 1 ㎜, 길이 10 ㎜의 순은 막대 3개가 10 ㎜ 간격으로 나란히 배치되어 있는데, 그 중 양쪽 끝의

두개는 활성전극(active electrode), 가운데 하나는 기준전극(reference electrode)로 이중 차등앰프(double differential amplifier)를 형성하였다. 신호의 표본 수집률은 1024 ㎐로 설정하였으며, Bagnoli EMG 시스템(Main Amplifier Unit)의 측정 주파수 영역 필터(bandwidth 20 ㎐ - 450 ㎐)와 60 Hz notch filter를 이용하였다. 근전도의 신호 저장과 신호처리를 위해서 Acqknowledge 3.7.1(Biopack System Inc., Santa Barbara, USA) 프로그램을 사용하였다. 6 채널 표면 근전도 전극을 통해 Bagnoli DE3-1 EMG (Delsys Inc., Boston, USA)에서 얻은 근전도 아날로그 신호는 MP100 시스템으로 보내져 디지털 신호로 바뀐 다음, 개인용 컴퓨터에서 Acqknowledge 소프트웨어를 이용하여 필터링(filtering)과 기타 신호처리(signal processing)를 하였다.

2.3 실험 방법

2.3.1 실험 장치

일어서기 동작을 위해 높이 42 ㎝, 폭 45 ㎝ , 너비 42 ㎝인 팔걸이가 없는 표준형 나무 의자가 사용되었다. 동작분석 시스템과 근전도 시스템으로부터의 대퇴부 떼기 스위치(thigh-off switch)를 대상자 둔부의 좌골결절(ischial tuberosity)과 의자의 표면이 맞닿는 의자표면 부위에 고정시켰다. 대퇴부 떼기 스위치의 On/Off 신호는 동작분석 시스템과 근전도 시스템간의 자료값들을 동기화시키는 데 사용되었다. 다양한 두께(10 ㎜, 20 ㎜)의 나무 판자는 대상자의 무릎관절 각도를 동일하게 80˚로 표준화하는데 사용되었다. 동작분석기의 측정 감지기(measuring sensor MA70)를 의자의 시상면(sagittal plane)으로부터

평행하게 70 ㎝ 떨어지게 위치시켰다. 측정 감지기의 주 센서 부위의 각도는 지면과 직각(90˚)을 이루게 하였고, 지면으로부터 측정 감지기 중심부까지의 높이가 80 ㎝ 되도록 각 대상자마다 동일하게 유지하였다. 대상자가 의자에 앉아 있는 자세에서의 눈 높이와 유사한 테이블(1 m)에 근전도 시스템의 모니터를 위치시키고, 연구자가 Acqknowledge 3.7.1 프로그램 내(근전도 시스템 운영 프로그램)의 동작 시작표시(F9 기능키)를 작동시켰을 때 모니터상의 시작 신호를 볼 수 있도록 높이를 조절하였다. 근전도 시스템 운용 프로그램내의 동작 시작표시는 실험 중 일어서기 동작의 시작 시점을 대상자에게 알려주는 시작 신호와 근전도 자료 분석 시에 기초선(baseline) 선택을 위한 기준으로 사용되었다. 2.3.2 실험 과정 연구자는 대상자에게 실험 목적과 의의에 대해 충분히 설명하였다. 동작분석에 필요한 5개 능동 표식자들의 부착 부위를 피부 표면에 유성펜으로 표시를 하였다(표 2). 동시에 6개의 근전도 신호 수집을 위해 각 근육에 대한 위치를 기존의 연구(Cram, Kasman, and Holtz 1998)를 참조하여 유성펜으로 작게 표시를 하였다(표 3). 표시된 부위를 참고하여 도수 근력측정(manual muscle test: MMT)의 최대 근 수축 유도 시, 뚜렷이 보이는 근복에 근전도 전극 부착 부위를 최종적으로 표시하였다. 동작분석 시스템에 사용된 능동 표식자의 부착위치와 근전도 시스템에 사용된 전극의 부착 위치는 아래의 표 2, 표 3과 같다.

표 2. 동작분석 시스템 능동 표식자들의 부착 위치

표식자 능동 표식자의 부착 위치(대상자의 왼쪽 하지 외측) 첫째 표식자 큰 대퇴돌기(greater trochanter)

둘째 표식자 슬관절의 중심부위(center of knee joint) 셋째 표식자 가쪽복사뼈 중심부위(lateral malleolus)

넷째 표식자 다섯번째 발허리뼈 머리(fifth metatarsal head)의 외측 다섯째 표식자 요천추관절의 중심부(center of lumbosacral joint)

표 3. 근전도 시스템 전극의 부착 위치 근육 전극의 부착 위치 넙다리곧은근 대퇴부의 앞쪽 중심, 무릎관절과 장골가시의 중간부위 가쪽넓은근 무릎종자골에서 외측상방 3~5 ㎝ 넙다리두갈래근 대퇴부의 뒤쪽면 중심 앞정강근 다리(leg)의 근위부로부터 1/4지점, 경골의 외측부위 장딴지근 무릎관절 바로아래 중심선에서 내측으로 2 ㎝ 가자미근 장딴지근 근복의 아래쪽, 중심선에서 외측부위 접지전극 우측 천골 후면 동작분석 시스템으로 얻어지는 운동형상학적 자료들은 엉덩관절의 각도, 무릎관절의 각도, 발목관절의 각도, 골반경사 각도와 대퇴부 떼기 스위치로부터

얻어진 대퇴가 의자로부터 떨어지는 시점(thigh-off: 대퇴부 떼기)의 정보를 수집하였다. 5개의 능동 표식자를 표시된 해당 부위에 고정시키고 근전도 시스템의 전극을 유성펜으로 표시된 부위에 부착하였다. 근전도 전극은 근복에 평행하게 부착하고 근전도 신호에 대한 피부 저항을 감소시키기 위해 표시된 부위를 가는 사포로 문질러 피부 각질층을 제거하고, 소독용 알코올로 피부지방을 제거한 후에, 소량의 근전도용 젤(electrolyte gel)을 바른 막대형 전극(bar electrode)을 부착하였다. 접지 전극(ground electrode)은 우측 천골 상부에 삼중 표식자를 피해서 부착하였다. 전극이 잡음 없이 해당 근육의 신호를 적절히 수집하고 있는지를 알아보기 위해 근전도 신호 확인 과정을 수행하였다. 이완된 상태와 수축된 상태의 뚜렷한 구별을 근전도 프로그램상에서 확인하고, 만약 심한 잡음이 보이고, 뚜렷한 신호의 진폭(amplitude)에 차이가 나타나지 않는 경우 전극의 위치를 조정하였다. 동작분석 시스템과 근전도 시스템의 장비상태를 확인하고 프로그램 수행상의 사전 준비가 완료된 후 대상자를 의자에 앉게 하였다. 대상자에게 정면의 근전도 시스템 모니터 화면에서 연구자에 의해 조작되는 동작수행 시작 표시에 집중하게 하였다. 일어서기 동작은 다음의 세 가지 구별된 동작에 의해서 수행되었다(표 4).

표 4. 골반경사 변화를 중심으로 한 일어서기 동작의 분류 동작의 구분 _{일어서기 동작의 정의} 편하게 골반경사 일어서기 가장 편안한 자세로 일어나기(사전교육 없이) 후방 골반경사 일어서기 골반을 후방으로 경사시킨 후 동작 수행동안 가능한 유지하기 전방 골반경사 일어서기 골반을 전방으로 경사시킨 후 동작 수행동안 가능한 유지하기 대상자는 팔장을 낀 채로 일어선 자세에서 눈금정하기(calibration) 과정을 거쳤다. 근전도 신호의 적절한 측정 상태를 확인한 후 편하게 일어서기(CPT STS)를 아무런 사전 교육 없이 3회 연속 수행하게 하였다. 대상자는 연구자에 의해 ‘준비’라는 예령 후 근전도 시스템의 모니터상에서 동작시작 표시를 확인함과 동시에 가능한 빨리 동작을 수행하였다. 이때의 운동 형상학적 자료들과 근전도 자료값들을 각각의 시스템 운영 컴퓨터에 저장시켰다. 후방 골반경사 일어서기(PPT STS)를 대상자에게 충분하게 설명하고 연습 동작 5회를 반복시킨 후 3회 연속으로 일어서기 동작을 수행시켰다. 편하게 일어서기와 같이 동일한 과정으로 자료들을 저장하였다. 전방 골반경사 일어서기(APT STS)도 동일한 과정을 거쳐 수행되고, 얻어진 자료들을 저장하였다. 모든 동작들은 가능한 안전하고 빠르게 수행되었고, 특히 대상자에게 골반경사 유지의 측면에서는 정확한 동작 수행을 요구하였다.

2.3.3 자료 처리 및 분석 비교 동작분석 시스템에서 얻어진 자료값들은 아스키(ASCII) 파일로 변환되어 엑셀 프로그램에 다시 저장되었다. 대퇴부 떼기 신호의 변화 시점을 상대적 시간 0으로 그 이전의 시간을 음수 값으로 정렬하고, 변화 시점 이후를 양수 값으로 정렬하였다. 운동형상학적 종속 변수들 중 골반경사의 값을 운동의 기시가 되는 기준으로 설정하여 골반경사의 각도 변화가 초당 10˚ 이상일 경우를 일어서기 동작의 시작 시점으로 정하였다. 이와는 반대로 동작의 끝은 엉덩관절의 각도가 처음 눈금정하기 되었던 완전한 신전이 되는 시점을 동작의 끝으로 정하였다. 동작분석의 자료들에서 동작의 수행 시작부터 끝까지를 100%로 정규화 시켜서 이때의 엉덩관절, 무릎관절, 발목관절이 최대굴곡에서 신전으로 변환되는 시점과 대퇴부가 의자에서 떨어지는 시점(thigh-off)을 상대적 시간 개념인 전체동작에 대한 백분율의 수치로 자료를 분석하였다. 근전도 시스템에서 얻어진 자료값들은 Acqknowledge 3.7.1 프로그램을 통해서 필터 처리되었다. 전파정류(full wave rectification) 처리된 신호들을 8 ㎐의 저역필터(low pass filter) 처리를 하였다. 동작의 시작을 알리는 근전도 시스템의 동작 시작신호를 기준으로 0.5초 이전의 기간을 기초선 기간으로 설정하여 근전도 신호 진폭의 평균값과 표준편차(standard deviation: SD)를 구하였다. Di Fabio (1987)의 연구에서와 같이 계산되어진 역치값(기초선 기간의 평균값 + 3SD) 이상이 되는 지점을 근수축 개시시점으로 측정하였다. 역치 이상의 값이 50 ms 이상 지속될 때만을 근수축 개시시점으로 설정하였다. 6개 각 근육의 근수축 개시시점을 대퇴부 떼기 신호를 상대적 시간 0으로 설정하여 동작분석 시스템과 동일하게 양수와 음수의 시간으로 측정하였다. 또한 대퇴부

떼기 신호를 기준으로 하여 동작분석 시스템의 자료들과 동기화 시켰다(그림 1). 그림 1. 근전도 신호처리 과정과 동작분석 자료와의 동기화. 동기화와 정규화 되어진 근전도의 근수축 개시시간 자료들과 동작분석 시스템으로부터의 운동형상학적 자료들은 동시에 분석되었다. 각 대상자들로부터 3회 수행 중 동작 수행에 걸리는 시간이 중간값을 가지는 자료만 선택되었다. 결과적으로 동작분석 시스템에서는 대퇴가 의자에서 떨어지는 시점과 엉덩관절, 무릎관절, 발목관절이 최대 굴곡에서 신전으로 전환되는 시점을 전체동작이 0% 에서 100%로 변환된 상대적 시간값(백분율)으로 분석할 수 있었다. 또한 대퇴부 떼기 신호 변화를 기준으로 동작분석 자료와 근전도 시스템 자료들을 동작분석 시스템 관절각도 근전도 시스템 근수축 개시시간 대퇴부 떼기 신호 저역필터 전파정류 원자료 대퇴부 떼기 신호 대퇴부 떼기 동작시작 신호

동기화시켰다. 그러므로 6개의 근수축 개시시간을 동작분석 시스템에서와 동일한 상대적 시간 개념의 백분율(%) 자료값들로 얻을 수 있었다.

2.4 분석 방법

운동형상학적 자료들(동작 변화들의 상대적 시간 변수)과 근전도 신호의 평균 자료들(근수축 개시시간의 상대적 시간 변수)을 세 가지 동작에서 비교하였다. 일요인 분산분석(one-way ANOVA)을 이용해 분석하였고, 또한 통합된 두 자료들의 분석을 위해 급간내상관계수(Intraclass Correlation Coefficients: ICC(3,1))를 이용한 기능적 연결 분석을 수행하였다. 유의수준 α는 0.05로 하였다. 자료의 통계처리를 위해 윈도우즈용 SPSS (Statistical Package for the Social Sciences) 10.0 프로그램을 사용하였다.

제3장 결과

3.1 운동 형상학적 분석 결과

세 가지 구별된 동작간의 엉덩관절 변화(최대 굴곡에서 신전으로의 변화 시 점), 무릎관절 변화(최대 굴곡에서 신전으로의 변화 시점), 발목관절 변화(최대 굴곡에서 신전으로의 변화 시점), 대퇴부 떼기 시점의 운동형상학적 변화의 차이 는 엉덩관절을 제외한 나머지 두 관절과 대퇴부 떼기에서 유의한 차이를 나타내 었다(표 5). 어느 동작간에 차이가 있었는지를 알아보기 위한 Tukey 사후검정을 통해, 무릎관절, 대퇴부 떼기, 발목관절에서 동일하게 PPT STS 동작과 CPT STS 동작, PPT STS 동작과 APT STS 동작간의 유의한 차이가 있었다(그림 2).

표 5. 일어서기 동작 변화에 따른 운동 형상학적 분석 전체 일어서기동작 중 상대적 시간 시점(%) F 편하게 골반경사 일어서기 후방 골반경사 일어서기 전방 골반경사 일어서기 엉덩관절a 19.6 16.3 16.7 0.40 무릎관절b 30.3 24.2 31.6 8.03* 발목관절c 51.4 47.4 54.1 10.74* 대퇴부 떼기d 32.3 28.2 32.7 8.25* a, b, c 각 관절이 최대 굴곡에서 신전으로 변환되는 상대적 시점. d _{대퇴부가 의자에서 떨어지는 상대적 시점.} * p< 0.05.

엉덩관절 무릎관절 대퇴부떼기 발목관절 0 10 20 30 40 50 60 편하게 골반경사 일어서기 전방 골반경사 일어서기 후방 골반경사 일어서기 80 100

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* _p<0.05. 일어 서기 동작 의 상 대 적 시 점 ( % ) 그림 2. 일어서기 동작간 각 관절 및 대퇴부 떼기의 운동형상학적 분석. 또한 동작의 순서적 운동형상학적 분석에서는 엉덩관절 신전, 무릎관절 신전, 대퇴부 떼기, 발목관절 신전의 순서로 이루어 졌고 동작간의 순서적 차이는 없었다. STS 각각의 동작 안에서 4가지 운동형상학적 변화의 시점은 세 가지 동작에서 동일하게 무릎관절 신전과 대퇴부 떼기 시점만의 차이를 제외하고는 상호간의 모두 차이가 있었다(그림 3).

0 10 20 30 40 50 60 편하게 골반경사 일어서기 후방 골반경사 일어서기 전방 골반경사 일어서기 80 100

*

*

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* _p<0.05. 일어 서기 동작 의 상 대 적 시 점 ( % ) 엉덩관절 무릎관절 대퇴부떼기 발목관절 그림 3. 일어서기 동작에 따른 순서적 운동형상 분석.

3.2 근전도 신호(근수축 개시시간)분석 결과

세 가지 일어서기 동작간의 근수축 개시시간 분석의 결과는 표 6과 같다. 즉, 가쪽넓은근에서 PPT STS 동작과 CPT STS 동작, PPT STS 동작과 APT STS 동작간의 유의한 차이가 있었다(그림 4). 나머지 근육에서는 동작간의 유의한 차이가 없었다. 또한 순서적 근수축 개시시간의 분석 결과는 가쪽넓은근의 순위 변화를 제외하고는 세 동작간 차이가 없이 앞정강근, 넙다리곧은근, 가쪽넓은근, 넙다리두갈래근, 가자미근, 장딴지근 순서 혹은 앞정강근, 가쪽넓은근,

넙다리곧은근, 넙다리두갈래근, 가자미근, 장딴지근의 순서로 근수축 개시의 활동이 발생되었다. 표 6. 일어서기 동작에 따른 각 근육의 근수축 개시시간 분석 전체 일어서기동작 중 상대적 시간 시점(%) 편하게 골반경사 일어서기 후방 골반경사 일어서기 전방 골반경사 일어서기 p 앞정강근 12.1 8.2 12.4 0.16 넓다리곧은근 16.8 18.8 17.5 0.28 가쪽넓은근 20.0 18.3 16.5 0.00* 넙다리두갈래근 33.1 26.6 27.9 0.23 가자미근 33.8 29.8 29.2 0.25 장딴지근 42.6 38.6 39.1 0.11 *_p<0.05.

그림 4. 일어서기 동작에 따른 근수축 개시시간 분석. TA: 앞정강근; VL: 가쪽넓은근; RF: 넙다리곧은근; BF: 넙다리곧은근; SOL: 가자미근; GCM: 장딴지근.

3.3 운동형상학적 분석과 근전도 신호 분석의 결과 통합

동작분석 시스템의 결과 자료들과 근전도 시스템의 결과 자료들을 통합적으로 새롭게 해석할 수 있다. 체중의 대부분을 들어올리는 시점이 되는 대퇴부 떼기를 중심으로 일어서기는 전반부와 후반부로 나눌 수 있다. 상대적으로 근력이 많이 요구되는 구간을 일어서기의 후반부라고 정의할 수 있고, PPT STS에서 전체 일어서기 중 차지하는 비율이 71.8%로 다른 동작보다 긴 것을 알 수 있다. 반대로 APT STS는 일어서기의 후반부가 67.7%로 CPT STS의 67.7%와 0 10 20 30 40 50 편하게 골반경사 일어서기 전방 골반경사 일어서기 후방 골반경사 일어서기 75 100 TA VL RF BF SOL GCM

*

*

* p<0.05. 일어 서기 동작의 상 대적시 점( % )

유사한 형태를 나타내었다(표 7). 이것은 APT STS가 근력의 사용에 있어서는 효율적인 패턴을 보인다고 해석할 수 있다. 그러나 근수축 개시시간과 통합적으로 분석해 보면 다른 양상을 보인다. 즉 CPT STS에서는 대퇴부 떼기를 중심으로 그 이전에 앞정강근, 넙다리곧은근, 가쪽넓은근이 근수축을 시작하게 된다. APT STS에서는 CPT STS에서 수축하는 근육들에 추가적으로 넙다리두갈래근, 가자미근이 대퇴부 떼기 이전에 수축을 하게 된다. 즉 운동형상학적 기준으로 근수축 개시시간의 비교에서는 차이가 있었다(표 7 ).

표 7. 일어서기 동작에 따른 각 근육의 근수축 개시시간과 운동형상학적 분석 전체 일어서기 동작 중 상대적 시간 시점(%) 순위 편하게 골반경사 일어서기 후방 골반경사 일어서기 전방 골반경사 일어서기 1 앞정강근 12.1 앞정강근 8.2 앞정강근 12.4 2 넙다리곧은근 16.8 엉덩관절 16.3 가쪽넓은근 16.5 3 엉덩관절 19.6 가쪽넓은근 18.3 엉덩관절 16.7 4 가쪽넓은근 20.0 넙다리곧은근 18.8 넙다리곧은근 17.5 5 무릎관절 30.3 무릎관절 24.2 넙다리두갈래근 27.9 6 대퇴부 떼기 32.3 넙다리두갈래근 26.6 가자미근 29.2 7 넙다리두갈래근 33.1 대퇴부 떼기 28.2 무릎관절 31.6 8 가자미근 33.8 가자미근 29.8 대퇴부 떼기 32.7 9 장딴지근 42.6 장딴지근 38.6 장딴지근 39.1 10 발목관절 51.4 발목관절 47.4 발목관절 54.1

3.4 기능적 연결 분석과 주동근 및 자세 조절근의 분석

동작분석 자료들과 근전도 시스템 결과 자료들과의 상관분석으로 기능적 연결 분석결과를 얻을 수 있다. 즉 동작분석 자료의 대퇴부 떼기와 근전도 자료의 가쪽넓은근, 또한 대퇴부 떼기와 넙다리곧은근간의 기능적 연결을 집단에 따라 비교 분석할 수 있었다. CPT STS에서 기능적연결의 급간내상관계수는 대퇴부

떼기와 가쪽넓은근에서 0.65, 대퇴부 떼기와 넙다리곧은근에서 0.43으로 높게 나타났고 모두 유의한 차이를 나타내었다. 그리고 PPT STS에서 기능적 연결의 급간내상관계수는 대퇴부 떼기와 가쪽넓은근에서 0.83, 대퇴부 떼기와 넙다리곧은근에서 0.85로 더 높게 나타났고 모두 유의한 차이를 나타내었다. 이와는 반대로 APT STS에서 기능적 연결의 급간내상관계수는 대퇴부 떼기와 가쪽넓은근에서 0.49, 대퇴부 떼기와 넙다리곧은근에서 0.49로 나타났고 유의한 차이가 없었다. 이는 결과 3.3에서 일어서기 후반부의 상대적 시간이 PPT STS에서 더 많은 비중을 차지하고 APT STS에서 작은 비중을 차지하는 결과와 동일한 양상을 보이는 것이다(표 8). 표 8. 기능적 연결 및 상관 분석(ICCs) 기능적 연결 <동작> : <근육> 상관 계수 기능적 연결 <동작> : <근육> 상관 계수 편하게 골반경사 일어서기 Thigh-off : VL 0.65 * _{Thigh-off : RF 0.43}* 후방 골반경사 일어서기 Thigh-off : VL 0.83 * _{Thigh-off : RF 0.85}* 전방 골반경사 일어서기 Thigh-off : VL 0.49 Thigh-off : RF 0.49 * p< 0.05. Thigh-off: 대퇴부 떼기의 상대적 시점. VL: 가쪽넓은근 근수축 개시시간의 상대적 시점. RF: 넙다리곧은근 근수축 개시시간의 상대적 시점.

동작을 수행하는데 필요한 근육들의 분류를 주동근과 자세 조절근으로 구분할 수 있는데, 표 9에서 볼 수 있듯이 가쪽넓은근과 넙다리곧은근의 기능적 연결은 세 가지 다른 동작 수행의 패턴에서 동일하게 나타나고 있어 STS 동작의 주동근으로서의 역할을 수행한다고 할 수 있다. 다양한 자세 조절이 많이 요구되는 불안정한 PPT STS에서는 동일하게 가쪽넓은근과 넙다리곧은근이 일관성 있게 주동근으로 사용되며 이외에 앞정강근과 가쪽넓은근, 앞정강근과 넙다리곧은근, 넙다리곧은근과 넙다리두갈래근, 넙다리곧은근과 가자미근이 추가적으로 자세를 조절하는데 사용되는 것을 볼 수 있다. APT STS에서는 주동근들 이외에 추가적으로 가자미근과 장딴지근, 넙다리두갈래근과 장딴지근이 자세 조절에 동원되고 있는 것을 알 수 있다. 표 9. 주동근과 자세 조절근 분석을 위한 상관 분석(ICCs) 근육간 기능적 연결 p 편하게 골반경사 일어서기 VL:RF 0.74 후방 골반경사 일어서기 VL:RF 0.86 TA:VL 0.49 TA:RF 0.48 RF:BF 0.60 RF:SOL 0.58 < 0.05 전방 골반경사 일어서기 VL:RF 0.61 SOL:GCM 0.56 BF:GCM 0.51 TA: 앞정강근; VL: 가쪽넓은근; RF: 넙다리곧은근; BF: 넙다리두갈래근; SOL: 가자미근; GCM: 장딴지근.

제4장 고찰

운동형상학적 분석에서는 골반의 움직임에 따라 구별된 세 가지의 일어서기 동작간 엉덩관절 변화(최대 굴곡에서 신전으로의 변화 시점), 무릎관절 변화(최대 굴곡에서 신전으로의 변화 시점), 발목관절 변화(최대 굴곡에서 신전으로의 변화 시점), 대퇴부 떼기 변화를 분석하였다. 운동 형상학적 변화의 차이는 엉덩관절을 제외한 나머지 두 관절과 대퇴부 떼기에서 유의한 차이를 나타내었다. 즉 PPT STS와 CPT STS, 그리고 PPT STS와 APT STS 동작 사이에서 유의한 차이가 있었다. 또한 각각의 일어서기 동작 안에서 순서적 운동형상학적 분석에서는 엉덩관절 신전, 무릎관절 신전, 대퇴부 떼기, 발목관절 신전의 순서로 이루어졌고 동작간의 순서적 차이는 없었다. 동작간의 순서적 차이는 없었으나 세 가지 일어서기 동작간 각 관절들의 변화가 일어나는 동작 수행의 시점 비교에서는 다른 양상을 보인다고 할 수 있다. 일어서기의 후반부는 대퇴부 떼기 이후 부터 일어서기 동작이 끝나는 시점으로 정의할 수 있고 상대적으로 근력이 많이 요구되는 일어서기 동작 수행 구간이라 할 수 있다(Shepherd, and Koh 1996). PPT STS에서의 일어서기 후반부가 전체 일어서기 동작의 71.8%로 CPT STS나 APT STS에서 차지하는 비율보다 큰 것을 알 수 있다. 반대로 APT STS에서 일어서기의 후반부가 67.3%로 CPT STS의 67.7%와 유사한 형태를 나타내었다. 이것은 APT STS가 근력 사용에 있어서는 효율적이고 그리고 정상적인 움직임과 유사한 패턴을 보인다고 해석할 수 있다. 근전도 신호(근수축 개시시간)분석 결과에서는 가쪽넓은근의 근수축 개시시간에서만 PPT STS와 CPT STS, 그리고 PPT STS와 APT STS 동작

사이에서 유의한 차이가 있었다. 나머지 근육에서는 동작간의 유의한 차이가 없었다. 또한 순서적 분석에서는 가쪽넓은근의 근수축 개시시간 변화로 인하여 각 동작 안에서 근육들의 근수축 개시시간의 변화가 나타났다. 가쪽넓은근은 CPT STS를 기준으로 할 때 PPT STS와 APT STS에서 더 빨리 수축된다고 분석할 수 있다. 이것은 기존의 연구와 유사한 패턴을 가진다고 할 수 있는데 즉 가쪽넓은근은 넙다리곧은근과 비교해 볼 때 그 기능은 유사하나 단관절 근육으로 분류되고, 넙다리곧은근은 다관절 근육으로 분류될 수 있다. 단관절 근육은 익숙하지 않은 동작이나 새로운 환경에서 다관절 근육의 역할을 대신해서 더욱 활성화 된다는 가설을 뒷받침해주고 있는 것이다(Bobbert, and van Ingen Schenau 1988; Doorenbosch et al. 1994). 즉 PPT STS나 APT STS는 익숙하지 않은 동작이라고 정의내릴 수 있고 이러한 환경에 적응하기 위해 단관절 근육인 가쪽넓은근의 수축이 시작되는 시간이 CPT STS 동작과 비교해 볼 때 더욱 빨라졌다고 생각할 수 있다(Khemlani, Carr, and Crosbie 1999). 또한 대퇴부 떼기를 기준으로 일어서기를 전반부와 후반부로 나누었을 때 근수축 개시시간을 분석하였다. 특히, APT STS에서는 전반부에 장딴지근을 제외한 모든 근육들이 수축을 시작하였다. 이것은 몸통을 들어 올리는 움직임 이전에 모든 근육들이 본격적으로 활성화될 준비를 갖추고 있다고 분석할 수 있다. 충분하게 준비된 근육들의 상태는 APT STS 동작 동안에 실질적인 근력을 사용하게 되는 일어서기 후반부가 차지하는 비중이 CPT STS 동작과 유사한 수준으로 나타나게 되는 것과 더불어 APT STS의 기능적 측면에서의 높은 효율성을 보인다고 설명할 수 있다. 본 연구에서는 운동형상학적 시스템과 근전도 시스템의 자료들을 통합적으로

분석하였다. 두 자료를 동기화 하여 동일 선상의 시간 기준에서 APT STS와 PPT STS 동작을 새로운 각도에서 분석하였다. 특히 독립된 분석상에서는 APT STS의 동작이 CPT STS와 유사한 효율적인 근력 사용 패턴을 사용한다는 점과, 대퇴부 떼기 이전에 거의 모든 근육들이 충분한 수축 준비 단계에 도달한다는 두 가지 사실 때문에 기능적 수행의 높은 효율성을 설명 가능하게 하였다. 그러나 통합적 분석을 통한 일어서기 동작은 운동 조절의 관점에서 다른 양상을 보이게 된다. 기능상의 중요한 기준이 되는 대퇴부 떼기 시점을 중심으로 하여 근전도 신호를 분석하였다. 즉 운동형상학적 기준으로 근수축 개시시간의 비교에서는 차이를 보였다. 첫째, CPT STS에서의 패턴은 앞정강근, 넙다리곧은근, 가쪽넓은근, 대퇴부 떼기, 넙다리두갈래근 가자미근, 장딴지근의 순서로 근 수축이 이루어졌다. 둘째, PPT STS에서는 앞정강근, 가쪽넓은근, 넙다리곧은근, 넙다리두갈래근, 대퇴부 떼기, 가자미근, 장딴지근 순서로 그 패턴이 변화된 것을 확인할 수 있었다. 또한 APT STS에서는 앞정강근, 가쪽넓은근, 넙다리곧은근, 넙다리두갈래근, 가자미근, 대퇴부 떼기, 장딴지근의 순서로 수축되었다. 특히 대퇴부 떼기 시점을 기준으로 임상적 중요성과 통계학적 유의성을 만족하는 패턴을 보이게 되는데 CPT STS에서는 대퇴부 떼기, 넙다리두갈래근, 가지미근, PPT STS에서는 넙다리두갈래근, 대퇴부 떼기, 가자미근, APT STS에서는 넙다리두갈래근, 가자미근, 대퇴부 떼기로 변화하였다(Doorenbosch et al. 1994; Khemlani, Carr, and Crosbie 1999). 무릎관절의 신전 시 넙다리두갈래근을 비롯해 반힘줄모양근, 반막모양근은 신전동작을 돕는데 큰 역할을 하게 된다(Shepherd, and Gentile 1994). 특히 넙다리네갈래근 약화나 자세가 안정되지 못한 상태에서 일어서기를 수행할 경우 무릎관절 신전력의 부족 상황이

초래되고 넙다리두갈래근의 수축력 증가는 무릎관절의 신전을 돕게 되는 것이다(Sahrmann 2002). 동작분석 자료들과 근전도 자료들과의 상관분석으로 기능적 연결 분석 결과를 얻을 수 있었다. 기능적 연결 분석은 독립적인 하나의 기능적인 단위(single functional unit)로 설명할 수 있다. 즉 일정한 운동형상학적 동작을 기준으로 동작과 관련된 조직들(근육)이 동일한 패턴을 나타내는 집단화된 작용 기전으로 정의내릴 수 있다(Khemlani, Carr, and Crosbie 1999; Shepherd, and Gentile 1994; Winter 1980). 본 연구에서는 근전도 신호로부터의 근수축 개시시간과 운동형상학적 자료들과의 상관분석을 통한 기능적 연결 분석을 실시하였다. 즉 동작분석 자료의 대퇴부 떼기와 근전도 자료의 가쪽넓은근 또한 대퇴부 떼기와 넙다리곧은근간의 기능적 연결을 일어서기 동작 집단에 따라 비교 분석할 수 있었다. CPT STS에서 기능적 연결의 급간내상관계수는 대퇴부 떼기와 외측넓은근에서 0.65, 대퇴부 떼기와 대퇴곧은근에서 0.43으로 높게 나타났다. 그리고 PPT STS에서 기능적 연결의 급간내상관계수는 대퇴부 떼기와 외측넓은근에서 0.83, 대퇴부 떼기와 넙다리곧은근에서 0.85로 더 높게 나타났다. 이와는 반대로 APT STS에서 기능적 연결의 급간내상관계수는 대퇴부 떼기와 가쪽넓은근에서 0.49, 대퇴부 떼기와 넙다리곧은근에서 0.49로 나타났고 통계학적으로 유의하지 않았다. PPT STS의 기능적 연결상수가 높게 나타난 이유는 넙다리곧은근과 가쪽넓은근이 몸통을 들어올리는 순간에 관절의 변화 즉 기능적 동작의 변화에 기여하는 정도의 차이로 해석할 수 있다. 이 두 근육들은 APT STS와 CPT STS에서의 활동을 비교해볼 때 PPT STS에서 관절의 변화에 더욱 밀접히 관련해서 기능적 변화를 만들어 냈다고 할 수 있다. APT STS가

기능적인 효율성에서는 여러 이점을 가지고 동작을 수행할 수 있으나 기능적 연결 정도에 있어서는 CPT STS의 급간내상관계수와 차이를 보였다. 즉 APT STS의 기능적 이점을 뒷받침해줄 수 있는 완벽한 운동조절의 일치를 설명할 수 없었다. 동작을 수행하는 데 필요한 근육들은 목적하는 주된 동작을 만들어내는 주동근과 동작의 자세를 조절하는 자세 조절근으로 구분할 수 있다(Gahery 1987; Goulart, and Valls-Sole 1999; Lee, Michaels, and Pai 1990). 근수축 개시시간과 기능적 연결을 통한 결과는 조금씩 변화된 STS 동작 수행에 따라 다르게 나타났다. 즉 특정 움직임의 방법을 조금씩 변화시킨다 할지라도 일관적으로 변함없이 나타나는 패턴에 해당하는 것은 주동근과 연관된 결과라 해석되고, 이와는 반대로 일관성을 가지지 않고 변화된 움직임에 따라 다르게 나타나는 패턴은 변화된 상황에서 적응하기 위한 자세 조절근으로 해석된다(Goulart, and Valls-Sole 1999). 표 9에서 볼 수 있듯이 외측넓은근과 대퇴곧은근의 기능적 연결은 세 가지 다른 동작수행의 패턴에서 일관되게 높은 상관관계를 보이며 동일하게 나타나고 있어 STS 동작의 주동근으로 역할을 수행한다고 할 수 있다. 다양한 자세 조절이 많이 요구되는 불안정한 PPT STS를 살펴보면 우선 동일하게 가쪽넓은근과 넙다리곧은근이 일관성 있는 주동근으로 사용된다. 또한 주동근 이외에 앞정강근과 가쪽넓은근, 앞정강근과 넙다리곧은근, 넙다리곧은근과 넙다리두갈래근, 넙다리곧은근과 가자미근이 추가적으로 자세를 조절하는데 사용되는 것을 알 수 있다. APT STS에서는 주동근들 이외에 추가적으로 가자미근과 장딴지근, 넙다리두갈래근과 장딴지근이 자세 조절에 동원되고 있는 것을 알 수 있다. CPT STS와 비교할 때, APT STS는 추가적으로

두 개의 기능적 연결의 자세조절 패턴으로 동작을 수행하게 된다. 자세조절이 가장 어려운 PPT STS에서는 추가적 자세조절 패턴 4개가 작용하여 동작을 수행하게 된다. APT STS가 기능적인 효율성에서는 여러 이점을 가지고 동작을 수행할 수 있지만 자세조절근 동원의 패턴에 있어서는 정상적인 움직임과 다른 양상을 보이게 된다고 해석할 수 있다. 인체의 움직임에는 내재된 다양한 상동적 패턴(stereotypical pattern)들이 존재하고 변화된 동작들을 수행할 경우 근육과 동작의 순서적 변화를 통한 패턴들의 변화가 생성될 수 있다(Khemlani, Carr, and Crosbie 1999). 따라서 본 연구에서는 정상인의 일어서기 동작을 인위적으로 변화시켜 운동형상학적 그리고 근육 활동 패턴 변화를 분석하고자 하였다. 그러나 독립적인 분석에서 순서적 변화는 크게 나타나지 않았고 이는 발의 위치를 변화시켜 생체역학적 변화를 분석한 Khemlani 등(1999)의 연구와 일치하였다. 이것은 운동학습(motor learning)이 충분히 달성하지 못한 상황에서의 생체역학적 분석을 시행했을 때 나타나는 제한점이라 할 수 있다. 실제로 인위적 상황의 변화는 운동학습의 충분한 과정을 거치지 않은 상태, 즉 운동조절 능력의 변화를 기대할 수 없는 여러 상황을 초래했다고 할 수 있다. 그러므로 본 연구의 결과는 중추신경계 손상으로 인해 일어서기 동작에 문제가 있는 환자에 대한 생체역학적 분석과 차이가 있을 수 있다는 연구의 한계성을 고려해야 할 것이다.

제5장 결론

본 연구는 골반경사를 달리한 일어서기의 동작을 분석함에 있어 독립적인 운동형상학 분석과 근전도 분석을 그리고 통합 분석방법을 적용하였다. 정상적인 일어서기 동작(편안한 상태의 골반경사 유지), 비정상적 움직임의 상태와 유사한 일어서기 동작(최대한 후방 골반경사 유지) 그리고 일반적 치료 패턴과 유사한 일어서기 동작(최대한 전방 골반경사 유지)을 운동형상학적 분석과 근육 활동성 패턴을 이용해 각각의 독립적 분석과 기본적 통합 분석을 하였다. 결론적으로 기능적 통합 분석인 기능적 연결 분석과 주동근 및 자세 조절근을 구별하는 분석을 수행하였다. 본 연구를 통하여 연구 목적과 관련된 4가지 결과를 얻었다. 첫째, 골반경사 변화에 따른 일어서기의 운동형상학적 변화는 엉덩관절을 제외한 무릎관절, 발목관절, 대퇴부 떼기에서 동작간의 차이가 있었고 동작 내에서 관절들의 신전동작 변화 순서에는 차이가 없었다. 둘째, 골반경사 변화에 따른 일어서기의 근육 활동 패턴의 변화는 가쪽넓은근에서 동작간의 차이가 있었고 가쪽넓은근을 제외하고는 동원되는 순서에는 변화가 없었다. 셋째, 두 결과의 기본적 통합 분석 결과는 일어서기 변화의 중요 기점인 대퇴부 떼기를 기준으로 할 때 동원되는 근육 활동 패턴이 변화하고 이를 바탕으로 동작의 특성을 설명할 수 있었다. 넷째, 기능적 연결 분석을 통해서 대퇴부 떼기와 가쪽넓은근, 대퇴부 떼기와

넙다리곧은근을 독립적인 하나의 기능적 단위로 설명할 수 있었다. 또한 주동근과 자세 조절근의 비교 분석을 통해 주동근은 가쪽넓은근과 넙다리곧은근으로 정의 내릴 수 있고 동원된 자세 조절근의 개수는 후방 골반경사 일어서기, 전방 골반경사 일어서기, 편하게 골반경사 일어서기의 순서로 나타났다. 이는 해당 움직임에 필요로 하는 자세 조절 요구와 비례한다고 할 수 있다. 기능적 통합 분석을 통해 더욱 구체적으로 문제점들을 파악할 수 있었다. 본 연구 결과로 다음과 같이 비정상적인 일어서기 동작에 대한 치료적, 평가적 접근 방향을 제시할 수 있다. 첫째, 치료사는 유사한 병적 상태인 후방 골반경사 일어서기의 평가나 치료 시, 무릎관절, 발목관절의 변화에 초점을 두어야 하고, 대퇴부 떼기를 기준으로 넙다리두갈래근, 가자미근의 근육 활동 패턴의 변화와, 가쪽넓은근과 넙다리곧은근의 기능적 수행에 있어서 동원되는 정도 차이, 또한 자세 조절을 위해 불필요한 부가적 근육의 패턴들이 생성된다는 것을 고려해야 한다. 둘째, 후방 골반경사 일어서기와 같은 비정상적인 일어서기의 치료적 접근 시, 전방 골반경사로의 움직임 패턴 유도는 움직임의 효율성과 기능적인 측면에서는 유용하게 사용되어질 수 있다. 하지만 과도한 전방 골반경사 일어서기는 편하게 골반경사 일어서기를 기준으로 볼 때 넙다리두갈래근과 가자미근에서의 근육 활동 패턴을 변화시키고 기능적 연결 정도 차이, 추가적인 자세 조절근들의 생성을 만들어냄으로써 정상적인 운동조절 패턴을 변화시킬 가능성이 있다는 것을 고려해야 할 것이다.

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