대퇴사두근 닫힌 사슬 운동시 고관절 내전이 내측광근과 외측광근의 근활성도 및 근수축 개시 시간에 미치는 영향

대퇴사두근 닫힌 사슬 운동시 고관절 내전이

내측광근과 외측광근의 근활성도 및

근수축 개시 시간에

미치는 영향

차 용 수

연세대학교 보건환경대학원

인간공학치료학전공

대퇴사두근 닫힌 사슬 운동시 고관절 내전이

내측광근과 외측광근의 근활성도 및

근수축 개시 시간에

미치는 영향

지도 전 혜 선 교수

이 논문을 석사 학위논문으로 제출함

2012년 12월

연세대학교 보건환경대학원

인간공학치료학전공

연세대학교 보건환경대학원

심사위원 인

심사위원 인

심사위원 인

감사의 글

어느덧 다섯 학기가 지나가고 그 동안 정들었던 대학원 졸업을 하게 되었습니 다. 먼저 이 자리까지 저를 있게 해 주신 부모님 및 장인어른과 장모님께 진심으 로 감사 드립니다. 또한 대학원 석사 과정을 하는 동안 옆에서 물심양면으로 보듬 어주고 격려해준 제 아내에게도 많이 고맙다는 말을 전합니다. 처음 인간공학치료 학과에 입학하여 여러 교수님들 지도하에 지난 5학기 동안 많은 지식을 배울 수 있었으며 다른 한편으로는 대학원 생활의 많은 경험을 할 수 있어서 제 자신을 한 걸음 더 성숙시킬 수 있는 좋은 기회였다고 생각됩니다. 부족한 환경에서 제 나름대로의 소신을 갖고 성실히 대학원 생활에 임해준 제 자신에게 고맙다고 박 수를 보내봅니다. 또한 5학기 동안 석사과정의 학문을 배우는데 도움을 주신 인간공학치료학과 교수님들께 진심으로 감사 드립니다. 무엇보다 지도 교수님으로 선정된 이후 옆에 서 항상 성심 성의껏 지도해 주신 전혜선 교수님께 감사 드립니다. 석사 과정은 저에게 있어 삼십 년 인생에서 가장 열심히 최선을 다해 볼 수 있었던 멋진 생활 이었던 것 같습니다. 앞으로의 인생을 개척해 나아가는데 있어서 많은 도움이 될 것 같습니다. 다시 시작하는 마음으로 또 다른 도전을 위해 한 걸음 한 걸음 더 나아 가겠습니다. 그리고 얼마 전 태어난 제 딸 소율이에게 아빠로서 무한한 사랑 을 전합니다. 제 인생은 이제 또 다른 시작이라고 생각 됩니다. 앞으로의 제 인생 에 수많은 일들이 일어나겠지만, 대학원 생활을 바탕으로 항상 최선을 다하고 꿈 을 향해 도전을 하며 성실히 나아간다면 언젠가는 제 자신에게 부끄럽지 않은 사 람이 되어 있을 것이라 생각 됩니다. .

마지막으로 저와 함께 5학기 동안 옆에서 힘이 되어준 대학원 동기들 송태윤 선생님, 임승엽 선생님, 김보라 선생님과 대학원 선배이신 최혁재 선생님, 김솔비 선생님, 최보람 선생님께 진심으로 고맙다는 말 전하며, 제가 대학원 석사 과정을 마칠 수 있도록 도움을 주신 주변 모든 분들께 진심으로 감사의 말을 전합니다. 2012년 12월 차용수 드림

차 례

그림 차례 ··· iii 표 차례 ··· iv 국문요약 ··· v 제 1장 서론 ··· 1 1.1 연구의 서론 ··· 1 1.2 연구의 가설 ··· 5 제 2장 연구 방법 ··· 6 2.1 연구대상자 ··· 6 2.2 실험 도구 ··· 7 2.2.1 표면 근전도 분석 시스템 ··· 7 2.2.2 삼각형 나무판 및 비탄력성 스트랩 ··· 8 2.3 실험 방법 ··· 9 2.3.1 표면 근전도 전극 부착 ··· 11 2.3.2 수의적 최대 등척성 수축 측정 ··· 12 2.3.3 실험 시작 자세 ··· 12 2.3.4 고관절 중립 자세(닫힌 사슬 운동) ··· 12 2.3.5 고관절 내전 자세(닫힌 사슬 운동) ··· 13 2.4 분석 방법 ··· 14 2.4.1 자료처리 및 표준화 ··· 14

2.4.2 통계 방법 ··· 14 제 3장 결과 ··· 15 3.1 내측광근과 외측광근의 근활성도 비교 ··· 15 3.2 내측광근과 외측광근의 근활성비 비교 ··· 17 3.3 내측광근과 외측광근의 근수축 개시 시간 차이 비교 ··· 18 제 4장 고찰 ··· 20 제 5장 결론 ··· 25 참고문헌 ··· 26 영문요약 ··· 33

그림 차례

그림 1. 표면 근전도 시스템

···

7 그림 2. 45도 삼각형 나무판

···

8 그림 3. 고관절 중립 자세

···

10 그림 4. 고관절 내전 자세

···

10 그림 5. 내측광근과 외측광근의 근활성도 비교

···

16 그림 6. 중립 자세와 내전 자세의 근활성비 비교

···

17 그림 7. 중립 자세와 내전 자세의 근수축 개시 시간 차이 비교

···

19

표 차례

표 1. 연구 대상자의 일반적 특성(정상 성인군)

···

6

표 2. 고관절 중립 자세와 내전 자세에 따른 근활성도 차이 비교

···

15

표 3. 고관절 중립 자세와 내전 자세에 따른 근 활성비 차이 비교

···

17

국문요약

대퇴사두근 닫힌 사슬 운동시 고관절 내전이 내측광근과

외측광근의 근활성도 및 근수축 개시 시간에 미치는 영향

본 연구는 대퇴사두근 닫힌 사슬 등척성 운동시 고관절 내전 여부에 따른 내측광근(vastus medialis oblique)과 외측광근(vastus lateralis oblique)의 근활성도 및 근수축 개시 시간 차이를 비교하였다.

건강한 성인 남자 30명과 여자 6명을 대상으로 각각의 대상자들이 대퇴사두근 닫힌 사슬 등척성 운동을 하였을 때, 고관절 중립 자세와 내전 자세를 유지하는 2가지 조건에서 측정하였다. 모든 근전도 신호는 % 최대 수의적 등척성 수축(% maximum voluntary isometric contraction: % MVIC)으로 표준화 하였고, 내측광근과 외측광근의 수축 개시 시간 차이(onset time difference: OTD)는 내측광근에서 외측광근의 시간을 뺀 값으로 계산 하였다. 각 자세 별 근활성도와 개시 시간 차이에 변화가 있는지 알아보기 위하여 짝비교 검정(paired t-test)을 하였다. 내측광근의 근활성도는 닫힌 사슬 등척성 운동시 고관절 내전 자세에서 가장 높게 나타났으며, 외측광근에 비해 내측광근의 근수축 개시 시간 차이도 빠르게 나타났다. 그러나 중립 자세에서는 외측광근의 근활성도가 높았으며 내측광근에 비해 외측광근의 근수축 개시 시간 차이도 빠르게 나타났다(p<0.05). 따라서 고관절 내전 자세에서의 닫힌 사슬 등척성 운동은 임상에서 슬관절 병변을 가진 환자들에게 있어서 내측광근을 선택적으로 운동 시킬 수 있는 효과적인 치료 방법으로 사용될 수 있을 것이다.

핵심 되는 말: 근활성도, 근수축 개시 시간 차이, 닫힌 사슬 등척성 운동,

제 1 장 서론

1.1 연구의 서론

대퇴사두근은 무릎의 기능을 정상적으로 유지하는데 있어서 가장 필요한 근육이다(Mellor et al. 2005). 대퇴사두근은 총 네 개의 근육으로 이루어져 있으며 내측광근, 중간광근, 외측광근, 대퇴직근으로 구별된다. 이 네 개의 근육들은 무릎의 기능을 도와주는데 있어서 서로 다른 역할을 수행한다(Mathur, and Maclntyre 2005). 대퇴사두근의 움직임은 시상면에서 무릎을 펴는 동작을 수행할 때 가장 먼저 일어난다(Floyd, and Thompson 2004). 그 중에서 내측광근은 무릎을 펴는 움직임에 있어서 슬개골의 내측 안정성에 많이 기여하는 중요한 역할을 한다(Hubbard 1997). 또한 슬관절 안정성에 중요한 근육인 내측광근은 생리학적으로 가장 약하고 외측광근에 비하여 근 약화가 먼저 나타나며 슬개골의 외측 치우침을 조절해 주는 역할을 한다(Francis, and Scott 1977). 이전 연구에 따르면 해부학적으로 내측광근은 두 개의 부분으로 나뉜다고 보고 되었다. 내측광근의 근위부는 무릎을 펴는 동작을 도우며, 원위부는 슬개골(patella)을 끌어당기는 역할을 한다(Lefebvre 2006). 그렇기 때문에 내측광근이 약하거나 다른 문제가 있을 경우에는 내측광근 강화 운동을 통하여 근섬유의 많은 동원을 이뤄야 한다(Boling 2006). 슬개골의 비정상적인 외측 치우침 현상의 이유는 여러 원인이 있지만, 그 중에서 내측광근과 외측광근의 근 수축 개시 시간의 차이 때문이라고 강조하였다(Voight, and Wieder 1999). 내측광근 보다 상대적으로 더 큰 횡단면적을 가지고 있는 외측광근의 우세한 힘 또한 슬개골 외측 치우침의 원인이 된다(Grabiner 1994). 이렇듯, 상대적으로

약한 내측광근과 외측광근의 불균형적인 근수축 개시 시간 차이는 슬개골의 비정상적인 움직임을 유발하며 이로 인하여 슬개대퇴통증 증후군을 야기 시킨다(Witvrouw, and Roeland 1996). 슬개대퇴통증 증후군은 건강한 사람과 환자들 모두에서 흔하게 나타나는 증상 중 하나이다. 이러한 내측광근의 중요성으로 인하여 보존적 치료 방법 중 하나로서 많은 연구에서 대퇴사두근 근력 운동이 추천되었다(Aroll 1997). 대퇴사두근 등척성 운동은 근 위축을 예방하고 근력 유지를 위해 재활 초기부터 사용할 수 있으며 대퇴사두근 안정성을 증진하여 슬관절의 보호를 도와주는 중요한 역할을 한다(Brewster 1983; Donald 2002). 임상에서 많이 사용되고 있는 대퇴사두근 근력 운동으로는 대퇴사두근 등척성 운동(Laprade 1998)과 N-K 테이블에 앉은 자세에서 슬관절 구심성 신전 운동 등이 있다. 계단 오르내리기 운동과, 스쿼트 운동, 열린 사슬 운동과 닫힌 사슬 운동 또한 내측광근의 근력 운동 방법으로 많이 연구 되었다. 하지만, 이러한 운동들이 내측광근과 외측광근을 선택적으로 운동 시키기에는 많은 제한점이 있다. 또한 몇몇 연구들에서는 대퇴사두근 근력 운동을 수행하였을 때, 무릎의 내외측에 위치한 내측광근과 외측광근의 근활성도는 큰 차이를 보이지 않았다(Anderson 1998). 이러한 제한점을 보완하기 위하여 내측광근의 선택적 근력 증진을 위한 많은 연구들이 보고 되었다. 대퇴사두근 운동시 고관절 내전을 동반한 운동을 하였을 때 슬개대퇴통증 증후군 환자들의 통증이 감소하였다(Nakagawa 2008). 또한 Choi 등(2009)은 고관절 중립과 내전 자세에서 등척성 슬관절 신전 운동을 하는 동안 고관절 내전 자세에서 내측광근의 근수축 개시 시간이 짧아진 것으로 나타났다. 이전 연구에서는 내측광근의 선택적 운동으로 무릎 신전의 마지막

30도 굴곡 자세를 유지하였다. 그러나 최근 Steinkamp 등(1993)에 의하면 대퇴사두근 운동에서 가장 이상적인 슬관절 굴곡 각도는 45도 이하를 유지하며 슬개대퇴 관절의 반발력과 압박력을 최소화하는 것이라 하였다. Lam과 Ng(2001)는 내측광근과 외측광근의 근활성도는 슬관절 위치와 고관절 각도 변화와 관련이 있다고 하였다. Hanten과 Schulthies(1990)는 고관절 내전을 유지한 상태로 운동하였을 때 외측광근보다 내측광근의 근활성도가 더 높은 결과를 나타냈다. 또한 닫힌 사슬 운동과 열린 사슬 운동을 수행하는 동안 내측광근과 외측광근에 대한 연구들도 활발히 이루어졌다(Cerny 1995; Stensdotter, and Hodges 2007; Witvrouw, and Roeland 1996).

Stensdotter와 Hodges(2003)는 열린 사슬 운동과 닫힌 사슬 운동을 비교하였을 때, 열린 사슬 운동보다 닫힌 사슬 운동에서 내측광근이 외측광근 보다 근활성도가 더 높았으며, 내측광근의 근수축 개시 시간 또한 열린 사슬 운동보다 더 빠르게 나타났다. 또한 닫힌 사슬 운동은 슬개대퇴관절에서 슬개골의 중심부 이동을 안정성 있게 해주는 역할을 제공한다. 닫힌 사슬 운동은 대퇴경골 관절 사이에서 열린 사슬 운동 보다 더 작은 압박력을 발생하여 분산된 힘을 발생시키며, 다관절 움직임을 통하여 열린 사슬 운동보다 더 큰 힘을 발생시킨다. 그렇기 때문에 슬개대퇴통증 증후군 환자를 위하여 슬개대퇴관절의 반발력과 압박력을 최소화 하는데 있어서 대퇴사두근 닫힌 사슬 근력 운동이 필요하다. 이처럼 고관절 내전 운동과 닫힌 사슬 운동을 통한 운동 방법이 내측광근의 근활성도와 근수축 개시 시간에 더 효과적이라는 결과들이 보고되고 있으나, 닫힌 사슬 등척성 운동에서 고관절 내전을 포함한 내측광근의 선택적 운동 방법에

대한 연구는 거의 없었다. 이에 본 연구는 고관절 내전을 포함한 대퇴사두근 닫힌 사슬 등척성 운동을 통하여 내측광근과 외측광근의 근활성도 및 근 수축 개시 시간의 차이를 알아보았다.

1.2 연구의 가설

본 연구에서는 다음과 같이 가설을 설정하였다. 첫째, 닫힌 사슬 슬관절 등척성 운동시 고관절 중립 자세와 내전 자세에서 수 행하였을 때 내측광근과 외측광근의 근활성도는 차이가 있을 것이다. 둘째, 닫힌 사슬 슬관절 등척성 운동시 고관절 중립 자세와 내전 자세에서 수 행하였을 때 내측광근과 외측광근의 근수축 개시 시간은 차이가 있을 것이다.

제 2 장 연구방법

2.1 연구대상자

전체 대상자의 자발적인 연구참여 동의 하에 정상인 36명을 대상으로 모집하 였다. 본 실험을 하기 전 5명을 대상으로 예비실험을 진행하였다. 본 연구를 위해 하지에 통증이 없고 자의적 무릎 신전 운동이 가능하며 임상 의학적인 문제를 가지지 않은 건강한 정상인 대상자 36명을 모집하였다. 남성 30 명과 여성 6명이 참여 하였으며 대상자들의 평균연령은 29.8±4.7세였다. 모든 연구 대상자는 실험에 참여하기 전에 자발적으로 동의하였다. 표 1. 연구 대상자의 일반적 특성(N=36) 일반적 특성 정상 성인(N=36) 성별 남=30, 여=6 연령(세) 29.8±4.7 a 신장(cm) 174±6.0 체중(kg) 70.2±9.0 a 평균±표준편차

2.2 실험 도구

2.2.1 표면 근전도 분석 시스템

내측광근과 외측광근의 표면 근활성도 크기를 분석하고자 표면 근전도 장비 (TeleMyo 2400R, Noraxon Inc., Scottsdale, AZ, USA)를 사용하였다(그림 1). 오른쪽(우세 다리)의 내측광근과 외측광근에 각각 1개 채널의 전극들을 부착하였 고 접지전극(ground electrode)은 슬개골 아래의 경골 돌출 부위에 부착 하였다. 수집된 표면 근전도 자료는 개인용 컴퓨터에서 MyoResearch 1.06XP 소프트 웨어를 이용하여 분석하였다. 그림 1. 표면 근전도 시스템

2.2.2 삼각형 나무판과 비탄력성 스트랩

슬관절 굽힘 각도를 45도로 유지하기 위하여 가로 70cm, 세로 30cm, 높이 18cm 의 삼각형 나무판을 사용하였다(그림2). 또한 등척성 운동을 위하여 탄력성 이 전혀 없는 넓이 7.5cm 의 비탄력성 스트랩을 사용하였다.

2.3 실험방법

실험에 참가한 모든 대상자들은 반바지를 착용하고 요추(lumbar)에 고정된 벨 트에서 발바닥까지 고정된 스트랩에 대항하여 고관절 중립 자세와 내전 자세에서 동일한 조건하에 다리를 미는 실험을 하였다. 실험실의 환경 및 운동 방법에 대한 적응을 위하여 10분 이상 익숙화 과정을 진행한 후 실험하였다. 근전도 신호의 정확한 수집을 위하여 실험 전 비오는 날과 습한 날, 또는 실험 실 외부의 소음이 심한 날을 피하여 각별한 주의 하에 실험을 진행하였다. 벽에 등을 기대고 나무판 위에 다리를 얹어 놓고 앉은 자세에서 요추(lumbar)를 벨트 로 고정하고 발바닥에서 벨트까지 스트랩으로 다리를 움직이지 않도록 고정한 후 실험하였다. 발바닥의 고정된 스트랩에 대항하여 다리를 미는 운동을 수행하였다 (그림 3). 대퇴사두근 닫힌 사슬 중립 자세와 내전 자세에서 각각 1회당 5초씩 5 회 측정하였다(그림 4). 측정에 의한 근 피로를 최소화하기 위하여 측정 사이에 1분의 휴식 시간을 주었다.

그림 3. 고관절 중립 자세

2.3.1 표면 근전도 전극 부착 내측광근과 외측광근의 근활성도를 측정하기 위해 오른쪽 다리(우세다리)에 총 2개 채널의 이중표면전극을 부착하였다. 표면 근전도 신호의 저항을 최소화 하 기 위하여 피부 표면에 부착 시 전극 사이의 거리는 2cm 간격을 유지하였고 측 정하고자 하는 근육 부위를 촉진한 후, 근육의 위치를 파악하여 근육 수축 시 저 항을 주어 근섬유 방향과 평행하게 근육힘살(muscle belly)의 위치가 변하는 것 을 고려하여 부착하였다(Cram et al. 1998). 내측광근은 상 내측 슬개골 면에서 수직선과 55도 위치한 4cm, 내측으로 3cm 위치에 부착하였다. 외측광근은 상외측 슬개골 면에서 수직선의 15도 위치 에 상부로 10cm, 외측으로 7cm 에 부착하였다(Gilleard et al. 1998). 단일기준전 극(single reference electrode)은 슬개골 아래 경골돌출 부위에 부착하였다. 부착 부위는 면도기를 사용하여 제모를 한 후 가는 사포로 3~4회 문질러 피 부 각질 층을 제거하고 소독용 알코올 솜으로 닦은 후 알코올이 증발 될 때까지 기다린 후 인체에 무해한 소량의 전해질 겔을 첨가하여 피부 표면에 전극을 부착 하고 근전도 신호를 확인한 후 실험을 하였다.

2.3.2 수의적 최대 등척성 수축(Maximal voluntary isometric contraction: % MVIC) 측정 수의적 최대 등척성 수축 값은 본 실험의 측정 전, 의자에 앉은 자세에서 도수 저항을 이용하여 5초간 총 3회의 최대 수의적 등척성 근 수축 값을 측정하여 처 음 1초와 나중 1초를 제외한 가운데 3초의 구간에서 구한 값을 평균 내어 사용하 였다. 2.3.3 실험 시작 자세 벽에 등을 기대고 삼각형 나무판 위에 다리를 뻗고 편하게 앉아서 양팔은 팔 짱을 끼고 연구자가 고안한 비탄력성 스트랩을 사용하여 우세다리를 고정시켰다. 양 다리 밑에 삼각형 나무판을 넣고 슬관절 굽힘 각도를 45도로 유지하였다. 2.3.4 고관절 중립 자세(닫힌 사슬 운동) 고관절 중립 자세는, 시작 자세에서 나무판 위의 우세다리를 발바닥에서 고관 절까지 일직선을 유지한 상태로 시작 하였다. 발바닥 앞 중앙에 목표 막대를 세워 놓고 발바닥이 중심에서 좌우 방향으로 벗어나지 않게 통제한 후 실험을 하였다. 또한 발이 들리지 않게 고안된 목표 막대를 놓고 발이 들리는 움직임을 제한 하 였다. 요추 1,2,3,4,5 부위를 벨트로 고정한 후 벨트에서 발바닥까지 탄력성이 없 는 스트랩을 이용해 고정하여 스트랩에 대항하여 다리를 전방으로 밀어 주었다. 5 초 동안 총 5회 측정하였다.

2.3.5 고관절 내전 자세(닫힌 사슬 운동) 고관절 내전 자세는, 중립 자세와 같이 나무판 위에 우세다리와 반대쪽 다리를 모두 올려놓고 양쪽 다리의 무릎 사이에 두꺼운 종이를 넣고 무릎을 붙이고 앉아 서 실험을 하였다. 중립 자세와 동일하게 고안된 스트랩을 이용하여 고정한 후, 무릎 사이에 끼워진 종이가 떨어지지 않도록 우세다리로 무릎 안쪽 종이를 누르 는 동시에 스트랩에 대항하여 다리를 전방으로 밀어 주었다. 5초 동안 총 5회 측 정 하였다.

2.4 분석 방법

2.4.1 자료 처리 및 표준화

근전도 신호의 표본 추출률(sampling rate)은 1000 ㎐로 설정하였고, 주파수 대역폭(bandwidth)은 20~500㎐이며 노치 필터(notch filter)는 60 ㎐를 사용하 였다. 수집된 근전도 신호를 제곱 평균 제곱근법(root mean square; RMS)으로 처리하였고, %MVIC로 정량화 하였다. 근비율(ratio)은 내측광근의 %MVIC 값을 외측광근의 %MVIC 값으로 나누어 처리 하였다. 근수축 개시 시간 분석은 수집된 근전도 신호를 제곱 평균 제곱근법(root mean square; RMS) 처리하여 컴퓨터 분석을 이용한 근 수축 개시 시간 결정(computer-based onset determination) 방법을 사용하여 움직임의 시작 전 100ms 기간의 평균값에 대한 표준편차 (standard deviation; SD)를 구하여 3SD에 도달하는 시점을 근수축 개시 지점이 라고 정의하였다. 2.4.2 통계 방법 고관절 중립 자세와 내전 자세에서의 내측광근과 외측광근의 근활성도 비교와 근수축 개시 시간 차이를 비교하기 위하여 짝 비교 t-검정(paired t-test)을 하 였다. 본 연구의 통계학적 유의성을 검정하기 위한 유의수준 α= 0.05로 하였다. 통계 처리를 위해서는 상용 프로그램인 윈도우용 SPSS(Statistical Package for the Social Sciences) 12.0을 사용하였다.

제 3 장 결과

3.1 고관절 내전 여부에 따른 내측광근과 외측광근의 근활성도 차이 비교

중립 자세에서 내측광근의 근활성도 %MVIC 값은 평균 43.43이고 표준편차는 19.85이었다. 내전 자세에서 내측광근의 근활성도 %MVIC 값은 52.68이고 표 준편차는 22.21이었다. 반면 중립 자세에서 외측광근의 근활성도 %MVIC 값은 평균 51.60이고 표준편차는 20.98이었다. 내전 자세에서 외측광근의 근활성 도 %MVIC 값은 49.60이고 표준편차는 22.21이었다. 내측광근의 경우 고관절 내전 자세에서 근활성도가 유의하게 높았다(p<0.05). 반면 외측광근의 경우 고 관절 중립 자세와 내전 자세에서 근활성도는 유의한 차이가 없었다(p>0.05). 표 2. 고관절 중립 자세와 내전 자세에 따른 근활성도 차이(N=36) 근육(%MVIC) b 고관절 중립 고관절 내전 p 내측광근 외측광근 43.43±19.85 a 51.60±20.98 52.68±22.21 49.60±22.21 .002* .403 a 평균±표준편차 b

최대 수의적 등척성 수축(Maximum voluntary isometric contraction: % MVIC)

*

*p<0.05

3.2 고관절 내전 여부에 따른 내측광근과 외측광근의 근활성비

고관절 중립 자세에서 내측광근과 외측광근의 근활성비(ratio) 값의 평균값은 0.84이었고 표준편차는 0.21이었다. 반면 고관절 내전 자세에서의 내측광근과 외 측광근의 근활성비 값은 평균값 1.10이었고 표준편차는 0.39였다. 고관절 중립 자세와 내전 자세에서 근활성비 값은 유의한 차이를 나타내었다(p<0.05). 표 3. 고관절 중립 자세와 내전 자세에 따른 근활성비 차이 중립 자세 내전 자세 p 근활성비의 값 b 0.84±0.21 a 1.10±0.39 .000* a 평균±표준편차 b 근활성비(ratio)의 값: 내측광근/외측광근 * 유의한 차이(p<0.05) *p<0.05 그림 6. 중립 자세와 내전 자세의 근활성비 비교

3.3 고관절 내전 여부에 따른 내측광근과 외측광근의 근수축 개시 시간 차

이 비교

고관절 중립 자세에서 다리를 미는 힘을 주었을 때 내측광근과 외측광근의 근수축 개시 시 간의 차이는 평균 73.94 ms 이었고 표준편차는 2.94 ms 이었다. 고관절 내전 자세에서 다리 를 밀었을 때 내측광근과 외측광근의 근수축 개시 시간 차이는 평균 -82.14 ms 이었고 표준 편차는 34.2 ms 이었다. 통계분석 결과, 고관절 내전 자세에서 내측광근의 개시 시간이 중립 자세의 내측광근 보다 유의하게 빠른 것으로 나타났다(p<0.05). 표 4. 고관절 중립 자세와 내전 자세의 근수축 개시 시간 차이 중립 자세 내전 자세 p 근수축 개시 시간 차이 73.94±2.94 a -82.14±34.2 .013* a 평균±표준편차 * _{유의한 차이(p<0.05)}

*p<0.05

제 4 장 고찰

지난 몇 년간 슬개대퇴통증 증후군 환자 및 슬개골의 부정렬로 인한 통증 및 대퇴사두근의 근불균형으로 인한 운동 치료적 방법으로 대퇴사두근 닫힌 사슬 근 력 운동은 임상에서 많이 수행 되어 왔다. 그러나 닫힌 사슬 운동 중에서 내측광 근과 외측광근을 선택적으로 운동 시킬 수 있는 방법은 지극히 제한적이었다. 따 라서 본 연구의 목적은 대퇴사두근 닫힌 사슬 운동에서 고관절 중립 자세와 내전 자세에 따른 등척성 운동을 고안하여 이 운동 방법이 내측광근과 외측광근의 근 활성도 및 근수축 개시 시간의 차이에 미치는 영향을 알아보고자 하였다. 본 연구의 결과, 대퇴사두근 닫힌 사슬 운동시 고관절 중립 자세보다 내전 자 세에서 내측광근의 근활성도가 더 높았다. 반면 고관절 내전 자세보다 중립 자세 에서 외측광근의 근활성도가 더 높게 나타났다. 이러한 결과는 고관절 내전을 동 반한 대퇴사두근 수축 운동이 내측광근의 선택적인 근수축을 촉진시킬 수 있고, 슬관절의 외측 부하량을 줄일 수 있다는 것을 보여준다(Reynolds et al. 1983). 해부학적으로 내측광근은 대부분이 대내전근(adductor magnus)의 원위와 장 내전근(adductor longus)과 내측 근간 격막(medial intermuscular septum)에서 기시하여 이들 내전근의 수축이 내측광근의 기시부를 안정화시켜 내측광근의 수 축에 영향을 준다. 또한 외측광근의 경사각이 30~40도인 반면 내측광근의 경사 각은 50~55도로 내측광근이 고관절 내전에 효과적으로 작용할 수 있는 기계적인 이점을 제공한다. 외측광근에 비해 상대적으로 작은 횡단면적을 가지고 있는 내측 광근과 고관절 내전근이 동시 수축을 하였을 때 상승효과(synergy effect)는 내 전 자세에서 근활성도의 차이를 가져온다. 이러한 근거를 토대로 고관절 내회전,

내전 그리고 무릎 신전의 등척성 운동을 수행한 후 EMG를 이용하여 내측광근의 선택적인 활성화를 측정하였는데 고관절 내전 운동이 선택적으로 내측광근의 강 화에 사용될 수 있다고 하였다(Hanten, and Schulthies 1990). 또한, Hodges와 Richardson(1993)은 대퇴사두근 수축 운동과 고관절 내전을 병행하는 방법이 내 측광근의 선택적인 활성화에 효과적이라고 하였다. 닫힌 사슬 운동 동안에 대퇴사두근 힘은 무릎이 신전함에 따라 비교적 적고 무릎이 굴곡함에 따라 꾸준히 증가한다. 힘에서의 이 증가는 큰 접촉부위에 걸쳐 분포되고 접촉부위는 무릎의 굴곡이 증가함에 따라 넓어진다. 넓은 접촉부위는 무 릎을 구부리고 수행하는 활동 시 과도한 슬개대퇴관절 압박을 방지한다고 하였다 (Hungerford, and Barry 1979). Steinkamp 등(1993)은 저항에 대항한 무릎 신 전과 비교했을 때 다리 밀기 방법으로 수행된 무릎 신전은 0도에서 48도의 무릎 굴곡 각도에서 적은 슬개대퇴관절 긴장을 보였으나 48도 이상의 굴곡에서는 닫힌 사슬 운동 동안에 슬개대퇴관절의 긴장은 열린 사슬 운동보다 컸다고 보고하였으 며 슬개대퇴관절의 압력과 부하 정도를 고려하여 45도 이하의 각도에서 닫힌 사 슬 슬관절 운동을 실시할 것을 주장하였다. 이들의 연구는 대퇴사두근 강화 운동 은 닫힌 사슬 운동 방법으로 0도에서 90도 무릎 굴곡 범위를 통하여 안전하게 수 행할 수 있다고 제안하였다. 이러한 이유 때문에 닫힌 사슬 운동을 통하여 내측광 근과 외측광근 모두 슬관절 굴곡이 증가할수록 근전도 활동이 증가한다고 하였다 (Ricky et al. 1998). 그리고 닫힌 사슬 운동은 대퇴사두근과 슬와부근의 동시 수 축과 경골대퇴 관절에 대한 압력의 증가를 유도하여 경골대퇴 전위를 감소시킬 수 있고, 고유수용성 기능을 촉진시키는 것으로 알려져 있다(Simon et al. 2001). Hodges 와 Richardson(1993)은 닫힌 사슬 및 열린 사슬 대퇴사두근 등척성 운

동시 고관절 내전을 하였을 때 닫힌 사슬 운동에서만 내측광근의 근활성도가 증 가하였다고 보고하였다. 또한, Rafael 등(1998)의 연구에서는 닫힌 사슬 운동이 열린 사슬 운동보다 내측광근과 외측광근을 강화시키는데 있어 더욱 효과적이라 고 제안하였다. 그러나 닫힌 사슬 운동에 따른 내측광근의 근활성도에 대한 연구 방법은 선 자세에서 하는 스쿼트 운동에 국한되어 있고, 앉은 자세에서 하는 방법 은 거의 없었다. 본 연구는 닫힌 사슬 운동시 고관절 자세에 따른 외측광근과 내 측광근의 근활성도 차이가 스쿼트 자세뿐만 아니라 앉은 자세에서도 유발된다는 것을 나타내고 있으므로 의미하는 바가 크다. 본 연구의 또 다른 결과는 고관절 자세에 따른 근수축 개시 시간의 차이이다. 닫힌 사슬 등척성 운동에서 외측광근과 내측광근의 수축 개시 시간의 차이는 고 관절 중립 자세에서 양의 값을 나타내었고 내전 자세에서는 음의 값을 나타내었 다. 고관절 중립 자세보다 내전 자세에서 내측광근의 근수축 개시 시간이 더욱 앞 당겨 지는 것을 알 수 있었다. 이는 닫힌 사슬 운동시 고관절 중립 자세에서의 대 퇴사두근 등척성 운동보다 내전 자세에서의 등척성 운동이 내측광근의 석택적인 수축에 더 관여한다는 것을 의미할 수 있다. 슬개대퇴관절의 동적인 안정성을 제공하는 대퇴사두근 중 특히 내측광근은 무 릎 신전과 슬개골 안정성의 주된 근육으로 여겨지고 슬개골의 외측 움직임에 대 해 직접적 그리고 능동적으로 작용하기 때문에 내측광근의 약화는 무릎 신전의 마지막 각도에서 외측광근보다 적은 활성화를 나타내어 슬개골의 과도한 외측 움 직임을 유발하게 된다(Grabiner et al. 1994). 이러한 내측광근과 외측광근의 불 균형적인 수축과 내측광근의 약화로 인하여 슬개대퇴관절의 기능부전을 유발하며 근수축 개시 시간의 차이를 나타낸다. Cowan 등(2001)의 연구에서는 근수축 개

시 시간의 차이가 비정상적인 슬개골 외측 치우침을 유발할 수 있으므로 내측광 근과 외측광근의 근수축 개시 시간의 불균형을 통제하는 것은 환자의 치료에 도 입할 수 있는 이론적 지식이 된다고 하였다. 이를 근거로 하여 Clark 등(2000)은 슬개골 테이핑, 내측광근의 등척성 수축, 고관절 내전근의 수축, 둔근 강화, 계단 오르내리기 운동 등의 다양한 방법으로 내측광근의 선택적인 활성화를 유도한 결 과 외측광근 보다 내측광근의 근수축 개시 시간의 차이가 줄었고, 이 운동들이 내 측광근에 대한 운동조절(motor control)을 할 수 있다고 제시하였다. 또한 Choi 등(2009)의 연구에서는 고관절 내전 여부에 따라 의자에 앉은 자세와 계단 오르 내리기 운동에서 내측광근과 외측광근의 근수축 개시 시간 차이를 비교하였다. 그 결과 고관절 내전 자세에서 내측광근의 근수축 개시 시간이 중립 자세에서 보다 빠르게 나타났다고 보고하였다. 외측광근에 대한 상대적인 내측광근의 개시 시점 은 슬관절의 외측 부하를 감소시키는데 중요한 역할을 한다(Grabiner et al. 1994). 외측광근에 비해 상대적으로 내측광근의 수축 개시 시간이 앞당겨 졌을 때 슬관절의 외측 부위에 가해지는 부하량이 감소하였고, 내측광근의 수축 개시 시간이 지연되었을 때는 그 부하량이 증가되었다(Neptune et al. 2000). 본 연구에서 근수축 개시 시간 분석을 위하여 수집된 근전도 신호를 RMS 처 리하고, 컴퓨터 분석을 이용한 근 수축 개시 시간 결정 방법을 사용하여 움직임의 시작 전 100ms 기간의 평균값에 대한 표준편차를 구하여 3SD에 도달하는 시점 을 근수축 개시 지점이라 정하였다(Cowan et al. 2001). 근수축 개시 지점의 결 정 방법은 다양하게 있었지만 그 중에서 움직임의 시작 전 100ms 기간의 평균값 에 대한 표준편차(SD)를 구하여 3SD에 도달하는 시점을 근수축 개시 지점이라 지정하는 컴퓨터 분석을 이용한 근 수축 개시 시간 결정 방법이 많은 연구에서

사용되어 왔다(Cowan et al. 2001; Herrington, and Pearson 2006; Hinman et al. 2002). 내측광근의 근활성도 및 근활성도 비의 값 차이와 근수축 개시 시간 차이가 닫힌 사슬 고관절 내전 운동을 수행하여 통계학적으로 유의한 차이를 보 였다는 것은 향후 슬개대퇴통증 증후군 환자나 해부학적인 불균형으로 인하여 슬 관절 통증을 호소하는 사람들을 대상으로 임상에서 내측광근을 선택적으로 운동 시킬 수 있는 매우 긍정적인 의미가 된다. 본 연구의 제한점 중 첫 번째는, 실험 자세가 앉은 자세였기 때문에 피험자들 의 슬괵근 길이 차이가 근활성도에 영향을 미쳤을 것이다. 따라서 향후 연구에서 는 실험 전 충분한 슬괵근 신장을 통하여 슬관절 굽힘 각도와 미는 힘에 영향을 미치지 않도록 고려해야 할 것이다. 두 번째 제한점은 총 36명 중 30명이 남성 피험자로 실험되었고 건강한 피험자들만을 대상으로 실험하였기 때문에 모든 환 자나 성별의 사람들에게 일반화 시키는데 있어서 제한적이었다. 마지막으로 무릎 관절의 정확한 운동학 정보를 수집하지 못하였다. 따라서 향후 연구에서는 이러한 제한점들을 보완하여 슬개대퇴통증 증후군 및 슬관절의 다양한 통증을 가진 더 많은 피험자들을 대상으로 무릎 관절의 정확한 운동학 정보를 산출하여 추가적인 연구가 이루어져야 할 것이다.

제 5 장 결론

본 연구에서는 대퇴사두근 닫힌 사슬 등척성 운동을 하는 동안 고관절 내전 여부에 따른 두 가지 중립 자세와 내전 자세에서 내측광근과 외측광근의 근활성 도 및 근수축 개시 시간 차이를 분석하였다. 본 연구의 결과 고관절 내전 자세에 서 대퇴사두근 닫힌 사슬 운동을 하였을 때 중립 자세에서 운동 하였을 때 보다 내측광근의 근활성도가 더 높게 나타났으며, 내전 자세에서 대퇴사두근 닫힌 사슬 운동을 하였을 때 중립 자세에서 운동하였을 때 보다 내측광근의 근수축 개시 시 간이 더 빠르게 나타났다. 따라서 내측광근의 약화와 슬개골의 외측 치우침으로 인하여 발생되는 슬개대 퇴통증 증후군 환자와 내측광근과 외측광근의 근불균형으로 인하여 나타나는 슬 개골의 비정상적인 움직임 때문에 무릎관절의 통증을 호소하는 다양한 환자들에 게 있어서 임상적으로 유용한 치료적 운동 방법으로 적용될 수 있을 것으로 사료 된다.

참고문헌

Anderson R, Courtney C, and Carmeli E. 1998. “EMG analysis of the vastus medialis/vastus lateralis muscles utilizing the unloaded narrow and wide stance squats”. J Sport Rehabil. 7:236-247.

Aroll B, Ellis-Pegler E, Edwards A, and Sutcliffe G. 1997. “Patellofemoral pain syndrome”. A critical review of the clinical trials on nonoperative therapy. Am J Sports Med. 25(2):207-212.

Boling, Pudua, Blackburn, Petschauer, and Hirth. 2006. “Hip adduction does not affect VMO EMG amplitude of VMO: VL ratios during a dynamic squat exercise”. J Sport Rehabil. 15(3):195-205.

Boram Choi, Minhee Kim, and Hye-Seon Jeon. 2011. “The effects of an isometric knee extension with hip adduction(KEWHA) exercise on selective VMO muscle strengthening”. J Electromyogr Kines. 1011–1016.

Bowyer D, Armstrong M, Dixon J, and Smith TO. 2008. “The vastus medialis oblique: Vastus lateralis electromyographic intensity ratio does not differ by gender in young participants without knee pathology”. Physio Ther. 94(2):168-73.

Brindle TJ, Nyland J, Ford K, Coppola A, and Shapiro R. 2002. “Electromyographic comparison of standard and modified closed-chain isometric knee extension exercises”. J Strength Cond Res. 16:129-34.

Cassandra D, and Offenberger ATC. 2008. “VMO Exercises: A Systematic Review”. Morgantown, WV: School of Physical Education.

Cerny K. 1995. “Vastus medialis oblique/vastus lateralis muscle activity ratios for selected exercises in persons with and without patellofemoral pain syndrome”. Phys Ther. 75(8):672-683.

Coqueiro KRR, Bevilaqua-Grossi D, Be´rzin F, Soares AB, Candolo C, and Monteiro-Pedro V. 2005. “Analysis on the activation of the VMO and VLL muscles during semisquat exercises with and without hip adduction in individuals with patellofemoral pain syndrome”. J Electromyogr Kines. 596– 603.

Cowan SM, Bennell KL, Crossley KM, Hodges PW, and McConnell J. 2002. “Physical therapy alters recruitment of the vasti in patellofemoral pain syndrome”. Med Sci Sports Exerc. 34(12):1879–85.

“Delayed onset of electromyographic activity of vastus medialis obliquus relative to vastus lateralis in subjects with patellofemoral pain syndrome”.

Arch Phys Med Rehabil. 82(2):183–189.

Dixon J, and Howe TE. 2007. “Activation of vastus medialis oblique is not delayed in patients with osteoarthritis of the knee compared to asymptomatic participants during open kinetic chain activities”. Manual Ther. 219–225.

Floyd R, and Thompson C. 2004. Manual of Structural Kinesiology. 15th Ed. New York: McGraw. 215-228.

Francis RS, and Scott DE. 1974. “Hypertrophy of the vastus medialis in knee extension”. Phys Ther. 54:10.

Grabiner M, Koh T, and Miller G. 1991. “Fatigue rates of the vastus medialis oblique and vastus lateralis during static and dynamic knee extension”. J Orthop Res. 9:391-7.

Hanten WP, and Schulthies SS. 1990. “Exercise effect on electromyographic activity of the vastus medialis oblique and vastus lateralis muscles”. Phys Ther. 70:561-5.

Herrington L, Blacker M, Enjuanes N, Smith P, and Worthington D. 2006. “The effect of limb position, exercise mode and contraction type on overall activity of VMO and VL”. Sports Phys Ther. 87–92.

Herrington L, and Pearson S. 2006. “Does exercise type affect relative activation levels of vastus medialis oblique and vastus lateralis?”. J Sport Rehabil. 15(4):271-9.

Hinman RS, Bennell KL, and Metcalf BR. 2002. “Delayed onset of quadriceps activity and altered knee joint kinematics during stair stepping in individuals with knee osteoarthritis”. Arch Phys Med Rehabil. 83(8):1080-1086.

Hodges PW, and Richardson CA. 1993. “The influence of isometric hip adduction on quadriceps femoris activity”. Scand J Rehabil Med. 25:57-62.

Hubbard JK, Sampson HW, and Elledge JR. 1997. “Prevalence and morphology of the vastus medialis oblique muscle in human cadavers”. The Anatomy Record. 249:135-142.

Karst GM, and Willett GM. 1995. “Onset timing of electromyographic activity in the vastus medialis oblique and vastus lateralis muscles in subjects with

and without patellofemoral pain syndrome”. Phys Ther. 75(9):813-23.

Laprade J, Lulham E, and Brauwer B. 1998. “Comparison of five isometric exercise in the recruitment of the vastus medialis oblique in person with and without patellofemoral pain syndrome”. J Orthop Sport Phys Ther. 27(3):197-204.

Lefebvre R, Leroux A, Poumarat G, Galtier B, Guillot M, Vanneuville G, and Boucher JP. 2006. “Vastus medialis: Anatomical and functional considerations and implications based upon human and cadaveric studies”.

J Manipulative Physiol Ther. 29(2):139-44.

Mathur S, and Maclntyre DL. 2005. “Reliability of surface EMG during sustained contractions of the quadriceps”. J Electromyogr Kinesiol. 15(1):102-110.

McConnell J. 1996. “Management of patellofemoral problems”. Manual Ther. 1:60-66.

Mellor R, and Hodges PW. 2005. “Motor unit synchronization of the vasti muscles in closed and open chain tasks”. Arch Phys Med Rehabil. 86:716-21.

Nakagawa TH, Muniz TB, Baldon RM, Dias MC, Menezes RRB, and Serrao FV. 2008. “The effect of additional strengthening of hip abductor and lateral rotator muscles in patellofemoral pain syndrome: A randomized controlled pilot study”. Clin Rehabil. 22(12):1051-1060.

Neptune RR, Wright IC, and van den Bogert AJ. 2000. “The influence of orthotic devices and vastus medialis strength and timing on patellofemoral loads during running”. Clin Biomech. 15:611-8.

Ng ECT, Chui MPY, Siu AYK, Yam VWN, and Ng GYF. 2011. “Ankle positioning and knee perturbation affect temporal recruitment of the vasti muscles in people with patellofemoral pain”. Physiol. 65–70.

Palmitier RA, An KN, Scott SG, and Chao EY. 1991. “Kinetic chain exercise in knee rehabilitation”. Sports Med. 11:404-13.

Souza DR, and Gross MT. 1991. “Comparison of VMO:VL integrated electromyographic ratios between healthy subjects and patients with patellofemoral pain”. Phys Ther. 71:310-20.

Steinkamp LA, Dillingham MF, Markel MD, Hill JA, and Kaufman KR. 1993. “Biomechanical considerations in patellofemoral joint rehabilitation”. Am J

Sports Med. 21:438-444.

Stensdotter AK, Hodges PW, Mellor R, Sundelin G, and Hager-Ross C. 2003. “Quadriceps activation in closed and in open kinetic chain exercise”. Med Sci Sports Exerc. 35(12):2043-2047.

Tang SFT, Chen CK, Hsu R, Chou SW, Hong WH, and Lew HL. 2001. “Vastus medialis obliquus and vastus lateralis activity in open and closed kinetic chain exercises in patients with patellofemoral pain syndrome: an electromyographic study”. Arch Phys Med Rehabil. 82(10):1441-5.

Witvrouw E, Roeland L, Bellemans J, Peers K, and Vanderstraeten G. 2000. “Open versus closed kinetic chain exercises for patellofemoral pain: a prospective, randomized study”. Am J Sport Med. 28:687-694.

Wong YM. 2009. “Recording the vastii muscle onset timing as a diagnostic parameter for patellofemoral pain syndrome: fact of fad?”. Sports Phys Ther. 10(2):71-4.

ABSTRACT

The Effects of Quadriceps Closed Kinetic Chain Exercise

with Hip Adduction on Vastus Medialis Oblique and Vastus

Lateralis Oblique Muscle Activation and Onset Time

Cha Yong-su

Dept. of Ergonomic Therapy The Graduate School of Health and Environment Yonsei University

This study compares the differences in the amplitude onset time of the electromyographic(EMG) activities between vastus medialis oblique (VMO) and vastus lateralis oblique (VLO) muscles according to the presence and absence of hip adduction during isometric closed chain exercise.

The experiment was carried out with 30 healthy adult men and 6 healthy adult women, and EMG activity was measured while he or she was performing isometric closed chain knee exercise with quadriceps femoris muscle in two positions, the hip neutral position and the adducted position.

All the EMG amplitude were normalized into % maximum voluntary isometric contraction (% MVIC), and the onset time difference (OTD) was yielded by deducing the time of VLO from that of VMO. In order to examine whether there were changes in EMG amplitudes and onset time differences among between positions, paired t-test was used to test their significance.

As a result, the muscle activation of VMO appeared to have the highest values in the hip adduction position during the isometric closed chain exercise, and the onset time of the contraction of VMO turned out to be quicker than that of the contraction of VLO. However, the muscle activation of VLO was high in the neutral position, and the onset time of the activation of VLO turned out to be quicker than that of the contraction of VMO (p<0.05).

Consequently, the isometric closed chain exercise in the hip adduction position can be used as an effective treatment that enables clinical patients with knee lesions to be engaged in optional exercise of VMO.

Key Words: Muscle activation, Onset time difference, Isometric closed chain exercise, Hip adduction position