2 0 0 0

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체육학석사학위논문

운동과 전기자극이 좌골신경 손상의 회복에 미치는 영향

T h e e f f e c t o f e x e r c i s e a n d e l e c t r i c a l s t i m u l a t i o n o n t h e r e c o v e r y o f s c i a t i c n e r v e i n j u r y

국 민 대 학 교 대 학 원 체 육 학 과

최 송 화

2 0 0 0

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운동과 전기자극이 좌골신경 손상의 회복에 미치는 영향

The effect of exercise and electrical stimulation on the recovery of sciatic nerve injury

지도교수 김 창 규

이 논문을 석사학위 청구논문으로 제출함

2 0 0 0 년 8 월 일

국 민 대 학 교 대 학 원 체 육 학 과

최 송 화

2 0 0 0

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최 송 화의

석사학위 청구논문을 인준함

2000 년 8 월 일

심사위원장 (인)

심 사 위 원 (인)

국민대학교 대학원

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국 문 초 록

운동과 전기자극이 좌골신경 손상의 회복에 미치는 영향

최 송 화 국민대학교 대학원 체 육 학 과

이 연구는 좌골신경 손상 후에 운동과 전기 자극을 가하여 그 지수를 평가하고자 수행하였으며, 4 2마리의 수컷 Spr agu e- Dawley ( 180～220g)를 4 그룹으로 나누 었다; 운동군(SWIM) , 전기 자극군(E S) , 손상군(CRUSH ) , 허위군(SHAM) .

운동 기능은 좌골신경 손상 전 0일과 손상 후 1주, 2주, 3주, 4주 그리고 5주에 측정하였으며, 발자국을 통해 좌골신경 지수(s ciat ic fu n ct ion in dex : SF - In dex ) , 발자국(foot pr in t : F P ) 그리고 발가락 폭(t oe spr ea din g : TS )을 구하 였다. 연축력, 전도속도 그리고 피로도는 손상 후 5주 째에 측정하였다.

좌골신경 지수는 r ep eat ed ANOVA를 통해 분석하였으며, 연축력, 전도속도 그 리고 피로도는 on e- way ANOVA를 통해 분석하였다.

좌골신경 기능은 수술 전에 모든 그룹에서 비슷한 지수를 나타내었다. 그러나 손 상 후 좌골 신경 지수는 각 군간에 유의한 차이가 있었다(p <.0 5) . 허위군은 0～5 주까지 정상적인 지수를 유지하였으며, 운동과 전기 자극군은 손상군에 비해 좀더 빠르게 회복되었고, 그 중 운동군의 회복율이 가장 좋았다.

연축력과 전도속도는 손상군에 비해 운동과 전기 자극군이 허위군에 더 가깝게 나타났다.

(5)

피로도는 모든 군에서 유의한 차이가 나타나지 않았다.

이것으로 보아 회복단계에서 운동과 전기 자극을 수행하는 것이 좌골신경 손상으 로부터의 회복을 돕는데 효과가 있으며, 특히 수영 운동은 신경 손상의 회복에 높 은 영향을 미치는 것으로 생각된다.

주요어 : 좌골신경 , 신경손상 , 보행패턴 , 연축력 , 전도 속도 , 피로도 .

(6)

목 차

Ⅰ . 서 론 1

1 . 연구의 필요성 1

2 . 연구의 목적 3

3 . 연구 문제 4

4 . 연구의 제한점 4

5 . 용어의 정의 5

Ⅱ . 이론적 배경 6

1 . 신경손상의 회복 6

2 . 신경 손상과 운동 9

3 . 신경손상과 전기자극 1 1

Ⅲ . 연구 방법 14

1 . 실험 동물 14

2 . 실험 기간 14

3 . 실험 설계 15

4 . 실험 절차 16

1) 보행 패턴 (W a lk in g p a t t er n ) 16

2 ) 실험 동물의 수술 18

3 ) 처치 19

5 . 본실험 2 0

1) 실험 동물의 준비 2 0

2 ) 연축력 (T w it ch t en sion ) 2 1

3 ) 운동 신경 전도 속도(m ot or n e r v e con d u ct ion v e locit y ; M N CV ) 2 1

4 ) 피로도 (F a t igu e ) 2 1

6 . 자료 분석 2 2

(7)

Ⅳ . 연구 결과 2 3

1 . 보행 패턴(W a lk in g p a t t e r n ) 2 3

1) 좌골신경 기능 지수 (SF I ) 2 3

2 ) 발자국 (F P ) 2 6

3 ) 발가락 폭 (T S ) 2 9

2 . 연축력(Tw it ch t e n s ion ) 3 2

3 . 운동신경 전도 속도(M N CV ) 34

4 . 피로도(F a t igu e ) 3 9

Ⅴ . 논 의 4 2

Ⅵ . 결 론 4 6

참 고 문 헌 4 8

A B S T R A C T 5 7

(8)

표 목 차

표 1 . 좌골신경 손상 후 각 그룹에 대한 SF I 2 3

표 2 . SF I의 r ep e a t e d AN OVA 결과 24

표 3 . 좌골신경 손상 후 각 그룹에 대한 F P 2 6

표 4 . F P 의 r ep e a t e d AN OVA 결과 2 7

표 5 . 좌골신경 손상 후 각 그룹에 대한 T S 2 9

표 6 . TS의 r ep e a t ed AN OVA 결과 3 0

표 7 . 좌골신경 손상 후 각 그룹에 대한 Twit ch t en sion 3 2

표 8 . Twit ch t en s ion의 on e- w a y AN OVA 결과 3 2

표 9 . 좌골신경 손상 후 각 그룹에 대한 MN CV 34

표 10 . Velocit y , Du r a t ion , a n d P ea k의 on e- w a y AN OVA 결과 3 5

표 1 1 . 좌골신경 손상 후 각 그룹에 대한 F a t igu e 3 9

표 12 . F a t igu e의 on e- w a y AN OVA 결과 4 1

그 림 목 차

그림 1 . 실험설계 15

그림 2 . W a lk in g t r a ck 16

그림 3 . W a lk in g p a t t er n a n a lysis 18

그림 4 . 좌골신경 19

그림 5 . 신경손상 후 SF I의 변화 2 5

그림 6 . 신경손상 후 F P의 변화 2 8

그림 7 . 신경손상 후 T S의 변화 3 1

그림 8 . Twit ch F or ce의 결과 3 3

그림 9 . Veiocit y의 결과 3 6

그림 10 . Du r a t ion의 결과 3 7

그림 1 1 . P e a k의 결과 3 8

그림 12 . F a t igu e의 결과 4 0

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Ⅰ. 서 론

1 . 연구의 필요성

신경조직(n erv ou s t is su e)은 신체 전반에 걸쳐 광범위하게 분포하는 것으로, 거 의 모든 조직에는 신경이 존재한다. 신경계통은 자극을 수용하여 이를 전기적 자극 으로 전환시켜 고도로 분화된 중추신경계통을 거치는 동안 통합 조절되어 적절한 반응을 표출하는 신체의 정보통신계통이라 할 수 있다(강 외, 1994 ) . 말초 신경계 (p er iph er a l n er v ou s syst em , P N S )는 중추 신경계(cen t r a l n er vou s syst em , CN S )의 바깥쪽에 있는 신경계로 척수 전각 세포에서부터 근육이나 피부 등의 말 단 조직까지 연결된 신경세포 및 세포질의 돌출을 말한다. 이러한 말초신경은 임상 적으로 수술 후유증이나 외상 등에 의해 쉽게 손상 받을 수 있는 조직으로서 중추 신경과는 달리 손상의 정도에 따라 생체 내에서 어느 정도의 재생이 가능하다. 그 렇지만 손상이 심할 경우에는 완전한 재생이 어려워 운동마비와 감각상실 등과 같 은 장애를 초래하기도 한다(F awcet t & Keyn es , 1990 ) .

말초 신경의 이완으로 신경이 정상적으로 근육을 지배하지 못하는 상태를 탈 신 경근(den ervat ed mu scle)이라 하며 이러한 탈 신경근은 흥분성이 소실되어 수의 적으로나 반사적으로 수축을 하지 못하게 됨에 따라 구조적, 기능적 변화가 일어난 다. 이에 따라 결국에는 근육이 약화되고 탈 신경 위축(d en erv at ed at r oph y )이 야기되기 때문에 수의적 근 수축이 가능해질 때까지 근 수축 능력을 유지하기 위해 서는 수의운동, 전기자극 등으로 근 수축을 유발시켜야 한다. 좌상(con t u sion ) , 압 박(compr ession ) , 마찰(fr ict ion ) , 견인(t r a ct ion ) , 열상(la cer at ion ) 등의 외상 에 의해 요골신경, 좌골신경, 척골신경, 비골신경, 전중신경, 상완신경총 및 정중 순으로 말초신경 손상이 많이 발생한다(이, 박, 1996 ) . 만약 손상이 심하거나 절단 된 환자의 경우 수술을 통해 신경의 연속성을 유지시켜 주는 것이 중요하며

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나지 않고 신경관(n eu r al t u b e)의 연속성이 유지되어 있는 경우에는 자연적인 시 간 경과에 따른 호전을 기대 할 수 있으며, 근 위축 방지를 위한 전기자극치료 (elect r ica l st im u la t ion t h er a py ) (Al- Am ood , 199 1)와 관절 운동 범위를 유지 하기 위한 운동 등을 치료에 이용하고 있으나 미약한 실정이다.

몇몇 연구는 과도한 활동이나 운동 후에 하지 운동신경의 근력이 소실되며, 근력 과 근 지구력이 감소된다는 보고를 하였다(Lov et t , 19 17 ; Ken dall & Ken da ll , 19 39 ; Lu n derv old , 194 2 ; Gr een , 194 9 ; S eddon , 194 9 ; H ym a n , 19 53 ; Mit ch ell , 19 53 ; B en n et t & Kn owlt on , 19 58 ; H n ik , 196 2 ) . 이것은 과도한 운동을 하면 근육이 손상될 수도 있다는 것을 나타내는 것이다(H erbison et al . , 19 74 ) . 이와 같은 과도한 운동이 신경과 근육에 영향을 미칠 만큼 과로가 쉽게 발 생하는가에 대해서는 논란의 여지가 많다. 반복적인 활동이 근육의 최대 근력과 근 지구력의 사용을 필요로 할 때, 근육의 최대 운동이 근육내의 혈액순환을 제한 할 때, 근육의 신경 지배상태보다 더 많은 운동을 하는 경우 등의 특수한 상태 하에서 는 과로에 의한 근육의 손상과 근력의 약화가 나타날 수 있다(편, 1998 ) . 과거의 동물실험에서 신경손상을 가한 후 탈 신경기 또는 신경 재생기에 운동을 적용시켜 근 수축력이나 조직 검사 소견 등을 비교한 연구 결과들에 의하면 말초 신경 손상 후 적절한 운동은 근 위축을 예방할 수 있다는 운동의 긍정적인 효과(E isen et a l . , 19 73 ; Meet er en et a l . , 1997 ; F owler et a l . , 199 0 ; Ir in t ch ev et a l . , 19 9 1)와 과도한 운동 대한 부정적인 면(H er bison et a l . , 1973 , 19 74 )까지 다 양한 결과를 보여주고 있다.

전류는 신경생리학에서 신경에 대한 자극으로서의 용도 이외에도 많은 중요성을 갖는다(Rob ert & Ger h ar d 1989 ) . 사람이나 동물의 연구에서 신경 근육 질환에 미치는 운동의 효과를 평가하기 위해서는 여러 가지 고려해야 할 사항들이 있다.

이전의 연구들은 각기 다른 운동 방법과 시간, 강도로 연구하여 운동의 효과에 대한 객관적인 비교가 어렵고 이를 임상적으로 환자에게 적용하는데 어려움이 있었

(11)

다(F lowler et a l . , 1990 ) . 또한 여러 연구에서 단축성 수축(con cen t ric con t r a ct ion )을 주로 이용하는 트레드밀이나 뛰기 등을 운동방법으로 많이 사용하 였다. 동물에서는 좌골 신경손상 후에도 고관절의 움직임만으로 이러한 운동을 수 행할 수 있지만 사람은 신경손상 후 이러한 형태의 운동을 시행하는 것이 실제로 어렵다(Ir in t ch ev et al . , 199 1) .

본 연구는 좌골 신경에 인위적인 손상을 유발시킨 후 신경 손상의 초기에도 체 중부하 없이 훈련이 가능한 수영과 전기자극을 적용하여 운동 신경의 기능적 회복 을 전기 생리학적인 방법과 보행 패턴(wa lk in g p at t ern )을 통하여 알아보고, 이 러한 실험적 결과를 사람의 인체에 적용하여 운동의 적용 범위를 넓히고 말초신경 손상 환자들의 회복을 위한 운동 처방의 기초 자료를 제공하고자 한다.

2 . 연구의 목적

본 연구의 목적은 실험용 쥐를 대상으로 운동과 전기자극이 좌골신경 손상 후 회 복에 미치는 영향을 보행 패턴, 연축력, 전도속도 그리고 피로도를 통해 비교 분석 하는데 있다.

(12)

3 . 연구 문제

본 연구의 목적을 달성하기 위하여 다음과 같은 연구 문제를 설정하였다.

1) 운동과 전기자극이 좌골신경 손상에 대한 보행 패턴의 회복에 영향을 미칠 것 이다.

2 ) 운동과 전기자극이 좌골신경 손상에 대한 연축력에 영향을 미칠 것이다.

3 ) 운동과 전기자극이 좌골신경 손상에 대한 운동신경 전도속도에 영향을 미칠 것이다.

4 ) 운동과 전기자극이 좌골신경 손상에 대한 피로도에 영향을 미칠 것이다.

4 . 연구의 제한점

본 연구를 수행하는데 있어서 다음과 같은 제한점을 두었다.

1) 본 연구는 흰쥐 수컷만을 대상으로 하였다.

2 ) 실험시간 외의 활동을 통제하지 못하였다.

3 ) 한 변인에 의해 다른 변인이 영향을 받게 되는 것들을 완벽히 통제하지 못하 였다.

(13)

5 . 용어의 정의

본 연구의 실험 과정에서 사용되는 용어는 다음과 같다.

1) 좌골 신경(scia t ic n erv e ) : 인체에서 가장 크고 긴 신경으로 대퇴의 대퇴신근 및 하퇴의 굴근에 대한 운동지배와 대퇴후부와 피부의 감각을 지배하는 신경 이다.

2 ) 신경 손상(n erv e inj u r y ) : 인위적으로 좌골신경을 압궤 손상 시켜 제 기능을 발휘하지 못하게 한 것을 의미한다.

3 ) 보행패턴(wa lk in g p a t t er n ) : 신경 손상 정도를 평가하기 위한 것으로 쥐의 발자국을 찍어 관찰할 수 있다.

4 ) 연축력(t wit ch t en sion ) : 한번의 자극을 가했을 때 일어나는 수축에 의해 발 생되는 힘이다.

5) 전도 속도(con du ct ion velocit y ) : 활동 전위는 신경섬유를 따라 전도되는데 섬유의 종류에 따라 전도속도가 다르며, 신경이 흥분하면(전기 펄스가 주어진 경우) 그 활동 전위가 세포외 전극에 기록되는데 이것의 속도를 의미한다.

6 ) 피로도(fa t igu e ) : 계속되는 반복 자극에 의하여 수축력이 감소하는 것이다.

(14)

Ⅱ. 이론적 배경

1 . 신경손상의 회복

다세포 동물의 활동이 잘 통제되고 있는 것은 주로 신경계의 기능에 의한 것이 다. 동물의 발생계열에서 하등한 것으로부터 고등한 것으로 옮겨감에 따라서 특히 신경계의 구조가 더욱 복잡해지는 것을 볼 수가 있다.

구심성 신경을 통하여 말초에서 중추 신경계에 보내지는 정보는 여러 가지의 감 각에 관한 것이다. 감각신경과 중추 신경계가 결부함으로서 이러한 감각을 지각시 켜 그 때의 상황에 따라서 적절한 운동반응을 일으킬 수가 있다. 예를 들면 뜨거운 난로에서 손을 빼는 빠른 반사는 하나의 예가 된다. 그와 같은 반사 동작을 완전한 것으로 하기 위해서는 운동신경이 필요한데 이 신경은 중추 신경계에서 시작하여 골격근과 같은 효과기에 도달하고 있다(김, 1996 ) . 운동신경에 자극이 가해지면 그 지배하의 근육을 수축시킨다. 이와 같이 우연히 뜨거운 난로에 손을 놓았다고 하면 피부에 있는 열 수용기에서 감각신경을 통하여 중추 신경계에 정보가 보내진 다. 중추 신경계에서 감각신경이 그에 대응하는 운동신경에 정보를 중계하면 다음 에는 이 운동신경이 팔의 근육에 정보를 보내게 되어 근육은 수축하여 손은 자동적 으로 빨리 난로에서 떼게 되는 것이다. 구심성 신경(감각신경)은 골격근 속에 있는 특수 감각기를 포함한 수의 운동의 조정에 깊이 관여하고 있다(Gam st orp ,

19 63 ) .

인체 신경계는 약 100억 개 정도의 수를 가진 신경원으로 되어 있으며 그들이 존재하는 부위와 기능에 따라 형태가 다양하다(Bailey et al . , 196 8 ) .

중추 신경계는 외부로부터의 자극에 반응하여 정보를 분석하고 이에 대응하는 신 체 반응을 일으키게 한다. 그러나 이러한 조직적인 활동은 중추 신경계 밖에 있는 신경계, 즉 말초 신경계가 있음으로써 비로소 이루어지는 것이다. 말초신경은 중추 신경계와 신체 말초부를 연결하는 투사 전도로이며 뇌와 척수로 출입하는 말초신경

(15)

을 총칭한다.

좌골신경은 인체에서 가장 크고 긴 신경으로 대퇴의 대퇴신근 및 하퇴의 굴근에 대한 운동지배와 대퇴후부와 피부에 대한 감각을 지배한다. 좌골 신경은 차례로 2 개의 가지를 낸다. 좌골신경은 제 4 , 5 요신경근과 제 1, 2 , 3 천신경근에서 나오 는 신경으로 지름이 약 1cm 정도 되는 몸에서 가장 큰 신경이다. 좌골신경 손상은 골반 및 대퇴골 상부의 골절, 대퇴관절 탈구, 추간판수핵탈출증, 선천성 고관절탈구 나 엉덩이에 근육주사 시 손상 받을 수 있다. 좌골신경은 무릎관절 바로 위에서 경 골신경과 총 비골신경으로 갈라지며 완전 손상 시에는 손상부 이하의 모든 지배근 육이 마비되고, 부분 손상 시에는 대개 비골신경이 손상 받는다. 좌골신경은 무릎관 절 굴곡을 조절하는 대퇴직근(h am st r in g)을 지배한다.

대부분의 신경손상은 가벼운 좌상(con t u sion ) , 압박(compr es sion ) , 또는 견인 (t r a ct ion )등의 원인으로 신경전도의 기능이 일시적으로 차단된 상태이다. 특징은 축삭은 건재하고 신경초가 경한 부종이나 또는 경미한 국소적 손상으로 경하게 차 단되어 있으며 감각소실보다는 운동마비가 잘 나타난다. 전기자극에 반응이 나타나 기도 하며 회복은 빠르게 이루어지고 거의 완전한 회복이 가능하다(이, 199 5) .

포유동물에서 말초 신경이 재생될 수 있다는 사실이 알려진 이래 미세 수술기법 의 발달에 의하여 미세한 신경이나 혈관들의 수술이 가능해지면서 말초신경 재생에 대한 연구는 여러 측면으로 많이 진전되어 왔다(Caj al , 1928 ; Millesi et al . ,

19 72 ; Millesi , 1973 ; Lu n db or g et a l . , 1982 ) .

말초신경 손상은 운동과 감각 결핍을 포함한 비정상적인 기능을 초래한다. 점차 로 기능을 회복시키는 것은 축삭 재생에 기인한 회복이다. 기능적 회복은 상해의 형태에 따라 다르다(김 등, 19 99 ) . 장기간 근을 사용하지 않아서 초래되는 근 위 축은 다양한 운동에 의해서 회복될 수 있지만 근수축의 기계적 특성까지 완전하게 회복할 수는 없으며(Gr a h am et al . , 1989 ; P ier ot t i et al . , 19 90 ) , 더욱이 신 경손상의 경우에는 기능상실 뿐 만 아니라 근섬유의 섬유질화(fibr osis )를 초래하여

(16)

형태적 및 기능적으로 복원될 수 없는 상태에 이르기도 한다(Baldwin et al . , 19 84 ; Cot t er , & P h illip s , 1986 ) .

신경원은 우리 몸의 세포 중에서 가장 고도로 분화가 일어난 세포로 더 이상 분 열(mit osis )하지 않는 특성이 있다. 일단 퇴행성 변화(degen er at ion )가 일어나 세포가 죽으면 신경원은 거의 재생될 수 없고, 다른 세포로 그 기능이 대체될 수도 없다. 따라서 신경원이 한 번 죽으면 거의 영원히 이 세포가 하고 있던 기능은 소 실된다. 신경원의 세포체가 파괴될 정도의 손상을 입으면 그 신경원은 더 이상 생 존할 수 없다. 축삭의 대부분이 파괴되거나 세포체의 가까운 곳에서 축삭이 절단된 경우에도 신경원이 괴사할 수 있다. 그렇지만 축삭의 일부가 절단된 경우 신경원은 이 축삭을 재생시킬 수 있으며, 적절한 조건 하에서는 이 세포가 시냅스하고 있던 다른 세포와 다시 시냅스가 이루어질 수도 있어 완전한 기능의 회복이 올 수도 있 다. 특히 말초신경섬유(p er iph er al n erv e fib er s )는 세포체의 손상이 없는 경우에 는 재생(r egen er at ion )될 수도 있다.

Mich elle 등( 1998 )은 8주령의 마우스(m ou se )를 사용하여 허위군과 좌골 신경, 비골 신경 혹은 뒤쪽 경골 신경을 절단 시켜 보행 트랙을 분석한 결과 오른쪽과 왼 쪽 발 모양에 의미 있는 차이가 있음을 보고하였으며, Meek 등(199 9 )은 쥐의 좌 골신경을 수술 후 3- 52주에 이식하여 장기간동안 관찰한 결과 15주 후에 좌골신경 은 70 % , 감각 신경 기능의 90 %가 회복되었다고 하였고, 이때 좌골신경은 회복되 지 않았으나 52주 후에는 좌골 신경 기능이 회복되었으며 100 %의 감각 신경 회복 을 획득하였다고 보고하였다.

Kob a ya sh i 등( 19 97 )은 쥐의 뒷다리 모델을 사용하여 신경근 회복의 장기 탈신 경의 영향을 기간별로 나누어 연구하였는데 모든 회복군의 평균값이 정상적인 신경 보다 의미 있게 적었으며, 조직학적으로 회복이 되었지만 의미 있는 차이가 없었고, 조직 형태 측정학적으로도 미엘린 섬유수, 신경 섬유 밀도, 섬유 직경, 그리고 신경 조직의 비율에 의미 있는 차이가 없음을 보고하였다.

(17)

신경은 몸 전체에 걸쳐 분포하기 때문에 손상을 받기 쉽다. 신경의 축삭이 가로 로 절단(t r an s ect ion )되면 가로 절단된 부분에서 두 방향으로 퇴행성 변화가 일어 난다. 손상의 원위부에는 월러변성(Waller ian degen er a t ion )이 일어나며, 근위부 에는 축삭반응(ax on r ea ct ion )이 일어난다.

Bu ch t h a l과 K u¨h l (197 9 )은 말초신경에 봉합과 압박 후 신경전도, 촉각의 감수 성 그리고 근전도 검사를 시행하여 회복정도를 관찰하였고, Br own 등( 1989 ) , v a n Meet er en 등( 1997 ) 그리고 Mich elle 등( 199 8 )은 좌골기능 지표(scia t ic fu n ct ion in d ex )를 이용한 보행 트랙 분석(wa lk in g t r a ck a n a lysis )을 통하여 신경기능 재생의 효과적인 평가를 시도한 바 있다.

말초신경손상 후 성공적인 재생은 여러 가지 요인들에 의해 좌우되지만 손상의 정도가 매우 중요한 요인이라 할 수 있다. 즉 신경의 절단은 손상된 상부와 하부사 이에서 축삭과 신경내막의 연결성이 파괴되기 때문에 감각뉴론과 운동 뉴런으로부 터 세포전위의 상실을 가져오지만, 신경의 압궤 손상은 척수의 척수신경절과 전근 의 운동영역에서 뉴런의 체부가 변성되지 않기 때문에 절단손상에 비하여 훨씬 빠 르고 정확하게 신경재생이 이루어진다(Sisk en et al . , 19 93 ) . 따라서 압궤 손상에 대한 실험모델이 신경재생의 초기단계를 연구하는데 효과적이다.

2 . 신경 손상과 운동

운동의 다양한 형태는 여러 근육, 신경 기능과 관련해서 연구되어 왔다. 재활의학 에서는 신경기능을 회복시키는 연구에 시간과 노력을 많이 들였지만 만족스럽지 못 했다(van Meet er en et a l . , 199 7 ) . 신경의 손상은 중추보다는 말초신경에서 외 상 및 사고 등의 주원인에 의해 더욱 빈번히 일어나며 말초신경의 경우는 어느 정 도 범위 내에서는 정상적으로 재생되어 원래의 기능으로 회복되는 것으로 알려져 있다(Bor a , & Ost er m an , 1982 ) . 최근 말초 신경손상 후의 근 위축은 적절한 운

(18)

동이나 근육을 신전 시킨 상태로 유지하게 하여 근 위축을 예방할 수 있다는 보고 가 있다(Mar k k u et al . , 19 92 ; Clam an n , 1993 ) . 운동 프로그램의 자극은 근 육이 부분적으로 신경을 제거했을 때 운동의 효과를 평가하는데 필요하다 (H er bis on et a l . , 1982 ) . v a n Meet er en 등( 1997 )은 쥐를 좌골신경손상 후에 감각과 운동기능의 회복을 검사하였다.

Ir in t ch ev 등( 199 1)은 백서에서 신경 손상 후 운동을 탈 신경기, 신경재생기 및 두 시기에 걸쳐 모두 시행한 결과 탈 신경기에 운동한 그룹에서 가장 효과가 컸으 며 신경재생기에 운동한 그룹에서는 운동의 효과가 없었고 두시기에 걸쳐 운동한 그룹에서는 전반적으로 긍정적인 효과를 보였다고 하였다. 그러나 하지의 운동신경 손상이 있는 환자에서 격렬한 운동은 해롭다고 보고하였다(Ben n et t &

Kn owlt on , 19 58 ; Lov et t , 19 15) .

v a n Meet er en 등( 1997 )은 20 마리 위스터 쥐(Wist a r r a t s )의 좌골신경을 압 궤 손상 시켜 운동과 비운동군으로 분리하여 운동신경 전도 속도를 측정한 결과 비 운동군보다 운동군에서 유의한 차이를 발견하였다.

H a n 등( 198 1)은 6주된 암컷 위스터 쥐를 사용하여 좌골신경을 절단하고 2시간 동안 720m/ h ou r의 속도, 경사 2 5%에서 달리게 하여 관찰한 결과 체중, 연축 장 력, 조직학적인 면에서 동적인 운동이 기능적 회복을 강화한다고 보고하였다.

R oy 등( 1998 )은 척수를 절단한 고양이를 5개월 동안 하루에 30분씩 주당 5일 을 트레이닝 시킨 결과 가자미근의 최대 수축능력이 향상되었지만 등척성 연축속도 와 최대 단축 속도는 유의한 차이가 없음을 보고하였다.

말초신경 손상 후에 근 기능의 회복을 강화시키기 위해 호의적인 대부분 생리학 적인 상태에 관해서는 동물 실험으로부터 제시되었다. 근육의 무게와 연축력의 의 미 있는 증가의 원인인 신경재지배근에 동적인 운동을 부과하여 생리적인 스트레스 를 주어 조사한 것은 Hin es 등( 194 3 )에 의해 이루어졌다.

운동신경 전도속도에 관한 연구는 H em h olt z가 인간의 정중신경 전도속도를 측

(19)

정한 것이 최초의 연구이다(정, 1977 ) . 운동에 관련을 갖는 시냅스와 신경근 접합 부의 연구는 최근에 동물 실험을 통해 시작했으나 신체 트레이닝이 신체 기능에 긍 정적 영향을 준다는 것이 밝혀졌다(김, 1996 ) . 편(1998 )은 신경손상 후 운동을 시켜 전도 속도를 측정한 결과 신경손상 2주 후부터 운동을 시작한 군과 2시간의 과도한 운동을 시행한 군에서 진폭이 감소되었으므로 신경손상 직후 탈신경기 (den er va t ion ph a s e)부터 운동을 시행하는 것이 손상 후 근력의 회복에 도움을 줄 수 있으며, 신경재생이 시작되는 시기에 과도한 운동을 실시하는 것은 근육 기 능의 회복에 오히려 부정적인 영향을 초래할 가능성이 있음을 밝혔다. 김(199 6 )은 숙련자와 미숙련자의 운동신경 전도속도를 측정하였는데, 숙련자에서 빠르게 나타 났다고 하였다.

3 . 신경손상과 전기자극

일반적으로 전기자극은 열효과, 화학적효과와 생리적효과를 초래함으로써 생체 내 전해질의 화학적 변화와 신진대사의 증가, 식균작용의 증가, 혈액순환의 증가, 세포막 투과성의 증가 및 체내 산도의 변화 등을 초래하기 때문에 치료의 목적으로 널리 이용되고 있다(Cu m min gs , 1987 ) .

고대 사회에서부터 자연의 전기를 이용한 치료가 이용되어오다가 1700년대 중반 정전기 발생장치 및 라이든병의 발명으로 전기자극치료는 널리 보급되기 시작하였 고 오늘날에 이르러서는 탈 신경근의 재교육, 관절운동범위 증진, 수의운동조절의 촉진, 위축 및 약화된 근육의 근력 회복 및 강화, 근 경축 및 경련성 완화, 구축교 정, 혈류량 증진, 배뇨장애의 개선, 보장구 대치, 이완, 부종치료, 골절치유, 조직 및 창상 치유촉진, 통증완화 등의 목적으로 매우 폭넓게 이용되고 있다.

뉴런에서 일어나는 전기적 사건은 빠르며 m s로 측정된다. 또한 전위의 변화도 작아 mV로 측정된다. 끝의 직경이 1μm도 채 되지 않는 미세 전극의 발달과 더불

(20)

어 나아가 전자증폭기와 음극선 오실로스코프(역전류 검출관)의 발달로 인해 신경 의 전기적 활동을 자세히 연구할 수 있게 되었다. 현재 증폭기는 전위변화를 천 배 이상 확대하며, 음극선 오실로스코프는 전기적 현상을 기록하는데 있어 거의 즉각 적인 반응을 나타내는 레버(지레) 역할을 한다(김과 나, 19 99 ) . 한편 신경 세포는 감각신경, 운동신경, 자율신경 등 여러 가지 종류가 있어 실제로 이들 신경 세포들 은 기능적인 면 뿐 만 아니라 형태적으로도 섬유의 굵기, 모양, 구조 등에 차이가 있는데 이와 같은 신경의 형태적 차이는 자극 전도의 속도, 동작전위의 기간 등에 차이를 가져온다(김, 19 96 ) .

김( 199 1)은 말초신경손상 환자에서 마비된 근의 특성에 적합한 전기자극 여건으 로 표면 전극을 이용하면 근 위축을 어느 정도 감소시킬 수 있으며, 또한 석고고정 등으로 인한 근 위축도 전기 자극에 의하여 어느 정도 방지할 수 있을 것이라고 하 였다.

최근 H an da와 H osh imiya (198 7 )는 중추신경손상에 의하여 운동기능이 마비된 환자에서 전기자극을 이용하여 마비된 근의 운동기능을 복원하고자 하였다. 이들은 중추신경 손상 시에 마비된 근을 지배하는 운동신경에 전기자극을 가하여 수동적인 근 수축을 초래하였으며, 이때 근 위축이 현저히 감소됨을 관찰하였다.

종래의 전통적 전기치료는 직류전류와 저전압 저주파전류를 이용하여 주로 신경 및 탈 신경 근육을 자극하여 근 수축을 유발시키는 자극치료로 흔히 전기자극치료 라 하였다. 그러나 요즈음은 저전압 저주파 전류뿐 아니라 고전압 전류, 중주파 전 류, 미세전류 등 여러 가지 전류를 폭넓게 이용하고 있으며 신경을 자극하는 것과 근육을 자극하는 것을 구별하고 있어 전기자극치료를 단순하게 설명할 수 없게 되 었다. 탈 신경근은 근육을 직접 자극하고 신경지배가 정상인 근육은 주로 신경을 자극한다. 따라서 최근에는 자극대상, 목적, 특성에 따라 신경근 전기자극, 근육 전 기자극으로 나누고 기능적 전기자극, 경피신경 전기자극, 고전압맥동 전류자극, 간 섭 전류자극, 러시아 전류자극, 생체되먹이 근전도, 미세전류 신경근자극 등 종류가

(21)

다양하다(이, 199 5) .

손상 부위에 직류전류를 사용하였을 경우에는 음전극을 향해서 신경 재생이 촉진 되고, 양전극 방향에서는 오히려 변성이 촉진됨으로 음전극을 이용한 방법이 재생 에 효과적임이 보고되었다(J affe & P oo, 1979 ; F r eem an et a l . , 198 5 ) .

Sisk en 등( 1989 )은 흰쥐에서 좌골신경에 압궤 손상을 가한 후 3- 6일 동안 전자 장 치료를 한 후 신경 재생율이 22 % 증가하였다고 보고하였다.

McDevit t 등( 1987 )은 직류전류를 이용한 치료에서 신경절단 후 봉합술을 가한 상태에서는 효과적으로 신경재생을 촉진시키지만 압궤 손상 후에는 전기자극의 효 과가 없다고 보고하였다.

현재까지의 많은 연구들은 절단 후 재생과정에 미치는 전기자극의 효과를 관찰하 였으며, 주로 형태학적 측면(Lu n db or g et a l . , 1982 ; J en q & Coggesh a ll , 19 8 5) , 또는 기능적 측면(McDevit t et a l . , 1987 ; Ru sov a n & Ka nj e , 199 1 ; Zien owicz et a l . , 199 1)등에서 단편적으로 연구되었으나 아직까지도 그 자료가 많이 부족한 것이 현실이다.

(22)

Ⅲ. 연구 방법

본 연구는 좌골 신경 손상 후 운동과 전기자극이 회복에 미치는 영향을 살펴보기 위하여 다음과 같은 연구 방법으로 진행하였다.

1 . 실험 동물

본 연구의 대상은 (주) 대한실험 동물센터에서 구입한 생후 6주된 Spr agu e- Da wley 흰쥐 수컷( 180- 220g)을 사용하였다. 실험 환경에 적응시키기 위하여 1주 일간의 적응기를 거치게 하며, 실험기간 중 물과 사료는 자유롭게 섭취하도록 하였 다. 실험 동물 사육실의 온도는 2 5 ± 10°C , 사육실의 습도는 60 ± 10 %로 하 였다.

실험 동물은 4군으로 분류하였으며, 손상 후 수영 트레이닝을 시킨 운동군 (SWIM) , 손상 후 전기 자극을 가한 전기 자극군(E S ) , 손상 후 아무런 처치도 하 지 않은 손상군(CRUSH ) , 손상을 가하지 않고 피부만 절개한 허위군(SHAM)으로 분류하였다.

2 . 실험 기간

본 연구의 실험은 1999년 10월부터 2 000년 5월까지 하였다. 실험실 처치는 K 대학교 의과대학 생리학 실험실에서 실시하였다.

예비실험 : 1999년 10월- 19 99년 11월 본 실 험: 1999년 11월- 2 000년 4월

(23)

3 . 실험 설계

본 연구의 실험 설계는 유사실험연구 디자인을 사용한 것으로 운동이 좌골신경 손상의 회복에 미치는 영향을 분석하기 위한 것이다.

본 연구의 독립변인은 운동과 전기자극이며, 종속변인은 좌골신경 손상의 회복을 보기 위한 것으로서 보행 패턴, 비복근의 연축력, 전도속도, 피로도이다. <그림 1>

은 실험 설계를 도식화 한 것이다.

실 험 동 물 구 입 (주) 대한실험 동물센터에서 구입

(180- 220g )

실 험 동 물 적 응 1주일 환경 적응기

수 술 좌골신경 손상

처 치

허위군(SHAM ) 손상군(CRU SH ) 전기 자극군(E S ) 운동군(SW IM )

본 실 험

1. 보행 패턴(W alkin g p att er n ) 2. 연축력 (T w it ch t en sion ) 3. 전도속도 (Con du ct ion v elocit y ) 4. 피로도 (F at ig u e )

자 료 수 집 및 분 석 S P S S 8.0

그림 1. 실험설계

(24)

4 . 실험 절차

운동과 전기 자극이 좌골신경 손상의 회복에 미치는 영향을 관찰하기 위한 연구 의 실험 절차는 다음과 같다.

1) 보행 패턴(Wa lk ing pa t t ern )

운동기능의 회복은 자유 보행 패턴의 분석에 의해 상태를 관찰하였다. 이 방법은 De Medin a celli 등( 1982 )에 의해 처음으로 소개되어 De Kon in g과 Gisp en ( 19 87 )에 의해 변경된 것이다. 좌골 신경 기능(SF - in dex ) , 발자국 (F P - in dex ) , 그리고 발끝 폭(TS- in dex )의 전체에 걸친 지침은 손상된 뒷발의 운 동 기능 조정의 회복을 평가하는 매개변수로 사용된다. 검사 절차는 다음과 같다.

그림 2. Walking track

(25)

보행 트랙은 Gr egor y (1993 )에 기반을 두고 조금 변형시켜 폭 8 .2cm , 높이 10 cm , 길이 80 cm (시작부위부터 60cm는 투명 아크릴, 도착 지점의 20cm는 검정 아크릴(각각 1개 씩) )을 자체 제작하여 사용하였으며, 아크릴 상자에 흰색 종이를 깔아 놓고 쥐의 발바닥에 인주를 묻힌 뒤 종이 위를 걷도록 하였다.

손상 당일 손상 전 0일과 손상 후 1주, 2주, 3주, 4주 그리고 5주에 보행 트랙 을 획득하였다. 발자국이 분명하게 나타날 때까지 재 측정하였으며, 컴퓨터에 산출 공식을 입력해 놓은 뒤 발자국의 너비를 측정하여 공식에 입력한 후 수치를 구하였 다.

보행 패턴 분석은 De Kon in g 과 Gisp en (19 87 )의 지표를 사용하였으며, 각각 좌골신경기능(sciat ic fu n ct ion : SF ) , 발자국(foot pr in t : F P ) , 그리고 발가락 폭(t oe spr ea din g : TS )을 구하였다. 각각의 변수는 정상에서 반대편 발까지의 길 이(n orm al t o op p osit e foot ; NTOF ) , 손상시킨 발에서 반대편 발까지의 길이 (exp er im en t a l t o opp osit e foot ; E TOF ) , 정상 발의 길이(n or m a l pr in t len gt h ; N P L ) , 손상된 발의 길이(exp er im en t a l pr in t len gt h ; E P L ) , 정상 발 의 첫 번째 발가락에서 다섯 번째 발가락까지의 폭(n or m al t oe spr ea din g ; N TS ) , 손상된 발의 첫 번째 발가락에서 다섯 번째 발가락까지의 폭 (exp er im en t a l t oe spr ea din g ; E TS ) , 정상 발의 앞쪽 발가락 세 개의 폭 (n or m a l in n er t oe spr ea din g ; N IS ) , 손상된 발의 앞쪽 발가락 세 개의 폭 (exp er im en t a l in n er t oe sp r ea din g ; E IS )을 측정하였으며, 방법은 <그림 3 >과 같다.

(26)

S F I =

(

E T OF - N T OF

N T OF + N P L - E P L

E P L + E T S - N T S

N T S + E I T - N I T N I T

)

⁴⁶

F P =

(

N P L - E P L E P L

)

¹⁶⁹

T S =

(

E T S - N T S

N T S + E I T - N I T N I T

)

¹⁰⁰

그림 3. Walking pattern analysis(De Koning and Gispen 1987)

2) 실험 동물의 수술

생후 6주된 Spr agu e- Dawley 흰쥐 수컷( 180- 220g)에 Xyla zin e 0 . 1cc/ k g BW (23 .32m g/ m l )과 k et a m in 1cc/ k g BW (50m g/ m l )을 사용하여 마취시킨 후 엎드린 상태로 동물의 왼쪽 뒷다리 후 대퇴부의 털을 제거하고, 피부를 절개한 후 대퇴 이두근을 박리 하여 좌골 신경을 노출시켰다. 노출된 좌골신경에 지혈겸자 (h a em ost a t ic for cep s , Cr ile , 15cm )를 이용하여 30초간 압궤 손상을 가하였다.

전기 자극군은 신경손상 후 테플론(t eflon )으로 피복된 직경 0 .4 5m m의 스테인 리스 전극(st a in less- st eel elect r ode)을 손상된 신경의 주위조직에 고정시키고 필 요에 따라 전기 자극을 주기 위하여 플러그를 등쪽 피부와 근육 사이를 통해 후두 부에까지 삽입하고 두개골에 치과용 시멘트(den t al cem en t )를 사용하여 고정시켰 다. 그 후 근육을 원위치로 회복시키고 피부를 봉합하였다.

(27)

그림 4. 좌골신경

3) 처치

( 1) 운동군 : 손상 부위의 봉합에 물이 들어가 염증이 발생하는 것을 방지하기 위 해 수술 일주일 후부터 수영을 시작하였으며, 플라스틱 수조에 온도계를 이용하 여 3 2- 3 5°C의 따뜻한 물을 채우고 한 수조에 한 마리씩 첫 주 15분을 기준으 로 일주일 간격으로 15분씩 수영 시간을 증가시키면서 주당 5회 4주간의 트레이 닝을 시켰다.

(2 ) 전기 자극군 : 운동군과 동일한 날부터 처치를 가하기 위하여 수술 일주일 후 부터 신경에 전기 자극을 가하였으며, 전기 자극을 위한 전극은 필요에 따라 전

(28)

기 자극기에 연결할 수 있도록 설치 한 후경부에 노출된 전극을 사용하였다. 전 기 자극은 전기 자극기(P h ysiogr aph . Gr a s s Co. USA)를 사용하였으며, 근이 나 신경의 피로를 최소화시킬 수 있는 자극으로 0 .2～0 .5m s의 펄스폭(pu ls e widt h ) 10～50H z의 방형파를 4～5V의 강도로 (H a n da , & H osh im iya , 1987 ) 5초간 자극하고 5초간 정지하는(5 s ec ON- OF F ) 방법의 자극을 이용하 여(P ark et al . , 1989 ) 주당 5회 4주를 자극하였다. .

(3 ) 손상군 : 신경 손상 후 아무런 처치도 하지 않았다.

(4 ) 허위군 : 신경만 근육으로부터 분리한 후 아무런 처치도 하지 않았다.

5 . 본실험

1) 실험 동물의 준비

실험 동물들은 Xyla zin e 0 . 1cc/ k g BW (2 3 .32mg/ m l)과 k et amin 1cc/ k g BW (50m g/ m l )을 복강 내에 주사하여 마취를 유도하였으며, 필요에 따라 추가 투 여하였다. 마취 후 양측 뒷다리와 둔부의 털을 제거하고 좌측 뒷다리의 발뒤꿈치에 서 둔부까지 피부를 절개하였다. 비복근을 다른 근육으로부터 분리하여 아킬레스건 에 실을 묶고 최대한 발뒤꿈치 쪽에서 절단하였다. 비복근으로 가는 신경 분지를 제외한 다른 모든 신경을 제거하고 가능한 길게 좌골신경을 둔부 쪽에서 절단하여 전기자극이 가능하도록 하였다. 전기 생리학적인 측정에 용이하게 하기 위해 절개 된 피부를 이용하여 풀(p ool)을 만들고 등장성 장력전달기(isom et ric for ce t r a n sdu cer , Gr a ss F T 0 3 , U SA)에 건의 절단된 부착부에 연결한 후 4 0g의 장 력으로 스트레치 시키고 등장성 장력이 이루어지도록 장치하여 비복근에 최대 장력 이 생기게 하였다.

(29)

2) 연축력(Twit ch t en sion )

신경의 압궤 손상이 근 수축 특성에 미치는 영향을 측정하기 위해 등장성 장력변 환기에 절단된 근육의 착지부분(in sert ion sit e)의 건을 연결하였다. 근육의 수축 을 위한 전기자극은 좌골신경 손상의 근위 부위에 백금선(p lat in u m wir e)을 이용 해 전류가 흐르도록 하여 자극하였으며, 자극의 크기를 증가시키면서 최대 연축이 일어나는 자극의 크기를 설정하였다. 최대 연축력을 나타내는 자극 크기의 3배 크 기로 2초 간격으로 자극을 가하면서 그 수축곡선을 P olygr aph (Gr a ss 7E )상에 기 록하여 최대 단일 연축력을 측정하였다. 이때 기록속도는 2 .5mm/ sec로 하였으며, 5개를 무작위로 선택해 평균값을 구하였다.

3) 운동 신경 전도 속도(Mot or n er ve con du ct ion velocit y ; MNCV)

연축력 측정할 때와 마찬가지 상태에서 2초 간격으로 자극을 가하여 기시잠시와 기시부 정점간 진폭을 측정하여 자극에 자극 점에서 반응 점까지의 길이 (Velocit y) , 반응 점에서 최대 높이까지의 길이(Du r a t ion ) , 기준선에서 최대 높이 까지의 길이(P eak )를 구하였고 기록속도는 100m m/ s ec로 하였다. 자극의 강도는

최대 연축력을 나타내는 자극 크기의 3배로 하였으며, 그 수축곡선을

P olygr a ph (Gr a ss 7E )상에 기록하여 운동 신경 전도 속도를 측정하였다. 5개를 무작위로 선택해 평균값을 구하였다.

4 ) 피로도(F at igu e)

위와 같은 상태를 유지하면서 4 0H z의 자극 빈도를 초당 13번씩 1초 간격으로 2 분간 지속하여 P olygr a ph (Gr a ss 7E )상에 기록된 처음 3개와 마지막 3개 수축

곡선의 평균값을 각각 구하여 그 것의 비율을 계산하였다. 기록 속도는

2 .5m m/ sec로 하였다.

(30)

6 . 자료 분석

본 연구를 위한 자료 처리 방법은 SP SS/ P C + Win dow 8 .0통계 패키지를 이용 하였으며 구체적인 내용은 다음과 같다.

1) 각 집단의 시기에 따른 보행 패턴의 차이를 검증하기 위해 r ep eat ed AN OVA를 이용하였으며, 사후 검증을 위해 Du n n et t 을 사용하였다.

2 ) 각 변인(연축력, 운동신경 전도속도, 피로도)에 대한 집단 간의 차이를 알아 보기 위해 on e- way AN OVA를 이용하였으며, 각 집단의 평균과 표준편차를 산출하였다. 사후 검증은 Tu k ey 방법을 사용하였다.

3 ) 유의성 검증은 p <.0 5로 하였다.

(31)

Ⅳ. 연구 결과

운동과 전기 자극이 좌골신경 손상 후 회복에 미치는 영향을 규명하기 위해 실험 에 사용된 실험동물은 손상군 11마리, 전기 자극군 10마리, 허위군 1 1마리, 운동 군 10마리로 총 4 2마리가 사용되었으며, 산출된 실험 결과는 다음과 같다.

1 . 보행 패턴(Wa lk ing pa t t ern ) 1) 좌골신경 기능 지수(SF I)

좌골신경을 손상시켜 각각의 처치 후에 SF I를 알아보기 위해 평균과 표준편차를 산출하였으며, 그 결과는 <표 1>과 같다.

표 1. 좌골신경 손상 후 각 군에 대한 SFI

Me an±S D

g ro up 0 1 2 3 4 5 (we e ks )

S HAM

1.1885

±2.9266

- 1.5131

±3.2038⁺

0.2727

±2.2984⁺

- 1.1001

±3.5467⁺

0.0787

±1.7783⁺

- 0.0491

±3.5775⁺

CRUS H

0.8819

±2.9047

- 62.1326

±10.4484^*

- 50.3705

±24.3196^*

- 20.5250

±14.6042^*

- 10.9935

±12.4699^*

- 12.3740

±7.8384^* ES 0.4470

±2.6742

- 72.1874

±11.7776^*

- 48.1153

±17.5585^*

- 19.6525

±13.1276^*

- 4.3004

±6.8338

- 1.5785

±5.1918⁺ SWIM

1.9569

±2.9132

- 64.9519

±10.4114^*

- 34.4562

±12.4874^*

- 7.7505

±9.7569⁺

- 2.2891

±7.0805⁺

- 1.0008

±2.5223⁺

* : 허위군(SHAM)에 대한 유의성을 표시(p <.05),⁺ : 손상군(CRUSH)에 대한 유의성을 표시(p <.05) SHAM: 신경 손상을 하지 않고 신경만 근육으로부터 분리 한 허위군

CRUSH: 좌골 신경 손상군

ES: 좌골 신경 손상 후 손상 부위에 전기 자극을 가한 전기 자극군 SWIM: 신경 손상 후 수영을 시킨 운동군

(32)

표에 나타난 것과 같이 허위군에 대해 운동군, 전기 자극군, 손상군 모두는 1주 와 2주에 모두 통계적으로 유의한 차이가 있는 것으로 나타났으며, 3주에는 손상군 과, 전기 자극군에서 유의한 차이가 있는 것으로 나타났고, 4주와 5주에는 손상군 에서만 유의한 차이가 있는 것으로 나타났다.

손상군에 대해서는 허위군이 1주에서 5주까지 통계적으로 유의한 차이가 있는 것 으로 나타났으며, 전기 자극군에서는 5주, 운동군에서는 3 , 4 그리고 5주에 통계적 으로 유의한 차이가 있는 것으로 나타났다.

각 집단간의 SF I 차이를 알아보기 위해 r ep eat ed ANOVA를 사용하여 산출하 였으며, 그 결과는 <표 2 >와 같다.

표 2. SFI의 repeated ANOVA 결과

변량원 자유도 평균² F S ig .

상호작용 1 73561.330 414.233 .000

그 룹 3 9037.469 50.891 .000

오 차 38 177.584

<그림 5>에 제시된 바와 같이 0주(실험 당일 날 손상을 가하기 전)에 측정한 SF I는 각 군간에 비슷한 지수를 나타냈으나, 손상 후에는 상당히 감소하였고 시간 이 경과함에 따라 의미 있는 차이를 나타내며 회복이 되었다. 손상군은 손상 후 1 주에 상당히 감소하였으나, 2주와 3주 사이에 급격한 증가가 나타났다. 전기 자극 군은 손상 후 1주에 상당히 감소하였으나 2주와 3주에 급격한 증가가 나타났으며, 4주와 5주에도 약간 증가하였다. 운동군은 손상 후 1주에 상당히 감소되었으나 2 주와 3주에 다른 군에 비해 가장 많은 증가가 나타났으며, 4주와 5주에도 약간 증 가하였다. 허위군은 0에서 5주까지 거의 비슷한 지수를 나타내었다.

(33)

그림 5. 신경손상 후 SFI의 변화(- 100: 완전한 장애, 0: 정상적 신경 기능) SHAM: 신경 손상을 하지 않고 신경만 근육으로부터 분리 한 허위군 CRUSH: 좌골 신경 손상군

E S: 좌골 신경 손상 후 손상 부위에 전기 자극을 가한 전기 자극군 SWIM: 신경 손상 후 수영을 시킨 운동군

(34)

2) 발자국(F P )

좌골신경을 손상시켜 각각의 처치 후에 F P 지수를 알아보기 위해 평균과 표준편 차를 산출하였으며, 그 결과는 <표 3 >과 같다.

표 3. 좌골신경 손상 후 각 군에 대한 FP

Me an±S D

g ro up 0 1 2 3 4 5 (we e ks )

SHAM

- 0.0896

±3.0027

0.0655

±4.6921⁺

- 1.2071

±3.7940⁺

- 1.2008

±2.4693⁺

0.6662

±2.1753

0.9149

±2.1569 CRUS H

- 0.3655

±1.8303

- 29.6815

±14.3322^*

- 28.8397

±19.2337^*

- 18.9903

±13.5833^*

- 1.6850

±11.8114

- 2.5541

±3.7441 ES

- 0.9528

±2.2443

- 30.4886

±11.3341^*

- 18.3958

±14.2624^*

- 15.0940

±10.0894^*

1.1410

±12.6110

0.7375

±13.6235 SWIM

- 0.4228

±3.6031

- 26.0704

±13.0151^*

- 18.9449

±8.8964^*

- 3.6585

±9.1310⁺

3.8045

±10.4810

0.5209

±4.6200

표에 나타난 것과 같이 허위군에 대해 운동군, 전기 자극군, 손상군 모두는 1주 와 2주에 모두 통계적으로 유의한 차이가 있는 것으로 나타났으며, 3주에는 손상군 과, 전기 자극군에서 유의한 차이가 있는 것으로 나타났고, 4주와 5주에는 모든 군 에서 유의한 차이가 나타나지 않았다.

손상군에 대해서는 허위군이 1주에서 3주까지 통계적으로 유의한 차이가 있는 것

(35)

으로 나타났으며, 운동군에서도 3주에 통계적으로 유의한 차이가 있는 것으로 나타 났다.

각 집단 간의 F P 차이를 알아보기 위해 r ep eat ed ANOVA를 사용하여 산출하 였으며, 그 결과는 <표 4 >와 같다.

표 4. FP의 repeated ANOVA 결과

변량원 자유도 평균² F S ig .

상호작용 1 15889.414 154.264 .000

그 룹 3 2200.640 21.365 .000

오 차 38 103.001

<그림 6 >에 제시된 바와 같이 0주에 측정한 F P는 각 군간에 비슷한 지수를 나타 냈으나, 손상 후에는 상당히 감소하였고 시간이 경과함에 따라 의미 있는 차이를 나타내며 회복이 되었다. 손상군은 손상 후 1주에와 2주에 상당히 감소하였으나 3 주와 4주에 급격한 증가가 나타났다. 전기 자극군은 손상 후 1주에 상당히 감소하 였으나 2주, 3주, 그리고 4주에 걸쳐 상당히 증가하였고, 5주에는 4주와 비슷하게 유지되었다. 운동군은 손상 후 1주에 상당히 감소되었으나 2주와 3주에 다른 군에 비해 가장 많은 증가를 나타냈다. 허위군은 0에서 5주까지 거의 비슷한 지수를 나 타내었다.

(36)

그림 6. 신경손상 후 FP의 변화(- 100: 완전한 장애, 0: 정상적 신경 기능) SHAM: 신경 손상을 하지 않고 신경만 근육으로부터 분리 한 허위군 CRUSH: 좌골 신경 손상군

(37)

3) 발가락 폭(TS)

좌골신경을 손상시켜 각각의 처치 후에 TS 지수를 알아보기 위해 평균과 표준편 차를 산출하였으며, 그 결과는 <표 5>와 같다.

표 5. 좌골신경 손상 후 각 군에 대한 TS

Me an±S D

g ro up 0 1 2 3 4 5 (we e ks )

SHAM 0.8397

±3.0467

- 0.2667

±.8846⁺

- 0.3264

±2.2972⁺

- 0.4638

±6.2564⁺

- 1.5172

±3.9630⁺

- 0.3271

±1.4932⁺ CRUS H

0.6512

±2.6106

- 96.3362

±13.9041^*

- 76.2083

±24.7150^*

- 21.8290

±19.0810^*

- 13.4393

±15.8086^*

- 13.4159

±15.2643^* ES

- 1.2331

±3.3174

- 106.5890

±10.1738^*

- 81.3717

±29.0926^*

- 25.3253

±25.5184^*

- 5.8863

±8.3682

- 2.6736

±6.7276⁺

SWIM

2.1075

±7.7394

- 96.0849

±17.0014^*

- 54.3812

±23.4127^*

- 12.6740

±17.1403

- 4.0177

±10.7584

- 5.1079

±9.6344

표에 나타난 것과 같이 허위군에 대해 운동군, 전기 자극군, 손상군 모두는 1주 와 2주에 모두 통계적으로 유의한 차이가 있는 것으로 나타났으며, 3주에는 손상군 과, 전기 자극군에서 유의한 차이가 있는 것으로 나타났고, 4주와 5주에는 손상군 에서만 유의한 차이가 있는 것으로 나타났다.

손상군에 대해서는 허위군이 1주에서 5주까지 통계적으로 유의한 차이가 있는 것 으로 나타났으며, 전기 자극군에서는 5주에 통계적으로 유의한 차이가 있는 것으로

(38)

나타났다.

각 집단 간의 TS 차이를 알아보기 위해 r ep eat ed ANOVA를 사용하여 산출하 였으며, 그 결과는 <표 6 >과 같다.

표 6. TS의 repeated ANOVA 결과

변량원 자유도 평균² F S ig .

상호작용 1 165568.936 495.784 .000

그 룹 3 19602.670 58.699 .000

오 차 38 333.954

<그림 7 >에 제시된 바와 같이 0주에 측정한 TS는 각 군간에 비슷한 지수를 나타 냈으나, 손상 후에는 상당히 감소하였고 시간이 경과함에 따라 의미 있는 차이를 나타내며 회복이 되었다. 손상군은 손상 후 1주에 상당히 감소하였으나, 2주에 약 간 증가하였고, 2주와 3주 사이에 급격한 증가가 나타났으며, 4주와 5주에도 약간 증가하였다. 전기 자극군은 손상 후 1주에 상당히 감소하였으나 2주와 3주에 급격 한 증가가 나타났으며, 4주와 5주에도 계속 증가하였다. 운동군은 손상 후 1주에 상당히 감소하였으나 다른 군에 비해 2주와 3주에 가장 많은 증가가 나타났으며, 4 주와 5에도 계속 증가하였다. 허위군은 0에서 5주까지 모두에서 거의 비슷한 지수 를 나타내었다.

(39)

그림 7. 신경손상 후 TS의 변화(- 100: 완전한 장애, 0: 정상적 신경 기능) SHAM: 신경 손상을 하지 않고 신경만 근육으로부터 분리 한 허위군 CRUSH: 좌골 신경 손상군

(40)

2 . 연축력(Twit ch t en sion )

좌골신경을 손상시켜 각각의 처치 후에 Twit ch t en sion을 알아보기 위해 평균과 표준편차를 산출하였으며, 그 결과는 <표 7 >과 같다.

표 7. 좌골신경 손상 후 각 군에 대한 Twitch tension 단위(g)

g ro up Me an±SD

S HAM 32.4184±10.6713

CRUS H 12.3797±5.1339

ES 24.7799±3.3173

SWIM 25.8356±11.9152

SHAM: 신경 손상을 하지 않고 신경만 근육으로부터 분리 한 허위군 CRUSH: 좌골 신경 손상군

표에 제시된 바와 같이 허위군이 32 .4 184±10 .6 7 13으로 가장 높았으며, 그 다 음은 운동군(2 5 .83 56±11.9 152 )과 전기 자극군(24 .7799±3 .3 173 )이었고, 손상 후 아무런 처치도 하지 않은 손상군이 12 .379 7±5 . 1339로 가장 낮은 연축력을 나 타냈다.

각 집단 간의 Twit ch t en sion의 차이를 알아보기 위해 on e- way AN OVA를 사용하여 산출하였으며, 그 결과는 <표 8 >과 같다.

표 8. Twitch tension의 one- way ANOVA 결과

자유도 평균² F S ig .

집단간 3 767.580 10.495 .000

집단내 38 73.135

Tota l 41

(41)

각 군간의 회복과정과 군간의 차이에 대한 사후 검증(Tu k ey) 결과는 <그림 8 >

에 제시하였다. 그림에 나타난 것과 같이 허위군에 대해서는 손상군만 유의한 차이 가 있었으며, 손상군에 대해서는 모든 군에서 통계적으로 유의한 차이가 있는 것으 로 나타났다.

그림 8. Twitch Force의 결과

(42)

3 . 운동신경 전도 속도(MNCV)

좌골신경을 손상시켜 각각의 처치 후에 MNCV를 알아보기 위해 평균과 표준편 차를 산출하였으며, 그 결과는 <표 9 >와 같다.

표 9. 좌골신경 손상 후 각 군에 대한 MNCV

Me an±S D

g ro up Ve lo c ity (m/ s ) Duratio n(ms ) Pe ak(ms ) S HAM 4.4552±1.9443 43.7273±11.5808 135.0909±30.7751 CRUSH 10.0358±4.2330 31.4909±8.3476 42.6727±18.4064

ES 6.9702±2.9662 34.3200±9.5005 114.5200±20.3037 SWIM 3.8801±1.6977 41.2600±8.3171 86.7400±26.2758

표에 제시된 바와 같이 Velocit y에서 손상군은 10 .0 3 58±4 .2330 , 전기 자극군 은 6 .9702±2 .96 62 , 운동군은 3 .880 1±1.6 977 , 허위군은 3 .88 0 1±1 .6977로 나타났다.

Du r a t ion에서는 손상군 3 1.4 909±8 .34 76 , 전기 자극군 34 .3200±9 .500 5 , 운동군은 4 1.2600±8 .3 17 1, 허위군 4 3 .7 273±11.5808로 나타났다.

P ea k는 손상군 4 .2 673±1.84 06 , 전기 자극군 1 1.4 520±2 .0304 , 운동군 8 .6 74 0±2 .6276 , 허위군 13 .509 1±3 .07 7 5로 나타났다.

각 집단 간의 MNCV의 차이를 알아보기 위해 on e- way ANOVA를 사용하여 산출하였으며, 그 결과는 <표 10 >과 같다.

(43)

표 10. Velocity, Duration, and Peak의 one- way ANOVA 결과

자유도 평균² F S ig .

Ve loc ity

집단간 3 84.583 9.978 .000

집단내 38 8.477

Tota l 41

Duratio n

집단간 3 354.889 3.883 .016

집단내 38 91.391

Tota l 41

Pe ak

집단간 3 17426.908 29.067 .000

집단내 38 599.551

Tota l 41

각 군간의 회복과정과 군간의 차이에 대한 사후검증(Tu k ey ) 결과는 그림으로 제 시하였다.

<그림 9 >에서 Velocit y는 허위군에 대해서는 손상군만 유의한 차이가 있는 것으 로 나타났으며, 손상군에 대해서는 운동군과, 허위군에서 통계적으로 의미가 있는 것으로 나타났다(p <.0 5 ) . 운동군과 허위군은 거의 비슷한 수치를 나타냈으며, 손상 군이 가장 높은 수치를 나타내었다.

(44)

그림 9. Veiocity의 결과

(45)

그림 10. Duration의 결과

<그림 10 >에서 Du r a t ion은 허위군과 손상군에서 서로 통계적으로 유의한 차이 가 있는 것으로 나타났다(p <.0 5) . 허위군이 가장 높은 수치를 나타내고 있으며, 운 동군, 전기자극군, 그리고 손상군 순으로 높은 수치를 나타내고 있다.

(46)

그림 11. Peak의 결과

<그림 11>에서 P ea k는 허위군에 대해서 손상군과 운동군이 유의한 차이가 있는 것으로 나타났으며, 손상군에 대해서는 운동군, 전기 자극군, 허위군 모두에서 통계 적으로 유의한 차이가 있는 것으로 나타났다(p <.0 5 ) . 허위군이 가장 높은 수치를 나타냈으며, 전기 자극군, 운동군, 그리고 손상군 순으로 높은 수치를 나타내었다.

(47)

4 . 피로도(F at igu e)

좌골신경을 손상시켜 각각의 처치 후에 피로도를 알아보기 위해 평균과 표준편차 를 산출하였으며, 그 결과는 <표 11>과 같다.

표 11. 좌골신경 손상 후 각 군에 대한 Fatigue

g ro up Me an±SD

SHAM 0.5239±0.1923

CRUS H 0.4997±0.2434

ES 0.5041±0.1946

SWIM 0.4449±0.2300

<표11>과 <그림 12 >에 제시된 바와 같이 허위군이 0 .5239±0 . 1923으로 가장 높았으며, 그 다음은 전기 자극군, 손상군 이었으며, 손상 후 수영 훈련을 시킨 운 동군은 0 .444 9±0 .2 300으로 나타났으며, 모든 군에서 통계적으로 유의한 차이가 없는 것으로 나타났다.

(48)

그림 12. Fatigue의 결과

(49)

각 집단 간의 피로도의 차이를 알아보기 위해 on e- way ANOVA를 사용하여 산 출하였으며, 그 결과는 <표 12 >와 같다.

표 12. Fatigue의 one- way ANOVA 결과

자유도 평균² F S ig .

집단간 3 0.0118 .252 .860

집단내 38 0.0468

Tota l 41

(50)

Ⅴ. 논 의

말초신경에 대한 손상의 증례가 많기 때문에 재생에 관한 많은 연구가 보고되고 있다. 특히 말초 신경의 재생에 관한 연구에 사용되는 신경부위는 좌골신경, 경골신 경, 비골신경으로 그 중에 가장 많이 사용되고있는 부위는 좌골신경이다.

이러한 손상된 신경의 재생을 촉진시킬 목적으로 전기 자극법이 널리 사용되고 있으며(Sisk en et al . , 19 93 ) , 그 밖에도 레이저 방법과 운동을 적용시킨 연구도 보고되고 있다. 그러나 운동의 장기적인 효과에 관한 연구는 부족한 현실이며, 특히 어떠한 종류의 운동이 효과가 있는가에 있어서도 한정되어 있다. 현재까지는 신경 및 근육의 회복을 촉진시킬 수 있는 실질적인 방법은 없는 상태이다.

신경의 압궤 손상은 지혈겸자(H a em ost at ic for cep s )를 이용하였을 때 일관성이 높은 것으로(Kon in g , 1986 ) 알려져 있기 때문에 신경에 압궤 손상을 가하는 방법 으로 지혈겸자를 이용하였다.

본 연구에서는 손상된 신경을 회복시키는 방법으로 전기 자극법과 운동을 적용시 켜 보았다. 특히 운동을 적용시켜 연구한 것에서는 트레드밀 훈련을 시켜 그 효과 를 연구한 것에 비해 수영 훈련을 적용시킨 연구는 적게 이루어져 있었는데, 트레 드밀 운동은 체중이 부과되는 운동으로 신경 손상 후에는 이러한 부하가 걸리는 운 동을 할 수 없으며, 무리가 올 수 있기 때문에 손상 후에도 체중 부하 없이 운동이 가능한 수영이 적절하다 생각되어 운동군은 수영 트레이닝을 적용하였다.

쥐의 수영에 있어서 주로 작용하는 근육은 전경골근과 비복근이며, 특히 비복근 의 작용이 현저하다. 지구력 운동인 수영에서는 주로 적근 부위가 작용을 하며, 단 기간 수영 시 속연축적근(fa st - t wit ch r ed fib er )이 주로 작용하는 것으로(이,

19 9 1) 나타났기 때문에 비복근을 평가하는 것이 적당하다 생각되었다.

SF I , F P , TS 모두는 손상 당일 날 측정한 것에서 모두 정상적인 지수를 나타내 고 있었으나 손상 후 1주에 상당히 감소된 지수를 나타냈으며, 그 후 점점 증가하

(51)

였다. 허위군은 신경 손상을 가하지 않고 신경만 근육으로 분리한 뒤 봉합한 집단 으로 0～5주까지 정상 적인 지수를 나타내어 다른 군들이 정상까지 돌아오는 것에 관하여 비교할 수 있었으며, 손상군은 좌골신경 손상 후 아무런 처치도 하지 않은 군으로 처치와 비처치 간의 차이를 비교 할 수 있었다.

SF I , TS , 그리고 F P는 손상 후 2 , 3 , 4주 째에 지수가 상당히 증가하였는데, H a r e 등( 199 0 ) , De Kon in g 등( 1987 ) , Lu is 등( 1982 ) 그리고 v a n Meet er en 등(199 7 )의 결과와 유사하였다. 이것으로 보아 대부분 2- 4주 정도에 뒷다리의 기 능적 운동 능력이 상당히 회복된다는 것을 알 수 있었다.

운동군, 전기 자극군, 허위군, 그리고 손상군의 네 군에서 허위군을 제외한 나머 지 세 군중에 운동군이 정상 지수에 가장 빨리 도달하였으며, 그 다음은 전기 자극 군이었고, 마지막이 손상군 이었다. 운동과 전기 자극을 처치한 군이 다른 군에 비 해 더 빠른 회복을 보였으며, 그 중에도 운동군이 전기 자극군보다 더 좋은 회복을 보인것은 운동을 적용시켜 대조군과 비교한 van Meet er en 등(1997 )의 연구와 유 사하였다.

연축력은 손상 후 아무런 처치도 하지 않은 손상군이 가장 낮았으며, 그 다음은 전기 자극군과 운동군이었고, 허위군이 가장 높은 수치를 나타내었는데 이는 H a n ( 1982 )의 연구에서 운동군이 비운동군에 비해 높은 수치의 연축력을 나타낸 것, F it t 등(19 77 )이 정상 백서에서 운동이 가자미근의 수축력에 미치는 영향을 연구하기 위해 트레드밀 운동을 시행한 결과 연축 시 근수축시간(con t r a ct ion t im e )과 절반이완시간(h a lf r elaxa t ion t im e )이 감소하였고 강축력(m axim u m t et a n ic t en sion )과 연축 속도가 증가하였다고 보고한 것과 유사하였으나, Gu in ea pig를 이용하여 일주일간 고정시킨 후에 트레드밀 운동을 적용하여 연구한 결과 근육의 무게, 수축시간, 연축력, 강축력, 근단백 농도에 영향을 미치지 않는다 는 보고를 한 Cr ock et t 등(197 5 )의 결과와는 상반되었다.

운동신경 전도속도는 자극이 신경의 경로를 따라 전도되는 속도이며 또한 전도