회전근개 전층파열 환자의 등속성 외전 운동 시 각속도에 따른 견관절 주위근 활성도 변화
한림대학교 의과대학 재활의학교실1, 정형외과학교실2, 한림대학교 공과대학 전자공학과3
전아영1ㆍ유연식2ㆍ최은희1ㆍ김용중3ㆍ강석원1ㆍ김건구1ㆍ정운섭2
The Changes of Shoulder Muscle Activities by Angular Velocities of Isokinetic Abduction in Full-Thickness Rotator Cuff Tears
Ah-Young Jun, M.D.
1, Yon-Sik Yoo, M.D.
2, Eun-Hi Choi, M.D.
1, Yong-Joong Kim, Ph.D.
3, Seok-Won Kang, M.D.
1, Keon-Koo Kim, M.D.
1, Woon-Seob Jeong, M.D.
21
Department of Rehabilitation Medicine, Hallym University College of Medicine, Seoul, Korea
2
Department of Orthopaedic Surgery, Hallym University College of Medicine, Seoul, Korea
3
Department of Electronic Engineering, Hallym University College of Electronic Engineering, Seoul, Korea
This study investigated the differential muscular firing patterns of the shoulder muscles in patients with full-thickness rotator cuff tear. Eleven patients with unilateral rotator cuff tear were recruited. During isokinetic exercises, the muscular activities of upper trapezius, serratus anterior and lateral deltoid were recorded by surface EMG. Subjects performed isokinetic shoulder abduction of 60°/sec, and 180°/sec. The mean EMG amplitude of root mean square (RMS) was calculated to a percentage of maximal activity for each muscle. In the rotator cuff tear sides, the muscular activities of lateral deltoid in abduction were increased in 180°/sec compared to 60°/sec. And the EMG activities of upper trapezius and serratus anterior in the lesion side were significantly decreased compared to sound side in abduction of 180°/sec. But, in the case of lateral deltoid, the EMG activities were not different between sound and lesion sides in abduction of 180°/sec.
Key Words: Shoulder, Muscles, Rotator cuff, Electromyography
접수: 2009년 3월 5일 승인: 2009년 6월 19일 책임저자: 유 연 식
200704, 강원도 춘천시 교동 153번지 춘천성심병원 정형외과
Tel: 033-240-5198, Fax: 033-241-8063 E-mail:
[email protected]본 연구는 2008년 한림대 의료원 연구비 지원에 의해 수행됨
서 론회전근개 파열은 성인 견관절 병변에서 가장 높은 유병률을
보이는 질환 중 하나로
1), 퇴행성 변화, 외상, 그리고 염증성 질환 등 여러 가지 발생 원인을 들 수 있다. 회전근개는 상완와 관절의 안정화와 견관절의 움직임에 중요한 역할을 하며
2), 회전근개와 여러 견관절 주위근의 조화된 근수축은 견관절의 부드럽고 효과적인 운동을 시행하는데 기초적인 요소가 된다.
이런 조화로운 근수축 연구는 근육이 활성화되는 시간, 순서에 대하여 방사선학적 검사와 근전도를 통해 진행되었는데, 근육 의 활성화에 대한 연구는 측정이 간편한 등척성 운동에서 주로 시행되어 왔다.
한편, 등속성 운동은 고정된 각속도에서 실험자의 노력에
Table 1. General characteristics of patients
Age (Mean±SD, years) 51.0±8.6 Gender (male: female) 8:3 Body weight (Mean±SD, kg) 69.8±5.6 Height (Mean±SD, cm) 165.9±8.9 Duration of symptom (Mean±SD, months) 10.0±14.4 SD: standard deviation
Table 2. MVC measurement position for each muscle
Muscle Test position
Upper trapezius Resisted shoulder shrug with subject seated and arm at side
Serratus anterior Resisted scapular protraction at 90° shoulder flexion and elbow extended Lateral deltoid Resisted abduction at 0° elevation in scapular plane and elbow flexion to 90°
MVC: maximal voluntary contraction
따른 근력에 비례하여 일정한 저항을 주어 전체 관절가동범위 에서 최대한의 수축을 유지시킬 수 있는 운동 방법으로 근력강 화에 있어 높은 효율성을 보인다는 장점 때문에 스포츠 의학분 야에서 운동선수 관리 및 재활 프로그램의 일환으로 널리 이용되고 있다
2). 회전근개 파열 환자는 견관절의 근력이 저하 되는 양상을 보이며, 기능이 회복되기 위해서는 근력의 회복이 중요하기 때문에
4)근위약을 호전시키는 효과적인 근력강화 방법으로 등속성 운동을 시행할 수 있다. 특히 외전 운동은 회전근개 파열 환자의 주된 운동 중 하나이다. 견관절 외전은 상완와 관절과 견갑흉부관절의 조화로운 움직임으로 인해 일어나는데, Inman (1944) 등
5)은 상완와 관절의 외전은 견갑골 의 상방회전과 함께 일정한 비율로 일어나며, 이를 견갑상완리 듬(scapulohumeral rhythm)이라 하였다. 그러나 회전근개 파열 환자에서는 회전근개의 역할이 저하되어 조화로운 회전근개 와 견관절 주위근의 수축이 일어나지 않아 이런 견갑상완리듬 에 변화가 오게 된다. 따라서 본 연구에서는 회전근개 전층 파열 환자를 대상으로 견관절의 외전운동을 시행하는 동안 상완와 관절과 견갑흉부관절의 운동과 관련된 근육들의 활성 도를 측정하여 수축 양상의 변화를 살펴보고자 하였다.
대상 및 방법
대상자는 자기공명영상 또는 초음파 검사로 회전근개 전층 파열로 의심되었던 41명의 회전근개 파열 환자 중 관절경적 수술 소견상 우세측 견관절의 극상근 및 극하근 전층파열이 확진된 환자를 대상으로 하였다. 이들 중 비우세측 견관절의 회전근개 파열 환자, 병변 반대측에 이학적 및 초음파 검사로 병변이 확인되거나 증상이 있는 환자, 회전근개의 부분파열,근 건과 극상근 전방부의 파열인 전상방 파열, 관절의 구축이 동반된 회전근개 전층 파열, 이전에 견관절 수술을 받은 과거력, 견관절의 관절염, 또는 신경학적 이상이 있는 환자들은 제외한
11명을 최종 대상으로 하였다. 평균연령은 51±8.6세(38-66세) 였으며, 우세측은 모든 대상자가 우측이었다(Table 1).
환자의 견관절 통증이 견관절 운동에 미치는 영향을 줄이기 위해 환자의 견봉하 활액낭의 삼각근하 부위에 1% 리도카인 4 cc를 초음파 유도하에 주사하였으며, 주사 5분 경과 후 등속 성 운동을 시행하였다. 견봉하 국소마취제 주사에도 통증이 남아 견관절의 등속성 운동에 영향을 미치는 환자는 연구에서 제외하였다. 각 근육의 EMG 활성도를 검사하기 위해 Bagnoli- 8 EMG system 동적 근전도(Delsys, Boston, USA)를 이용하였다.
Kelly (2005) 등
6)이 선행 연구에서 시행한 방법으로, 상부 승모 근의 전극은 견갑골의 내측 상부각의 2.5 cm 상방, 전거근의 전극은 겨드랑이 하방, 광배근 전방 제 4-6번째 늑골에 걸쳐 전극을 부착하였고, 외측 삼각근은 견봉 하방측의 견봉과 삼각 근조면 중간부위에 부착하였다. 각 전극 부착부위의 정확성과 EMG 신호가 잘 처리되는지를 몇가지 환자의 움직임으로 확인 하였다. 이후 환자는 각 근육의 최대 자발적 근수축(maximal voluntary contraction: MVC)을 실시하여 각 근육의 최대 근전도 값을 얻었다. 최대 근전도 값은 Table 2에 제시된 자세에서 각 근육의 등척성 수축을 3초 동안 시행하였으며, 이를 3-5초 간격 으로 5회 반복하여 얻어진 근전도 값 중 최대값으로 하였다.
등속성 견관절 외전 운동은 Con-Trex isokinetic dynamometer (CMV AG, Dubendorf, Switzerland)를 이용하여 시행하였다.
검사 중 대상자는 등속성 근력계에 옆으로 눕고 벨트에 의해
Table 3. The activities of muscles during maximal isokinetic abduction at 60, 180¡Æ/sec in sound and lesion sides
Muscle Angular velocity side
Sound side Lesion side
Trapezius 60°/sec 180°/sec
88.17± 9.89%
94.70±12.90%
84.41± 9.45%
88.39±10.20%* Serratus anterior 60°/sec
180°/sec
69.13±13.16%
73.32±15.88%
62.28±10.84%
62.97±11.59%* Lateral deltoid 60°/sec
180°/sec
92.76± 6.87%
98.74±13.49%
85.00±10.96%
95.33±11.87%**
*significantly different compared to sound side (p<0.05), **significantly different compared to 60°/sec (p<0.05)
체간이 고정되었으며, 근력계의 회전축을 견관절 견봉의 연장 선에 일치시키고, 주관절을 신전하여 손잡이를 쥔 상태에서 측정되었다. 환자에게 등속성 운동 측정을 연습하기 위해 각 근육별로 검사 전 최대하 운동을 10회 시행하였는데, 강도는 주어진 각속도의 운동에 약간의 저항을 줄 정도로 시행하였다.
이후 0°에서 외전 120°까지의 관절범위에서 60°/sec의 각속도로 외전을 4회씩 반복하도록 하였고, 5분 경과 후 180°/sec에서 최대의 힘으로 5회의 운동을 반복하였다. 등속성 운동은 환자의 병변측과 정상측 모두를 시행하였으며, 검사 중 측정된 양측 근육의 근전도값을 저장하였고, 검사 후 저장된 근전도 값은 EMG Works Analysis 3.6 (Delsys, Boston, USA) 프로그램으로 분석하였다. 측정 중 근전도의 표본추출률(sampling rate)은 1,000 Hz로 하였고, 얻어진 EMG raw signal은 20 Hz 고주파 필터를 거친 후 제곱 평균(root mean square, RMS) 값을 구하였다. 0°에서 120°까지의 각 외전동작 동안에 얻어진 근전도 신호의 RMS 값으로 MVC에 대한 외전 운동 동안의 근육의 근전도 신호의 비율을 계산하였고, 각속도 및 병변과 비병변측 여부에 따른 차이가 있는지 알아보기 위해 반복측정분산분석을 이용하여 비교하였다. 사후분석을 위해 Mann-Whitney 검정을 시행하였 다. 그리고, 등속성 운동 시행 중의 평균 일률(Work)을 구하여 각속도간, 파열측과 정상측간 비교를 위해 Wilcoxon signed rank test를 시행하였다. 모든 통계 분석은 Window SPSS version 12.0 을 이용하였으며, 통계적 유의수준은 p<0.05로 하였다.
결 과
1. 각속도에 따른 근육의 활성도 차이
정상측 견관절을 등속성 외전운동을 시행한 경우 60°/sec,
180°/sec의 외전운동을 비교 시 각 근육의 활성도는 각속도에 따른 차이를 보이지 않았다(p=0.844). 병변측 견관절의 등속성 외전운동을 시행한 경우 60°/sec, 180°/sec의 외전운동을 비교 시 상부 승모근과 전거근에서는 차이를 보이지 않았으나, 외측 삼각근의 활성도는 180°/sec 인 경우 60°/sec에 비해 통계적으 로 유의하게 증가하였다(p<0.001) (Table 3).
2. 병변과 정상측 간 근육의 활성도 차이
60°/sec의 견관절 외전운동 시 정상측과 회전근개 파열측의 각 근육의 활성도 양상을 비교한 경우, 통계적인 차이를 보이 지 않았다(p=0.196). 180°/sec의 견관절 외전운동 시 정상측과 회전근개 파열측간 비교 시 각 근육의 활성도는 의미 있는 차이를 보였으며(p=0.042), 사후검정에서 상부 승모근과 전거 근은 180°/sec에서 파열측이 정상측에 비해 유의미한 감소를 보였으나(p=0.001, p<0.001), 삼각근에서는 차이를 보이지 않 았다(p=0.326) (Table 3).
3. 파열측과 정상측의 외전의 평균일률
외전운동 동안의 평균 일률은 60°/sec, 180°/sec 모두 파열측 에서 정상측에 비해 통계적으로 의미있는 저하를 보였다(p
=0.004, p=0.006). 외전운동 동안 60°/sec, 180°/sec간 평균 일률 의 차이는 정상측에서 차이를 보였으나(p=0.033), 파열측에서 는 차이가 없었다(p=0.507) (Fig. 1).
고 찰
이 연구에서는 회전근개 전층파열 환자를 대상으로 견관절
의 등속성 운동 시 견관절 주위근의 활성도를 측정하여 병변측
Fig. 1. The mean work during isokinetic abduction in 60°/sec and 180°/sec.*significant differences between lesion and sound sides (p<0.05).
의 외측 삼각근의 활성도가 180°/sec의 외전 운동에서 60°/
sec의 운동보다 증가한 것을 확인하였다. 또한, 정상측과 병변 측 비교 시 180°/sec의 운동에서 정상측에 비해 상부 승모근과 전거근의 근활성도가 감소하였으나, 외측 삼각근의 활성도는 정상측과 차이를 보이지 않았다.
회전근개의 파열은 견관절의 통증 및 기능 이상에 주된 원인이 되는 질병으로, 전 연령에 걸쳐 발생하며, 특히 스포츠 와 관련된 견관절 손상과 많은 연관이 있다. 회전근개의 파열 이 발생한 환자에 있어 통증 및 견관절의 근력약화는 상지의 기능적 이용에 많은 문제를 일으키는 주요 원인이 된다. 이에 대해 견관절 주위근의 보상작용이 일어나는 것이 일반적인데, 이와 같은 보상작용은 상완와 관절의 상완골 외전운동에 대한 견갑흉부관절의 상방회전으로 이루어지는 것이 일반적이다.
견갑골의 상방회전은 상지의 외전에 있어 승모근과 전거근이 필수적인 역할을 한다. 이들 근육은 완전한 견갑골의 상방회전 을 위해서 짝힘(force couple)을 이루어 협력 작용을 하고, 동시 에 견갑골의 안정성을 유지시켜 삼각근과 극상근의 작용을 위한 안정성을 제공한다
7). 이런 이유로 본 연구에서는 외전을 담당하는 근육 중 승모근과 전거근을 선택하여 근육 활성도를 측정하였다.
회전근개 중 극상근은 견관절 외전 시에 상완골두가 관절와 에 밀착되도록 하여 견관절의 안정화에 기여하게 되는데
8), 회전근개 파열 환자에서는 상완와 관절에서 외전 시 삼각근이 주동근으로 작용하고, 이는 상완골두를 상승시키는 역할을 하여
9), 극상근건이 견봉과 오구견봉인대(coracoacomial liga-
ment)하에서 충돌을 일으키게 된다. 견관절의 방사선 촬영을 이용한 연구
10,11)에서는 회전근개 파열 환자에서 외전 시 상완 골의 외전에 대한 견갑골의 회전이 정상인 군에 비해 증가한다 하였으며, 수술 후 이런 증상이 없어지는 것으로 보아 이는 보상작용의 결과인 것으로 해석하였다. 이와 같이 견갑골의 회전이 증가하는 것은 삼각근과 손상되지 않은 회전근개의 길이-장력(length-tension) 관계를 향상시켜 견관절의 움직임 에 필요한 힘을 발생시키고, 견봉이 회전근개를 압박하는 것을 막아 통증을 없애는 역할을 한다
10,12). 그러나, Scibek (2008) 등
13)은 회전근개 전층파열 환자에게 리도카인 주사로 통증을 완화시킨 후 견관절 외전을 시행하였을 때, 견갑흉부관절의 움직임이 감소함을 보고하였다. 이러한 결과들은, 회전근개 환자에서의 견갑흉부관절의 움직임의 증가는 주로 회전근개 의 충돌로 인해 발생하는 통증을 감소시키기 위한 보상작용으 로 해석할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 통증으로 인한 보상 작용의 오류를 배제하기 위해 Scibek (2008) 등
13)의 연구와 같이 회전근개 파열측 견봉하 부위에 리도카인을 주사하여 통증을 제거하고 등속성 외전운동을 시행하였는데, 국소마취 제의 견봉하 활액낭으로의 주사는 견관절의 고유수용감각에 영향을 미치지 않으며
14), 근력의 약화를 유도하지 않으므로, 통증제거에 적절한 방법이 될 수 있다.
리도카인 주사¸ 시행하고 등속성 외전 운동을 시행한 결과 병변측의 180°/sec의 외전에서 등속성 외전운동의 평균 일률이 정상측과 비교하여 감소하였음에도 불구하고, 외측 삼각근의 활성도는 정상측과 차이가 없었다. 이 결과는 60°/sec 저속도의 경우와는 달리 회전근개 파열 환자가 180°/sec인 고속도로 외전 운동을 하는 경우에서는 삼각근에 의한 상완와 관절의 외전이 주로 일어난 것으로 해석할 수 있다. 삼각근의 작용이 증가하게 되면 상완골의 상방전위가 증가되어 회전근개의 충돌 현상이 더욱 일어나게 되므로, 회전근개 파열 환자의 외전근 근력 강화를 위해서는 등속성 운동을 180°/sec의 고속도에서 시행하 는 경우 보다는 저속도에서 시행하는 것이 충돌 현상의 발생을 저하시킬 수 있을 것이다. 또한, 회전근개 파열환자를 수술적인 치료를 시행하였다 해도, 운동에 따른 잘못된 견관절 주위근의 동원(recruitment) 양상이 지속될 수 있으므로 향후 수술 전, 후 견관절의 외전 운동 시 여러 견관절 주위근의 활성을 정상적으 로 회복시키는 것이 중요하다 하겠다.
운동 속도와 근활성도에 대한 타 연구에서 같은 동작이라도
운동 속도가 증가할수록 운동 단위의 동원이 증가하므로 해당 근육의 활성도가 증가하며
15), 운동의 속도가 증가하면 근수축 시에 동시수축(co-contraction)이 증가하게 되므로, 빠른 속도 에서 근육의 활성도가 증가하게 된다고 하였다
16). 그러나 정상 인을 대상으로 한 연구에서 견관절 외전 운동시에 속도와 부하를 달리하는 경우 견갑골의 상방회전 정도가 차이를 보이 지 않은 결과
17)와 동일하게 본 연구에서도 정상측 외전 동안 180¡Æ/sec의 운동에서 60°/sec의 운동보다 더 큰 근활성도의 경향을 보였으나, 통계적인 차이를 보이지 않았다. 그러나, 회전근개 파열측의 삼각근의 활성도는 운동 각속도에 따른 차이를 보여, 회전근개가 파열됨에 따라 견관절 운동 양상이 변화함을 관찰할 수 있었다.
본 연구의 제한점으로는 견관절의 외전 운동을 견갑골면이 아니고 관상면으로 시행하였던 점을 들 수 있다. 견갑골면에서 는 외전근의 적절한 길이-장력관계를 유지하고, 상완골두의 중심이 관절와에 정확히 위치하도록 한다. 또한 상완와관절의 관절인대를 이완된 상태로 유지시켜, 외전 시에 관절을 편안하 게 유지할 수 있는 장점이 있으나
18), 본 연구에서는 등속성 근력계의 설정된 측정자세 문제로 관상면으로 측정하였다.
그리고, 연구 대상자 수가 비교적 적은 점도 제한점으로 볼 수 있겠다. 따라서 향후 많은 수의 환자를 대상으로, 무증상의 회전근개 파열 환자와 같은 다양한 대상군에 대한 후속 연구가 필요할 것으로 사료된다.
참 고 문 헌
