연세대학교 대학원대학원 재재재재 활활활활 학학학학 과과과과 … ·...

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근활성도에근활성도에근활성도에근활성도에 미치는미치는미치는미치는 영향영향영향영향

연세대학교연세대학교연세대학교연세대학교 대학원대학원대학원대학원

재재재재 활활활활 학학학학 과과과과

오오오오 재재재재 섭섭섭섭

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근활성도에근활성도에근활성도에근활성도에 미치는미치는미치는미치는 영향영향영향영향

지도지도지도지도 권권권권 오오오오 윤윤윤윤 교수교수교수교수

이이이이 논문을논문을논문을논문을 석사석사석사석사 학위논문으로학위논문으로학위논문으로학위논문으로 제출함제출함제출함제출함

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심사위원심사위원심사위원심사위원 인인인인




2004년 12월 일

감사의감사의감사의감사의 글글글글

“사랑하면 알게되고 알면 보이나니 그때 보이는 것은 전과 같지 않더라.” 이곳

매지리의 생활이 어느덧 10년이 흘러가고 있습니다. 10년동안 저는 연세 재활과

물리치료학을 사랑했고, 알았으며 이제 새로운 것을 보기 시작했습니다. 이러한

때에 큰 결실을 보게되어 많은 분들께 감사드리려 합니다.

우선 저에게 새로운 것을 보여주시고 끝까지 지도해주시고 아껴주신 나의 영웅

권오윤 교수님께 깊은 감사를 드립니다. 항상 이론적으로 부끄럽지 않은 사람이

되라는 교수님의 가르침이 저에게 항상 큰 교훈이 되었습니다. 섬세함과 전문인으로써의

모습을 보여 주신 연세 재활의 대부 이충휘 교수님, 바쁜 일정 중에도 세심한

지도와 조언을 주신 아름다우신 전혜선 교수님께 감사드립니다. 적극적이고

창의적인 학문을 할 수 있도록 도와주신 조상현 교수님, 대학원 과정 동안

학자로서 올바른 길을 갈 수 있도록 모범을 보여주신 정보인 교수님, 따스한

마음으로 대해 주신 유은영 교수님, 항상 웃음으로 대해주신 정민예 교수님

진심으로 감사드립니다.

또한 부족한 후배를 이끌어 주시는 원종혁 선생님이하 MIS 팀의 선배님들에게도

깊은 감사를 드립니다. 원주의 추운 겨울도 잊게 해준 정연길 선배님의 후배 사랑

역시 못잊을 것입니다. 이번 실험에 도움을 준 많은 후배들에게 감사함을 전하며,

자료처리를 도와준 나의 믿음직한 친구 문환이와 대성이에게 특히 고맙고 미안한

마음이 듭니다. 그리고 대학원 시절 동안 멀리서 저를 응원해 준 정경수선배님,

내가 가장 아끼는 96 동기들, 전용진, 최종덕, 김경모, 김대원, 원영식, 문태학, 권정기,

최석호, 이상헌 선배님들과 나의 영원한 지기 이승식, 김두성에게 고마움을 전합니다.

대학원 시절 동거동락했던 박소연, 이수영, 정이정, 이정아 선생님, 지혁이 형,

덕화, 원규, 준상, 혜경, 그리고 막내 수정에게 고마움을 전하며 특히 항상 저를

아껴주는 먼저 졸업한 도영이 형에게 고마운 마음을 전합니다.

마지막으로 사랑스런 도헌이와 어린 아들을 사랑하고 기도해주시는 아버지,

어머니, 나의 힘이되는 형과 형수 그리고 살아계신 하나님께 이 논문을 받칩니다.

2005 년 1 월

오 재 섭 드림

- i -

차 례

그림 차례 ················································································ⅲ

표 차례 ···················································································ⅳ

국문 요약 ················································································ⅴ

제1장 서론 ················································································1

제2장 연구 방법··········································································6

2.1 연구 대상··········································································6

2.2 실험 기기 및 도구································································7

2.2.1 삼차원 동작분석 시스템·····················································7

2.2.2 표면근전도 신호 및 분석 시스템 ··········································8

2.2.3 계단 ···········································································8

2.3 실험 방법··········································································9

2.3.1 근전도 전극 및 표식자 부착················································9

2.3.2 실험 설계 ···································································10

2.3.3 최대등척성수축 근전도 신호량 측정·····································12

2.4 분석 방법········································································13

2.4.1 자료 처리 및 정량화 ······················································13

2.4.2 통계 방법 ···································································13

제3장 결과 ··············································································14

3.1 계단 오르기와 내리기시 조건에 따른 엉덩관절 내회전 각도의 비교····14

- ii -

3.2 전체 주기 동안 조건에 따른 각 근육의 근전도 신호량(%MVIC) ·······14

3.2.1 전체 주기 동안 근육별 근전도 신호량·································14

3.2.2 전체 주기 동안 근육별 근전도 신호량 비교···························18

3.3 조건에 따른 20% 구간별 각 근육의 근전도 신호량(%MVIC)···········21

3.3.1 계단 오르기시 조건에 따른 구간별 근전도 신호량 비교·············21

3.3.2 계단 내리기시 조건에 따른 구간별 근전도 신호량 비교 ·············24

제4장 고찰 ··············································································26

제5장 결론 ··············································································32

참고문헌·················································································34

영문 요약 ···············································································40

- iii -

그림 차례

그림 1. 계단의 모형 ·····································································9

그림 2. 표식자 부착 위치·····························································10

그림 3. 오르기 시작 자세·····························································12

그림 4. 내리기 시작 자세·····························································12

그림 5. 계단 오르기시 조건에 따른 전체 주기동안 각 근육들의 근전도 신호량

·················································································16

그림 6. 계단 내리기시 조건에 따른 전체 주기동안 각 근육들의 근전도 신호량

·················································································17

그림 7. 계단 오르기시 전체 주기동안 각 근육의 평균 근활성도 비교 ··········20

그림 8. 계단 내리기시 전체 주기동안 각 근육의 평균 근활성도 비교 ··········21

그림 9. 계단 오르기시 각 구간에서의 근육별 평균 %MVIC ·····················23

그림 10. 계단 내리기시 각 구간에서의 근육별 평균 %MVIC····················25

- iv -

표 차례

표 1. 연구 대상자의 일반적 특성 ······················································7

표 2. 근전도 전극의 근육별 부착 위치··············································10

표 3. 조건에 따른 계단 오르기와 내리기시 엉덩관절의 내회전 각도············14

표 4. 계단 오르기 전체 주기동안 조건에 따른 근육별 근전도 신호량 비교 ····18

표 5. 계단 내리기 전체 주기동안 조건에 따른 근육별 근전도 신호량 비교 ····19

표 6. 계단 오르기시 각 구간에서의 조건에 따른 평균 근활성도 비교 ··········22

표 7. 계단 내리기시 각 구간에서의 조건에 따른 평균 근활성도 비교 ··········24

- v -

국문국문국문국문 요약요약요약요약

계단계단계단계단 오르고오르고오르고오르고 내리기시내리기시내리기시내리기시 엉덩관절엉덩관절엉덩관절엉덩관절 내회전이내회전이내회전이내회전이 무릎관절무릎관절무릎관절무릎관절 폄근과폄근과폄근과폄근과

엉덩관절엉덩관절엉덩관절엉덩관절 벌림근벌림근벌림근벌림근 근활성도에근활성도에근활성도에근활성도에 미치는미치는미치는미치는 영향영향영향영향

본 연구는 계단 오르고 내리기시 엉덩관절의 내회전에 따라 무릎관절 폄과

엉덩관절 벌림에 작용하는 넙다리 근육들의 근활성도가 어떻게 변하는지

알아보고자 실시하였다.

연구는 건강한 성인 남자 18명을 대상으로 실시하였다. 엉덩관절 내회전에

따른 넙다리 근육들(큰볼기근, 가쪽넓은근, 안쪽빗넓은근, 엉덩벌림근, 넙다리근막긴장근)의

근활성도는 30 ㎝ 계단에서 엉덩관절을 중립상태로 유지하면서 오르기와

내리기(조건 1), 엉덩관절을 내회전 상태로 유지하면서 오르기와 내리기(조건

2)의 두가지 조건에서 표면 근전도 시스템을 이용하여 측정하였고, 삼차원

동작시스템인 CMS-HS를 이용하여 엉덩관절의 중립 위치와 내회전 위치를

유지하는지 감시하였다. MatLab 6.5 프로그램을 이용하여 100% 주기로 계단

오르기와 내리기를 정량화하였고, 근전도 신호는 각 근육의 최대등척성수축으로

3회 반복한 값을 평균하여 %MVIC로 정량화하였다. 두가지 조건간에서

근활성도는 짝비교 t-검정(paired t-test)을 이용하여 계단 오르기와 내리기시

전체 주기와, 전체 주기를 20%씩 구분하여 비교하였다.

계단 오르기와 내리기시 전체 주기에서는 가쪽넓은근과 넙다리근막긴장근의

근활성도가 조건 1보다 조건 2에서 유의하게 증가하였고(p<0.05), 큰볼기근,

- vi -

엉덩벌림근, 안쪽빗넓은근의 근활성도는 조건간에 유의한 차이가 없었다(p>0.05).

계단 오르기시 각 구간에서 가쪽넓은근의 근활성도는 0∼20%, 20∼40%

구간에서, 넙다리근막긴장근의 근활성도는 전 구간에서 조건 1보다 조건 2에서

유의하게 증가하였고, 안쪽빗넓은근의 근활성도는 40∼60% 구간에서 조건 2보다

조건 1에서 유의하게 증가하였다. 계단 내리기시 각 구간에서는 가쪽넓은근의

근활성도는 0∼20%, 20∼40%, 40∼60% 구간에서, 안쪽빗넓은근의 근활성도는

0∼20%, 20∼40% 구간에서, 넙다리근막긴장근의 근활성도는 전 구간에서 조건

1보다 조건 2에서 유의하게 증가하였다. 그러나 큰볼기근과 엉덩벌림근의

근활성도는 계단 오르기와 내리기시 각 주기에서 조건간 유의한 차이가 없었다.

본 연구의 결과 계단 오르고 내리기시 엉덩관절의 내회전은 넙다리근막긴장근,

가쪽넓은근의 근활성도를 증가시킨다는 것을 알 수 있었다. 이러한 연구결과는

무릎넙다리 통증 증후군의 원인인 넙다리근막긴장근과 가쪽넓은근의 강한

수축으로 인한 무릎뼈의 외측 이동이 계단 오르기와 내리기같은 일상생활

동작에서 엉덩관절의 내회전 발생시 초래될 수 있다는 것을 제시해준다. 그러나

이러한 연구 결과는 향후 무릎넙다리 통증 증후군이 있는 환자에게 적용하여

계단 보행이나 평지 보행시 엉덩관절의 내회전이 하지 근육의 근활성도와

운동역학적 변화에 어떠한 영향을 주는지 알아보는 연구가 필요할 것이다.

핵심되는 말 : 계단 오르기와 내리기, 무릎넙다리 통증 증후군, 엉덩관절 내회전,

넙다리근막긴장근/안쪽빗넓은근/가쪽넓은근 근활성도.

- 1 -

제제제제1111장장장장 서론서론서론서론

무릎넙다리 통증증후군(patellofemoral pain syndrome: PFPS)은 가장 흔한

무릎관절(knee joint) 문제로 무릎넙다리 관절(patellofemoral joint)에서의

생역학적(biomechanic), 생화학적(biochemical) 변화로 인한 무릎뼈

뒤쪽(retropatellar)과 무릎뼈 주위(peripatellar)에 통증을 야기시키며(Blond,

and Hansen 1998), 젊은 성인 인구의 25%가 경험하는 가장 흔한 근골격계 질환

중 하나이다(McConnel 1996). 특히 여성에게서 호발하며 원인은 명백히

규명되지 않았으나 비정상적인 무릎뼈의 외측 이동(patellar lateral tracking)이

기여 요인으로 받아 들여지고 있다(Dye et al. 1999). 정상인에서 무릎뼈는

능동적인 무릎 폄(extension)과 굽힘(flexion)시 무릎뼈에 작용하는 여러

근육들의 힘의 균형으로 넙다리뼈(femur) 관절융기사이 고랑(intercondylar

groove)에서 움직이게 된다(Tang et al. 2001). 그러나 PFPS 환자의 경우

무릎뼈가 넙다리뼈 관절융기사이 고랑에서 밀려나 외측으로 이동하여 통증을

유발하고 관절면의 마모로 퇴행성 관절염을 초래하게된다(Quilty et al. 2003).

무릎뼈가 외측으로 밀려나는 이유는 무릎관절 외측 연부조직의 단축, 무릎관절

내측 연부조직의 느슨함(laxity), 비정상적인 무릎뼈의 위치, 무릎의 비정상적

정렬, 안쪽빗넓은근(vastus medialis oblique)의 수축력 상실 등이

있다(Neumann 2002). 또한 지속적인 앉기, 달리기, 쪼그려 앉기, 계단 오르기와

같은 활동들은 PFPS 환자에게서 무릎뼈의 외측 이동을 촉진시켜 PFPS의 증상을

악화시킨다(Crossley et al. 2000). 이 중 계단 오르고 내리기는 PFPS

환자에게서 가장 통증을 많이 유발시키는 일상생활동작 중 하나이다(Brechter,

- 2 -

and Powers 2002). 계단 오르고 내리기 동작은 평지 보행보다 무릎 폄근의

모멘트(moment)를 증가시키기 때문에 안쪽빗넓은근과 가쪽넓은근(vastus

lateralis)의 힘의 균형이 맞지 않은 환자에게 무릎뼈의 외측 이동을 더욱

증가시키고 반복적인 스트레스를 주게 된다(Andriacchi et al. 1980).

이러한 PFPS의 치료 방법은 수술적 치료 방법과 보존적 치료(conservative

treatment) 방법이 있는데 수술적 치료 방법은 보존적 치료가 실패했을 때

실시하는 것을 권장하고 있다(Federico, and Reider 1997). 보존적 치료

방법으로는 다양한 방법이 제시되고 있는데 무릎뼈의 정렬을 올바르게 하기 위한

안쪽빗넓은근의 선택적 강화, 엉덩정강띠(iliotibial band)의 신장운동, 무릎뼈의

관절 가동화 운동, 보조기를 이용한 발의 인체 운동학적 정렬, 테이핑 기법 등이

있다(Eng, and Pierrnowski 1994; Kujala 1991). Crossley 등(2001)은 위에

열거한 다양한 보존적 치료방법이 PFPS 환자의 치료에 효과가 있는지 알아보는

연구에서 단기간 통증을 감소시키고, 기능을 향상시킬 수 있다고 보고하였으나,

위약(placebo) 처방이 있는 대조군과 비교 연구가 부족하다고 하였다. Brosseau

등(2001)은 초음파 치료는 PFPS 환자에게 통증 감소에 유의한 차이가 없었다고

보고하였다. Cowan 등(2002)은 McConnell이 제안한 PFPS 치료에 대한

프로토콜, 즉 무릎뼈 테이핑(patellar taping), 표면 근전도 바이오피드백을

이용한 안쪽빗넓은근의 강화, 엉덩벌림근 강화 운동이 PFPS 환자의 통증 감소와

기능증진에 효과가 있다고 보고하였다. Heintjes 등(2003)은 약물치료보다는

운동치료가 PFPS 환자의 통증 감소와 기능증진에 효과가 있다고 보고하였다.

안쪽빗넓은근의 선택적인 강화는 무릎관절의 내측 안정성을 제공하여 무릎

넙다리 관절의 정상적인 정렬을 유지시키므로 무릎뼈의 외측 이동으로 인해

- 3 -

통증이 있는 환자들의 물리치료에 필수적으로 적용되고 있다(Lam, and Ng 2001).

효과적인 안쪽빗넓은근의 선택적 강화방법에 대한 연구에서 Hanten과

Schulthies(1990)는 엉덩관절(hip joint) 모음(adduction)시 안쪽빗넓은근의

근활성도가 증가한다고 보고하였다. 그들은 강한 엉덩관절 모음은 안쪽빗넓은근의

기시점(origin)을 안정스럽게 유지하여 주기 때문에 효과적인 안쪽빗넓은근의

선택적인 강화를 위해서는 엉덩관절 모음과 함께 훈련시켜야 한다고 주장하였다.

그러나 안쪽빗넓은근의 수축력이 있더라도 엉덩관절 벌림근(abductor)이 약하여

한발서기(single limb support)시 엉덩관절의 회전이 일어나면 무릎뼈의

비정상적인 정렬을 초래한다(Neumann 2002).

Delp 등(1999)은 엉덩관절 굽힘(flexion)에 따른 엉덩관절의 회전 모멘트의

변화를 알아보는 연구에서 엉덩관절의 굽힘이 증가할수록 엉덩관절의 내측 회전

모멘트가 증가 한다고 보고하였다. 이는 계단 오르고 내리기와 같이 엉덩관절

굽힘이 일어나는 활동에서 엉덩관절의 내측 회전 모멘트가 증가한다는 것을

의미한다. 엉덩관절의 내회전은 넙다리 전념(femoral anteversion)이 클 때

증가한다(Sahrmann 2001). Nyland 등(2004)은 넙다리 전념이 엉덩관절의

내회전에 기여한다는 가정하에 넙다리 전념이 큰 환자가 안쪽빗넓은근과

엉덩벌림근의 근활성도가 감소하였다고 보고하였다. 또한 엉덩관절의 내회전은

회내발(pronated foot)의 원인이 된다(Schamberger 2002). 회내발은 무릎

내측에 스트레스를 증가시키며 정강이(tibia)의 염전(torsion)을 초래하여

무릎관절의 비정상적인 정렬의 원인이 된다. 그러므로 계단을 오르고 내려갈때와

같이 무릎이 내측으로 회전하여 내반고(coxa varus)와 외반슬(genu valgus)

자세가 될수록 무릎의 외측지대(lateral retinaculum)와 엉덩정강띠의 연결이

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무릎뼈를 외측으로 이동시켜 하지의 비정상적인 정렬을 초래한다(Blauth, and

Tillmann 1983). 그러나 Lam과 Ng(2001)는 PFPS 환자에게서 엉덩관절과

무릎관절의 위치에 따른 넙다리네갈래근(quadriceps)의 근활성도를 알아보는

실험에서 효과적인 안쪽빗넓은근의 선택적 강화를 위해서는 엉덩관절 내회전과

무릎관절 굽힘 상태에서 근력운동을 실시하여야 한다고 보고하였다. 이는

엉덩관절 내회전이 무릎뼈의 외측 이동을 초래한다는 연구 결과와 반대되는

결과이다.

PFPS 환자에게서 무릎뼈의 외측 이동을 감소시켜 정상적인 무릎뼈의

움직임을 만들고자 많은 연구들이 진행되어 왔다. 그러나 기존의 연구는 무릎뼈

외측 이동의 원인을 안쪽빗넓은근의 수축력 상실이라는 원인만을 해결하기

위하여 무릎관절에서만 국한시켜 해결하려 하였다. PFPS 환자의 치료는 무릎관절

뿐만 아니라 엉덩관절 근육들의 선택적인 근력증진과 신장운동이 필요하며 또한

정강이의 염전과 발의 형태에 따른 무릎뼈 외측 이동의 원인을 기초로 근육

재교육이 필요하지만 아직 이와 관련된 연구는 부족한 실정이다(Nyland et al

2004). 더욱이 기존의 연구들은 정적인 상태에서의 치료법만을 제시하고 있고

계단 오르고 내리기와 같은 기능적인 활동과 연결시킨 연구는 부족한 실정이다.

따라서 본 연구에서는 계단 오르고 내리기시 엉덩관절의 내회전과 중립

위치에서 안쪽빗넓은근과 가쪽넓은근, 큰볼기근(gluteus maximus), 엉덩벌림근(gluteus

medius), 넙다리근막긴장근(tensor facia latae)의 근활성도를 비교함으로서

엉덩관절의 위치가 넙다리 주변근육에 어떠한 영향을 미치는지 알아보고자

다음과 같은 세부 목적을 가지고 연구를 실시하였다.

첫째, 엉덩관절을 중립과 내회전 자세를 유지하면서 계단 오르고 내리기시

- 5 -

전체 주기에서 각 근육들의 근활성도를 비교한다. 둘째, 계단 오르고 내리기

과정을 20% 주기로 구분하여 엉덩관절 중립과 내회전시 근활성도를 비교한다.

- 6 -

제제제제2222장장장장 연구연구연구연구 방법방법방법방법

2.1 2.1 2.1 2.1 연구연구연구연구 대상대상대상대상

본 연구의 목적과 방법에 대하여 실험 전에 연구 대상자에게 충분히 설명한 후

실험 참여에 동의한 연세대학교 원주캠퍼스에 재학중인 건강한 성인 남자 18명을

대상으로 실시 하였다. 하지에 선천적인 기형, 심각한 외과적 혹은 신경학적 질환,

지난 6개월 동안 하지의 외상, 발이나 허리부위의 통증을 경험했던 대상자는

제외시켰다. 또한 계단 내려오기시 무릎뼈가 엄지 발가락 보다 내측으로 이동하는

자, 안쪽빗넓은근 보다 가쪽넓은근의 근수축이 먼저 일어나는 자는 연구

대상자에서 제외시켰다. 그리고 위앞엉덩뼈가시(anterior superior iliac spine:

ASIS)와 무릎뼈의 중앙, 정강이 결절(tibial tubercle)을 연결하는

넙다리네갈래근 각(quadriceps angle: Q angle)을 측정하여 5~10° 범위에 있는

자만을 연구 대상자로 선정하였다.

연구 대상자의 평균 연령은 23.8세, 평균 신장은 172.9 ㎝, 평균 체중은 65.5

㎏ 이었다(표 1).

- 7 -

표 1. 연구 대상자의 일반적 특성 (N=18)

일반적 특징 평균±표준편차 범위

나이(세)

신장(㎝)

체중(㎏)

넙다리네갈래근 각(°)

23.8±2.1

172.9±4.1

65.5±5.7

8.3±1.5

20~28

164~179

56~78

5~10

2.22.22.22.2 실험실험실험실험 기기기기기기기기 및및및및 도구도구도구도구

2.2.1 2.2.1 2.2.1 2.2.1 삼차원삼차원삼차원삼차원 동작분석동작분석동작분석동작분석 시스템시스템시스템시스템

실험 과정동안 엉덩 관절의 중립과 내회전 각도를 유지하는지 알아보기 위하여

실시간 삼차원 동작 분석 시스템인 CMS-HS1를 사용하였다. 이 장비는 개인용

컴퓨터, 초음파 신호를 내보내는 직경 1 ㎝의 능동 표식자(active marker), Basic

Unit CMS-HS, 24개의 능동 표식자의 정보를 전달할 수 있는 케이블 어댑터,

그리고 초음파 신호를 인식하는 측정 감지기(measuring sensor MA-HS)로

구성된다. 능동 표식자의 공간상의 좌표는 앞(+)뒤(-)가 X축, 좌(-)우(+)가

Y축, 위(+)아래(-)가 Z축으로 정의되었다. 각도의 변화는 CMS-HS를 통해 10

㎐ 표본추출률(sampling rate)로 측정되었다. 윈도용 Windata 2.19 프로그램을

사용하여 각 표식자의 정보를 삼차원상 좌표로 전환하였으며 각 좌표 간의

실시간 각도변화를 저장하였다.

1 Zebris Medizintechnik GmbH, Isny, Germany.

- 8 -

2.2.2 2.2.2 2.2.2 2.2.2 표면근전도표면근전도표면근전도표면근전도 신호신호신호신호 및및및및 분석분석분석분석 시스템시스템시스템시스템

표면 근전도 자료 수집을 MP100WSW2와 최대 8개의 근전도 신호를 처리할 수

있는 Bagnoli EMG System 3 을 사용하였다. 표면근전도의 전극은 DE-3.1 이중

차등(double differential) 전극들과 접지전극(ground electrode)을 사용하였다.

이중 차등 전극의 배치는 폭 1 ㎜, 길이 10 ㎜의 순은 막대 3개가 10 ㎜ 간격으로

나란히 배열되었으며, 양쪽 끝의 두 개는 활성전극(active electrode), 가운데

하나는 기준전극(reference electrode)으로 하여 이중 차등 앰프에 연결하였다.

또한 5개 채널의 표면근전도 아날로그 신호와 MP100에서 디지털 신호로 전환된

아날로그 신호는 개인용 컴퓨터에서 Acqknowledge 3.724 소프트웨어를 이용하여

자료를 수집하였다.

근전도 신호의 표본추출률(sampling rate)은 1000 ㎐로 설정하였고, 주파수

대역폭(bandwidth)은 Bagnoli EMG System의 측정 주파수 대역 필터인 20~

450 ㎐와 60 ㎐ 노치 필터(notch filter)를 사용하였다. 계단 오르기와 내리기

주기 동안의 각 근육별 근전도 신호를 RMS(root mean square)처리하여

아스키(ASCII) 형태로 전환하여 분석하였다.

2.2.3 2.2.3 2.2.3 2.2.3 계단계단계단계단

대상자의 계단 오르고 내리기시 사용한 계단의 높이는 30 ㎝, 가로 60 ㎝,

세로 30 ㎝ 이였다(그림 1).

2 BIOPAC System Inc. CA, USA. 3 Delsys Inc. Boston, MA, USA. 4 BIOPAC System Inc. Santa Barbara, USA.

- 9 -

그림 1. 계단의 모형.

2.3 2.3 2.3 2.3 실험실험실험실험 방법방법방법방법

2.3.1 2.3.1 2.3.1 2.3.1 근전도근전도근전도근전도 전극전극전극전극 및및및및 표식자표식자표식자표식자 부착부착부착부착

본 실험에 참가하기 전에 하지의 근전도 신호량을 알아보기 위해 계단

오르기와 내리기시 무릎관절의 폄과 엉덩관절의 폄, 벌림에 주로 작용하는 근육인

안쪽빗넓은근, 가쪽넓은근, 큰볼기근, 엉덩벌림근, 넙다리근막긴장근을 선택하였다.

기존의 연구를 참조하여 각 근육의 전극 부착 부위를 유성펜으로 작게 표시

하였다(Cram, Kasman, and Holtz 1998)(표 2). 표시된 부위를 참조하여 맨손

근력검사(manual muscle testing: MMT)의 최대 근수축시 뚜렷이 보이는 근복에

근전도 전극 부착부위를 최종적으로 표시하였다. 표면근전도 신호에 대한

피부저항을 감소시키기 위해 부착부위를 가는 사포로 3~4회 문질러 피부

각질층을 제거하고, 소독용 알코올로 피부지방을 제거한 후에 소량의 전해질

젤(electrolyte gel)을 바른 표면전극을 피부에 부착하였고 접지전극(ground

electrode)은 오른쪽 손목에 부착하였다. 계단 오르고 내리기시 엉덩관절의 회전

- 10 -

각도를 측정하기 위하여 2개의 삼중 표식자(triple marker)를 ASIS와

무릎관절의 가쪽 위관절융기(lateral epicondyle)에 유성펜으로 표시하고

부착하였다(그림 2).

표 2. 근전도 전극의 근육별 부착 위치

근육 전극의 부착 위치

큰볼기근

가쪽넓은근

안쪽빗넓은근

엉덩벌림근

넙다리근막긴장근

넙다리뼈의 큰 돌기와 엉치뼈의 중간

무릎뼈에서 외측상방 3~5 ㎝

무릎뼈의 위 모서리로부터 내측상방 2 ㎝ (55° 방향)

엉덩뼈 능선과 넙다리뼈의 큰 돌기 사이의 근위부 2 ㎝

위앞엉덩뼈가시 2 ㎝ 아래

그림 2. 표식자 부착 위치.

2.3.2 2.3.2 2.3.2 2.3.2 실험실험실험실험 설계설계설계설계

계단 오르기와 내리기시 두 가지 다른 조건에서 실험을 실시하였다. 조건 1은

- 11 -

엉덩관절을 중립 상태로 유지하며 계단 오르기와 내리기였고, 조건 2는

엉덩관절을 내회전 상태로 유지하며 계단 오르기와 내리기였다.

계단 오르기 자세와 내리기 자세를 구분하여 오르기 자세부터 측정하였다.

측정 전 예비 계단 오르기에서 각 근육의 근전도 신호가 정상적인 신호가

나타나는지를 확인한 후 본 실험을 실시하였다. 대상자들의 계단 오르기 속도를

일정하게 유지하기 위하여 미리 정해 둔 메트로놈(metronome)의 속도에 따라

3회 예비 연습을 하였다. 오르기 시작 자세에서 삼차원 동작 분석기의 표식자

보정(calibration)을 위해 엉덩관절 중립위치에서 3초간 유지하게 한 후 보정을

하고 조건 1 오르기를 3회 실시하며 측정하였고(그림 3), 조건 2 오르기를 3회

실시하며 측정하였다. 실험의 순서는 무작위로 선택되었다. 실험자의 ‘시작’

구령과 함께 실험자는 근전도와 삼차원 동작분석기를 동기화하여 측정을

시작하였다. 실험자는 대상자에게 엉덩관절의 중립과 내회전 각도를 유지하도록

삼차원 동작분석기의 각도 변화를 주시하게 하였다. 오르기 실시 후 내리기

시작자세에서 오르기와 같은 방법으로 조건1과 2를 측정하였다(그림 4).

- 12 -

그림 3. 오르기 시작 자세.

그림 4. 내리기 시작 자세.

2.3.3 2.3.3 2.3.3 2.3.3 최대등척성수축최대등척성수축최대등척성수축최대등척성수축 근전도근전도근전도근전도 신호량신호량신호량신호량 측정측정측정측정

표식자를 제거한 후 안쪽빗넓은근, 가쪽넓은근, 큰볼기근, 엉덩벌림근, 그리고

넙다리근막긴장근의 활동전위를 정량화하기 위해 맨손근력검사 자세에서

최대등척성수축(maximal voluntary isometric contraction: MVIC)시 각 근육의

근활성도를 측정하였다. 5초 동안의 자료값을 RMS 처리 한 후 처음과 마지막

- 13 -

1초를 제외한 3초 동안의 평균 근전도 신호량을 100% MVIC로 사용하였다.

2.42.42.42.4 분석분석분석분석 방법방법방법방법

2.4.1 2.4.1 2.4.1 2.4.1 자료자료자료자료 처리처리처리처리 및및및및 정량정량정량정량화화화화

계단 오르기와 내리기시 전체 주기는 MatLab 6.5 프로그램5을 이용하여 계단

오르고 내리기를 각각 전체 주기 100%로 정량화하였다. 또한 각각의 근전도

신호는 100% MVIC로 정량화 하였다.

2.4.2 2.4.2 2.4.2 2.4.2 통계통계통계통계 방법방법방법방법

엉덩관절 회전에 따른 조건 1로 계단 오르기와 내리기, 조건 2로 계단

오르기와 내리기시 전체주기에서의 근활성도의 평균과 전체주기를 20% 구간씩

나누어 각 구간에서 조건 1과 조건 2의 각 근육들의 근활성도의 평균을 비교하기

위해 짝 비교 t-검정(paired t-test)을 실시하였다. 통계학적 유의수준을

검정하기 위하여 α는 0.05로 하였으며 자료의 통계처리를 위해 상용

통계프로그램인 윈도용 SPSS (Statistical Package for the Social Sciences)

12.0 프로그램을 사용하였다.

5 Math Works Inc., MA, USA.

- 14 -

제제제제3333장장장장 결과결과결과결과

3.1 3.1 3.1 3.1 계단계단계단계단 오르오르오르오르기와기와기와기와 내리기시내리기시내리기시내리기시 조건에조건에조건에조건에 따른따른따른따른 엉덩관절엉덩관절엉덩관절엉덩관절 내내내내회전회전회전회전 각각각각

도의도의도의도의 비교비교비교비교

대상자들은 계단 오리기 시 조건 1에서 엉덩관절 내회전 각도가 전구간 평균

2.2°이었고, 조건 2에서 엉덩관절 내회전 각도가 전구간 평균 28.5°이었다.

내리기 시에는 조건 1에서 전구간 평균 4.8°이였고, 조건 2에서는 31.4°이었

다(표 3).

표 3. 조건에 따른 계단 오르기와 내리기시 엉덩관절의 내회전 각도

실험조건 오르기 내리기

조건 1 2.2±3.8a -0.6~5.6b 4.8±3.4 0.7~6.2

조건 2 28.5±12.8 17.9~42.7 31.4±11.2 21.8~43.7 a 평균±표준편차. b 범위.

3.23.23.23.2 전체전체전체전체 주기주기주기주기 동안동안동안동안 조건에조건에조건에조건에 따른따른따른따른 각각각각 근육의근육의근육의근육의 근전도근전도근전도근전도 신호량신호량신호량신호량

(%MVIC)(%MVIC)(%MVIC)(%MVIC)

3.23.23.23.2.1 .1 .1 .1 전체전체전체전체 주기주기주기주기 동안동안동안동안 근육별근육별근육별근육별 근전도근전도근전도근전도 신호량신호량신호량신호량

그림 5, 6은 계단 오르기와 내리기시 각 조건에 따른 근육별 근전도 신호량을

100%MVIC로 정규화하여 나타낸 곡선이다. 계단 오르기시에는 조건 2에서

안쪽빗 넓은근과 가쪽넓은근의 근활성도 최대값이 20∼40% 주기에서 나타났고

- 15 -

계단 내리기시에는 60∼80% 주기에서 나타났다. 넙다리근막긴장근은 계단

오르기와 내리기시 조건 2에서 40∼60% 구간에서 최대값이 나타났다.

큰볼기근과 엉덩 벌림근은 계단 오르기와 내리기시 조건 1과 2에서 비슷한

근전도 신호량 곡선을 보였다.

- 16 -

GM: 큰볼기근, VL: 가쪽넓은근, VMO: 안쪽빗넓은근, Gmed: 엉덩벌림근,

TFL: 넙다리근막긴장근.

조건 1: 엉덩관절 중립, 조건 2: 엉덩관절 내회전

그림 5. 계단 오르기시 조건에 따른 전체 주기동안 각 근육들의 근전도 신호량.

GM

0 20 40 60 80 1000

5

10 1조조

2조조

(% cycle)주주주주주주주주

(%M

VIC

)근근 근근근근 근근근근 근근근근 근근

VL

0 20 40 60 80 1000

10

20 1조조

2조조


(%M

VIC


VMO

0 20 40 60 80 1000

10

20

1조조

2조조


(%M

VIC


Gmed

0 20 40 60 80 1000

5

10 1조조

2조조


(%M

VIC


TFL

0 20 40 60 80 1000

5

10 1조조

2조조


(%M

VIC


계계계계계계계계계계계계계계계계주주주주

- 17 -




그림 6. 계단 내리기시 조건에 따른 전체 주기동안 각 근육들의 근전도 신호량.

GM

0 20 40 60 80 1000.0

2.5

5.0 1조조

2조조

(% cycle)주주주주 주주주주

(%M

VIC


VL

0 20 40 60 80 1000

10

20 1조조

2조조


(%M

VIC


VMO

0 20 40 60 80 1000

10

20 1조조

2조조


(%M

VIC


Gmed

0 20 40 60 80 1000.0

2.5

5.0 1조조

2조조


(%M

VIC


TFL

0 20 40 60 80 1000

5

10 1조조

2조조


(%M

VIC


계계계계계계계계 계계계계계계계계주주주주

- 18 -

3.23.23.23.2.2 .2 .2 .2 전체전체전체전체 주기주기주기주기 동안동안동안동안 근육별근육별근육별근육별 근전도근전도근전도근전도 신호량신호량신호량신호량 비교비교비교비교

계단 오르기와 내리기시 조건에 따른 근육들의 근전도 신호량은 가쪽넓은근과

넙다리근막긴장근이 조건 2에서 유의하게 증가하였으나(p<0.05), 큰 볼기근, 엉

덩벌림근, 안쪽빗넓은근에서는 조건간에 유의한 차이가 없었다(p>0.05)(표 4)

(표 5)(그림 7)(그림 8).

표 4. 계단 오르기 전체 주기동안 조건에 따른 근육별 근전도 신호량 비교

(단위: %MVIC)

실험 조건 근육

조건 1 조건 2 t p

큰볼기근 1.66±0.88a 2.58±1.83 -1.675 0.112

가쪽넓은근 6.94±2.10 9.69±4.70 -2.579 0.020*

안쪽빗넓은근 11.68±6.07 8.87±3.24 1.844 0.083

엉덩벌림근 2.56±1.61 2.80±1.73 -0.364 0.720

넙다리근막긴장근 0.71±0.36 4.24±2.23 -6.443 0.000* * p<0.05. a 평균±표준편차.

- 19 -

표 5. 계단 내리기 전체 주기동안 조건에 따른 근육별 근전도 신호량 비교

(단위: %MVIC)

실험 조건 근육

조건 1 조건 2 t p

큰볼기근 0.99±0.80a 1.34±1.36 -0.915 0.373

가쪽넓은근 5.44±1.96 7.77±3.62 -2.353 0.031*

안쪽빗넓은근 7.03±2.39 7.24±3.00 -0.180 0.860

엉덩벌림근 1.42±0.77 1.62±1.47 -0.465 0.648

넙다리근막긴장근 0.97±0.53 5.32±2.87 -6.167 0.000* * p<0.05. a 평균±표준편차.

- 20 -

계계계계계계계계계계계계계계계계주주주주

GM VL VMO Gmed TFL0

5

10

15 1조조

2조조

*

*

(%M

VIC


* p<0.05




그림 7. 계단 오르기시 전체 주기동안 각 근육의 평균 근활성도 비교.

- 21 -

* p<0.05.




그림 8. 계단 내리기시 전체 주기동안 각 근육의 평균 근활성도 비교.

3.33.33.33.3 조건에조건에조건에조건에 따른따른따른따른 20% 20% 20% 20% 구간별구간별구간별구간별 각각각각 근육의근육의근육의근육의 근전도근전도근전도근전도 신호량신호량신호량신호량

(%(%(%(%MVIC)MVIC)MVIC)MVIC)

3.33.33.33.3.1 .1 .1 .1 계단계단계단계단 오르기시오르기시오르기시오르기시 조건에조건에조건에조건에 따른따른따른따른 구간별구간별구간별구간별 근전도근전도근전도근전도 신호량신호량신호량신호량 비교비교비교비교

계단 오르기 전체 주기를 20%씩 구분하여 근전도 신호량을 비교한 결과

조건에 따른 각 근육의 근활성도는 가쪽넓은근은 0∼20%, 20∼40% 구간에서

조건 2에서 유의하게 높았으며, 안쪽빗넓은근은 40∼60% 구간에서 조건 1이

유의하게 높았다(p<0.05). 넙다리근막긴장근은 전 구간에서 조건 2가 유의하게

계계계계계계계계 계계계계계계계계주주주주

GM VL VMO Gmed TFL0

5

10

15 1조 조

2조 조

*

*

(%M

VIC


- 22 -

높았으며(p<0.05), 큰볼기근과 엉덩벌림근은 전 구간에서 유의한 차이가

없었다(p>0.05)(표 6)(그림 9).

표 6. 계단 오르기시 각 구간에서의 조건에 따른 평균 근활성도 비교

구간(%) 조건 큰볼기근 p 가쪽넓은근 p 안쪽빗넓은근 p 엉덩벌림근 p 넙다리근막긴장근 p

1 1.02±0.75a 3.00±1.75 8.63±10.96 1.28±1.22 0.34±0.14

0-20

2 2.13±2.62

0.115

7.96±5.56

0.003*

8.15±5.81

0.868

1.40±1.03

0.779

2.02±2.54

0.012*

1 1.76±0.90 8.84±2.40 19.03±11.75 2.23±1.83 0.60±0.36

20-40

2 3.19±2.80

0.085

13.89±7.14

0.017*

13.84±5.52

0.073

2.74±1.76

0.472

5.29±1.19

0.001*

1 2.64±1.48 12.22±5.63 17.74±6.09 3.83±2.93 0.89±0.42

40-60

2 3.30±2.43

0.404

13.31±7.30

0.486

11.68±5.08

0.000*

3.68±2.09

0.873

6.04±3.17

0.000*

1 1.77±1.12 7.18±3.94 9.09±4.86 3.49±1.82 1.19±0.83

60-80

2 2.56±1.91

0.160

9.04±6.02

0.069

7.63±5.27

0.196

3.80±2.82

0.726

4.94±1.44

0.000*

1 1.07±0.67 3.35±1.87 3.73±3.60 1.93±0.86 0.53±0.32

80-100

2 1.70±1.31

0.130

4.05±2.55

0.165

2.90±2.07

0.383

2.35±2.04

0.475

2.86±1.09

0.000*

a 평균±표준편차. * p<0.05.

- 23 -

* p<0.05.




그림 9. 계단 오르기시 각 구간에서의 근육별 평균 %MVIC.

GM

0-20 20-40 40-60 60-80 80-1000

1

2

3

4 1조 조

2조 조

(% )구구구구구구구구

(%M

VIC


VL

0-20 20-40 40-60 60-80 80-1000

10

20 1조 조

2조 조

*

*


(%M

VIC


VMO

0-20 20-40 40-60 60-80 80-1000

5

10

15

20

25 1조 조

2조 조*


(%M

VIC


Gmed

0-20 20-40 40-60 60-80 80-1000

1

2

3

4

5 1조 조

2조 조


(%M

VIC


TFL

0-20 20-40 40-60 60-80 80-1000

1

2

3

4

5

6

7 1조 조

2조조

*

* *

*

*


(%M

VIC


구구구구구구구구구구구구계계계계계계계계 계계계계 계계계계주주주주

- 24 -

3.33.33.33.3.2 .2 .2 .2 계단계단계단계단 내리기시내리기시내리기시내리기시 조건에조건에조건에조건에 따른따른따른따른 구간별구간별구간별구간별 근전도근전도근전도근전도 신호량신호량신호량신호량 비교비교비교비교

계단 내리기 전체 주기를 20%씩 구분하여 근전도 신호량을 비교한 결과

조건에 따른 각 근육의 근활성도는 가쪽넓은근은 0∼20%, 20∼40%, 40∼60%

구간에서 조건 2에서 유의하게 높았으며, 안쪽빗넓은근은 0∼20%, 20∼40%

구간에서 조건 2에서 유의하게 높았다(p<0.05). 넙다리근막긴장근은 전 구간에서

조건 2에서 유의하게 높았으며(p<0.05), 큰볼기근과 엉덩벌림근은 전 구간에서

유의한 차이가 없었다(p>0.05)(표 7)(그림 10).

표 7. 계단 내리기 시 각 구간에서의 조건에 따른 평균 근활성도 비교

구간(%) 조건 큰볼기근 p 가쪽넓은근 p 안쪽빗넓은근 p 엉덩벌림근 p 넙다리근막긴장근 p

1 0.93±0.73a 1.48±0.64 1.23±0.60 1.71±0.78 0.83±0.51

0-20

2 1.07±0.98

0.677

4.07±2.29

0.001*

3.11±2.27

0.009*

1.73±1.18

0.951

4.16±2.78

0.000*

1 0.94±0.73 4.01±1.68 3.52±1.58 1.74±1.06 1.04±0.58

20-40

2 1.23±1.11

0.392

7.49±5.08

0.013*

6.33±4.38

0.039*

1.93±1.42

0.706

6.58±4.40

0.000*

1 0.98±0.79 7.05±2.47 8.52±1.83 1.34±0.70 1.11±0.66

40-60

2 1.58±1.70

0.176

10.70±5.37

0.016*

10.44±4.69

0.173

1.70±1.64

0.451

7.19±3.81

0.000*

1 0.99±0.79 9.08±3.94 12.76±5.28 1.23±0.76 1.09±0.16

60-80

2 1.58±1.88

0.243

10.94±5.50

0.238

10.57±3.78

0.260

1.52±2.00

0.593

5.77±2.94

0.000*

1 1.10±0.94 6.73±3.55 11.10±7.89 1.12±0.72 0.84±0.55

80-100

2 1.34±1.39

0.574

6.53±3.73

0.880

6.50±3.28

0.069

1.31±1.60

0.670

3.37±1.73

0.000*

a 평균±표준편차. * p<0.05.

- 25 -

* p<0.05.



그림 10. 계단 내리기시 각 구간에서의 근육별 평균 %MVIC.

GM

0-20 20-40 40-60 60-80 80-1000.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5 1조 조

2조 조


(%M

VIC


VL

0-20 20-40 40-60 60-80 80-1000.0

2.5

5.0

7.5

10.0

12.5 1조 조

2조 조

*

*

*


(%M

VIC


VM O

0-20 20-40 40-60 60-80 80-1000

5

10

15 1조 조

2조 조

*

*


%M

VIC

근근 근근근근 근근근근 근근근근 근근

G med

0-20 20-40 40-60 60-80 80-900.0

2.5

5.0 1조 조

2조 조


(%M

VIC


T FL

0-20 20-40 40-60 60-80 80-1000

5

10 1조 조

2조 조

*

* *

*

*


(%M

VIC


구구구구구구구구구구구구 계계계계계계계계 계계계계계계계계 주주주주

- 26 -

제제제제4444장장장장 고찰고찰고찰고찰

전통적으로 PFPS 환자의 무릎뼈 외측 이동을 방지하기 위한 안쪽빗 넓은근의

근력강화 운동은 PFPS의 물리치료에 필수적으로 적용되었다. Lam과

Ng(2001)은 PFPS 환자를 위한 안쪽빗넓은근의 선택적 근력강화 운동을 위한

하지의 운동자세를 알아보는 연구에서 엉덩관절 내회전과 무릎관절 굽힘 40°일

때 근활성도가 최대로 나타나기 때문에 이 자세에서의 운동을 권장하였다. 반면

Nyland 등(2004)은 넙다리 전념이 엉덩관절의 내회전에 기여한다는 가정하에

넙다리 전념이 큰 환자의 안쪽빗넓은근과 엉덩벌림근의 근활성도가 감소하였다고

보고하였다. 이는 엉덩관절의 회전 위치에 따라 안쪽빗넓은근의 근활성도가

다양하게 나타나고 있다는 것을 반영해준다. 이에 본 연구는 계단 오르기와

내리기시 엉덩관절이 중립위치와 내회전위치에 있을때 안쪽빗넓은근, 가쪽넓은근,

큰볼기근, 엉덩벌림근, 넙다리근막긴장근의 근활성도를 비교하였다.

대상자 선정은 무릎뼈 외측 이동의 원인을 고려하여 선정하였다. 즉, PFPS

환자는 안쪽빗넓은근과 가쪽넓은근의 동시수축(cocontraction)에서 가쪽넓은근의

근수측이 먼저 일어나므로(Cowan et al. 2002) 근수축 시간(muscle contraction

time)을 검사하여 가쪽넓은근의 근수축이 먼저 일어나는 자를 제외시켰다. 또한

계단 내려오기 검사(step down test)시 무릎뼈가 엄지 발가락보다 내측으로

이동하는 자와 넙다리네갈근각이 10°이상인 자(Tang et al. 2001)는 PFPS의

위험요소가 있는 자로 간주하여 연구 대상자에서 제외시켰다.

무릎뼈의 외측 이동을 측정하는 것은 무릎뼈 외측 이동의 원인을 직접적으로

제시해주므로 가장 이상적인 방법이나 비침습적(noninvasive)인 방법으로는

- 27 -

측정이 어려워 X-ray 영상법이나 자기공명영상법(magnetic resonance

imaging)으로 측정하고 있다(Lin et al. 2004). 그러나 이러한 방법도 하지의

움직임이 있으면 측정에 어려움이 있으므로 본 연구에서는 엉덩관절의 내회전이

있을 때 하지에서 내반고와 외반슬이 증가하여 외측지대와 엉덩정강띠의 연결이

무릎뼈의 비정상적 정렬을 초래한다는 가정으로 움직임시 관절의 각도 측정이

용이한 삼차원 동작분석기로 엉덩관절의 내회전을 측정하였다.

본 연구에서는 계단 오르기와 내리기시 전체주기에서 엉덩관절이 내회전이 될

때 넙다리근막긴장근과 가쪽넓은근의 근활성도가 유의하게 증가하였다(p<0.05)(표

4)(표 5). 이는 엉덩 관절의 내회전이 있을시 넙다리근막긴장근과 가쪽넓은근이

강하게 수축하여 무릎뼈의 외측 이동에 기여한다고 할 수 있다. 무릎뼈를

외측으로 이동 시키는 근육들의 근활성도가 증가하였다고 무릎관절의 스트레스가

증가하였다고 할 수는 없으나 근전도는 근육에 걸리는 부하를 객관적으로 측정할

수 있는 방법이라고 하였다(Nordander et al. 2000). 엉덩관절의 내회전이

넙다리 근육들의 근활성도 비와 근수축 개시시간에 어떠한 영향을 주는지에 대한

연구 결과는 다양하게 제시되고 있다. Lam과 Ng(2001)는 엉덩관절 굽힘과

내회전 자세에서 등척성(isometric)운동시 안쪽빗넓은근과 가쪽넓은근의

근활성도 비에서 안쪽빗넓은근의 비가 크다고 하였다. 그러나 Powers

등(1996)은 PFPS 환자의 평지 보행이나 계단 오르기 등 기능적인 활동 수행시

안쪽빗넓은근과 가쪽넓은근의 근활성도에는 유의한 차이가 없었다고 보고하였다.

또한 Karst와 Willett(1995)은 PFPS 환자군에서 안쪽빗넓은근과 가쪽넓은근의

근 수축 개시시간은 유의한 차이가 없었다고 보고하였다.

본 연구의 결과에서는 계단 오르기와 내리기시 전체구간에서 엉덩관절

- 28 -

내회전에 따른 안쪽빗넓은근의 근활성도에는 유의한 차이가 없었고 가쪽넓은근과

넙다리근막긴장근을 유의하게 증가시켰다. 이는 계단 오르기와 내리기시 엉덩관절

내회전은 안쪽빗넓은근의 근활성도를 증가시키기보다는 가쪽넓은근과

넙다리근막장근의 근활성도를 증가시킨다는 것을 반영해준다. 넙다리근막긴장근은

엉덩정강띠와 연결되어 있어서 넙다리근막장근이 강하게 수축하게 되면

엉덩정강띠를 단축 시키게 되고 엉덩정강띠는 외측지대에 연결되어 있어

무릎뼈를 외측으로 이동 시키게 된다. 그러므로 계단 오르기와 내리기 같은

활동에서 엉덩관절 내회전이 일어나는 것은 무릎뼈의 외측이동의 원인이 된다고

사료되며 그 결과 PFPS 환자의 치료를 위해서는 안쪽빗넓은근의 강화와 함께

하지의 전반적인 근육의 작용과 계단 오르기와 내리기 같은 일상생활에서의 운동

손상을 고려하여야할 것이다.

계단 오르기와 내리기시 전체 구간에서 큰볼기근과 엉덩벌림근은 엉덩관절의

내회전에 따른 유의한 차이가 없었다. Delp 등(1999)은 엉덩관절

외회전(external rotation)이 큰볼기근의 모멘트를 증가시킨다고 하였다. 본

연구에서는 엉덩관절의 내회전과 중립상태에서 측정하였기에 큰볼기근의

근활성도는 유의한 차이가 없었다고 사료된다. 그러나 계단 내려오기시 20%

구간별 큰볼기근의 근활성도는 엉덩관절의 내회전과 중립 상태 모두에서 전

주기마다 일정한 근활성도를 보였다. 이는 큰볼기근이 계단 내려오기시

엉덩관절의 안정성 유지를 위해 원심성 수축(eccentric contraction)으로

작용한다는 것을 알 수 있다(Andriacchi et al. 1980). 엉덩벌림근은 한발 서기시

체간을 시상면(sagittal plane)에서 안정성을 제공하지만(Neumann 2002), 본

연구에서는 유의한 차이가 없었다. 이는 대상자가 모두 하지에 이상이 없는

- 29 -

건강한 성인으로 선정되었으므로 30 ㎝ 계단을 오르고 내리는 것이 체간의

안정성을 위협하는 정도의 과제가 아니었다고 사료되며 앞으로 PFPS 환자군과

비교하여 시행하는 연구가 필요할 것이다.

`전체 주기를 20%로 구분하여 계단 오르고 내리기시 각 근육들의 근활성도를

비교한 결과 전체 주기에서와 마찬가지로 가쪽넓은근과 대퇴근막장근이 엉덩관절

내회전이 있을 때 근활성도가 유의하게 증가하였다(p<0.05)(표 6)(표 8).

Brechter와 Powers(2002)는 계단 오르기와 내리기를 100%로 정규화하여 무릎

넙다리 관절에 가해지는 스트레스를 알아보는 연구에서 오르기의 경우 처음

20∼40% 구간에서, 내리기는 마지막 60∼80% 구간에서 무릎관절의 관절

반발력(joint reaction force)이 최대였고 PFPS 환자군과 대조군 간에는 차이가

없었다고 보고하였다. 본 연구의 결과도 위의 연구결과와 같은 구간인 오르기

20∼40% 구간과 내리기 60∼80% 구간에서 안쪽빗넓은근과 가쪽넓은근의

근활성도는 최대가 되었다. 이 구간은 무릎관절의 굽힘이 최대가 되는 지점으로

사료되며 무릎관절의 과도한 굽힘이 있을 경우 관절의 스트레스와 함께 근육들의

근활성도도 증가한다는 것을 알 수 있다. 넙다리근막긴장근은 각 구간에서 모두

엉덩관절 중립시 보다 내회전이 있을 때 근활성도가 증가하였고 가쪽넓은근은

오르기시 0∼40% 구간, 내리기시 0∼60% 구간에서 엉덩관절 내회전시

근활성도가 증가하였다. 이는 계단 오르고 내리기 동작의 시작부터 종료까지

이러한 근육들이 지속적으로 수축하고 있다는 것을 알려주며 이와 같은 동작을

반복하는 것은 가쪽넓은근과 넙다리근막긴장근의 근활성도를 증가시켜 무릎뼈의

외측 이동의 원인으로 작용한다고 사료된다. 전체구간에서는 안쪽빗넓은근의

근활성도는 통계적 유의성은 없었지만 무릎관절 굽힘이 최대가 되는 구간에서는

- 30 -

엉덩관절 중립시에 근활성도가 높았고, 무릎관절 굽힘이 적은 구간에서는

엉덩관절 내회전시에 근활성도가 높았다. 계단 오르기시 40∼60% 구간에서

엉덩관절 중립시 근활성도가 유의하게 증가하였다. 그러나 계단 내리기시에는

0∼40% 구간까지 엉덩관절 내회전시 근활성도가 유의하게 증가하였다. 앞으로

무릎관절 굽힘과 엉덩관절 내회전에 따른 하지 근육의 근활성도를 알아보는

연구가 필요할 것이다.

계단 오르기와 내리기는 일상생활 동작에서 흔히 나타나는 활동이지만

무릎관절의 반복적인 굽힘과 폄으로 인하여 무릎 넙다리 관절의 스트레스를 증가

시키며(Anderson, and Herrington 2003), 특히 엉덩관절의 벌림근이 약하여

한발 서기 시 체간의 안정성을 유지시키지 못할 때는 계단 오르고 내리기가

무릎뼈 외측 이동을 더욱 강화시킬 수 있다. 조직에 가해지는 적당한 스트레스는

조직 손상의 역치를 높여주어 조직의 안정성을 유지해 주지만 반복적으로

가해지는 스트레스는 오히려 조직 손상의 원인이 된다(Mueller, and Maluf 2002).

그러므로 정상 성인에서 시뮬레이션한 본 연구결과와 같이 정상인에서도

엉덩관절의 내회전이 일어나면 가쪽넓은근과 넙다리근막긴장근의 근활성도가

증가하고 이와 같은 방법으로 반복적인 계단 오르고 내리기를 하게되면

넙다리근막긴장근이 우세하게 작용하는 운동패턴이 발생하여 상대적으로

안쪽빗넓은근의 근수축력을 약화시켜 무릎뼈 외측 이동의 원인이될 수 있다.

현재 PFPS 환자에게 적용되는 물리치료는 치료실 내에서만 이루어지고 있는

실정이다. 또한 무릎관절에서만 무릎뼈 외측 이동의 원인을 해결시키려 하기

때문에 안쪽빗넓은근의 수축력 회복에만 초점을 맞추고 있다. 효과적인 근골격계

치료를 위해서는 증상의 원인을 밝혀내고 그에 따른 전반적인 치료를 시행해야

- 31 -

한다. 기존의 연구결과와 본 연구의 결과로 미루어볼 때 계단을 오르고 내릴 때

엉덩관절의 내회전이 무릎관절에 영향을 주는 가쪽넓은근과 넙다리근막긴장근의

근활성도를 증가 시킨다는 것을 알았다. 만약 넙다리 전념이나 엉덩관절

외회전근이 약하여 엉덩관절 내회전이 된 상태로 계단 오르기나 내리기, 평지

보행을 지속적으로 반복할 때에는 가쪽넓은근과 넙다리근막긴장근이 우세하게

작용하여 무릎뼈의 불안정성을 초래할 수 있다. 그러므로 앞으로 무릎관절의

안정성을 위해서는 치료실뿐 아니라 계단 오르기나 내리기, 평지 보행시와 같은

일상생활동작에서 엉덩관절을 중립에 유지시킬 수 있는 능력을 훈련시켜야할

것이다.

앞으로 PFPS 환자를 대상으로 엉덩관절 내회전이 엉덩관절과 무릎관절 주변

근육들의 근활성도에 미치는 영향을 알아보는 연구뿐만 아니라 운동역학(kinetic)적으로

어떤 영향을 미치는지 알아보는 연구가 필요할 것이다.

- 32 -

제제제제5555장장장장 결론결론결론결론

본 연구에서는 엉덩관절의 내회전에 따른 계단 오르고 내리기시 무릎관절 폄과

엉덩관절 벌림에 작용하는 넙다리 근육들의 근활성도가 어떻게 변하는지

알아보았다. 연구대상자는 건강한 성인 18명을 대상으로 하였으며, 계단 오르고

내리기시 5개 근육의 근활성도를 표면 근전도 시스템을 사용하여 측정하였고

삼차원 동작분석시스템인 CMS-HS로 엉덩관절 회전 각도를 감시하였다. 계단

오르고 내리기는 엉덩관절의 중립상태를 유지하며 시행한 조건 1과 내회전을

유지하며 시행한 조건 2에서 실시하였다. 연구결과는 다음과 같다.

1. 대상자들은 엉덩관절을 중립으로 유지하고 계단 오르기시 엉덩관절

내회전 각도가 전구간 평균 2.2°로 유지하였고, 엉덩관절을 내회전으로

유지하며 계단 오르기시 28.5°로 유지하였다. 계단 내리기시에는

엉덩관절 중립시 내회전 각도가 전구간 평균 4.8°로 유지하였고,

엉덩관절 내회전에서 31.4°로 유지하였다.

2. 계단 오르기와 내리기시 전체 주기에서 가쪽넓은근과 넙다리근막장근의

근활성도는 조건 2에서 유의하게 증가하였으나(p<O.05), 큰볼기근,

엉덩벌림근, 안쪽빗넓은근에서는 유의한 차이가 없었다(p>0.05).

3. 계단 오르고 내리기시 전체 주기를 20%씩 구분하여 근활성도를 비교한

결과 오르기시에는 가쪽넓은근이 0∼20%, 20∼40%, 넙다리근막장근은

전 구간에서 조건 2에서 유의하게 높았으며(p<0.05), 안쪽빗넓은근은

40∼60% 구간에서 조건 1이 유의하게 높았다(p<0.05). 내리기시에는

- 33 -

가쪽넓은근은 0∼20%, 20∼40%, 40∼60%, 안쪽빗넓은근은 0∼20%,

20∼40%, 넙다리근막장근은 전 구간에서 조건 2에서 유의하게

높았다(p<0.05). 큰볼기근과 엉덩벌림근은 계단 오르기와 내리기시 전

구간에서 유의한 차이가 없었다(p>0.05).

이상의 결과로 계단 오르고 내리기시 엉덩관절의 내회전은 넙다리근막장근,

가쪽넓은근의 근활성도를 증가시킨다는 것을 알 수 있었다. 향후 무릎 넙다리

통증 증후군을 가지고 있는 환자를 대상으로 계단 오르고 내리기시 엉던관절의

내회전 정도가 넙다리 근육 및 무릎관절 주위 근육의 근 활성도에 어떠한 영향을

미치는지 알아보는 연구뿐만 아니라 운동역학적으로 어떠한 영향을 미치는지

알아보는 연구가 필요할 것이다.

- 34 -

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- 40 -

ABSTRACTABSTRACTABSTRACTABSTRACT

Effects of Effects of Effects of Effects of Hip Internal Rotation on Knee Extensor and Hip Internal Rotation on Knee Extensor and Hip Internal Rotation on Knee Extensor and Hip Internal Rotation on Knee Extensor and

Hip Abductor Electromyographic Activity Hip Abductor Electromyographic Activity Hip Abductor Electromyographic Activity Hip Abductor Electromyographic Activity

During Stair During Stair During Stair During Stair Up and DownUp and DownUp and DownUp and Down

Oh Jae-Seop

Dept. of Rehabilitation Therapy

(Physical Therapy Major)

The Graduate School

Yonsei University

The purpose of this study was to examine the effect of the hip internal

rotation on knee extensor and hip abductor electromyographic (EMG) activity

during stair-up and stair-down mobility. Eighteen healthy subjects were

recruited. All subjects performed stair-up and -down movements on a step

of 30 ㎝-height while maintaining the hip in neutral (condition 1) and hip in

internal rotation (condition 2). Surface EMG activity was recorded from five

muscles (gluteus maximus, vastus lateralis (VL), vastus medialis oblique

(VMO), posterior gluteus medius, and tensor fascia latae (TFL)) and hip

internal rotation angle was measured using a three-dimensional motion

analysis system. The time period for stair-up and -down was normalized

using the MatLab 6.5 program, and EMG activity was normalized to the value

of maximal voluntary isometric contraction (%MVIC). The entire time period

during stair-up and during stair-down was subdivided into five equal time

phases: 0~20%, 20~40%, 40~60%, 60~80%, and 80~100%, with 100%

- 41 -

representing the duration between the start time and finish time of stair up

and down. The EMG activities according to the hip rotation (neutral or internal

rotation) during the entire time period of stair-up and –down in each phase

were compared using a paired t-test. During the entire period of stair-up, the

EMG activities of VL and TFL in condition 2 were significantly greater than in

condition 1 (p<0.05). During the entire period of stair-down, the EMG

activities of VL and TFL in condition 2 were significantly greater than in

condition 1 (p<0.05). However, the EMG activities of the other muscles were

not significantly different between the conditions (p>0.05). For both stair-up

and stair-down periods, the VL EMG activity in condition 2 was significantly

greater than in condition 1 during the phases of 0~20% and 20~40%

(p<0.05). VMO EMG activity was significantly greater in condition 1 than in

condition 2 in the 40~60% phase (p<0.05). During the stair-down period, the

VL EMG activity was significantly increased in the 0~20%, 20~40% and

40~60% phases, and the VMO EMG activity was significantly increased in the

0~20%, 20~40% phases for condition 2 as compared to condition 1.

Comparison of TFL muscle activity across all phases revealed significant

differences during stair-up and stair-down (p < 0.05). These results suggest

that the stair up and down maintaing hip internal rotation was could be a

contributing factor on patellar lateral tracking. Further clinical studies

regarding the effect of hip internal rotation on the hip and knee muscle

activity and kinetic variables during gait or stair up and down are needed.

Key Words : Hip internal rotation, Patellofemoral pain syndrome, Stair up and

down, Tensor fascia latae / Vastus lateralis / Vastus medialis

oblique muscle activity.

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