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1 만성편마비환자의피부분절전기자극이손가락굽힘근과폄근수축에미치는영향 연세대학교대학원 재활학과 이명예

2 만성편마비환자의피부분절전기자극이손가락굽힘근과폄근수축에미치는영향 지도이영희교수 이논문을석사학위논문으로제출함 2003 년 12 월일 연세대학교대학원 재활학과 이명예

3 이명예의석사학위논문을인준함 심사위원 인 심사위원 인 심사위원 인 연세대학교대학원 2003 년 12 월일

4 감사의글 이논문이완성될수있도록끝까지지켜봐주신많은분들에게감사의마음을전하고싶습니다. 본연구를위해항상따뜻한격려의말과아낌없는지도, 열정적인학자의모습으로부족한저에게배움의길을이끌어주신이영희교수님께깊은감사를드립니다. 정감있는미소로대해주시고작업치료에대한사랑으로가르침을주신유은영교수님, 인자한말투와세심한조언을아끼지않으신안덕현교수님께감사드립니다. 단아한소녀같은모습을간직하고성심성의로가르쳐주시는정보인교수님께감사드립니다. 또한, 본연구의초기부터끝까지높은관심으로섬세하게지도하여주신조상현교수님께감사드립니다. 정성껏통계를지도하여주시고정성어린조언을하여주신이충휘교수님, 늘성실하고정열적인학자의모습을보여주시는권오윤교수님께감사드립니다. 바쁘신중에도연구계획서작성을도와주신김성훈선생님, 연구방법을도와준정이정선생님, 실험데이터를밤늦게까지분석하느라고생한김문환선생님, 한대성선생님께진심으로감사의마음을전합니다. 본연구를위하여많은휴가를허락하여주신박정미과장님과논문작성을위하여깊은관심과많은도움을주신박영식실장님을비롯하여물리치료실선생님들께감사드립니다. 특히본연구의기틀을마련하는데필요한자료를제공하여주신김용욱선생님과자포자기에빠질때마다용기와격려를아끼지않은졸업동기인김태호선생님, 황영진선생님께깊은감사드립니다. 학업에몰두할수있도록지원을아끼지않으신시부모님과노심초사저를지켜봐주시고격려하여주시는어머니께머리숙여감사드립니다. 늘막내동생을걱정하며격려해주는오빠와큰언니, 작은언니에게도고마운마음뿐입니다. 그누구보다도깊은사랑으로용기를심어준남편과사랑하는효정이, 유정이에게고마운마음을전합니다. 그리고보이지않게언제나어디서나지켜주시는아버지께이논문을올립니다 년 12 월이명예올림

5 차 례 그림차례 iii 표차례 iv 국문요약 v 제1장서론 1 제2장연구방법 연구대상 연구대상자선정조건 임상적평가 실험기기및도구 경피신경전기자극기 MP150WSW 전완고정거치대 B ox and Block test 실험방법 실험장치및전극위치 실험과정 표면근전도신호처리및분석방법 피부분절전기자극전 후와자극동안의근수축개시및종료의지연분석 11 - i -

6 2.4.2 피부분절전기자극전 후와자극동안의손가락굽힘근과폄근의동시수축비의분석 분석방법 12 제3장결과 손가락관절의근수축개시의지연변화 손가락관절의근수축종료의지연변화 손가락굽힘근과폄근의동시수축비의변화 B ox and Block test의변화 16 제4장고찰 연구방법에대한고찰 연구결과에대한고찰 임상적의미및제언 25 제5장결론 27 참고문헌 28 영문요약 35 - ii -

7 그림차례 Fig. 1. The forearm based skateboard for positioning of the electrodes on the flexor digitorum superficialis and extensor digitorum communis and C8 dermatomal electric stimulation 9 Fig. 2. EMG raw data during finger isometric extension of the patient #6 10 Fig. 3. Comparison of delay in muscle contraction s onset and offset of the finger extensors 15 Fig. 4. Comparison of Box and Block test among three conditions 17 - iii -

8 표차례 Table 1. Clinical characteristics of subjects 6 Table 2. Comparison of delay in onset of finger extensor muscle contraction (second) among three conditions 13 Table 3. Comparison of delay in offset of finger extensor muscle contraction (second) among three conditions 14 Table 4. Comparison of co-contraction ratio among three conditions 16 Table 5. Comparison of Box and Block test among three conditions 17 - iv -

9 국문요약 만성편마비환자의피부분절전기자극이손가락 굽힘근과폄근수축에미치는영향 본연구의목적은만성편마비환자에게손가락굽힘근에해당하는피부분절 (C8) 에전기자극을가했을때강직억제에미치는효과를근수축과손기능의변화를통하여알아보는것이었다. 연구대상은뇌졸중진단을받은지 6개월이경과된만성편마비환자 11명 ( 남 9명, 여 2명 ) 이었다. 피부분절전기자극은경피신경전기자극기를이용하여강직근의피부분절에 20분간고주파 (100 Hz ) 와가시수축이일어나지않는저강도로실시하였다. 피부분절전기자극전 후, 전기자극동안의강직억제효과에대하여전기생리학적인변화를표면근전도를이용하여근수축개시및종료지연시간과동시수축비의변화로알아보았고, 기능적인변화는 Box and Block test를이용하여측정하였다. 전기자극전 후, 전기자극동안의차이를알아보기위해반복측정일요인분산분석을사용하였다. 연구결과는손가락펴기동작을실시하는동안폄근의개시지연시간은피부분절전기자극전보다전기자극동안에유의하게단축되었고, 종료지연은전기자극전보다전기자극동안과전기자극후에유의하게단축되었다. 그러나, 손가락굽힘근과폄근의동시수축비의변화는전기자극전 후와전기자극동안에유의한차이가없었다. Box and Block test의결과는전기자극전보다전기자극동안과전기자극후에유의하게증가하였다. 손가락굽힘근에실시한피부분절전기자극방법은손가락굽힘근과폄근의 - v -

10 동시수축비를감소시키지못했으나, 근수축의개시및종료지연시간단축과손기능향상에효과적이었다. 앞으로손기능회복을위한재활치료에있어피부분절전기자극적용과동시에일상생활동작과밀접한기능적인과제활동을병행하여그효과를연구해야할것이다. 핵심되는말 : 강직, 만성편마비, 표면근전도, 피부분절전기자극. - vi -

11 제 1 장서론 뇌졸중이나외상성뇌손상환자들은상위운동신경원마비에의하여환측사지의운동장애가있으며, 강직 (spasticity), 굽힘근과폄근의경련 (spasm), 근력약화, 민첩성의소실, 강직근과길항근의동시수축 (co-contraction) 의출현, 근피로도의증가등과같은다양한임상증상이나타난다 (Sheean 1999). 또한급성편마비환자의 40% 가만성기에도지속적인운동기능장애를가지게되며 (Nakayama et al. 1994), 이러한장애는환측상지의근위부보다원위부인손가락에주로나타나고 (Wade 1989) 특히손가락폄근의기능적인활동을제한한다. 손가락관절의펴기동작의제한은식사하기, 세수하기, 옷입고벗기, 신변처리와같은일상생활동작을방해한다 (Barnes 1999; Pedretti 1996). 편마비환자의환측상지는증가된근긴장도와저하된운동조절속도로인하여굽힘근과폄근간의지연된근수축개시와종료, 협응의문제를낳는다. 손상된기능을측정하기위하여임상에서시행되는기능검사나근력검사는신경생리학적인기능손상을설명하지못하며 (Hammond, Kraft, and Fitts 1988), 이전연구들은건측이나정상인에비하여근수축의민첩성저하와주동근과길항근의동시수축증가로인하여개시와종료지연을보인다고보고하였다 (Angel 1981; Chae, Yang, and Park 2002; Hammond, Kraft, and Fitts 1988). 위의연구들은환측상지의특성에대하여비교하였으나피부분절전기자극동안에나타나는근수축의민첩성과근긴장도의변화를측정하지못하였다. 강직을치료하기위하여전문가들은약물치료, 수술, 보조기, 물리치료등을사용하고있다. 약물치료는 Diazepam, Baclofen 등다양한약물을사용하는데, - 1 -

12 Diazepam 과같은약물은중추신경계내에서억제성신경전달물질인 GABA 수용체에작용하여항중력근의비정상적인신장반사를감소시킨다. Baclofen은원심성경로와구심성경로에서 Glutamate와같은흥분성신경전달물질유리를억제하여강직을감소시킨다. 그러나이들약물은모든환자에게효과가있는것이아니며용량에따라부작용이나타나고특히약물의사용을끊을경우처음보다오히려강직이증가하는경향이있다. 수술에서는신경근절단술 (rhizotomy), 척수절개술 (myelotomy) 등이시행되고있으나수술자체의위험성과감각소실, 척추의불안정성등의합병증이발생하여보편적으로사용하지않는다. 상지와하지에착용하는플라스틱보조기는강직자체를억제하기보다는강직으로인한관절과근육의구축, 변형을예방하고교정하는데목적이있으므로환자의상태에따라지속적인교정과보정이필요하다 (Trombly 1995). 물리치료에서는만성편마비환자의강직을억제하기위하여다양한전기치료방법을사용하고있다. Hines 등 (1993) 은강직근의길항근에전기자극을적용하여강직억제효과를관찰하였으며그기전을상호억제 (reciprocal inhibition) 에의한것으로설명하였다 (Pease 1998; Seib et al. 1994). King(1994) 은손목관절의강직근인손목굽힘근에직접전기자극을가하였으며전기자극직후에강직이감소되었다고보고하였고 (Daly et al. 1996; Robinson, Kett, and Bolam 1988b), 그기전을골지힘줄기관 (Golgi tendon organ) 의자가억제 (autogenic inhibition), 반복억제 (recurrent inhibition) 와근피로도의증가에의한것으로설명하였다. 그리고강직근의피부분절전기자극방법에의한강직억제효과도보고하였는데, 이것은전기자극이구심성감각신경을자극하여강직근의연접전억제 (presynaptic inhibition) 와길항근운동신경원의수의적조절을촉진하기 - 2 -

13 때문이라고설명하였다 ( 김용욱등 2003; Chan, and Tsang 1987; Levin, and Hui-chan 1992; Potisk, Gregoric, and Vodovnik 1995). 경피신경전기자극 (transcutaneous electrical nerve stimulation: TENS) 은 1970년대에주로사용된전기자극방법으로다양한통증을조절하는데효과적이며 (Meyer, and Fields 1972), 뇌졸중과척수손상환자의강직을감소시키는효과가있다고보고되었다 (Bajd et al. 1985; Levin, and Hui-chan 1992; Potisk, Gregoric, and Vodovnik 1995). 이러한경피신경전기자극은사용방법에따라강직억제가다양하게나타났는데, 그방법으로저주파-저강도로적용하였을때에는강직억제효과는없고기능개선이나타났으며 (Sonde et al. 1988), 고주파-저강도로적용하였을때는강직억제효과가있었다 (Levin, and Hui-chan 1992; Potisk, Gregoric, and Vodovnik 1995). 저강도의구심성자극은각분절마다척수이전혹은상위척수로의사이신경원들의지속적인활성을감소시킬수있다. 이러한가능성은고양이를대상으로한동물실험에서목표달성하기과제 (target reaching task) 를수행하는동안경추의척수전신경원들이활성하여하행성명령들을변경시켰다고하였다 (Alstermark et al. 1981). 이와유사하게저강도의구심성전기자극을정중신경 (median nerve) 과척골신경 (ulnar nerve) 에적용한연구에서는반사적이면서자발적으로활성화된손목굽힘근의실행과관련된구심성 Ia 섬유를억제하였다 (Malmgren, and Pierrot-Deseilligny 1988 a,b). 또한척수배측의자극 (dorsal column stimulation) 은연접전 후억제기전으로척수시상로 (spinothalamic pathway) 내에서의전달을억제시켰다 (Foreman et al. 1976). 그리고이전연구자들은전기자극이가해지는동안강직이감소되는것 (Ashby, and Verrier 1976) 은전기자극에의하여연접전 - 3 -

14 억제가활성화되기때문이라고보고하였다 (Levin, and Hui-chan 1992; Potisk, Gregoric, and Vodovnik 1995). 이와같이강직근의피부분절전기자극은강직근과길항근을전기자극하는방법보다자극강도가낮아서환자가통증을느끼지않으며, 특히강직억제를위한치료접근법중에서전기자극의적용시기와적용기간의제약을받지않는다는장점이있다. 손기능회복을위한작업치료접근법은길항근의강직이나비정상적인동시수축을억제시켜주동근의수축력을증가시키고, 그결과로반복적인근수축이자발적으로가능하도록하는것이며이러한활동은신경가소성기전을통하여운동재학습을촉진시키게될것이다 (Butefisch et al. 1995). 본연구의목적은강직근의해당피부분절에전기자극을가하는동안손가락근육의근활동양상의변화를표면근전도를이용하여확인하고임상에서사용하는손기능검사에미치는영향을밝히는것이다. 이것은만성편마비환자의피부분절전기자극동안강직이감소되고손기능의향상을확인하여앞으로보다더다양한작업수행에피부분절전기자극을적용하는치료전략을제시하기위한것이다

15 제 2 장연구방법 2.1 연구대상 연구대상자선정조건본연구는뇌졸중진단을받고연세대학교원주기독병원에서치료중인환자 11명 ( 남 9명, 여 2명 ) 을대상으로실시하였다. 뇌졸중환자들중 8명은우측편마비였고, 3명은좌측편마비였으며, 대상자의평균연령은 59세였다 (Table 1). 본연구에참가한대상자의선정조건은다음과같다. 1) 환측손가락굽힘근의강직이 Modified Ashworth scale(mas) G1 이상인자 2) 환측손가락폄근의도수근력측정 (manual muscle testing: MMT) 이가 (poor) 등급이상인자 3) 인지검사인 Mini-Mental State Examination-Korean(MMSE-K) 24점이상인자 4) 도움없이 3초이상손가락펴기동작의최대등척성수축이가능한자 5) 상지에말초신경질환과근골격계질환이없는자 6) 발병후 6개월이경과된자 실험전모든연구대상자들은본연구의목적과방법에대하여충분한설명을 듣고자발적으로참여하였고, 연구기간은 2003 년 6 월 2 일부터 9 월 21 일까지였다

16 2.1.2 임상적평가대상자들의상지기능에대한검사는의자에앉은자세에서근긴장도와도수근력측정을한후인지기능검사인 MMSE-K를실시하였다. 상지운동기능평가인 Fugl-Meyer motor assessment(fma) 와일상생활동작평가인 Functional Independence Measure(FIM) 는담당작업치료사에의하여실시되었다 (Table 1). Table1. Clinical characteristics of subjects (N=11) Subjects Age (years) Sex Time since injury (months) Affected side MAS a MMT b FMA c FIM d 1 57 M 38 Rt G1+ F M 10 Lt G1+ P M 10 Lt G1 F M 28 Rt G1 F M 121 Rt G1 P M 8 Rt G1+ F M 49 Rt G1 F M 6 Rt G1 P M 9 Rt G1+ F F 11 Rt G1 F F 13 Lt G1 F Mean a Modified Ashworth scale: spasticity of finger extensor. b Manual muscle testing. c Fugl-Meyer motor assessment. d Functional Independence Measure

17 2.2 실험기기및도구 경피신경전기자극기본연구에사용된경피신경전기자극기는 ENS 로적용하였고전극은지름 2cm의원형전극 2 을사용하였다 (Fig 1). 전극은손가락굽힘근 (flexor digitorum superficialis) 의근육분절 (myotome) 인 C8에해당하는피부분절에부착하였다. 경피신경전기자극기의파형은직각 (rectangular) 파형이었고, 자극강도는환자가편안하면서도가시수축이발생하지않는강도로적용하였다. 자극주파수 (pulse frequency) 는 100 Hz이었다 (Potisk, Gregoric, and Vodovnik 1995) MP150WSW 손가락굽힘근과손가락폄근 (extensor digitorum communis) 은등척성운동시근수축개시및종료지연과동시수축을측정하기위하여표면근전도 MP150WSW 3 를사용하였다. 근전도아날로그신호는 MP150WSW 시스템으로 보내져디지털신호로전환한다음개인용컴퓨터에서 Acqknowledge 소 프트웨어를이용하여자료를수집하였다. 근전도신호의표본추출율 (sampling rate) 은 5000 Hz, 주파수대역폭 (bandwidth) 은 20~450 Hz, 노치필터 (notch filter) 는 60 Hz이었다. 1 ENRAF NONIUS Inc., Holland. 2 Nicolet Biomedical Inc., Madison, WI, USA. 3 BIOPAC System Inc., CA, USA. 4 BIOPAC System Inc., Santa Barbara, USA

18 2.2.3 전완고정거치대손가락폄근의근수축을측정할때전완과손목의움직임을제한하기위하여전완고정거치대 (Forearm Based Skateboard A406-2) 5 를사용하였다. 본거치대의재질은플라스틱이고크기는 cm 3 이며, 스트랩 (strap) 은 4개가장착되어전완을고정하였다 Box and Block test 손기능중민첩성을검사하기위한도구인 Box and Block test는나이에따른정상인의표준화가이루어져있다. 이도구는길이가 2.54 cm인정육면체적목과중앙에칸막이가달린, 크기가 cm 3 로된직사각형상자로구성되어있다. 검사는환자에게 1분동안가능한한많은적목을환측손으로집어다른쪽으로옮기도록지시하였다 (Mathiowetz et al. 1985). 5 Smith and Nephew Inc., Germantown, WI, USA

19 2.3 실험방법 실험장치및전극위치최대등척성손가락펴기동작을실시하기위해높낮이조절탁자와표준형의자를사용하였다. 경피신경전기자극기의전극은손가락굽힘근의근육분절인 C8 피부분절에해당되는손과전완의내측에각각부착하였다. 손가락굽힘근에부착한활성전극은전완을회내한후팔굽관절에서부터손목으로 3/4을촉지한상태에서손가락을구부리도록한후부착하였고, 손가락폄근에는전완을회외한상태에서팔굽관절에서부터손목관절방향으로 3/4을촉지한후손가락펴기를시킨다음부착하였다 (Fig 1)(Cram, Kasman, and Holtz 1998). Fig 1. The forearm based skateboard for positioning of the electrodes on the flexor digitorum superficialis and extensor digitorum communis and C8 dermatomal electric stimulation

20 2.3.2 실험과정대상자는앉은자세에서환측팔과손을전완고정거치대에고정시킨뒤측정하였다. 표면근전도전극부착시피부저항을최소화하기위해면도기로털을제거한후사포로각질을제거하였고, 알코올로닦은다음전극을해당근육에부착하였다. 실험은조용한방에서실시되었으며개인용컴퓨터와 MP150WSW, 스피커를켠후실험실내전기제품의모든전원을차단하였다. 표면근전도의신호음은 3초동안지속되었고이때손가락펴기동작을수행하였다. 실험전검사자는대상자에게손가락펴기동작은신호음시작과끝에최대한강하고빠르게수축하고이완하도록지시하였다 (Fig 2). 측정자세는어깨관절 45 굽힘, 팔굽관절 130 굽힘, 전완을중립상태에서실시하였다. 최대등척성손가락펴기동작은전기자극전 후, 전기자극동안에 3회반복측정하였다 ( 정이정등 2003). 전기자극전과전기자극시작사이에는피로를방지하기위하여 5분동안휴식을취하였다. 경피신경전기자극은 20분동안실시되었다. Beeper FDS EDC Fig 2. EMG raw data during finger isometric extension of the patient #6. FDS: Flexor Digitorum Superficialis. EDC: Extensor Digitorum Communis

21 2.4 표면근전도신호처리및분석방법 경피신경전기자극에의한자극잡음 (artifact) 과근수축개시및종료지연시 간의자료값들은 MatLab 를이용하여제거하였고, 손가락굽힘근과폄근의 동시수축비는 Acqknowledge 3.72 프로그램을이용하여구하였다 피부분절전기자극전 후와자극동안의근수축개시및종료의지연분석근수축개시와종료지연을처리한프로그램은근전도신호를전파정류 (full wave rectification) 로처리한후저주파필터를 50 Hz로처리하였다. 신호음을기준으로가장안정된 2.5초를기초선기간으로설정하여근전도신호진폭의평균값과표준편차를구하였다. 근수축개시및종료시간은 Di Fabio(1987) 의결정법에따라신호음이시작한후역치값 ( 기초선기간의평균값 +3SD) 이상이되는지점중에서 25 ms 이상지속되는첫번째값과신호음이종료된후에마지막으로역치값이상이지속된값을구하여분석하였다 ( 정이정등 2003). 6 Math Works Inc., MA, USA

22 2.4.2 피부분절전기자극전 후와자극동안의손가락굽힘근과폄근의동시수축비의분석손가락굽힘근과폄근의같은구간내동시수축정도는각근수축의 Integrated EMG(IEMG) 로구하였다 (Canning, Ada, and O Dwyer 2000). 손가락굽힘근과폄근이동시에근수축이발생하는시작지점에서부터끝지점의 IEMG 를구한다음텍스트파일로저장하여엑셀에서수식에의하여계산하였다 (Damiano et al. 2000). CCR = Antagonist value Agonist value = Minimal IEMG value Maximal IEMG value 공식 (1) CCR: Co-Contraction Ratio IEMG: Integrated EMG 2.5 분석방법 피부분절전기자극전 후와전기자극동안의손가락펴기동작에서손가락폄근의개시및종료의지연과손가락굽힘근과폄근의동시수축비, Box and Block test 결과는반복측정일요인분산분석 (repeated one-way ANOVA) 으로분석하였다. 자료의통계처리는상용통계프로그램인 SPSS 11.0을사용하였으며유의수준 α는 0.05로하였다

23 제 3 장결과 3.1 손가락관절의근수축개시의지연변화 손가락펴기동작시손가락폄근은피부분절전기자극전 후와전기자극동안의근수축개시지연의유의한차이가있었다 (p<0.05)(table 2). 측정시기간차이를비교하기위하여 Bonferroni 사후검정을시행한결과, 전기자극전보다전기자극동안개시지연시간이유의하게단축되었다 (p<0.05). 그러나, 전기자극전보다전기자극동안의개시지연시간은유의하게단축되지않았고전기자극전보다전기자극후의지연시간도유의하게단축되지않았다 (p>0.05)(fig 3). Table 2. Comparison of delay in onset of finger extensor muscle contraction (second) among three conditions (N=11) Conditions Mean(SD) SS df MS F p Before Stimulation During Stimulation After Stimulation 0.61(0.28) 0.34(0.15) 0.56(0.36)

24 3.2 손가락관절의근수축종료의지연변화 손가락펴기동작시손가락폄근은피부분절전기자극전 후와전기자극동안의근수축종료지연의유의한차이가있었다 (p<0.05)(table 3). 측정시기간차이를비교하기위하여 Bonferroni 사후검정을시행한결과, 전기자극전보다전기자극동안의종료지연시간과전기자극전보다전기자극후의종료지연시간이유의하게단축되었다 (p<0.05). 그러나, 전기자극동안보다전기자극후의종료지연시간은유의하게단축되지않았다 (p>0.05)(fig 3). Table 3. Comparison of delay in offset of finger extensor muscle contraction (second) among three conditions (N=11) Conditions Mean(SD) SS df MS F p Before Stimulation During Stimulation After Stimulation 1.01(0.41) 0.57(0.33) 0.65(0.38)

25 * 1.50 * 1.50 * Time (second) Time (second) Before During After Onset delay 0.00 Before During After Offset delay Fig 3. Comparison of delay in muscle s contraction onset and offset of the finger extensor muscle. Values of the bar are mean±sd. Before: Before stimulation, During: During stimulation, After: After stimulation. * p<

26 3.3 손가락굽힘근과폄근의동시수축비의변화 손가락굽힘근과폄근의동시수축비는전기자극전 후와전기자극동안에유의 한차이가없었다 (p>0.05)(table 4). Table 4. Comparison of co-contraction ratio among three conditions (N=11) Conditions Mean(SD) SS df MS F p Before Stimulation During Stimulation After Stimulation 0.44(0.10) 0.43(0.07) 0.42(0.11) Box and Block test 의변화 손기능검사인 Box and Block test의결과는전기자극전 후와전기자극동안에유의한차이가있었다 (p<0.05)(table 5). 측정시기간차이를비교하기위하여 Bonferroni 사후검정을시행한결과, 전기자극전보다전기자극동안에 Box and Block test의결과와전기자극전보다전기자극후에 Box and Block test의결과는유의하게증가하였다 (p<0.05). 그러나, 전기자극동안보다전기자극후의결과는유의하게증가하지않았다 (p>0.05)(fig 4)

27 Table 5. Comparison of Box and Block test among three conditions (N=11) Conditions Mean(SD) SS df MS F p Before Stimulation During Stimulation After Stimulation 25.63(13.78) 29.18(14.14) 29.27(15.96) * * Number of blocks before during after Fig 4. Comparison of Box and Block test among three conditions. Values of the bar are mean±sd. Before: Before stimulation, During: During stimulation, After: After stimulation. * p<

28 제 4 장고찰 4.1 연구방법에대한고찰 만성편마비환자를대상으로 S1 피부분절에해당하는장딴지신경 (sural nerve) 에 20분동안경피신경전기자극을적용하였을때 S1 근육분절에해당하는종아리세갈래근 (triceps surae) 과 L4,5 근육분절에해당하는앞정강근 (tibialis anterior) 의강직이치료가끝난직후에유의하게감소되었다 (Potisk, Gregoric, and Vodovnik 1995). 뇌졸중과외상성뇌손상으로인한뇌병변환자를대상으로넙다리네갈래근 (quadriceps femoris) 의근육분절인 L3에해당하는피부분절에치료적전기자극기를사용하여전기자극을가한후에강직감소효과가유의하게있었다 ( 김용욱등 2003). 본연구에서는김용욱등 (2003) 과 Potisk 등 (1995) 의연구와같이만성뇌졸중환자를대상으로강직근의해당피부분절을전기자극하였다. 본연구에서피부분절전기자극에경피신경전기자극기를 20분동안적용한이유는경피신경전기자극기의사용방법이쉽고, 임상에서보편적으로이루어지는자극기간이기때문이며이것은강직근의구심성자극을제공함으로써강직감소효과를위해서시행되었다. Alfieri(1982) 는편마비환자를대상으로손가락굽힘근의길항근인손가락폄근에전기자극을적용하여전기자극동안의강직변화에대하여보고하였다. 김용욱등 (2003) 과 Potisk 등 (1995) 의연구에서는전기자극을하지에적용하여강직을전기자극전 후만을비교하였으나, Alfieri(1982) 는전기자극동안의강직변화에대해서도보고하였다. 그러나전기자극동안의강직이있는환측의

29 손기능변화에대하여실시한연구는매우드물며, 특히전기자극을가하는동안의근전도에대한분석은자극잡음때문에매우어렵다. 본연구에서는전기자극에의한잡음을근전도에주기적으로기록된파형을단위시간으로계산하여 MatLab 6.5 프로그램을이용하여제거하였다. 전기자극적용방법에있어서는저강도-저주파의경피신경전기자극은통증과강직을감소시키지못하였으나 (Sonde et al. 1998), 일반적으로적용하는저강도-고주파의방법은편마비환자나척수손상환자에게통증을유발시키지않고강직을억제하는효과가있었다 (Bajd et al. 1985; Levin, and Hui-Chan 1992; Potisk, Gregoric, and Vodovnik 1995). 본연구에서는강직을억제하는데효과적이라고제시된, 환자가편안하게느끼면서근육의가시수축이발생하지않는저강도-고주파 (100 Hz ) 의방법을사용하였다 (Potisk, Gregoric, and Vodovnik 1995). Hammond 등 (1998) 은만성뇌졸중환자를대상으로손목관절의근수축변화를연구하였다. 손목관절의굽히기와펴기동작을실시할때는각각 3초, 6초그리고 9초동안근수축을유지하도록하기위하여청각신호음을제공하였다. Chae 등 (2002) 의연구에서는근전도신호음을시각과청각으로제공하였으며편마비환자의건측과환측의근수축유지기간을 3초와 5초로하여실시하였다. Hammond 등 (1998) 은 3초와 9초수축기간간의유의한근수축개시는환측에서근수축기간이긴 9초수축이 3초에비해더많은지연을보였으며, 종료에서는 6초와 9초에서신호음전에유지를못하고종료함으로써차이를나타내었다. Chae 등 (2002) 은 3초와 5초의근수축유지기간에따른유의한차이가개시및종료지연시간에나타나지않았다고보고하였다. 본연구에서는 Chae

30 등 (2002) 의연구결과를근거로 3초의근수축유지기간동안의근수축개시및종료지연을분석하였다. 근수축개시및종료지연에관한이전연구들은상지의팔굽과손목관절에국한되어이루어졌으나본연구에서는손가락관절의근수축의변화를알아봄으로써손기능에미치는효과를확인하고자하였다. 개시및종료지연시간을결정하기위하여정이정등 (2003) 의방법과같은분석프로그램을사용하였다. 이프로그램에서는저주파필터, 표준편차, 지속시간의매개변수들을사용하여손가락관절의폄근에서 50 Hz의저주파필터와 3 SD 그리고 25 ms의지속시간을구하여분석하였는데, 이방법은모든대상자를동일조건하에서개시및종료지연시간을계산할수있기때문에사용되었다. Hammond 등 (1988) 은편마비환자의손목관절에서의굽히기와펴기동작동안의동시수축비에대하여환측과건측을비교연구하였으며, 이때의동시수축비는근전도상의길항근의근수축활동을주동근과길항근의활동의합으로나누어계산하였다. Levin과 Hui-Chan(1992) 은편마비환자에게경피신경전기자극을하지에적용하여걷는동안의동시수축비가전기자극에의하여감소효과가있는지를알아보았으며, 동시수축비는근전도상의길항근의면적을주동근의면적으로나누어계산하였다. Damiano 등 (2000) 은강직형뇌성마비아동을대상으로걷는동안의하지의동시수축비를한시점에서의최소근전도값을최대근전도값으로나눈값의평균값으로계산하였다. 이것은역동적인움직임에있어서의주동근과길항근의역할이변경되면서일어나는것을고려하여계산할수있었다. 손가락펴기동작을실시하는본연구에서는손가락굽힘근과폄근의근수축시작과끝에서굽힘근의근전도값이폄근의근전도값보다커질수있기때문에이방법을선택하였다

31 본연구에서는경피신경전기자극에대한강직억제효과를전기자극전 후뿐만아니라전기자극동안에도살펴보았다. 피부분절전기자극은주동근을수축시키지않기때문에자발적인움직임을통하여손가락굽힘근과폄근의동시수축비와근수축개시및종료지연시간을알아볼수있었다. 이러한표면근전도를이용한손기능평가방법은 Box and Block test에서제시하는결과값을신경생리학적으로분석하여볼수있다는장점이있다 (Hammond et al. 1998)

32 4.2 연구결과에대한고찰 본연구에서는손가락펴기동작시폄근의근수축개시및종료지연시간이피부분절전기자극전 후보다전기자극동안에유의하게단축되었다. 개시지연시간은전기자극전보다전기자극동안에유의하게단축되었으며, 종료지연시간은전기자극전보다전기자극동안과전기자극후에유의하게단축되었다. 손가락굽힘근과폄근의동시수축비는전기자극전 후와전기자극동안에유의한차이가없었으나, 동시수축비의평균값이전기자극전보다전기자극동안과전기자극후에감소되었다. 손기능검사인 Box and Block test의결과는전기자극전보다전기자극동안과전기자극후에유의하게증가하였다. Alfieri(1982) 는전기자극전보다전기자극동안에편마비환자의강직이감소하였다고보고하였다. Chan과 Tsang(1987) 의연구에서는 13명의정상인에게경피신경전기자극을하지굽힘근에해당되는피부분절인 L4~S1에 100 Hz의고주파-저강도로적용하였을때하지의굽힘반사 (flexion reflex) 가유의하게감소되었다. Levin과 Hui-chan(1992) 은 13명의뇌졸중환자를대상으로 60분동안하지에경피신경전기자극을적용하였을때동시수축비가유의하게감소하였고, 진동자극동안 H-반사의억제를확인할수있었다. 만성편마비환자의환측은감소된주동근의동원력과항진된길항근의억제기능에의하여운동기능장애가나타난다 (Hammond et al. 1998). 동시수축비는주동근과길항근의근활성정도를제시하여줌으로써운동기능장애의현상을설명할수있다. 편마비환자를대상으로동시수축비에대한연구에서 Visser 등 (1985) 은환측이건측에비하여더많은동시수축을보이기는하나유의한차이

33 를나타내지못하였고, Hammond 등 (1988) 은환측의동시수축비는건측에비하여유의하게증가되었다고보고하였다. Levin과 Hui-chan(1992) 의연구에서는경피신경전기자극전보다전기자극후에동시수축비가유의하게감소하였다. 근수축개시및종료지연에있어 Hammond 등 (1988) 과 Chae 등 (2002) 은편마비환자의환측이건측에비하여유의하게지연되었음을제시하였다. 환측의근수축개시지연은후두정엽피질 (posterior parietal cortex) 과전운동영역 (premotor area) 에의한운동실행과정의문제로인한것이며, 종료지연은강직에의한주동근과길항근의비정상적인동시수축에의한것으로설명하였다 (Ghez 1991). 또한편마비환자의운동과제수행문제는뇌손상에의하여척수사이신경원과알파운동신경원으로의흥분과억제정보의변화, 그리고신경가소성의변화가주된원인이될수있다 (Nude, Plauts, and Frost 2001). 본연구에서손가락폄근의근수축개시및종료지연시간이전기자극전보다전기자극동안과전기자극후에유의하게단축된것은강직에의해나타난연접전억제의감소와사이신경원의비정상적인활성이경피신경전기자극에의하여말초로부터구심성감각입력을증가시켜이로인한분절마다의연접전억제의증가가나타나발생한결과라고생각한다 (Levin, and Hui-chan 1992; Potisk, Gregoric, and Vodovnik 1995). 동시수축비에대하여정상인 15명을대상으로실험한결과, 정상인의경우평균은 0.11이었고, 편마비환자의경우 0.44로나타나환측손가락의굽힘근과폄근의동시수축이정상인에비해비정상적으로증가되었음을확인하였다. 전기자극동안동시수축비가유의하게감소하지못한것은 Levin과 Hui-chan(1992) 의연구와같이저강도-고주파의경피신경전기자극을반복적, 장기적으로적용하지

34 않았기때문이나, 동시수축비가전기자극동안감소하는경향을보인것은마비근의운동신경원을수의적으로조절하는하행신경로의과도한흥분이경피신경전기자극에의하여감각신호를억제하였기때문일것이다 (Levin, and Hui-chan 1992). Box and Block test의결과는전기자극전보다전기자극동안과전기자극후에통계적으로유의하게증가하였다. 이것은경피신경전기자극에의하여강직근인손가락굽힘근의강직억제로인하여손가락폄근의활성이증가되었기때문이라고생각한다 (Potisk, Gregoric, and Vodovnik 1995)

35 4.3 임상적의미및제언 피부분절전기자극은직접적으로근육을수축시키지않으나자발적으로움직임이일어나는시기에는전기자극동안기능적인손활동을수행함으로적절한쥐기와놓기에필요한근육을동원할수있는능력과반복적인사용에서얻어지는운동패턴의향상을유도할수있다. 또한민첩한손기능은과제를수행하는동안정상인에게는최소한의근육동원으로가능하나뇌졸중환자들은과도한근육활성으로인하여민첩성의소실이나타난다 (Fellows, Kaus, and Thilmann 1994). 본연구에서동시수축비는통계학적으로는유의한차이를나타내지는못하였으나감소하는경향을나타냈고, 피부분절전기자극전보다전기자극동안근수축개시및종료지연시간은유의하게단축되었다. Trombly와 Quintana(1983) 에의하면작업치료사는기능적손기능의향상을위한치료프로그램에서쥐기와놓기의기본적인손동작훈련시근육동원의수를줄여야한다고제안하였으며이방법은강직근과길항근의동시수축을감소시켜길항근활성에기여하기때문이라고보고하였다 (Bobath 1990). 그러므로치료실내에서강직근과길항근의동시수축을감소시키며근수축의변화를원활히할수있는피부분절전기자극과동시에손기능훈련을실시하는것은치료를극대화할수있다. 본연구의제한점은피부분절전기자극을가할때그와동시에발생하는근수축의즉각적인변화만을관찰하였으며피부분절전기자극의적용시간에따른근수축변화는확인하지못하였다. 또한전기자극전 후와전기자극동안의 3회반복측정시휴식시간을동일하게적용하지못하였고손가락펴기동작을통하여

36 손가락의근수축변화를표면근전도로확인할때는검사전다른임상적평가를미리시행하였기때문에환자에따라서는피로가누적된상태에서검사가실시되었을가능성이있었다. 본연구에서손기능검사는표면근전도와동일한측정시기를갖기위하여다음날같은시간에실시하였는데, 이것은환자에게두번째전기자극을가하였기때문에단 1회의전기자극을실시하여즉각적이며단기간의전기자극이손기능향상에미치는효과를측정하기위한본연구의목적에부정적인영향을주었을것이다. 앞으로만성편마비환자의손기능향상을위한재활치료과정에서피부분절전기자극과동시에기능적인과제활동을실시함으로써일상생활동작의변화를측정하고, 전기자극기간을장기간실시하여이월효과에대한연구가필요할것이다

37 제 5 장결론 본연구에서는만성편마비환자 11명을대상으로경피신경전기자극을 C8 피부분절에적용하였을때표면근전도를통하여근수축개시및종료의지연특성과동시수축비, 손기능의변화를측정하였다. 그결과손가락펴기동작시폄근의개시지연시간은피부분절전기자극전보다전기자극동안유의하게단축되었고, 종료지연시간에있어서도전기자극전보다전기자극동안과전기자극후에유의하게단축되었다. 그러나, 손가락굽힘근과폄근의동시수축비는전기자극전 후와전기자극동안에유의한차이가없었다. Box and Block test의결과는전기자극전보다전기자극동안과전기자극후에유의하게증가하였다. 위의결과로볼때, 뇌졸중으로인한만성편마비환자의강직근에대한피부분절전기자극방법은강직근과길항근의동시수축비는감소시키지못했지만, 근수축의개시및종료지연시간단축과손기능향상에효과적인치료임을확인할수있었다. 앞으로는손기능향상을위한재활과정에있어피부분절전기자극치료와기능적인과제활동을병행하여그효과를연구해야할것이다

38 참고문헌 김용욱, 이영희, 김성훈, 박정미, 권오윤 피부분절에대한치료적 전기자극이뇌병변환자의경직에미치는영향. 대한재활의학회지, 27: 정이정, 조상현, 이정훈, 이상헌 최대등척성수축시표면근전도에서 근수축개시점결정을위한기법들의신뢰도. 한국전문물리치료학회지, 1: Alfieri V Electrical treatment of spasticity: Reflex tonic activity in hemiplegic patients and selected specific electrostimulation. Scand J Rehab Med, 14: Alstermark B, Lundberg A, Norrsell U, and Sybirska E Integration in descending motor pathways controlling the forelimb in the cat. 9. Differential behavioral defects after spinal cord lesions interrupting defined pathways from higher centres to motorneurones. Exp Brain Res, 42: Angel RW Electromyographic patterns during ballistic movements in normals and hemiplegic patients. Prog Clin Neurophysiology, 9:

39 Ashby P, and Verrier M Neurophysiologic changes in hemiplegia. Neurology, 26: Bajd T, Gregoric M, Vodovnik L, and Benko H Electrical stimulation in treating spasticity resulting from spinal cord injury. Arch Phys Med Rehabil, 66: Barnes MP An overview of the clinical management of spasticity. In Upper motor neurone syndrome and spasticity, edited by Barnes MP, and Johnson GR. UK: Cambridge University Press. Bobath B Adult hemiplegia: Evaluation and treatment. 3rd ed. London: Heinemann. Butefisch C, Hummelsheim H, Denzler P, and Mauritz KH Repetitive training of isolated movements improves the outcome of motor rehabilitation of the centrally paretic hand. J Neuro Sci, 130: Canning CG, Ada L, and O Dwyer NJ Abnormal muscle activation characteristics associated with loss of dexterity after stroke. J Neuro Sci, 176:

40 Cauraugh J, Light K, Kim S, Thigpen M, and Behrman A Chronic motor dysfunction after stroke. Stroke, 31: Chae J, Yang G, and Park BK Delay in initiation and termination of muscle contraction, motor impairment, and physical disability in upper limb hemiparesis. Muscle Nerve, 25: Chan CWY, and Tsang H Inhibition of the human flexion reflex by low intensity, high frequency transcutaneous electrical nerve stimulation (TENS) has a gradual onset and offset. Pain, 28: Cram JR, Kasman GS, and Holtz J Introduction to surface electromyography. Gaithersburg: Aspen Pub. Damiano DL, Martellotta TL, Sullivan DJ, Granata KP, and Abel MF Muscle force production and functional performance in spastic cerebral palsy: Relationship of cocontraction. Arch Phys Med Rehabil, 81: Di Fabio RP Reliability of computerized surface electromyography for determining the onset of muscle activity. Phys Ther, 67:

41 Fellows SJ, Kaus C, and Thilmann AF Voluntary movement at the elbow in spastic hemiparesis. Ann Neurol, 36: Foreman RD, Beall JE, Applebaum AE, Cloutier JD, and Willis WD Effects of dorsal column stimulation on primate spinothalamic tract neurons. J Neurophysiol, 39: Ghez C Voluntary movement. In Principles of neural science, edited by Kandal ER, Schwartz JH, and Jessell TM. Norwalk: Appleton & Lange. Goulet C, Arsenault AB, Bourbonnais D, Laramee MT, and Lepage Y Effects of transcutaneous electrical nerve stimulation on H-reflex and spinal spasticity. Scand J Rehab Med, 28: Hammond MC, Fitts SS, Kraft GH, Nutter PB, Trotter MJ, and Robinson LM Co-contraction in the hemiparetic forearm: Quantitative EMG evaluation. Arch Phys Med Rehabil, 69: Hammond MC, Kraft GH, and Fitts SS Recruitment and termination of electromyographic activity in the hemiparetic forearm. Arch Phys Med Rehabil, 69:

42 Hines AE, Crago PE, and Billian C Functional electrical stimulation for the reduction of spasticity in the hemiplegic hand. Biomed Sci Instrumenta, 29: King TI The effect of neuromuscular electrical stimulation in reducing Tone. Am J Occup Ther, 50: Levin MF, and Hui-Chan CW Relief of hemiparetic spasticity by TENS is associated with improvement in reflex and voluntary motor functions. Electroencephalogr Clin Neurophysiol, 85: Malmgren K, and Pierrot-Deseilligny E. 1988a. Evidence for nonmonosynatic Ia excitation of human wrist flexor motoneurones, possibly via propriospinal neurons. J Physiol, 405: Malmgren K, and Pierrot-Deseilligny E. 1988b. Inhibition of neurons transmitting non-monosynaptic Ia excitation to human wrist flexor motoneurones. J Physiol, 405: Mathiowetz V, Vollard G, Kashman N, and Weber K Adult norms for the Box and Block test of manual dexterity. Am J Occup Ther, 39:

43 Meyer GA, and Fields HL Causalgia treated by selective large fibre stimulation of peripheral nerve. Brain, 121: Nakayama H, and Jorgensen HS Recovery of upper extremity function in stroke patients: The copenhagen stroke study. Arch Phys Med Rehabil, 75: Nudo RJ, Plautz EJ, and Frost SB Role of adaptive in plasticity in recovery of function after damage to motor cortex. Muscle Nerve, 24: Pease WS Therapeutic electrical stimulation for spasticiy. Am J Phys Med Rehabil, 77: Pedretti LW Occupational therapy: Practice skills for physical dysfunction. 5th ed. Saint Louis: Mosby. Potisk KP, Gregoric M, and Vodovnik L Effects of transcutaneous electrical nerve stimulation (TENS) on spasticity in patients with hemiplegia. Scand J Rehab Med, 27: Sheean G Neurophysiology of spasticity. In Upper motor neurone

44 syndrome and spasticity, edited by Barnes MP, and Johnson GR. UK: Cambridge University Press. Sonde L, Gip C, Fernaeus SE, Nilsson CG, and Viitanen M Stimulation with low frequency (1.7 Hz ) transcutaneous electric nerve stimulation (low-tens) increases motor function of the post-stroke paretic arm. Scand J Rehabil Med, 30: Trombly CA Occupational therapy for physical dysfunction. 4th ed. Baltimore: Williams & Wilkins. Trombly CA, and Quintana LA The effects of exercise on finger extension of CVA patients. Am J Occup Ther, 37: Visser SL, Oosterhoff E, Hermens HJ, Boon KL, and Zilvold G Single switch contraction curves in patterns with spastic hemiparesis in relation to EMG findings. Electromyogr Clin Neurophysiol, 25: Wade DT Measuring arm impairment and disability after stroke. Int Disabil Stud, 11:

45 ABSTRACT The Effects of Dermatomal Electric Stimulation to the Finger Flexors and Extensors in Chronic Hemiplegia Lee, Myoung Yae Dept. of Rehabilitation Therapy (Occupational Therapy Major) The Graduate School Yonsei University We investigated the clinical effects of dermatomal electric stimulation on reducing spasticity in hemiplegic patients through finger muscle contraction and on hand function. Eleven hemiplegic patients (nine male, two female), who had suffered strokes more than 6 months earlier, participated in the study. Electric stimulation of the finger flexors dermatome (C8) was carried out for one 20-minute session using low intensity transcutaneous nerve stimulation (TENS) at an impulse frequency of 100 Hz. Electromyographic (EMG) activity was recorded during isometric finger extension under three conditions (before, during, and after stimulation) and the Box and Block test. The EMG data were used to investigate the delay in finger extensor contraction onset and offset, and the co-contraction ratio of the finger flexor and

46 extensor. The data were analyzed using repeated one-way ANOVA. The results showed that delay in finger extensor muscle contraction onset and offset was significant among the three conditions (p<0.05); the cocontraction ratio did not change significantly (p>0.05); and the Box and Block test changed significantly (p<0.05). Dermatomal electric stimulation was effective in decreasing spasticity and shortening the delay in finger extensor muscle contraction onset and offset, although it failed to reduce the cocontraction ratio of the finger flexor and extensors. Furthermore, dermatomal electric stimulation can be combined with functional tasks that are closely related to the activities of daily living for the rehabilitation of hemiplegic patients. Key Words : Chronic hemiplegia, Dermatomal electric stimulation, Spasticity, Surface electromyography