< FC7D0C8B834C2F7BCF6C1A45FB4EBC7D1B9B0B8AEC0C7C7D0C8B820392D312E687770>

J Korean Soc Phys Med, 2014; 9(1): 93-99 http://dx.doi.org/10.13066/kspm.2014.9.1.93 Online ISSN: 2287-7215 Print ISSN: 1975-311X Research Article Open Access 장애물보행시노화에따른신체질량중심의변화 손남국 김형동 고려대학교보건과학대학물리치료학과 Age Effects on Center of Mass during Obstacle Crossing Nam-Kuk Son, PT, MS, Hyeong-Dong Kim, PT, PhD Department of Physical Therapy, College of Health Science, Korea University Received: January 12, 2014 / Revised: February 9, 2014 / Accepted: February 20, 2014 c 2014 J Korean Soc Phys Med Abstract PURPOSE: The purpose of this study was to compare three dimensional displacement and peak velocity of the center of mass (COM) during obstacle crossing in young and older adults. METHODS: 10 young adults (6 males/4 females, 24.6±1.9 years, age range: 22.0-26.9) and 10 older adults (1 male/9 females, 76.9±5.1 years, age range: 65.2-81.2) participated in the study. Both groups crossed an obstacle, which is 10% of leg length, and COM was measured using motion analysis system. Independent t-test was used to find significant differences between two groups. RESULTS: The older adults showed significantly greater and faster COM displacement and peak velocity in mediolateral (M-L) direction as compared with young adults (p<.01 and p<.001 respectively). However, the young adults showed significantly greater and faster COM displacement and peak velocity in anteroposterior (A-P) direction as compared with older adults (p<.05 and p<.001 respectively). Furthermore, the young adults showed faster peak velocity of COM in vertical direction as compared with older adults Corresponding Author : hdkimx0286@yahoo.com (p<.001). However, no significant difference was found in the COM displacement in vertical direction between two groups. CONCLUSION: Greater and faster COM displacement and peak velocity in M-L direction in older adults were due to compensatory adjustment for appropriate contact on base of support of swing limb. Thus, the motion of the COM in M-L direction may be a crucial factor to identify risk of falls in older adults. Key Words: Ageing, Center of mass, Falls, Obstacle crossing Ⅰ. 서론 65세이상노인의약 30% 는매년 1회이상의낙상을경험하며 (Lord 등, 1993), 외측으로넘어지는낙상은고관절골절 (hip fracture) 을일으키는중요한위험요소이다 (Greenspan 등, 1998). 이러한낙상으로인한골절은장애발생, 사망률그리고의료비용증가의주요한원인이되고있다 (Tinetti 등, 1988; Campbell 등, 1981; Hayes 등, 1996). 낙상시균형을유지할수있는것은시각, 전정기관,

94 대한물리의학회지제 9 권제 1 호 고유수용감각기관, 그리고근골격계등에달려있는데, 연령이증가함에따라다양한생리적변화로인해신체균형조절과관련된기관들의기능이저하되고이로인해보행과균형조절능력이감소하여낙상의위험이증가하게된다 (Lockhart 등, 2005; Bird 등, 2009). 특히보행시장애물에걸려균형을잃는것은노인의낙상을유발하는가장흔한원인중하나이다 (Campbell 등, 1990). 장애물을넘을때지지하는다리 (stance limb) 의능동적고관절외전은체간과장애물을넘어가는다리 (swing limb) 의균형을유지하는데중요한역할을한다 (MacKinnon과 Winter, 1993). 이와함께노화에따른근육량감소는근력의약화를가져오고, 하지근력의약화는낙상의주요한원인이된다 (Cummings 등, 1990). Keffigan 등 (2001) 은고관절의가동성감소는노화로인한보행변화에영향을미치는가장중요한요소이며, 고관절의신전은길항근인고관절굴곡근의긴장상태에영향을받는다고하였다. 또한잦은낙상경험이있는노인은건강한노인과젊은성인에비하여보행시과도한고관절긴장상태를보인다 (Keffigan 등, 2001). 장애물을넘는동안각신체분절의빠르고큰움직임은신체질량중심 (center of mass) 의빠르고큰움직임을유발하여 (Chou 등, 2003), 이에따른부적절한신체분절간의움직임은관상면에서신체균형을유지하는데어려움을야기하여, 외측으로넘어지는낙상의위험성을증가시키며, 이로인하여고관절과골반골절의위험을증가시킨다 (Nevitt와 Cummings, 1993). 최근의연구결과에의하면건강한노인과균형감각에이상이있는노인의장애물보행실험에서장애물의높이가높아질수록건강한노인에비해균형감각에이상이있는노인의신체질량중심의좌우방향변위 (displacement) 와최대속도가증가하는것으로나타났다 (Chou 등, 2003). 젊은성인과노인의장애물보행실험에서는젊은성인집단이노인집단에비하여신체질량중심의좌우방향변위와최대속도가더작게나타났지만, 장애물높이를키의 10% 로하였을때, 다른높이에대한결과값과는반대로신체질량중심의좌우방향변위와최대속도가젊은성인집단이노인에비해 크게나타났다 (Hahn과 Chou, 2004). 노인의장애물보행에관한선행연구는시공간적변수 (spatio-temporal parameters) 와신체압력중심의변화에대한연구가주를이루고있다 (Wang과 Watanabe, 2007; Kim, 2009; Moghadam 등, 2011). 이에반해신체질량중심의 3D 움직임을다룬연구는상대적으로매우부족하며, 특히고관절골절의위험성이매우크며, 측면으로의낙상과관련성이매우크다고알려진, 노화에따른신체질량중심의좌우방향변위 (Chou 등, 2003) 의변화에관한연구는장애물의높이에따라서로상반된연구결과가제시되고있다. 따라서본연구의목적은노인의장애물 ( 실험참가자키의 10% 높이 ) 보행시신체질량중심의변위와최대속도 (peak velocity) 를 3차원즉, 좌우 / 전후 / 수직방향에서분석하여, 젊은사람과비교했을때노인의동적인균형능력에어떤변화가있는지여부와, 노인의낙상위험및균형능력을판단하는주요한변수가될수있는지를살펴보고자하는것이다. Ⅱ. 연구방법 1. 연구대상실험참가자는서울소재 K대학교재학생중근골격계및신경계질환이없는대학생 10명 ( 남성 6명 / 여성 4명, 평균나이 : 24.6±1.9세, 나이범위 : 22.0-26.9세 ) 과서울소재 J복지관회원중한국형간이정신검사 K-MMSE(Kang 등, 1997) 점수가 24점이상 ( 인지적손상이없음을나타냄 ), 근골격계및신경계질환이없으며, 보조기없이독립보행이가능하며, 최근 1년동안낙상의경험이없고, 65세이상인 10명 ( 남성 1명 / 여성 9명, 평균나이 : 76.9±5.1세, 나이범위 : 65.2-81.2세 ) 의건강한노인을대상으로하였다. 실험참가자에게는실험전에실험의목적과방법을충분히설명하였고, 실험참여동의서를작성하게하였다. 연구대상자의신체적특성은 <Table 1> 에나와있다.

장애물보행시노화에따른신체질량중심의변화 95 Table 1. Characteristics of subjects. Young adults (n=10) Older adults (n=10) Age (yrs) 24.6±1.9 76.9±5.1 Height (cm) 165.6±7.9 152.5±7.2 Weight (kg) 61.1±9.8 59.9±9.6 Values are group means ± Standard deviations. 이장애물을넘기전뒤꿈치접지기 (heel contact) 로부터동일한발의다음뒤꿈치접지기까지 (crossing stride) 로설정하였다. 본실험은각피험자당 3회의장애물보행을실시하였으며, 그평균값으로결과를분석하였다. 2. 실험장비장애물보행시신체질량중심의 3차원적움직임을분석하기위해 6대의적외선카메라 (Vicon T10, Oxford Metrics Ltd., 영국 ) 와 2대의지면반력기 (Advanced Mechanical Technology, Inc., 미국 ) 를사용하였다. 데이터는샘플링주파수 100Hz( 적외선카메라 ) 와 1000Hz ( 지면반력기 ) 를사용수집하였다. 지면반력기는장애물보행시정확한분석구간을설정하기위해사용하였고, 지면반발력 (ground reaction force) 이발생하는시점을뒤꿈치접지기 (heel contact) 로설정하여분석하였다. 본연구의목적상신체질량중심이외의데이터는분석에서제외하였다. 보행로중앙에설치된장애물은가로 150cm, 세로 10cm, 높이 2cm의목재판과장애물의높이조절을위한가로 10cm, 세로 10cm, 높이 1cm 또는 2cm 인목재거치대로이루어져있다. Fig. 1. Full body marker set. 3. 실험절차장애물보행을위한보행로 (walkway) 길이는 6m로설정하였고, 보행속도는각피험자의평소보행속도로걷도록하였다 (Chou 등, 2001). 맨발보행을실시하였으며, 노인의경우피부노화로인해반사마커부착시피부에손상이염려되는피험자에한하여양말을착용하도록하였다. 본실험전 3회의예비보행을실시하였으며, 출발신호는구두로지시하였다. 신체질량중심의움직임좌표를구하기위해동작분석장비인 Vicon Nexus software(nexus, Oxford Metrics Ltd., 영국 ) 의 PluginGait full body marker set model (Kadaba et al., 1990) 에의거하여, 신체주요표지 35곳에 14mm 구형반사마커를 Fig 1과같이부착하였으며, 장애물의높이는각피험자신장의 10% 로설정하였다 (Chou 등, 2001)(Fig 2). 분석구간은장애물을뒤따라넘는발 (trailing limb) Fig. 2. Obstacle crossing. 4. 자료분석방법본연구의종속변수는젊은성인집단과노인집단의장애물보행시신체질량중심의좌우 / 전후 / 수직방향에서의변위와최대속도이며, 두집단간의차이를비교하기위하여독립표본 t-검정 (Independent t-test) 을적용하였다. 자료분석은 SPSS 12.0(SPSS Inc., Chicago, IL, USA) 통계프로그램을사용하였고, 유의수준은 p<.05 로설정하였다.

96 대한물리의학회지제 9 권제 1 호 Ⅲ. 결과 1. 신체질량중심 (COM) 변위비교 신체질량중심의좌우 / 전후 / 수직방향에서의변위는선행연구와동일하게정규화 (normalization) 방식에따라 (Smith 등, 2002; Huang 등, 2008), 각피험자의다리길이에대한비율로정규화하였으며 (%leg length) 그결과는 Table 2와같다. 좌우방향에서의변위는두그룹간에통계적으로유의한차이가있었으며 (p<.01), 전후방향과는달리젊은성인집단과비교했을때노인집단에서더크게증가하였다. 전후방향에서의변위또한통계적으로유의한차이가있었으며 (p<.05), 노인집단과비교했을때젊은성인집단이노인집단에비하여더크게증가하였다. 하지만수직방향에서의변위는두그룹간에통계적으로유의한차이가나타나지않았다. Table 2. COM displacements(%leg length) Young adults Older adults Anteroposterior* Mediolateral** Vertical 156.93±7.70 5.54±1.83 9.20±0.68 124.87±38.44 10.79±4.68 7.86±2.62 Values are group means ± Standard deviations. For each group, n=10. COM displacement normalized by leg length. Abbreviation: COM, center of mass. *P<.05. **P<.01. 2. 신체질량중심 (COM) 최대속도비교신체질량중심의좌우 / 전후 / 수직방향에서의최대속도는 Table 3에나와있다. 두집단간의좌우 / 전후 / 수직방향모두에서신체질량중심의최대속도는통계적으로유의한차이가있었다 (p<.01). 좌우방향에서는노인집단에서젊은성인집단과비교했을때최대속도가더크게증가하였다. 하지만, 전후방향과수직방향에서는젊은성인집단이노인집단에비하여최대속도가더크게증가하였다. Table 3. Center of mass peak velocities(cm/s) Young adults Older adults Anteroposterior** Mediolateral** Vertical** 116.93±15.39 9.12±2.21 30.22±4.69 74.09±11.94 14.77±3.50 19.61±5.20 Values are group means ± Standard deviations. For each group, n=10. **P<.01. Ⅳ. 논의 본연구에서는젊은성인집단과노인집단을대상으로장애물보행시신체질량중심의움직임에어떠한차이가있는지를비교하고자하였으며, 이것이노인의낙상위험과균형능력과관련된주요한위험요인으로평가될수있는지를확인하고자하였다. 신체질량중심의움직임요소중변위와최대속도를좌우 / 전후 / 수직방향에서분석하였으며, 그결과변위에서는좌우 / 전후방향에서유의한차이가있었고, 최대속도에서는세방향에서유의한차이가있었다. 이러한차이가노인의낙상위험및균형능력과어떠한연관성을지니는지여부를논의해보고자한다. Chou 등 (2003) 의연구에서는현기증이나불안정함을나타내는노인이건강한노인에비하여장애물보행시신체질량중심의좌우방향움직임에서유의한차이가있었는데, 변위는더크게증가하였고, 최대속도또한더빠르게증가하는것이관찰되었다. 이것은노인이장애물보행시좌우쪽에서균형을유지하는데어려움겪어넘어가는발 (swing limb) 이새로운지지면에안정적으로발을내딛기위해일으키는 보상적조절 (compensatory adjustment) 의결과이다 (Chou 등, 2003). 따라서이러한신체질량중심의좌우움직임이낙상의위험이높은노인과그렇지않은노인을구분할수있는주요한요인이될수있다고보고하였다 (Chou 등, 2003). 또한 Schrager 등 (2008) 은 54세에서 92세사이의성인 34명을대상으로한보행실험에서각연령별로신체질량중심의좌우움직임에서유의한차이가있었

장애물보행시노화에따른신체질량중심의변화 97 는데, 피험자의연령이증가할수록좌우방향에서의신체질량중심의변위가더크고, 최대속도또한더빠르게증가한다고하였다. 본연구에서수행한노인집단과젊은성인집단간의장애물보행시신체질량중심의좌우방향에서의변위와최대속도비교결과는선행연구들의결과와같이노인집단에서변위가유의하게더크게증가하였고, 최대속도도유의하게더빠르게증가하였다. 이러한결과는노화에따른일반적인현상들중근육량의감소로인한하지근력의약화가 (Fiastone과 Evans, 1993) 장애물보행시균형을유지하기위해필수적인, 지지하는발에서의충분한고관절외전 (abduction) 을발생시키지못하여좌우방향으로의더크고빠른움직임을유발시킨다고하였다 (Horak 등, 1989). 이러한결과고관절골절의직접적인원인이되는외측으로의낙상위험을증가시킬수있으며, 신체질량중심의좌우움직임은노인의낙상위험및균형능력과관련된중요한위험요인이될수있다고사료된다. Hahn과 Chou(2004) 는젊은성인집단과노인집단을대상으로실시한다양한높이의장애물보행실험에서전후방향에서의신체질량중심움직임에서유의한차이가있었는데, 변위는노인집단에서더작게나타났고, 전후방향에서의최대속도는더느리게나타났다. 이러한결과는장애물보행시노인이보행하는동안적절한신체균형을유지하기위해지면과지지하는발에주어지는역학적부하를줄이기위한일종의 보존적전략 으로설명할수있다. 본연구에서는선행연구의결과와같이노인집단에서전후방향의변위가유의하게더작았고, 최대속도또한유의하게더느리게나타났다. Chen 등 (1994) 과 McFadyen과 Prince(2002) 의연구에서는장애물보행시노인집단의보행속도와활보장 (stride length) 이젊은성인에비하여작게나타난다고하였는데, 이것을신체질량중심의전후방움직임과관련하여생각해보면, 신체질량중심의최대속도와보행속도, 신체질량중심의변위와활보장을연관지을수있다. 노인집단에서관찰되는전방으로의느린보행속도와짧은활보장은전후방향의변위를작게하고, 최대속도또한느리게 하는요인이라고생각된다. 이러한결과는신체질량중심의움직임을연구한선행연구들과본연구의결과가일치하는것이라고사료된다. 하지만신체질량중심의전후방움직임이노인의낙상위험및균형능력을평가할수있는주요한요인이될수있는지에관해서는관련연구가전무하여, 노인낙상의주요한요인이된다고확정지을수없다. 이와관련해서는보행과관련된다른변인, 즉압력중심 (center of pressure) 및시공간적변수등과관련지어추후보다자세한연구가이루어져야할것으로사료된다. Hahn과 Chou(2004) 의연구에서는장애물보행시노인집단과젊은성인집단을비교하였을때, 수직방향에서의신체질량중심변위와최대속도모두유의한차이가나타나지않았다고하였다. 본연구의결과에서변위는두집단간에유의한차이가없었으나, 최대속도는젊은성인집단이노인집단에비하여유의하게높게나타나서, 선행연구결과와일치하지않았다. Smith 등 (2002) 은보행시신체질량중심의수직방향으로의변위에서유의하지않지만젊은성인집단이노인집단에비하여 0.2%leg length 만큼변위가크게나타났다고보고하였다. 이러한결과는본연구에서의젊은성인집단이노인집단에비하여통계적으로유의하지는않았으나, 신체질량중심의수직방향으로의변위가 1.34%leg length 만큼크게나타난것과유사하다. 선행연구와본연구결과의공통된점은젊은성인집단과노인집단간에보행시신체질량중심변위는통계적으로유의한차이가없었다는것이다. 따라서수직방향에서의변위차이가노인의낙상위험및균형능력에주요한영향을미치는요인인지는명확하지않다고생각되며, 선행연구결과에서도명확하게노인의장애물보행시낙상위험및균형능력과관련된요인으로제시한부분을찾을수없었다. 그러나추후다른보행변수와관련지어더많은피험자를대상으로연구한다면보다명확하게낙상및균형능력과밀접한연관성을갖는요인인지여부를판단할수있을것이라고사료된다. 본연구는다음과같은몇가지제한점이있다. 첫째, 실험에참여한피험자의수가적었고젊은성인집단과

98 대한물리의학회지제 9 권제 1 호 노인집단의성별비율이일치하지않았다는점이다. 따라서본연구의결과를일반화하기에는무리가있다고사료된다. 둘째, 건강한노인을대상으로젊은성인과비교하여낙상의위험인자를찾고자하였기때문에, 실제로낙상의위험이높은노인집단을대상으로한연구가추가적으로이루어져야할필요성이있다고사료된다. 추후에는이러한제한사항들을보완한보다심도있는연구가이루어져야할것이다. 셋째, 본연구에서는신체질량중심의변화만을측정하여다른보행변수즉, 신체압력중심, 시공간변수등을함께고려하지못하였다. 추후연구에서는다른보행변수에대한추가적인분석을통한심도있는고찰이필요하다고사료된다. 하게나타났지만낙상위험과관련된인과관계는분명하지않았다. 수직방향에서의변위는유의한차이가없었지만최대속도는유의한차이가있어, 추후보행관련다른변수들과함께연관지어보다정밀한연구가이루어져야한다고사료된다. 마지막으로노인의낙상예방과관련된다양한운동프로그램들을적용하여운동전후의장애물보행시신체질량중심의움직임및기타중요한보행변수의변화를대조군과비교한다면낙상예방에대한운동의효과를적절히평가할수있으리라사료된다. References Ⅴ. 결론본연구는젊은성인집단과노인집단의장애물보행시신체질량중심의움직임을비교분석하여, 각방향에서의변위와최대속도가노인의낙상위험및균형능력을판단하는주요한요인이될수있는지를살펴보고자하였으며, 다음과같은결과를도출하였다. 좌우방향에서의신체질량중심변위와최대속도는유의한차이가있었으며노인집단의변위및최대속도가더크고빠르게나타났다. 전후방향에서의신체질량중심변위와최대속도는유의한차이가있었으며젊은성인집단의변위및최대속도가더크고빠르게나타났다. 수직방향에서의신체질량중심변위는유의한차이가없었으며, 최대속도는젊은성인집단이더빠르게나타났다. 노인에게서좌우방향에서의변위와최대속도의증가는장애물보행시동적자세조절능력의저하로인해넘어가는발 (swing limb) 의안정적인지지면딛기를위한 보상적기전 으로발생하는것이라사료된다. 이러한결과는고관절골절을야기할수있는외측낙상의위험성을증가시킬수있으며, 노인낙상위험및균형능력을판단할수있는주요한지표라고볼수있겠다. 전후방향에서는두분석변수에서유의한차이는명확 Bird ML, Hill K, Ball M, et al. Effects of resistance and flexibility exercise interventions on balance and related measures in older adults. J Aging Phys Act. 2009;17(4):444-54. Campbell AJ, Reinken J, Allan BC, et al. Falls in old age: a study of frequency and related clinical factors. Age Ageing. 1981;10(4):264-70. Campbell AJ, Borrie MJ, Spears GF, et al. Circumstances and consequences of falls experienced by a community population 70 years and over during a prospective study. Age Ageing. 1990;19(2):136-41. Chen H C, Ashton-Miller JA, Alexander NB, et al. Age effects on strategies used to avoid obstacles. Gait Posture. 1994;2(3):139-46. Chou L-S, Kaufman KR, Brey RH, et al. Motion of the whole body s center of mass when stepping over obstacles of different heights. Gait Posture. 2001;13(1):17-26. Chou L, Kaufman KR, Hahn ME, et al. Medio-lateral motion of the center of mass during obstacle crossing distinguishes elderly individuals with imbalance. Gait Posture. 2003;18(3):125-33. Cummings SR, Black DM, Nevitt MC, et al. Appendicular bone density and age predict hip fracture in women. JAMA. 1990;263(5):665-8.

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