대한물리의학회지제 6 권제 3 호,2011 년 8 월 Vol.6,No.3,August2011.p.323~330 1) 엉덩관절벌림운동시압력생체되먹임장치와골반벨트의사용이엉덩벌림근의선택적근활성도에미치는영향 이동규 문세나 노경희 박경희 1 김태호 2 오재섭 3 인제대학교대학원물리치료학과, 1 인제대학교대학원재활치료학과, 2 대구보건대학물리치료과, 3 인제대학교의생명공학대학물리치료학과 The Effects of Using a Pressure Bio-feedback Unit and a Pelvic Belt on Selective Muscle Activity in the Hip Abductor during Hip Abduction Exercise Dong-Kyu Lee, PT, BH, Se-Na Moon, PT, BH, Kyung-Hee Noh, PT, BH, Kyung-Hee Park, PT, MS 1, Tae-Ho Kim, PT, PhD 2, Jae-Seop Oh, PT, PhD 3 Dept. of Physical Therapy, The Graduate school, Inje University 1 Dept. of Rehabilitation Therapy, The Graduate school, Inje University 2 Dept. of Physical Therapy, Daegu Health College 3 Dept. of Physical Therapy, College of Biomedical Science and Engineering, Inje University <Abstract> Purpose:The purpose of this study was to examine the effects of using a pressure bio-feedback unit (PBFU) and a pelvic belt (PB) on the electromyographic (EMG) signal amplitude of the gluteus medius (Gmed) and the quadratus lumborum (QL) during hip abduction exercise when lying on the side. Methods:Twenty able-bodied volunteers (10 male, 10 female) were recruited for this study. The EMG signal amplitude was randomly measured during hip abduction with preferred hip abduction (PHA), with PBFU, and with PB. The surface EMG signal was recorded from the Gmed and the QL. Data were analyzed using a one-way repeated ANOVA. Results:Muscle activity of Gmed was significantly higher in PBFU and in PB than in PHA (p<.05). There were no significant difference between PBFU and PB(p>.05). Muscle activity of the QL was significantly lower in PB than in PHA(p<.05). The Gmed/QL muscle activity ratio was also significantly higher in PBFU and in PB than in PHA(p<.05), with no significant difference between PBFU and PB (p>.05). 교신저자 : 오재섭, E-mail: ysrehab@inje.ac.kr 논문접수일 :2011 년 08 월 05 일 / 수정접수일 :2011 년 08 월 19 일 / 게재승인일 :2011 년 08 월 28 일 - 323-
대한물리의학회지제 6 권제 3 호 Conclusion:Based on these findings, using a PBFU and a PB is an effective method to disassociate QL use from Gmed use during hip abduction exercises when lying on the side. Key Words:Gluteus medius, Pelvic belt, Press Bio-feedback Unit, Quadratus lumborum Ⅰ. 서론중간볼기근 (gluteus medius) 의주요한역할은하지의역동적인움직임동안골반 (pelvis) 의안정화에기여하고넓적다리의움직임 (femoral motion) 을조절하는것으로최근하지및요추의근골격계질환운동프로그램에서중간볼기근의선택적강화의중요성이강조되고있다 (Earl, 2005; Fredericson 등, 2000; Schmitz 등, 2002). 중간볼기근의약화와기능장애는임상적으로요통 (low back pain), 무릎넙다리뼈동통증후군 (patellofemoral pain syndrome), 엉덩정강뼈환증후군 (iliotibial band syndrome), 앞십자인대염좌 (anterior cruciate ligament sprain), 발목손상 (ankle injury) 등많은근골격계질환과관련이있다 (Fredericson 등, 2000; Nadler 등, 2002; Niemuth 등, 2005). Janda(1983) 는장거리마라톤선수들의엉덩관절벌림근의근활성도연구에서넙다리근막장근 (tensor fasciae latae) 과엉덩정강근막띠는과활동성을보이는반면중간볼기근은약화를나타내는근육불균형 (muscle imbalance) 을보고했으며, Fredericson 등 (2000) 은중간볼기근의약화로인해넓적다리에증가된모음 (adduction) 과안쪽돌림 (internal rotation) 으로인해엉덩정강뼈환증후군을초래할수있다고보고했다. Earl 등 (2005) 은중간볼기근의기능부전이나억제때문에무릎에바깥굽은벡터 (valgus vector) 의증가로무릎뼈의외측이동이초래될수있다고보고하였다. 따라서엉덩관절의안정성의일차적인역할을담당하는중간볼기근의선택적강화운동은허리및하지의근골격계재활운동시필요하며, 이때발생되는원치않는움직임 (unwanted substitution motion) 의조절은운동치료시중요하게인식되고있다. 허리나엉덩관절 (hip joint) 에병리를가진사람들에게중간볼기근을강화시키기위해옆으로누 운자세 (sidelying position) 에서엉덩관절벌림 (hip abduction) 운동을많이사용한다 (Park 등, 2010). 엉덩관절을벌림시키는근육으로는작용근인중간볼기근과협동근인허리네모근 (quadratus lumborum) 과넙다리근막장근이있다. 특정관절을움직이는작용근이약할때, 협동근으로대체되거나과활성되어나타나는작용을보상움직임 (compensation movement) 이라하며이에대한조절이필요하다 (Comerford 와 Mottram, 2001; Sahrmann, 2002). 그러므로임상에서실시되고있는옆으로누운자세에서엉덩관절을벌림시키는방법으로중간볼기근강화운동을실시할때작용근인중간볼기근의선택적강화운동에유의하여야하며, 엉덩관절벌림시오히려허리네모근의근활성도가증가하게운동을실시하는것은골반상승으로인하여허리의측면굽힘을유발하고측면불안정성과운동손상을초래한다 (Sahrmann, 2002). 중간볼기근의선택적강화를위한중재없이엉덩관절벌림운동하였을때건강한성인들에게서허리네모근의근활성도증가로인해골반측면기울임 (pelvic lateral tilt) 이나타났고 (Cynn 등, 2006), 골반측면기울임은중간볼기근의약화를보상하기위하여허리네모근이활성화될때일어남으로 (Chaitow, 1996), 임상치료프로토콜로허리네모근의근활성도는감소시키고중간볼기근의근활성도는증가시키는방법을권고하고있다 (Chaitow, 1996; Richardson 등, 1999). 최근중간볼기근의선택적근력강화운동을위하여여러가지방법들이연구되어지고있다. Cynn 등 (2006) 은허리네모근의근활성도감소와골반측면기울임을줄이고중간볼기근의근활성도를증가시키기위해압력생체되먹임장치 (pressure biofeedback unit) 를허리곡선에두고옆으로누운자세에서엉덩관절벌림운동을실시하였다. 압력생체되먹임장치는압력계가연결되어있으며, 내부압력의증가로팽창되는비탄력적장치로원래능 - 324-
엉덩관절벌림운동시압력생체되먹임장치와골반벨트의사용이엉덩벌림근의선택적근활성도에미치는영향 동적으로허리안정화를위한복부근육의능력을평가하기위하여개발되었고, 다양한연구에서허리안정화를검사하기위해사용해왔다 (Jull 등, 1993; Mills 등, 2005). 다른연구에서는골반벨트 (pelvic belt) 를사용하여중간볼기근과뭇갈래근 (multifidus) 의근활성도증가와허리네모근의근활성도감소를보고하였다 (Park 등, 2010). 골반벨트는전단응력 (shear stress) 에대해엉치엉덩관절 (sacroiliac joint) 에안정과관절표면안에밀접한접촉을주기위해착용한다. 이론적으로골반벨트는엉치엉덩관절에수동적인안정 (passive stability) 을증가시킨다고보고되어지고있다 (Snijders 등, 1993). 하지의움직임시허리에서발생되는보상작용을제거하고중간볼기근의선택적근활성도증진을위하여체간의안정화를먼저획득하기위한방법으로압력생체되먹임장치등을사용하는능동적인안정화방법과골반벨트등을이용한수동적인안정화방법은최근연구가진행되고있지만부족하고, 더욱이이두가지방법의효과를종합적으로비교한연구는없었다. 그러므로본연구의목적은옆으로누운자세에서엉덩관절벌림운동시에압력생체되먹임장치를사용하는능동적인안정과골반벨트를사용하는수동적인안정방법을적용했을때중간볼기근과허리네모근의근활성도변화에미치는영향을알아보고자실시하였다. Ⅱ. 연구방법 1. 연구대상본연구는연구의목적과방법에대하여실험전에연구대상자에게충분히설명한후실험참여에동의한건강한성인 20명을대상으로실시하였다. 연구대상자의일반적인특성은아래 Table 1과같다. 모든대상자는다리와허리부위에통증이없는자로, 엉덩관절벌림에방해가될수있는다리와허리에선천적인기형, 정형외과적혹은신경학적질환이나기형이있는자는제외하였다. 2. 연구도구및측정방법 1) 압력생체되먹임장치 (Pressure bio-feedback Unit: PBFU) 능동적인방법으로체간의안정화를확보하여엉덩벌림근의선택적근활성도유발하기위하여압력생체되먹임장치 (Chattanooga Group Inc. Hixson, TN37343, 미국 ) 를사용하였다. 2) 골반벨트 (Pelvic belt: PB) 수동적인방법으로체간의안정화를확보하여엉덩벌림근의선택적근활성도를유발하기위하여비탄력성 (non-elastic) 벨트인골반벨트 (Rafys Hengelo, 3221/3300, 네덜란드 ) 를사용하였다. 3) 근전도자료의수집옆으로누운자세에서엉덩관절벌림에작용하는중간볼기근과허리네모근의표면근전도자료수집을위해 Delsys-Trigno wireless EMG system (Delsys Inc., Boston, MA, 미국 ) 을이용하였고, 표면근전도의전극은 Trigno EMG Sensor를사용하였다. 각근육에서수집된채널의표면근전도아날로그신호는디지털신호로전환되어개인용컴퓨터에서 Delsys EMG Works Aquisition 을통해자료를수집처리하였다. 근전도의표본추출률 (Sampling rate) 은 1000 Hz으로하였으며, 주파수대역폭은 Delsys 근전도의주파수대역폭인 20~450 Hz로설정하였다. 각근육별근전도신호는 RMS(root mean square) 처 Table 1. Subject characteristics (Mean±SE) Variable Men(n=10) Women(n=10) Total(n=20) Age(years) 29.1±2.8 24.3±3.1 26.7±3.8 Height( cm ) 175.4±6.1 162.8±5.5 169.1±8.6 Weight( kg ) 67.8±5.3 51.8±5.9 59.8±9.8-325-
대한물리의학회지제 6 권제 3 호 리하여분석하였다. 선택된근육의근활성도를측정하기위해모든연구대상자에게전극을우세측허리네모근은척추능선 (vertebral ridge) 이나척주세움근 (erector spinae) 근복으로부터외측으로 4 cm, 12번갈비뼈와엉덩뼈능선사이의거리 2분의1 에서약간사선각으로부착하였고, 중간볼기근은큰돌기와엉덩뼈능선사이의거리의근위부 3분의1 지점에근섬유와평행하게부착하였다 (Cram 등, 1998). 표면전극부착부위에서피부저항을감소시키기위해털을제거하고, 가는사포로 3~4회문지른다음알코올솜으로문질러피부각질층을제거하였다. 근전도부착후, 허리네모근, 중간볼기근의근전도값을정량화 (normalization) 하기위해맨손근력검사자세에서최대등척성수축 (maximal voluntary isometric contraction: MVIC) 시각근육의근활성도를측정하였다 (Kendall 등, 2005). 5초동안의자료값을 RMS 처리한후처음과마지막 1초를제외한 3초동안의평균근전도신호량을 100 %MVIC 로사용하였다. 4) 실험절차각대상자는치료용매트에비우세측다리를붙이고옆으로누워위쪽몸통, 골반, 우세측다리를일직선상에정렬되도록하였다. 비우세측다리는편안함과안정성을위하여엉덩관절과무릎관절을굽힘하도록하였다. 옆으로누운자세에서대상자는대상자가원하는대로엉덩관절벌림하는경 우 (Preferred Hip Abduction: PHA), 압력생체되먹임장치 (PBFU) 를이용하는경우, 골반벨트 (PB) 를이용하는경우등 3가지조건에서엉덩벌림을무작위순서로실시하였다. 각도계를사용하여, 임상에서중간볼기근의맨손근력검사를위해일반적으로사용되는엉덩관절 25도벌림을측정하였고 (Daniels and Worthingham, 1986), 표적막대를 25 도높이에위치시켰다 (Figure 1). 실험전대상자에게막대에무릎이닿을때까지다리를벌린후 5초동안유지하도록교육하였다. 근전도신호는처음과나중 1초를제외한 3초동안수집하였다. 3가지조건을각각 3 회실시하였으며, 각시도사이에 1 분의휴식시간이있었다. PBFU를이용하는경우모든대상자가 PBFU를사용하는데익숙하도록충분한사전연습을한후에검사를시행하였다. PBFU는옆으로누운자세에서매트와대상자의요추부사이에놓았다. 탄력주머니 (elastic bag) 를 40mmHg 를까지부풀린뒤이를표적압력으로하였다 (Chattanooga Group Inc. Manual). 대상자는 PBFU의아날로그게이지로제공된시각되먹임을사용하여엉덩관절을벌리는동안표적압력을유지하도록하였다. 검사자는압력의변동을모니터하였다. 호흡으로압력의변화가있을수있으므로 ±5 mmhg의압력변화는허용하였다. PB를사용하는경우는 PB를대상자의위앞엉덩뼈가시 (anterior superior iliac spine: ASIS) 아래에위치시켜골반을최대로고정하고다른조건과마찬가지로엉덩관절벌림을실시하였다. a b c Fig 1. a: PHA b: with PBFU c: with PB(Preferred Hip Abduction: PHA, Pressure Bio-Feedback Unit: PBFU, Pelvic Belt: PB) - 326-
엉덩관절벌림운동시압력생체되먹임장치와골반벨트의사용이엉덩벌림근의선택적근활성도에미치는영향 3. 통계처리 3 가지엉덩관절벌림조건에서의각근육의근활성화도에대해반복측정된일요인분산분석 (one-way repeated ANOVA) 을사용하였다. 사후검정은본페로니수정 (Bonferoni's correction) 방법을사용하였으며통계학적유의성을검정하기위해유의수준 α는.05로하였다. 상용통계프로그램인윈도 SPSS version 18.0 프로그램을사용하였다. Ⅲ. 연구결과 3가지조건에서엉덩관절벌림을하는동안허리네모근과중근볼기근의근활성도를비교하기 위하여반복측정된일요인분산분석을한결과, 허리네모근과중간볼기근근활성도는유의한차이가있었고 (p<.05), 허리네모근에비하여중간볼기근의선택적수축이유발되었는지알아보기위하여중간볼기근과허리네모근의근활성도비를분석한결과 3가지조건간유의한차이가있었다 (p<.05)(table 2). 중간볼기근의근활성도는 PHA 조건보다 PBFU 와 PB에서유의하게증가하였고 (p<.05), PBFU와 PB 조건간에는유의한차이가없었다 (p>.05). 허리네모근의근활성도는 PHA 보다 PB에서유의하게감소하였다 (p<.05). 하지만 PHA와 PBFU, PBFU와 PB에서는유의한차이가없었다 (p>.05). 중간볼기근 / 허리네모근의근활성도비 (%MVIC) Table 2. EMG activity of each muscle during hip abduction in each condition (% MVIC) Muscles PHA PBFU PB F p QL 50.72±18.38 46.4±18.79 43.68±15.98 4.72 0.01* Gmed 35.15±10.31 43.84±12.71 42.88±14.63 11.77 0.00* Gmed/QL EMG activity ratio 0.76±0.32 1.05±0.41 1.08±0.47 12.19 0.00* PHA: Preferred Hip Abduction, PBFU: Pressure Bio-Feedback Unit, PB: Pelvic Belt (Note. Values are mean±sd) Gmed: Gluteus medius, QL: Quadratus lumborum * Statistically significant at the level of p<.05 a b c * Statistically significant at the level of p<.05 a: Gmed %MVIC, b: QL %MVIC, c: Gmed/QL Ratio PHA: Preferred Hip Abduction, PBFU: Pressure Bio-Feedback Unit, PB: Pelvic Belt Gmed: Gluteus medius, QL: Quadratus lumborum Fig 2. Electromyographic signal amplitude during hip abduction in side-lying - 327-
대한물리의학회지제 6 권제 3 호 또한 PHA와 PBFU, PHA와 PB에서유의하게증가하였으나 (p<.05), PBFU와 PB에서는유의한차이가없었다 (p>.05). Ⅳ. 고찰본연구는엉덩관절벌림운동시압력생체되먹임장치와골반벨트의사용이엉덩벌림근의선택적근활성도에어떠한영향을미치는지알아보고자실시하였다. 본연구의결과압력생체되먹임장치와골반벨트를사용하여엉덩관절벌림 25 를실시하였을때, 압력생체되먹임장치와골반벨트를사용하였을때가대상자가원하는대로엉덩관절벌림운동했을때보다유의하게중간볼기근의근활성도가증가하였고, 골반벨트를사용하였을때가대상자가원하는대로엉덩관절벌림운동을하였을때보다허리네모근의근활성도가유의하게감소하였다. 또한이두근육간의근활성도비를측정하기위하여중간볼기근 / 허리네모근의근활성도비를분석한결과압력생체되먹임장치와골반벨트를사용하였을때가대상자가원하는대로엉덩관절벌림운동을했을때보다근활성도의비가유의하게증가하였다. Distefano 등 (2009) 은엉덩이근육을강화시키기위하여많이사용하는 12가지치료적운동프로그램을실시하여엉덩벌림근의근활성도를비교한연구에서옆으로누운자세가중간볼기근의가장큰근활성도가나타났다고보고하였다. 그러므로본연구에서도별도의도구를이용하지않고중간볼기근의근력강화운동을실시할수있는옆으로누운자세에서엉덩관절벌림운동을선택하여실험을실시하였다. 2006년 Cynn 등의연구에서옆으로누운자세에서압력생체되먹임장치를적용하여엉덩관절벌림운동을하였을때중간볼기근과배속빗근 (internal oblique) 의유의한증가와허리네모근의유의한감소그리고, 골반측면기울임이감소하였다고보고했다. 본연구에서는옆으로누운자세에서압력생체되먹임장치를사용하여체간의안정화를획득한후엉덩관절벌림을실시한결과대상자가원 하는대로엉덩관절벌림했을때보다중간볼기근의근활성도는유의하게증가하였지만, 허리네모근의감소는유의한차이를보이진않았다. Cynn 등 (2006) 의연구와본연구의결과압력생체되먹임장치를이용한운동은골반과허리부위에서힘잠금 (force closure) 기전을강화하여중간볼기근의선택적근활성도증가를보였다고사료된다. 하지만 Cynn 등 (2006) 의연구에서는엉덩관절벌림의각도를 35 로정하였고본연구에서는 25 로실시하였기때문에허리네모근의근활성도결과는다르게나왔다고생각된다. 향후연구에서는엉덩관절벌림각도를다양하게실시하여엉덩관절벌림각도가엉덩벌림근의근활성도에영향을미치는지알아보는연구가필요할것이다. Oh 등 (2007) 은엎드린자세에서복부에압력생체되먹임장치를적용하여엉덩관절폄운동을한결과전방골반경사와척주세움근 (erector spinae) 의근활성도가유의하게감소하였고, 큰볼기근 (gluteus maximus) 과오금근육안쪽갈래 (medial hamstring) 의근활성도는유의한증가를보고하였다. 그러므로본연구결과와여러연구의결과를바탕으로압력생체되먹임장치는허리부위의안정화에기여하여엉덩근육들의선택적근력강화에도움을줄수있는유용한치료도구라할수있겠다. Park 등 (2010) 의연구에서는옆으로누운자세에서골반압력벨트를적용하여엉덩관절벌림운동을하였을때중간볼기근과뭇갈래근의근활성도가유의하게증가하였고, 허리네모근의근활성도는유의하게감소하였다고보고하였다. 본연구의결과에서는골반벨트를착용하여엉덩관절벌림운동을하였을때중간볼기근의근활성도가유의하게증가하였고, 허리네모근의근활성도는유의하게감소하였다. 이러한결과들은골반벨트를착용하여엉치엉덩관절에안정과관절표면안에압박을주어형태잠금 (form closure) 이강화되었을때엉덩근육의선택적근활성도증가에도움을준다는것을알수있다. 그러므로골반벨트의사용은골반의안정화에기여하여골반및허리주변근육의근활성도에영향을준다고할수있겠다. Kim(2011) 의연구에서는 hook-lying 자세로롤 - 328-
엉덩관절벌림운동시압력생체되먹임장치와골반벨트의사용이엉덩벌림근의선택적근활성도에미치는영향 (round foam roll) 위에서골반벨트를적용하여한다리를들어유지하였을때양측배곧은근 (rectus abdominis), 배속빗근, 배바깥빗근 (external oblique) 의근활성도가유의하게감소한다고보고하였다. 그러므로향후연구에서는옆으로누운자세에서엉덩관절벌림시골반벨트의적용이복부및허리부위의근육의근활성도에미치는영향을알아볼필요가있다. 본연구의결과에서중간볼기근 / 허리네모근의비가압력생체되먹임장치와골반벨트를사용하였을때유의한증가를보였다. Sahrmann(2002) 은주요근육군 (major muscle group) 의수축을강조하는훈련은불균형을교정하기보다는불균형을초래할수도있다고했다. 그러므로작용근과협동근의동시수축보다는상대적으로작용근의근활성도를증가시키는운동이치료및운동손상예방에효과적일것으로사료된다. 본연구에서는압력생체되먹임장치와골반벨트를적용한방법간에는근활성도의유의한차이가없었다. 본연구는건강한성인을대상으로실시하였으므로골반및허리부위의능동적또는수동적안정화에기여하는 2가지방법간의근활성도차이가없었을것으로사료된다. 따라서이후임상적인증상을가진환자를대상으로능동적안정화에문제가있는환자에게는압력생체되먹임장치가, 수동적안정화에문제가있는환자에게는골반벨트가효과가있을수있다는가설검정이필요할것이다. Ⅴ. 결론본연구는건강한 20~30대젊은남성 10명과여성 10명을대상으로엉덩관절벌림운동시압력생체되먹임장치와골반벨트의사용이중간볼기근의선택적근활성도에미치는영향을알아보고자실시하였다. 실험결과압력생체되먹임장치와골반벨트를적용한운동에서중간볼기근의유의한증가를보였고, 골반벨트를적용한운동에서만허리네모근의유의한감소를보였고, 그리고압력생체되먹임 장치와골반벨트를적용한운동에서중간볼기근 / 허리네모근의비가유의하게증가하였다. 이러한결과를통해선택적으로중간볼기근을강화하기위하여엉덩관절벌림운동시압력생체되먹임장치와골반벨트의적용은효과적이라고제안할수있다. 앞으로골반및허리부위의능동안정화및수동안정화에문제가있는환자를대상으로두가지방법중어떠한방법이각각의환자들에게제공되는것이엉덩관절벌림근의선택적강화에효과적인지알아보는연구가수행되어야할것으로사료된다. 참고문헌 Chaitow L. Muscle energy techniques. London: Churchill Livingstone. 1996. Comerford MJ, Mottram SL. Movement and stability dysfunction contemporary developments. Man Ther 2001;6(1):15-26. Cram JR, Kasman GS, Holtz J. Introduction to surface electromyography. Gaithersburg: Aspen. 1998. Cynn HS, Oh JS, Kwon OY et al. Effects of lumbar stabilization using a pressure biofeedback unit on muscle activity and lateral pelvic tilt during hip abduction in sidelying. Arch Phys Med Rehabil 2006;87(11):1454-8. Daniels L, Worthingham C. Muscle testing: of manual examination. 5thed.Philadelphia.W.B.Saunders. 1986. Distefano LJ, Blackburn JT, Marshall SW et al. Gluteal muscle activation during common therapeutic exercise. J Orthop Sports Phys Ther 2009;39(7): 532-40. Earl JE. Gluteus medius activity during 3 variations of isometric single-leg stance. J Sport Rehabil 2005;14(1):1-11. Fredericson M, Cookingham CL, Chaudhari AM et al. Hip abductor weakness in distance runners with iliotibial band syndrome. Clin J Sport Med - 329-
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