대한물리의학회지제4권제4 호, 2009년 월 Vol.4, No.4, November 2009. p.269~274 ) 팔굽혀펴기에대한생체역학분석 노태환 김정효 박시백 이나나 울산대학교물리학과, 선린대학물리치료과 Analysis of Biomechanics of Push-up Movement Tae-hwan Rho, PhD, Jeong-hyo Kim, Si-baek Park, Na-na Lee Department of Physics, University of Ulsan Department of Physical Therapy, Sunlin University <Abstract> Purpose : The purpose of this study is an interval palmar width according to change of muscle activation under push-up movement. Methods : Three, this study participation normal young adult (male 3, mean age ; 24yaers). The subject performed maximum contraction under push-up movement. EMG activaty patterns is measured with three different width. The EMG activity of pectoralis major and latissimus dorsi were measured using surface electromyography. Results : EMG activation of pectoralis major and latissimus dorsi following of push-up was shown significant difference(p<.05). Also, experiment value was agree with calculation value and width of shoulder position was minimum of pectoralis major and latissimus dorsi muscle activity. Conslusion : RMS values in case of fretum and wide width of the hands on Latissimus Dorsi are shown muscle activity 32μV and 73.5 μv, respectively. Especialy, RMS value in terms of wide width of the hands on muscles is shown very enhanced muscle activity. It is suggest that interval palmar width of the hands on pectoralis major and latissimus dorsi in push-up movement was effective to intensify of the muscle activity. Key Words : Biomechanics, Push-up movement Ⅰ. 서론 현대사회에서인체의생체역학적손상들중에서 특히견갑골이나상완의비정상적움직임은견갑골 의운동손상증후군의특징을보이는데, 이는특정 부위에통증을유발할수도있으며, 관절가동범위 교신저자 : 노태환, E-mail: thrho@ulsan.ac,kr 논문접수일 : 2009년 월 5 일 / 수정접수일 : 2009년 월 8 일 / 게재승인일 : 2009년 월 9일 -269 -
대한물리의학회지제4권제4호 의증가혹은감소를가져온다. 이로인하여특정방 향으로의보상운동과근력감소가나타난다. 정상적인견갑골의움직임을방해하는결합조직, 근육길이의차이, 근육군의짝힘의불균형을가진 사람들은안정성을제공하는등척성운동과훈련을 통하여정상위치를회복할수있도록해야한다. 또 한견관절의기능장애의예방과재활을위한치료 적운동프로그램을제공하여어깨의여러안정근들 사이의균형적인조절능력의회복에초점을두어 야한다. 최근상지와견갑골의운동치료프로그램에서는 닫힌사슬운동을이용하는경향이많다. 닫힌사슬 운동은몸의말단부분이고정되거나손바닥너비 에안정화된상태에서움직임을포함하며그예로 는체중지지훈련이있다. 닫힌사슬운동은근력강화 와지구력증진뿐만아니라관절면의기계적인압 박을통해여러근육의협응수축(co-contraction) 을 일으키며, 관절주위의구심성수용체를자극하여 더많은고유수용성감각을제공하므로관절의동 적안정성과자세유지를위한운동치료프로그램에 서자주이용되고있다. 위에서언급된고유수용성감각이란일반적으로 신체부위에대한상대적위치와움직임을결정하 는관절의위치감각, 운동감각과관련이있다. 닫힌사슬운동은열린사슬운동과비교해보면 보다안전하고기능적이며, 다면적인움직임이기때 문에재활에서선호된다. 사실상임상적인활용에서 는그개념이모호해지는경우가존재한다. 즉열 린사슬운동의경우말단부위가자유롭게움직이며 전형적으로는부하가주어지지않는반면, 닫힌사 슬운동은말단부위가고정되면서부하를가지며 걷기, 달리기, 계단오르기와같이힘을재생하는 것으로정의된다. 팔굽혀펴기(Push-Up) 는상지의전형적인닫힌사 슬운동이면서수행력평가나가슴, 어깨, 팔의근력 향상운동및저항운동으로알려져있다. Ludewig 등(2004) 은4가지팔굽혀펴기운동의차이점과전거 근, 상승모근의활동성그리고이두근육의비율을 검사하였고, Lear와 Gross(998) 는어깨를모으고 실시한팔굽혀펴기(Push-up plus) 와발을올리고어 깨를모은팔굽혀펴기를비교하였다. Moseley(992) 은어깨를모아서실시한팔굽혀펴기와손을벌리 고실시한팔굽혀펴기운동을사용하여견관절운 동과각각의다른근육, 즉상, 중, 하승모근, 견갑거 근, 능형근, 중 하전거근, 대흉근을검사하였으나팔 굽혀펴기시양손간의너비에대해서는언급하지않 았다. 피트니스운동분야에서도다른손의위치에따 른팔굽혀펴기는대흉근과상완삼두근중하나의근 육만분리할수있다고주장(Weeds, 2002) 하였으나 이러한주장을뒷받침하는과학적증거는부족한 실정이며임상에서사용하는견갑골안정화운동으 로서팔굽혀펴기의다양한손위치에관한연구는 미비한실정이다. 이에본연구에서는상지의운동 프로그램에서닫힌사슬운동의방법으로사용하는 팔굽혀펴기자세에서생체역학적분석을통하여, 견 관절안정근들의근활성도를알아보고견관절재활 을위한가장효과적인운동방법을제공하여초기 운동프로그램의기초자료로견관절상해를예방하 거나치료에보조적자료로제공하고자한다.. 연구대상 간 Ⅱ. 연구방법 본연구는2009 년9월4일부터28 일까지4 일 S 대학에재학중인학생으로과거에견관절, 주관 절, 수근관절의손상이나신체적결함이없는건강 한남학생 3명을대상으로실시하였으며모든대상 자는본실험의목적에숙지하고참여하였다. 2. 연구방법 ) 용어설명 팔굽혀펴기(Push-up): 시작과끝부분에한손이 나두손이바닥과접촉해야하며, 팔꿈치를벌 려야한다. 어깨는바닥과직각이어야하고, 머 리와척추는일직선이되어야한다 (Fig. 3). 2 팔꿈치관절의각도: 상완과전완이이루는각도. 3 고관절의각도: 몸통과대퇴가이루는각도. -270 -
팔굽혀펴기에대한생체역학분석 Fig. MES 9000 EMG(Myotronics noromed. Inc., Wasington) 였다. 활성전극과기준전극은근섬유에평행하게부착 하였고, 각전극중심사이의거리는 2cm이내로부 착하였으며접지전극은쇄골돌출부에부착하였다. 전극과근전도계를연결하는전선을정리하여움직 임잡음(motion noise) 이생기지않도록하였다. 모 든관절의가동범위와전극부착은측정자간의오 차를최소화하기위하여동일한실험자가실험하였 으며근전도측정은전극을붙인후에 0분이상 안정시키고모니터링하여잡음이발생하면제거한 후에실시하였다 (Fig. 2). 2) 측정기구 팔굽혀펴기운동시대상근의근활성도를측정 하기위해 8채널표면근전도 MES 9000 EMG (Myotronics Noromed. Inc., Wasington) 를사용하였 다 (Fig. ). 3) 근전도측정준비 실험실의온도를 25±3 로일정하게유지하고, 피부저항을감소시키기위하여면도기로털을제거 한후알코올솜으로부착부위를닦았다. 표면근전 도의전극은대흉근과광배근에부착하였다. 대흉근 의전극위치는견봉전면부와검상돌기사이상위 3분의 지점에부착하였고광배근의부착위치는 겨드랑이뒤쪽의가장높은지점의근복에부착하 Fig 3. Shoulder width Fig 4. Wide width Fig 2. Fretum width 4) 근전도측정방법 채널을고정하여각채널에서근전도신호를받을 -27 -
대한물리의학회지제4권제4호 수있도록하였다.(G.F: clavicle, Set : pectoralis major, Set 2: latissimus dorsi) 2 근전도신호의표준추출률은 00Hz(00 sample/ second) 로하였다. 3 각근육이수축한시간동안수집된신호를정 량화하기위해실효평균값 (root mean square, RMS) 처리를하였다. 4 잡음을제거하기위해 filter) 를이용하였다. 50Hz 의노치필터(notch Ⅲ. 결과및분석 본연구에서는견갑골안정화운동으로닫힌사 슬운동을이용한팔굽혀펴기운동시다양한손 위치에서손바닥너비간격별로비교함으로써근 육별효과적인운동방법을알아보고자함이며각 각대흉근과광배근의근활성도를표면근전도를통 해측정하였다. Table. Comparison of muscle activation in pectoralis major Push-up Width Peak( μv) Fretum Shoulder Wide 38.7 24.7 294 RMS 38.8 9 29.6 대흉근은좁은경우평균 38.8( μv) 를, 어깨너비 9( μv), 넓게 29.6( μv) 를기록하였다. 손바닥너비 가좁을경우에 peak, RMS 가각각최대값이측정 되었다 (Table ). Table 2. Comparison of muscle activation in latissimus dorsi Push-up Width Peak( μv) Fretum Shoulder Wide 광배근에서는좁을경우평균 27.5 39 274.7 32( μv), RMS 32 57.6 73.4 어깨너비 57.6( μv), 넓게 73.4( μv) 를기록하였다. 손바닥너비 가좁을때와넓을때 Peak 는비슷하였으나, RMS 는넓을경우가높았지만약간의오차를고려할수 있다. 어깨너비에서최소치를나타내었다(Table 2). Fig 5 에서제시된인체모식도로측정된수치적 경향을분석하고자자유체도방법을이용하여광배 근과대흉근의근력를추정하였다. 실험자가팔굽 혀펴기시상체의무게가대략몸무게의 2/3 정도로 측정되었고, 직각좌표계의원점을손바닥에두었다. 직선운동의평형조건 축에대해 Fig 6. An anatomical model of the human body - kinetics T의평형식은 F=0을적용하여먼저 y 2Tsin - 2W/3=0 () X 축에대해서는 Fig 5. An anatomical model of the human body - static 2Tcos - B=0 (2) -272 -
팔굽혀펴기에대한생체역학분석 여기서 B 는대흉근력, T 는광배근력이다. 2Tsin = 2W/3 T=(/2sin )2W/3 (3) Tcos =B 식에 (3) 식을대입하면 B=(/2sin )(2W/3)cos B=(/2tan )(2W/3) (4) Fig 6. 에서상하직선운동에서동역학을적용해보 면, F=ma y 축방향에서는 2Tsin -2W/3+2Psin =(2W/3)a y T=(/2sin )2W/3-(/2sin )Psin 여기서 +(/2sin )(2W/3)a y (5) P 는팔꿈치와손목사이의근육, a y 는 y 축방향의가속도, W 는몸무게, 는지면과요골 과의사이각. X 축방향에서는 Tcos -B+Pcos =ma x B=W/(3sin ) -Psin /(2sin )+Way/(3sin )+Pcos -ma x (6) 여기서 m 은팔의질량. 상하운동시 ( 최대각= +90 도로운동) <90, =90, >90 는각각좁게, 어깨너비, 넓게 된경우를의미한다. 좁게된경우, (5) 식을이용하여분석해보면광 배근을대표하는 T는분모에있는 sin 의값에따 라감소에서증가로변화하고있으며, 하향시에가 속도가음수값을나타내기때문에 T는하향시감 소하고, 상향시증가함을보여주고있다. 이것은 측정치 Peak 값와 RMS 값이각각다르게나타남을 알수있게한다. 또한대흉근을대표하는 B는식 (6) 에서상향시에는 y 축의가속도는양수이고, x축 의가속도는음수가되어서 Wa y/(3sin ) > ma x 조 건에의해 B는상향시에는증가하고반대로하향 시에는가속도의부호가바뀌기때문에 게된다. B는감소하 = 90도인어깨너비경우에는각도가 90도에서 80 도사이로변하는상하운동을한다. 여기에서도 식 (5) 의 T는분모에있는 sin 가최대에서최소로 이동하기때문에상향시는가속도가양수가되어 T 는증가하고, 하향시는가속도가음수이기에 T는 감소한다. 식(6) 의경우에서의대흉근도상향시에 는 y 축의가속도는양수이고, x축의가속도는음수 가되어서, Way/(3sin ) > max 조건에의해 B는 증가하고반대로하향시에는가속도의부호가바 뀌기때문에 B 는감소하게된다. 이처럼모든경우에서도같은경향을보이고있 다. 즉실험치와계산치의경향이일치한다. 광배근 과대흉근의근력이최소가되는자세는어깨너비 자세이다. 견갑골주의근육의불균형과잘못된신경근조절 을해결하기위하여약화된근육에따른선택적인 강화운동과적절한운동자극이요구되는데이에본 연구는실제로선택적운동이필요한환자를대상 으로한것이아니었기에본연구의결과를어깨의 기능장애를가진모든환자에게일반화시키기에는 제한이있다고할수있고근육군의수가적어적 용에어려움이있다. 또한표면근전도는심부근육 들의활성도를측정할수없기에심층근과천층근 간의정확한평가에근거한환자의특성에맞게적 용, 각근육간의작용을비교해보는것이필요하 다. 또한동적인수치는정적인수치보다더욱정 교한도구와정확한실험이필요하여, 동적인근전 도를측정할수있는도구를도입하는것이필요할 것이다. 이러한여러가지제한점이고려되어야 할것이다. Ⅴ. 결 본연구는건강한대학생 론 3명을대상으로팔굽혀 펴기동작시손바닥너비간격변화를좁게, 어깨너 비, 넓게등의 3 가지조건으로분류하여정역학, 동 역학으로그에따른근육의활성도를비교, 분석하 -273 -
대한물리의학회지제4권제4호 였고결과는팔굽혀펴기동작에서대흉근, 광배근 의경우손바닥너비간격을좁게, 넓게할경우근 활성도가증가하였다. 본연구에서내린결론으로는 대흉근, 광배근에서는팔굽혀펴기동작시좁은, 넓 은간격에서의운동이근력강화에효과적이라고할 수있다. 어깨모으고팔굽혀펴기동작과무릎관절의각도 나벽을이용할경우더큰효과를발휘할수있 을것이다. 참고문헌 박경용. 벤치프레스운동시벤치각도에따른대 흉근의근전도분석. 인천대학교대학원석사논 문. 2003. 오재섭, 박준상, 김선엽등. 슬링과고정된손바닥 너비에서의팔굽혀펴기동작시근활성도비교. 한국전문물리치료학회지, 2003;0(3):29-4. Blackburn TA. The effects of muscle fatigue on the relationship of arm dominance to shoulder proprioception, J Orthop Sports Phys Ther. 996; 23:348-52. Blackard DO, Jensen PL, Ebben WP. Use of EMG analysis in challenging kinetic chain terminology. Med Sci sports Exerc. 999;3(3):443-8. Cools AM, Witvrouw EE, Declercq GA, et al. Scapular muscle recruitment patterns: Trapezius muscle latency with and without impingement symptoms. Am J Sports Med. 2003; 3(4):542-9. De Luca CJ. The use of surface electromyography in biomechanics. J App Biomech. 997;3:35-6. Ellenbecker TS. Muscular strength relationship between normal grade manual muscle testing and isokinetic measurement of the shoulder internal and external rotators. J Orthop Sports Phys Therapy. 994;:72. Geiger B. Traning notebook:angle play. Muscle Fitness. 2004;():46-8. Knapik JJ. Sharp MA, Caham-Chervak M, et al. Risk factors for training-related injuries among men and women in basic combat training. Med Sci Sports Exerc. 200;33:946-54. Le Veau B, Anderson G. Output Forms: Data analysis and Applications. In U.S. Department of Health and Human Servioes. selected To pics insurface Electromyography for use in the Occupational settins. 992:70-99. Ludewig PM, Hoff MS, Osowski EE, et al. Relative balance of serratus anterior and upper trapezius muscle activity during push-up exercises. Am J Sports Med. 2000; 32(2) :484-502. Mathiassen SE, Winkel J, Hagg GM. Normalization of sueface EMG amplitude from the upper trapezius muscles in ergojnomic studies: A review. Electromyography and Kinesiology In Electromyography of the Trapezius Muscle, 995;5(4):97-226. Magee DJ. Instability andstabilization. Theory and treatment. 2nd Seminar Workbook, 999. Mottram SL. Dynamic Stability of the Musculoskeletal System. Missouri, Mosby Inc. 2002. Moseley JB, Jobe FW. EMG analysis of the scapular muscles during a shoulder rehabilitation program. Am J Sports Med. 992;20(2):28-34. Voight ML, Hardin JA, Robert M. et al. Comparison of muscle activation using various hand positions during the push-up exercise. Mayo clinic college of medicine, Rochester, Minnesota, 2005. Soderberg GL. Knutson LM. A guide for use and interpretation of kinesiologic electromyographic data. Phys Ther. 2000;80(5):485-98. Weede T, Kraemer WJ. Muscle and fitness blueprint for arms. Muscle Fitness Insert, 2000. -274 -