서 론
일상생활 및 스포츠경기에서 전반적인 인체 균형 및 자세유지, 그리고 정확한 상·하지 협응 활동을 위해 체간 안정성(trunk stability)은 필수적인 요소이다. 균형 잡힌 체간 안정성 유지를 위해 체간 근육(trunk muscles)은 중요한 역할을 수행한다고 알려져 있다[1]. 해부학적으로 인체 중심에 위치하여 다양한 근골격계에 관여하며, 기능적으로 상지와 하지에서 각각 발생된 에너지의 연결 및 이동을 수행하여 체간 안정화를 유도한다[2]. 특히 체간 근육의 동적 근력(dynamic strength)이 감소할 경우 체간 불안정화로 연결되어 및 요통(lower back pain)을 포함한 요부장애 및 외상의 축적을 초래한다[3-5]. 그러므로 체간의 동적 근력을 평가하는 것은 임상적 상황에서 효율적인 요법으로 사용될 수 있다.
동적 근력을 평가하는 등속성 근력 검사는 임상 및 스포츠 현장에서 재활과 트레이닝 시 근골격기능을 평가하기 위해 주로 사용되고 있다[6,7]. 이를 테면 스포츠 현장에서 등속성 기기를 이용해 일반인과 운동 선수들을 대상으로 체간 근력(muscle strength)을 활용하여 집단에 적절한 트레이닝 프로그램을 제시하였으며, 임상 현장에서는 등속성 기기를 이용해 도출된 체간 근력 비율(Flexion/Extension ratio, F/E ratio)을 활용하여 신전근의 상대적 약화는 요통 발생 증가가 보고되었다[8].
한편 Kim et al. [9]은 인체의 다양한 체력 요인 중 체간 유연성은 체간 근육 속성과 밀접한 관련이 있음을 보고하였다. 또한 체간 유연성은 요부 상해와 관련 있을 뿐만 아니라[10], 근육 동원과 척추 안정성 유지에 중요한 역할을 하고 있어 체간의 유연성 감소는 인체의 운동체계에 부정적 영향을 미치는 것으로 보고된다[11]. 즉 유연성은 일상생활이나 스포츠현장에서 중요한 체력요인으로 사용된다.
등속성 기기를 이용하여 근력 측정 시 중력의 영향을 간과할 수 없다. 일반적으로 시상면(sagittal plane)에서 굴곡 및 신전 운동을 측정하는 등속성 근력검사는 중력의 영향으로 최대 회전력(Peak Torque, PT)이 과소 또는 과대평가될 수 있다[12]. 이를테면 슬관절 등속성 검사의 경우, 시상면에서 지면으로 향하는 굴곡 운동은 중력이 부가되어 실제 보다 증가된 근력 값이, 지면과 반대로 향하는 신전 운동은 중력에 저항하여 실제 보다 감소된 근력 값이 도출된다[13].
본 연구에 앞서 Vanhee et al. [14]의 연구는 체간 등속성 운동 시 중력보정의 영향을 구명하였다. 0°에서 75° 구간에서 굴곡 시 중력보정 적용 값(Gravity Correction, GC)이 미적용 값(Not Gravity Correction, NGC) 보다 유의하게 감소한 반면, 신전 시 GC가 NGC 보다 유의하게 증가함을 보고하였다. 또한 F/E ratio는 GC가 NGC 보다 유의하게 감소됨을 보고하였다. 이러한 연구결과는 중력이 등속성 운동에 유의한 영향을 미쳐, 최대회전력의 왜곡이 중력에 기인한다는 관점에서 중력 보정 적용이 피험자 고유 값 도출에 강력한 요인임을 시사한다. 그러나 실제 체간의 경우 해부학적 0°를 기점으로 과신전 가능하며 과신전 상태에서 굴곡 운동은 지면과 반대로 향하는 운동, 신전 운동은 지면으로 향하는 운동이 된다[15]. 이에 기인하여 Van Damme et al. [16]은 등속성 운동 시 체간 근육의 활동성과 근육 동원을 구명하기 위해 -15°에서 45°구간 동안 등속성 운동을 실시하였다. 즉 과신전 상태를 설정하는 것은 체간 근육의 활동성을 파악하기 위한 적절한 설정임을 나타낸다. 따라서 중력영향의 ‘+’, ‘-’를 가미한 인체 관절 움직임 형태에서의 고유 근력 값을 산출하는 것은 스포츠 과학 현장에서 체력의 측정 평가에 중요한 기초정보를 제공할 것으로 기대된다. 실제 -15°에서 0°구간에서 등속성 운동 시 중력보정의 효과를 직접적으로 구명한 결과는 국내외적으로 알려진 바 없지만 스포츠 현장에서 체간부의 ‘-’관절 움직임은 어디에서도 볼 수 있다. 따라서 본 연구는 등속성 기기를 이용하여 체간 근력평가 시 관절 가동 범위에 따른 중력보정의 영향과 이를 통해 산출된 체간 F/E ratio와 체간 유연성 간의 관련성을 구명하기 위해 수행되었다.
연구 방법
1. 연구 대상 및 실험절차
1) 피험자 특성
미국스포츠의학회(American College of Sports Medicine) 가이드라인의 신체활동 준비설문지(physical activity readiness questionnaires) 및 미국 심장협회(American Heart Association)의 건강 및 체력 시설참여 전 설문지에 따라 선정된 심혈관질환 및 정형외과적 문제가 없는 41명의 건강한 남성(age 20.9±0.37 years)을 대상으로 실시하였다[17]. 모든 참가자에게 실험 전 실험목적 및 절차와 실험에 수반되는 위험성을 고지하고 자발적참여에 관한 동의서에 서명을 받았다. 피험자들의 임상적 특징은 Table 1과 같다.
2. 측정변인 및 측정방법
1) 신체조성평가
속옷을 제외한 의복을 탈의하고 맨발 상태로 자동신장·체중계(GL-150, G-TECH International Co., Uijungbu, Korea)를 이용하여 신장과 체중을 각각 2회 측정 후 평균값을 채택하였다. 두 측정값의 범위가 ±.2 이상일 경우 재측정을 실시하였다. 또한 측정된 신장 ·체중 값을 이용해 체질량지수(body mass index, BMI)를 산출하였다.
2) 체간 유연성 측정
정확한 유연성 평가를 위해 좌전굴, 체전굴 및 체후굴의 세 가지 유연성 검사가 실시되었다. 구체적으로 좌전굴(sit and reach)은 디지털 유연성 측정기기(NH-3000G, O2Run Co. Ltd., Seoul, Korea)를 이용해 측정하고, 체전굴(trunk forward flexion)은 아날로그식 유연성 측정기기(T.K.K.5111, TAKEI Co., Japan)를 이용해 측정하였다. 체후굴(trunk backward extension)은 엎드린 자세에서 체간의 최대 신전 시 바닥으로부터 턱 높이를 줄자를 이용하여 측정하였다. 모든 측정은 각각 2회 반복측정 후 최대값을 채택하였으며, 두 측정값의 범위가 ±0.2 이상일 경우 재측정을 실시하였다.
3) 체간 등속성 근력 검사
체간 굴곡 및 신전(Trunk Extension and Flexion, TEF) 모듈을 부착한 등속성기기(Humac Norm, CSMi Co., Stoughton, MA, USA)를 이용하여 최대회전력 검사를 실시하였다. 먼저 피험자에게 등속성 근력검사의 전반적인 내용을 설명한 후 기기에 편하게 서도록 지시하였다. 요부관절과 기기의 축을 수평으로 일치시킨 다음 경골과 대퇴부를 고정하고 허리벨트를 이용하여 상체의 움직임을 제한하였다. 또한 견갑골 및 흉부 패드는 대흉근에 수평 위치하도록 고정하고 모든 장비를 설치한 후 관절가동범위(Range of Motion, ROM)를 설정하였다. ROM은 해부학적 0° 자세에서 -15° 신전, 45° 굴곡으로(total 60°) 설정하였다[15,16].
또한 중력의 영향을 배제하기 위해 기기 설정 메뉴얼에 따라 45°굴곡 상태로 흉부 패드에 상체를 기댄 후 어떠한 내부적 힘의 발현 없이 체간 무게 측정하였으며, 측정된 체간 중량에 의한 중력의 영향을 등속성기기의 소프트웨어를 통해 기계적으로 중력보정을 설정하였다[18].
검사 모습은 Fig. 1과 같다. 등속성 근력검사 프로토콜은 부하속도 60 deg/sec에서 5회의 굴곡 및 신전운동으로 구성되었다. 측정 전 등속성 기기 및 운동검사 적응을 위해 3회의 연습구간이 제공되고, 연습과 본 측정 사이에 10초의 wash-out이 제공되었다[19]. 등속성 검사 후 중력보정 적용 및 미적용한 원시자료(raw data)를 추출하였고, 분석 시 근력검사에서 발생가능한 오류를 최소화 하기 위해 총 5회의 검사 중 첫 번째와 마지막 시행(trial)은 제거되었다. 또한 원시자료 중 오버슛(overshoot) 구간을 제외하여 분석하였다.
3. 자료처리방법
모든 자료 처리는 SPSS 22.0 (Statistical Package for the Social Sciences Software, Versions 22.0, SPSS Inc., Chicago, IL, USA)을 사용하여 각 항목별 평균(mean)과 표준오차(standard error, SE)를 도출하였다. 정규분포 검사를 위해 Shapiro-Wilk 검정을 실시하였으며, 정규성을 바탕으로 결과 간의 차이를 검증하기 위해 대응표본 t-검정(paired t-test)을 수행하였다. 또한 체간 F/E ratio와 유연성(좌전굴, 체전굴, 체후굴) 간의 관련성을 검증하기 위해 체간 유연성을 로그지수(log)로 변환하였으며, 변환 과정에서 0 미만의 유연성 데이터(n=3)를 제외한 나머지는 스피어만 상관계수(Spearman’s correlation coefficient)를 산출하였다. 모든 통계적 유의수준 α=.05 미만으로 설정하였다.
연구 결과
1. 중력보정에 따른 등속성 근력 변화
체간의 굴곡 시 -15°에서 0° 구간에서 GC는 NGC 보다 높은 수치를 나타낸 반면, 0°에서 45° 구간에서는 NGC가 GC 보다 더 큰 수치를 나타냈다. 대조적으로 체간 신전 시 45°에서 0° 구간에서 GC는 NGC 보다 높은 수치를 나타냈으나, 0°에서 -15° 구간에서는 NGC가 GC 보다 높은 수치를 나타냈다(Fig. 2).
2. 중력보정에 따른 PT 및 F/E ratio 변화
체간 PT의 경우 -15°에서 0°구간에서 굴곡 시 GC는 NGC에 비해 통계적으로 유의하게(p <.01) 증가한(4.69%) 반면, 신전 시 GC는 NGC에 비해 유의하게(p <.01) 감소(2.52%)하였다. 대조적으로 0°에서 45° 구간에서는 굴곡 시 GC는 NGC에 비해 통계적으로 유의하게(p <.01) 감소한(27.49%) 반면, 신전 시 GC는 NGC에 비해 유의하게(p <.01) 증가(15.06%)하였다(Table 2).
체간 F/E ratio의 경우 -15°에서 0° 구간에서 GC는 NGC에 비해 통계적으로 유의하게(p <.01) 증가 한 반면, 0°에서 45° 구간에서 GC는 NGC에 비해 유의하게(p<.01) 감소하였다(Fig. 3).
3. 체간 F/E ratio와 유연성 간의 상관관계
체간의 유연성 중 좌전굴, 체전굴은 모든 ROM에서 도출된 NGC 및 GC F/E ratio와 유의한(p>.05) 관련이 없었다. 그러나 후전굴의 경우 -15°에서 0° 구간의 NGC 및 GC F/E ratio와 각각 부적관련성(p<.05)을 나타냈다(Table 3).
논 의
1. 중력보정에 따른 등속성 근력 변화
중력보정 적용으로 인해 굴곡과 신전은 각각 0°를 기점으로 근력은 교차된다. -15°에서 0° 구간에서 중력보정 적용 시 굴곡 근력 값은 증가하였으며, 신전 근력 값은 감소하였다. 반면 0°에서 45° 구간에서 중력보정 적용 시 굴곡 근력 값은 감소하였으며, 신전 근력 값은 증가하였다.
이상의 결과는 등속성 기기에 의한 검사 결과 중 급 가속되는 구간과 급 감속되는 구간을 제거하고 얻을 결과이다. 등속성 기기의 특성상 운동 중 급 감·가속 시 PT가 증가하여 도출된다[20]. 이와 같은 결과는 기계적 특성으로 자연스러운 현상이지만 피험자 고유 근력 값을 왜곡시킨다. 기계적 왜곡현상을 제거하기 위해 결과 도출 시 ‘damper’가 적용되어 환산된 근력 값을 산출할 수 있지만[21], 본 연구에서는 raw data를 사용하였기 때문에 수동적으로 구간의 선별적 획득을 통한 자료분석을 하였다.
등속성 근기능 검사 시 중력보정은 기계적으로 적용한다. 일반적으로 중력의 영향을 받아 증가된 근력 값을 감소시키고, 감소된 근력 값을 증가시켜 피험자의 고유 근력 값을 도출한다[12]. 체간 등속성 검사시 중력보정의 효과를 보고한 Vanhee et al. [14]의 연구에서 중력보정 적용 시 굴곡 근력 값은 유의하게 감소하였으며, 신전 근력 값은 유의하게 증가하였다. 본 연구에서도 0°에서 45° 구간에서 같은 결과가 나타났으나, -15°에서 0° 구간에서는 반대의 결과가 나타났다. 이는 선행 연구의 경우 ROM을 0°에서 75° 구간으로 설정하여 중력의 영향이 일정하게 적용되었으나, 본 연구의 경우 ROM을 -15°까지 확장하여 0°에서 중력보정의 효과가 굴곡과 신전에 각각 교차(Cross-over)되었다. 즉 ROM 설정에 따른 차이라고 설명될 수 있다.
2. 중력보정에 따른 PT 및 F/E ratio 변화
중력보정의 효과는 0°를 기점으로 굴곡 및 신전 PT에 교차 적용된다. -15°에서 0° 구간에서 굴곡 시 GC는 NGC 보다 약 4.69% 증가하였으며, 신전 시 GC는 NGC 보다 약 2.52% 감소하였다. 반면에 0°에서 45°구간에서 굴곡 시 GC는 NGC 보다 약 27.49% 감소하였으며, 신전 시 GC는 NGC 보다 약 15.06% 증가하였다.
중력은 주동근과 길항근의 수축 결과에 영향을 미치는 것으로 본 연구에서는 수축 구간이 짧은 ‘-’ ROM에서의 결과로 이에 중력의 영향이 적기 때문에 중력보정으로 인한 변화율 또한 상대적으로 낮다. 반대로 상대적으로 수축 구간이 긴 ‘+’ ROM에서의 결과는 중력의 영향이 많기 때문에 중력보정으로 인한 변화율이 상대적으로 높다.
Andersson et al. [22]의 연구에 따르면 체간의 최대 신전 근력은 굴곡상태(약 30°)에서 발생하며, 최대 굴곡 근력은 과신전 상태(약 -5°)에서 발생한다고 보고하였다. 본 연구 결과에서 굴곡 시 NGC 값을 비교할 경우 -15°에서 0°의 PT보다 0°에서 45°의 PT가 더 높게 나타났다. 그러나 GC 값을 비교할 경우 -15°에서 0°의 PT보다 0°에서 45°의 PT가 더 낮게 나타났다. 즉 중력보정을 적용해야만 굴곡근의 고유 값을 도출할 수 있다.
Van damme et al. [16]의 연구에 의하면 등속성 운동 동안 신전근이 굴곡근 보다 동원 및 활동성이 비교적 활발하였다. 즉 체간의 신전근은 굴곡근 보다 비교적 많은 동원에 참여됨으로써 PT 도출에 큰 역할을 담당하는 것으로 판단된다. 따라서 0°에서 45°구간 동안 GC의 신전 PT가 굴곡 PT 보다 상대적으로 큰 비율 증가를 나타내는 것으로 판단된다.
또한 Vanhee et al. [14]의 연구에 의하면 0°에서 75°상에서 체간의 등속성 운동 시 중력보정의 적용은 F/E raito가 0.64에서 0.46으로 유의한 감소를 보고하였다. 본 연구 결과 0°에서 45°상에서 중력보정 적용시 F/E ratio가 1.06에서 0.70으로 유의하게 감소하였다. 그러나 -15°에서 0°상에서 중력보정 적용 시 F/E ratio는 0.98에서 1.06으로 유의하게 증가하였다. 이는 0°를 기점으로 과신전 상태에서는 중력보정의 효과가 굴곡과 신전 운동에 교차 적용되면서 위와 같은 결과가 나타나는 것으로 판단된다.
3. 체간 F/E ratio와 유연성 간의 상관관계
체간 F/E ratio와 체간의 유연성 간의 관련성을 분석한 결과 유연성 중 후전굴의 증가는 일정 부분에서 도출된 F/E ratio의 감소와 관련하는 것으로 나타났다.
체간 근육 속성과 유연성 간의 관련성을 구명한 Kim et al. [9]의 연구에 따르면 굴곡 시 근력과 유연성 수준은 유의한 정적 관련성을 가진다고 보고하였다. 그러나 선행연구에서는 ‘+’와 ‘-’ 관절 움직임을 구분하지 않은 상태에서 도출되는 값을 구분하지 않았다.
일반적으로 체간의 근력은 요통과 밀접하게 관련하며[23,24], Tekur et al. [25]의 연구에 의하면 체간의 유연성감소는 요통 감소와 밀접하게 관련한다. Plamondon et al. [26]는 체간이 과신전 되는 back extension 트레이닝을 통해 요통 감소를 보고하였으며, Lee et al. [8]의 연구에 따르면 신전근의 상대적 약화는 요통 증가를 보고하였다. 본 연구의 결과 체간의 유연성 중 체후굴의 증가와 F/E ratio 감소 간의 관련성을 나타냈다. 즉 유연성 증가와 신전근의 상대적 증가는 관련이 있으며 구체적으로 과신전 상태의 신전 근력 증가와 유연성 증가는 유의하게 관련하는 것으로 판단된다. 따라서 추후 요통에 관련한 연구에서는 과신전 상태의 F/E ratio 활용성을 검증할 필요가 있다.
결 론
본 연구는 등속성 기기를 이용하여 체간부의 관절 움직임(해부학적인 관절 스펙트럼 -15°에서 45°)에 대한 중력보정 적용 유무를 통해 최대회전력의 고유 값 규명 및 이를 통해 산출된 체간 F/E ratio와 체간 유연성 간의 관련성을 평가한 결과 0°를 기점으로 중력보정은 굴곡과 신전에 교차 적용되며 이에 따라 체간 F/E ratio 또한 0°를 기점으로 상반된 양상을 보여주었다. 또한 체간의 유연성 중 좌전굴과 체전굴은 어느 요인과도 관련성을 가지지 않았지만, 체후굴은 -15°에서 0° 구간 F/E ratio와 음의 상관관계를 나타내었다.
등속성 기기에 의한 근력 측정 시 중력보정은 결과값에 유의미한 영향을 미친다. 따라서 등속성 근력 평가 시 중력보정의 유무는 근력의 임상적 해석에서 아주 중요하다. 특히 기존의 선행연구들은 단순 움직임 즉 ‘+’관절 움직임에서 중력보정을 언급한 반면 본 연구는 ‘+’, ‘-’를 가미한 관절 움직임에서 중력보정 유무를 통한 실제 값을 파악하였다. 체간의 근력 검사에서 중력보정은 관절 가동 범위에 따라 명확한 ‘Cross-over’ 지점을 가지는 것으로 중력보정은 피험자 고유 값 도출에 효율적 전략임을 시사한다. 추후 연령과 성차 등을 고려한 다양한 연구집단 및 다른 운동양식 그리고 다양한 체력요인 등을 적용하여 다각적 접근을 통해 이를 뒷받침 할 수 있는 후속 연구가 필요하다고 판단된다.
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