발목 관절 근육 피로와 피로 유발 방법이 외발서기 자세제어에 미치는 영향 = Effects of Muscle Fatigue on Ankle Joint and the Fatigue Protocols of Postural Control during Single-Leg Stance

국문 초록 (Abstract)

이 연구의 목적은 등속성 동력계를 이용하여 발목 관절 근육 피로와 피로 유발 방법이 건강한 성인 여성의 외발서기 자세제어 능력에 어떠한 영향을 미치는지 알아보고자 하는 것이었다. 전후 요인 결과, 저측굴곡·배측굴곡 각속도 30°/s 내에서는 피로 후 압력중심점 전후rms 거리(17.3%), 질량중심점 전후속도(8.0%), 질량중심점 전후rms거리(19.7%)가 유의하게 증가하였으나, 저측굴곡·배측굴곡 각속도 120°/s 내에서는 피로 후 모든 변수에서 유의한 차이가 나타나지 않았다. 또한 저측굴곡·배측굴곡 각속도 30°/s와 120°/s 간에서는 모든 변수에서 유의한 차이가 나타나지 않았다. 따라서 피로 유발 방법 간에는 차이가 없는 것으로 판단된다. 그러나 이 연구의 저측굴곡·배측굴곡 각속도 30°/s에서 최대 저측굴곡 토크 50% 이하의 발목 관절 근육 피로는 외발서기 시 전후 방향의 자세제어 능력 감소에 영향을 미치는 것으로 판단된다. 좌우 요인 결과, 저측굴곡·배측굴곡 각속도 30°/s 내에서는 피로 후 압력중심점 좌우rms 거리(8.1%)와 질량중심점 좌우속도(25.8%)가 유의하게 증가하였으나, 저측굴곡·배측굴곡 각속도 120°/s 내에서는 피로 후 모든 변수에서 유의한 차이가 나타나지 않았다. 그리고 피로 유발 방법 간에서는 저측굴곡·배측굴곡 각속도 120°/s와 30°/s에서는 압력중심점 좌우rms 거리와 질량중심점 좌우속도에서 유의한 차이가 나타났다. 이러한 결과는 저측굴곡·배측굴곡 각속도 120°/s에서는 압력중심점 좌우rms거리와 질량중심점 좌우속도가 감소하는 경향이 나타났으나, 저측굴곡·배측굴곡 각속도 30°/s에서는 압력중심점 좌우rms거리와 질량중심점 좌우속도가 증가하는 경향이 나타난 결과에 의한 것으로 판단된다. 그리고 이 연구의 저측굴곡·배측굴곡 각속도 30°/s에서 최대 저측굴곡 토크 50% 이하의 발목 관절 근육 피로는 외발서기 시 좌우 방향의 자세제어 능력 감소에 영향을 미치는 것으로 판단된다. Lundin et al.(1993)은 건강한 남자 8명을 대상으로 저측굴곡근과 배측굴곡근 피로 후 외발서기 자세제어 변화를 연구하였다. 그결과, 저측굴곡·배측굴곡 각속도 30°/s의 고강도 단 시간 피로는 좌우 동요는 유의한 증가가 나타났으나, 전후 동요는 유의한 차이는 나타나지는 않았다고 보고하였다. Yaggie & McGregor(2002)는 건강한 남자 24명을 대상으로 저측굴곡·배측굴곡 각속도 60°/s에서 최대 저측굴곡 토크 50% 피로 후 외발서기 자세제어 변화를 연구하였는데, 외발서기 시 압력중심점의 전후·좌우 요인에서 유의한 차이가 나타났다고 보고하였다. Gribble & Hertel(2004a)은 성인 13명(여 9명, 남 4명)을 대상으로 저측굴곡·배측굴곡 각속도 60°/s에서 최대 저측굴곡 토크 50% 피로 후 외발서기 자세제어 변화를 연구하였는데, 압력중심점 좌우 요인은 유의한 차이가 나타나지 않았으나, 전후 요인은 유의한 차이가 나타났다고 보고하였다. Boyas et al.(2011)은 성인 16명(남 8명, 여 8명)을 대상으로 저측굴곡 각속도 30°/s 피로 유발, 배측굴곡 각속도 120°/s 피로 유발, 저측굴곡·배측굴곡 각속도 30·120°/s 동시 피로 유발에 따른 세 가지 피로 유발 방법이 자세제어에 미치는 영향을 알아보고자 하였으며, 피로 수준은 최대 토크의 50%로 하였다. 그 결과 눈뜨고 외발서기 시 자세제어 능력의 변화는 나타나지 않았다고 하였다. 위에서 살펴본 선행연구 결과에서 다소 차이가 있음을 알 수 있다. 이러한 이유는 직립서기 시 신체동요를 제어하는 전략에는 발목 관절 전략과 엉덩 관절 전략이 있는데(Winter, 1995), 발목 관절 전략은 비교적 적은 동요가 발생되었을 때 발목 관절 움직임을 주로 하여 자세를 제어하는 전략으로 압력중심점 궤적 분석이 권장되나, 동요로 인하여 큰 신체 움직임이 발생되었을 때 발목 관절 운동에 의한 제어가 충분하지 않다면, 발목 관절과 엉덩 관절의 움직임이 동시에 일어나게 되며, 이러한 경우 압력중심 궤적의 분석에만 의존하는 것은 제어 능력 결함이나 정보의 해석에 오류가 발생될 수 있다는 것이다(Adlerton et al., 2003). 따라서 이 연구 결과에서 나타난 바와 같이 압력중심점과 질량중심점 변수들의 유의한 증가는 피로에 따른 효과인 것으로 판단되며, 이러한 발목 관절 피로는 자세제어 전략의 변화를 초래하는 것으로 여겨진다. 그리고 최근 보고된 연구에 의하면, 발목 관절 근육 피로시 발목 관절의 고유수용성 감각 손상으로 인하여 발목 관절 제어는 감소되고, 엉덩 관절 제어는 증가된다고 하였다(Bisson et al., 2011; Riemann, Myers, & Lephart, 2003). 근피로는 신경전달 속도를 감소시키기 때문에 신경근 제어 및 관절 위치의 큰 변화에 대응하는 부전에 의한 관절 주변의 효율적인 보상 수축을 만들어내는 능력이 감소된다(Gribble & Hertel, 2004a). 그 결과 관절의 고유수용성 감각 저하, 하지의 신경근 제어 손상, 관절의 위치 감각 감소를 초래하게 되며 이는 자세제어 능력의 감소로 연결된다(Gribble & Hertel, 2004a; Kazutomo et al., 2004; Yaggie & McGregor, 2002). 또한 각 관절에서 자세 동요가 일어나면, 피로는 동요에 반응하는 관절 주변 근육의 활동을 억제하는 것으로 여겨진다(Gribble & Hertel, 2004a). 따라서 피로 하지 않은 근육의 움직임을 통해 자세제어가 이루어지게 되며, 이러한 결과는 자세제어 전략의 변화를 초래하게 된다. 위에서 살펴본 선행연구 결과에서 차이는 시각 정보가 피로로 인하여 손상된 자세제어 능력을 보상할 수 있다는 이론을 통해서 설명할 수 있다(Bisson, Choprab, Azzi, Morgan, & Bilodeau, 2010). 이러한 시각의 보상 결과는 자세제어 전략의 변화로 연결되며, 시각정보가 차단되면 자세제어 전략의 변화는 나타나지 않게 된다(Bisson et al., 2011). 따라서 이 연구와 같이 피로 효과로 인한 자세제어 능력 평가를 위한 연구에서는 시각정보 차단을 통한 연구 설계가 바람직한 것으로 판단된다. 저측굴곡·배측굴곡 각속도 30°/s와 120°/s는 고강도 단시간 운동 형태와 저강도 장시간 운동 형태로 근기능 관련 연구에 흔히 이용되고 있다(Gerodimos et al., 2003; Oliveira et al., 2009). 이 연구 결과, 저측굴곡·배측굴곡 각속도 30°/s와 120°/s간 전후 요인에서는 유의한 차이가 나타나지 않았으나, 좌우 요인에서의 유의한 차이가 나타났으며, 저측굴곡·배측굴곡 각속도 30°/s를 이용한 피로는 전후·좌우 요인 모두에서 유의한 차이가 나타났다. 이러한 결과는 고강도 단시간 운동 형태의 피로 유발이 저강도 장시간 운동 형태의 피로 유발 보다 외발서기 자세제어 능력을 보다 크게 감소시키는 것으로 판단된다. Garrandes, Colson, Pensini, Seynnes, & Legros(2007)은 지구력능력이 발달된 선수 14명과 순발력능력이 발달된 선수 7명을 대상으로 신경근 피로 형태를 알아본 결과, 경험한 트레이닝 속성과 근 수축 형태에 따라 차이가 나타났다고 보고하였다. 그리고 고강도 단시간의 운동 형태는 근피로 유발에 보다 크게 기여하는 것으로 보고하였다. 이와 같이 근수축 형태에 따른 피로 특성에 대한 이해와 근수축 형태와 피로 수준과의 관계를 이해하고 파악하는 것은 운동 수행 중 피로로 인해 발생되는 손상 및 수행력 감소 시점을 결정할 수 있으며, 선수 교체 시점 파악을 통한 선수 보호 및 상해 예방에도 도움이 될 것으로 판단된다. 또한 이러한 정보는 상해 예방 및 재활 프로그램 개발을 위한 기초자료가 될 것으로 판단된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The purpose of this study was to investigate the effects of muscle fatigue on the fatigue protocols of postural control during single-leg stance. In summary, during high-intensity, short-duration exercise involving plantar and dorsiflexion at an angular velocity of 30°/s, fatigue at 50% of the maximum plantar flexion torque might result in reduced single-leg stance postural control. High-intensity, short-duration exercise with the plantar and dorsiflexion fatigue protocol at an angular velocity of 30°/s may be a determining factor for postural control impairment during single-leg stance compared to long-duration, low-intensity exercise with the fatigue protocol at an angular velocity of 120 °/s.

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