Ⅰ서 론

어깨뼈는 어깨 관절이 움직일 때 오목위팔관절의 안 정성을 제공하는데 중요한 역할을 하며, 움직임 시에 는 위팔뼈와 각각 1대 2 비율로 잘 조절된 관절의 움직 임을 만들어낸다(Inman, Saunders & Abbott, 1944). 어깨관절의 움직임은 어깨복합체를 구성하는 네 개의 관절 중 주로 어깨위팔관절과 오목위팔관절의 움직임 으로 이루어지며 이 때, 어깨위팔관절의 근육은 오목 위팔관절의 안정성을 제공하고 어깨가슴관절 근육인 위, 중간, 아래 세모근과 앞톱니근, 어깨올림근 등은 어깨뼈의 움직임을 조절한다(Barnes, Steyn, Van & Fischer, 2001; Escamilla, Yamashiro, Paulos & Andrews, 2009). 어깨가슴관절 근육들의 수축 비율이나 방향이 변하게 되면 어깨가슴관절의 움직임은 기능 장애를 일 으켜 비정상적인 힘을 발생시키고 관절의 병리학적 요 소를 만들어낼 수 있다(Ellenbecker & Cools, 2010; Teece, Lunden, Lloyd, Kaiser, Cieminski & Ludewig, 2008; Verrel, Lövdén & Lindenberger, 2012; Kibler & McMullen, 2003). 뿐만 아니라 어깨뼈에 있는 근육 은 목과 체간 등 다른 관절에도 연결되어있어 어깨 관 절의 비정상적인 움직임은 목 관절의 움직임에도 영향 을 줄 수 있다(Ellenbecker & Cools, 2010; Teece, Lunden, Lloyd, Kaiser, Cieminski & Ludewig, 2008).

어깨 관절이 움직일 때, 관절 움직임 개시 50 ms 전 앞 삼각근이 가장 먼저 수축되고 어깨의 움직임은 목 관절에 대한 내적 동요(internal perturbation)로 작용 하여 어깨 관절 움직임에 대한 피드포워드로 머리와 목 관절에 안정성을 제공하기 위하여 목 근육을 수축 한다(Falla, Jull & Hodges, 2004a; Falla, Rainoldi, Merletti & Jull,, 2004b). 움직임에 대한 피드포워드는 여러 선행연구를 통해 수축 개시 시간으로 정량화할 수 있다는 것이 밝혀졌는데(Cho, Kim & Choi, 2015; Phadke와 Ludewig, 2013), 피드포워드는 관절에 적용 되는 하중과 움직임 속도와 같은 외부 요인과 근육의 퇴행성 변화, 파열 등 근육 자체 변화인 내부 요인에 영향을 받는다.

연령 증가에 따른 근육의 퇴행성 변화는 피드포워드 에 영향을 미치는 요소이며, 근력의 약화(Candow & Chilibeck, 2005), 자극에 대한 반응속도 감소, 움직임 속도의 저하 그리고 근육의 생리학적 노화를 야기하며 궁극적으로 근육 수축 특성을 변화시킨다(Klein et al., 2014). 결국 이러한 요소들은 결국 어깨 관절의 기능 제한을 야기하며(Senefeld, Yoon, & Hunter, 2017; Yassierli, Nussbaum, Iridiastadi, & Wojcik, 2007), 특 히 노인들은 이로 인하여 일상생활동작을 수행하는데 어려움을 겪는다(Bilodeau & Henderson 2001; Picavet & Schouten, 2003).

어깨와 팔을 들어 올리는 같은 동작을 수행할 때, 젊 은 성인보다 노인이 더 어려움을 호소하고 동작을 반 복하는 작업을 할 때, 젊은 성인보다 노인에게서 어깨 와 목의 질환 발병률이 높다는 사실은, 어깨를 움직이 는 동작을 통해 정상 노인과 젊은 성인의 근 수축 특성 에 대한 차이를 발견할 수 있다는 점을 시사한다(de Zwart & Frings-Dresen, 1999; Hoonakker, Carayon & Loushine, 2010). 그럼에도 불구하고, 정상적인 관절 운동 범위를 가지고 기능 제한을 경험하지 않은 노인 들에 대한 연구가 부족하며 많은 선행연구들은 어깨의 질환 유무에 따른 근 수축 특성의 변화만을 관찰해왔다 (Senefeld, Yoon, & Hunter, 2017; Yassierli, Nussbaum, Iridiastadi, & Wojcik, 2007). 어깨와 목의 근 골격계 질환 발병의 주요한 요인 중 하나가 퇴행성 요인인 만 큼, 질환의 발병에 노인들의 정상적인 노화가 미치는 영향에 대한 조사가 필요하다(Barnes, Steyn, Van & Fischer, 2001; Candow, Chilibeck, 2005).

어깨 관절 움직임에 따른 어깨와 목의 근육 수축 개 시 시간을 관찰하는 본 연구는 정상적인 노화로 인한 근육 수축의 특성 변화를 이해하는데 도움을 줄 것이 며, 노인들에게 빈번하게 발생하는 근골격계 질환의 발병을 예방하고 기능 저하를 늦추는 전략을 개발하는 데 근거를 마련할 수 있을 것이다. 따라서 본 연구에서 는 정상 노인들과 젊은 성인들의 어깨 올림 시와 벌림 시 목과 어깨 근육의 근 수축 개시 시점을 비교 분석 하여 노화로 인한 어깨와 목 주변 근육의 수축 패턴의 특성을 비교 분석해보고자 한다.

Ⅱ연구 방법

1연구 대상자

본 연구는 서울시 S구에 거주하는 65세 이상의 정상 노인 11명(남자 4명, 여자 7명, 69.1±5.3세, 154.0±9.8cm, 57.1±8.9kg)과 20-35세 건강한 성인 10명(남자 5명, 여자 5명, 25.0±2.7세, 167.0±6.7cm, 61.2±8.9kg)을 대상으로 시행하였다. 연구 대상자들 중 최근 3년 이내 위팔어깨관절 혹은 어깨쇄골관절의 통증, 외상 혹은 탈구 병력, 목 관절 통증의 병력이 있는 자, 한국판 상 지 근골격계 기능장애 평가 설문지(Korean version Disabilities of Arm, Shoulder and Hand, 이하 KASH) 점수가 25점 이상으로 경도 이상의 기능 장애가 있는 자, 신체질량지수(body mass index; BMI) 28 이상 인 자는 제외하였다. 대상자 선정 조건을 만족하는 자 를 대상으로 연구의 목적과 절차를 충분히 설명 한 후 자발적 동의를 얻은 자에 한하여 실험을 진행하였다. 본 연구의 모든 내용과 절차는 고려대학교 윤리심의위 원회(institutional review board)의 사전 승인을 받은 후 진행하였다.

2근육 수축 개시 시간 측정

근육 수축 개시 시간 측정 장비는 표면 근전도 시스 템(Noraxon USA, Inc., Scottdale, Arizona)이었고 전 극은 Ag-Ag/Cl (Biopac, diameter 2cm)이었다. 근전도 신호는 신호획득률(sampling rate) 1000Hz로 수집 하 였고, 완파 정류(full-wave rectification) 처리하였다. 근전도 신호는 10-500Hz에서 구간 필터링(band pass filtering) 처리를 하고 60, 120Hz에서 리젝 필터링 (reject filtering)을 하였다. 수집된 자료 분석을 위하 여 근전도 소프트웨어 MR-SP 1.07 Master Edition (MyoResearch XP Master Edition Version, Noraxon U.S.A. Inc., Scottsdale AZ, U.S.A)을 사용하였다.

3실험절차

1)어깨 올림 동작

대상자들은 팔꿈치를 완전히 펴고 위팔은 몸통 옆에 붙인 상태에서 어깨 관절 앞쪽 굽힘(forward flexion) 동작과 벌림(abduction)동작을 각 5회 반복하였다. 대 상자들이 어깨 관절 움직임을 동일하게 반복할 수 있 도록 움직임을 안내하는 긴 봉을 설치하였다. 봉의 위 치는 관절 각도계를 이용하여 각 대상자의 어깨 관절 굽힘 시에는 관상면에, 벌림 시에는 시상면에 수직을 이루도록 설치하였다. 측정 전 검사자의 구두 교육과 시범 후 대상자들은 3 회의 사전연습을 통하여 정확한 동작을 숙지하였다. 대상자들은 등받이가 없는 의자에 앉아 동작을 수행하였으며, 동작을 반복하는 동안 발 생할 수 있을 근 피로 방지를 위하여 동작 간 5분의 휴 식시간을 가졌다.

2)근육 활성도 측정

본 실험 전 먼저 대상자들의 키와 몸무게, 신체 질량 지수(Inbody Inc., Korea)를 측정하였다. 본 연구에서 는 총 13개의 어깨 및 목 주변 근육의 근전도 신호를 측정하였으며, 각 근육의 전극 부착 위치는 표 2와 같 다. 피부 저항을 최소화하기 위하여 부착부위를 면도 하고 사포와 알코올로 닦아낸 후 전극을 부착하였다. 전극의 정확한 부착 부위를 확인하기 위하여 검사자는 각 근육의 등척성 수축 시 근전도 신호를 모니터를 통 해 확인하였다. 표면 근전도 전극 부착 후, 준비된 의 자에 바른 자세로 앉아 측정할 동작을 연습하였으며, ‘삐’ 소리와 함께 총 3 회 동작을 수행하였다. 과제 순서 는 대상자 별로 무작위로 배정하여 진행하였다. 표 1

4통계방법

각 근육의 수축 개시 시점은 동작 시작 전 멈춰있는 100 msec 동안 수집된 근 활성화의 평균과 표준편차를 구하여 '평균 + (표준편차 * 3)‘값에 도달하는 시점으로 정하였다(Clark, V.M., and Burden A.M., 2005). 또한 근육의 수축 순서는 앞 세모근의 수축 시점을 0으로 계산하여 재산출하였다 (Santos, M. J., et al., 2007). 본 실험에서 수집된 자료는 정규성 검정을 수행하였 다. 대상자의 일반적 특성 및 K-DASH 점수의 그룹 간 비교는 독립표본 t검증(independent t-test)과 맨 휘트 니 검정(Mann-Whitney test)을 사용하였다. 자료 통계 처리는 윈도우용 SPSS version 21.0을 사용하였으며, 유의수준 α는 0.05로 설정하였다.

Ⅲ연구 결과

본 연구 대상자는 총 21명으로 노인 그룹 11명, 성인 그룹 10명이었다. 연구 대상자들의 나이, 성별, 몸무 게, 키 등 일반적인 특성은 표 1과 같다. 표 2

1.노인과 성인의 목과 어깨 근육의 수축 개시 시간 비교

1)어깨 앞쪽 굽힘 시 그룹 간 근육 수축 개시 시간 차이

어깨 앞쪽 굽힘 시 정상 노인 그룹과 젊은 성인 그룹 의 근육 수축 개시 시간을 비교한 결과 그룹 간과 근육 간 개시 시간에서 통계적으로 유의한 차이를 발견하였 다. 정상 노인의 동작을 수행한 어깨와 같은 쪽 목빗근 수축 개시 시간은 정상 성인의 근 수축 개시 시간보다 통계적으로 더 느리게 나타났다 (p = 0.046). 다른 목과 어깨 근육의 경우 수치상 차이는 존재하였으나 통계적 으로 유의한 차이는 발견되지 않았다(그림 1, 표 3).

2)어깨 벌림 시 그룹 간 근육 수축 개시 시간 차이

어깨 벌림 시 정상 노인 그룹과 젊은 성인 그룹의 근 육 수축 개시 시간을 비교한 결과 그룹 간과 근육 간 개시 시간에서 통계적으로 유의한 차이를 발견하였다. 정상 노인의 측면 어깨 세모근과 후면 어깨 세모근의 수축 개시시간은 성인의 수축 개시시간보다 통계적으 로 더 느린 것을 발견하였다(p = 0.005, p = 0.027). 반 대측 머리널판근육의 수축 개시시간 또한 정상 노인의 근육 수축 개시 시간이 통계적으로 유의미하게 더 느 렸다(p = 0.008). 세 가지 등세모근의 수축 개시 시간 또한 모두 정상 노인이 젊은 성인 보다 통계적으로 유 의미하게 더 느린 것을 발견하였다(위 등세모근: p = 0.020, 가운데 등세모근: p = 0.012, 아래 등세모근: p = 0.012). 그리고 가시 아래근의 수축 개시 시간 또한 정상 노인이 젊은 성인 보다 통계적으로 유의미하게 더 느린 것을 발견하였다(p = 0.001). 다른 목과 어깨 근육 수축 개시 시간의 경우 수치상 차이는 존재하였 으나 통계적으로 유의한 차이는 발견되지 않았다(그림 2, 표 4).

Ⅳ논 의

본 연구는 정상적인 노화가 근 수축 개시 시간에 미 치는 영향을 관찰하고자 정상 노인과 젊은 성인의 어 깨 굽힘과 벌림 시 어깨와 목 근육의 수축 개시 시간을 비교하였다. 본 연구 결과 어깨를 앞쪽으로 굽힐 때와 벌릴 때 각각 정상 노인과 젊은 성인의 근 수축 패턴이 상이하다는 것을 발견하였으며, 정상 노인의 어깨 근 육의 수축 개시가 젊은 성인에 비해 지연되어 있는 것 을 발견하였다.

어깨를 앞으로 굽힐 때, 젊은 성인에 비하여 정상 노 인의 어깨를 올리는 쪽과 같은 쪽의 목빗근의 수축 개 시가 지연되어 있었다. 그 외의 어깨 근육 수축 개시는 앞 삼각근, 위세모근, 앞톱니근, 아래 세모근 순으로 동일하였다. 이는 어깨를 앞으로 굽힐 때 정상 노인은 젊은 성인들과 다르지 않은 수축 패턴을 사용하는 반 면(Falla, Jull & Hodges, 2004; Gurfinkel, Lipshits & Lestienne, 1988), 목의 근육은 정상 성인들과 상이할 뿐만 아니라, 목통증 환자에게서 발견되는 목빗근의 지연된 수축 개시가 나타나는 것이 관찰되었다(Falla, Jull & Hodges, 2004). 본 연구에서 목의 깊은 층 근육 의 수축 개시 시간을 직접 측정하지는 않았으나, 목빗 근의 수축은 깊은 층 근육의 수축과 함께 발생하는데 깊은 층 목 근육의 약화나 통증에 대한 보상작용으로 목빗근과 같은 얕은 층의 근육 수축의 개시가 지연되 는 것을 관찰할 수 있다(Gurfinkel, Lipshits & Lestienne, 1988). 노인에게서 목빗근 수축 개시가 지연된 것은 노 화로 인한 깊은 층 근육의 약화에서 기인한 것으로 추 측된다.

반면 어깨를 옆으로 벌릴 때, 젊은 성인에 비하여 정 상 노인의 어깨와 목 근육의 활성 패턴이 모두 상이하 게 나타났으며 정상 노인들의 어깨 세모근과 등 세모 근, 가시 아래근, 그리고 반대측 머리 널판근 수축 개 시의 지연이 있는 것을 발견하였다. 어깨를 벌릴 때에 는 어깨 세모근과 회전근개 수축이 위팔오목관절에 안 정성을 제공하기 위하여 먼저 수축된다. 이후 잘 조절 된 어깨-위팔리듬을 위하여 위 등세모근, 아래 세모근 그리고 앞 톱니근의 근육들의 짝힘이 발생한다 (Moraes, Faria & Teixeira-Salmela, 2008; Bagg & Forrest, 1988). 어깨 벌림 시, 정상 노인의 지연된 어깨 세모근과 가시 아래근의 수축 개시의 지연은 어깨 관 절을 벌리기 전, 위팔 오목 관절에 대한 안정성 제공이 지연될 수 있음을 의미하며, 등세모근 수축 지연은 위 팔오목관절 근육의 수축 개시 지연으로 인한 것으로 사료된다. 수축이 지연된 정상 노인들의 근육은 어깨 뼈-위팔 리듬을 구성하는 관절의 움직임에 기여하는 근육들이기에, 이로 인한 정상 노인들과 젊은 성인들 의 관절 움직임의 차이가 있을 것으로 사료된다. 뿐만 아니라, 중간 등세모근의 수축 개시 지연은 어깨뼈의 위쪽 돌림에 대한 원심성 조절이 지연될 수 있음을 의 미하며, 90도 벌림 시 정상 노인의 어깨뼈의 안정성이 저하될 수 있음을 시사한다(Bohlooli, Ahmadi, Maroufi, Sarrafzadeh, & Jaberzadeh, 2016). 그러나 본 연구의 결과는 관절의 운동학 결과를 함께 관찰하지 않았기 때문에 이에 대한 주의 깊은 해석이 필요할 것이다. 정 상 노인들에 대한 선행연구는 지금까지 거의 수행된 바 없어 본 연구의 결과를 직접적으로 비교하기 어려 우나, 본 연구의 정상 성인의 수축 개시 특성이 어깨 충돌증후군 환자의 특성과 비슷하다는 것을 확인할 수 있었다(Moraes, Faria, & Teixeira-Salmela, 2008). 본 연구에 참여한 정상 노인들의 근 수축 개시 특성은 어 깨뼈와 위팔오목관절 움직임 장애를 유발할 수 있는 잠재적 요인일 수 있으며, 나아가 어깨 관절의 근골격 계 질환과 목의 질환을 유발할 수 있을 것으로 사료된 다(Provencher, Kirby & McDonald, 2017). 이로 미루어 볼 때 노인들이 일상에서 하는 동작에 포함된 어깨의 움직임이나 어깨 관절의 운동 수행을 위해서는 어깨와 목 관절에 안정화를 제공하기 위한 근 활성도에 대한 운동과 관절 움직임에 따른 각 근육의 적절한 수축 개 시 순서에 대한 근 재교육이 필요할 것으로 사료된다.

본 연구에 참여한 정상 노인들의 상지 기능 장애는 경도 기능 장애의 기준인 20점을 넘지 않았으며, 정상 기준에 속할 뿐만 아니라 정상 성인과의 기능 장애 비 교에서도 통계적으로 유의미한 차이가 없었다. 그러나 본 연구에서 사용한 상지 기능 장애 설문의 최소 임상 적 유의미 차이가 10점이라는 점을 감안해 보았을 때 (Gummesson, Atroshi, & Ekdalh, 2003; Sorensen, Howard, & Tan, 2013), 젊은 성인들에 비하여 상지의 기능의 더 많은 장애를 경험하고 있었던 노인들의 특 성이 반영된 결과였을 것으로 생각되며, 이는 노인들 에게 발병할 수 있는 질환의 잠재적인 요소로 작용할 수 있을 것으로 사료된다.

본 연구의 결과는 어깨 굽힘 시 목빗근의 수축 개시 가 앞 어깨 세모근 수축 이전 혹은 직후에 일어난다는 결과를 보고한 선행연구들의 결과와는 상이했는데 (Gurfinkel, Lipshits & Lestienne, 1988; van der FIts, Kilp AWJ, van Eykern & Hadders-Algra, 1998), 이는 실험 방법 차이에 의한 것으로 생각된다. 본 연구에 참 여한 대상자들이 등받이 없는 의자에 앉아 편안한 속도 로 어깨를 굽힌 것과 달리, 선행연구들의 대상자들은 선 자세에서 주어진 신호에 맞추어 최대한 빠른 속도로 어깨 굽힘 동작을 수행하였으므로, 체간 및 목 근육의 빠른 수축을 통하여 안정성을 확보한 후, 앞 삼각근 수 축을 통한 어깨관절의 움직임을 발생시켰을 것이다.

본 연구에서는 어깨와 목 주변 근육의 근 수축 개시 패턴 분석을 위하여 표면 근전도 측정을 사용하였다. 이 과정에서 측정된 신호들은 동작 수행 전 100ms 기 간의 평균에 대한 표준편차를 구한 후, 표준편차의 3배 에 도달하는 시점을 근 수축 개시 지점으로 지정하였 다. 목빗근의 수축 개시 시간의 경우 정상 노인과 젊은 성인 그룹의 모든 대상자가 큰 편차를 보였는데, 이 결 과는 선행연구에서 보고한 결과와 같은 양상이기는 하 나, 추후 많은 수의 피험자를 대상으로 측정상의 타당 성을 확인해 볼 필요가 있다고 사료되는 부분이다. 또 한 본 연구에는 20세에서 30세 사이의 젊은 성인과 65 세에서 75세 사이의 정상 노인이었다. 30세에서 65세 에 해당하는 중, 장년층의 근 수축 개시 시간 특성은 본 연구에서 관찰하지 않았기 때문에 각 연령 증가에 따른 특성은 비교 분석하지 못하였으며, 근 골격계 질 환과 근육의 특성을 조사한 선행연구들이 각 세대에 따른 비교를 한 바 이에 대한 추후 연구 수행이 필요할 것으로 사료된다.

본 연구는 정상 노인과 젊은 성인의 근 수축 개시 시 간의 비교를 통하여 노화 과정상의 특성을 이해하고자 하였으며 그 결과 노화로 인한 근 수축 개시 시간의 변 화가 있는 것을 발견하였다. 특히 본 연구에서 발견한 짝힘에 관여하는 근육들의 수축 개시 지연과 목 근육 수축의 지연은 노화과정상의 특성일 뿐만 아니라, 특 정 질환을 유발할 수 있는 잠재적 요인이 될 수도 있을 것으로 사료된다. 본 연구의 결과는 향후 정상 노인과 목과 어깨의 특정 질환자의 근 수축 개시 패턴을 비교 해 봄으로써 연령별 특이적 패턴을 규명하고 어깨 관 절의 질환 예방과 치료를 위한 운동프로그램의 근거로 써 활용될 수 있을 것이다.

Ⅴ결 론

본 연구를 통하여 노화가 어깨 올림 시 목과 어깨뼈 주변 근육들의 수축 개시 패턴에 영향을 미치는 것을 확인하였다. 노화는 어깨를 굽히고 벌리는 동작 시 어 깨 관절과 어깨관절의 근육 뿐 아니라 목 관절의 근육 수축 개시 패턴도 변화시킨다는 것을 알 수 있었다. 이 러한 변화는 임상적으로 고려할 만한 기능 장애는 아 니더라도 질환을 야기할 수 있는 잠재적인 기능 장애 를 갖고 있음을 의미하기에, 노인들을 위한 근 재교육 수행의 필요성과 더불어 어깨 관절의 운동을 수행하거 나 새로운 운동을 개발할 때에 노화에 대한 고려를 해 야 함을 의미한다. 본 연구의 결과는 노인들의 어깨 질 환 예방과 운동 프로그램을 개발할 연구자들과 치료사 들에게 기초 자료로써 활용될 수 있을 것이다.