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Archives of Orthopedic and Sports Physical Therapy Vol.13 No.2 pp.37-45
DOI : https://doi.org/10.24332/aospt.2017.13.2.05

Comparison of Muscle Activities between Serratus Anterior Muscle and Upper Trapezius Muscle With and Without Winging Scapula During Scapular Protraction in Prone-Bridge Position

Hee-Gon Kim1, Jong-Woo kim2*, Byeong-Jun Hwang3
1M&B Exercise Center
2PARK Hospital
3GYERIM Exercise and Rehabilitation Center
교신저자: (박병원) haha567@hanmail.net
November 15, 2017 November 28, 2017 December 5, 2017

Abstract

The purpose of this study was to investigate the effects of leg lifting on the anterior and upper trapezius muscles when scapula protraction exercise was performed in a prone bridge exercise posture, which is a common waist stabilization exercise for a subject with a winged scapula.

In total, 20 normal adults and 20 subjects with a winged scapula participated in the experiment. Surface EMG recordings were collected from the upper trapezius muscle and anterior muscle during a scapula protraction exercise. The status of the scapula was measured using an electronic digital caliper for the lifted distance of the scapula medial border during a backward movement. In both groups, with both legs supporting, the dominant leg was lifted, and then the non‐dominant leg was lifted, while simultaneously, scapula protraction was performed in the prone bridge exercise posture. Two‐way analysis of variance (ANOVA) measures were used to compare muscle activity differences between the two groups with respect to leg lift differences. In addition, two‐way ANOVA was used to compare the condition of each group. To investigate the differences between the groups, the Bonferroni correction was used (significance level α = 0.017). The statistical significance level α was 0.05.

The results revealed that the winged scapula group showed a significant decrease in the muscle activity ratio of the anterior and upper trapezius muscles compared to the control subjects, and the muscle activity of the upper trapezius muscle increased significantly. There was no significant difference in muscle activity between the anterior and upper trapezius muscles regarding differences in leg lifting. However, in the winged scapula group, there was a significant increase when the dominant leg was lifted. In addition, high muscle activity was observed in the anterior muscle of the dominant side during dominant leg lifting. In conclusion, lifting the side leg while simultaneously performing the scapula protraction exercise to strengthen the anterior muscle can be suggested as the most effective exercise for subjects with a winged scapula.


엎드린 교각운동 자세에서 견갑골 전인 운동 시 견갑골 익상 유무에 따른 전거근과 상부승모근의 근활성도

김 희곤1, 김 종우2*, 황 병준3
1M&B 운동센터
2박병원
3계림운동재활센터

초록


    Ⅰ.서 론

    어깨 통증은 일반적으로 허리 통증, 무릎 통증, 목 통증 다음으로 가장 흔한 근골격계 통증이다. 매년 성 인의 1/3은 어깨 통증을 경험한다(Costic et al., 2003). 현대인들에게 있어서 어깨 통증과 기능부전은 공통적 으로 관찰 되고 있다(Cools et al., 2007).

    이러한 견갑골의 기능부전은 견갑흉골 근육들의 전 체적인 약화로 발생될 수 있으며, 근력의 결손보다는 근육의 불균형 때문에 기능 상실이 일어난다고 보고하 고 있다(Cools et al., 2007). 특히, 하부 승모근과 전거 근의 조절 감소와 더불어 상부 승모근의 과도한 활성 은 비정상적인 견갑골 운동에 있어 기여인자로 제안되 어있다(Santos, Belangero, & Almeida, 2007). 전거근 과 하부, 중부 승모근의 부족한 활성화와 과도한 상부 승모근의 활성화로 인한 근 비율적인 차이는 어깨의 움직임 타이밍에 매우 중요하다(Brindle et al., 2007; Ludewig & Braman, 2011). 그러므로 어깨 재활에 있어 치료의 목표는 기능적인 사슬 운동 패턴으로부터 어깨 거들 운동의 여러 근육 간 상호작용을 회복하는 것이 다(Cools et al., 2007).

    견갑골의 변화된 근활성도 즉, 상부 승모근의 증가 된 활동성과 전거근의 감소된 활동성은 익상 견갑골을 가진 환자들에게 관찰 된다(Andersen et al., 2014). 또 한 많은 문헌에서 익상 견갑골을 가진 환자에게 상부 승모근의 과활동성과 하부 승모근 및 전거근의 낮아진 조절이 함께 작용하여 목 및 어깨 통증을 유발한다고 보고된다(Juul-Kristensen et al., 2011).

    이러듯 전거근과 하부 승모근을 선택적으로 활성화 시키기 위해 많은 운동들이 연구되고 있다. 전거근을 적절하게 강화시키기 위하여 상지의 닫힌 사슬운동인 푸쉬업(Push-up)의 마지막 단계에서 견갑골을 최대로 전인하는 운동을 많이 시행한다(Decker et al., 2003). 이러한 푸쉬업 플러스(Push-up plus)는 상부 승모근 의 낮은 활성도를 일으키며 전거근과 하부 승모근을 선택적으로 활성화시키기 위해 적합한 운동이라고 보 고하고 있다(Andersen et al., 2014). 최근 연구 역시 전거근의 선택적 활성화를 위해 푸쉬업 플러스 운동이 효과적이라고 많은 연구가들이 보고하고 있으며 (Calatayud et al., 2014; De Mey et al., 2014; San Juan et al., 2015).

    교각운동은 체간의 심부 및 표재 근육을 향상시켜 상-하지의 기능적 자세와 움직임 동안 체간의 안정성 을 증진시킨다(Andersen et al., 2014). 자세에 따른 교 각운동은 바로 누운 자세(supine), 엎드린 자세(prone), 옆으로 누운 자세(side lying)가 있다(Okubo et al., 2010). 이 중 엎드린 자세의 교각운동은 전통적인 교각 운동 보다 체간 근육의 근활성도를 높이는 방법이라 제안되고있다(Kong et al., 2013).

    이처럼 견갑골 전인 운동 시 체중지지 양에 따른 다 양한 자세에 관한 연구와 견갑골 근육의 근활성도에 대한 연구는 진행되고 있으나 보다 구체적으로 임상에 서 접근 할 수 있는 건강한 성인을 대상으로 한 연구보 다는 익상과 같은 기능부전을 가진 실제 환자를 대상 자으로 적용되어지는견갑골 전인과 동시에 다리를 드 는 동작과 관련된 연구는 미비한 실정이다.

    따라서, 본 연구는 익상 견갑골 유무에 따른 엎드린 교각운동 자세에서 견갑골 전인 운동 시 다리 들기 차 이에 따른 전거근, 상부 승모근, 전거근의 근활성도와 전거근과 상부 승모근의 근활성비에 어떠한 영향을 미 치는지 알아보고자 한다.

    Ⅱ.연구방법

    1.연구 대상

    본 연구는 2015년 12월 대구광역시 소재 ○○병원 재 활치료실에서 익상 견갑골 증상이 있는 남, 여 20명과 익상 견갑골 증상을 보이지 않으며 어깨통증 및 근골 격계질환이 없는 건강한 성인 남, 여 20명을 대상으로 진행하였으며, 연구에 참여할 대상자는 실험군(익상 견갑골) 그룹의 선정조건은 가만히 앉은 자세에서 양 쪽 견갑골 내연이 모두 1.5㎝ 이상 들리는 자, 엎드린 자세에서 양쪽 견갑골 내연이 모두 3㎝ 이상 들리는 자, 기능적 활동 수행에 제한이 없는 자, 최근 6개월 이내에 전거근의 강화 운동을 하지 않은 자, 대조군의 선정조건은 기능적 활동 수행에 제한이 없는 자, 최근 6개월 이내에 전거근의 강화 운동을 하지 않은 자로 본 실험의 모든 대상자들은 연구의 목적과 방법에 대한 충분한 설명을 들은 후 자발적으로 실험 참여에 동의 후 실시 하였다. 대상의 일반적 조건은 다음과 같다 (Table 1).

    2.실험 방법

    대상자들을 익상 유무에 따라 20명씩 대조군(정상) 과 실험군(익상 견갑골)으로 선정하였다. 익상 견갑골 유무에 따라 엎드린 교각운동 자세에서 지지하는 하지 에 따른 즉, 두발지지, 우세측 다리 들기, 비우세측 다 리 들기에서 견갑골 전인을 포함시킨 운동을 실시하였 다. 두 가지의 자세는 무작위로 실시할 것이며, 세 가 지의 운동 또한 무작위로 실시하였다.

    시작자세는 어깨와 전완을 90도 굴곡한 상태로 엎드 린 자세에서 실시하였고, 운동 시 전완과 1. 두 발 2. 우세측 다리 들기 3. 비우세측 다리를 들어 올리는 동 시에 체간을 들어 올려 견갑골 전인을 실시하였다. 들 어 올린 다리가 머리, 몸통, 엉덩이와 일직선이 되도록 중립자세를 유지하도록 하였다. 3가지의 지지면 운동 은 무작위로 배치하였고, 정확한 자세를 만들기 위해 예비연습을 3회 하였다. ‘시작’이라는 구호와 함께 10 초 유지하도록 실시하며 3회 반복 측정하며, 각 수행 사이 2분간 휴식을 제공하였다(Lehman et al., 2006; Ludewig et al., 2004)(Fig 1).

    3.측정 방법

    1)익상 견갑골 거리 측정

    익상 견갑골은 electronic digital caliper를 이용하여 흉추 극돌기와 동일한 위치에 있는 견갑골 하각과의 거리를 측정하여 평가하였다. 두 가지의 자세 (앉은 자 세, 네발기기 자세)에서 흉추 극돌기와 하각과의 거리 가 각 1.5㎝, 3㎝이거나 더 먼 경우 익상 견갑골이라 분류하였다(Weon et al., 2011)(Fig 2).

    2)근전도 측정

    엎드린 교각운동 자세에서의 견갑골 전인을 한 상태 에서 측정하였다. 각 동작 마지막 자세에서만 측정하 였다. 각 운동 동안 연속적인 측정으로 인한 근 피로를 최소화하기 위해 운동 간 2분간 휴식을 제공하였다. 모 든 자세는 10초 동안 유지를 하며, 3회 반복 측정하여 각 근육으로부터 얻은 근전도 신호는 초기와 마지막 2초를 제외한 6초 동안 측정된 근육의 근전도 값을 사 용하였다.

    전거근, 상부 승모근의 근활성도를 측정을 위해 무 선 표면 근전도기를 사용하였으며, 연구에 사용한 접 지 전극은 Ag, AgCl 재질의 일회용 단극표면전극 (disposable single surface electrode)을 사용하였다. 측정 전 알코올 솜을 이용하여 전극 부착 지점의 이물 질을 제거하였다. 표면 근전도의 신호는 개인용 컴퓨 터에서 필터링과 기타 신호를 처리하였고 근전도 신호 의 표본 추출률(sampling rate)은 1,500㎐로 설정하였 다. 증폭된 파형은 40~400㎐ 대역통과필터(band pass filter)와 60㎐ 노이즈 제거를 위해 노치 필터(notch filter)를 이용하여 필터링 하였다.

    (1)최대 등척성 수축 과정

    수집된 모든 근전도 신호를 정량화하기 위해 실효평 균값으로(root mean square; RMS) 처리하였다. 각 근 육의 수집된 신호는 최대 수의적 등척성 수축에 대한 백분율(% maximal voluntary isometric contraction; %MVIC)로 정규화(normalization)하였다. 근전도 신호 는 %MVIC로 환산하여 표기하였다. 최대 수의적 등척 성 수축은 (1) 전거근 : 앉은 자세에서 견갑골을 내밀고 위팔을 125도 굽히고, 측정자의 한 손은 대상자의 견갑 골 하각에 두어 안정화 시킨 후 견갑골을 뒤당김 방향 으로 저항을 가하여 버티도록 실시하였다(Ekstrom, Soderberg, & Donatelli, 2005). (2) 상부 승모근 : 대상 자는 얼굴을 측정 반대방향으로 돌리고 목을 측정방향 으로 굽힌 다음 고개를 뒤로 젖힌다. 측정하는 팔은 90 도 벌린 상태에서 위팔과 뒤쪽 머리에 대한 저항에 버 티도록 하였다(McLean, & Uhl., 2003). 측정은 5초간 실시하며 3회 반복 측정 하였다. 각 측정마다 5초 휴식 하며 각 근육 측정 사이 2분간의 휴식을 제공하였다.

    (2)전극 부착 부위

    전거근은 우세측 7번째 늑골을 넘어 중간 액와선 부 위에 부착하였다(Park, & Yoo, 2011). 상부 승모근은 우세측 7번째 경추에서 견갑골 견봉까지의 거리 절반 지점에 부착 하였다(Ekstrom, Soderberg, & Donatelli, 2005). 외복사근은 복직근에서 외측으로 전상장골극 바로 위, 능선과 늑골사이 중간 지점에 부착 하며, 내 복사근은 전상장골극과 치골 결절의 중간 지점에 부착 하였다(Kendall et al., 2005; Lehman, 2007)(Fig 3).

    4.연구 및 측정 도구

    1)Electronic digital caliper

    견갑골 내연이 후방으로 들리는 거리를 측정하기 위 하여 30㎝ 자가 부착된 Electronic digital caliper(장비 명, 제조업체, 국가)를 사용하였다(Fig 4).

    2)근활성도 측정 장비

    상부 승모근, 전거근의 근활성도를 측정하기 위하여 근활성도 측정 장비(TeleMyo DTS,제조업체, 국가)를 사용하였다(Fig 5).

    5.자료 분석

    본 자료 분석은 SPSS 18.0 for window를 이용하여 통계처리 하였으며, 집단 간 정규분포 가정을 만족하 여 모수검정을 실시하였다.

    실험군과 대조군의 성별, 나이, 키, 몸무게에 대한 집단 간의 차이를 알아보기 위해 독립 t-검정(independent t-test)을 사용하였다.

    실험군과 대조군간의 운동 자세에 따른 상부 승모근, 전거근의 근전도의 차이를 비교하기 위해 이원배치 분 산분석(two-way ANOVA)을 사용하였다. 각 그룹의 조 건에 따른 비교를 위하여 이원배치 분산분석(two-way ANOVA)을 사용하였다. 분산분석 결과 집단 간의 차이 를 알아보기 위해 사후검정으로 Scheffe test를 사용하 였다. 또한 각 조건별 차이를 알아보기 위해 본페로니 교정(Bonferroni correction)을 사용하였고(유의수준 α=0.017), 통계학적 유의수준 α는 0.05로 하였다.

    Ⅲ.결 과

    1.익상 유무에 따른 각 운동 자세별 근활성도 비교

    1)상부 승모근의 근활성도 비교

    상부 승모근의 근활성도 변화에 대해 알아본 결과, 다리 들기 차이에 따른 비교에서는 유의한 차이를 보 였으며(p<.05), 익상 유무에 따른 비교에서도 유의한 차이를 보였다(p<.05). 다리 들기 조건과 익상 그룹 간 의 상호작용은 나타나지 않았다(p>.05)(Table 2).

    다리 들기에 따른 검정 결과, 양발지지와 우세측 다 리 들기에서 유의한 차이를 보였고(p<.05), 우세측 다 리 들기에서 가장 높은 근활성도를 보였다(p<.05). 익 상 유무에 따른 비교에서 유의한 차이를 보였고 (p<.05), 익상 견갑골 그룹에서 높은 근활성도를 보였 다(p<.05)(Fig. 6).

    2)전거근의 근활성도 비교

    전거근의 근활성도 변화에 대해 알아본 결과, 다리 들기 차이에 따른 비교에서는 유의한 차이를 보였으며 (p<.05), 익상 유무에 따른 비교에서는 유의한 차이를 보이지 않았다(p>.05). 다리 들기 조건과 익상 그룹 간 의 상호작용은 나타나지 않았다(p>.05)(Table 3).

    다리 들기에 따른 검정 결과, 우세측 다리 들기와 양 발지지, 비우세측 다리 들기에서 유의한 차이를 보였 고(p<.05), 우세측 다리 들기에서 가장 높은 근활성도 를 보였다(p<.05)(Fig. 7).

    3)전거근과 상부 승모근의 근활성비 비교

    전거근과 상부 승모근 근활성비에 대해 알아본 결 과, 다리 들기 차이에 따른 비교에서는 유의한 차이를 보였으며(p<.05), 익상 유무에 따른 비교에서도 유의 한 차이를 보였다(p<.05). 다리 들기 조건과 익상 그룹 간의 상호작용은 나타나지 않았다(p>.05)(Table 4).

    다리 들기에 따른 검정 결과, 우세측 다리 들기와 양 발지지, 비우세측 다리 들기에서 유의한 차이를 보였 고(p<.05), 우세측 다리 들기에서 가장 높은 근활성도 를 보였다(p<.05). 익상 유무에따른 비교에서도 유의 한 차이를 보였고(p<.05), 익상 견갑골 그룹에서 낮은 근활성도를 보였다(p<.05)(Fig. 8).

    Ⅳ.고 찰

    견갑골은 다른 신체 분절과 연결되어 안정성을 가지 고 있으며(McMullen, & Uhl, 2000), 이러한 안정성은 골반에서부터 체간을 지나 상지까지 연결하는 운동 사 슬을 이루고 있다(Wilke et al., 2015). 견갑골의 정렬 손상은 견갑부 근육의 기능부전이나 잘못된 자세를 통 한 근육의 불균형으로 인해 발생되며(Santos et al., 2007), 이는 익상 견갑골을 가진 환자들에게 관찰된다 (Andersen et al., 2014). 익상 견갑골을 가진 환자에게 상부 승모근의 과활동성과 하부 승모근 및 전거근의 저활동성이 나타나며(Juul-Kristensen et al., 2011),. 전거근을 선택적으로 활성화시키기 위해 푸쉬업 플러 스는 여러 문헌들을 통하여 많이 추천되었다. 최근 균 형과 움직임 조절에 대한 연구들 중 어깨와 관련하여 체간 중심 안정화 연구들이 관심을 받고 있다. 체간 근 육은 복횡근, 다열근, 내복사근, 외복사근, 요방형근이 있으며 이러한 근육들이 상호협력하여 체간의 안정성 을 유지한다고 알려져 있다(Kisner, & Colby, 2012). 체 간 안정화 운동으로 다양한 자세의 교각운동이 있으 며, 이 중 엎드린 교각운동 자세는 다른 교각운동 자세 운동보다 체간 근육의 근활성도를 높이는 방법이라 제 안되며, 전방 안정근을 활성화시킨다고 한다(공용수, 2014; Kong et al., 2015). 따라서 본 연구는 익상 유무 에 따라 견갑골 전인 운동 시 운동 자세와 다리 들기 차이에 따른 전거근과 상부승모근의 활성도와 전거근 과 상부승모근의 근활성비를 비교하였다.

    익상유무에 따라 각 운동 자세별 비교결과 익상 견 갑골 그룹이 엎드린 교각운동 자세에서 상부 승모근이 유의하게 증가하였고, 전거근과 상부 승모근의 근활성 비는 유의하게 감소하였다. 운동 자세별 비교결과 모 든 다리 들기 자세에서 유의한 차이가 있었으나, 상부 승모근과 전거근, 전거근과 상부 승모근의 근활성비는 우세측 다리 들기에서 가장 높은 근활성도를 보였다.

    전거근과 상부 승모근의 근활성비는 유의하게 증가 하였다. 엎드린 교각운동 자세는 길어진 지레팔 길이 에 의해 중력 저항이 증가되고 지지면이 감소하게 된 다(Colby, & Kisner, 2007; Kong et al., 2015). 또한 불 안정한 지지면에서 균형을 유지하기 위해 신체 분절이 지나가는 근육군에서 공동수축이 발생된다(Latash et al., 2010). 일반적으로 네발기기 자세보다 엎드린 교 각운동 자세에서 중력 저항이 증가되고, 두발지지 보 다 한 다리를 들 때 기저면이 좁아지면서 중력 중심선 이동으로 발생되는 회전토크를 방지하고 척추의 중립 자세를 유지하기 위해 체간 근육과 함께 견갑대의 안 정성에 기여하는 전거근과 상부 승모근의 근활성비가 유의하게 증가되었다고 사료된다.

    승모근과 전거근의 불균형이 있는 환자에게 익상 견 갑골이 주로 관찰되어진다(Ludewig, & Cook, 2000). 견갑골 전인 운동과 같이 높은 전거근과 상부 승모근 의 근활성비를 보이는 푸쉬업 플러스는 선택적인 전거 근의 강화와 어깨 안정화 및 근 불균형의 감소를 위한 재활운동의 중요한 운동 중 하나이다(Ludewig et al., 2004). 익상 견갑골을 가진 대상자에서 공통적으로 견 갑골의 변화된 근활성도 즉, 전거근의 감소와 상부 승 모근의 증가된 활동성을 보인다(Andersen et al., 2014). 본 연구에서도 익상을 가진 대상자들이 정상인 보다 엎드린 교각운동 자세에서 상부 승모근의 과도한 활성과 전거근과 상부 승모근의 근활성비가 감소하였 다. Kong 등(2015)은 엎드린 교각운동 자세는 길어진 지레팔 길이에 의해 큰 중력 저항을 대항하기 위해 높 은 근활성도를 필요하다고 보고하였다. 본 연구에서는 익상 견갑골을 가지고 있으나 통증이 없는 대상자를 선정하였기 때문에 보다 높은 근수축을 요구하는 엎드 린 교각운동 자세에서 익상 견갑골 특징인 근육 불균 형이 나타났다고 사료된다. 또한 전거근이 정상인 그 룹과 익상 견갑골 그룹에서 유의한 차이가 없는 것은 운동을 실시하기 전 사전 연습으로 인해 적절한 견갑 골 전인 운동을 실시하였기 때문이라 사료되며(전용진 등, 2011), 그 보상작용으로 상부 승모근의 증가가 익 상 견갑골 그룹에서 관찰된 것으로 사료된다(Cools et al., 2003). 본 연구의 결과 정상인은 다리 들기 차이에 따라 전거근과 상부 승모근의 근활성비는 유의한 차이 가 없었다. 정상인에게 전거근을 강화시키는 목적으로 동측 다리를 들고 운동하는 것이 가장 효과적이라고 할 수 있다. 익상 견갑골 그룹에서는 전거근과 상부 승 모근의 근활성비가 우세측 다리를 들 때 가장 높은 근 활성도를 보였다. 익상 견갑골을 가진 대상자에게 운 동 선택 시 전거근 강화를 위해 동측 다리를 드는 것이 가장 효과적인 운동방법이 되리라 사료된다.

    본 연구에서는 우세측 어깨의 근육만 측정하였기 때 문에 반대측의 변화는 알 수 없었다. 또한 익상 견갑골 을 가지고 있으나 통증이 있는 대상자가 아니었기 때 문에 어깨 기능부전이 있는 환자에게 일반화하기에는 어려운 점이 있다. 향후 연구에서는 비우세측 어깨 근 육에 대한 연구가 필요하며, 통증이 있는 환자들을 대 상으로 체간 안정화와 더불어 견갑골 전인 운동 효과 에 대한 연구가 필요할 것이다.

    Figure

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    Push-up plus exercise

    AOSPT-13-37_F2.gif

    Measured Winging distance

    AOSPT-13-37_F3.gif

    Placement of surface electrodes

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    Electronic digital caliper

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    Surface electromyography (EMG)

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    Comparison of UT activities between two group and three exercise

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    Comparison of SA activities between two group and three exercise

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    Comparison of the ratio of SA/UT between two group and three exercise

    Table

    General characteristics of the subjects (N=40)

    *p< .05
    aMean±standard deviation

    Comparison of UT activities between two groups and three exercise in prone-bridge position(Unit: %MVIC)

    *p< .05
    aMean±standard deviation
    bBonferroni correction, p<.017
    CG : Normal group, EG : Winging group, UT: Upper trapezius, Both: non raise, Right: Right leg raise, Left: Left Leg raise

    Comparison of SA activities between two groups and three exercise in prone-bridge position (Unit: %MVIC)

    *p<.05
    aMean±standard deviation
    bBonferroni correction, p<.017
    CG : Normal group, EG : Winging group, SA: Serratus anterior, Both: non raise, Right: Right leg raise, Left: Left Leg raise

    Comparison of the ratio of SA/UT between two groups and three exercise in prone-bridge position(Unit: %MVIC)

    *p< .05
    aMean±standard deviation
    bBonferroni correction, p<.017
    CG : Normal group, EG : Winging group, SA: Serratus anterior, UT: Upper trapezius, Both: non raise, Right: Right leg raise, Left: Left Leg raise

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