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Archives of Orthopedic and Sports Physical Therapy Vol.15 No.1 pp.65-70
DOI : https://doi.org/10.24332/aospt.2019.15.1.07

Physiological Changes in Muscle Tissue of Quadriceps and Hamstrings after Application of High-frequency Stimulation on Knee: Case-series study

Jongmin Lim2, KiMai Um1, Jungjin Kim2*
1Department of Physical Therapy, Yeoju Institute of Technology
2Department of Health and Rehabilitation, Yeoju Institute of Technology
교신저자: 김정진 (여주대학교 건강재활과) E-mail: jgroom@naver.com
20190614 20190623 20190629

Abstract

Purpose:

This study investigated the effects of the newly-developed high-frequency stimulation over knee on physiological characteristics of quadriceps (QM) and hamstring (HM) muscles.


Methods:

Ten healthy participants were participated in the study (average age: 49.3). Each participant received the high-frequency stimulation over both knees over three times a week during a total of two weeks. We measured the physiological characteristics of muscle tissue of QM and HM, including muscle tone (F), dynamic stiffness (S), and elasticity (D) by a Myoton device at pre and post-stimulation.


Results:

As a result, the elasticity of right HM was showed significant differences between pre- and post-stimulation (P=0.006).


Conclusion:

We conclude that the high-frequency stimulation over both knee may evoke the physiological changes in knee muscles.



무릎 고주파 자극에 따른 넙다리네갈래근 및 뒤넙다리 근의 생리학적 변화: 연속 증례 연구

임 종민2, 엄 기매1, 김 정진2*
1여주대학교 물리치료과
2여주대학교 건강재활과

초록


    Ⅰ. 서 론

    전통적으로 다양한 주파수를 이용한 전기적 치료는 무 릎 관절 통증관리를 위해 가장 흔히 쓰이는 물리적 치료기 법 중 하나이며 이에 대한 효과 역시 많은 연구를 통해 밝혀져 왔다. 대표적인 효과로서 피부 표면에 가하는 전기 적 치료는 건강한 성인의 압통과 열감에 대한 역치를 증가 시키며(Chesterton et al., 2003;Wang & Hui-Chan, 2003) 골관절염을 지닌 동물 실험에서는 열에 대한 민감성 을 저하시킨다고 보고하였다(Radhakrishnan & Sluka, 2005;Hingne & Sluka; 2007).

    나아가 다수의 임상 연구에 따르면, 피부 표면에 2에서 100Hz 사이의 다양한 주파수 자극을 가했을 시 중추 신경 계에서 분비하는 내인성 아편물질(Han et al, 1984;Sluka et al., 1999) 또는 뇌 척수액의 엔케팔린 분비의 증가가(Chen et al., 1992) 통각과민(hyperalgesia) 증상 을 완화시킨다고 보고하였으며, 임상 환자를 대상으로 다 양한 주파수 변화와 함께 전기적 중재를 가했을 시 수술 후 마약성 진통제 복용량이 줄었고(Hamza et al., 1999) 열 통증에 대한 역치가 올라갔으며(Tong et al., 2007) 무 릎 관절염 환자에게 진통효과가 있었다고 보고하였다 (Law & Cheing; 2004).

    그러나 상기에서 설명한 바와 같이 통증 완화를 목적으 로 하는 전기적 치료기법에 대한 대다수 논문의 경우 100Hz 이하의 저주파를 신체 피부에 가하는 기법이었으 며 이는 전기를 가하는 조직 자체의 병리적 문제를 해소시 키는 것이 아닌 신경전달물지의 분비 증가를 통해 통증에 대한 감각 역치를 높이는 방식으로 통증을 조절하는 기전 을 가진다.

    반면에 상대적으로 최근에 임상적으로 적용되기 시작 한 100,000Hz 이상의 주파수는 고주파(High-frequncy) 로 분류되며 피부 표면에 감각신경을 자극하지 않고 깊은 조직세포의 심부 열을 발생시킴으로써 조직 자체의 직접 적인 생리학적 변화를 유도하여 치료하기 위해 사용되었 다(Shin et al.. 2006). 선행 연구에 의하면 고주파로 인해 심부 열을 발생하는 기전은 고주파가 심부의 조직분자에 가해졌을 때 발생되는 분자적 진동으로 인해 열이 발생되 는 것으로 보고되었으며(이미영 & 오정숙, 2008), 초기에 는 효과 검증논문 대다수가 비만과 같이 임상적 문제가 아닌 미용과 밀접한 연구가 이루어져 왔다(이미영 & 오정 숙, 2008;장재희 등., 2009).

    최근에는 고주파에 대한 임상적 효과 검증연구가 점차 증가하고 있는데, 대표적으로 연골 수술 후 발생한 연골 용해(이충희, &하철원, 2011), 만성 요통(권궁 등), 무릎 관절 통증(윤청구 & 안창식, 2014) 등이 있다. 다양한 인 체생리학 연구에서 고주파로 인해 가해지는 심부 열로 인 한 조직 온도 상승은 조직 이완효과(장재희, 도은정, &김 고운, 2009)뿐만 아니라 혈관 확장을 일으키며 이는 혈류 량을 증가시키고 산소와 영양물질, 항체, 백혈구 등의 공 급 증가로 이어져 면역력을 증대시킨다고 보고하고 있다 (정혜진, &임미혜, 2013).

    그러나 상기의 조직에 가해지는 고주파로 인한 직접적 인 생리학적 효과와 임상적 연구들이 보고되고 있음에도 불구하고 생리학적 변화와 임상적 효과의 중간 과정인 고 주파의 근육학적 영향에 대한 연구는 미미한 실정이다. 따라서 본 연구는 고주파로 인한 근육학적 변화를 조사하 기 위해 근육의 생리학적 특성을 긴장도(Tone), 탄력성 (Elasticity), 동적인 경도(Stiffness)로 구분하고 각 요인 에 대한 고주파 중재 후 변화 유무를 관찰하고자 한다. 상기의 고주파가 미치는 생리학적 효과를 토대로 본 연구 에서는 고주파 중재 후에는 근육학적 변화가 있을 것으로 가설을 설정하였다.

    Ⅱ. 연구 방법

    1. 연구 대상자

    본 연구는 건강한 성인 10명을 대상으로 연구를 진행하 였다(Table 1). 단, 본 연구의 제외기준은 1) 최근 6개월 이내에 내・외과적 수술을 받아 근육에 상흔을 지닌 자, 2) 근육의 압통 또는 경련 증상이 잦은 자, 3) 고주파의 열감에 감각적으로 민감한 자는 제외하였다.

    사전 평가 전 모든 대상자들은 연구의 목적과 방법에 대해 설명하고, 고주파 중재에 대한 동의하에 연구를 진 행하였다.

    2. 고주파 적용

    고주파 중재는 국내 제품인 고주파자극치료기(Rfine, Humandream, Korea)를 사용하였으며 각 대상자는 20분 간 양쪽 무릎에 고주파 자극을 주 3회 받고 2주 동안 진행 하였다. 대상자는 편안히 앉은 자세에서 고주파 패드에 양쪽 무릎을 접촉시키고 패드가 흔들리지 않도록 무릎을 고정시켰다. 고주파 전류는 초기 5분간 290W로 적용하고 나머지 15분간 220W로 유지하였다. Table 2

    3. 사전 및 사후 측정절차

    고주파 중재 전, 후로 각 대상자들의 양쪽 넙다리네갈래 근과 뒤넙다리근의 근육특성은 마이오톤(Myoton®PRO, MyotonAS, Estonia)을 사용하여 측정하였다. 이 기기는 근육의 긴장도, 탄성도, 동적인 경도 측정이 가능하며 근 육 기능의 특성을 간단하고 신속하게 측정할 수 있는 장비 로써 선행 연구를 통해 수준 신뢰도가 입증되었다 (Viir, Laiho, Kramarenko & Mikkelsson 2006).

    측정 절차는 양쪽 근육의 근복(muscle belly)에 수술용 마커 펜으로 표시하여 대상자별 사전, 사후 동일한 지점 을 측정하였으며(Virr 등 2007), 편안한 자세로 앉아 근육 의 수축이 일어나지 않도록 한 상태에서 기기를 수직으로 대고 5번의 타진 후 나오는 평균값을 기록하였다. 측정자 는 임상경력 5년 이상의 임상가로 사전에 기기에 대한 충 분한 훈련을 받고 실시하였다. Table 3

    4. 근육의 생리학적 특성정의

    본 연구에서 측정한 각 변수에 대한 정의는 다음과 같다. 먼저, 근 긴장도는 근육이 수축하지 않은 상태에서 기기의 타진 시 발생하는 근육의 진동을 의미한다(F, Frequency, Hz). 다음으로 동적인 경도는 측정 근육의 타진 후에도 모양의 변화를 일으키지 않고 유지하고자 하는 근육의 특 징을 의미한다(S, Stiffness) (Schneider, Peipsi, Stokes, Knicker & Abeln 2015). 마지막으로 근육의 탄성도는 측정 근육을 타진 후 빠르게 복원 할 수 있는 능력을 의미한다 (D, Decrement).

    5. 통계처리

    통계처리는 Windows용 SPSS 21.0을 이용하였으며 양 쪽 넙다리네갈래근과 뒤넙다리근에 대한 근육의 긴장도 (F). 동적인 경도(S), 탄성도(D)의 사전, 사후변화를 비교 하기 위하여 대응 t검정(paired t-test)을 사용하였다. 통 계학적 유의수준은 p<.05로 규정하였다.

    Ⅲ. 결 과

    2주간의 주 3회 고주파 20분 중재 후 사전 및 사후 측정 결과는 다음과 같았다.

    1. 양쪽 넙다리네갈래근과 뒤넙다리근의 긴장도(F)

    양쪽 넙다리 네갈래근과 뒤넙다리근의 근긴장도를 비 교 분석한 결과 사전 및 사후 모두 유의한 변화는 발견되 지 않았다(p<.05).

    2. 양쪽 넙다리네갈래근과 뒤넙다리근의 동적인 경도(S)

    양쪽 넙다리 네갈래근과 뒤넙다리근의 동적인 경도를 비교 분석한 결과 사전 및 사후 모두 유의한 변화는 발견 되지 않았다(p<.05).

    3. 양쪽 넙다리네갈래근과 뒤넙다리근의 탄성도(D)

    양쪽 넙다리 네갈래근과 뒤넙다리근의 탄성도를 비교 분석한 결과 오른쪽 뒤넙다리근에서 사전에 비해 사후에 서 유의한 감소를 발견하였다(p<.05)

    Ⅳ. 논 의

    본 연구에서는 건강한 성인을 대상으로 20분간의 고주 파를 주 3회 2주간 적용 시 양쪽 넙다리네갈래근과 뒤넙 다리근의 근긴장도(F), 동적인 경도(S), 탄성도(D)의 변화 에 대해 관찰하였다. 결과적으로 오른쪽 뒤넙다리근의 탄 성도(D)에서 중재 후 통계적으로 유의한 감소를 보였다.

    과거의 대다수 선행연구에서는 주로 고주파를 비만과 같은 미용 목적으로 사용했을 경우 효과가 있는지에 대해 조사하였다(강신옥 & 원윤경, 2005; 김호용 & 배현숙, 2011). 본 연구에서는 아직 충분하지 않은 고주파에 대한 임상연구에 앞서 건강한 성인을 대상으로 고주파가 근육 조직의 생리학적 변화를 유발시키는지 조사한 점에서 의 미가 있다고 사료된다. 또한 본 연구에서 유의한 차이를 발견한 측정변수는 적었으나 짧은 중재 기간을 고려했을 때 유의한 변화가 있었다는 점은 과거 척추분리증, 척추관 협착증, 척추사이원반탈출증, 척추 전방전위증, 요추 염좌 등 고주파 중재연구 초기의 임상적 결과와(Takahashi, 1999) 최근 만성 요통환자를 대상으로 한 고주파 중재관련 선행연구의 임상적 결과와 일치한다(권궁 등, 2018).

    특히, 최근 이덕재 등(2016)에 따르면 십자인대 재건술 이후 주파수가 낮은 경피신경전기치료보다 주파수가 상 대적으로 높은 러시안 전류가 통증과 근력회복에 효과적 이라는 점을 발견하였으며 이는 피부표면의 전기 자극으 로 인해 발생하는 신경전달물질 분비로 인한 통증 완화보 다 조직의 직접적인 생리학적 변화로 인해 얻는 통증 완화 의 정도가 더 큰 것을 시사한다.

    비록 본 연구에서는 오른쪽 뒤넙다리근의 탄성도에서만 유의한 변화를 발견할 정도로 효과크기가 미미했으나 이 는 전체 중재기간이 짧았다는 점과 측정 대상자 수가 많지 않았다는 점, 무엇보다 건강한 성인을 대상으로 진행하였 기 천장효과가 나타날 수밖에 없었다는 점을 고려할 필요 가 있다. 근탄성도(D)는 스포츠 퍼포먼스를 구사할 때 있 어서 근육의 민첩한 수축과도 밀접하게 관련이 있다. 그러 나 Yeatman et al(1969)에 의하면 온도와 근 탄성도는 서 로 반비례 관계라고 보고했으며 다시 말해 본 연구에서 근 탄성도가 사후에 떨어진 이유는 하지의 심부 열이 증가 했다는 것을 의미한다. 따라서 본 연구에서 고주파로 인한 심부 열 효과가 분명하게 나타났다는 것을 반증한다. 그러 나 근 탄성의 감소가 임상적으로 긍정적으로 영향을 미칠 지에 대해서는 추후 임상 연구가 필요하다.

    본 연구의 제한점으로는 적은 대상자 수와 짧은 중재기 간으로 인해 연구결과를 일반화시키기에 제약이 있다. 그 럼에도 불구하고 단기간 고주파 자극에 대한 근육의 생리 학적 특성 변화를 관찰할 수 있었던 결과는 추후 고주파관 련 임상연구에 대한 방향성을 제시하고 근거 가치가 있다 고 사료된다. 따라서 본 연구 결과를 토대로 향후 임상연 구에서는 관절 통증에 대한 고주파의 치료 효과를 검증할 필요가 있다.

    Ⅴ. 결 론

    본 연구에서는 고주파 자극을 무릎에 적용 시 심부 열 중가로 인한 근육학적 특성 변화가 일어났음을 발견하였 다. 향후 본 연구 결과를 토대로 고주파에 대한 하지관절 통증에 대한 임상시험을 실시할 필요가 있으며 하지 근육의 생리학적 특성이 치료 지표로서 활용될 수 있다 사료된다.

    Figure

    Table

    대상자들의 신체적 특성

    사전 및 사후 양쪽 넙다리네갈래근의 생리학적 특성

    사전 및 사후 양쪽 뒤넙다리근의 생리학적 특성

    Reference

    1. 강신옥, 원윤경 (2005). 고주파관리가 여성 비만에 미치는 영향. 대한피부미용학회지, 3(2), 121-131.
    2. 권궁, 김찬문, 박신준 (2018). 물리치료사 손을 통한 고주파 치료가 만성요통 환자의 통증과 장애지수에 미치는 영향. 한국융합학회논문지, 9(2), 289-294.
    3. 윤청구, 안창식 (2014). 무릎 골관절염 환자에게 적용된 운동 프로그램이 통증 및 삶의 질에 미치는 영향: 체계 적 문헌고찰과 메타분석. 근관절건강학회지, 21(3), 173-183.
    4. 이덕재, 심재훈, 윤성익, 박신준 (2017). 융복합기반 러시안 전류와 경피신경전기자극이 앞십자인대재건술 환자 의 넙다리네갈래근의 통증, 근력, 기능에 미치는 효과. 한국융합학회논문지, 8(1), 77-87.
    5. 이미영 오정숙 (2008). 고주파 주파수변화에 따른 여성복부 비만관리의 효과. 대한피부미용학회지, 6(1), 43-58.
    6. 이충희, 하철원 (2011). 고주파 열 치료기기를 사용한 관절 경 술식 후급속히 발생한 슬관절 연골 용해. 대한정형 외과학회지, 46(1), 88-94.
    7. 장재희, 도은정, 김고운 (2009). 스웨디시 마사지와 고주파 요법이 승모근 통증과 스트레스 완화에 미치는 영향- 대학병원 간호사를 중심으로. 대한피부미용학회지, 7(3), 121-130.
    8. 정혜진, 임미혜 (2013). 근막이완마사지와 고주파관리가 중년여성 복부비만에 미치는 영향. 한국미용학회지, 19(4), 596-606.
    9. Chen, X. H. , Han, J. S. , Yuan, Y. , Yan, S. C. , & Terenius, L. (1992). 2/15 Hz electrical stimulation induced by an increase of both Met-enkephalin-Arg-Phe and dynorphin from spinal cord in humans: a preliminary report. J Beijing Med Univ, 24, 80.
    10. Chesterton, L. S. , Foster, N. E. , Wright, C. C. , Baxter, G. D. , & Barlas, P. (2003). Effects of TENS frequency, intensity and stimulation site parameter manipulation on pressure pain thresholds in healthy human subjects. Pain, 106(1-2), 73-80.
    11. Hamza, M. A. , White, P. F. , Ahmed, H. E. , & El-sayed, A. G. (1999). Effect of the frequency of transcutaneous electrical nerve stimulation on the postoperative opioid analgesic requirement and recovery profile. Anesthesiology: The Journal of the American Society of Anesthesiologists, 91(5), 1232-1232.
    12. Han, J. S. , Xie, G. X. , Ding, X. Z. , & Fan, S. G. (1984). High and low frequency electroacupuncture analgesia are mediated by different opioid peptides. Pain, 18, S369.
    13. Hingne, P. M. , & Sluka, K. A. (2007). Differences in waveform characteristics have no effect on the anti-hyperalgesia produced by transcutaneous electrical nerve stimulation (TENS) in rats with joint inflammation. The Journal of Pain, 8(3), 251-255.
    14. Law, P. , & Cheing, G. (2004). Optimal stimulation frequency of transcutaneous electrical nerve stimulation on people with knee osteoarthritis. Journal of Rehabilitation Medicine, 36(5), 220-225.
    15. Radhakrishnan, R. , & Sluka, K. A. (2005). Deep tissue afferents, but not cutaneous afferents, mediate transcutaneous electrical nerve Stimulation– Induced antihyperalgesia. The Journal of Pain, 6(10), 673-680.
    16. Schneider, S. , Peipsi, A. , Stokes, M. , Knicker, A. , & Abeln, V. (2015). Feasibiity of monitoring mescle health in microgravity envireonments using Myoton technology. Medical & Biological Engineering & Computing, 53(1), 57-66.
    17. Shin, S. U. , Choi, Y. M. , & Shim, W. J. (2006). Effects of high frequency therapy on localized obesity. Journal of Korean Medicine for Obesity Research, 6.
    18. Sluka, K. A. , Deacon, M. , Stibal, A. , Strissel, S. , & Terpstra, A. (1999). Spinal blockade of opioid receptors prevents the analgesia produced by TENS in arthritic rats. Journal of Pharmacology and Experimental Therapeutics, 289(2), 840-846.
    19. Takahashi, K. , Suyama, T. , Onodera, M. , Hirabayashi, S. , Tsuzuki, N. , & Zhong-Shi, L. (1999). Clinical effects of capacitive electric transfer hyperthermia therapy for lumbago. Journal of Physical Therapy Science, 11(1), 45-51.
    20. Tong, K. C. , Lo, S. K. , & Cheing, G. L. (2007). Alternating frequencies of transcutaneous electric nerve stimulation: does it produce greater analgesic effects on mechanical and thermal pain thresholds? Archives of Physical Medicine and Rehabilitation, 88(10), 1344-1349.
    21. Viir, R. , Laiho, K. , Krmarenka, J. , & Mikkelsson, M. (2006). Repeatability of trapezius muscle tone assessment by a myometric method. Journal of Mechanics in Medicine and Biology, 6(02), 215-228.
    22. Wang, N. , & Hui-Chan, C. (2003). Effects of acupoints TENS on heat pain threshold in normal subjects. Chinese Medical Journal, 116(12), 1864-1868.
    23. Yeatman Jr, L. A. , Parmley, W. W. , & Sonnenblick, E. H. (1969). Effects of temperature on series elasticity and contractile element motion in heart muscle. American Journal of Physiology-Legacy Content, 217(4), 1030-1034.

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