Ⅰ. 서 론
발목 염좌가 회복되지 못한 상태로 남아 잔여 증상 이 나타나는 경우 만성 발목 불안정성(chronic ankle instability, CAI)으로 진행될 수 있다(Mandarakas et al., 2014). 발목 염좌환자의 CAI진행을 보고한 연구에 따르면 발목에 염좌가 발생한 환자 중 최대 40%는 CAI로 진행된 다고 설명하고 있다(Doherty et al., 2016). CAI로 진행되 기 전 초기 발목 염좌는 개인의 감각 운동의 결핍, 삶의 질 저하, 평생 신체 활동 수준 감소 등 다양한 문제를 발생 시키며, CAI로 진행됨에 따라 발목 골관절염으로의 위험 증가와 같은 많은 장기적인 문제를 발생시킨다(Gribble et al., 2016). CAI로의 진행은 발목 관절의 기계적, 기능적 불안정성으로 문제를 발전시키고, 재부상당할 위험에 노 출되어 이미 손상된 발목 기능을 더욱 손상시키기 때문에 CAI에 대한 재활은 임상에서 필수적인 부분이다(McKeon et al., 2012).
일상생활에서 인간의 이동 중 안쪽 장딴지근과 가쪽 장딴지근, 가자미근, 앞 정강근과 같은 발목 주위의 근 육들은 운동 에너지를 흡수하는데 중요한 역할을 한다 (Fukunaga et al., 1992). 특히, 안쪽과 가쪽 장딴지근과 가자미근은 발뒤꿈치를 땅에서 들어올리는 과정에서 강 하게 수축하며 움직임을 만들고(Winter, 1991), 앞 정강근 은 발뒤꿈치가 닿는 동안 발목의 안정화에 기여하여 발의 벌림 동작으로 인한 부상의 발생을 방지한다(André et al., 2018). 발뒤꿈치 들어올리기 동작은 근력, 관절 안정 성 및 균형 조절을 필요로 하며 운동으로 진행할 경우 CAI 의 예방 및 치료적 중재로 자주 사용되는 인기 있는 비수 술적 접근 방식으로 알려져 있다(Flanagan et al., 2005).
엉덩이나 무릎의 움직임이 거의 없는 상태에서 예상치 못한 외부 간섭에 대한 자세의 반응은 주로 발목에서 나타 나며, 이러한 근육 활성화 패턴을 발목 전략이라고 한다 (Nashner & McCollum, 1985). 발목의 몸쪽 굽힘과 발바 닥쪽 굽힘 동작은 외부 간섭에 대한 발목전략의 과정으로 서 압력 중심(COP)의 이동의 조절을 통한 균형유지에 효 과적으로 기여한다(Vlutters et al., 2019).
발뒤꿈치 올리기 동작은 발목 주변 근육의 동심성 수축 과 편심성 수축을 통해 이루어지며, 발의 위치와 발의 벌 림 및 모음 각도에 따라 동원되고 강화되는 근육이 다르다 (Nunes et al., 2020). 발목 주변의 근육이 동심성 및 편심 성 수축을 하는 동안 나타나는 근육의 공동 활성화는 발목 전략의 중요한 요소로서 작용하며, 안쪽과 가쪽 장딴지 근, 가자미근, 앞정강근의 근육 섬유 유형, 구조 및 기능 에 따라 다르기 때문에 발뒤꿈치 올리기 동작 중 근육의 활성화 패턴을 이해하는 것이 임상에서 발뒤꿈치 올리기 운동을 적용하는 것에 중요하다(Riemann et al., 2011). 최근 재활운동과정에서 불안정한 지지면과 같은 환경조 건을 변화시켜 자세의 조절을 요구하는 방식의 운동 중재 접근방법이 다양한 현장에서 적용되고 있다(Shumway et al., 2007). 이러한 다양한 환경에서의 재활운동은 적용 대상자에게 일상생활에서의 다양한 환경과 유사한 상황 을 만들어 운동의 효과를 증가시키고, 재부상 당할 위험 을 낮출 수 있다(Zhou et al., 2023). 이와 관련된 선행연 구로 McKeon et al. (2008)은 CAI 환자에게 시각의 차단 을 통한 동적 안정화 운동중재의 적용을 통하여 대조군과 의 정적 및 동적 자세 조절을 비교하여 향상된 조절능력을 보고하였으며, De Ridder et al. (2015)은 CAI환자에게 지 지면의 표면에 대한 변화를 통하여 발목 주변의 근육에 대한 근 활성도를 평가하였다. 또한 Chaput et al. (2022) 은 전방 십자 인대 재건술을 받은 운동선수가 건강한 운동 선수에 비해 시각적 의존도가 높음을 나타내어 감소된 무 릎 고유 감각과 동적 안정성 유지에 보상적인 시각 인지의 사용이 나타나 재활 전략에 시각의 보상적 사용의 제어에 대한 고려의 필요성을 보고하였다. 이와 같이 다양한 환 경의 변화를 통하여 자세조절을 위한 노력을 증가시키기 위해 다양한 중재방법이 제시되고 있으나 높이에 따른 발 뒤꿈치 올리기 동작 중 발목 주변의 근육 활성화 패턴에 대한 조사와 이를 통한 중재방법에 대한 연구는 미흡한 실정이다. 따라서 본 연구의 목적은 높이에 따른 시각의 차단 유무가 어떠한 근 활성도를 나타내는지에 대하여 조 사해보고, 이를 통하여 발뒤꿈치 운동의 객관적인 강도설 정을 통한 임상에서의 적용의 기초가 되고자 한다.
Ⅱ. 연구 방법
1. 연구 대상자
본 연구는 구미시에 위치한 K대학교에 재학중인 대학 생 성인 30명을 대상으로 실시하였다. 대상자 선정기준은 1년 이내에 발목염좌가 발생한 자, 최근 6개월 이내에 발 목의 휘청거림 증상을 최소 2번이상 경험한 자, 한국어판 컴벌랜드 발목 불안정성 도구(CAIT-K)의 점수가 24점 이 하인 자(Ko et al., 2015), 지난 6개월 동안 허리, 하지의 근골격계 이상이 없는자, 기타 연구활동에 제한이 되는 동반 질환이 없는자, 자발적으로 연구에 참여할 수 있는 자로 하였으며, 과거에 하지의 근골격계 수술 병력이 있 는 자, 신경학적 손상으로 인해 감각 혹은 운동 마비가 있는 자는 본 연구의 대상자에서 제외하였다. 본 연구의 목적과 방법에 대한 설명을 한 뒤 실험을 실시하였고, K 대학교 생명윤리위원회(institutional review board, IRB) 의 연구윤리승인을 받은 뒤 진행하였다(KW-2024-03). 대상자들의 일반적인 특성은 다음과 같다(Table 1).
Table 1
Characteristics of subjects (N=30)
| Variable | Mean±SD |
|---|---|
| Age (years) | 19.94±1.81 |
| Height (cm) | 170.77±6.89 |
| Weight (kg) | 70.63±13.15 |
| BMI | 23.52±3.7 |
| CAIT(score) | 20.13±3.84 |
CAIT: Cumberland Ankle Instability Tool
2. 측정도구 및 실험도구
1) 근 활성도(Electromyography)
본 연구에서 동작 중 근육의 사용 정도를 확인하기 위 해 장딴지근과 앞정강근, 가자미근의 근 활성도 평가를 위해 Bluetooth EMG system 2EM (ReLive, Korea)를 사 용하였다. 근전도 신호의 표본추출률은 1,000Hz로 설정 했다. 파형은 20~500Hz의 대역통과필터(band pess filter) 로 필터링하였고, 근전도 신호는 RMS (root mean square) 로 처리하여 분석하였다. 표면전극(Ag/AgCI Monitoring Electrode 2225H, 3M, 대한민국)을 부착하기 전에 피부 저항의 감소를 위해서 일회용 면도기로 전극 부착 부위의 털을 제거하였으며, 사포로 문질러 각질을 제거하고 알코 올 솜으로 피부를 닦았다. 표면전극은 선행연구들을 참고 하여 근섬유와 평행한 방향으로 부착하였다(Finni et al., 2017;Bradford et al., 2023). 근육의 활성도를 표준화하 기 위해 Kendall et al. (1983)이 제시한 도수 근력 평가 방법 에 따라 최대 등척성 수축(maximal voluntary isometric contraction; MVIC)의 근 활성도를 측정하고, 높이와 시 각 차단 유무에 따른 근 활성도를 측정하여 최대 등척성 수축 값(%MVIC)을 구하였다.
2) 발목불안정성 설문지(CAIT-K)
발목 불안정성 정도를 확인하기 위해 CAIT-K(한글판 Cumberland Ankle Instability Tool)을 사용하였다. CAIT-K는 총 아홉가지 문항으로 구성되어 있으며, 각각 의 문항은 일상생활과 신체활동 참여 시 겪는 어려움의 정도를 표기하도록 되어있다. 점수는 30점이 최고점으로 점수가 낮을수록 발목 기능의 저하를 의미한다(Ko et al., 2015). 해당 설문지 신뢰도 및 민감도, 정확도를 확인한 선행연구에서는 검사-재검사 신뢰도는 급내상관계수 0.981로 매우 높은 신뢰도를 가지고 있으며, 발목 불안정 성 판정 시 타당도는 0.915의 높은 민감도를 보이고, 검사 정확도 또한 0.951로 높은 정확도를 가지고 있다(정희성 등, 2022).
3. 실험절차
본 연구의 진행은 대상자에게 구두로된 설명을 통해 실 험의 목적을 전달하고, 발목불안정성 설문지를 작성한 후 대상자 선정 조건에 부합하며, 제외조건에 해당되지 않는 성인 30명을 대상으로 하였다. 실험 전 각 대상자들은 안 전을 위해 10분가량의 스트레칭 프로그램을 진행하였으 며, 5회의 발뒤꿈치 동작의 연습기회를 주었다. 이후 0cm, 20cm, 25cm 높이에서 눈을 뜬 상태와 제공된 안대를 통 한 시각차단 상태로 발뒤꿈치 들기 동작을 무작위 순서로 적용하였다. 각 높이에서 진행되는 동작 중 나타나는 장 딴지근과 가자미근, 앞정강근의 근 활성도를 측정하였다.
대상자에게 실험 방법에 대한 설명을 실시한 뒤 실험을 진행하였다. 발뒤꿈치 들기 동작을 수행하기 전 모든 대 상자들은 장딴지근, 가자미근, 앞정강근에 전극을 배치한 상태에서 근전도 측정값의 정규화를 위하여 맨손근력검 사 자세에서 최대 등척성수축을 측정하였다(Kendall et al., 1983). 이 후 각각 0cm의 지면과, 20cm, 25cm 높이의 박스 위에 눈을 뜬 상태와 시각이 차단된 상태로 선 뒤, 발뒤꿈치를 들고 5초간 유지하도록 하였으며, 이때 산출 된 5초의 값의 전과 후 1초씩을 제외한 3초의 값을 실효평 균값(root mean square, RMS)로 산출하여 각각의 근육에 대한 최대 수의적 등척성 근수축에 대한 비율(%MVIC)로 표준화 하여 비교 분석하였다. 눈 뜬 상태의 경우 편안하 게 앞을 바라보도록 하였고, 눈을 감은 경우 각 높이에 위치한 상태에서 시각을 차단하였다. 발뒤꿈치들기 동작 은 CAI가 있는 대상에게 효과적으로 적용하기 위해 선행 연구에 따라 엉덩관절과 무릎관절의 폄을 유지한 상태에 서 발의 가쪽번짐을 유지한 채로 발뒤꿈치 올리기를 적용 하였다(Kim et al., 2022).
4. 자료분석
수집된 자료는 SPSS 26.0을 이용하여 처리하였다. 연 구대상자의 일반적 특성은 평균과 표준편차를 이용하여 분석하였다. 대상자의 일반적 특성에 대한 정규성 검정을 위해 Kolmogorove-Smirnov test를 실시하였다. 높이와 시각 차단 유무의 효과를 알아보기 위해 이요인 반복측정 분산분석(two-way repeated measure ANOVA)를 사용 하였고, 통계적 유의수준은 α=.05로 하였다. 유의미한 상 호작용이 나타나면 Bonferoni 수정법을 사용하여 사후검 정을 하였다. 사후검정의 유의수준은 .α=.017로 하였다 (Kim & Shin, 2023).
Ⅲ. 연구 결과
시각차단 유무에 따른 높이 별 발뒤꿈치 들기 동작 시 각 근육의 활성도 비교는 Table2에 나타내었다.
Table 2
Electromyographic (EMG) activity of each muscle under three conditions
| Muscle activity (%MVIC) | Height | Group | F(p) | |||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Open eyes | Close eyes | Group | height | group × height | ||
| GCM med. | 0㎝ | 41.5±15.08 | 40.39±13.37 | 0.007 (.93) | 104.994 (.00*) | 0.513 (.57) |
| 20㎝ | 48.43±15.18 | 49±14.51 | ||||
| 25㎝ | 52.84±13.93 | 52.47±15.48 | ||||
| GCM lat. | 0㎝ | 37.76±11.2 | 35.52±11.56 | 0.156 (.69) | 301.968 (.00*) | 0.937 (.37) |
| 20㎝ | 49.35±13.49 | 48.73±12.1 | ||||
| 25㎝ | 52.55±12.74 | 51.87±11.65 | ||||
| Soleus | 0㎝ | 34.49±11.1 | 38.23±11.7 | 4.145 (.05) | 149.625 (.00*) | 1.86 (.17) |
| 20㎝ | 44.2±10.71 | 51.14±13.22 | ||||
| 25㎝ | 48.86±10.5 | 55.72±14.79 | ||||
| TA | 0㎝ | 24.35±12.71 | 25.59±13.69 | 4.648 (.04*) | 39.465 (.00*) | 17.183 (.00*) |
| 20㎝ | 26.23±14.88 | 36.08±17.63 | ||||
| 25㎝ | 27.66±16.26 | 41.38±19.25** | ||||
M±SD; mean±standard deviation
*p<.05, **p<.01
MVIC: maximum voluntary isometric contraction, GCM med: gastrocnemius medial head, GCM lat: gastrocnemius lateral head, TA: tibialis anterior.
이요인 반복측정 분산분석의 결과 장딴지근과 가자미 근은 높이에 따른 유의한 차이만 나타났다(p<.05). 앞정강 근은 그룹과 높이에서 유의한 차이가 나타났으며(p<.05), 그룹과 높이에 따라 유의한 상호작용효과가 나타났다 (F=17.183, p<.05).
앞정강근의 근 활성도에서 유의한 상호작용효과가 나 타남에 따라 적용한 사후검정에서는 시각차단 그룹이 시 각을 차단하지 않은 그룹보다 25㎝에서 13.72±2.99의 유 의한 결과를 보였다(p<.01).
Ⅳ. 고 찰
본 연구는 시각차단 유무에 따라 높이가 다른 각각의 박스 위에서 진행한 발뒤꿈치들기 동작의 수행에서 장딴 지근, 가자미근, 앞정강근의 근 활성도를 비교해 보고자 하였다. 본 연구의 결과 모든 근육에서 높이에 따라 근육 의 활성도가 증가함을 확인할 수 있었다. 높은 곳에 노출 된 대부분의 사람들은 다양한 정도의 불균형을 경험하며, 어떤 사람들은 높은 곳에 대한 생각만으로도 심각한 불안 감을 느낀다(Salassa & Zapala, 2009). 이러한 인간의 피 드백은 인간이 본질적으로 수직 높이에 대해 많이 민감하 다는 것을 나타내며(Stefanucci & Proffitt, 2009), 본 연 구의 결과를 뒷받침하는 근거가 된다. 수직 높이의 변화 는 변화의 정도에 따라 자세에 대한 위협을 발생시키고, 이로인해 인체는 자세를 바로잡기 위한 제어를 수정한다 (Hauck, Carpenter & Frank, 2008). 본 연구에서 높이가 높아짐에 따라 요구되는 자세의 수정 정도 또한 증가되며 결과적으로 장딴지근, 가자미근 및 앞정강근의 근 활성도 또한 유의하게 높아진 것으로 생각된다.
본 연구에서 장딴지근과 가자미근의 그룹 및 그룹과 높 이의 상호작용을 확인한 결과 유의하지 않은 결과를 나타 내었다. Song, Rhodes, & Wikstrom (2018)의 검토연구에 서는 재활 중재과정에서 자세 제어의 극대화는 단순한 특 정 수의 세트와 반복만으로 부족하며, CAI환자의 시각적 정보 의존도를 변경하기 위해 전통적인 균형훈련 및 시각 차단 중재와 더불어 환경 제약 조건 이상의 의도적인 제약 이 필요하다고 설명했다. 이는 시각적 정보 의존도의 변 경을 위해서는 단순한 시각의 제한만으로는 부족할 수 있 다는 점을 설명하며, 추가적인 환경의 변화가 중요하게 작용함을 이야기한다. 본 연구에서는 시각차단과 함께 높 이의 변화라는 추가적인 환경의 변화적 중재를 허용하였 으며, 유의한 결과가 나타나지는 않았으나 단순한 시각차 단보다는 높이라는 환경적 요소가 추가되었을 경우 각 근 육의 활성도가 증가함을 보여 선행연구와 유사한 결과를 나타내었다. 그러므로 임상에서 발뒤꿈치들기 동작을 활 용한 중재를 진행 시 높이에 대한 다양성을 통한 환경의 변화를 추천할 수 있을 것이다.
본 연구의 결과로 앞정강근의 근 활성도는 그룹 및 높 이, 그룹과 높이 사이에 상호작용이 있음이 확인되었다. Phanthanourak et al. (2016)은 발뒤꿈치올리기 동작 중 강도 별 무작위로 발생된 지지표면의 이동에 대해 앞정강 근 근 활성도의 유의한 변화를 보고하였다. 이는 본 연구 의 결과와 유사하다. 또한 발등굽힘 근육의 약화로 인하 여 발뒤꿈치 들기 동작을 통해 발가락으로 서 있는 동안 균형을 회복하는 능력에 제한이 생길 수 있다는 선행연구 와도 일치한다(Fujimoto et al., 2013). 발뒤꿈치 들기 동 작 중에는 COP의 전방이동이 나타나며(Phanthanourak et al., 2016), 앞정강근은 편심성 수축을 통해 변화된 COP의 이동에대한 저항자로서 작용하며, 자세제어에 대 해 관여한다(McGinnis, 2013). 본 연구에서는 발목관절의 후면에 위치하여 발뒤꿈치 들기 동작의 주동근으로서 작 용한 장딴지근과 가자미근의 동심성 수축 활성도가 나타 났지만 COP의 이동에 대한 저항자로서 작용한 앞정강근 의 활성도가 높이와 시각차단에 대하여 더욱 큰 활성도 차이를 보여 유의한 결과값으로 나타났다고 사료된다. 또 한 근 활성도로 비교하기에 편심성 수축 값이 동심성 수축 의 결과값 보다 큰 활동성으로 보여지기 때문에 추후 연구 에서는 발뒤꿈치 들기에 발생되는 활성도의 크기와 내림 시 발생되는 근 활성도의 크기에 대한 비교가 필요할 것으 로 보인다.
본 연구에서 앞정강근의 사후검정 결과 시각이 차단된 상태에서 그리고 25㎝에서 유의한 근 활성도 증가가 나타 남을 확인할 수 있었다. 이는 앞서 제시했던 연구결과와 이어지는 것으로 보인다. 앞서 제시했던 이전연구와 같이 발뒤꿈치 들기 동작으로 인해 발생한 COP의 변위에 대해 활성화되는 앞정강근의 사용은 자세를 바로잡기 위한 제 어의 수정자로서 균형 조절을 위해 작용한 것으로 보이며 (McGinnis, 2013), 또한 심리적 측면에서 높은 높이라는 조작가능한 공포 수준이 과거 CAI로 인한 불안정성의 경 험과 함께 자세 제어와 관련된 행동의 결과로서 나타났다 고 생각된다(Davis et al., 2009). 결과와 관련하여 추후 임상에서 적용 시 대상자의 과거력에 대한 진행자의 인지 가 필요할 것이다.
본 연구의 제한점은 다음과 같다. 첫째, 젊은 성인으로 구성된 연구 대상자로 인하여 어린 연령층이나 노화가 있 는 연령층에게 일반화하기에 어려움이 있다. 둘째, 체중 에 비례한 뒤꿈치들기 근력의 일반화가 되지 않아 심각한 과체중이나 저체중의 대상에게 일반화하기에 어려움이 있다. 셋째, 즉각적인 효과만을 확인하였기 때문에 근육 의 피로도에 따른 근 활성도의 변화에 대한 고려가 되지 않아 임상에서 실제적인 운동프로그램으로 활용하기에 추가적인 분류가 필요하다. 넷째, 동심성 수축과 편심성 수축의 근 활성도 비교로 인하여 전체적인 동작 간 근 활 성도의 비교가 어렵다. 따라서 향후 연구에서는 다양한 연령대 및 세분화된 대상자에게 적용하는 연구와 피로도 라는 종속변수의 추가, 동심성 수축과 편심성 수축의 분 류를 통한 전체적인 근 활성도의 비교가 필요할 것으로 사료된다.
Ⅴ. 결 론
본 연구는 발뒤꿈치 들기 동작의 수행 시 시각차단 유 무와 지지면의 높이에 따라 장딴지근, 가자미근, 앞정강 근의 근 활성도를 비교해 보고자 하였다. 본 연구의 결과 지지면의 높이가 높을수록 운동 수행에 더욱 큰 근 활성도 가 나타났으며, 시각이 차단된 상태에서 지지면의 높이가 높을수록 앞정강근의 근 활성도가 유의하게 증가되는 것 으로 나타났다. 따라서 CAI의 재활로서 발뒤꿈치 들기 동 작을 적용할 경우 높이의 증가 및 시각의 차단을 포함하여 효과적인 중재 프로그램을 개발할 수 있을 것으로 생각된 다. 본 연구의 정보를 통하여 발뒤꿈치 들기 운동의 올바 른 수행에 도움이 되기를 바라며, 향후에도 동작의 세분 화가 포함된 발뒤꿈치 들기 운동의 연구들이 계속 이루어 져 더욱 효과적인 프로그램이 개발되기를 기대한다.
