Ⅰ. 서 론
척추 주위 근육들은 몸통의 움직임을 허용하는 동시에 척추의 안정성을 제공하는 역할을 한다. 특히 다열근은 요부 안정화에 중요한 역할을 하며 이러한 탄력성이 저하 될 경우 척추의 주위 근육들에 경직이 발생하고 불안정성 과 요통을 유발한다 (Chan, S.T et al., 2012;Alis, D et al., 2019;Fritz, M, et al.,2005). 임상적으로 요통 환자 를 대상으로 요부 근육 이완을 위한 신전 운동을 수행하는 데 다열근 섬유 사이의 기능 차이와 요통이 있는 사람들에 게서 관찰되는 기능 장애에 대한 상관관계는 불분명한 실 정이다 (Porterfield and DeRosa, 1998;Cagnie et al., 2015).
최근에는 초음파의 전단파를 활용하여 조직 내에 있는 물질들의 탄성도를 정량화하는 방법이 널리 활용되고 있 다 (Holly, L.T et al., 2006;Wyawahare, M et al., 2009;Klauser, A.S et al., 2014). 이러한 초음파의 전단파는 조 직의 경직도를 나타내는 지표로써 요부 주위 근육들의 손 상, 요통이 발생하였을 때 정상인과의 경직도 차이가 나 타난다고 보고된다 (Arda, K. 2011;Chino, K., 2012).
이러한 초음파의 전단파 탄성도는 근육의 경직을 휴식 시와 수축 시 조사하는 데 활용되며 신뢰도가 매우 우수하 다고 보고된다 (Moreau 등, 2016;Creze 등, 2017;Koppenhaver등, 2018). 다열근은 척추의 심부 근육으로 써 피하지방과 주변조직으로 인해 정량적으로 근육의 탄 성도를 평가하기가 어렵고 척추 신전시에 근육의 탄성도 변화는 불확실하며 효과적인 근육의 이완을 위한 정량적 인 탄성계수 정보를 포함한 연구는 많지 않다 (Sadeghi, S. 2019;Creze, M. et al., 2017). 특히, 요통환자 근육의 경직성과 같은 근육의 기계적 특성을 분석하면 다열근 섬 유 내의 변화와 기능장애 간의 상관관계를 확인할 수 있다 (Moreau, B. et al., 2016).
본 연구의 목적은 엎드린 자세에서 척추 근육들을 수동 적으로 신전하였을때 비침습적인 방법으로 다열근의 탄 성계수를 확인하고 (1) 무증상 및 요통 환자의 다열근의 표층근(superficial muscle, SM)과 심층근(Deep muscle, DM) 사이에 휴식 시 근육 경직의 차이를 비교하고 (2) 휴 식 시와 수축 시 SM의 수축비율로 근육 경직의 차이가 있는지 확인하고자 한다. 이 연구를 통해 요통 환자들에 게 보다 효과적인 운동을 위한 다열근의 기계적 특성과 운동 가이드라인을 제시하고자 한다.
Ⅱ. 연구방법
1. 연구 대상자
본 연구를 위해 무증상 성인 남성 7명과 요통이 있는 6명의 남성을 모집하였다(Table 1). 본 연구에 참여한 모 든 대상자는 실험과 관련된 정보와 절차에 대한 내용에 대한 설명을 들은 뒤에 자발적으로 참여의사를 밝히고 동 의한 자로 선정하였다. 척추관 협착증, 척추 골절, 디스크 탈출, 신경근 압박을 시사하는 신경학적 결손이 있는 방 사통성 요통 또는 강직성 척추염과 같은 질환을 있는 사람 은 연구에서 배제하였다. 모든 대상자는 실험 전 한국과 학기술연구원(KIST) 임상시험심의위원회의 승인을 받은 서면 동의서를 받았다.
Table 1
대상자의 특성
| 특성 | LBP (평균±표준편차) | 무증상 (평균±표준편차) | p-value |
|---|---|---|---|
|
|
|||
| 나이(년) | 27.4 ± 5.10 | 26.71 ± 5.40 | p = 0.90 |
| BMI (kg/㎡) | 25.29 ± 3.18 | 24.01 ± 3.42 | p = 0.715 |
| NRS 현재 통증 (0-10) | 3.93 ± 1.98 | - | |
LBP ‒ 요통, BMI ‒신체 질량 지수, NRS ‒숫자 평가 척도
2. 측정 방법
다열근의 SM과 DM의 근육 경직을 측정하기 위해 대상 자의 네 번째 요추(L4) 및 다섯 번째 요추(L5)의 가시 돌기 를 촉진하여 지워지는 펜으로 위치를 표기하였다. 초음파 영상을 측정하기 전에 요부 척추의 각 가시돌기를 촉진하 여 표시한 위치에서 초음파 영상을 촬영하였다. 휴식시에 는 각 대상자에게 엎드린 자세에서 힘을 빼라고 요청한 후 다열근의 전단 탄성파 영상 5개를 수집하였다. 요부 신전 시에 SM의 전단 탄성도 측정은 등척성 몸통 신전 동작 중에 수집되었다. 임상적으로 요부 신전근육의 지구 력 검사 측정으로 많이 활용되는 ito test를 참고하여 요부 등척성 몸통 신전 동작을 수행하도록 하였다 (Ito et al., 1996). 측정시에는 대상자가 요통 환자임을 고려하여 2분 간의 충분한 휴식을 취하도록 하고 다열근의 전단 탄성파 영상 5개를 수집하였다.
3. 이미지 처리
초음파 측정은 Aplio i700 (Canon Medical Systems, Tochigi, Japan장비를 활용하여 다열근의 탄성계수를 정 량화하였다 (Wong, A.Y. et al., 2013). 다열근은 척추의 L4레벨 가시 돌기의 외측 부위로 정의하였다. 대상자는 엎드린 상태에서 초음파 장비를 활용하여 각각 근육의 탄 성계수 지표중의 하나인 전단파 정보를 수집하였다. 관심 의 원형 영역(ROI)은 전단파 탄성 모드에서 박스 모양 (2cm x 2cm)으로 설정되었다. 박스 안에서 SM과 DM의 원형 ROI의 탄성 계수 값의 평균값을 각각 계산하였다 (Sarvazyan, A. et al., 2011). ROI의 크기가 근육 탄성도 에 미치는 영향은 없으며 근육의 크기에 맞게 측정 근육에 따라 ROI 크기는 조절이 가능하다 (Wang X. et al., 2022) 수축에 따른 전단 탄성 계수의 증가를 정량화하기 위해 표층 다열근에 대한 수축 비율은 휴식 상태의 전단 탄성 계수를 수축에 따른 전단 탄성 계수의 평균값으로 나누어 계산하였다 (Botanlioglu et al., 2013).
4. 통계 분석
통계분석은 SPSS를 활용하였으며 반복측정 이원분산 분석(ANOVA)을 통해 SM의 휴식 시 전단 탄성 계수의 차 이를 확인하는데 사용되었다. Shapiro‑Wilk 정규성 검정 은 휴식 시 근육 경직 및 수축 비율에 대해 유의미한 차이 를 보이지 않았다. 또한, Levene 등분산 검정은 집단 간 통계적으로 유의미한 차이를 보이지 않았다. 두 집단 간 의 동질성또한 독립 샘플 t- 테스트를 통해 그룹 간 SM의 수축비율의 차이를 확인하였고 Bonferroni 사후분석이 사용되었다. 통계적 유의수준은 p값이 0.05미만으로 하 였다.
Ⅲ. 결과
1. 초음파 전단파의 변화
휴식 시 전단 탄성 계수는 두 그룹 모두에서 다열근의 DM이 SM보다 높았다 (Table 2, p<0.001). 또한, 휴식 시 SM의 전단 탄성 계수는 요통환자 그룹에서 무증상 그룹 에 비해 더 높게 나타났다 (p<0.001). 두 그룹 간에 DM의 전단 탄성 계수에는 유의한 차이가 발견되지 않았다 (p=0.197). 사후 비교 결과, 두 그룹 모두에서 DM의 휴식 시 전단 탄성 계수가 SM보다 더 높았다 (p<0.001).
Table 2
휴식 시 표면 다열근(SM)과 심부 다열근(DM)의 그룹 내 및 그룹 간 근육 탄성계수의 평균 비교
| 휴식 시 SM 전단탄성계수 (kPa) | 휴식 시 DM 전단탄성계수 (kPa) | p-value (between muscle fibers) | |
|---|---|---|---|
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|
|||
| Low back pain | 11.92 (4.87) | 15.08 (3.01) | p < 0.001* |
| Asymptomatic | 6.54 (3.69) | 16.77 (3.75) | p < 0.001* |
| p-value (between groups) | p < 0.001* | p = 0.197 | |
1) 수축비율의 변화
독립적인 샘플 t-테스트를 통한 SM의 수축 비율은 무 증상 대조군에 비해 요통환자 그룹이 더 낮게 나타났다 (Figure 1, p<0.003).
Ⅳ. 논의
초음파 전단파를 통한 탄성계수의 측정은 근육 수축 시 조직의 경직도를 양적으로 측정할 수 있는 객관적인 지표 이다. 이 논문에서는 무증상 및 요통 환자의 엎드린 자세 에서 다열근의 탄성계수 비교를 통하여 SM과 DM 사이에 휴식 시 근육 경직도의 차이를 비교하고 요부 근육을 신전 하였때 SM 근육의 수축비율의 차이가 있는지 확인하고자 하였다. 휴식 시 SM과 DM 사이의 근육 경직의 차이가 나타났고 이는 다열근의 심층 섬유와 표층 섬유간 차이가 있음을 뒷받침한다. 또한, 요통이 있는 사람들은 무증상 에 비해 휴식 시 SM의 근육 경직이 증가하고 요부 신전 시 이 근육을 수축하는 능력이 감소하였다.
본 연구결과를 통해 요통환자 그룹에서 휴식 시 SM의 전단 탄성 계수 값이 더 큰 것으로 나타났다. 휴식 시 전단 탄성 계수 값은 SM과 DM 간에 차이가 있었으며 SM에 비하여 DM이 더 큰 전단 탄성계수 값을 보였다. 다열근의 경직도를 측정하는 선행연구들은 DM과 SM을 구분하지 않거나 SM만 검사하는 연구들이 대부분이다. 초음파 전 단파를 통한 경추 통증 연구에서도 휴식 시 경추의 표층 근육에 비해 심층 근육에서 전단 탄성계수값이 더 높게 관찰된다고 보고된다 (Dieterich et al., 2017).
선행연구에서도 I형 섬유가 II형 섬유보다 더 뻣뻣하다 는 것으로 보고된다 (Goubel 및 Marini, 1987;Petit et al., 1990). 따라서 현재의 연구 결과는 SM과 DM 간의 섬유 유형 분포 차이를 반영할 수 있다. I형 섬유는 II형 섬유보다 피로에 더 강하며, 자세 조절에 기여하는 낮은 부하의 지구력을 유지하는 데 적합하다. 이전 연구와 마 찬가지로 현재 연구결과는 SM과 DM 간 섬유의 구조적 차이가 존재한다는 것을 뒷받침하며 이는 DM이 척추 지 지를 제공할 수 있는 기능적 역할을 가질 수 있다는 것을 시사한다. 요통환자와 무증상 간의 전단 탄성 계수 차이 는 경직이 근육 내의 수축 조직에만 기인하는 것이 아니기 때문에 근조직 내 섬유증 증식으로 인한 결합 조직의 증가 도 요통환자의 전단 탄성 계수 값을 증가시킬 수 있음을 시사한다. 선행 연구에서도 전단 탄성 계수와 근육 활동 사이에 양의 선형 관계가 나타났기에 이는 휴식 시에도 요통환자는 척추의 안정성을 제공하는 DM근육이 더 많이 활성화 되고 있음을 시사한다.
수축비율의 경우, 요통이 있는 대상자는 무증상 대상자 에 비해 상당히 낮은 수축 비율을 보였다. 이는 수축에 따른 근육 경직의 증가가 작음을 반영한다 (Danneels et al., 2002; Dickx et al., 2008). 또한 선행 동물연구에서 도 임의로 요추 디스크 퇴화를 유도한 결과 척추 주변 근 육 섬유들이 더 경직도가 높아지고 뻣뻣해졌다. 이는 결 합조직들의 증가로 인한 전단 탄성 계수값이 증가할 수 있음을 시사한다 (Brown et al., 2011). 요통 환자에서 발 견되는 이러한 수축 비율의 감소는 휴식 시 근육 경직이 무증상 대상자보다 더 높다는 선행연구에 근거하여 섬유 증 증식으로 인한 결합 조직의 증가로 설명될 수 있다고 사료된다. 근육 내에서 이런 변화가 생기면 수축 조직의 양이 감소하고, 결과적으로 효율적인 수축을 수행하는 능 력이 감소된다.
논문의 제한점은 대상자가 전부 남자였다는 점과 실험 대상자의 숫자가 적어 연구의 결과를 모든 사람에게 일반 화하기에는 어려운 점으로 추후 연구에서는 성별에 따른 차이와 많은 대상자들의 비교 분석을 통하여 연구해 볼 필요가 있다. 결론적으로, 이 연구는 DM과 SM 간의 근육 경직도의 차이를 보여주며, 무증상 및 요통환자 모두에서 DM의 전단 탄성 계수 값이 더 크게 나타났다. 향후 연구 에서는 성별의 고려와 함께 많은 대상자를 통한 연구가 이루어져 요통 환자의 효과적인 신전 운동을 위한 중요한 사료로의 가치가 필요한 점을 시사한다.
