Korean Physical Therapy Science
[ Article ]
The Journal of Korean Academy of Physical Therapy Science - Vol. 26, No. 3, pp.37-43
ISSN: 1226-3672 (Print)
Print publication date 30 Dec 2019
Received 01 Oct 2019 Revised 05 Nov 2019 Accepted 18 Nov 2019
DOI: https://doi.org/10.26862/jkpts.2019.12.26.3.37

트레드밀 운동 시 속도와 부하가 하지 근활성도와 근력에 미치는 영향

이수현1 ; 김동훈2 ; 이규리2
1삼성서울병원
2김천대학교 물리치료학과
The Effect of Load and Speed of Treadmill Exercise Impact on Muscle Strength and Muscle Activity
Suhyun Lee, M.Sc., P.T.1 ; Dong-Hoon Kim, M.Sc., P.T.2 ; Kyu-Lee Lee, Ph.D., P.T.2
1Samsung Seoul Medical Center
2Dept. of Physical Therapy, Gimcheon University

Correspondence to: 이규리 주소: 경상북도 김천시 대학로 214진리관 3층, E-mail: curielee@gimcheon.ac.kr


© 2019 by the Korean Physical Therapy Science

Abstract

Purpose

The purpose of this study is to determine the effect of load and speed of treadmill exercise impact on muscle activity and muscle strength.

Design

Randomized controlled trial.

Methods

The study was conducted for 12 female student from G University. Treadmill exercise was divided into four groups (ULS, LLS, UHS, LHS).

Results

1) There was significant difference in muscle activity of tibialis anterial, medial head of gastrocnemius, rectus femoris, biceps femoris muscle in ULS, UHS (p<0.05). 2) There was significant difference in muscle activity of tibialis anterial, medial head of gastrocnemius, rectus femoris, biceps femoris muscle in LLS, LHS (p<0.05). 3) There was significant difference in muscle activity of tibialis anterial, medial head of gastrocnemius, rectus femoris, biceps femoris muscle in ULS, LLS (p<0.05). 4) There was significant difference in muscle activity of tibialis anterial, medial head of gastrocnemius, rectus femoris, biceps femoris muscle in UHS, LHS (p<0.05). 5 There was significant difference in muscle strength in LHS (p<0.05).

Conclusion

Exercising with high speed and load has more influence on the muscle activity and muscle strength of the lower extremities.

Keywords:

Treadmill, Lower extremity, Muscle activity, Muscle strength

Ⅰ. 서 론

직립보행은 인간 특유의 보행 동작으로서 일상 활동의 기본적인 동작이라고 할 수 있으며, 정상적인 인간의 보행은 자연스럽고 쉽게 할 수 있는 동작이다(조규권과 김유신, 2001).

걷기는 활동에 있어 가장 중요한 역할을 맡고 있으며, 특히 운동 부족증이 나타나기 쉬운 현대 사회에서 이동의 목적뿐만 아니라 건강 유지 증진을 위해 이용되고 있다. 그리고 걷기운동은 더구나 시설 또는 기술 등이 필요하지 않으며 거의 모든 연령에서 상해의 위험부담 없이 실시 할 수 있는 장점이 있다. 이러한 걷기운동의 효과는 신체조성의 변화, 유산소능력과 심혈관계 개선, 유연성, 골밀도 증가뿐만 아니라 특히 근력향상 등이 포함된다(김승희 등, 2005).

트레드밀은 걷기 운동을 쉽게 할 수 있도록 돕는다(윤남식 등, 2000). 트레드밀은 바닥에 있는 회전 벨트가 자동으로 돌아가면서 걷기 또는 달리는 동작을 수행 할 수 있는 운동기구이다. 트레드밀을 이용한 걷기운동 시 회전속도의 변경이 가능 하므로 운동속도를 쉽게 조절할 수 있다는 장점 때문에 여러 실험에서 많이 사용되어 왔다(윤남식, 2001). 그리고 운동이 부족한 현대인들에 트레드밀 걷기는 날씨와 장소에 제한을 적게 받으므로 트레드밀을 이용한 걷기운동이 많이 이용되고 있다(윤남식 등, 2000).

트레드밀에서 걷기 운동은 속도의 변화에 따라 하지 근력과 근활성도에 영향을 미친다. Otter 등(2003)은 보행속도가 증가할수록 하지의 근활성도의 크기는 증가하는 경향을 보여주지만 앞정강근, 넙다리곧은근, 긴종아리근의 경우는 특정한 속도의 범위에서만 근활성도의 유의한 차이를 보였다고 보고하였다.

또한, 걷기는 속도뿐만 아니라 부하에도 영향을 미칠 수 있다. 장시간의 단순한 형태의 걷기운동보다는 안전성과 효과적인 에너지소비효율이 높은 중량부하 후 걷기 운동이 유산소성 운동 및 근력으로 체력감량 및 건강을 추구하는 일반인들의 생리적 기능을 향상을 위해 이용될 수 있음을 보여주고 있다(오명진, 2003). 그리고 Walker 등(2000)은 트레이드밀 위에서 걷기를 할 때 단조롭고 가벼운 걷기보다는 신체에 일정한 중량을 부하 하여 걷기를 하는 것이 효율적이라고 보고하고 있다(오명진, 2003). 그러므로 걷기운동시 하지에 무게부하나 저항을 주는 것은 보행의 유각기에서 하지가 굽힘 될 때 굽힘 근육의 근력을 증가시키며 (Lam 등, 2006; Lam 등, 2003), 하지 무게부하 훈련이 유각기 시 보행속도를 늦추거나 하지의 진행을 물리적으로 방해하여 하지 굽힘 근육의 근활성이 증가되었고(Lam 등, 2006), 특히 유각기의 초기에 엉덩관절 굽힘근의 근활성이 증가되었다는 선행연구 결과가 제시된 바 있다(Noble과 prentice, 2006).

트레드밀에서 속도에 따른 선행연구는 많이 있지만 속도와 부하를 고려한 복합적 연구는 아직 없다. 따라서 본 연구는 트레드밀에서 걷기 운동시 부하와 속도의 차이가 근 활성도와 근력에 어떠한 영향을 미치는 지를 알아봄으로써 근육 역학적인 측면에서 효과적인 걷기 운동방법을 제시하는데 그 목적이 있다.


Ⅱ. 연구방법

1. 연구대상

본 연구의 대상자는 G대학에 재학 중인 학생을 대상으로 최근 6개월 이내에 하지에 정형 외과적 손상이 없고 일주일에 1회 이상 운동을 하지 않는 여학생 12명을 대상으로 단순무작위표본추출에 의해 무부하 저속도군(Unload Low-Speed, ULS) 3명, 유부하 저속도군(Load Low-Speed, LLS) 3명, 무부하 고속도군(Unload High-Speed, UHS) 3명, 유부하 고속도군(Load High-Speed, LHS) 3명으로 총 4개의 집단으로 선정하였다. 실험 대상자들에게 연구의 내용과 절차를 충분히 설명한 후 동의를 구한 다음 실험을 실시하였다. 훈련은 2주 동안 주 5일 1일 1회 30분 실시하였다.

2. 운동방법

1) 속도

일반사람들의 걷기속도와 비슷한 4km/h(한국교통연구원, 2002)를 기준으로 ULS와 LLS는 2km/h인 느린속도, UHS와 LHS는 6km/h인 빠른속도로 각각 운동을 실시하였다.

2) 부하

ULS와 UHS는 부하를 적용하지 않았고, LLS와 LHS는 무게 1kg, 가로 32cm, 세로 13cm, 두께 5cm인 모래주머니(e세이브)를 양쪽 발목에 착용하였다.

3. 측정방법

측정은 운동전, 운동후로 나누어 일반사람들의 걷기속도와 비슷한 4km/h로 적용하여 팔은 가볍게 흔들며 걷는 것을 측정하였다.

1) 근활성도 측정

근육 수축 할 시 근육의 동원을 측정하기 위하여 일반적으로 사용되는 근전도 기계를 사용하였으며, 본 연구에서 사용된 기자재는 무선 8채널표면근전도 2400T G2 EMG기구(Noraxon U.S.A. Inc)를 사용하였다. 근전도는 보행을 하는 동안 다리근육의 활성도를 알아보기 위해 이용하였다.

근전도의 패드는 일회용 전극(MT100)을 사용하였고, 측정하기 전 알코올을 이용하여 전극부착 부위의 피부를 닦고 측정하고자 하는 각 근육에 전극을 부착 하였다. 그리고 부착부위는 최대로 근수축을 유발하여 두드러진 힘살을 육안으로 확인해서 전극 부착 부위에 따라서 넙다리곧은근은 위앞엉덩이뼈가시와 무릎뼈의 위쪽 가장자리 사이의 중간 부위에 부착하였고, 넙다리두갈래근은 궁둥뼈결절에서 15cm 아래쪽 넙다리두갈래근 중간부위 안쪽에 위치한 뒤넙다리힘살에 부착하였다. 앞정강근은 종아리뼈선상의 가쪽 2cm 부위에 부착하였고, 장딴지근 안쪽갈래는 무릎부위 중심선에서 아래 2cm 거리의 내측 표면에 부착하였다. 기준 전극은 종아리뼈 앞면에 부착하였다.

전극을 부착한 상태에서 트레드밀에서 4km/h의 속도와 운동 후 휴식 각 실험군 별로 부하를 적용하지 않은 조건으로 근 활성도 분석을 실시하였다. 5분간 걷기동안 120-180초 구간을 지정하여 측정하였다.

2) 근력 측정

등속성 운동 기구인 Biodex system을 사용하여 실험 근육인 하지의 근력을 측정하였다.

실험대상자를 검사대 위에 앉힌 후, 정확한 측정을 위하여 몸통 골반 그리고 넓적다리 부위를 스트랩(strap)으로 고정시키고 무릎관절의 운동축과 기계의 운동축이 일치하도록 하였다. 무릎관절의 회전축은 등속성 측정 장비 동력계의 회전축에 일치시키고 발목관절 바로 위 정강뼈 종아리뼈에 조절장치 부속품인 패드로 고정시켰다.

4. 자료분석

본 연구에서 측정된 모든 자료는 PASW(Version 18.0)통계 프로그램을 이용하였다.

집단간 근활성도 변화와 집단간 무릎관절 굽힘과 폄의 근력변화를 비교하기 위해 일원배치 분산분석을 이용하여 분석하였고, 통계학적 유의수준 α=.05 로 하였다. 집단간 유의한 차이가 나타난 경우에는 Duncan의 사후검정을 실시하였다.


Ⅲ. 연구결과

본 실험은 트레드밀 위에서 하지의 근활성도와 근력에 미치는 영향을 알아보기 위한 연구로서 결과는 다음과 같다.

1. 연구대상자의 일반적 특성

연구대상자의 일반적 특성은 <표 1>과 같다.

연구대상자의 일반적 특성

2. 근활성도

트레드밀에서 운동 시 각 집단에서 앞정강근, 장딴지근 안쪽갈래, 넙다리곧은근, 넙다리두갈래근의 근활성도는 통계학적으로 유의한 차이가 나타났다(p<.05). 따라서 사후검정을 실시한 결과 앞정강근, 장딴지근 안쪽갈래의 근활성도는 ULS, LLS, UHS의 3군과 LHS군의 유의한 차이가 나타났다. 넙다리곧은근과 넙다리두갈래근의 근활성도는 ULS, LLS의 2군과 UHS, LHS의 2군에서 유의한 차이가 나타났다(p<.05)<표 2>.

각 근육별 집단 간 근 활성도 변화 비교

3. 근력

트레드밀에서 운동 시 속도와 부하에 따른 근력의 변화는 <표 3>에 나타낸 바와 같이 집단 간 운동 전, 후 무릎관절 폄과 굽힘에 있어서 통계학적으로 유의한 차이가 나타났다 (p<.05). 따라서 사후검정을 실시한 결과 무릎관절 폄과 굽힘 모두에서 LHS군이 ULS, LLS, UHS의 3개의 군과 유의한 차이가 나타났다(p<.05).

각 집단별 운동 전, 후의 무릎관절 폄과 굽힘의 근력비교(N・m)


Ⅳ. 고 찰

본 연구는 일반 성인을 대상으로 트레드밀 걷기운동 시 발목에 중량부하를 준 후 속도에 변화를 주어 하지근력과 근활성도에 미치는 영향을 밝히는 것을 연구의 목적으로 하였다. 이와 같은 연구의 목적을 위하여 일반 성인을 대상으로 주 5회 2주간 중량부하 후 걷기 운동에 따른 근력과 근 활성도의 변화에 대해 분석한 결과를 다음과 같이 논의하고자 한다.

본 연구결과에서 나타난 근활성도의 변화는 통계적으로 유의한 증가양상을 나타내었다. 속도의 증가에 따른 넙다리곧은근, 앞정강근, 장딴지근 안쪽갈래, 넙다리두갈래근의 근 활성도를 비교하였을때, ULS보다 UHS의 근활성도가 유의하게 증가하였고, LLS보다 LHS의 근활성도 또한 유의하게 증가하였다. 이것은 속도가 증가함에 따라 근활성도가 증가한다는 것으로 볼 수 있다.

김병곤(2007) 등은 경사각 0%일 때 속도변화에 따른 넙다리곧은근의 근 활성도를 측정한 결과 통계학적으로 유의한 차이가 있다고 하였으며 이는 빠른 속도가 본 연구 대상자의 근 활성도의 증가와 일치한다. Otter 등(2003)은 매우 느린 보행속도에서는 정상보행 속도에 대한 근육들의 근육수축 활동 연구에서 보행속도를 0.06-1.39%의 7가지로 분류하여 8개의 근육에 대한 근전도 분석을 실시하였다. 이 연구에서 보행속도가 증가할수록 하지의 근활성도의 크기는 증가하는 경향을 보여주지만 앞정강근, 넙다리곧은근, 긴종아리근의 경우는 특정한 속도의 범위에서만 근활성도의 유의한 차이를 보였다.

본 연구에서 근력의 변화는 통계적으로 유의한 증가양상을 나타내었다. ULS, UHS, LLS는 집단간 운동전, 후 무릎관절 폄과 굽힘에 있어서 근력이 증가는 하였지만 통계학적으로 유의한 차이는 없었으며, LHS는 집단간 운동 전, 후 무릎관절 폄과 굽힘에 있어서 근력이 증가하는 양상을 보였다.

걷기운동시 하지에 무게부하나 저항을 주는 것은 보행의 유각기에서 하지가 굽힘 될 때 굽힘 근육의 근력을 증가시킨다고 보고하였다(Lam 등, 2006; Lam 등, 2003).

걷기를 할 때 중량부하를 주어 행한 선행연구들을 보면 조끼, 벨트, 배낭, 덤벨 등을 체간부, 요부, 배부등에 부착하는 방법 등을 이용하여 다양하게 행해 왔고(오명진, 2003), 일반여성의 트레드밀 운동시 손목, 허리, 발목부위별에 중량부하운동을 실시한 결과 발목부위 중량부하 운동이 세 그룹 중에서 가장 효과가 큰 것으로 나타났다고 보고하였다(최선희, 2005) 따라서, 본 연구에서는 발목부위에 중량부하를 주어 트레드밀 운동을 실시하였다.

하지 무게부하 훈련이 유각기 시 보행속도를 늦추거나 하지의 진행을 물리적으로 방해하여 하지 굽힘근육의 근활성이 증가되었고(Lam 등, 2006), 특히 유각기의 초기에 엉덩관절 굽힘근의 근활성이 증가되었다는 선행연구 결과가 제시된 바 있다(Noble 등, 2006).

반면 본 연구에서 유부하 고속도군(LHS)은 하지근력의 향상을 보였지만, 유부하 저속도군(LLS)에서는 트레드밀운동 시 하지에 무게부하를 적용하였을 때 일부 실험 대상자들은 하지근력이 향상되지 않았다. 실험 기간 동안 참여자에 대하여 일반적인 측정환경외의 일상 활동은 통제하지 못하여 연구결과에 최소한의 영향을 미쳤을 가능성을 배제할 수 없었다는 제한점이 있었다. 이러한 결과는 여러 환경요인 때문이라고 사료된다. 종합해보면 일반인의 하지근력을 증진시키기 위한 목적으로 부하를 적용한 운동을 할 수 있으나, 환경에 따른 근력변화를 주의해야 한다.


Ⅴ. 결 론

본 연구는 트레드밀 운동시 속도와 부하에 따라 하지의 근활성도와 근력에 어떠한 영향을 미치는지를 알아보기 위하여 실시하였다. 속도는 2km/h, 6km/h로 하였고, 각 속도에 따라 부하의 유무를 적용하여 앞정강근, 장딴지근 안쪽갈래, 넙다리곧은근, 넙다리두갈래근의 근활성도와 근력을 측정하였다.

연구의 결론은 다음과 같다.

1. ULS, UHS의 앞정강근, 장딴지근 안쪽갈래, 넙다리곧은근, 넙다리두갈래근의 근활성도는 유의한 차이가 나타났다(p<.05). 그 중에서도 UHS가 ULS보다 근활성도가 더 많이 증가 하였다. 따라서, 부하가 있을때는 고속도가 저속도보다 근활성도에 더 많은 영향을 미친다.

2. LLS, LHS의 앞정강근, 장딴지근 안쪽갈래, 넙다리곧은근, 넙다리두갈래근의 근활성도는 유의한 차이가 나타났다(p<.05). 그 중에서도 LHS가 LLS보다 근활성도가 더 많이 증가 하였다. 따라서, 부하가 있을때는 고속도가 저속도보다 근활성도에 더 많은 영향을 미친다.

3. ULS, LLS의 앞정강근, 장딴지근 안쪽갈래, 넙다리곧은근, 넙다리두갈래근의 근활성도는 유의한 차이가 나타났다(p<.05). 그 중에서도 LLS가 ULS보다 근활성도가 더 많이 증가 하였다. 따라서, 저속도일 때 유부하가 무부하보다 근활성도에 더 많은 영향을 미친다.

4. UHS, LHS의 앞정강근, 장딴지근 안쪽갈래, 넙다리곧은근, 넙다리두갈래근의 근활성도는 유의한 차이가 나타났다(p<.05). 그 중에서도 LHS가 UHS보다 근활성도가 더 많이 증가 하였다. 따라서, 고속도일 때 유부하가 무부하보다 근활성도에 더 많은 영향을 미친다.

5. LHS에서는 근력의 유의한 차이가 나타났다.

따라서, 빠른속도와 부하를 적용하여 운동하는 것이 하지의 근활성도와 근력에 더 많은 영향을 미치는 것으로 나타났다.

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표 1.

연구대상자의 일반적 특성

ULS군(n=3) LLS군(n=3) UHS군(n=3) LHS군(n=3) 전체(n=12)
aMean±Standard Deviation, ULS=Unload Low-Speed(무부하 저속도군), LLS=Load Low-Speed(유부하 저속도군), UHS=Unload High–Speed(무부하 고속도군), LHS=Load High-Speed(유부하 고속도군)
연령(age) 22.00±0.00a 22.00±0.00 22.00±0.00 22.00±0.00 22.00±0.00
체중(kg) 54.33±5.50 55.00±9.64 56.33±3.22 52.67±4.04 54.58±5.40
신장(cm) 162.33±3.06 161.67±4.73 167.67±2.31 159.00±6.56 162.67±5.03

표 2.

각 근육별 집단 간 근 활성도 변화 비교

근육 실험 전(㎶) 실험 후(㎶) 실험 후/실험 전(%) F-값 p-값
aMean±Standard Deviation, *p<.05, ULS=Unload Low-Speed(무부하 저속도군), LLS=Load Low-Speed(유부하 저속도군), UHS=Unload High–Speed(무부하 고속도군), LHS=Load High-Speed(유부하 고속도군)
앞정강근 ULS 70.90±42.95a 102.20±33.52 1.63±0.62 4.51 .039*
LLS 80.73±41.02 194.00±73.37 1.32±0.45
UHS 93.23±57.59 111.13±45.02 2.55±0.49
LHS 121.50±50.10 300.33±61.34 2.61±0.54
장딴지근 양쪽갈래 ULS 1553.67±353.13 2083.33±1098.68 1.29±0.39 6.50 .015*
LLS 2095.33±320.04 3900.67±1207.43 1.11±0.10
UHS 2301.33±505.47 2527.67±420.73 1.86±0.47
LHS 1716.33±218.10 4120.67±762.37 2.42±0.52
넙다리곧은근 ULS 100.68±18.18 149.67±37.11 1.48±0.17 20.60 .000*
LLS 132.00±33.72 189.00±5.57 1.12±0.02
UHS 185.67±31.50 208.33±35.70 1.51±0.47
LHS 109.00±6.08 363.33±48.91 3.34±0.56
넙다리 두갈래근 ULS 58.53±19.50 76.40±21.62 1.35±0.39 19.19 .001*
LLS 55.00±20.55 90.53±15.17 1.51±0.43
UHS 68.87±9.96 106.90±44.28 1.76±0.47
LHS 159.67±47.37 577.67±95.04 3.70±0.44

표 3.

각 집단별 운동 전, 후의 무릎관절 폄과 굽힘의 근력비교(N・m)

실험 전 실험 후 실험 후-실험 전 F-값 p-값
aMean±Standard Deviation, *p<.05, ULS=Unload Low-Speed(무부하 저속도군), LLS=Load Low-Speed(유부하 저속도군), UHS=Unload High–Speed(무부하 고속도군), LHS=Load High-Speed(유부하 고속도군)
ULS 69.57±3.95a 22.00±0.00 22.00±0.00 9.421 .005*
LLS 81.20±11.18 55.00±9.64 56.33±3.22
UHS 68.37±13.87 161.67±4.73 167.67±2.31
LHS 69.20±2.95 86.50±9.23 17.30±6.27
굽힘 ULS 48.90±2.04a 51.33±1.50 2.433±1.40 8.004 .009*
LLS 51.80±4.25 53.63±3.26 1.83±1.25
UHS 43.68±6.96 47.17±8.53 3.50±3.54
LHS 48.60±8.62 58.30±10.42 9.70±1.90