네발기기 자세에서 푸시업 동작 시 다리 들기에 따른 앞톱니근, 어깨세모근, 위팔세갈래근의 근 활성도 비교

Ⅰ. 서 론

관절은 사람이 생활하면서 움직이거나, 활동 등을 함에 있어 중요한 역할을 한다. 특히 일상생활에서 도구를 사용하거나, 물체를 옮기는 등의 일을 할 때, 상지관절들은 다양한 역할을 하는데, 그중에서 어깨관절의 중요성이 많은 비중을 차지한다. 어깨관절은 인체의 다양한 관절들 사이에서도 가장 큰 운동 범위를 가지고 있으며, 위팔의 안정성을 제공하기 위해 많은 근육들이 복잡한 관계를 이루며 위팔의 다양하고 복잡한 움직임을 만들어낸다(Cailliet, 1991). 어깨를 구성하는 근육들이 많이 있지만 특히, 앞톱니근(Serratus anterior)은 정상적인 어깨가슴관절(scapulothoracic joint)을 조절하는 역할로 항상 강조되어왔다(Lee, 2013; Kim 등, 2014).

앞톱니근의 기능은 위팔의 다양한 움직임에 있어서 어깨의 위쪽 돌림을 만들며, 어깨가슴관절의 중요한 안정화 근육으로써 어깨뼈를 가슴 우리에 적절히 위치시켜, 동적인 안정성을 제공한다(Neumann, 2013). 또한 어깨뼈의 안정성과 위치를 적절하게 유지할 수 있도록 조절하는 역할을 하고(Ludewig 등, 2004). 위팔을 움직일 때 어깨뼈의 위쪽 돌림과 뒤쪽 기울기를 만들어 어깨뼈를 가슴 우리에 적절한 위치로 유지시켜 어깨뼈 올림을 예방하는 역할을 한다(Lin 등, 2006). 이와 같이 앞톱니근은 정상 어깨위팔 리듬을 유지하는 데 매우 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있다(Cool 등, 2002; Cools 등, 2003; Decker 등, 1999; Hallstrom과 Karrholm, 2009).

사람들은 건강의 중요성이 대두됨에 따라 일상생활 속에서 수행할 수 있는, 즉 간편하고 손쉽게 할 수 있는 운동들을 선호하고 있다. 특히 최근에는 가방착용 시 스트랩으로 앞톱니근의 손상이 유발되는 것으로 알려져 있다(Mathur 등, 2017). 따라서 가방을 주로 착용하는 학생 또는 성인의 어깨건강을 위하여 앞톱니근의 강화훈련은 아주 중요한 부분을 차지한다

푸시업 운동은 특별한 장비 없이 자신의 체중만을 이용하여 할 수 있는 운동이며(Gouvali 등, 2005), 대표적인 닫힌 사슬 운동이다(Lehman 등, 2008). 이에 더불어 어깨의 안정성 향상을 고려한 네발 기기 자세는 긍정적인 영향을 미칠 뿐만 아니라 임상에서도 많이 사용되고 있다(Ludewig 등, 2004; Magarey와 Jones 2003; Decker 1999; Gouvali와 Boudolos 2005).

최근에는 저자들이 상지 재활을 위해 닫힌 사슬운동을 이용하고 있고(Tippett 등, 1992; Davies와 Dickoff-hoffman., 1993; Stone 등, 1993; Jackson, 1995; Lephart, 1995; Harewick 등, 2006), 닫힌 사슬운동은 사지의 먼쪽 부를 고정하고 몸쪽 부와 먼쪽 부에 저항을 동시에 적용 시 일어나는 운동으로(Prentice 등, 2005), 동적인 근육의 안정성을 위하여 동시 수축으로 원심성 수축, 관절 압박력으로 전단력을 낮추어 관절의 안정성을 높인다. 기계적 수용기는 관절낭의 압력변화에 반응하여 고유 수용성 감각을 활성도를 높인다(Iwasaki 등, 2006).

선행 연구자들의 연구에서 푸시업을 이용하여 앞톱니근의 다양한 강화방법으로 어깨근의 각도, 지지면의 불안정성, 다양한 변수를 이용하였지만 어깨근의 선택적 활성도를 높이는 운동은 없었다(김지웅, 2017).

본 연구에서는 네발 기기 자세에서 푸시업 동작시, 무릎을 들었을 때 따른 앞톱니근, 어깨세모근, 위팔세갈래근의 근 활성도에 어떠한 영향을 미치는지 알아보아 가방을 착용하는 학생 및 성인의 효과적인 운동방법에 대하여 알아보고자 한다. 신체가 건강한 일반 남녀 대학생을 대상으로 연구하려고 한다.

Ⅱ. 연구방법

2. 측정 도구

1) 표면 근전도(Surface Electromyography)

근육의 활성도 비교를 위해 8채널의 무선 표면 근전도 WEMG-8를 사용했다. 표면 전극은 6채널을 사용하여 오른쪽-왼쪽의 앞톱니근, 위팔세갈래근(Triceps brachii), 어깨세모근(Deltoid)에 부착하였으며 표면 전극부착 부위의 피부 저항을 줄이기 위해 알코올 솜으로 피부 각질층을 제거하였다.

WEMG-8에서 측정된 신호는 무선 전송 되어 개인용 컴퓨터에 Telescom 소프트웨어를 통해 자료를 수집 처리하였다. 근전도 신호의 표본 추출률(sampling rate)은 1000Hz로 설정하였고, 근전도의 노이즈를 제거하기 위해 원자료(raw date)는 10Hz~400Hz에서 대역 통과 여과(band pass filting) 처리하였다.

어깨세모근, 위팔세갈래근, 앞톱니근의 근 활성도를 위해 각 측정 근육의 최대 등척성 수축(Maximal Voluntary Isometric Contraction, MVIC)시 근 활성도를 측정하였다. 측정은 5초 측정과 10초 휴식을 3회 반복 측정하여 평균을 내었으며 이 값을 100%로 보고 이에 대한 각 측정 자세에서 3개의 근육군 활성도 측정값을 최대 등척성 수축의 %로 나타내어 각 근육 활성도 변화를 비교하였다.

2) 근전도 전극 부착

근전도 부착 부위는 <표 1>과 같다. 근전도 수집을 위해 오른쪽, 왼쪽에 각각 세 개의 근육에 대한 전극 부착 부위를 확인 후 근육의 근육섬유 방향을 따라 활성 전극과 기준전극을 수평으로 부착한다(그림 1). 각 전극 중심 사이의 저리는 2cm 이내로 부착하였다.

표 1.

Attachment site of EMG

그림 1.

Electrode placement for detect muscle activities in Deltoid, serratus anterior, triceps brachii

Ⅲ. 연구결과

1. 연구 대상자의 일반적 특성

본 연구의 대상자는 G 대학교를 다니는 신체 건강한 20대 남·녀 20명(남성 10명, 여성 10명)을 대상으로 하였다<표 2>.

표 2.

General characteristics of the study subjects

2. 양쪽 다리를 들지 않은 자세와 오른쪽 다리, 왼쪽 다리 든 자세에서 오른쪽 상지근육군에 따른 근 활성도 평균값 비교

양쪽 다리를 들지 않은 자세와 왼쪽, 오른쪽 다리를 든 자세에서 EMG 부착 부위인 어깨세모근, 위팔세갈래근, 앞톱니근의 평균값의 비교 값은 다음과 같다. 어깨세모근, 위팔세갈래근에는 유의한 차이가 없는 것으로 나타났다. 오른쪽 앞톱니근의 근 활성도는 왼쪽다리를 들었을 때(26.41±15.10) 보다 오른쪽 다리를 들었을 때(38.40±14.54)가 유의하게 높은 것으로 나타났다(p<.05). 다리를 들지 않았을 때와 비교하였을 때, 앞톱니근에는 유의한 차이가 있었으며 한쪽 다리를 들었을 때 동측 근육의 근 활성도가 반대 측보다 높게 나타났다<표 3>.

표 3.

Comparison of mean value of muscle activity according to right upper extremity muscles, when both legs are not lifted and left, right leg lifted(Unit: %)

3. 양쪽다리를 들지 않은 자세와 오른쪽 다리, 왼쪽 다리 든 자세에서 왼쪽 상지 근육군에 따른 근 활성도 평균값 비교

양쪽 다리를 들지 않은 자세와 왼쪽, 오른쪽 다리를 든 자세에서 EMG 부착 부위인 어깨세모근, 위팔세갈래근, 앞톱니근의 평균 값의 비교 값은 다음과 같다. 어깨세모근, 위팔세갈래근에는 유의한 차이가 없는 것으로 나타났다. 왼쪽 앞톱니근의 근 활성도는 오른쪽다리를 들었을 때(45.17±20.32)가 유의하게 높은 것으로 나타났다(p<.05). 다리를 들지 않았을 때와 비교하였을 때, 앞톱니근에는 유의한 차이가 있었으며, 한쪽 다리를 들었을 때 동측 근육의 근 활성도가 반대측보다 높게 나타났다<표 4>.

표 4.

Comparison of mean value of muscle activity according to left upper extremity muscles, when both legs are not lifted and left, right leg lifted(Unit: %)

Ⅳ. 고 찰

본 연구는 네발 기기 자세에서 푸시업 동작 시 다리를 들었을 때 가방착용 시 중요한 상지근육 즉 앞톱니근과 어깨세모근, 위팔세갈래근의 근 활성도에 대해 알아보았다.

임상적으로 네발 기기 자세의 운동은 널리 사용되고 있지만 네발 기기 자세의 운동과 네발 기기 자세에서의 어깨가슴관절 주위 근육에 대한 연구는 미흡한 실정이다(차용호, 2007). 어깨가슴관절을 안정화시키기 위하여 많은 연구자들이 앞톱니근에 관심을 두고있고, 앞톱니근을 선택적인 강화를 위한 운동 프로토콜에 대해서 연구하고 있다(Decker 등, 1999; Ekstrom 등, 2003; Ludewig 등, 2004).

선행연구에 따르면 동측 다리 들기 시 가시위근과 앞톱니근의 활성도가 반대 측 다리 들기에 비해 높아지는 것을 확인할 수 있었다고 하였으며 연구의 결과 중 대부분 어깨근 활성도가 반대 측 다리 들기에 비해 동측 다리 들기 시 높아진 이유는 신체의 중력 중심(center of gravity; COG)이 동측 다리를 들 때 동 측의 기저면(base of support; BOS)이 소실되는 것을 보상하기 위한 것이 한 가지 원인으로 추측되며, 또한 동측 다리를 들 때 신체의 중력 중심이 보다 소실된 기저면 측으로 가중되기 때문에 동측 어깨 근육의 활성도가 유의하게 높아진 것으로 생각된다고 하였다(조성학, 2015).

본 연구의 실험과정에서도 선행연구의 한쪽 기저면 소실에 대한 체중 가중을 구두로 확인 할 수 있었다. 그 결과 전체적으로 한쪽 다리를 들었을 때 동측 근육의 근 활성도가 반대 측 보다 높게 나타났으며(p<.05) 특히 앞톱니근에서 통계적으로 유의한 차이가 있었다.

본 연구는 네발 기기 자세에서 다리를 들어 올림으로써 체중 부하와 균형감각을 향상시키는 데에도 효과를 기대할 수 있을 뿐만 아니라 푸시업 동작 시행시 어깨에 대한 안정성과 상지근육의 근력을 향상시킬 수 있어 가방착용으로 일어날 수 있는 상지의 피로 및 손상을 예방할 수 있다는 것을 나타낸다. 또한 네발기기 자세는 다양한 운동 자세로 변형을 할 수 있으므로 다른 근육군들의 근력 향상에 도움을 줄 수 있는 운동 프로그램 개발에도 활용될 수 있을 것으로 보인다. 하지만 제한점으로는 대상자의 수가 적었다는 점과 실험 기간이 짧았으며 실험군이 실험을 10번 반복하는 동안 어깨의 수평 무너짐 등의 자세를 고려해야 하고 편평한 표면이 아닌 불안정한 표면에서 실험을 실시하여 결과 값에 영향을 미쳤을 것으로 생각된다. 대상자의 근력 차이를 보완하기 위해 사전에 적절한 근력운동을 실시하지 못했다는 점과, 실험군의 신장 및 체격이 비슷한 실험군으로 실험을 실시하였다면 유의한 차이가 나타났을 것으로 생각된다. 또한 침습근전도가 아닌 표면 근전도를 사용하여 측정하였기 때문에 근육 간의 간섭현상을 배제할 수 없었다는 점이 이 연구의 제한점이라 할 수 있다.

Ⅴ. 결 론

본 연구에서는 네발기기 자세에서 푸시업을 실시할 때 오른쪽-왼쪽 무릎 들기에 따라 변화하는 앞톱니근, 어깨세모근, 위팔세갈래근의 활성도를 분석하기 위하여 건강한 G 대학교 남·여학생 20명을 대상으로 실험을 실시하였으며 다음과 같은 결론을 얻었다.

1. 네발기기 자세에서 다리를 들지 않았을 때와 왼쪽과 오른쪽 다리를 들었을 때 오른쪽 어깨세모근과 위팔세갈래근의 근 활성도는 차이가 없었으나 오른쪽 앞톱니근에서의 근 활성도는 차이가 있었다(p<.05).

2. 네발 기기 자세에서 무릎을 들지 않았을 때와 왼쪽과 오른쪽 무릎을 들었을 때 왼쪽 어깨세모근과 위팔세갈래근에서는 차이가 없었으나 왼쪽 앞톱니근은 차이가 있었다.

따라서 네발기기 자세에서 한쪽다리를 든 자세에서 푸시업 동작은 가방을 착용하는 학생 및 성인에게 효과적인 상지근육 훈련방법이라 할 수 있다.

Acknowledgments

이 성과는 산업통상자원부의 재원으로 한국산업기술평가관리원의 지원을 받아 수행된 연구임(No. 10076389).

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