운동 전 적용된 지속초음파와 맥동초음파가 운동 유발성 근육 손상의 최대등척성근력과 관절가동범위에 미치는 효과

Ⅰ. 서 론

사람은 외부적 자극을 일정강도 이상 받아들이면 신체 고유 항상성(homeostasis)을 유지시키기 위한 노력을 하기 위해 여러 형태의 신체활동 또는 운동에 참여하고 있다. 신체에 주는 지속적 자극은 근 능력을 점차적으로 향상시켜 기초적 건강관리에서부터 각종 성인병, 노화 등의 예방 및 회복에 긍정적인 영향을 가져온다(김현진과 김명훈, 2018). 그러나 과한 운동으로 인한 일정 강도 이상을 벗어난 신체적 자극은 근육의 능력을 정체 또는 퇴화시킬 뿐만 아니라 오히려 근 통증, 스트레스와 피로 등을 초래하며(Clarkson과 Tremblay, 1988), 신체 활동에 주기적으로 참여함에 있어 큰 장애요인은 운동 후 겪게 되는 근육 손상이라 할 수 있다(Close 등, 2005).

근육 손상은 외상성 근육 손상(traumatic induced muscle damage; TIMD)과 운동 유발성 근육 손상(exercise induced muscle damage; EIMD)으로 분류할 수 있고, 특히 EIMD는 근육의 길이 변화가 심한 신장성 운동이나 또는 자신의 신체적 능력 이상의 운동 강도 등에 의해 발생하는 것으로 보고되고 있다(Hubal 등, 2007; Warren 등, 2007; Proske와 Allen, 2005). EIMD에 의해 발생되는 통증은 일반적으로 근-건 접합부에서 가장 심하고, 운동 후 24∼48시간에 최대로 발생되며(Symons 등, 2004), 이로 인해 관절가동범위와 근력의 손실 등을 야기한다(Cleary 등, 2005; Cheung 등, 2003).

EIMD는 근육 내의 형태 또는 구조적 변화를 일으키는 1차성 근육 손상(primary muscle damage), 그리고 염증성 반응, 칼슘 항상성의 손실 등을 일으키는 2차성 근육 손상(secondary muscle damage)으로 분류 할 수 있다(Armstrong 등, 1991). 1차성 근육 손상은 근절(sarcomere)과 세포골격요소(cytoskeletal elements)의 구조적인 파괴 등이 나타나고, 근육 손상 후 곧바로 근력의 발생을 약화시킨다(McNeil과 Khakee, 1992). 2차성 근육 손상은 1차성 손상을 회복하는 과정에서 나타나고, 염증성 반응에 의해 지연성 근육통(delayed onset muscle soreness; DOMS)을 일으키며 혈장 내로 근 단백질을 유출시킬 뿐만 아니라 지속적 근력 감소 등을 나타내어 일시적인 근육 기능의 손실을 일으키게 된다(Close 등, 2005; Zainuddin 등, 2005; Clarkson과 Tremblay, 1988).

이와 같은 EIMD 증상의 완화를 위한 물리치료적 중재 방법으로는 산소요법(Cheung 등, 2003), 마사지(Zainuddin 등, 2005), 냉치료(Rowsell 등, 2009), 경피신경자극치료(김근조 등, 2009), 미세전류(최효정과 김성수, 2013) 그리고 초음파(윤정권과 이주형, 2006) 등이 있다.

치료용 초음파는 지속초음파(continuous wave)와 맥동초음파(pulsed wave)로 분류할 수 있고, 지속초음파는 열적효과, 5cm 깊이에 존재하는 조직에 대해 효과적으로 가열 할 수 있으며, 맥동초음파는 기계적, 화학적, 전기적인 비열적 효과가 있음을 보고하였으며(Hennessey 등, 1994), 조직 온도의 상승(정재훈과 김경수, 1993), 혈류 속도의 증가(한종만, 2002), 조직재생의 촉진(Jia 등, 2005), 급성비감염성염증의 분해(박래준, 2001)에 효과적이라고 하였다. Huang 등(2005)은 30명의 무릎 관절염이 있는 대상자에게 1 ㎒ 2.5 w/㎠의 강도와 25%의 맥동주기로 5분간 맥동초음파를 적용하였을 때 근육의 최대 토크와 통증, 관절가동범위(range of motion; ROM)을 유의하게 증가시킨다고 하였다.

지속초음파는 5㎝ 깊이에 존재하는 조직을 효과적으로 가열할 수 있으며, 신경근 자극 치료 시 근력 증강(장현정과 남형천, 2005), 혈류량 및 피부온도의 상승(오민영, 2004), 크레아틴 키나아제(creatine kinase; CK) 수치의 감소(조남정과 손승혁, 2014), 신경 근위부의 억제(백수정 등, 2000), 동통경감 및 유착감소(박래준, 2001)에 효과적이라고 보고되고 있다. 정한석 등(2011)은 경추부위에 지속초음파 치료를 적용했을 때 능동적 경추 회전가동범위가 증가됨을 보고하였다.

이와 같이 선행연구들을 살펴본 결과 EIMD 유발 후 초음파를 적용한 연구는 다양하게 이뤄지고 있지만 EIMD 유발 전 맥동 초음파와 지속 초음파의 효과적인 중재방법에 대한 연구는 매우 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 EIMD 유발 전에 맥동초음파와 지속속초음파를 각각 적용한 후 MVIC, ROM의 변화를 비교 분석하여 EIMD 유발을 예방하기 위한 효과적인 중재 방법을 알아내고자 실시하였다.

Ⅱ. 연구방법

2. 연구 설계

위팔두갈래근에 EIMD 유발 전 맥동초음파와 지속초음파를 적용하여 최대등척성근력과 능동관절가동범위에 미치는 영향을 알아보고 적용방법에 따른 군 간의 차이를 비교하고자 하였다. 각 군에 해당하는 방법을 적용하기 전 최대등척성근력과 능동관절가동범위를 측정하였고, 맥동초음파와 지속초음파를 적용한 후 24, 48시간에 같은 방법으로 측정하였으며, 측정실의 실내습도는 50∼60%, 실내온도는 24∼27 ℃로 유지하였다. 본 연구의 목적을 달성하기 위한 연구 설계는 다음 Figure 1과 같다.

Figure 1.

Study design

Ⅲ. 연구결과

1. 연구 대상자들의 일반적 특성

본 연구는 2019년 5월 7일부터 2019년 5월 9일까지 전남 G시 소재의 H대학교의 남자 재학생들 중 공개지원을 한 연구대상자 30명을 피험자로 선정하였으며 평균나이에 있어 대조군은 24.55±1.04세, 맥동초음파군은 24.50±1.07세, 지속초음파군은 24.60±0.17세였다. 대조군의 평균키는 177.10±2.84 ㎝였고, 맥동초음파군의 평균키는 178.20±3.69 ㎝였으며, 지속초음파군은 175.40±5.06 ㎝이었다. 또한 대조군의 평균 몸무게는 69.15±6.58 ㎏였고, 맥동초음파군의 평균 몸무게는 67.25±6.88 ㎏였으며, 지속초음파군은 69.75±8.31 ㎏이었다. 모든 군의 일반적 특성에 따른 동질성 검정 결과 통계학적 유의한 차이는 없었다<Table 1>.

Table 1.

General characteristics of subjects

2. MVIC

집단 간에 MVIC 차이를 반복측정 분산분석(Repeated measure ANOVA)한 결과, 집단 내 효과검정에서 시간에서는 통계학적으로 유의한 차이가 있었고(p<.005), 시간과 집단간에서도 유의한 교호작용이 있었으며(p<.005), 집단 간 효과검정에서도 유의한 차이가 있었다(p<.005). Tukey의 사후검정 결과, 지속초음파군이 다른 군에 비해 MVIC가 높게 나타나 더욱 효율적인 것을 알 수 있었다<Table 2>.

Table 2.

Comparison of the change in the MVIC among groups

3. EROM

집단 간에 폄각도 차이를 반복측정 분산분석(Repeated measure ANOVA)한 결과, 집단 내 효과검정에서 시간에서는 통계학적으로 유의한 차이가 있었고(p<.005), 시간과 집단간에서도 유의한 교호작용이 있었으며(p<.005), 집단 간 효과검정에서도 유의한 차이가 있었다(p<.005). Tukey의 사후검정 결과, 지속초음파군이 다른 군에 비해 폄각도가 낮게 나타나 더욱 효율적인 것을 알 수 있었다<Table 3>.

Table 2.

Comparison of the change in the Extension among groups

4. FROM

집단 간에 굽힘각도 차이를 반복측정 분산분석(Repeated measure ANOVA)한 결과, 집단 내 효과검정에서 시간에서는 통계학적으로 유의한 차이가 있었고(p<.05), 시간과 집단간에서도 유의한 교호작용이 있었으며(p<.05), 집단 간 효과검정에서도 유의한 차이가 있었다(p<.05). Tukey의 사후검정 결과, 지속초음파군이 다른 군에 비해 굽힘각도가 높게 나타나 더욱 효율적인 것을 알 수 있었다<Table 4>.

Table 2.

Comparison of the change in the Flexion among groups

Ⅳ. 고 찰

신장성 운동은 모든 사람들에게 있어서 정상적인 일상생활을 하고 계단 오르내리기 및 신체의 이동, 균형유지와 같은 신체활동을 수행하는데 필수적이다(송현호 등, 2011). 그러나 많은 사람들은 본인의 신체적 수준을 정확하게 인지를 하지 못하고 과도한 운동을 실행하거나 잘못된 기술의 습득, 숙련도 미숙 등으로 인하여 운동 이후 근육 손상을 경험하고 있다(김승환, 2012). EIMD는 근섬유와 주변 결합조직의 손상에 의해 염증반응이 유발되어 관절가동범위, 압통, 그리고 최대등척성근력과 같은 근 기능의 손상이 동반된다(Connolly 등, 2003; Clarkson과 Hubal 등, 2002). 이 중 압통은 운동 후 24∼72시간정도에서 최대 강도에 도달하고 점차 통증이 소실된다(Cheung 등, 2003; Smith, 1991). 이와 같은 결과로 인해 EIMD는 운동을 지속적으로 하는 것을 어렵게 하며, 운동참여자의 일반적인 생활에까지 영향을 끼치게 된다(김지윤 등, 2018).

따라서 근육손상을 줄이거나 예방을 위한 다양한 연구가 진행되고 있고 있으며 이와 같은 EIMD의 증상을 개선하기 위한 중재방법으로는 마사지(Zainuddin 등, 2005), 산소요법(Cheung 등, 2003), 냉치료(Rowsell 등, 2009), 경피신경자극치료(김근조 등, 2009), 미세전류(최효정과 김성수, 2013) 그리고 초음파(윤정권과 이주형, 2006) 등이 있다. 이 중 치료용 초음파는 지속초음파(continuous wave)와 맥동초음파(pulsed wave)로 분류할 수 있고, 지속초음파는 5㎝ 깊이에 존재하는 조직을 효과적으로 가열할 수 있으며, CK 수치의 감소(조남정과 손승혁, 2014), 신경 근위부의 억제(백수정 등, 2000), 동통경감 및 유착감소(박래준, 2001)에 효과적이다. 또한 맥동초음파는 기계적, 화학적, 전기적인 비열적 효과에 의해, 조직 온도 상승(정재훈과 김경수, 1993), 혈류 속도 증가(한종만, 2002), 조직재생의 촉진(Jia 등, 2005)에 효과적이라고 하였다.

이와 같이 선행연구들을 살펴본 결과 EIMD 유발 후 각각의 초음파를 적용한 연구는 다양하게 이뤄지고 있지만 EIMD 유발 전 맥동 초음파와 지속 초음파의 효과적인 중재방법에 대한 연구는 매우 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 EIMD 유발 전에 맥동초음파와 지속속초음파를 각각 적용한 후 최대등척성 근력, 관절가동범위의 변화를 비교 분석하여 EIMD 유발을 예방하기 위한 효과적인 중재 방법을 알아내고자 실시하였다.

최대등척성근력은 마이오필라멘트의 분열된 상태 및 근섬유의 수와 매우 밀접한 관계가 있으며, 근육손상의 전형적이고 수량화할 수 있는 지표로서 근육 기능의 감소된 정도를 나타낸다(Warren 등, 2007).

본 연구에서 EIMD 유발 전 맥동초음파와 지속초음파를 적용한 결과 모든 군에서 실험 전, 24시간, 48시간 후에서 MVIC의 유의한 증가가 보였고(p<.005), 집단 간 MVIC 차이를 분석한 결과, 시기와 집단 간에 유의한 교호작용이 있었고(p<.005), 집단 간 효과검정에서도 유의한 차이가 있어(p<.005) 사후검정을 실시한 결과, EIMD 유발 전 지속초음파 적용군이 다른 군에 비해 높게 나타났다. 고형우 등(2011)은 20대 대학생들 30명을 대상으로 손목관절 폄근에 지연성 근육통을 유발한 후 초음파군과 진동 자극군으로 나누어 치료 전·후의 최대등척성근력를 비교한 결과, 지속 초음파가 효과가 있음을 보고하였고(p<.05), 김지윤 등(2018)은 위팔두갈래근에 지연성근육통 유발 전·후 초음파를 적용하여 중재를 한 결과 초음파군에서 최대등척성근력에 유의한 효과가 있다고 보고하여 본 연구와 유사한 결과를 도출하였다(p<.05). 하지만 고형우 등(2011)의 연구와 김지윤 등(2018)은 본 연구와 실험 방법과 중재 방법 및 중재 부위에 차이가 있어 직접적인 비교는 어려웠다. 이와 같은 결과에 있어 Griffin 등(1991)은 초음파 에너지가 조직에 도달하면 마찰에 의해 열 에너지로 전환되고 이 열 발생은 조직온도를 상승시키고 이에 따라 교원조직의 신장력 증가, 근경축 완화, 골격근의 수축력 변화 등 생리학적 반응을 일으켜 손상된 근섬유의 재생이나 생성을 유도한다고 하여 본 연구결과를 지지하여 주고 있다.

EIMD에 의해 유발되는 관절가동범위의 감소는 결합조직의 교원섬유 탄성 범위 이상으로 신장을 하기 때문에 모세혈관과 결합조직의 손상을 유발하여 조직의 유연성이 감소된다(Nosaka 등, 2011; 윤정권과 이주형, 2006; Gibson 등, 2006).

본 연구에서 EIMD 유발 전 맥동초음파와 지속초음파를 적용 후 집단 내 폄각도 차이를 분석한 결과, 모든 군에서 실험 전, 24시간, 48시간에서 유의한 차이가 있었고(p<.005), 집단 간에 폄각도 차이를 분석한 결과, 시기와 집단에서도 유의한 교호작용이 있었으며(p<.005), 집단 간 효과검정에서도 유의한 차이가 있어(p<.005), 사후검정을 실시한 결과, EIMD 유발 전 지속초음파 적용군이 다른 군에 비해 폄각도가 낮게 나타났다.

또한 집단 내 굽힘각도 차이는 모든 군에서 실험전, 24시간, 48시간에서 유의한 차이가 있었고(p<.05), 집단 간에 굽힘각도의 차이를 분석한 결과, 시기와 집단간에도 유의한 교호작용이 있었으며(p<.05), 집단 간 효과검정에서도 유의한 차이가 있어(p<.05), 사후검정을 실시한 결과, EIMD 유발 전 지속초음파 적용군이 다른 군에 비해 굽힘 각도가 높은 것으로 나타났다.

윤정권 등(2006)은 주기적인 운동 경험이 없는 대학생 20명을 대상으로 인위적으로 지연성 근육통을 유발시킨 후 지속 초음파가 관절가동범위를 비교한 결과, 지속 초음파가 통증의 완화 및 관절가동범위 증가에 효과가 있음을 보고하였고(p<.05), 고형우 등(2011)은 20대 대학생들 30명을 대상으로 손목관절 폄근에 지연성 근육통을 유발한 후 초음파군과 진동 자극군으로 나누어 치료 전·후의 관절가동범위를 비교한 결과, 지속 초음파가 효과가 있음을 보고하였고(p<.05). 하지만 윤정권 등(2006)의 연구와 고형우 등(2011)은 본 연구와 실험 방법과 중재 방법에 차이가 있어 직접적인 비교는 어려웠다. 이와 같은 결과에 있어 Halle 등(1981)은 초음파가 생체조직에 미치는 영향으로 근육 경축의 감축, 관절 주위의 구축감소 또는 근섬유에 대한 이완효과와 마이크로 마사지 효과 등을 보고하여 본 연구 결과를 지지하여 주고 있다.

이상의 결과를 통해 위팔두갈래근의 EIMD 유발 전에 적용된 맥동초음파와 지속초음파가 MVIC, ROM에 영향을 미치는 것을 알 수 있었고, 특히 EIMD 유발 전 지속초음파가 EIMD 유발 전 맥동초음파보다 더 효과적이라는 것을 알 수 있었다.

Ⅴ. 결 론

본 연구는 20대 정상 성인 남성의 위팔두갈래근에 EIMD의 유발 전 맥동초음파를 1 ㎒, 1.5 w/㎠의 강도, 맥동주기 20%로 국소 진동자극을 60 ㎐로 적용하여 5분간 실시한 후 MVIC, ROM의 변화를 집단 그리고 시기 및 집단별로 분석하여 다음과 같은 결과를 얻었다.

EIMD 유발 전 맥동초음파와 지속초음파를 적용한 결과 모든 군에서 실험전, 24시간, 48시간 후에서 MVIC의 유의한 감소가 보였다(p<.005). 또한 시기별과 시기와 집단 간에도 유의한 교호작용이 있었으며(p<.005), 사후 검정 결과 EIMD 유발 전 지속초음파 군이 다른 군에 비해 높게 나타났다(p<.005). 다음 ROM의 변화의 결과로 EIMD 유발 전 맥동자극과 진동자극을 적용한 결과 집단 내 폄각도의 변화는 모든 군에서 실험 전, 24시간, 48시간에서 통계학적으로 유의한 차이가 있었고(p<.005), 또한 시기별과 시기와 집단 간에도 유의한 교호작용이 있었으며(p<.005), 사후 검정 결과 EIMD 유발 전 지속초음파 군이 다른 군에 비해 폄각도가 가장 낮게 나타났다(p<.005). (EIMD 유발 전 맥동자극과 진동자극을 적용한 결과 집단 내 굽힘각도의 변화는 모든 군에서 실험 전, 24시간, 48시간에서 통계학적으로 유의한 차이가 있었고(p<.05), 또한 시기별과 시기와 집단 간에도 유의한 교호작용이 있었으며(p<.05), 사후 검정 결과 EIMD 유발 전 지속초음파 군이 다른 군에 비해 굽힘각도가 가장 높게 나타났다(p<.05).

이상의 결과를 통해 위팔두갈래근에 유발된 EIMD에 적용된 맥동초음파와 지속초음파가 MVIC, ROM에 영향을 미치는 것을 알 수 있었고, 특히 EIMD 유발 전 지속초음파가 EIMD 유발 전 맥동초음파보다 더 효과적이라는 것을 알 수 있었다. 따라서 EIMD 유발을 예방하고 감소시키기 위해 지속초음파를 적용하는 것은 매우 의미 있는 중재방법이라고 판단되며, 향후 연구에서는 지속초음파의 강도, 주기, 시간 그리고 적용부위 등의 다양한 변수에 따른 연구가 진행되어야 한다고 사료된다.

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