불안정 지면에서 복합 균형 운동이 무릎 전치환술 환자의 기능적 능력과 일상생활능력에 미치는 영향

Ⅰ. 서 론

연령 증가에 따른 퇴행성 골관절염(Osteoarthritis)은 노인 인구의 약 20% 에서 경험하게 된다(Badley 등, 1998). 무릎에 발생하는 관절염은 체중 증가, 무릎관절 과사용 등으로 인하여 관절 연골이 손상되고, 염증이 발생하여 일상생활 기능에 제한을 일으키는 대표적인 만성 질환이다(Segal 등, 2012). 무릎 관절염이 진행되면 통증, 보행과 같은 일상생활에 문제가 발생하며, 이를 해결하기 위한 방법으로 무릎 인공관절 전치환술(Total Knee Arthroplasty; TKA)이 널리 시행되고 있다(김정희 2011; Strasser 2013).

무릎 인공관절 전치환술은 염증이 발생한 연골 부위를 절제하고 넙다리뼈 및 정강뼈에 금속(metal)과 폴리에틸렌(polyethylene) 재질의 구조물을 삽입하여 관절을 성형하는 수술 방법으로(Crowninshield 등, 2006), 시행 후 통증과 뻣뻣함에 개선이 있지만 무릎 관절가동범위 감소, 근력약화, 고유수용성감각 감소, 균형 능력과 운동 제어 능력 감소, 보행 능력 저하와 같은 기능적으로 중요한 요인들에 결함이 발생한다(Vition 2002; gstoettner 등, 2011; Piva 등, 2010; pua 등, 2015). 무릎 인공관절 전치환술 이후 수술을 하지 않은 노인에 비해 기능적 능력은 더 낮은 수준으로 감소하며 특히 보행속도가 18% 느리고 균형과 관련된 기능적인 움직임을 수행하는데 더 큰 어려움을 겪는다(bade 등, 2010). 또한 건강한 노인에 비해 낙상 위험이 증가하며(Matsumoto, 2012), 수술 후 오랜 시간이 지나도 균형 능력과 기능적 한계가 상당 수 발생되는 위험이 있다(König, 2000). 이렇듯 무릎 인공관절 전치환술을 시행한 환자의 기능적 능력 중 균형과 보행 능력은 일상생활을 수행하는데 가장 중요한 요소이다.

균형은 기능적 활동 중 자세 안정성 유지와 낙상방지를 위한 필수적인 요소로(Sibley, 2015; Kim 등, 2019), 무릎 인공관절 전치환술 후 근력강화와 균형 능력 향상을 위한 운동이 낙상 예방에 효과적이다(Sititik, 2005; Rahmann 등, 2009). 그러나 무릎 인공관절 전치환술 환자의 운동 프로그램은 대부분 근력과 무릎 기능 회복에 중점을 두고 있으며 균형 능력과 고유수용성감각 개선을 위한 운동은 부족한 실정이다(Minns, 2007).

한편, 일반적인 낙상 예방을 위한 균형 운동 프로그램은 편평하고 안정적인 지면에서 수행되는데(Hirase, 2015), 이와 비교하여 불안정 지면에서 수행되는 균형 훈련은 안정적인 표면에서의 훈련보다 균형 능력을 더욱 향상 시키고, 근육과 관절의 기계적 수용체를 자극함으로써 고유수용성감각과 자세 안정성 증진에도 효과적으로 적용될 수 있다(Matsusaka, 2001; Bernier 등, 1998).

하지만 무릎 인공관절 전치환술 환자를 대상으로 불안정 지면에서 시행된 균형 운동은 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 4주간 불안정 지면에서 시행된 복합 균형 운동이 무릎관절 전치환술 환자의 기능적 능력과 일상생활에 미치는 영향을 알아보고자 한다.

Ⅱ. 연구방법

2. 연구절차 및 방법

본 연구 동의서의 서명한 30명의 대상자들은 보행, 균형, 일상생활능력을 측정하기 위한 사전 검사를 시행하였다. 이후 불안정한 지면에서 복합 균형 운동을 병행한 물리치료 실험군 15명과 일반적인 훈련 프로그램을 적용한 대조군 15명을 제비뽑기를 사용하여 무작위로 배정하였다. 실험군과 대조군은 무릎 인공관절 전치환술을 시행한 3일 후 부터 30분씩, 주 3회, 4주 간 총 12회 프로그램을 시행하였다. 또한 두 그룹 모두에서 수동적 지속 운동장치(Continuous Passive Motion; CPM)를 1회 20분간 주 5회, 4주 간 총 20회를 적용하였다. 실험군과 대조군 모두 동일한 조건에서의 치료와 환경을 제공하였다. 연구를 하기 위해 연구자 1명과 보조자 1명으로 구성하여 실험과 측정을 하기 전에 측정 장비 사용법과 측정방법을 일주일 전 주 1회 1시간 동안 장비 사용법과 측정 방법을 교육하고 진행하였다.

1) 불안정 지면에서 복합균형운동

불안정 지면에서 시행된 실험군의 운동 프로그램은 선행 연구를 수정하여 적용하였다(Hirase, 2015). 대상자들은 무릎 보호대와 보행 보조기를 사용하였으며, 50x41x6cm 크기의 발란스 패드(balance pad, airex, germany)를 사용하여 불안정 지면을 구성하였다. 대상자들은 발란스 패드 위에 두 발로 선 상태에서 눈 감고 30초 동안 균형 유지하기, 양팔 위로 올리면서 목 폄하고 양팔 내리면서 목 굽힘 하기, 양쪽 발등 굽힘 및 발바닥 굽힘 하기, 양팔 벌려 몸통 좌, 우로 회전하기, 30초간 제자리 걷기로 구성된 훈련 프로그램을 1세트 당 10회 씩, 3세트를 시행하였다<Table 1>. 이후 무릎관절 굽힘 자가 운동, 하지 직거상 운동, 누워서 발목 당기기 운동, 앉아서 무릎 펴고 힘주기 운동, 엉덩관절 벌림 운동으로 구성된 일반적인 훈련 프로그램을 1회 5초씩 5회 3세트로 적용하였다. 각 운동 사이에 휴식시간은 1분씩 적용하였다.

Table 1.

Complex Balance Exercise

2) 일반적인 훈련 프로그램

대조군의 훈련 프로그램은 무릎관절 굽힘 자가 운동, 하지 직거상 운동, 누워서 발목 당기기 운동, 앉아서 무릎 펴고 힘주기 운동, 엉덩관절 벌림 운동으로 구성하였고, 1회 5초씩 10회, 5세트로 적용하였다. 각 운동 사이에 휴식시간은 1분씩 적용하였다.

Ⅲ. 연구결과

1. 연구 대상자의 일반적 특성

연구 대상자의 일반적 특성 및 동질성 검정 결과 연령, 신장, 체중, 체질량 지수 등에서 모두 동질하게 나타났다<Table 2>.

Table 2.

General Characteristics of the Subject

2. 중재 방법에 따른 보행 능력의 전, 후 변화

보행 능력을 측정하기 위해 시행된 일어서서 걷기 검사와 10 m 걷기 측정 결과는 <Table 3>와 같다.

Table 3.

Comparative Analysis of Gait Before and After Intervention in Each Group

일어서서 걷기 검사에서 실험군은 중재 전 13.34초에서 중재 후 9.49초로 감소하여 유의한 차이가 나타났고(p<0.05) 대조군은 중재 전 14.57초에서 13.79초로 감소하였지만 유의한 차이가 없었다. 두 그룹 간의 차이 비교에서 유의한 차이가 나타났다(p<0.05).

10 m 걷기 검사에서 실험군은 중재 전 12.05초에서 중재 후 9.99초로 감소하여 유의한 차이가 나타났고(p<0.05), 대조군은 중재 전 12.84초에서 중재 후 12.51초로 감소하였지만 유의한 차이는 없었다. 두 그룹 간의 차이 비교에서는 유의한 차이가 나타났다(p<0.05).

3. 중재 방법에 따른 균형 능력의 전, 후 변화

4주간 중재 후 실험군과 대조군의 균형 능력 전, 후 변화는 <Table 4>와 같다.

Table 4.

Comparative Analysis of Balance Before and After Intervention in Each Group

95% 신뢰 타원 영역은 실험군에서 중재 전 387.61㎟에서 250.57㎟로 감소하여 유의한 차이가 나타났고(p<0.05), 대조군은 중재 전 318.75㎟에서 중재 후 301.64㎟으로 감소하였지만 유의한 차이는 없었다. 또한 두 그룹 간의 비교에서 유의한 차이가 나타났다(p<0.05).

동요거리는 실험군에서 중재 전 120.99mm에서 중재 후 99.15mm로 감소하였지만 유의한 차이가 없었고, 대조군은 중재 전 112.41mm에서 중재 후 121.95mm로 증가하였지만 유의한 차이는 없었다. 하지만 두 그룹을 비교한 결과 유의한 차이가 나타났다(p<0.05).

동요속도는 실험군이 중재 전 12.97mm/초에서 중재 후 9.66mm/초로 감소하여 유의한 차이가 있었고(p<0.05) 대조군은 중재 전 11.97mm/초에서 중재 후 12.72mm/초로 유의한 차이가 없었다. 또한 두 그룹 간의 차이 비교에서는 유의한 차이가 나타났다(p<0.05).

4. 중재 방법에 따른 일상생활능력의 전, 후 변화

일상생활 자가 무릎 평가 설문지를 사용한 실험군과 대조군의 일상생활능력 변화는 <Table 5>와 같다. 실험군은 중재 전 25.47점에서 중재 후 45.67점으로 증가하였고, 대조군은 중재 전 31.07점에서 43.07점으로 증가하였으며, 두 그룹 모두 실험 전·후 유의한 차이가 나타났다(p<0.05). 또한 두 그룹 간에도 유의한 차이가 나타났다(p<0.05).

Table 5.

Comparative Analysis of Daily Living Ability Before and After Intervention in Each Group

Ⅳ. 고 찰

무릎 인공관절 전치환술은 무릎 통증을 감소시켜주고 기능을 회복시켜 주는 방법으로 널리 시행되고 있지만(조우신 등, 2007) 수술 후 운동 부족으로 근력, 보행, 균형, 고유수용성감각이 감소하여 기능적 능력 저하가 발생할 수 있어 이를 예방하기 위해서는 많은 노력이 필요하다(Kramer 등, 2003). 현재 무릎 인공관절 전치환술 후 기능 회복을 위한 재활 프로그램 연구가 활발하게 진행되고 있다. 한편 불안정 지면에서 균형 운동이 편평한 지면 보다 효과적이라는 연구 결과가 있지만 무릎 인공관절 전치환술 환자를 대상으로 연구가 부족한 실정이다. 본 연구는 무릎 인공관절 전치환술 환자 30명을 대상으로 4주간 불안정 지면에서 복합균형운동을 병행한 실험군 15명과 일반적인 균형 훈련 프로그램 15명을 대상으로 기능적 능력과 일상생활능력에 차이가 있는지 알아보고자 연구를 진행하였다.

보행 능력을 측정하기 위해 10 m 걷기 검사와 일어서서 걷기 검사를 시행하였다. 그 결과 두 검사 모두 실험군이 대조군에 비해 중재 전·후 유의하게 감소하였고, 그룹 간 비교에서도 유의한 차이가 있었다. Kim 등(2015)는 20명의 뇌졸중 환자를 대상으로 6주간 균형 운동을 시행하여 10 m 걷기 검사를 측정한 결과 19.9초에서 18.5초로 감소하여 유의한 차이가 있다고 하였다. Piva 등(2010)은 43명의 무릎 인공관절 전치환술 환자를 대상으로 균형 운동을 병행하여 시행한 결과 2개월 후 보행속도가 향상되었다고 보고하였다. 본 연구의 결과 불안정 지면에서 복합균형운동이 선행연구 보다 더 유의하게 감소하였음을 알 수 있었다. 이는 본 연구에서 시행한 운동 프로그램이 다관절 움직임을 유도하여 신체 고유수용성감각을 자극하고 보행시 무릎 관절의 안정성을 향상시켜(Han 등, 2015), 보행 능력에 긍정적인 효과가 작용한 것으로 생각된다.

균형 능력을 측정하기 위한 힘판 측정 결과 실험군은 중재 전, 후 비교에서 95% 신뢰 타원 영역, 동요속도에서 유의하게 감소하였지만 동요거리에서는 유의하지 않았다. 대조군은 95% 신뢰 타원 영역에서 감소하였지만 유의하지 않았으며, 동요거리, 동요속도에서는 증가하여 유의한 차이가 없었다. 하지만 95% 신뢰 타원 영역, 동요거리, 동요속도 모두 그룹 간의 유의한 차이가 있었다. Gusi 등(2012)은 40명의 노인에게 12주간 균형 운동을 적용한 결과 낙상 위험 검사에서 4.7점에서 2.4점으로 감소하여 균형 능력의 유의한 차이를 나타내었고, Akbaba 등(2016)은 무릎 인공관절 전치환술 환자 95명을 대상으로 집중 균형 훈련 결과 일어서서 걷기 검사에서 수술 전 21.7초에서 1달 후 19.0초로 감소하였으며 2달 후 12.9초로 감소하여 환자의 균형 능력 향상에 영향을 주었다고 입증하였다. 본 연구는 불안정 지면에서 복합균형운동을 시행한 결과 일어서서 걷기 검사에서 4주 후 선행논문보다 더 효과적으로 감소하였는데 이는 불안정 지면에서 시행한 복합 균형 운동이 무릎 관절뿐만 아니라 엉덩 관절, 발목 관절에 기계수용체를 자극하여 균형 운동 감각에 영향을 주어 신체 균형 감각, 전정기관 및 운동 반응이 증가하여 균형 능력을 향상 시킨 것으로 생각된다.

일상생활 자가 무릎 설문지 결과 실험군과 대조군 모두 중재 전·후 비교에서 점수가 유의하게 증가하였고, 그룹간 비교에서도 유의한 차이가 있었다. Mizner 등(2011)은 무릎 인공관절 전치환술 환자 100명을 대상으로 수술 후 일상생활능력을 측정한 결과 4주 후 49.9점에서 55.3점으로 유의하게 증가하여 수술 후 일상생활능력이 개선됨을 알 수 있었다. 선행연구와 유사하게 본 연구에서도 대조군은 보행, 균형 능력에 유의한 향상이 없었지만 일상생활능력은 유의한 차이가 있었다. 본 연구에서 4주 동안 실험군에게 시행한 불안정 지면에서 복합균형운동을 시행한 결과 일상생활능력이 더 효과적으로 개선되었다. 이는 불안정 지면에서 복합균형운동으로 인하여 균형 능력이 향상되어 일상생활 자가 무릎 설문지의 문항 중 절뚝거리는 보행, 계단 오르내리기, 서기와 같은 동작을 개선하는데 효과적으로 적용된 결과로 생각된다.

본 연구의 제한점으로 수술 직후 시행하였기 때문에 대상자 수가 상대적으로 적었고, 추적 관찰을 시행하지 않아 장기간 효과에 대해서는 판단할 수 없었으며, 치료 시간 외에 일상생활 수행의 변수가 발생되었을 것으로 생각된다. 따라서 향후 연구에서는 이러한 제한점들을 고려하여 무릎 인공관절 전치환술 환자에게 장기간 균형 운동 프로그램을 계획하여 추적관찰 함으로써 장기간 효과를 확인할 필요가 있으며 불안정 지면에서 균형 훈련의 효과에 대해 뒷받침할 수 있는 근 활성도의 변화 및 생리학적 변화에 대한 추가적인 연구가 필요하다고 판단된다.

Ⅴ. 결 론

본 연구는 무릎 인공관절 전치환술 시행 직후 적용된 불안정 지면에서의 복합 균형 운동이 기능적 능력과 일상생활능력에 미치는 영향을 알아보고자 시행되었다.

본 연구 결과 불안정 지면에서의 복합 균형 운동이 무릎 인공관절 전치환술을 시행한 환자들의 보행, 균형 능력 중 95% 신뢰 타원 영역, 동요속도, 일상생활능력에 효과적임을 확인할 수 있었다. 따라서 무릎 인공관절 전치환술을 받은 환자들에게 조기에 적용할 수 있는 다양한 형태의 고유수용기 자극 프로그램 및 노인들의 낙상 예방 프로그램의 추가적인 개발 및 연구에 기초자료로 활용될 것으로 기대된다.

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