무게 부하를 이용한 수중보행훈련이 뇌졸중 환자의 균형 및 보행 능력에 미치는 영향

Ⅰ. 서 론

뇌졸중은 일반적으로 운동기능 상실 및 감각 이상과 같은 신경학적 증상을 나타낸다. 이러한 장애는 근력 약화와 운동 능력 감소를 유발하여 걷기 및 계단 오르기와 같은 기본적인 이동 기능을 제한 한다(Ji 등, 2002). 또한, 뇌졸중 환자는 자세 조절이 손상되어 건강한 사람에 비해 체중 이동 시 신체 흔들림이 더욱더 심하여 불안정한 자세가 나타나며 비정상적인 보상작용을 유발하여 비효율적인 에너지를 소모하는 보행의 형태를 나타낸다(Lee 등, 2023; Jeong 등, 2022). 이러한 균형과 보행 능력의 손상은 기능적 이동성을 감소시킬 뿐만 아니라 낙상 등의 2차 부상의 위험도 증가시킨다(Park & Kim, 2023). 따라서 뇌졸중 환자의 기능 회복과 일상생활에서의 독립성을 촉진하기 위해서는 균형 능력과 보행 능력을 회복하는 것이 매우 중요하다(Lim & Kang, 2021).

이러한 이유로, 최근 낙상의 위험이 낮고 효과적인 균형과 보행 훈련이 가능한 수중 운동이 효과적인 재활의 전략으로 임상적 관심과 주목을 받고 있다(Lee & Hwang, 2019). 무엇보다 수중 운동은 낙상 위험이 최소화된 환경에서 훈련이 진행되므로 환자는 움직임과 훈련에 대한 높은 수준의 자신감과 열정을 가지고 훈련에 참여할 수 있다(Oh 등, 2019). 또한 물속에서의 운동은 다양하며 독특한 이점을 가지고 있다. 이는 부력, 정수압, 밀도와 같은 물의 특성이 지상에서의 운동으로는 할 수 없는 이점인 신체의 생리적 변화를 유도한다. 그리고 부력과 점성으로 생성된 저항은 다양한 동작이나 움직임에 대하여 환자가 반응할 시간을 더 많이 부여하여 낙상으로 인한 신체적 손상을 예방하는 데 도움을 준다(Lee & Hwang, 2019). 이러한 물의 특성은 충분한 안정성을 부여하여 근 긴장도 감소와 함께 운동 효과가 극대화하여 기능적 이동성을 촉진시켜, 운동 제어 및 전반적인 안정성이 개선되는 결과를 나타낸다(Kim & Chung, 2019; Vivas 등, 2011). 특히, 부력은 근육과 관절의 부담을 줄이는 데 중요한 역할을 하며, 지상에서의 보행보다 에너지 효율적이며 율동적인 움직임과 지상에서보다 대칭적인 보행 패턴을 용이하게 한다(Vivas 등, 2011). Matsumoto(2016)등은 뇌졸중 환자를 대상으로 수중 보행 훈련을 실시하여 앞서 언급된 수중 운동의 이점을 증명하였다. 연구의 결과에서는 중재 이후 근육의 경직이 감소함에 따라 보행적 지표에서 유의한 향상 나타내었다. 또한 뇌졸중 환자를 대상으로 수중트레드밀을 활용한 보행 연구에서는 중재 이후 대칭적인 체중 이동을 나타냄과 동시에 균형 능력이 개선되는 결과를 도출하였다. 이러한 결과는 보행 능력의 유의한 차이를 나타내며 긍정적인 변화를 이끌어내었다(Yang & Choi, 2015). 이후 Park & ​​Chung(2018)은 수중 트레드밀과 무중력 트레드밀을 활용한 보행 훈련을 비교하여 중재 이후 뇌졸중 환자의 균형과 보행 능력이 향상되었음을 확인하였다.

그러나 이러한 수중 운동의 이점에도 불구하고 근 긴장이 낮거나 발목 안정성이 부족한 뇌졸중 환자는 수중보행 시 여전히 비대칭 보행 패턴을 나타내었다. 이는 근력 약화로 인하여 마비 측 하지의 밀도가 감소하여 다리가 충분히 가라앉지 않고 물 위로 떠 있으려는 성질 때문이다(Jung 등, 2010). 이러한 문제를 해결하기 위해 많은 연구에서 수중 운동과 수중 보행 훈련 중에 마비 측 혹은 양측 하지에 무게 부하를 적용하여 훈련을 수행하였다. Jung (2010)등은 수중 보행 훈련 동안 마비 측 발목에 무게 부하를 적용하면 수중 운동의 이점이 향상될 뿐만 아니라 마비 측 하지의 입각기의 시간과 비율이 증가하여 그에 따른 바닥을 지지하는 하지의 안정성이 향상되는 결과를 나타낸다. 이러한 변화는 이전과 달리 대칭적인 형태의 체중 이동과 보행의 결과를 나타낸다고 보고하였다. 이후 뇌졸중 환자의 마비 측 발목에 무게 부하를 적용하여 수중 운동프로그램을 시도한 연구에서는 역시 중재 후 균형과 보행적 평가에서 유의미한 변화를 보이며 그 효과를 입증하였다(Park & Chung, 2018). 이러한 선행연구들의 결과는 무게 부하를 적용한 수중 보행 훈련의 긍정적인 효과를 확인할 수 있었으며 마비 측 하지의 효과적인 체중 지지와 안정성을 통해 보행 능력을 회복할 수 있는 잠재력을 보여주었다. 이러한 치료적 효과에도 불구하고, 무게부하를 적용한 수중보행훈련에 대한 연구는 그 수가 적거나 무게 부하를 적용하지 않은 보편적인 수중보행훈련과의 비교를 통하여 그 효과를 입증한 연구 역시 부족 하였다. Jung(2010)등의 연구는 단면 연구로 기간이 매우 짧았으며, 표본 크기가 작아 이러한 연구 결과를 일반화하기에는 그 근거가 다소 부족하였다. 또한 Yoshihiro(2010)등의 연구는 연구의 대상자가 뇌졸중 환자가 아닌 일반 노인을 대상으로 수행되어 뇌졸중 재활의 치료적 효과를 입증하기에는 제한되었다. 최근 뇌졸중 환자를 대상으로 무게 부하를 적용한 수중 보행 훈련과 지상보행훈련을 비교하는 연구도 있었지만, 연구의 결과가 하지근력과 균형에 초점을 맞추었고 더 광범위한 보행 개선은 다루지 않았다(Park & Chung, 2017). 또한 선행연구들은 무게부하를 적용한 수중보행훈련군과 지상보행훈련군과의 비교를 통한 연구는 존재 하였으나 무게부하를 적용하지 않은 보편적인 수중보행훈련과 비교를 통하여 지상보행군과 수중보행군의 비교 또는 무게부하와 비무게부하에 따른 수중보행훈련에 대한 비교연구는 존재하지 않았다.

따라서, 본 연구의 목적은 기존 연구와 비교하여 진보된 연구 설계로 무게 부하를 적용한 수중 보행 훈련이 뇌졸중 환자의 균형 및 보행 능력에 끼치는 영향을 살펴보고, 지상보행훈련을 적용한 대조군과 비교하여 수중 보행 훈련의 이점을 분석하고 효율적인 수중보행훈련의 방법을 확인하고자 한다.

Ⅱ. 연구방법

1. 연구대상

본 연구는 총 54명의 연구의 참여자가 등록하였으며, 연구의 참여한 모든 대상자는 충남대학교병원 재활센터에 입원한 환자를 대상으로 하였다. 환자군을 구성하기 이전 자세한 설명을 통해 충분히 이해를 구하고 자의적인 동의를 얻은 후 훈련을 시작하였다. 자연적 회복으로 인한 연구 결과의 오차를 최소화 하기 위해 6개월 이상의 발병기간을 가진 뇌졸중 환자를 연구에 포함하였다. 대상 환자의 무작위 할당을 통한 군 설정을 위해 SPSS ver. 25.0 (IBM Co., Armonk, NY, USA)을 사용하여 세 그룹으로 나누어 배정하였다. 연구에 참여한 대상자는 도구를 사용하지 않고 독립적으로 10m 이상을 걸을 수 있는 보행 능력을 갖춘 환자로(Park & Chung, 2018) 균형 능력은 버그 균형 점수 45점 이하의 균형장애(Jung 등, 2010)를 나타내는 환자들로 구성하였다. 또한 연구에 대한 절차와 훈련에 대한 이해력과 치료사와 의사소통이 원활한 인지능력 (minimum Mini‐Mental State Examination score 24)(Vivas 등, 2011)을 갖춘 환자로 기타 질병이나 정형외적적인 질병이나 개방성 골절이 없는 의학적으로 안정된 환자를 대상으로 하였다(Park & Chung, 2018). 훈련에 참여한 대상자들의 기본적인 정보와 일반적인 사항은 Table 1에 상세히 제시 되어있다. 본 연구에서는 54명의 환자 중 14명이 퇴원 등의 이유로 훈련 도중에 중도 탈락했다. 대상자의 명확한 변화와 객관적인 평가를 위하여 훈련이 시작하기 이전 사전평가를 실시하였으며 6주간의 훈련을 진행한 후에 사후 평가를 실시하였다(Figure 1). 평가와 훈련과정간의 최소한의 오차와 편견을 줄이기 위하여 평가자와 훈련을 실시하는 치료사는 각 각 달리하여 수행하였으며 정확한 평가가 이루어 질 수 있도록 3년이상의 경력을 가진 치료사와 보조치료사가 함께 훈련을 수행 하였다. 연구를 진행하는 동안 연구자의 임상윤리기준과 규칙을 준수하기 위하여 삼육대학교 생명윤리위원회(2-1040781-AB-N-01-2016112HR)의 승인을 받아 훈련을 진행하였다.

Table 1.

General characteristics of the study participants.

Figure 1.

Enrollment of stroke patients

Ⅲ. 연구결과

2. 평가 항목에 관한 결과

(1) 하지근력

본 연구의 결과 연구에 참여한 대상자 모두 중재 이후 하지근력평가(Medical Research Council, MRC)에서 유의미한 결과를 나타냈다(p<0.05). 특히 UGAG는 15.83±0.68에서 20.33±1.02로 4.50±1.65점의 유의한 향상을 보였다(p<0.05). 이는 각 각 3.41±0.90, 2.31±0.60 점의 변화를 나타낸 UGG와 대조군 비교하여 유의한 차이를 보이며 근력 향상의 결과를 나타냈다(p<0.05)(Table 2).

Table 2.

Changes in lower extremity muscle strength and balance ability of study participants.

(2) 균형능력

본 연구의 결과 연구에 참여한 대상자 모두 중재 이후 버그균형검사(Berg Balance Scale, BBS)에서 유의미한 결과를 나타냈다(p<0.05). 특히 UGAG는 40.50±1.65에서 50.16±1.72로 9.66±1.97점의 유의한 향상을 보였다(p<0.05). 이는 각 각 7.75±4.00, 5.12±1.50 점의 변화를 보인 UGG와 대조군 비교하여 더 큰 변화를 보였으나 그룹간의 차이에서는 대조군과 비교에서는 유의한 차이를 보인 반면(p<0.05), UGG와 비교에서는 유의미 하지 않았다(p>0.05)(Table 2). 일어서서걷기검사(Timed Up and Go test, TUG) 역시 BBS와 동일한 결과의 형태로 UGAG은 20.25±2.31에서 14.50±2.81으로 –12.75±3.19초의 변화를 보이며 유의한 차이를 나타냈다(p<0.05). UGG와 대조군은 각각 –10.08±5.17, -6.62±3.44의 변화를 보이며 중재 이후 유의한 차이를 보였으나(p<0.05), UGAG와 비교하여 더 큰 변화를 보이지는 않았다.

(3) 보행능력

본 연구의 결과 연구에 참여한 대상자 모두 중재 이후 10m보행검사(10Meter Walking Test, 10MWT)에서 유의미한 결과를 나타냈다(p<0.05). 그 중 UGAG은 29.16±2.54에서 17.08±1.25초로 –12.08±2.89초의 변화를 나타냈다(p<0.05). 이는 각 각 –10.33±4.83, -7.81±2.71 초의 변화를 보인 UGG와 대조군에 비해 더 큰 변화를 보였으나 그룹간의 차이에서는 대조군과 비교에서는 유의한 차이를 보인 반면(p<0.05), UGG와 비교에서는 유의한 차이를 나타내지는 않았다(p>0.05)(Table 3).

Table 3.

Changes in gait, motor function, and ADL of study participants.

(4) 운동기능 및 일상생활에 관한 평가

본 연구의 결과 연구에 참여한 대상자 모두 중재 이후 운동기능평가(Fugl-Meyer Assessment, FMA)와 일상생활에 관한 평가(Modified Bathel Index, MBI)에서 유의미한 결과를 나타냈다(p<0.05). FMA의 결과값에서는 UGAG은 6.50±3.64점의 변화량을 보였으며, UGG와 대조군은 각 각 3.66±3.28, 3.25±1.00 점의 변화를 보이며 UGG와 대조군에 비해 더 큰 변화를 보였으며, 그룹간의 비교에서도 유의미한 결과를 나타냈다(p<0.05). 하지만, MBI의 경우 그룹간의 비교에서 UGAG는 UGG 뿐 만아니라 대조군과 비교하여 유의한 차이를 나타내지는 않았다(p>0.05)(Table 3).

Ⅳ. 고 찰

뇌졸중 환자는 대체로 비대칭적이며 균형적이지 못한 자세 조절로 인해 불안정한 자세를 나타내며 신체적 흔들림이 증가한다. 이러한 변화는 보행 장애와 낙상 위험성을 증가 시킨다(De Oliveira 등, 2008; Srivastava 등, 2009). 따라서 본 연구는 뇌졸중 환자의 이와 같은 문제를 해결하기 위해 무게 부하를 이용한 수중 보행 훈련 적용에 따른 균형 능력과 보행 능력의 변화를 분석하고, 효율적인 수중보행훈련의 방법을 입증하고자 한다.

본 연구 결과, 수중 보행 훈련이 공통적으로 적용된 UGAG와 UGG는 중재 이후 근력과 균형능력에서 유의미한 차이를 나타내며 근력과 균형 능력의 개선을 나타내었다(p<0.05). 또한 두 실험군 모두 대조군과의 그룹 간 비교를 통해 유의미한 차이를 나타내며 그 효과를 입증하였다(p<0.05). 이러한 결과는 수중 보행 훈련이 근력과 균형 능력 회복에 매우 효과적인 방법임을 증명하였으며, 지상 보행 훈련과 비교하여 근력과 균형 능력 회복에 있어서 더욱더 효과적이었음을 확인시켜 주었다. 이러한 결과가 나타난 근거로 물의 다양한 특성 중 부력의 영향을 받은 것으로, 부력은 다양한 운동과 동작을 취하는 동안 낙상으로 인한 신체적 손상이나 부상에 대한 두려움을 감소시키며 그로 인해 다양한 활동에 대한 두려움 감소에 따른 자신감이 향상 되어 최종적으로 환자의 움직임의 범위와 잠재성을 넓혀주는 결과를 나타낸다(Oh 등, 2019; Masumoto등, 2016). 이러한 이점은 조기보행훈련과 같은 초기재활시 운동의 참여를 촉진시켜 효과적인 보행 훈련의 환경을 제공한다(Kim & Chung, 2019). Masumoto(2008)등의 연구에 따르면 수중보행훈련 적용함에 따라 근 긴장이 감소하여 그에 따라 근력과 보행 능력이 향상되는 결론을 나타내며 본 연구의 결과를 뒷받침하였다.

뇌졸중 환자의 다양한 관절의 근력 약화 중 특히 발목 근력 약화는 균형과 보행 능력에 중대한 영향을 미치며 비효율적인 보행의 형태를 나타내는데 그 결과 보행 속도의 감소로 이어진다(Park & Chung, 2017; Srivastava 등, 2009). 그러므로 균형과 보행 기능을 회복하여 보다 효과적인 움직임을 위해서는 하지 근육을 강화하는 것이 필수적이라 할 수 있다(Song & Kim, 2022). 이러한 이론적 배경은 본 연구결과에서도 반영되었다. 근력 평가인 MRC에서 유의미한 개선을 나타낸 UGAG와 UGG는 균형 능력을 평가하는 BBS와 TUG에서 역시 중재 이 후 유의미한 결과를 나타냈다(p<0.05). 또한 지상보행훈련을 실시한 대조군과의 비교에서도 유의미한 결과를 나타내는 것을 확인할 수 있었다(p<0.05). 이는 수중보행훈련이 효과적인 근력 회복을 통하여 균형능력에 긍정적인 결과를 이끌었다고 분석할 수 있다. 이러한 결과에 대한 배경으로 Masumoto(2014)등은 수중보행훈련이 고관절 신근, 무릎 신근과 발바닥 굽힘근의 원활한 근 활성화로 인한 근 동원능력의 향상이 근력 강화로 이루어져 보행 능력이 향상되었다고 보고 하였다. 또한 체중지지 관절인 고관절과 무릎관절은 정적 균형에서 중요한 역할을 하며 발목 관절은 동적 균형과 보행적 요소에 큰 영향을 나타내는데 이러한 상관관계는 본 연구 결과에서도 관찰 할 수 있었다(Punt 등, 2017). 하지만, UGAG는 근력을 평가하는 MRC에서 UGG와 비교하여 유의미한 변화를 통한 그 효과를 나타냈지만(p<0.05), 균형평가를 나타내는 BBS 및 TUG 점수에서는 두 그룹 간에 유의미한 변화가 발견되지 않았다(p>0.05). 이러한 결과는 발목에 무게 부하를 적용한 수중 보행 훈련이 기존 수중 보행 훈련보다 근력의 개선에는 더 효과적이었으나 균형 능력을 향상에 더 효과적이었다고 보기에는 통계적 근거가 충분하지 않다고 볼 수 있다. 그러나 Lam(2009)등은 마비 측 하지에 무게 부하를 적용한 보행 훈련이 보행의 주기 중 스윙 단계에서 고관절 굴곡근을 활성화시켜 근력이 더 크게 증가하고 균형 감각이 향상되었다고 보고하였다. 마찬가지로 Jung(2010)등은 무게 부하를 적용한 수중보행훈련이 뇌졸중 환자의 보행주기 중 마비 측 하지의 입각기에서 안정성을 향상 시킨다는 것을 입증하였다. 이러한 안정성의 향상은 건 측과 마비 측 사이의 대칭적인 체중 지지와 이동을 촉진하여 전반적인 자세의 안정성을 개선시켰다고 언급하였다. 이러한 안정성 향상의 근본적인 이유로 마비 측 하지의 발목에 적용된 무게 부하가 마비로 인하여 밀도가 낮아진 다리가 물 위로 뜨는 현상을 방지하여 안정성이 증가했기 때문이다(Jung 등, 2010; Park & Chung, 2018). 또한 이러한 근거는 Park & ​​Chung(2017)의 연구에서도 확인 할 수 있었다. 이 연구에서 역시 무게 부하가 적용된 수중보행훈련군에서 하지 근력의 향상과 균형 능력의 개선을 나타내며 그 근거를 뒷받침하였다. 또한 Hesse(2008)등은 건 측과 마비 측 사이의 대칭성의 개선이 보행 능력과 속도를 크게 향상시켰다고 언급하였다. 이러한 결과는 대칭적인 균형 능력의 개선이 보행 능력의 향상에 큰 영향을 나타낸 본 연구의 결과를 뒷받침할 수 있는 근거가 될 수 있다.

본 연구 결과에서는 두 실험군 모두 중재 이 후 보행평가인 10MWT에서 유의한 차이를 나타내었다. 또한 UGAG는 대조군과의 비교를 통하여 유의미한 변화를 나타내며 그 효과를 나타냈다(p<0.05). 이와 같은 결과는 선행 연구와 유사한 결과로 마비 측 하지의 안정성 증가가 입각기의 비율을 높여 대칭적인 체중지지를 나타내어 보행 속도 개선에 기여하였음을 유추할 수 있다. 또한, 무게 부하로 인해 고관절 굽힘근과 무릎 폄근의 근력이 증가하여 보행 속도 개선에 많은 영향을 주었다고 볼 수 있다. 그러나 UGAG와 UGG의 비교에서는 대조군과의 비교와 달리 유의미한 변화를 나타내지 않았다(p>0.05). 이와 같은 결과는 수중보행훈련 역시 보행적 요소의 향상에 매우 효과적인 중재방법이어서 집단간의 비교에서는 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았다고 해석 할 수 있다. Barela(2006)등은 수중 보행 훈련이 입각기에서 대퇴 이두근, 외측광근과 대퇴 근막 장근,의 근력을 증가시켜 보행 속도가 향상된다는 결과를 발견하였다. 마찬가지로, Masumoto(2007)등 역시 물의 특성 중 부력과 점성이 대퇴직근, 대퇴이두근과 내측광근의 근력을 강화하여 보행의 안정성과 속도를 향상 시킨다고 보고하였다. 이러한 결과는 기존의 수중 보행 훈련 역시 보행 속도를 개선 하는데 매우 효과적임을 시사하였다.

이러한 보행 능력의 회복은 기능적 독립성과 일상 활동과 밀접한 관련이있기 때문에 운동기능과 전반적인 삶의 질에 상당한 영향을 미친다(Shin 등, 2015). 따라서, 본 연구에서는 이러한 기능적 회복과 일상생활에 대한 평가로 FMA와 MBI를 활용하였다. 연구 결과 중재 이후 모든 군에서 중재 이전과 비교해서 유의미한 차이를 보이며 그 효과를 나타내었다(p<0.05). 하지만 FMA에서는 UGAG가 대조군과의 집단 간 비교에서 유의미한 차이를 보였지만(p<0.05), UGG는 유의한 차이를 보이지 못하였다(p>0.05). 또한 UGAG는 UGG와 집단 간 비교에서 역시 유의미한 결과를 확인할 수 있었다(p<0.05). 이러한 결과는 UGAG가 UGG 보다 운동기능 개선에 더욱 효과적이었음을 시사하였다. 이러한 결과는 마비 측 하지에 사용된 무게 부하가 근력 회복을 효과적으로 촉진하여 이러한 근력의 변화가 근력과 연관성이 높은 FMA 하부항목에서 더 높은 점수를 획득하여 통계적으로 영향을 주었으리라 유추할 수 있다. 그러나 일상생활을 평가하는 MBI에서는 중재 전 후 유의미한 차이를 보였지만(p<0.05), 그룹 간의 비교에서는 유의미한 차이를 나타내지 않았다(p>0.05). 이는 식사, 목욕, 변기 사용을 포함한 광범위한 기능적 영역을 평가하는 MBI이지만 본 연구에서 주로 개선된 항목은 근력과 이동성과 관련된 부분으로 일상생활 전반적인 영향을 주기에는 미흡했다고 볼 수 있다. 이러한 결과는 보다 하지무게부하를 활용한 수중보행훈련이 하지근력향상과 균형 및 보행능력의 개선을 위한 효율적인 재활전략임을 제시하였다. 그러나 연구를 진행하는 과정 동안 다양한 변수로 인하여 예상할 수 없었던 참가자들의 퇴원이나 컨디션 저하와 같은 중도 탈락과 비교적 짧은 훈련 기간이 연구의 결과에 다소 영향을 주었으리라 사료된다. 이 후 수중 재활에 관한 연구에서는 연구에 참여한 대상자 변동성을 최소화하여 조절하고 보다 많은 수의 대상자를 모집하여 표본 크기를 확대하고 보다 긴 훈련 기간을 적용하여 더욱 효과적인 연구가 이루어 졌으면 한다.

Ⅴ. 결 론

본 연구를 통해서 무게 부하를 적용한 수중 보행 훈련이 뇌졸중 환자의 하지근력에 매우 효과적이었으며 그로 인하여 균형 및 보행 능력을 개선하는 데 매우 효과적이었음을 확인 할 수 있었다. 또한 지상보행훈련과 수중보행훈련 결과를 비교하여 수중 보행 훈련이 하지 근력과 균형 능력에 매우 효과적인 중재 방법임이 입증할 수 있었다. 이러한 결과는 향후 뇌졸중 환자를 대상으로 수중보행훈련을 적용 시 보다 효과적인 수중재활의 전략을 제시하고 효과적인 뇌졸중 회복을 위한 운동방법으로 활용 될 수 있음을 시사할 수 있었다.

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