어깨 내밈 운동 시 어깨 수평 벌림 각도에 따른 앞톱니근, 큰가슴근, 위등세모근의 근 활성도 비교

Ⅰ. 서 론

어깨 복합체(shoulder complex)는 어깨뼈(scapula), 위팔뼈(humerus), 복장뼈(sternum & ribs), 빗장뼈(clavicle)로 구성된 네 개의 상호 연관된 관절군이다. 이 관절군은 어깨관절(glenohumeral joint), 어깨가슴관절(scapulothoracic joint), 봉우리빗장관절(acromioclavicular joint), 복장빗장관절(sternoclavicular joint) 등이 모여, 광범위한 상지 운동 범위를 제공한다(Neumann, 2017). 이러한 구조는 물체를 집거나 들어 올리는 등의 복잡한 움직임을 가능하게 하지만, 동시에 안정성이 저하되기 쉬운 특징을 가진다. 따라서 어깨뼈 안정화(scapular stabilization)는 어깨관절 기능 유지와 손상 예방에 필수적이다(Kibler, 1998).

어깨뼈 안정화를 담당하는 대표적인 근육인 앞톱니근(serratus anterior)은 어깨뼈를 흉곽에 고정하고 위쪽돌림(upward rotation)과 내밈(protraction)을 유도하여 어깨관절 움직임의 기초를 형성한다(Escamilla 등, 2009). 위등세모근(upper trapezius)과 아래등세모근(lower trapezius)은 앞톱니근과 함께 짝힘(force couple)을 이루어 어깨뼈의 위쪽돌림을 돕고, 큰가슴근(pectoralis major)은 주로 어깨관절의 수평 내전(horizontal adduction)과 굴곡(flexion)에 관여한다. 그러나 어깨 운동 시 근육 간 활성 비율의 불균형이 발생하면, 앞톱니근의 선택적 강화가 어려워지고 어깨뼈 운동학이 변형될 수 있다(Wickham 등, 2010).

어깨관절의 안정화를 위해, 앞톱니근 강화는 필수이며, 다양한 선행 연구들에서 보고되어 지고 있다. 푸시업 플러스(push-up plus)는 어깨뼈내밈 구간에서 앞톱니근 활성도가 매우 높아 대표적인 선택적 강화 운동으로 알려져 있으며(Ekstrom 등, 2003), 무릎대기 변형이나 경사면 적용으로 난이도를 조절하며 실행할 수 있다. 다이내믹 허그(dynamic hug)는 탄력밴드나 케이블을 이용해 팔을 벌린 상태에서 안아주는 동작으로, 큰가슴근 개입을 최소화하면서 앞톱니근을 활성화하는 데 효과적이다(Ludewig 등, 2004). 그리고, 월 슬라이드(wall slide)는 벽을 이용해 팔을 위로 미끄러뜨리면서 어깨뼈 위쪽 돌림을 유도하여 앞톱니근과 아래등세모근을 함께 강화할 수 있다(Hardwick 등, 2006). 또한 가벼운 소도구인 세라밴드를 사용하여, 어깨뼈내밈 운동시 부하를 쉽게 조절할 수 있어 초기 재활이나 노인에게 적합하며, 앞톱니근 선택성을 높일 수 있다(Cools 등, 2007).

압톱니근을 강화하는 운동으로 가볍게 사용할 수 있는 방법으로 어깨 내밈 운동(shoulder protraction)이 있다. 이 방법은 앞톱니근을 선택적으로 활성화할 수 있는 대표적인 방법으로, 닫힌 사슬(closed-chain)과 열린 사슬(open-chain) 형태 모두에서 적용된다(Park 등, 2013). 열린 사슬 운동 중 바로누운(supine) 자세에서의 내밈은 앞톱니근 활성에 효과적인 것으로 보고되었으며(Kim과 Park, 2019), 특히 어깨 벌림 각도에 따라 근활성 패턴이 달라지는 것으로 알려져 있다. 기존 연구들은 주로 0°, 30°, 60°, 90°와 같은 넓은 간격의 각도를 설정하여 앞톱니근·큰가슴근·세모근 활성도를 비교했다. 그러나 벌림 각도가 커질수록 팔의 질량 중심이 수평으로 이동하며, 중력 토크가 sin𝜃 함수에 비례하여 증가하므로(Hall, 2021), 큰가슴근이 중력 보상 작용을 하면서 앞톱니근의 상대적 활성 비율이 감소할 가능성이 있다(Hall, 2021).

특히, 근력이 약한 경우 45° 이상의 벌림 각도는 어깨 거상 시 불필요한 큰가슴근 개입과 잘못된 자세를 유발할 수 있으며, 이는 앞톱니근의 순수 활성화를 방해한다. 따라서, 중력의 영향을 최소화하고 앞톱니근의 선택적 동원을 유도하기 위해서는 벌림 각도를 보다 세밀하게 조정할 필요가 있다(Kim과 Park, 2019).

따라서, 본 연구에서는 바로누운 자세에서 중력이 최소화되는 어깨 내밈 운동을 수행하려고 할 때, 0°, 20°, 40°의 수평 벌림 각도에서 앞톱니근, 큰가슴근, 위등세모근의 근활성도를 비교하여, 어깨 기능 저하 환자를 위한 안전하고 효과적인 앞톱니근 강화 운동 프로그램 설계에 기초자료로 활용될 수 있도록 분석하고자 한다.

Ⅱ. 연구방법

3. 실험 방법

먼저 연습을 통하여, 지정된 운동을 대상자들이 운동을 잘 수행할 수 있도록 하였다. 근육의 최대 길이 수축은 시작과 마지막 1초를 제외한 가운데 3초의 값을 적용하여, 3회 측정된 값들의 평균을 채택하였고, 한번 측정이 후 피로도를 줄이기 위한 휴식 시간을 5분 정도 제공하였다. 본 연구의 결과 값들은 해당 근육이 최대 수축치 대비 어느 정도 사용되는지를 백분율(Percentage of Maximal Voluntary Isometric Contraction, %MVIC)로 정규화하였다(BadamKhorl 등, 2019). 또한, 표면 근전도로 실험 결과 값을 측정한 위등세모근 간, 앞톱니근, 큰가슴근 간의 근 활성도의 효율을 비교하기 위하여 큰가슴근과 앞톱니근 그리고 위등세모근과 앞톱니근과의 비율을 비교하였다.

대상자들은 바로 누운 자세를 취하고 위로 팔꿈치를 쭉 편 상태에서 측정 팔을 올려 어깨관절 굽힘을 90°유지한 자세를 기본 자세로 교육을 실시하였다. 그리고 기본 자세에서 어깨 벌림 각도를 0°, 20°, 40°를 관절 각도계를 이용하여 변경한 상태에서 어깨 내밈 운동(BadamKhorl 등, 2019)을 시행하였다(Figure 1). 어깨 벌림 각도는 표준 관절 각도계를 사용하였으며, 대상자는 바로 누운 자세에서 어깨를 90° 굽힘 상태에서 팔꿈치는 편상태로 관절 각도계의 기준을 고정팔은 어깨뼈 봉우리(acromion) 위쪽에 맞추어 각도의 변화를 주었다. 이동팔을 위팔뼈의 중심선에 일치시킨 후 천천히 바깥쪽으로 이동시켰다. 모든 각도는 동일 연구자가 수행하여 측정자 내 신뢰도를 확보하였다(Riddle 등, 1987)(Figure 1). 어깨 내밈 운동은 모래주머니를 찬 주먹을 각도별로 내밈을 할 때 어깨뼈 움직임 외에 다른 움직임이 없는 최대한 내밈을 실시하도록 하였으며, 근활성화를 위해 손에 2kg 모래 주머니를 착용한 후 각 각도에 따라 어깨 내밈 운동을 시행하였다(BadamKhorl 등, 2019).

Figure 1.

After instruction in the supine position with 0° as the baseline, the experiment was conducted following angle modifications

Ⅲ. 연구결과

1. 연구대상자의 일반적인 특성

본 연구는 총 26명으로 건강한 성인 남성으로 구성되었다. 평균연령은 22±1.21세이다. 평균 신장은 171±8.15cm이고, 평균 체중은 68±13.72kg이다(Table 1).

Table 1

General characteristics of subject(n=26)

2. 어깨 수평 벌림 각도에 다른 근육별 근 활성도 변화

어깨 수평 벌림 각도(0°, 20°, 40°)에 따른 근활성도의 변화를 비교 및 분석한 결과는 (Table 2)와 같다.

Table 2

Comparison of the degree of activation of muscle groups according to angles

앞톱니근(Serratus anterior)은 각도가 증가할수록 근육의 활성화는 점차 감소하는 경향을 보였다(p＜.05). 각도 별로 비교한 사후 검정에서도 0°와 20° 사이, 0°와 40° 사이, 20°와 40° 비교에서 모두 유의한 변화가 있는 것으로 나타났다(p＜.05).

큰가슴근(Pectoralis major)은 각도가 커질수록 근육 활성화는 점차 증가하는 경향을 보였다(p＜.05). 각도 별로 비교한 사후 검정에서는 0°와 20° 사이에는 유의한 차이가 없었으나(p>.05), 0°와 40° 사이, 20°와 40° 비교에서는 유의한 변화가 있는 것으로 나타났다(p＜.05).

위등세모근(Upper trapezius)은 각도가 증가할수록 근육의 활성화는 점차 감소하는 경향을 보였다(p＜.05). 각도 별로 비교한 사후 검정에서는 0°와 20° 사이에는 유의한 변화가 없었으나(p>.05), 0°와 40° 사이, 20°와 40° 비교에서는 유의한 변화가 있는 것으로 나타났다(p＜.05).

Ⅳ. 고 찰

본 연구는 신체에 이상이 없는 20대 성인을 대상으로 어깨 내밈 운동을 바로 누운자세에서 기본적으로 수행할 때, 어깨 벌림 각도(0°, 20°, 40°)에 따른 압톱니근, 위등세모근, 큰가슴근의 근활성도 변화를 비교함으로써 압톱니근을 활성화하는 데 보다 효과적인 각도를 규명하고자 하였다. 연구 결과, 각 근육은 각도 변화에 따라 상이한 활성 패턴을 나타났다. 압톱니근은 각도가 증가할수록 근활성도가 유의하게 감소하여 0° 대비 20°에서 약 12%, 40°에서 약 19% 낮아졌으며, 전체 근활성도 내 비율 역시 0°에서 81.45%였던 것이 40°에서는 62.26%로 감소하였다. 반면, 큰가슴근은 각도가 증가함에 따라 활성도가 뚜렷하게 증가하여 0° 대비 20°에서 약 2%, 40°에서는 약 12% 상승하였고, 전체 비율 또한 0°에서 14.48%에서 40°에는 25.04%로 크게 확대되었다. 위등세모근은 20°에서는 큰 변화가 없었으나 40°에서 약 8% 감소하였으며, 전체 비율 역시 0°에서 14.75%에서 40°에는 8.13%로 낮아져 높은 각도에서의 기여가 억제되는 양상을 보였다. 이러한 결과는 단순한 해부학적 근기능 차이를 넘어, 팔의 위치 변화에 따른 중력 토크의 변동이 근육 활성 패턴에 중요한 영향을 미친다는 점을 보여주며, 어깨 내밈 운동 시 압톱니근의 선택적 강화를 위해서는 낮은 각도의 적용이 효과적임을 시사한다.

앞톱니근은 어깨뼈 내밈과 위쪽 돌림에 핵심적인 역할을 하는 근육으로, 낮은 각도(0°)에서 가장 높은 활성도를 보였다. 이는 Kim과 Park(2019)의 연구 결과와 유사하며, 팔이 벌어질수록 앞톱니근의 선택적 활성 비율이 낮아지고 큰가슴근의 개입이 증가한다는 보고와 일치한다. 특히 Hall(2021)의 생체역학적 설명에 따르면, 팔의 무게중심이 벌어짐에 따라 중력 모멘트가 sinθ에 비례하여 증가하며, 이때 큰가슴근의 보상 작용으로 앞톱니근의 기여도가 상대적으로 감소하는 것으로 해석할 수 있다.

큰가슴근은 각도가 증가할수록 근활성도가 증가하였는데, 이는 Ludewig 등(2004)의 연구에서 팔이 벌어진 상태의 운동에서 큰가슴근 개입이 증가한다는 결과와 유사하다. 또한 Ekstrom 등(2003)도 푸시업 플러스와 같은 어깨뼈안정화 운동에서 팔의 위치가 큰가슴근 활성에 큰 차이를 만든다고 보고하였다. 따라서 큰가슴근은 각도가 커질수록 중력에 대항하는 주요 보상근으로 작용한다고 할 수 있다.

위등세모근은 각도가 커질수록 근활성도가 감소하는 양상을 보였는데, 이는 Cools 등(2007)의 연구에서 특정 운동에서 위등세모근이 억제되는 패턴과 유사하다. 또한 Hardwick 등(2006)은 월 슬라이드와 같은 운동에서 앞톱니근과 아래등세모근의 활성은 높아지지만, 위등세모근의 과도한 활성은 줄어든다고 보고한 바 있다. 본 연구에서도 각도가 증가하면서 큰가슴근의 개입이 커짐에 따라 위등세모근의 역할이 줄어드는 경향이 나타났다.

그리고, 3근육의 상대적인 비율 움직임은 중력에 대응하여, 근육이 활성화되는 것의 가이드라인으로 삼을 수 있다. 압톱니근은 전체 근활성도 내 비율이 0°에서 81.45% → 40°에서 62.26%로 약 19% 감소하였다. 반대로 큰가슴근은 14.48% → 25.04%로 약 12% 증가하였고, 위등세모근은 14.75% → 7.13%로 약 8% 감소하였다. 이러한 비율 변화는 Olesh 등(2017)이 보고한 결과와 유사하다. Olesh 등은 상지 움직임에서 근활성도의 약 40~50%가 중력 토크에 의해 결정된다고 하였으며, 특히, 어깨관절 운동은 관절 각도가 커질수록 중력 성분이 차지하는 영향이 타관절에 비해 비율이 증가함을 확인하였다. 따라서, 임상적으로 앞톱니근 약화 환자나 노인의 경우 낮은 각도의 내밈 운동을 적용하는 것이 안전하고 효과적이며, 반대로 큰가슴근 강화가 필요한 경우에는 큰 각도의 운동을 선택할 수 있다. 이러한 결과는 Ekstrom 등(2003), Kim과 Park(2019)의 연구 결과와도 비슷한 결과를 가진다. 하지만, 40도 이상의 과도한 수평 외전은 어께 안정근인 앞톱니근의 활성화를 기대하기보단, 큰가슴근의 강화로 보는 것이 더 효율적일 것이다.

하지만, 본연구에서는 다음과 같은 제한점을 가지고 있다. 첫째, 연구 대상이 20대 건강한 남성으로만 한정되어 있어 성별·연령·질환 유무에 따른 일반화가 어렵다. 둘째, 본 연구에서 사용한 어깨 각도는 0°, 20°, 40°에 국한되었으며, 60°이상 더 큰 각도에서의 근활성도 변화는 검증하지 못하였다. 셋째, 표면 근전도는 심부근육의 활성도를 정확히 반영하지 못한다는 한계가 있다. 그리고, 기본 중력 상태에서는 근육의 활성화가 낮아, 모래주머니 2kg을 착용한 상태에서 근활성화를 측정한 역시 제한점으로 남아 있다. 추후 연구에서는 이런 문제점을 개선한 연구가 필요할 것이다.

Ⅴ. 결 론

본 연구에서는 어깨 내밈 운동 시 어깨 수평 벌림 각도의 변화가 근육 활성에 유의한 영향을 미친다는 사실을 확인하였다. 앞톱니근은 각도가 증가할수록 활성도가 감소하였으며, 큰가슴근은 증가, 위등세모근은 감소하는 패턴을 나타냈다. 이러한 결과는 어깨 재활 및 안정화 운동에서 중력의 영향을 고려한 적절한 각도 선택이 필수적임을 시사한다. 특히, 근력 약화 등의 문제로 인한 어깨 기능저하는 가진 대상자들에게 20도 이하의 바로누운 자세에서 어깨 내밈 운동을 적용할 경우, 어깨 안정화 근육인 앞톱니근의 활성화를 촉진할 수 있어 임상적으로 다양하게 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

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