하지 근력은 인간의 신체 기능에서 매우 중요한 역할을 하며. 일상 생활의 효율성뿐만 아니라 운동 성능에까지 직접적인 영향을 미친다[1]. 그러나 많은 사람들이 우세측과 비우세측 다리 간의 근육 불균형을 경험하며, 이는 다양한 일상 활동에서 불편함을 초래하고 운동 수행에 어려움을 주는 주요 원인으로 작용할 수 있다[2]. 이러한 불균형은 시간이 지남에 따라 지속적인 근육 약화로 이어질 수 있으며, 이는 전반적인 신체 기능에 부정적인 영향을 미칠 수 있다[3].

우세측 다리와 비우세측 다리 간의 근 활성도 차이는 주로 선 자세, 걷기와 같은 일상적인 활동에서 발생한다[4]. 활동이 반복되어 우세측 다리의 근육은 발달되며[5], 비우세측 다리는 상대적으로 덜 사용되어 근 활성도가 감소하는 경향이 나타난다[6]. 이러한 불균형은 운동 시 무릎 통증을 유발할 수 있으며, 체중 분배의 비대칭성과 보행 패턴 변화로 인해 체간의 비틀림과 같은 이차적 증상을 초래할 위험이 있다[7]. 이를 예방하기 위해 앉은 자세에서 운동을 고안하여야 한다.

앉은 자세에서의 운동의 장점은 신체에 무리가 가지 않도록 실시할 수 있으며[8], 부상과 관절염 등 선 자세보다 상대적으로 안전하게 운동을 실시할 수 있다[9]. 또한, 이동이 제한된 부상자나 노인, 만성 질환자 등 다양한 대상자들에게도 접근성이 높으며, 장시간 앉아 있는 생활하는 사람에게도 근육 불균형 해소를 위해 운동을 제시할 수 있다[10]. 임상에서는 앉은 자세에서 다양한 운동 실시하고 있으며, 그 중 우세측 하지 운동은 비우세측 하지에 근 활성화를 유도함으로서 간접적으로 하체의 균형과 힘을 키울뿐 아니라, 디딤발 강화를 통해 안정성 향상과 양측 하지간의 협응력을 증가시킬 수 있다[3,11]. 또한 다리 부상이 있는 환자나 노인, 갑작스런 체중 증가나 비만이 있는 사람에게도 쉽게 접근할 수 있다[12]. 근 활성도 향상을 위한 다른 방법으로는 Liu 등[13]은 저항 운동을 통해 근 활성도를 증가시키는 방법을 보고하였으며, Cressy 등[14]은 불안정한 표면에서의 운동은 안정한 표면에서의 운동보다 근 활성도를 촉진시킬 수 있다고 보고하였다. Siemes 등[15]은 시각 차단, 발목 지지를 통해 신경계의 자극을 증가시키기 때문에 근 활성도에 긍정적인 영향을 미친다고 보고하였다. 이러한 선행 연구를 바탕으로 저항, 시각 차단, 발목 지지를 동반한 운동들도 고안되어야 한다. 하지만 앉은 자세에서 우세측 하지 운동이 비우세측 하지의 근 활성도에 미치는 영향을 체계적으로 비교한 연구는 아직 부족하며, 저항을 동반한 우세측 하지 운동, 시각적 차단을 이용한 우세측 하지 운동, 비우세측 발목 지지를 동반한 우세측 하지 운동 시 비우세측 하지의 근 활성도를 비교한 연구도 부족한 실정이다.

따라서 본 연구는 앉은 자세에서 저항의 유무, 불안정한 표면, 시각 차단, 발목 지지를 동반한 우세측 다리 운동을 실시할 때, 비우세측 다리의 근 활성도에 미치는 영향을 비교하고자 한다. 특히, 저항 운동이 비우세측 다리 근육의 활성도를 어떻게 변화시키는지에 대한 분석을 통해 하체 근육 강화 및 불균형 개선을 위한 보다 효과적인 운동 방법을 제시하고자 한다. 또한, 앉은 자세에서 운동을 수행할 때 불안정한 표면이나 시각 차단과 같은 환경적 요인이 근 활성도에 미치는 영향을 다룬 연구는 기존의 연구들에서 상대적으로 적게 다뤄졌기에, 본 연구는 중요한 학문적 의의를 지닌다고 할 수 있다.

본 연구는 하체 근육 발달을 위한 다양한 환경적 조건을 고려하여, 우세측과 비우세측 다리 간의 근육 불균형을 해소하고자 한다. 또한, 비우세측 다리의 근 활성도를 증진시키는 운동 방법을 제시하는 데 기여할 것이며, 궁극적으로 하지 근력 강화 및 균형 잡힌 하체 발달을 위한 기초 자료를 제공하는 데 중요한 역할을 할 것이다.

연구 대상

참여자 모집은 서울 동대문구에 위치한 M 재활병원에 근무하는 20∼30대 성인에게 동의서를 나누어 준 후 자발적인 참여 지원을 받아 모집하였다. 실험 시작 전 연구 참여자에게 연구 목적, 절차를 설명하였으며, 실험 도중 및 실험 중단 시 어떠한 불이익이 없음을 고지하였다. 대상자 선정 기준은 1) 정형외과적 질환이 없는 자, 2) 관절 가동범위에 제한이 없는 자, 3) 수술 이력이 없는 자, 4) 외상이나 통증이 없는 자로 선정하였다[16]. 제외 기준은 1) 요추 신경근병증이나 혈관성 파행이 있는자로 선정하였다[17]. 본 연구는 G*Power 3.1.9.7 프로그램(GPower; University of Kiel, Falu, Erdfelder, Lang, 2009)을 활용하여 연구 대상자 수를 산출하였다. 반복 측정 분산분석(F-test, repeated measures ANOVA)을 기준으로, 효과 크기(effect size) 0.5, 검정력(statistical power) 0.95, 유의 수준(alpha) 0.05를 적용한 결과, 필요한 대상자 수는 24명으로 계산되었다. 추가적으로, 20%의 탈락률을 고려하여 총 28명을 모집하였다[10]. 선정 기준에 부합하는 건강한 성인 28명을 대상으로 연구를 시작하였으며, 중도에 포기 의사를 밝힌 7명을 제외한 21명을 최종 분석 대상으로 확정하였다.

연구 절차

측정 전 연구 대상자는 나이, 키, 몸무게, 우세측을 조사하였으며, Berg’s balance scale의 한발 서기 항목을 이용하여 우세측과 비우세측 하지를 선정하였다. 본 연구의 운동은 총 8가지 운동으로, ‘우세측 하지 운동’, ‘우세측 하지 저항 운동’, ‘불안정한 표면에서의 우세측 하지 운동’, ‘불안정한 표면에서의 하지 저항 운동’, ‘시각 차단을 동반한 우세측 하지 운동’, ‘시각 차단을 동반한 우세측 하지 저항 운동’, ‘비우세측 발목 지지를 동반한 하지 운동’, ‘비우세측 발목 지지를 동반한 하지 저항운동’을 진행하였으며, 운동의 수행 순서는 제비뽑기를 통해 무작위로 선정하였다. 본 연구에서는 넙다리곧은근(rectus femoris, RF), 안쪽넓은근 빗근(vastus medialis oblique, VMO), 가쪽넓은근(vastus lateralis, VL), 앞정강근(tibialis anterior, TA), 장딴지근(gastrocnemius, GCM), 넙다리두갈래근(biceps femoris, BF)의 근활성도를 분석하기 위해 표면 근전도 장치(Noraxon Ultium EMG, USA)를 사용하였다. 근전도 부착 위치는 “SENIAM”의 가이드라인에 따라 설정하였으며(Table 1), 전극은 근섬유의 방향과 평행하게 부착하였다[18]. 근전도 신호는 1500Hz의 표본 추출률(sampling rate)로 설정하였으며, 주파수 대역폭은 20∼500Hz 범위로 조정하였다. 수집된 근전도 신호는 Myoresearch 소프트웨어(XP Master edition, Noraxon Inc, U.S.A)를 활용해 전파 정류(full-wave rectification) 과정을 거쳤으며, 평균 제곱근(root mean square) 값은 500ms 구간으로 계산하였다. 데이터 분석을 위해 앞뒤 1초를 제외한 안정적인 3초 구간을 추출하였고, 각 조건에서 3회 반복 측정한 후 평균값을 산출하였다. 최종적으로, 각 근육의 근전도 데이터를 %MVIC 값으로 표준화하여 분석에 활용하였다[19].

전극 부착 전 피부 저항을 줄이기 위해 일회용 면도기를 사용해 털을 제거한 후, 알코올 솜으로 부착 부위를 깨끗이 소독하였다[20]. 운동 시작 전에 모든 대상자의 최대 수의적 등척성 수축(maximum voluntary isometric contraction)을 측정하였으며, 측정 과정에서 대상자 움직임을 최소화하기 위해 보조 측정자가 하지를 안정적으로 고정하였다[16].

실험 전 대상자에게 측정 자세에 대해 설명을 하였으며, 충분히 이해할 수 있도록 사전 3회 이상 연습을 실시하였다. 또한 넙다리곧은근, 안쪽넓은근빗근, 가쪽넓은근, 앞정강근, 장딴지근, 넙다리두갈래근의 최대 수의적 등척성 수축을 위해 각 근육 별로 5초간 최대 근활성도 값을 측정하였다. 그 후 8가지 운동을 진행하였다. 8가지 운동은 다음과 같다.

1. 우세측 하지 운동(leg exercise)

보바스 의자 끝에 엉덩관절과 무릎관절, 발목 관절이 90˚가 된 상태로 걸쳐 앉은다. 양 다리의 간격은 어깨너비로 벌렸으며 허리는 곧휴 세운 자세로 유지하였다. 그 후 우세측 엉덩관절을 45˚ 굽힘을 실시하였으며, 5초간 유지 후 천천이 시작자세로 돌아왔다. 운동 도중 자세가 무너지면 다시 시작자세로 돌아가 자세를 유지한 후 운동을 실시하였다(figure 1A).

2. 우세측 하지 저항 운동(Resistance leg exercise)

보바스 의자 끝에 엉덩관절과 무릎관절, 발목 관절이 90˚가 된 상태로 걸쳐 앉은다. 양 다리의 간격은 어깨너비로 벌렸으며 허리는 곧휴 세운 자세로 유지하였다. 그 후 우세측 엉덩관절을 45˚ 굽힘을 실시하였다. 동작을 성공했다면 저항을 준 상태로 5초간 유지하였으며, 유지 후 천천히 시작자세로 돌아왔다. 운동 도중 자세가 무너지면 다시 시작자세로 돌아가 자세를 유지한 후 운동을 실시하였다(figure 1B).

3. 불안정한 표면에서의 우세측 하지 운동(Unsurface leg exercise)

보바스 의자 끝에 엉덩관절과 무릎관절, 발목 관절이 90˚가 된 상태로 걸쳐 앉은다. 양 다리의 간격은 어깨너비로 벌렸으며 발은 균형패드 판 위에 올려놓았다. 허리는 곧휴 세운 자세로 유지하였다. 그 후 우세측 엉덩관절을 45˚ 굽힘을 실시하였으며, 5초간 유지 후 천천이 시작자세로 돌아왔다. 운동 도중 자세가 무너지면 다시 시작자세로 돌아가 자세를 유지한 후 운동을 실시하였다(figure 1C).

4. 불안정한 표면에서의 우세측 하지 저항 운동(Unsurface resistance leg exercise,)

보바스 의자 끝에 엉덩관절과 무릎관절, 발목 관절이 90˚가 된 상태로 걸쳐 앉은다. 양 다리의 간격은 어깨너비로 벌렸으며 발은 균형패드 판 위에 올려놓았다. 허리는 곧휴 세운 자세로 유지하였다. 그 후 우세측 엉덩관절을 45˚ 굽힘을 실시하였다. 동작을 성공했다면 저항을 준 상태로 5초간 유지하였으며, 유지 후 천천히 시작자세로 돌아왔다. 운동 도중 자세가 무너지면 다시 시작자세로 돌아가 자세를 유지한 후 운동을 실시하였다(figure 1D).

5. 시각 차단을 동반한 우세측 하지 운동(Visual Block leg exercise)

눈을 감은 상태로 보바스 의자 끝에 엉덩관절과 무릎관절, 발목 관절이 90˚가 된 상태로 걸쳐 앉은다. 양 다리의 간격은 어깨너비로 벌렸으며 허리는 곧휴 세운 자세로 유지하였다. 그 후 우세측 엉덩관절을 45˚ 굽힘을 실시하였으며, 5초간 유지 후 천천이 시작자세로 돌아왔다. 운동 도중 자세가 무너지면 다시 시작자세로 돌아가 자세를 유지한 후 운동을 실시하였다(figure 1E).

6. 시각 차단을 동반한 우세측 하지 저항 운동(Visual Block resistance leg exercise)

눈을 감은 상태로 보바스 의자 끝에 엉덩관절과 무릎관절, 발목 관절이 90˚가 된 상태로 걸쳐 앉은다. 양 다리의 간격은 어깨너비로 벌렸으며 허리는 곧휴 세운 자세로 유지하였다. 그 후 우세측 엉덩관절을 45˚ 굽힘을 실시하였다. 동작을 성공했다면 저항을 준 상태로 5초간 유지하였으며, 유지 후 천천히 시작자세로 돌아왔다. 운동 도중 자세가 무너지면 다시 시작자세로 돌아가 자세를 유지한 후 운동을 실시하였다(figure 1F).

7. 발목 지지를 동반한 우세측 하지 운동 운동(Ankle support leg exercise)

보바스 의자 끝에 엉덩관절과 무릎관절, 발목 관절이 90˚가 된 상태로 걸쳐 앉은다. 양 다리의 간격은 어깨너비로 벌렸으며 허리는 곧휴 세운 자세로 유지하였다. 그 후 우세측 엉덩관절을 45˚ 굽힘을 실시하였으며, 5초간 유지 후 천천이 시작자세로 돌아왔다. 운동 중 치료사는 비우세측의 하지를 지지하였다. 운동 도중 자세가 무너지면 다시 시작자세로 돌아가 자세를 유지한 후 운동을 실시하였다(figure 1G).

8. 발목 지지를 동반한 우세측 하지 저항 운동(Ankle support resistance leg exercise)

보바스 의자 끝에 엉덩관절과 무릎관절, 발목 관절이 90˚가 된 상태로 걸쳐 앉은다. 양 다리의 간격은 어깨너비로 벌렸으며 허리는 곧휴 세운 자세로 유지하였다. 그 후 우세측 엉덩관절을 45˚ 굽힘을 실시하였다. 동작을 성공했다면 저항을 준 상태로 5초간 유지하였으며, 유지 후 천천히 시작자세로 돌아왔다. 운동 중 치료사는 비우세츢의 하지를 지지하였다. 운동 도중 자세가 무너지면 다시 시작자세로 돌아가 자세를 유지한 후 운동을 실시하였다(figure 1H).

본 연구의 통계 분석과 데이터 처리는 SPSS version 29.0 소프트웨어(IBM, Chicago, IL, USA)를 활용하여 진행되었으며, 평균 및 표준편차를 산출하였다. 정규성 검정은 Shapiro-Wilk 검정으로 실시하였으며, 대상자의 일반적 특성은 기술 통계를 통해 분석하였다. 우세측 운동과 저항운동 시 근육의 근 활성도를 확인하기 위해 일반적인 조건, 불안정한 표면, 시각 차단, 발목 지지 등 네 가지 조건에서 반복측정 일원분산분석(reapeted one way ANOVA)을 실시하였다. 사후 검정은 최소유의차 검정(least significant difference, LSD)을 사용하였으며, 모든 통계 분석의 유의수준(α)은 0.05로 설정하였다.

본 연구는 총 21명을 대상으로 실험을 진행하였고 남자 10명 여자 11명으로 구성되어있다. 실험 대상자의 평균 나이는 29.15±0.51세이며, 평균 키는 170.35±1.64 cm, 몸무게는 66.7±2.74 kg이다. 우세측은 좌측 10명, 우측 11명으로 구성되어 있다(Table 2).

RF는 VBRLE(14.00±12.61%) 조건에서 가장 높은 활성도를 보였다. 시각 차단과 저항 운동이 결합된 경우 근 활성도가 크게 증가했으며, 이는 다른 조건과 비교했을 때 통계적으로 유의미한 차이를 나타냈다(F=4.166, p<0.001)(Table 3).

VMO는 VBRLE (23.5±17.07%) 조건에서 가장 높은 활성도를 보였다. 저항 운동은 모든 조건에서 활성도를 증가시키는 주요 요인으로 나타났으며, 특히 비저항 운동 대비 유의미한 차이를 보였다(F=3.355, p=0.002)(Table 4).

VL은 VBRLE (25.80±20.69%) 조건에서 가장 높은 활성도를 보였다. 시각 차단과 저항 운동이 결합된 경우 근 활성도가 크게 증가했으며, 이는 다른 조건과 비교했을 때 통계적으로 유의미한 차이를 나타냈다(F=3.169, p=0.004)(Table 5).

TA는 VBRLE (26.86±16.87%) 조건에서 가장 높은 활성도를 보였다. 시각 차단과 저항 운동이 결합된 조건이 활성화를 극대화했으며, 이는 통계적으로도 유의미한 차이를 보였다(FF=10.707, p<0.001)(Table 6).

GCM은 ASRLE(35.23±21.90%) 조건에서 가장 높은 활성도를 보였다. 발목 지지가 추가된 저항 운동은 근 활성화를 극대화하는 데 있어 다른 조건 대비 효과적이다(F=14.657, p<0.001)(Table 7).

BF은 VBRLE (38.43±21.76%) 조건에서 가장 높은 활성도를 보였다. 시각 차단과 저항이 결합된 조건이 근육 활성화에 유의미한 효과가 나타났다(F=16.522, p<0.001)(Table 8).

본 연구는 다양한 운동 조건에서 우세측 하지 운동이 비우세측 하지 근 활성도에 미치는 영향을 분석하여, 근 활성도를 극대화할 수 있는 최적의 조건을 제시하고자 하였다. 우세측을 하지 운동은 비우세측 하지의 근 활성화를 유도함으로 간접적으로 하체의 균형과 힘을 키울 수 있으며, 디딤발 강화를 통해 안정성 향상과 양측 하지간의 협응력을 증가시킨다[3,11]. 또한 다리 부상이 있는 환자나, 노인, 갑작스런 체중 증가나 비만이 있는 사람에게도 쉽게 접근할 수 있다는 장점이 있다[12]. 연구 결과, 각 근육에서 가장 높은 활성도를 보인 조건은 저항 운동과 발목 지지 운동에 따라 달라졌으며, 이는 각 근육에 따라 다르게 영향을 미쳤다는 것을 보여준다.

RF, VMO, VL, TA, BF 모두 시각 차단을 동반한 우세측 하지 저항 운동에서 가장 높은 활성도를 보였다.이 결과는 시각 차단과 저항 운동의 결합이 근육 활성화에 매우 효과적이라는 것을 보여준다. 시각 차단은 운동 중 신경계의 집중력을 증대시키고[21], 저항 운동은 근육에 추가적인 부하를 제공하여 활성도를 크게 증가시킨다[22]. 또한 시각 차단과 저항 운동의 결합은 고유수용감각(proprioception)을 효과적으로 자극한다[23]. 고유수용감각은 신체의 위치와 움직임을 감지하며, 신경계의 집중력을 높이고 균형과 안정성을 유지하는데 중요한 기능을 한다[24]. 시각적 정보를 차단하게 되면 고유수용감각이 더욱 활성화되어 비우세측 하지의 근육들은 신체의 위치와 움직임을 보다 정확하게 감지하기 위해 더 많은 근 활성화를 발생시킨다[25]. 저항 운동 또한 근육의 협응력과 균형 유지 능력이 향상되어 고유수용감각을 촉진시킨다[26]. RF, VMO, VL은 다리의 주요 근육으로, 운동 중 안정성을 제공하고 힘을 발휘하는데 중요한 역할을 한다[27]. Pellegrino 등[28]은 시각 차단과 저항 운동이 결합된 조건에서 두 근육의 활성도가 크게 증가했다고 보고했으며, Andersen 등[29] 또한 시각 차단과 저항 운동이 결합된다면 근 활성도에 영향을 준다고 보고하였다. TA, BF은 각각 하체의 안정성과 균형을 책임지는 근육으로[30], 이 근육 역시 시각 차단과 저항 운동의 조합에서 효과적으로 활성화되었다. 따라서, 우세측 하지를 이용한 비우세측 RF, VMO, VL, TA, BF를 강화하기 위한 운동 처방에서는 시각 차단과 저항 운동을 병행하면 효과적일 것이다.

GCM은 발목 지지를 동반한 우세측 하지 저항 운동에서 가장 높은 활성도를 보였다. 발목 지지가 추가된 저항 운동이 GCM의 활성화를 극대화하는 데 중요한 역할을 했으며, 이는 발목의 안정성이 근육 활성화에 직접적인 영향을 미쳤다는 것을 시사한다. GCM은 발목의 움직임과 관련이 깊고, 발목 관절의 안정성은 이 근육의 효과적인 활성화에 필수적이다[31]. Rowe 등[32]은 발목 지지를 통해 GCM의 활성도에 간접적으로 영향을 미칠 수 있음을 시사하였으며, Reynolds 등[33] 또한 운동 시 발목의 지지는 발목의 안정성이 향상되어 GCM의 활성도를 높인다고 보고하였다. 따라서, 우세측 하지를 이용한 비우세측 GCM을 강화하기 위한 운동 처방에서는 발목 지지와 저항 운동을 병행하면 효과적일 것이다.

본 연구에서는 앉은 자세에서 다양한 환경에서의 하지 운동시 비우세측 하지의 근 활성도를 비교하고자 하였다. 하지만 단면적 연구 설계로 일시적인 효과만을 검증하였기에 장기적인 효과를 검증할 수 있는 실험 연구가 필요할 것으로 사료되며, 표본의 크기가 작았으며 연령층이 낮아 넓은 나이대를 일반화하기에는 부족하다. 추후에는 표본의 크기와 다양한 연령층을 대상으로 본 연구보다 더 다양한 변수를 이용하여 분석하는 것이 필요하다고 사료된다.

본 연구는 저항 유무에 따른 다양한 환경에서 우세측 하지 운동을 할 때 비우세측의 RF, VMO, VL, TA, GCM, BF의 근 활성도를 측정하여 향후 우세측을 이용한 비우세측 하지 강화 운동의 효과 자료를 제시하고자 하였다. 본 연구에서는 저항 운동이 저항이 없는 운동보다 더욱 효과적이라고 나타났으며, 그 중 시각 차단과 발목 지지를 병행한다면 가장 효과적이라고 나타났다. 따라서 본 연구는 앉은 자세에서 우세측을 이용한 비우세측 하지 강화를 통해 우세측과 비우세측의 균형 증진을 목표로 할 때 새로운 운동의 지표로 활용할 수 있을 것이라 생각된다.

본 연구의 저자들은 연구, 저작권, 및 출판과 관련하여 잠재적인 이해충돌이 없음을 선언합니다.