반달연골 손상은 연평균 발생률이 10만 명당 약 60명으로, 사회활동이 많은 남성이 여성보다 약 4배 정도 더 흔하게 발생한다[1]. 외상성 손상인 경우에는 주로 스포츠 활동 중 무릎관절 굴곡 위치에서 회전력이 가해질 때 발생하며, 남성은 주로 21~30세, 여성은 주로 11~20세에서 더 많이 나타난다. 사소한 외상이나 일상생활 중 갑작스러운 통증과 함께 나타난다[2]. 군인 역시 운동 또는 훈련과 연관된 무릎 손상에 높은 위험성을 가지고 있는 활동 군으로 특히, 일반 환자 군에 비해 반월 연골판 손상의 발생률이 10배 높다고 알려져 있다[3]. 군인들의 경우 외측 반달연골 파열이 70.3% 정도로 내측 반달연골보다 많이 발생한다. 이는 운동 선수에서 발생한 파열의 위치에 대한 연구 결과들과 유사하였다[4]. 군인들은 임무 수행을 위해 군사 훈련을 비롯한 다양한 신체 활동을 수행하므로, 특히 무릎 관절의 손상이 더욱 흔하게 나타난다. 이러한 치료 방법에는 수술적 치료와 보존적 치료가 있으며, 수술적 치료에는 절제술과 봉합술이 주로 사용된다. 전체 수술 중 약 80%에서는 절제술이 시행되고 있지만[5], 반달연골의 15~34% 정도를 절제하는 경우, 접촉면에 가해지는 압력이 350% 이상 증가하여 골관절염 발생 속도를 증가시키기 때문에 절제술은 봉합술이 불가능한 경우에만 시행된다[6].

반달연골 절제술(Arthroscopic Meniscectomy)후에는 수술 부위의 통증으로 인해 부대 복귀가 제한되는 경우가 많이 발생하며, 이러한 문제로 인해 전투력이 저하될 수 있다. 반달연골 절제술을 받은 환자들은 몇 주 내에 기능을 회복하지만, 넙다리네갈래근의 근력 결손이 지속되면 무릎 관절 퇴행 위험이 증가할 수 있으며[7], 또한 반달연골 절제술 후에는 편측 손상으로 인한 양측기능 장애가 더 자주 발생할 수 있다[8]. 반달연골의 중요성이 강조되면서 수술 후의 관리와 재활치료에 대한 연구가 나와있는 상태이지만 전기근육자극치료(Electrical Muscle Stimulation)를 활용한 재활치료는 연구가 부족한 상태이다. 전기근육자극치료란 저주파 치료(20-100 Hz)로써 통증을 줄여주고 자발적인 운동과는 반대로 저항부하를 사용하지 않고 인위적인 수축을 통해 근육의 크기를 크게 만드는 효과를 가지고 있으며[9] 지난 몇 년간 뼈대근육의 재교육과 근력 강화를 위해 사용되어 왔다[10]. Vitzel 등[11]은 24명의 대상자에게 5일 동안 운동과 EMS를 적용한 결과 근력이 58%, 지구력이 100% 증가하고 허리둘레가 3.5 cm 감소했다고 보고하였고 Han 등[12]의 연구에서는 스쿼트 동작에 EMS를 동시에 적용한 결과 점프력, 지구력 민첩성이 증가하였고 중간넓은근, 넙다리곧은근, 배곧은근, 배바깥빗근과 배안쪽빗근의 두께가 증가했다고 보고하였다.

따라서, 본 연구는 기존의 전통적인 물리치료(열전기치료와 운동치료)에 전기근육자극치료를 결합한 운동치료를 시행함으로써 환자의 통증, 근력, 기능 개선에 어떤 도움이 되는지 알아보고자 한다.

연구 대상

본 연구는 대전광역시에 위치한 국군 D 병원에 반달연골 절제술을 한 20-30대 성인을 대상자를 모집하였다. 선정 기준은 연구 참여에 동의한 반달연골 절제술 경험이 있는 자, WOMAC 무릎관절 및 골관절염 설문지(The Western Ontario And MacNaster Osteoarthritis Index Score) 점수가 29점 이상인 자, 반달연골 절제술을 한지 1주일이 지난 자로 하였다. 제외기준으로는 양쪽 무릎을 모두 수술한 자, 6개월 이내에 십자인대 수술 포함하여 하지에 수술 경험이 있는 자, 신경계 손상이 있는 자, 반달연골 절제술을 한지 1주일이 지난 후 통증 관련된 약물 및 건강기능식품을 먹고 있는 사람은 제외하였다.

실험 전 모든 연구대상자들에게 본 연구의 목적을 충분히 설명하였고 자발적으로 실험에 동의하여 연구를 진행하였다. 본 연구는 대전대학교 생명윤리위원회의 승인을 받은 후 연구가 진행되었다(1040647-202304-HR-009-01).

연구 절차

본 연구는 선정 기준과 제외 기준을 통해 선정된 30명을 대상으로 진행하였고 대상자는 선정된 대상자들은 제비뽑기를 통해 무작위로 배정하였고 무릎 폄근 강화운동＋전기근육자극치료(EMS)(실험군, n＝15), 무릎 폄근 강화 운동(대조군, n＝15)으로 무작위 배정하였다.

중재 전 사전평가로 두 군 모두의 통증, 근력, 기능을 평가하기 위해 숫자 통증 등급 척도(Numeric Pain Rating Scale)를 통해 환자의 통증 측정을 하였고, 다음으로는 등속성 운동기구인 Isokinetic Dynamometer(Primus RS, BTE, USA)를 통해 무릎 넙다리네갈래근의 근력 측정을 하였으며, 마지막으로 무릎관절 및 골관절염 통증기능평가(WOMAC)를 통해 환자의 기능평가를 하였다. 사전평가 실시 후 4주 동안 주 5회, 1회 30분, 총 20회 중재를 실시하였고 사후평가를 실시하였다. 무릎 폄근 강화운동은 4가지의 운동으로 진행하며 각 군의 운동방법을 주차 별에 따라 횟수나 세트 수를 증가시키는 점진적 강화 운동 프로그램을 적용하였으며 실험군에는 전기근육자극치료는 10초 켜기 5초 끄기의 듀티사이클을 이용하였으며 전기 근육 신호가 들어올 때 같이 넙다리네갈래근을 수축하고 전기 근육 신호가 들어오지 않는 5초간은 휴식을 취한다. 두 군 모두 한 세트 당 반복 횟수는 1주차 10-12회, 2주차 12-14회, 3주차 14-16회, 4주차 16-18회로 세트 수는 3세트 진행하며 각 세트간 휴식시간은 2분이 주어졌다. 실험 5분전 교육 및 유의사항에 관한 설명을 진행하였고 환자가 통증과 불편감을 표현하면 즉시 중단하였고, 안전을 위해 치료사의 보조와 함께 진행하였다. 본 연구의 설계는 다음과 같다(Figure 1).

중재 방법

무릎 폄근 강화 운동

넙다리네갈래근 강화 운동(Quadriceps Strengthening Exercise)의 방법은대상자가 누운 상태에서 상체를 세운 뒤 다리를 뻗고 앉은 다음 무릎 밑에 수건을 받친다. 그 다음 그 수건을 꾹 10초 정도 누른다. 전기근육신호가 들어오면 10초 동안 바닥 방향으로 넙다리네갈래근의 수축시켜 누르고 전기 자극이 오지 않으면 5초간 휴식을 취하면 된다. 주차 별로 횟수에 맞춰 실시하고 3세트를 진행한다. 휴식 시간은 2분 정도 갖는다[13](Figure 2-A). 무릎 밴드 레그 프레스(Knee Band Leg Press)의 방법은 대상자가 이 운동은 편안하게 저항할 수 있는 탄성 스트레치 밴드를 사용하여 수행하는 것이 가장 좋다. 운동을 수행하기 쉬워지면 점차 저항 수준을 높인다. Thera-Band^®) 저항수준은 레드, 그린, 블루, 블랙순으로 저항이 증가하며 1주차에는 레드를 사용하고 10개씩 3세트 수행할 수 있을 때 밴드의 저항 단계를 주차 별로 높인다[14]. 이 운동에 발목 웨이트를 사용하지 않고 탄성 밴드의 중앙을 발 아치에 놓고 양쪽 끝을 양손으로 잡는다. 팔꿈치를 구부린 채 바닥에 눕는다. 수술받은 다리의 허벅지 근육을 조이고 무릎을 가슴 쪽으로 가져온다. 전기 근육 신호가 들어오면 10초 동안 앞쪽 방향으로 넙다리네갈래근을 수축시켜 탄성 밴드를 밀고 전기 자극이 오지 않으면 5초간 휴식을 취하면 된다. 주차 별로 횟수에 맞춰 실시하고 3세트를 진행한다. 휴식 시간은 2분 정도 갖는다[15](Figure 2-B). 하지 직거상 운동(Straight Leg Raise Exercise)의 방법은 대상자가 발목에 무게를 추가하여 점차 저항을 증가시키며 운동한다. 2 kg의 무게로 시작하여 점점 더 큰 저항 수준인 최대 4.5 kg의 무게로 진행한다. 상체를 지탱하기 위해 어깨 바로 아래에 팔꿈치를 대고 바닥에 눕는다. 무게를 실은 다리는 똑바로 유지하며 들어 올리고 다른 다리가 바닥에 붙어있도록 유지한다. 전기 근육 신호가 들어오면 10초 동안 넙다리네갈래근의 수축을 시켜 바닥에서 6~10인치 천천히 들어 올리며 전기 자극이 오지 않으면 천천히 내리고 5초간 휴식을 취하면 된다. 주차별로 횟수에 맞춰 실시하고 3세트를 진행한다. 휴식 시간은 2분 정도 갖는다[15](Figure 2-C). 테이블 각도 조절 스쿼트(Angle Adjustable Table Squats) 대상자가 높이 조절이 되는 테이블에 앉은 다음 발은 어깨너비만큼 유지 후 앞에 의자를 잡고 전기 근육 신호가 들어오면 10초 천천히 최대한 엉덩이를 뒤로 붙인다는 느낌으로 앉았다 일어난다. 전기 자극이 오지 않으면 천천히 내리고 5초간 휴식을 취하면 된다. 이때 중요한 점은 몸의 정렬을 위해 무릎관절은 두 번째 발가락을 향하여 스쿼트를 해야한다[16]. 주차 별로 각도 조절 후 횟수에 맞춰 실시하고 3세트를 진행한다. 휴식 시간은 2분 정도 갖는다(Figure 2-D).

전기근육자극치료(Electrical Muscle Stimulation)

대상자의 적용자세는 앉은 자세 누운 자세로 시행하며 4×4 cm의 패드를 넙다리네갈래근의 넙다리곧은근, 안쪽넓은근, 가쪽넓은근 근위부에 4개의 패드를 붙인다. 각 패드 사이의 거리는 20 mm 이내에 위치하도록 했다. 안쪽넓은근은 대퇴 장축의 50% 무릎뼈의 위안쪽에서 5 cm 위, 가쪽넓은근은 대퇴 장축의 12~15% 무릎뼈의 위가 쪽에서 15 cm 위, 넙다리곧은근은 무릎뼈의 위부극과 위앞엉덩이뼈가시 사이의 중간부위에 부착하였다. 패드 부착 상태로 넙다리네갈래근에 오는 자극에 맞춰 무릎 폄근 강화 운동을 시행하고 자극 빈도는 65 Hz이며 듀티 사이클은 10초 켜기 5초 끄기로 통증이 없는 범위 내에서 주차 수마다 상이하지만 10회에서 18회 정도이고 휴식시간은 1-2분 정도 가진다. 주파수는 20-100Hz이고 이는 종합적인 권장사항의 범위로써 ES-420 저주파 전기치료기(ITO, Tokyo, Japan)를 사용했다[17].

평가방법 및 측정 도구

숫자 통증 척도(Numeric Pain Rating Scale)

성인의 통증 강도를 일차원적으로 측정하는 도구로 0점부터 10점 총 11점의 수치 범위를 나타내 0점은 통증이 없는 상태, 10점은 상상할 수 있는 가장 심한 통증으로 분류되어 점수가 높을수록 통증의 강도가 더 큰 것을 나타내며 숫자 통증 척도의 급내상관계수(ICC)는 0.89로 신뢰도가 높은 편이다[18].

등속성 근력 평가(Isokinetic muscle strength assessment)

무릎 넙다리네갈래근의 근력 측정을 위해 등속성 운동기구인 Isokinetic Dynamometer (Primus RS,BTE, USA)를 사용한다[19]. PRIMUS RS로 무릎 폄근 측정시 파워 및 속도의 차이를 측정하는데 사용하는 등속성 치료 장비로써 PRIMUS RS에는 본체 1개, 컴퓨터 및 모니터, 평가용 의자, 현장 작업 평가용 각종 부속품 및 기본 스포츠 도구가 포함되어 있다. PRIMUS RS의 신뢰성에 대한 급내상관계수(ICC)는 0.95-0.99로 신뢰도가 높은 편이다. 평가 방법은 환자를 90도 각도로 앉히고 무릎과 동력 장비의 축을 맞추고 봉숭아뼈 3cm위 쪽에 패드를 맞춰 끈으로 고정 후 시행한다. 양측 근력의 차이를 측정하기 위해 건측 먼저 측정하고 환측을 측정한다. 총 한쪽 당 3회씩 6회 측정하고 1회 측정마다 쉬는 시간은 10초씩 가진다[20].

무릎관절 및 골관절염 통증기능평가(Western Ontario And MacMaster Universities Arthritis Index WOMAC)

WOMAC은 무릎관절 및 골관절염 환자의 통증(5개의 항목), 뻣뻣함(2개의 항목), 신체적 기능(17개의 항목)을 평가하는 도구로, 총 24개의 항목으로 구성되어 있다. 이 질문지는 리커트(Likert)형 5점 척도(0:없음, 1:약함. 2:보통, 3:심함, 4:극심함)를 사용한다[21]. 각 영역의 총점은 통증 20점, 뻣뻣함 8점, 신체적 기능 68점이며, 평가 소요 시간은 3분 정도이다. 한국판 WOMAC의 급내상관계수(Intra-Class Correlation Coefficient; ICC)는 0.79-0.89이며. 내적 일치도인 Chronbach α는 0.97이다. 또한 환자의 통증과 일반적인 평가들과의 상관계수를 구해본 결과 구성 타당도는 0.30이며, 신체 전반적 기능 수준과의 상관계수는 0.41이다[21].

자료 분석

본 연구의 자료 분석은 IBM SPSS(ver. 25.0, IBM, NY)을 이용하여 분석하였다. 대상자의 일반적 특성은 기술 통계하여 평균과 표준편차를 제시하였으며, Chi-square test와 Independent t-test를 통해 동질성을 검증하였다. 모든 변수의 정규성 검정을 위해 Shapiro-Wilks test를 시행한 결과, 정규분포 하였다. 그룹 내 중재에 대한 전후 비교를 위해 Paired t-test를 실시하였으며, 그룹 간 중재 효과를 비교하기 위해 Independent T-test를 실시하였다. 본 연구의 모든 통계적 유의수준은 α＝0.05로 설정하였다.

본 연구의 한국판 숫자통증척도분석 결과는 다음과 같다(Table 2). 실험군과 대조군의 그룹 내 비교에서 중재 전과 비교하여 중재 후 통증 척도 평가에서 유의한 향상을 보였다(p<0.05). 두 그룹 간 통증 척도 평가의 변화량 차이에는 유의한 차이를 보였다(p<0.05).

본 연구의 등속성 근력측정 결과는 다음과 같다(Table 3, 4). 평가 항목 모두 대상자의 중재 전후 환측과 건측의 무릎 폄근 근력을 측정한 후 환측과 건측의 변화량을 비교하였다. 실제로 실험군이 대조군보다 환측의 무릎 폄근 근력이 건측에 가깝게 변화하여 중재 전후 비교 값이 실험군에서 변화량의 차이가 더 유의미한 것으로 보인다(p<0.05).

본 연구의 한국판 무릎관절 및 골관절염 설문지 분석결과는 다음과 같다(Table 2). 실험군과 대조군의 그룹 내 비교에서 중재 전과 비교하여 중재 후 기능 평가에서 유의한 향상을 보였다(p<0.05). 두 그룹 간 통증 척도 평가의 변화량 차이에는 유의한 차이를 보였다(p<0.05).

본 연구는 무릎반달연골 절제술 후 1달간의 재활 운동 프로그램과 전기근육자극치료를 병행함으로써 환자의 통증, 근력, 기능에 미치는 효과에 대해서 알아보고자 하였고 중재 전후로 환자의 통증, 근력, 기능에 미치는 효과 측정을 실시하였다.

대상자의 통증 변화를 평가하기 위해 숫자통증척도를 사용하여 평가하였다. 다른 연구에서는 대부분의 반달연골 절제술을 겪은 환자들은 무릎 폄근의 근력이 떨어져 무릎에 통증을 유발한다[22]. 특히 수술 직후 무릎에 관절가동범위나 근력 감소로 인해 숫자통증척도의 평가가 중요하다. 본 연구의 대상자로 선정된 30명의 반달연골 절제술 환자를 각각 15명씩 실험군과 대조군으로 무작위 배정하여 그룹별로 전후를 대상자의 통증 척도를 비교하였을 때 실험군에서 3.66점 통증의 수치가 감소되었고, 보고된 숫자 통증 척도의 MCID(Minimal clinically important changes)값은 2점[23]으로 본 연구는 임상적으로 유의미한 개선이 있었다고 볼 수 있다. 중재간 효과크기는 큰 효과(Effect Size＝0.83)로 통계적인 유의한 차이를 보이는 것을 확인하였다.

대상자의 근력의 변화를 측정하기 위해 등속성 운동기를 사용하여 평가하였다. 실제로 선행연구[24]를 바탕으로 등속성 운동기를 통해 근력측정을 진행하였다. 등속성 운동기의 각속도 60°/sec를 통해 환자의 최대 근력을 평가하고 비교하는 연구를 실시하였다[25]. 앞선 선행연구[24]에서는 자발적인 운동보다 전기근육자극치료와 자발적인 운동을 병행한 조합에서 넙다리네갈래근에 근력 강화에 도움이 되며, 전기근육자극치료와 함께 등속성 운동을 병행한 실험군은 등속성 운동만 진행한 대조군에 비해 32.70 Nm 정도의 넙다리네갈래근의 근력차이를 보였다. 본 연구에서도 대상자의 중재 전후 환측과 건측의 무릎 폄근 근력을 측정한 후 얼마만큼 환자의 환측과 건측의 차이가 줄어들었는지 변화량을 확인하였다. 실제로 중재 전후 전기근육자극치료를 병행한 실험군의 환측과 건측의 차이가 대조군의 차이보다 69.57 Nm만큼 근력간의 차이가 줄어들었으며 중재간 효과크기는 큰 효과(Effect Size＝1.16)로 통계적인 유의한 차이를 보이는 것을 확인하였다. 특히 저주파 치료(20-100 Hz)로써 통증을 줄여주고 자발적인 운동과는 반대로 저항 부하를 사용하지 않고 인위적인 수축을 통해 근육의 크기를 크게 만드는 효과 기전을 가지고 있는[9] 전기근육자극치료를 이용해 초기 재활 기간 동안 넙다리네갈래근의 근력에 충분한 차이를 만들어냈으며, 전기근육자극치료를 이용해 무릎폄근 강화 운동을 실행하면 자발적인 근력 강화 운동을 하는 것 보다 훨씬 효율적인 치료가 될 수 있는 중재라고 볼 수 있다.

마지막으로 대상자의 기능의 변화를 평가하기 위해 한국판 무릎관절 및 골관절염 설문지를 사용하여 평가하였다. 한국판 무릎관절 및 골관절염 설문지는 0-14점까지를 우수, 15-28점 까지를 양호, 29-38점 까지를 보통, 38점 이상을 불량으로 분류하였고 29점 이하의 환자는 양호 수준으로 기능에 문제가 없기 때문에 선정기준에서 제외되었다[26]. 다른 연구에서도 넙다리네갈래근의 근력이 증가됨에 따라 대조군보다 실험군에서 1.4점 감소되어 기능이 좋아졌으며, 근력을 요하는 신체적 기능 항목에서 좋아졌다는 유의미한 결과를 만들어 냈으며[27], 한국판 무릎관절 및 골관절염 설문지의 MCID 값은 0.51점에서 1.33점의 범위였다[28]. 본 연구의 중재 전후를 대상자의 기능 척도를 비교하였을 때에도 실험군이 대조군에 비해 5.52점 감소되어 본 연구는 기능에서 임상적으로 유의미한 개선이 있었다고 볼 수 있다. 중재간 효과크기는 큰 효과(Effect Size =1.56)로 통계적인 유의한 차이를 보이는 것을 확인하였다.

반달연골 절제술 후 수술 부위의 통증으로 인해 부대로의 복귀가 제한되는 사례가 많이 발생하며 이런 문제로 인해 국가적으로는 전투력 손실이 예상된다. 반달연골 절제술 환자는 수술 후 몇 주 이내에 기능을 회복하지만 넙다리네갈래근 근력 결손이 지속되면 무릎 관절퇴행의 위험이 증가할 수 있고 또한 반달연골 절제술 후 편측 손상 후 양측 기능 장애로 이어질 가능성이 더 크다는 것을 시사할 수 있다[8]. 그렇기에 초기에 재활하는 것이 상당히 중요하고 군에 있는 환자들에 부대로의 조기 복귀와 후유증 감소에 도움이 될 것이고 본 연구가 조금이나마 대상자들에게 기존에 있던 운동프로그램들과 더불어 임상 재활 과정에서 새로운 중재의 방향성으로 기여할 것을 희망한다.

본 연구의 결과는 운동 프로그램만 진행했을 때에 비해 전기근육자극치료를 병행함으로써 환자의 통증, 근력, 기능에서 유의한 차이가 있는 것이 증명되었으며, 앞으로도 반달연골 절제술 등 초기 무릎 통증으로 인해 넙다리네갈래근의 근력에 문제가 있는 환자들에게 사용할 수 있는 임상적 의미를 제시할 수 있다. 따라서 본 연구를 통하여 체계적이고 검증된 재활 프로그램을 통해 수술 후 재활치료 기간을 단축시켜 업무에 빠르게 복귀할 수 있는 효과를 향상시키고자 한다. 또한, 국민과 군의 신뢰를 받는 전문화된 군 재활 서비스를 통해 군 장병들의 대비태세 능력을 향상시키는데 기여할 수 있다고 생각한다.

본 연구는 몇 가지 제한점을 가지고 있으므로 향후 연구에서는 다음과 같은 제한점을 보완한 연구가 필요하다. 첫째, 20대-30대 국군 장병들을 대상으로 한 연구로 비교적 젊은 연령대의 남성을 대상으로 연구를 진행하였기 때문에 모든 연령대에 일반화하기에 어려움이 있다. 추후, 다양한 연령층과 특징을 가진 대상자들로 연구가 이뤄져야 할 것이다. 둘째, 중재기간을 4주간 진행하여 효과를 알아본 결과로 장시간의 중재기간에 대한 효과는 알 수 없으며, 향후 추적 검사(Follow-Up)를 포함한 연구가 필요할 것이다.

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