20, 30세대 대부분은 잦은 컴퓨터, 스마트폰 사용으로 인해 시선이 아래로 향하면서 머리가 앞으로 이동되는데, 이러한 자세로 인해 깊은 목굽힘 근의 근활성화는 감소되는 반면에 표면 목굽힘근의 근 활성화도는 증가된다. 이로 인해 목 운동의 가동범위에 제한을 받게 되고, 지속될 경우 머리전방자세를 야기시킬 수 있다[1,2]. 머리전방자세는 목주변 근육 뿐만 아니라 어깨 통증이 유발되고[3], 비정상적인 어깨 정렬을 유발하게 되는데 가장 대표적으로 둥근어깨자세가 있다. 결과적으로 머리전방자세와 둥근어깨자세는 목과 어깨관절에 영향을 줄 수 있다[4]. 이와 같은 신체 자세의 변화는 체중분포를 변화시키고, 이러한 변화가 균형조절 능력이 감소될 수 있다. 인체내 근육 활동 동안에 복부 근육의 수축은 목표 근육의 촉진을 도와줄 수 있으며[5], 어깨 통증을 가지고 있는 환자에게 어깨 안정화 운동만 진행하는 것보다는 복부 안정화 운동을 같이 실시 하는 것이 기능 향상에 도움이 될 수 있다. 머리전방자세와 관련된 선행연구에서는 깊은 목굽힘근 운동 시 복부 안정화 운동을 동반하면 복부의 가로막을 활성화시킬 수 있어 목 안정화에 효과적이다[6].

중심안정성을 제공하는 몸통 근육 중 가쪽에 위치한 배바깥빗근은 몸통을 회전시킬 때 배속빗근과 함께 일차적으로 작용하는 근육이다. 배바깥빗근과 머리전방자세와 둥근어깨자세의 개선과 관련된 선행연구[6]에서는 머리전방자세의 효과적인 개선을 위해서는 복부 수축시 배바깥빗근을 위주로 활성화시키는 안정화 운동에 초점을 두어야 한다고 하였다. 안정화 운동이란 움직임중에 지지와 조절을 제공하기 위해 특정 근육을 활성화시키는 것을 말하며, 로컬 근육이란 척추와 관절에 더 가까운 깊은 근육을 말하며, 글로벌 근육은 움직임을 생성하는 큰 근육을 말한다. 로컬 근육의 고립된 수축을 강조하는 훈련방법은 안정성과 전체 움직임의 통제를 향상시킬 수 있다[2]. 필라테스 운동은 어깨 근육의 안정성 증가와 등근육을 활성화시키고, 목과 척추에 대한 피로도 감소 등 자세의 긍정적 변화를 가져올 수 있다[7]. 필라테스 운동 후에 배곧은근, 배바깥빗근, 배속 빗근의 근 활성도가 유의하게 증가하여 복부 근육의 활성화에 효과적임을 확인한 바 있고, 관절의 가동 범위를 벗어나는 움직임이나 격렬한 운동 동작이 없어도 근육 강화에 효과가 있다는 장점이 있다[8]. 필라테스 운동은 어깨통증을 가진 환자에게 통증 감소에 효과적인 것으로 나타났다[9]. 목, 어깨 안정화 운동을 효과적으로 적용하기 위해 바이오 피드백을 적용한 연구가 지속되고 있다[10][11]. 안정화운동시 시각적 피드백[10]을 사용하여 안정화 운동시 목표 근육의 활성화를 높이고 이외의 근육의 활성화를 감소시킬 수 있고, 근육을 선택적으로 훈련 시킬 수 있는 효과적인 중재가 될 수 있다[12]. 목안정화 운동시 근전도 라이트 피드백을 활용한다면 안정화 효과를 더욱 증대시켜 통증을 감소시킬 수 있다[11]. 시각적, 청각적, 언어적 피드백 방법들 중에서는 시각적 바이오 피드백이 가장 효과적이며 바이오 피드백에 대한 장기적인 효과에 대한 연구가 필요하다고 하였다[13].

이에 본 연구의 목적은 20, 30 성인을 대상으로 4주간 주2회 각50분 동안의 필라테스 운동 시 보상작용을 감소시키고, 목표 근육 위주의 활성화를 위해 배바깥빗근의 근수축을 일정하게 유지함과 동시에 어깨의 과도한 긴장을 줄이기 위해 위등세모근의 근수축은 적게 일어나도록 근전도 라이트 피드백을 적용한 운동이 효과가 있는지 확인하고, 근전도 라이트 피드백을 적용한 그룹과 근전도 라이트 피드백을 적용하지 않은 그룹을 비교하고자 한다.

1. 연구대상자

본 연구의 대상자는 대전 지역에 거주 중인 20, 30대의 건강한 성인으로 최근 6개월 이내 몸통, 팔, 다리 정형외과적 수술의 과거력이 있는 자, 신경학적 질환이 있는 자, 인지 장애가 있는 자, 임산부는 제외하였다. 본 연구에서는 이와 같은 선정기준에 부합하는 대상자 17명을 모집하였다. 구진행전에 모든 대상자는 해당 연구의 내용을 충분히 이해한 후 동의서에 서명하였고, 건양대학교 기관생명윤리위원회의 심의IRB:KYU-2020-196-01)를 받고 실시하였다.

2. 연구절차

선정기준과 제외기준을 충족하여 자발적으로 실험에 참여하기로한 총 17명의 연구대상자들을 무작위로 제비뽑기를 두 그룹으로 무작위 분류하였다. 피험자, 평가자와 훈련제공자는 눈가림하여 진행하였다. 본 연구는 필라테스 운동중 근전도 라이트 피드백을 사용하는 그룹(n＝⁹⁾과 사용하지 않는 그룹(n＝⁸⁾으로 분류하였다. 두 집단 모두 동일한 필라테스 운동프로그램을 동일한 강사가 4주간, 주 2회, 회당 50분 운동을 진행하였다.

근전도 라이트 피드백을 적용하는 실험군은 배바깥빗근과 위등세모근을 일정하게 수축하도록 적용하였다. 라이트 피드백 센서 전극 부착 시에 대상자의 피부 저항을 최대한 줄이기 위해 전극의 부착 부위를 알코올 솜으로 닦아낸 후 피부에 부착하였다. 아래 그림과 같이 전극을 부착 후 운동 전에 배바깥빗근과 위등세모근의 최대 자발적 근수축을 측정하였다. 본 연구에서는 근전도라이트는 총 3개의 구간에서 다른 색상이 나타나도록 설정하였다. 최대 자발적 근수축의 0% 이상 ~ 30% 미만 구간에서는 초록색, 30% 이상 ~ 60% 미만에서는 노란색, 60% 이상에서는 빨간색으로 표시되도록 하였다. 필라테스 운동프로그램시에 배바깥빗근은 노란색 라이트를 유지하도록 지시하였고, 위등세모근은 필라테스 동작시에 초록색 라이트색을 유지하도록 지시하였다.

실험군과 대조군 모두 운동 전후 머리척추각, 어깨기울기, 균형을 필라테스 운동전과 필라테스 운동 4주후에 각각 측정하였다.

(1) 근전도 라이트 피드백

라이트 장치는 R-FIT EMG (Robotnmore, Anyang, Korea)를 사용하였다. 라이트 장치 시스템은 근전도센서 2개, LED 라이트 2개, 스마트폰 1대, 어플리케이션 1개로 구성된다. 이 장치는 근활성도를 0~400% 구간에서 최대 16단계까지 각각 다른 색으로 표현할 수 있도록 제작되어 있다. 근전도 센서는 R-FIT EMG (ver1.0, Robotnmore, Korea)를 사용하였다. 센서 신호의 표본추출률은 100㎐로 대역 필터는 25∼125 ㎐ 로 적용되었고, 수집된 신호는 RMS (Root mean square, 50 window) 처리후 10 Hz Low pass filter 로 Smoothing 한 후 피드백 장치에 이용되었다. 근전도 센서와 라이트 장치는 안드로이드 스마트폰(Galaxy S10, Samsung, Korea)에 R-fit 애플리케이션(ver1.0, Robotnmore, Korea)을 설치하여 블루투스 연결을 통해 사용하였다. R-FIT 애플리케이션을 통해 최대 등척성수축(Maximal voluntary isometric contraction; MVIC)을 측정한다. %MVIC의 수치에 따라 라이트 장치에서 표현되는 빛의 색 설정이 가능하다(Figure 1).

근전도 전극은 배바깥빗근과 위등세모근에 각각 부착하였다. 배바깥빗근의 부착위치는 12번째 갈비뼈밑 배꼽에서 약 15 cm 옆에 근섬유 방향으로 부착하였고, 위등세모근은 목뼈 7번 가시돌기와 어깨뼈 봉우리돌기 외측의 중간지점에 근섬유 방향으로 전극을 부착하였다.

(2) 필라테스 운동방법

두 집단 모두 동일한 운동 프로그램과 동일한 강사로 진행하되, 실험군은 동작별로 근전도 라이트 피드백을 위등세모근과 배바깥빗근에 부착후 진행하였고, 대조군은 근전도 라이트 피드백을 부착하지 않고 진행하였다. 모든 동작은 각 10회를 1세트로 하여 3세트를 실시하였다. 1세트후에 10초간 휴식하고, 다음 운동으로 넘어가기 전 1분간의 휴식을 가졌고, 모든 스트레칭 동작은 각 10초간 3세트를 실시하였다(Table 1).

3. 측정 및 평가방법

머리척추각도를 측정하기 위해 대상자는 지면에 스티커를 부착한 위치에서 손은 골반 옆에 두고, 두 발은 지면에 부착된 스티커 위에 두고, 시선은 정면을 응시하게 하였다. 평소 목의 각도를 찾기 위하여 굽힘, 폄 반복과 회전을 실시하였고, 대상자의 측면에서 1 m 떨어진 곳에 카메라를 설치 후 대상자의 어깨 높이에서 촬영하였다. 각도 측정방법은 Kinovea Software (Kinovea 0.9.5, Kinovea, USA)를 사용하여 C7의 가시돌기를 지나는 수평 면과 귀구슬 중앙을 잇는 선이 이루어지는 각도를 측정하였다.

어깨 기울기를 측정하기 위한 선행연구[14]에서 사용된 방법으로 대상자는 머리를 매트 끝 선에 맞추어 손은 골반 옆에 두고, 두 다리는 쭉 뻗은 후 천정을 바라보고 누운 후, 바닥과 어깨 봉우리 높이를 측정하였다. 세 번의 측정 후 측정한 평균 값을 측정값으로 측정하였다.

균형을 측정하기 위해 힘판(Wii Balance Board, Nintendo, Japan) 를 사용하였고, 노트북에 설치된 소프트웨어(Balancia software 2.5, Mntosys, KOREA)를 사용하여 데이터를 수집하였다. 대상자는 힘판위에 두발로 올라서서 두 팔은 골반옆에 둔채로 눈을 감고 30초 동안 가만히 선상태를 유지하도록 하였다. 총 3회 측정하였고, 신체압력중심(Center of pressure)의 이동거리와 이동속도의 평균값을 결과로 사용하였다.

4. 통계방법

본 연구의 통계 처리는 SPSS software (SPSS Statistics ver 18.0, IBM, USA)을 사용하여 각 군의 평균과 표준편차(Mean±SD)를 산출하였다. 본 연구의 데이터는 모두 정규분포하였다. 집단 간 중재 전, 후, 변화량의 차이를 비교하기 위해 독립표본 t-test 를 사용하였고, 중재적용 전-후 비교를 위해 대응표본 t-test 를 사용하였다. 모든 통계학적 유의수준은 α＝0.05로 설정하였다.

본 연구에 참여한 대상자는 총 17명이였으며, 일반적 특성은 나이는 30.17±4.05세이며, 체중은 57.73±5.29 kg, 신장은 162.47±4.03 cm였다(Table 2). 머리척추각도, 어 깨 기울기, 신체압력중심점의 이동거리와 속도는 집단간 변화량의 유의한 차이를 보이지 않았다. 각 집단 전후 비교에서 실험군은 어깨 기울기, 신체압력중심점의 이동거리와 속도에서 운동전에 비해 운동후에 유의한 차이를 보였다(p<0.05). 대조군은 머리척추각, 어깨 기울기, 신체압력중심점의 이동거리와 속도에서 운동전에 비해 운동후에 유의한 차이를 보였다(p<0.05).

본 연구에서는 대상자들의 자세와 균형 개선을 위해 필라테스 운동시 불필요한 보상작용은 줄이고, 선택적 근활성화 인지를 위하여 근전도 라이트를 이용하여 필라테스 운동 동안에 시각적 피드백을 적용하였다. 근전도 라이트 피드백을 적용한 4주간의 필라테스 진행 후에 머리척추각, 어깨 기울기, 균형의 변화를 비교하였다. 그 결과 머리척추각은 실험군에서 운동 전과 운동 후에 유의한 감소는 없었으나 대조군에서는 운동 후에 유의한 증가가 있었다(p<0.05). 두 그룹 모두에서 어깨 기울기와 균형 능력은 운동전에 비해 운동 후에 유의한 감소를 보였다(p<0.05). 하지만 그룹간에 유의한 차이는 보이지 않았다. 본 연구 결과를 통해 필라테스 운동이 자세 개선 효과적일 뿐만 아니라 균형 능력에 효과적인 운동임을 알 수 있었다.

머리전방자세가 있는 대상자에게 어깨 안정화 운동과 함께 복부 안정화 운동을 동반한 그룹과 어깨 안정화 운동만 실시한 그룹과의 비교 연구에서는 복부 안정화 운동군이 머리척추각도에서 사전 측정에서는 4.36±0.5°, 사후 측정에서는 3.40±0.48°로 유의한 감소가 있었다(p <0.05)[6]. 목 안정 화 운동방법, 무릎관절 90° 자세에 서의 운동방법과 복부 안정화를 동반한 운동 방법 총 세 가지 자세에 따른 목긴근의 두께 변화를 비교한 연구에서 기존 목안정화 운동 방법은 28.78±14.01 mm였고, 복부 안정화 운동은 35.05±13.81 mm로 유의한 증가를 보였다(p<0.05)[15]. 또한 무릎관절 90°와 비교에서도 복부 안정화를 동반했을 때가 각 20.13±13.46 mm와 35.05±13.81 mm로 유의한 증가가 있었고(p<0.05), 복부 안정화를 동반했을 때 목긴근의 근두께 변화가 가장 높게 나타났다.

본 연구에서 어깨 기울기 변화는 두 집단 모두에서 유의한 개선이 나타났다(p<0.05). 본 연구에서 대조군에서도 필라테스운동을 실시하였으며, 이로인해 두 집단 모두 유의한 변화가 있었다고 판단된다. 이와 같은 결과는 어깨 높이 변화에 대한 선행연구에서 시각적 피드백을 받는 그룹과 칭찬 피드백을 받는 그룹, 시각적 피드백과 칭찬 피드백을 모두 받는 그룹, 어떠한 피드백도 주지 않는 그룹 총 네 그룹으로 나누어 운동을 진행한 결과 어깨 높이 변화에서 시각적 피드백 그룹은 101.92±9.44°, 칭찬 피드백 그룹은 103.21±6.36°, 두 가지 피드백을 동시에 주었던 그룹은 104.37±7.23°로 유의한 개선이 나타났다(p<0.05)[16]. 어깨 기울기와 관련된 선행연구에서는 필라테스 운동그룹과 통제 그룹으로 나누어 12주간 주 3회 중재를 실시한 결과 필라테스 운동군에서 2.60±0.66°에 서 1.79±0.40°로 유의하게 감소되었다(p<0.05)[17]. 이를 바탕으로 근전도 라이트 피드백을 적용하는 것은 선택적으로 근육을 일정하게 활성화 시킬 수 있어 보상 작용을 최소한으로 줄일 수 있다는 결과로 생각된다.

머리전방자세와 둥근어깨자세로 인한 신체의 불균형은 신체의 조절 기능을 감소시킨다. 결과적으로 균형 능력에 영향을 미치게 되는데, 지역사회 노인 81명을 대상으로 8주간의 필라테스 운동 후 20초간 눈뜨고 한발서기 균형능력이 71.0±14.3 cm에서 59.7±14.3 cm로 유의하게 감소하였다[18]. 균형 능력에 관한 선행연구에서는 필라테스 그룹과 대조군으로 나누어 12주간 주3회 60분 운동을 실시한 결과 필라테스 운동군의 Y-Balance 우측 균형능력이 66.79±11.26 cm에서 71.91±12.56 cm으로 유의한 증가가 있었고(p<0.05), 좌측 균형능력은 62.16±10.84 cm에서 68.19±12.23 cm으로 유의한 증가가 있었다(p<0.05)[17]. 이러한 균형능력의 증가는 운동을 통해 일어나는 가소변화(plastic change)가 운동조절능력 향상과 체간 안정화를 증가시켜 균형능력이 향상되었을 것이라고 하였다. 본 연구에서도 실험군과 대조군 모두 호흡운동을 포함하여 체간의 훈련을 포함한 필라테스 운동을 실시하였고, 그 결과 두 그룹 모두에서 균형능력의 유의한 향상을 확인하였다.

운동을 실시할 때 피드백 방법으로 압력바이오피드백장치[16, 19], 실시간 초음파 이미지 피드백[19], 표면근전도[13], 청각적 피드백[20]을 이용해왔다. 압력바이오 피드백을 사용하기 위해서는 바닥이나 벽에 몸을 붙인 상태를 유지해야 하며, 실시간 초음파 이미지와 표면근전도를 이용한 방법은 장비의 비용적인 부분과 사용하기 어렵다는 제한이 있다. 본 연구에서는 두 개 채널로 구성된 표면근전도 센서, LED 라이트, 스마트폰과 데이터의 수집과 필터링이 자동화 되어 그래프로 실시간 표현해주는 어플리케이션을 이용하여 근육의 수축정도에 따라 LED의 색상으로 직관적으로 표현해주는 방법을 이용하여 운동 중에도 대상자가 쉽게 근육의 수축정도를 조절할 수 있도록 하였다. 이를 통해 필라테스 운동을 하는 중에 대상자가 근육의 수축 정도를 운동하는 사람과 지도하는 사람이 모두 쉽게 확인할 수 있는 장점이 있었다.

본 연구의 제한점은 첫째, 4주간의 비교적 선행연구에 비해 짧아 실험군에서 대조군에 비해 결과변수의 의미있는 변화를 확인하는데 어려움이 있었을 것으로 예상된다. 둘째, 연구대상자의 수가 적어 본 연구의 결과를 일반화하기 어렵고, 필라테스 운동의 특성상 대상자가 젊은 성인 여성으로만 이루어졌다. 따라서 추후 연구에서는 이러한 제한점들을 보완하고 운동시간과 운동횟수, 기간을 충분히 하고, 시각적 피드백 뿐만 아니라 청각적 피드백을 동시에 적용한다면 운동중 근육의 수축상태를 대상자가 쉽게 인지하고, 지도하는데 도움이 될 수 있을 것으로 판단된다.

본 연구는 목, 어깨 안정화를 위한 필라테스 운동시 근전도 라이트 피드백 장치를 이용한 중재방법은 근육의 수축상태를 시각적으로 인지하기에 효과적인 방법이였고, 선택적으로 특정 근육의 활성화를 확인하는데 도움이 되는 것으로 확인하였다. 하지만, 본 연구의 결과변수에 근전도 라이트 피드백을 적용한 필라테스 운동군에서 의미 있는 효과를 확인하기에는 어려웠다. 그럼에도 불구하고, 필라테스 운동은 대상자의 자세와 균형능력에 유의한 효과를 확인하였다. 향후 연구에서는 중재기간을 장기간 추척관찰하여 신체의 기능과 자세에 어떠한 영향을 미치는지에 관한 추가적인 연구가 필요하다고 판단된다.