최근 스포츠 활동의 증가 및 일상생활 활동이 늘어나면서 발목관절 삠(ankle sprain)이 빈번하게 발생하고 있다. 발목관절 삠은 모든 발목 부상 중에서 가장 흔하며, 우리나라의 발목관절 삠 환자는 2019년에 142만 4,361명으로 그중 10대와 20대의 젊은 환자가 45%를 차지하고 있다[1,2].

발목의 발바닥 굽힘 위치에서 안쪽 번짐에 의해 가쪽인대의 복합체에 손상이 발생되어 급성 발목관절 삠이 유발되고, 이 중 10∼50%는 반복적인 손상 및 재손상 등으로 인하여 만성적 발목관절 불안정성(chronic ankle instability, CAI)을 겪게 된다[3,4]. CAI는 발목관절에서 삐긋거리거나 휘청거리는 느낌이 지속적으로 느껴지고 통증 및 부종 등이 발생하는 질환으로서, 발내재근(foot intrinsic muscle)의 위축 및 근육 활성화를 감소시키고 발바닥의 피부 민감도를 감소시킴으로써 발의 안정성을 약화시키고 자세조절 능력을 저하시킨다[4-6].

발내재근은 보행 중에 발의 만곡을 유지하고 발의 안정성과 신체의 균형에 영향을 미치는 기능적인 근육이다[7,8]. 발내재근 중에서 엄지벌림근(abductor hallucis muscle)은 체중을 지지할 때에 안쪽세로활(medial long-itudinal arch)의 안정성에 관여하고 보행 중에는 목말밑관절(subtalar articulation)의 엎침의 조절과 발가락 떼기에서 중요한 역할을 하는 근육이로서, 엄지벌림근의 약화는 보행 및 신체 균형조절에 영향을 미칠 수 있다[9,10].

CAI환자의 발목관절 안정성을 향상시키기 위한 방법으로는 균형 원판 운동이나 고유수용성 감각 조절 훈련과 같은 중재들이 많이 사용되고 있고, 효과적인 발내재근 강화를 위하여 단축발 운동(short foot exercise, SFE)과 타월컬 운동(towel curl exercise) 등이 있으며, 임상에서는 발의 아치를 잡아주는 잡아당기는 SFE가 많이 사용되고 있다[11,12]. SFE는 발내재근의 근력과 지구력을 활성화시켜 안쪽세로활을 능동적으로 유지해주며, 근육의 불균형을 해결하고 자세의 안정성 및 발의 고유수용성 감각을 향상할 수 있는 효과적인 중재방법이다[4].

전기자극(electrical stimulation) 중에서 신경근전기자극치료(neuromuscular electrical stimulation, NMES)는 이전부터 근재교육 및 근력 향상 등의 중재법으로 사용되고 있다. 신경근전기자극치료는 전류를 흘려 신경섬유의 탈분극을 유발해 반복적인 근 수축을 통하여 근위축의 예방과 근력 향상 및 근육의 기능을 향상시킨다[13-15]. 선행연구에서는 NMES를 정상인들에게 장기간동안 적용하였을 때에 최대 자발적 수축(maximum Voluntary Contraction)이 7∼62%까지 향상되었다고 보고하였다[16,17].

많은 선행 연구들이 CAI 환자에 대하여 SFE를 적용하여 진행되었다. 하지만, NMES를 CAI 환자의 발내재근에 대한 적용에 대한 효과검증은 미흡한 실정이다. 이에 본 연구는 NMES를 활용한 전기자극 중재가 CAI를 동반한 젊은 성인의 발목안정성 및 정적균형에 미치는 효과를 알아보고, 전기자극을 활용한 CAI 중재에 관한 기초자료 및 효과적인 중재방법을 제공하고자 한다.

연구 대상

연구는 광주광역시 광산구 소재한 G대학교에서 발목 불안정성이 있는 젊은 성인을 대상으로 시행하였다. 연구 목적 및 절차에 관한 설명을 듣고 자발적 참여 의사를 밝힌 45명을 모집하였다.

연구 대상의 선정 기준은 선행연구를 참조하였다[4]. 첫째, 발목관절 불안정성 척도(Cumberland ankle instability tool, CAIT)가 21.5∼24점인 자, 둘째, 최근 6개월 이내의 발목이 빠지는 느낌이나 휘청거리는 느낌을 경험한 자로 하였다. 제외 기준으로는 첫째, 최근 1개월 이내 발목관절 삠으로 인하여 치료나 약물을 복용중인 자, 첫째, 다리에 이상 감각 및 골절로 인하여 수술 경력이 있는 자, 첫째, 전정기관 및 감각 이상으로 인한 균형에 이상이 있는 자, 첫째, 전기 자극이나 전극 부착에 대하여 알레르기 반응이 있는 자, 첫째, 발목관절 및 균형기능 향상을 위해 다른 연구에 참여중인 자로 하였다. 모집된 45명 중 선정조건을 충족하지 못한 5명(CAIT 24점 초과: 4명, 발목 관절 수술: 1명)을 제외한 총 40명을 대상으로 연구를 진행하였다.

연구 시작 전, 연구자는 모든 대상자들에게 연구의 목적 및 의의, 그리고 절차에 대하여 직접 설명했다. 자발적으로 연구에 참가한 대상자들에 한하여 연구 동의서를 직접 날인하도록 하였으며, 참가자들에게는 언제든지 연구 참여를 철회할 수 있는 권리가 있다는 사실을 알렸다.

연구 절차

본 연구의 표본크기 결정하기 위하여 G-Power 소프트웨어(G-Power 3.0, IBM Inc., USA)를 이용하였다. 표본크기의 계산을 위해 검정력(1-β)는 0.8, 유의수준(α)은 0.05로 선정하였으며, 효과크기(d)는 예비실험을 통한 결과값을 계산하여 0.65선정하였다. 각 군당 최소 17명이 필요하였으며, 10% 이상의 탈락율을 고려하여 각 군당 20명씩 배정하였다. 선정된 40명의 대상자들에 대한 선정 편견을 최소화하기 위하여 무작위 추출하여 두 군으로 분류하였으며, 중재방법에 따라 NMES 군(n1=20), SFE 군(n2=20)으로 나누어 4주간 진행하였다. 중재는 일주일에 3회 실시하였으며, 4주 동안 총 12회를 실시하였다. 중재 전·후에 CAIT 검사 및 족저압과 정적균형검사를 측정하였다.

중재 방법

신경근전기자극(neuromuscular electrical stimulation)

신경근전기자극으로 발목불안정성 대상자의 엄지벌림근을 자극하기 위하여 EMP4 Expert(EMP4 Expert, Schwa-medico, Germany)을 이용하였다(Figure 1). 신경근전기자극을 위한 전극의 위치는 안쪽 복사뼈의 앞 모서리에서 바닥으로의 그려지는 가상의 선 바로 부분과 발배뼈 거친면에서 1∼2 cm 정도 뒤에 붙여서 엄지벌림근이 자극되도록 하였으며, 전기의 파형은 단상파, 주파수는 30 Hz로 설정하였다[18]. 전극 부착 전에 해당 부위의 피부를 알코올로 닦고 건조시켜서 피부 임피던스를 최소화하였고, 전극은 지름이 3.5 cm인 접착식 전극을 사용하였다. 1회 5분씩 실시하였으며, 통전시간은 초 단전시간은 5 , 1초로 설정하여 반복하였다. 자극의 강도는 근육의 가시적 수축이 유발되며 대상자가 견딜 수 있는 정도의 강도를 적용하였다[19]. 점진적인 과부하 원리 적용을 위해 주차별로 1분 30초씩 전기자극 시간을 증가시켰다.

단축발운동(short foot exercise)

SFE는 선행 연구를 바탕으로 진행하였다[4]. SFE는 발가락의 과도한 폄이나 굽힘없이 1st 발허리뼈 머리를 바닥에 붙이고 발꿈치 방향으로 끌어당겨서 발내재근을 5초동안 수축 유지하여 안쪽세로활을 증가시키고 발의 길이를 단축시킨다(Figure 2). 체중의 부하가 적용되지 않도록 의자에서 실시하였고, 5초 동안 수축 유지 후 이완을 10회 반복하였으며, 이를 1 set로 하고 총 3 set를 실시하였다[12]. 근피로를 방지하기 위하여 set 사이에1분간 휴식시간을 주었다. 주차별로 1 set를 증가하여 점진적 과부하의 원리를 적용하였다.

측정방법 및 도구

CAIT(Cumberland ankle instability tool)

발목관절 불안정성을 측정하기 위해 CAIT 설문지를 사용하였다. CAIT는 총 9개의 항목과 41개의 문항으로 구성되어 있으며, 높은 타당도(Cronbach’s α=0.83)와 신뢰도(intraclass correlation coefficient, ICC=0.96)를 가지고 있다[20]. 점수의 범위는 0점에서 30점으로 점수의 분포에 따라서 0∼10점을 중증도 불안정성, 10.5∼21점 사이를 중등도 불안정성, 21.5∼24점 사이를 경도 불안정성, 24.5∼27점 사이를 최소 불안정성, 27.5∼30점 사이를 정상 단계로 구분하였으며, 점수가 높을수록 발목관절의 안정성이 높다[21,22].

정적균형(Static balance)

정적균형을 측정하기 위해 매트타입의 압력센서인 Ped-oscan(Pedoscan, DIERS, Germany)을 사용하였다. Pedo-Scan의 매트는 길이 1 m, 폭 48 cm의 크기이며, 4,096압력 센서로 구성되었으며, 주파수는 300 Hz 빈도로 측정 가능한 균형 및 족저압 측정 장비이다. Pedoscan의 매트 위에서 발의 앞끝선을 동일하게 맞추고 양발의 바깥쪽 각도를 대칭하게 한 다음 똑바로 선 자세를 유지한다. 눈을 뜬 상태로 10초간 측정하고, 이후 눈을 감은 상태에서 10초간 측정한다. 무게중심(center of pressure)의 이동하는 길이 및 속도를 측정하였다. 무게중심의 이동길이는 짧을수록, 속도는 느릴수록 정적 균형의 안정성이 좋음을 의미한다. 3번을 측정한 후에 그 평균값을 적용하였다.

자료 분석

본 연구의 모든 통계적학 분석은 SPSS(ver. 29.0, IBM, 프로그램을 USA) 이용하여 수행되었다. 자료들이 정규분포함을 Shapiro-Wilk test를 이용하여 확인하였으며, 대상자의 일반적인 특성들은 기술통계를 이용하여 확인하였다. 각 군 내의 중재 전·후를 비교를 위하여 대응표본 t-test를 실시하였으며, 군 간 변화량의 차이를 비교하기 위해 독립표본 t-test를 실시하였다. 본 연구에 대한 통계학적인 유의수준(α)은 0.05로 설정하였다.

연구대상자의 일반적 특성

연구대상자는 총 40명으로 평균 연령은 22.76±2.82세, 평균 신장은 168.05±7.79 cm, 평균 체중 65.53±14.27 kg, 평균 BMI는 12.05±3.62 kg/m2, 평균 발사이즈 252.75±17.17 m이었다. 두 군에 대한 대상자들 간의 동질성 분석 결과, 두 군은 동일한 군임을 확인하였다. 대상자들의 일반적 특성은 다음과 같다(Table 1).

CAIT에 대한 변화

4주간 중재 후, 각 중재에 따른 CAIT의 변화는 다음과 같다(Table 2). 중재 전 CAIT는 NMES군에서 19.50±4.08, SFE군에서 20.25±2.97로 두 군간 유의한 차이를 보이지 않았으며, 중재 후 군 간의 변화량은 NMES군에서 24.05±4.07, SFE군에서 24.55±2.89로 유의한 차이가 없었다. 그러나, 각 군 내의 중재 전·후에 대한 CAIT 점수의 변화량은 NMES군에서 19.50±4.08에서 24.05±4.07로 증가하여 유의한 차이가 있었고(p<0.01), SFE군에 서는 20.25±2.97에서 24.55±2.89로 증가하여 유의한 차이가 있었다(p<0.01).

정적균형에 대한 변화

4주간 중재 후, 각 중재에 따른 정적 균형의 변화는 다음과 같다(Table 3). 중재 전 무게중심의 이동거리에 대한 눈을 뜬 상태에서 두 군 간의 차이는 NMES군에서 71.05±34.58, SFE군에서 65.78±34.53이며, 눈을 감은 상태에서 NMES군에서 93.59±36.97, SFE군에서 106.92±72.16로 유의한 차이를 보이지 않았으며, 무게중심 동요 속도에 대한 눈을 뜬 상태에서 두 군 간의 차이는 NMES군에서 7.10±3.47, SFE군에서 6.94±3.46이고, 눈을 감은 상태에서 NMES군에서 5.27±1.43, SFE군에서 5.17±1.56로 유의한 차이를 보이지 않았다.

유의한 차이를 보이지 않았으며, 중재 후 각 군간 변화량은 NMES군에서 51.24±14.18, SFE군에서 51.58±21.92로 유의한 차이를 보이지 않았다. 중재 후 무게중심의 이동거리의 변화량에 대한 두 군 간의 차이는 눈을 뜬 상태에서 NMES군은 51.24±14.18, SFE군에서 51.58±21.92이며, 눈을 감은 상태에서 NMES군은 66.23±20.23, SFE군에서 60.09±30.90로 유의한 차이를 보이지 않았고, 무게중심 동요 속도의 변화량에 대한 두 군 간의 차이는 눈을 뜬 상태에서 NMES군은 5.27±1.43, SFE군은 5.17±1.56이며, 눈을 감은 상태에서 NMES군은 6.62±2.02, SFE군에서 6.87±2.32로 유의한 차이를 보이지 않았다.

중재 전·후의 각 군 내의 무게중심의 이동거리의 변화를 살펴보면, 눈을 뜬 상태에서 NMES군은 71.05±34.58에서 51.24±14.18로 감소하여 유의한 변화가 있었으며(p<0.05), SFE군에서도 65.78±34.53에서 51.58±21.92로 감소하여 유의한 변화가 있었다(p<0.05). 눈을 감은 상태에서는 NMES군에서 7.10±3.47에서 5.27±1.43로 감소하여 유의한 변화가 있었으며(p<0.05), SFE군에서도 6.94±3.46에서 5.17±1.56로 감소하여 유의한 변화가 있었다(p<0.05). 중재 전·후의 각 군 내의 무게중심 동요 속도의 변화를 살펴보면, 눈을 뜬 상태에서 NMES군에서 7.10±3.47에서 5.27±1.43로 감소하여 유의한 변화가 있었으며(p<0.01), SFE군에서도 6.94±3.46에서 5.17±1.56로 감소하여 유의한 변화가 있었다(p<0.05). 눈을 감은 상태에서 NMES군에서 9.46±3.84에서 6.62±2.02로 감소하여 유의한 변화가 있었으며(p<0.01), SFE군에서도 11.05±7.04에서 6.87±2.32로 감소하여 유의한 변화가 있었다(p<0.05).

본 연구는 발목 불안정성이 있는 젊은 성인을 대상으로 NMES를 이용한 발내재근의 중재가 발목안정성 및 정적균형에 미치는 효과를 알아보고자 하였다. 본 연구결과, CAIT 점수에 대한 변화는 중재 전과 후의 군 내의 비교에서는 두 군 모두에서 유의한 차이가 보였으며, 군 간 비교에서는 유의한 차이를 보이지 않았다. 정적균형의 변화에서도 눈을 뜬 상태와 눈을 감은 상태에서 중재 전과 후의 군 내의 비교는 두 군 모두에서 유의한 차이가 나타났으며, 군 간의 비교에서는 유의한 차이가 나타나지 않았다.

SFE 중재는 약화된 발내재근 및 엄지벌림근의 근력을 강화시킴으로써 안쪽세로아치의 안정성이 향상시키고, 이로 인해 과도하게 엎침 되어있던 목말밑관절의 조절을 가능하게 한다[4]. 또한, 근육의 활성화 패턴을 변화시키고, 자세 안정화 및 고유 감각과 자세 흔들림을 개선시킨다[23]. Lee 등[24]은 8주 동안 30명의 CAI 환자를 대상으로 SFE 중재를 적용한 후 균형능력이 증가되었다고 보고하였으며, Ko[4]는 경증의 CAI 환자를 대상으로 2주간의 SFE 적용 후에 정적 균형의 유의미한 효과가 있었다고 보고하였다.

신경근에 대한 전기자극은 최대 자발적 수축(maximum Voluntary Contraction)의 7∼62%의 근력을 향상시킬 수 있다[16,25]. 특히, NMES에 의해서 증가된 근력은 자발적인 운동 후에 증가되는 근력과 생리학적 기전은 비슷하며[26], NMES는 손상과 관련된 기능도 개선된다[27]. 또한, 반복적으로 근수축을 수행하면 근방추와 골지힘줄기관을 통해 구심성 입력에 대한 피드백으로 근육 활동이 촉진되며, 신경근 및 감각운동 조절을 향상시키고 기계 수용체의 기능을 강화할 수 있다[28,29]. 이러한 사실들과 본 연구의 결과를 종합하였을 때, 전기자극의 중재는 SFE와 같은 자발적인 운동과 같은 기전으로 발내재근 및 엄지벌림근의 근력이 증가시키고 안쪽세로아치의 기능을 향상시킴으로써 발목의 안정성 및 정적균형의 능력도 개선되었다고 생각된다. Kim과 Kang[30]은 21명의 뇌졸중 환자들을 대상으로 4주간 기능적 전기자극을 적용한 결과 발목의 근력과 근활성이 증가하였다고 보고하였으며, Jin과 Jeong[31]은 15명의 퇴행성 슬관절염 환자에게 4주간 NMES를 적용한 결과 넙다리네갈래근의 근력과 둘레가 증가되었다고 보고하여 본 연구의 결과를 뒷받침한다.

NMES군과 FES군에서 중재 후 군 간의 변화 차이가 나타나지 않은 것은 각각의 중재에 의해 발내재근 및 엄지벌림근의 근력을 증가시킴으로써 안쪽세로아치의 안정성이 향상 및 목말밑관절의 과도한 엎침을 완화시키고, 자세 안정화를 통하여 정적 균형 또한 향상되었다고 생각된다. 또한, 운동으로 강화된 근육이 시각 정보가 부족한 상황에서 고유수용성 감각 등을 활성화시켜 유용하게 작용하였기 때문에[31], 유의한 차이는 나타나지 않았지만 눈을 감은 상태에서 FES군이 NMES군보다 정적 균형이 더 개선되었다고 생각된다.

본 연구의 제한점으로는 대상자가 20대로 제한되어 있기에 전 연령대로 일반화하기에는 어려우며, 전기자극에 의한 효과가 어느정도 지속되는지 단정하기 어렵다는 것이다. 또한, NMES와 SFE를 혼합하여 적용했을 시의 효과에 대해서도 고려되지 못하였다. 이에 후속 연구에서는 다양한 대상자와 다양한 연구방법들을 적용하여 본 연구의 제한점을 보완하는 연구들이 필요하리라 생각된다.

본 연구는 발목관절의 불안정성을 가진 대학생 40명을 대상으로 NMES를 발내재근에 적용하였을 때에 발목 불안정성 및 정적 균형에 미치는 효과를 알아보고, SFE의 효과와 비교해보고자 하였다.

결론적으로, NMES를 적용한 발내재근의 중재는 SFE 중재의 효과와 유사하게 발목관절의 불안정성을 감소시키며 정적균형을 향상시킨다는 결과를 얻었다. 이에 신체 일부의 마비 등을 이유로 SFE를 적용하지 못하는 발목관절 불안정성 환자에게 효과적인 발내재근의 강화를 위한 중재방법으로 NMES의 적용을 제안한다.

본 연구는 2024년도 광주보건대학교 교내연구비의지원을 받아 수행된 연구임(No. 2024008).