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연구과제 상세정보

실시간 피드백을 활용한 재활 훈련이 노인들의 근력 불균형성 개선과 관절 기능에 미치는 영향
Effect of rehabilitation training using real-time feedback on muscle imbalance and joint function in older adults
  • 연구자가 한국연구재단 연구지원시스템에 직접 입력한 정보입니다.
사업명 학문후속세대양성_학술연구교수& #40;인문사회& #41; [지원년도 신청 요강 보기 지원년도 신청요강 한글파일 지원년도 신청요강 PDF파일 ]
연구과제번호 2012S1A5B5A02025044
선정년도 2012 년
연구기간 1 년 8 개월 (2012년 07월 01일 ~ 2014년 02월 28일)
연구책임자 손지훈
연구수행기관 서울시립대학교
과제진행현황 중단
과제신청시 연구개요
  • 연구목표
  • 통계청(2011) 자료에 따르면, 65세 이상 인구가 2020년에는 15.6%, 2030년에는 23.5%, 2040년에는 31.8%에 달할 것으로 추측된다. 이런 고령화 사회·고령 사회·초고령 사회의 도래는 개인 차원의 문제와 함께 국가 차원의 경제·보건 분야의 문제들을 수반한다. 노년기는 노화 현상에 의해 체력이 현저히 저하되어 건강이 악화되는데. 이로 인한 노인성 질병의 증가는 개인적으론 생활 만족도를 떨어뜨려 우울증·자살 등의 문제를 유발하고, 국가적으로는 보건·복지 비용의 과도한 지출을 가져와 성장 잠재력을 둔화시키게 된다.

    노인들의 건강과 관련된 여러 문제들 중에서 가장 손실이 큰 것 중 하나가 낙상이다. 낙상은 전 연령층에서 발생할 수 있으나, 특히 노인에게 낙상은 신체적·심리적·경제적인 문제를 유발하며 때론 사망까지도 초래하는 심각한 문제이다.

    낙상은 외부 요인(환경적 요인 포함)을 제외하면 하지 근력의 약화, 유연성 감소, 균형 능력의 감소, 악력 감소, 시력 등 감각 기관 기능의 저하 등에 의해 일어난다. 그런데 지금까지는 낙상과 관련하여 절대적인 근력의 세기만이 중요한 요인으로 평가받아 왔다. 근력의 절대적인 세기만큼이나 근력의 균형성 유지는 좋은 자세를 유지하고 목표하는 기능을 발휘하기 위해 기본이 되는 중요한 요인이다. 상황별로 요구되는 힘을 충분히 발현하며 신체를 자유자재로 제어하기 위해서는 주동근과 길항근, 그리고 협력근이 정상적으로 작용해야 하기 때문이다.

    근력·관절가동범위의 불균형과 낙상과의 관련성을 체계적인 실험을 통해 제시한 연구는 매우 부족하다. 또한 실시간 피드백 기법을 노인들의 운동 훈련에 적용한 연구도 많지 않았다. 따라서 본 연구에서는 기존의 재활 훈련법과 다른 실시간 피드백(real-time feedback)을 활용한 재활 훈련 프로그램을 개발한 후, 이를 노인들에게 적용하여 하지 근력의 불균형성을 회복시키고 발목 관절의 유연성을 되찾아 주는 것이 보행과 평형성 유지에 역학적으로 어떤 변화를 가져오는 지를 연구하고자 한다. 실질적으로 낙상은 예방을 통해 발생률을 감소시킬 수 있는 사고로 인식되므로 이를 위한 체계적이고 포괄적인 중재가 필요하다 하겠다.


    정리하면 본 연구의 목표는 다음과 같은 3가지이다.

    첫째, 실시간 피드백을 활용한 재활 훈련 프로그램을 개발하는 것.
    둘째, 하지의 근력 불균형 및 발목 관절가동범위 개선이 노인들의 보행 패턴 및 균형 능력 향상에 미치는 영향을 파악하는 것.
    셋째, 하지 근력의 불균형 정도가 생활만족도 및 낙상에 미치는 영향을 설문 조사를 통해 파악하는 것.
  • 기대효과
  • 1) 트레이닝 방법과 관련하여 실시간 피드백을 활용한 트레이닝이 일반적인 트레이닝에 비해 어떤 효과가 있는지를 밝혀냄으로써 앞으로 다양한 분야의 트레이닝에 확대 적용할 수 있는 기초 연구가 될 것이다.

    2) 절대적인 근력의 향상만큼이나 근력의 불균형성을 균형 있게 유지하는 것이 얼마나 중요한지 경각시켜 줄 것이며 이를 재활 훈련이나 트레이닝에 활용할 수 있을 것이다.

    - 엘리트 운동선수들을 대상으로
    - 중소기업 근·골격계 환자들을 대상으로
    - 수술 환자들을 대상으로
    - 노인들을 대상으로

    3) 근력 불균형의 균형성 회복과 발목 관절의 가동범위 향상이 보행 메커니즘에 어떤 영향을 주는지에 대한 추가 연구가 될 것이다.

    4) 연령대별 하지의 동측·이측 근력비, 관절가동범위, 보행 특성 등의 자료를 DB화 할 수 있다.

    5) 노인들의 생활만족도와 근력 불균형, 낙상 횟수와 근력 불균형의 관련성을 파악할 수 있는 기초 연구 자료가 될 것이다.

    6) 노인들의 건강과 삶의 질을 향상시키고, 운동에 대한 관심을 증대시켜 긍정적인 삶을 살게 할 것이다.
  • 연구요약
  • 근력·관절가동범위의 불균형과 낙상과의 관련성을 체계적인 실험을 통해 제시한 연구가 매우 부족한 실정이다. 또한 실시간 피드백 기법을 노인들의 운동 훈련에 적용한 연구도 많지 않았다. 따라서 본 연구에서는 기존의 재활 훈련법과 다른 실시간 피드백(real-time feedback)을 활용한 재활 훈련 프로그램을 개발한 후, 이를 노인들에게 적용하여 하지 근력의 불균형성을 회복시키고 발목 관절의 유연성을 되찾아 주는 것이 보행과 평형성 유지에 역학적으로 어떤 변화를 가져오는 지를 연구하고자 한다. 이를 위해 1~3차 년도의 연구는 다음과 같이 진행할 것이다.

    1차년도 연구는 연령대별 하지 근력과 관절가동범위에 대한 실측 자료를 수집하는데 주된 목적이 있다. 이를 위해 서울 소재 21~40세 남녀 50명과 65~84세 남녀 50명을 연구 대상자로 선정한다. 이들의 발목 관절의 근력비와 관절가동범위, 무릎 관절의 근력비를 측정하고 낙상 및 생활 만족도와 관련된 설문 조사를 한다. 측정은 등속성 근력 측정 장비인 Biodex system 4(Biodex medical system, USA)와 Goniometer를 사용하며 설문 조사는 기초 이론 연구를 통해 작성된 설문지를 이용한다. 50명의 노인들을 대상으로 지난 1년 동안의 낙상 횟수를 기재하게 하여 낙상 횟수별로 집단을 나누고, 집단별 근력의 균형비 및 관절가동범위를 비교한다. 또한 문헌 연구를 통해 낙상을 일으킬 수 있는 내재적·외재적·환경적 요인들에 대한 설문 내용을 포함시켜 절대 근력과 근력의 균형비 중 어떤 것이 더 주요한 요인인가를 확인한다.

    2차년도 연구의 목표는 3차년도에 적용할 실시간 피드백 재활 훈련 프로그램을 완성하는 것이다. 이를 위해 전문가 인터뷰, 재활 센터 방문, 논문·전문 서적 등에 대한 메타 분석을 통해 재활 훈련에 적합한 실시간 피드백(Real-time feedback) 방법을 모색하고 EMG 측정 장비와 Visual & Auditory & Textile feedback을 연동할 수 있는 프로그램을 Labview 등을 이용하여 설계하고 장비를 만들 것이다. 또한 근력 및 근력비, ROM의 수준에 따라 12주간 적용할 재활 훈련 프로토콜을 만들 것이다.

    3차년도 연구에는 사전·사후 검사, 재활 훈련이 들어가게 된다. 이를 위해 수술 등의 병력이 없고 최근 1년간 특정 프로그램을 통해 주 2회 이상 운동을 하지 않은 65세 이상 84세 이하 노인 30명을 연구 대상자로 선정한다. 이 30명을 통제군 10명(처치 없음), 대조군 10명(재활 훈련 실시), 실험군 10명(실시간 피드백을 활용한 재활 훈련 실시)으로 나누어 연구를 진행한다. 3차년도 실험은 [ 사전검사 -> 재활 훈련 -> 사후 검사 ]의 순으로 실시된다. 사전·사후 검사는 모션 캡쳐 시스템과 근전도 기기, 검사지를 이용하여 실시하며 다음과 같은 변인을 분석할 것이다.

    ① 사전 검사: 훈련을 실시하기 전 사전 검사로 다음과 같은 항목을 한다.
    - 등속성 근력 측정, ROM 측정
    - 보행 분석, Berg balance test
    ② 재활 훈련(Intervention)
    - 2차년도에 개발한 실시간 피드백 재활 훈련 프로그램을 적용한다.
    - 1주일에 2번씩 12주간 실시한다.
    ③ 사후 검사: 훈련이 끝난 후의 검사로 사전 검사와 동일하다.
    - 등속성 근력 측정, ROM 측정
    - 보행 분석, Berg balance test

    - 보행 변인 분석: 보행 속도, 스텝 시간, 전후 보폭, 양발 지지기 시간, 관절각도, 지면반력, 관절 모멘트 등을 분석할 것이다. 이 때 대퇴 직근, 대퇴 이두근, 전경골근, 비복근, 가자미근의 근활성도 및 근 발현 시간을 비교·분석할 것이다..
결과보고시 연구요약문
  • 국문
  • 노인들의 건강과 관련된 여러 문제들 중에서 가장 손실이 큰 것 중 하나가 낙상이다. 낙상은 전 연령층에서 발생할 수 있으나, 특히 노인에게 낙상은 신체적·심리적·경제적인 문제를 유발하며 때론 사망까지도 초래하는 심각한 문제이다. 낙상은 외부 요인(환경적 요인 포함)을 제외하면 하지 근력의 약화, 유연성 감소, 균형 능력의 감소, 악력 감소, 시력 등 감각 기관 기능의 저하 등에 의해 일어난다. 그런데 지금까지는 낙상과 관련하여 절대적인 근력의 세기만이 중요한 요인으로 평가받아 왔다. 근력의 절대적인 세기만큼이나 근력의 균형성 유지는 좋은 자세를 유지하고 목표하는 기능을 발휘하기 위해 기본이 되는 중요한 요인이다. 상황별로 요구되는 힘을 충분히 발현하며 신체를 자유자재로 제어하기 위해서는 주동근과 길항근, 그리고 협력근이 정상적으로 작용해야 하기 때문이다.
    근력·관절가동범위의 불균형과 낙상과의 관련성을 체계적인 실험을 통해 제시한 연구는 매우 부족하다. 또한 실시간 피드백 기법을 노인들의 운동 훈련에 적용한 연구도 많지 않았다. 그리하여 본 연구에서는 기존의 재활 훈련법과 다른 실시간 피드백(real-time feedback)을 활용한 재활 훈련 프로그램을 개발한 후, 이를 노인들에게 적용하여 하지 근력의 불균형성을 회복시키고 발목 관절의 유연성을 되찾아 주는 것이 보행과 평형성 유지에 역학적으로 어떤 변화를 가져오는 지를 연구하고자 하였다.
    본 연구는 2차년도 연구 8월차에 중단되었다. 중단전까지의 연구 진행 내용은 다음과 같다. 1차 년도에는 서울 소재 노인종합복지관 소속 노인 52명과 서울 소재 대학교 학부생 46명을 연구 대상으로 선정하여 하지의 근력 불균형과 발목 관절의 ROM 측정, 정적 및 동적 균형 능력 검사, 체성분 검사 및 유연성 측정, 그리고 낙상 효능감 등 설물 조사를 실시하였다.
    2차 년도에는 문헌조사 등을 통해 실시간피드백 관련 최근 연구 동향과 기술을 정리하고 국내 노인 운동 트레이닝 및 처방 관련 연구 동향을 분석하였으며 추후 노인 운동 프로그램이 나아가야 할 방향을 모색해 보았다.
    만약 이 연구가 완료되었다면 근력과 유연성이 향상되면 신체 기능이 향상되고 낙상 예방에 효과가 있을 것이라는 기존의 연구 결과들에서 한 발 더 나아가 근력의 불균형성 정도가 일반적인 보행과 평형성 유지 등, 움직임의 제한 요인이 될 수 있다는 것을 밝히고 이로부터 단순한 근력 향상이 아닌 적절한 근력비를 유지할 수 있는 운동이 필요함을 역설할 수 있었을 것이다. 이와 더불어 발목 관절의 ROM 향상이 보행 패턴에 미치는 역학적 의미를 해석할 수 있었을 것이라 생각된다. 트레이닝과 관련해서는 기존의 트레이닝 방법론에서 진일보해 실시간 피드백을 활용한 훈련의 효과를 검증함으로써 추후 관련 연구의 시발점이 될 수 있었다. 추후 노인의 신체적 특성을 고려하여 자중이나 부하 조절이 가능한 탄력밴드 등으로 하지 및 상지 근력 등을 향상시킬 수 있는 노인 맞춤 프로그램을 개발하는 것이 필요하며, 외국의 노인체육 관련 자료 및 프로그램과 비교해 볼 때, 준거자료 집대성 및 세부적인 운동 처방 매뉴얼에 대한 보완이 시급하다 결론 낼 수 있다.
  • 영문
  • Fall is the most frequently occurred accidents in the world in regard to seniors.
    Surely there are many factors which cause fall but lower extremities muscle imbalance and ankle flexibility are main factors causing fall accident. Nevertheless until now muscle strength only be considered main factor.

    So in this research I examined senior’s knee muscle imbalance, ankle muscle imbalance, muscle strength, ankle ROM, flexibility, body composition etc. Also I surveyed fall efficacy and life satisfaction. 1st year 52 seniors and 46 university students are participated as subjects. 2nd year I organized researches about realtime feedback techniques by reading recently published papers and books. Also I categorized senior exercise training tendency.

    If this research will have been completed we would have criteria about senior fitness test and make protocols which can be applied to patients. Also we will find out the importance of muscle imbalance and ankle ROM as factors which affects fall accident.

    In the future we should establish a long term health care related strategy which enhances senior fitness status from a macroscopic perspective and develop privately adapted exercise program for unhealthy seniors from a microscopic perspective.
연구결과보고서
  • 초록
  • 인구의 고령화는 세계적인 당면과제이며(WHO, 1998), 한국 사회 또한 그 문제점을 인식하고 다각도로 대비책을 세워야 하는 시급한 현안이다. 통계청(2011) 자료에 따르면, 65세 이상 인구가 2020년에는 15.6%, 2030년에는 23.5%, 2040년에는 31.8%에 달할 것으로 추측된다. 이런 고령화 사회·고령 사회·초고령 사회의 도래는 개인 차원의 문제와 함께 국가 차원의 경제·보건 분야의 문제들을 수반한다. 노년기는 노화 현상에 의해 체력이 현저히 저하되어 건강이 악화되는데. 이로 인한 노인성 질병의 증가는 개인적으론 생활 만족도를 떨어뜨려 우울증·자살 등의 문제를 유발하고, 국가적으로는 보건·복지 비용의 과도한 지출을 가져와 성장 잠재력을 둔화시키게 된다.
    노인들의 건강과 관련된 여러 문제들 중에서 가장 손실이 큰 것 중 하나가 낙상이다. 낙상은 전 연령층에서 발생할 수 있으나, 특히 노인에게 낙상은 신체적·심리적·경제적인 문제를 유발하며 때론 사망까지도 초래하는 심각한 문제이다. 낙상은 외부 요인(환경적 요인 포함)을 제외하면 하지 근력의 약화, 유연성 감소, 균형 능력의 감소, 악력 감소, 시력 등 감각 기관 기능의 저하 등에 의해 일어난다. 그런데 지금까지는 낙상과 관련하여 절대적인 근력의 세기만이 중요한 요인으로 평가받아 왔다. 근력의 절대적인 세기만큼이나 근력의 균형성 유지는 좋은 자세를 유지하고 목표하는 기능을 발휘하기 위해 기본이 되는 중요한 요인이다. 상황별로 요구되는 힘을 충분히 발현하며 신체를 자유자재로 제어하기 위해서는 주동근과 길항근, 그리고 협력근이 정상적으로 작용해야 하기 때문이다.
    근력·관절가동범위의 불균형과 낙상과의 관련성을 체계적인 실험을 통해 제시한 연구는 매우 부족하다. 또한 실시간 피드백 기법을 노인들의 운동 훈련에 적용한 연구도 많지 않았다. 그리하여 본 연구에서는 기존의 재활 훈련법과 다른 실시간 피드백(real-time feedback)을 활용한 재활 훈련 프로그램을 개발한 후, 이를 노인들에게 적용하여 하지 근력의 불균형성을 회복시키고 발목 관절의 유연성을 되찾아 주는 것이 보행과 평형성 유지에 역학적으로 어떤 변화를 가져오는 지를 연구하고자 하였다.
    본 연구는 2차년도 연구 8월차에 중단되었다. 중단전까지의 연구 진행 내용은 다음과 같다. 1차 년도에는 서울 소재 노인종합복지관 소속 노인 52명과 서울 소재 대학교 학부생 46명을 연구 대상으로 선정하여 하지의 근력 불균형과 발목 관절의 ROM 측정, 정적 및 동적 균형 능력 검사, 체성분 검사 및 유연성 측정, 그리고 낙상 효능감 등 설물 조사를 실시하였다.
    2차 년도에는 문헌조사 등을 통해 실시간피드백 관련 최근 연구 동향과 기술을 정리하고 국내 노인 운동 트레이닝 및 처방 관련 연구 동향을 분석하였으며 추후 노인 운동 프로그램이 나아가야 할 방향을 모색해 보았다.
    만약 이 연구가 완료되었다면 근력과 유연성이 향상되면 신체 기능이 향상되고 낙상 예방에 효과가 있을 것이라는 기존의 연구 결과들에서 한 발 더 나아가 근력의 불균형성 정도가 일반적인 보행과 평형성 유지 등, 움직임의 제한 요인이 될 수 있다는 것을 밝히고 이로부터 단순한 근력 향상이 아닌 적절한 근력비를 유지할 수 있는 운동이 필요함을 역설할 수 있었을 것이다. 이와 더불어 발목 관절의 ROM 향상이 보행 패턴에 미치는 역학적 의미를 해석할 수 있었을 것이라 생각된다. 트레이닝과 관련해서는 기존의 트레이닝 방법론에서 진일보해 실시간 피드백을 활용한 훈련의 효과를 검증함으로써 추후 관련 연구의 시발점이 될 수 있었다. 추후 노인의 신체적 특성을 고려하여 자중이나 부하 조절이 가능한 탄력밴드 등으로 하지 및 상지 근력 등을 향상시킬 수 있는 노인 맞춤 프로그램을 개발하는 것이 필요하며, 외국의 노인체육 관련 자료 및 프로그램과 비교해 볼 때, 준거자료 집대성 및 세부적인 운동 처방 매뉴얼에 대한 보완이 시급하다 결론 낼 수 있다.
  • 연구결과 및 활용방안
  • 1차년도 연구는 동대문노인종합복지관 소속 노인 52명(남자: 15명, 여자: 37명)과 서울시립대학교 소속 학부생 46명(남자: 17명, 여자: 29명)을 연구 대상자로 선정. 실질적으로 101명을 측정하였으나 소속 집단의 동질성 확보를 위해 3명의 자료는 제외 하고 분석하였다. Biodex system 4, Biodex balance system, Goniometer, Inbody, CNP-5403, 자체 설문지 등을 활용하여 근력의 불균형 및 ROM 불균형과 동적·정적 균형 능력, 낙상 효능감 등을 측정하였다. 2차년도 연구에서는 문헌조사 등을 통해 실시간피드백 관련 최근 연구 동향과 기술을 정리하고 국내 노인 운동 트레이닝 및 처방 관련 연구 동향을 분석하였으며 추후 노인 운동 프로그램이 나아가야 할 방향을 모색하였다.
    노인들의 경우 복지관에 다닌다는 것 자체가 건강에 관심이 많고 본인들의 생활을 존중하는 경향이 있는 것으로 볼 수 있을 것 같다. 또한 복지관에서 하는 다양한 프로그램에 참여하여 최초 예상보다 체력 검사에서 좋은 결과를 나타내었다. 그러나 노인 집단의 경우 발목 관절의 Plantar flexion에 대한 재활 훈련이 필요하다 판단되며 경우 슬괵근의 좌우 결손율 차이가 높아 좌우 굴곡근력의 비율을 맞추기 위한 재활 훈련이 필요할 것으로 생각된다. 보다 자세한 연구결과는 보고서에 기재하였다.
    실시간 피드백 관련 연구는 상당히 진전된 것으로 파악된다. 현재도 Wi-fi, Bluetooth, Zigbee 등의 통신 수단을 이용하여 근전도, 안전도, 심전도, 호흡수 등 다양한 생체 신호를 전송하는 연구가 진행되고 있으며, 실시간 피드백을 기초로 한 실시간 운동 부하 제어 장치의 개발도 활발히 진행되고 있다. 근력의 불균형과 균형 능력 등을 향상시키기 위한 프로토콜만 만들어진다면 Mbody shorts 혹은 Myo와 같은 상품의 형태와 결합하여 보다 실용적이고 효율적인 형태의 트레이닝 환경을 만들 수 있을 것이라 생각된다.

    이 연구는 2년차 8개월의 연구로 끝났다. 만약 최종 목표인 3년차까지 진행되었다면 다음과 같은 활용이 가능했을 것이다.

    가) 절대 근력의 향상만큼이나 동측·이측 근력의 균형비가 중요하다는 것을 밝혀내어 트레이닝에 활용할 수 있다.
    : 엘리트 운동선수들을 대상으로
    : 중소기업 근골격계 환자들을 대상으로
    : 수술 환자들을 대상으로
    : 노인들을 대상으로
    나) 근력의 균형비를 측정하여 상해 위험 요소를 예측할 수 있다.
    다) 실시간 피드백 기법을 트레이닝 현장에 적용·확장시킬 수 있다.
    라) 근력 및 근력비가 불균형 할 때의 보행 메커니즘 변화에 대해 알게 됨으로써 다양한 보행 연구에 활용할 수 있다.
    마) 관절가동범위가 보행 및 관절 기능에 미치는 영향을 알게 됨으로써 유연성의 중요성을 알릴 수 있다.
    바) 낙상에 관한 설문 조사 자료를 차후 낙상 관련 연구의 기초 자료로 쓸 수 있다.
    사) 20~40세와 60~90세의 근력비, 관절가동범위에 관한 Massive Normative data를 축적하는 데 사용할 수 있다.
    아) 추후 미국의 SFT와 같은 기준을 마련하고 이에 따른 다양한 트레이닝 방법을 개발하여 국가 공인 노인 체육 관련 프로그램 등을 제정할 수 있다.
  • 색인어
  • 노인 체력, 실시간 피드백, 근력 불균형, 등속성 측정, 하지 근력, 균형 능력 검사, 밴드 운동, 운동 재활, 바이오덱스
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