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Correlation among Functional Leg Length Discrepancy, Muscle Activity, Muscle Contraction Onset Time and Vertical Ground Reaction Force during Simple Lifting Task
J Kor Phys Ther 2022;34(4):175-180
Published online August 31, 2022;  https://doi.org/10.18857/jkpt.2022.34.4.175
© 2022 The Korea Society of Physical Therapy.

Ha Young Jin1, Jin Tae Han2

1Department of Physical Therapy, Graduate School, Kyungsung University, Busan, Republic of Korea; 2Department of Physical Therapy and Institute for Rehabilitation Science, Kyungsung University, Busan, Republic of Korea
Jin Tae Han E-mail jthan2001@ks.ac.kr
Received August 3, 2022; Revised August 18, 2022; Accepted August 29, 2022.
This is an Open Access article distribute under the terms of the Creative Commons Attribution Non-commercial License (http://creativecommons.org/license/by-nc/4.0.) which permits unrestricted non-commercial use, distribution,and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.
Abstract
Purpose: Leg length discrepancy causes the posture deformation, gait asymmetry, and lower back pain. The purpose of this study is to investigate the correlation among functional leg length discrepancy (FLLD), muscle activity, muscle contraction onset time and vertical ground reaction force (vGRF) during simple lifting task.
Methods: Thirty-nine subjects participated in this study. FLLD was measured from the umbilicus to medial malleolus of left and right leg using a tape. The subjects performed to lift a 10 kg box from the floor to chest. The muscle activity and muscle contraction onset time of rectus abdominis, erector spinae and rectus femoris was measured using EMG system and vGRF was measured by two force plate. Pearson correlation was used to fine out the correlation among FDDL, muscle activity, muscle contraction onset time and vGRF during simple lifting task.
Results: Correlation between FLLD and difference of muscle activity of short-long side was very high (r>0.9) during simple lifting task. Correlation between FLLD and difference of muscle contraction onset time of short-long side was very high (r>0.9) during simple lifting task. And correlation between FLLD and difference of vGRF of short-long side was high (r>0.7) during simple lifting task.
Conclusion: This study suggests that there is high correlation between FLLD and muscle activity, muscle contraction onset time, and ground reaction force during simple lifting task. Therefore, FLLD could negatively affect the postural balance.
Keywords : Leg length discrepancy, Muscle activity, Ground reaction force, Simple lifting.
서 론

우리나라의 업무 관련 질환 중 근골격계질환이 55~77%로 과반수 이상이며 이 중 80%는 반복 동작이나 과도한 동작으로 발생된다.1,2 물건 들기 등과 같은 반복적 작업은 산업현장이나 일상생활에서 흔히 일어나는 동작으로 특정 직업군(조선업 등)에서 발생하는 직업관련 근골격계질환 중 66%가 물건 들기 동작 시에 발생된다고 하였다.3,4

반복적 물건 들기 시 전신적인 그리고 국소적인 근지구력 변화를 확인하는 것이 필요하며,4 작업환경과 같은 외부적인 요인에 의한 비대칭적 물건 들기에 대한 운동학적 그리고 운동역학적 변화를 알아보는 것도 중요하다.5 물건 들기 동작 시 비대칭적 들기는 허리를 돌려서 비틀어 물건을 들어야함으로 허리의 돌림없이 물건을 바로 들어올리는 대칭적 들기보다 위험한 동작이다.5-6 산업현장에서 물건 들기 작업 시 가능하면 대칭적 들기를 하도록 교육하고 권장하고 있지만 작업의 특성이나 작업 환경에 따라 어쩔 수 없이 비대칭적 들기를 해야 하는 경우가 많이 발생한다.5 비대칭적 들기는 작업 환경에 따른 작업 자세에 의해서 발생될 수 있으나 작업자의 신체적 특성에 의해서도 발생될 수 있을 것이다. 예를 들면, 척추의 변형, 골반기울임, 그리고 다리길이 차이가 등이 있다.6

인구의 70%이상이 다리길이 차이를 보이며 인구의 23%는 1cm 이상의 다리길이 차이를 가지고 있다.7,8 다리길이차이가2.5cm이상인 경우는 보행이나 달리기 등의 활동에 불편함이 유발되고 보행의 운동학적 변화와 보행속도가 감소시킬 수 있으며8 무릎관절염, 기능적 척추측만증, 그리고 만성 허리통증을 일으키는 원인이 될 수 있다.9,10 다리길이 차이가 있는 경우 넙다리곧은근의 근활성도는 짧은쪽 다리에서 감소되고11 중간볼기근과 넙다리근막긴장근의 근활성도는 역시 짧은쪽 다리에서 감소되었다.12 바닥에서 물건을 수직으로 들어 올릴 때 양쪽 발의 지면반발력을 비교한 경우는 수직지면반발력이 비대칭적으로 나타난다고 하였지만 선행연구들은 비대칭적 자세에서 보다 대칭적 자세로 물건 들기 시 지면반발력을 알아본 연구들이 주로 진행되고 있다.9

다리길이차이와 같은 내부적인 요인에 의한 비대칭적 물건들기에서의 신체 근육의 근활성도 변화에 대한 정보를 알아보는 것은 물건 들기 시 발생할 수 있는 근골격계 손상의 원인을 이해하는데 큰 도움이 될 것이다. 지금까지 선행연구들은 다리길이 차이 유무에 따른 다리근육의 근활성도를 단순 비교하는 연구들이 많이 진행되어 있다.11,12 하지만 물건들기 시 다리길이 차이와 신체 근활성도, 근수축개시시간 및 수직 지면반발력과의 상관관계를 알아보는 연구는 미흡하며 특히 몸통 근육의 근활성도나 근수축 개시시간을 조사한 연구는 부족한 실정이다. 따라서 본 연구는 물건들기 시 다리길이 차이 정도와 짧은쪽-긴쪽 근활성도 차이, 짧은쪽-긴쪽 근수축 개시시간차이 및 짧은쪽-긴쪽 수직지면반발력 차이 사이에 어떤 상관성이 있는지 알아보기 위해 실험을 진행하였다.

연구 방법

1. 연구대상자

본 연구는 건강한 성인 남성 39명을 대상자로 실험을 하였으며 대상자의 과거병력에서 신경학적 그리고 정형외과적 수술 있었거나 허리통증을 있는 자는 제외하였다. 연구대상자에게 연구에 대한 사전 설명을 충분히 하였고 자발적인 참여에 대한 동의서를 받았다. 또한 본 연구는 K대학교의 생명윤리위원회에 의해 승인을 받았으며 헬싱키선언에 따른 윤리규정을 준수하여 진행하였다(KSUIRB-21-02-008).

2. 측정방법

1) 측정도구

물건 들기 시 다리길이 차이에 따른 몸통과 다리의 근활성도를 측정하기 위하여 표면근전도 무선시스템(Telemyo 2400T G2, Noraxon Inc., AZ, USA)을 사용하였다. 표면 전극은 은염화 이중 전극(272, Noraxon Inc., AZ, USA)을 사용하였고 피부 저항을 최소화하기 위해 측정 부위를 면도한 후 부착하였다. 신호 추출율은 1024Hz로 하였으며, 근전도 원신호를 20-450Hz 대역 필터와 60Hz 노치(noch)필터를 통해 노이즈(noise)를 제거하였다. 각 근육의 근전도 신호는 보다 정확한 정보를 얻기 위하여 파형을 제곱한 뒤 적분하여 제곱근을 씌우는 방법인 실효평균값(root mean square, RMS)으로 정량화하였고 MyoResearch Master XP 1.07프로그램(Noraxon Inc., AZ, USA)을 사용하여 저장하고 처리하였다.13

또한 수직지면반발력을 측정하기 위해 바닥에 2개의 힘판(AMTI, Inc., Watertown, MA, USA)을 사용하였다. 측정 압력의 범위는 1∼120N/cm2이고 정적 표본 압력 추출 속도는 2∼5Hz, 동적 표본 압력 추출 속도는 약 90Hz이고 정확도는 ±5%이다. 물건 들기 시 수직 최대 지면 반발력에 대한 신호를 컴퓨터에 저장하였으며 이 신호는 Motion Analysis의 Cortex 64 소프트웨어를 사용하여 자료를 수집하였다.14 그리고 측정 단위는 뉴턴(N)을 사용하였다.

2) 실험절차

연구대상자는 편안한 복장으로 실험에 참여하였고 배꼽에서 왼쪽과 오른쪽 안쪽 복사뼈까지 길이를 측정하여 그 차이를 다리길이 차이로 정하였다.15 물건 들기는 검사자의 “시작” 구호와 함께 손잡이가 있는 10kg의 상자를 바닥에서 가슴높이까지 들도록 지시하였다(Figure 1).

Fig. 1. Posture during lifting, (A) Starting position (B) Ending postion.

물건 들기 시 근활성도를 알아보기 위해 몸통근육은 양쪽 배곧은근과 척추세움근 그리고 다리근육은 양쪽 넙다리곧은근의 근활성도와 근수축 개시시간을 측정하였다. 실험 시작 전에 전극부착 부위에 털을 제거하고 소독용 알코올로 닦은 후 전극을 부착하였고 전극부착부위는 Figure 2와 같다. 물건 없이 들기 동작을 하는 동안 각 근육의 5초간 자발적 근 수축을 기준으로 하여 10kg의 물건 들기 동작의 시작과 끝 시점의 5초간 측정한 근전도 자료값을 비교하는 기준 자발적 수축(reference voluntary contraction, RVC)방법을 사용하였다.16

Fig. 2. Attachment place of electrode, (A) Rectus abdominis, (B) Erector spinae, (C) Rectus femoris.

또한 수직지면반발력은 물건 들기 동안 두 개의 힘판 위에 두 발을 평행하게 위치하게 하였으며 지면반발력 자료는 아날로그-디지털 컨버터를 통해 동기화한 후 분석하였다.17 물건 들기 동안 다리길 차이에 따른 각 힘판의 수직지면반발력을 측정하였고 두 힘판의 최대 수직지면반발력의 차이값을 수직지면반발력의 차이값으로 사용하였다. 모든 자료의 측정은 3회 측정하였고 평균값을 자료분석에 사용하였다. 실험 중 근피로를 예방하기 위해 측정할 때 마다 5분간의 휴식시간을 주었다.

3. 통계분석

다리길이차이 정도와 왼쪽-오른쪽 근활성도 차이, 근수축 개시시간 차이 그리고 왼쪽-오른쪽 수직지면반발력 차이와의 상관성를 알아보기 위해 Pearson의 상관관계분석을 사용하였고 각 변수들에 대한 평균값과 표준편차를 산출하여 제시하였다. 통계 프로그램은 SPSS 26 (IBM SPSS Statistics)를 사용하고, 유의수준(α)은 0.05로 설정하였다.

결 과

1. 연구대상자의 일반적 특성

본 연구의 대상자는 39명으로 평균 연령은 26.5±7.5세, 평균 신장은 169.3±6.9cm, 평균 체중은 66.1±3.9kg, 체질량지수는 23.1±1.0kg/m2이었다(Table 1).

General characteristics of subjects

Variables Subjects (n= 39)
Age (yr) 26.5± 7.5
Height (cm) 169.3± 6.9
Weight (kg) 66.1± 3.9
BMI (kg/m2) 23.1± 1.0

Mean± SD.

BMI: body mass index.



2. 다리길이차이와 근활성도 차이와의 상관관계

다리길이차이의 평균은 13.1±5.4mm이었고 배곧은근 근활성도 차이의 평균은 16.61±9.24%RVC, 척추세움근 근활성도 차이의 평균은 18.05±13.43%RVC, 넙다리곧은근 근활성도 차이의 평균은 12.86±9.28%RVC이었다(Table 2). 다리길이차이가 증가할수록 다리길이가 짧은 왼쪽과 긴 오른쪽 사이의 근활성도 차이가 증가하는 경향을 보였다(Figure 3). 다리길이 차이와 배곧은근 근활성도 차이(r=0.921), 등세움근 근활성도 차이(r=0.924), 넙다리곧은근 근활성도 차이(r=0.941)는 모두 0.8이상으로 매우 높은 상관관계가 있었다(p<0.05)(Table 3).

Descriptive statistics of LLD, difference of muscle activity, muscle contraction onset time, and vertical ground reaction force between short and long leg side during simple lifting task

Variables Short leg side Long leg side Differences
Leg length discrepancy (mm) 852.02±79.36 865.16±84.71 13.14± 5.35
Rectus abdominis activity (%RVC) 245.68±49.11 262.29±58.35 16.61±9.24
Erector spinae activity (%RVC) 440.29±183.21 485.34±196.64 18.05±13.43
Rectus femoris activity (%RVC) 265.61±180.04 278.47±189.32 12.86±9.28
Onset time rectus abdominis contraction (seconds) 0.24±0.06 0.20±0.04 0.04±0.02
Onset time erector spinae contraction (seconds) 0.36±0.15 0.19±0.05 0.17±0.10
Onset time rectus femoris contraction (seconds) 0.29±0.14 0.15±0.06 0.14±0.08
Vertical ground reaction force (N) 1.28±0.42 1.19±0.38 0.09± 0.03

Mean± SD.


Correlation among LLD, difference of muscle activity, onset time of muscle contraction, and vertical ground reaction force between short and long leg side during lifting (unit: r)

Variables LLD D-RA D-ES D-RF DT-RA DT-ES DT-RF D-vGRF
LLD 1
D-RA 0.921** 1
D-ES 0.924** 0.948** 1
D-RF 0.941** 0.941** 0.989** 1
DT-RA 0.948** 0.879** 0.950** 0.948** 1
DT-ES 0.988** 0.904** 0.915** 0.935** 0.955** 1
DT-RF 0.980** 0.931** 0.957** 0.968** 0.965** 0.978** 1
D-vGRF 0.745** 0.717** 0.719** 0.733** 0.708** 0.714** 0.728** 1

LLD: Leg length difference, D-RA: Difference of rectus abdominis muscle activity, D-ES: Difference of erector spinae muscle activity, D-RF: Difference of rectus femoris muscle activity, DT-RA: Difference of contraction onset time of rectus abdominis, DT-ES: Difference of contraction onset time of erector spinae, DT-RF: Difference of contraction onset time of rectus femoris, D-vGRF: Difference of vertical ground reaction force.

**p< 0.01.


Fig. 3. Scatter graph between each variable. LLD: Leg length difference, D-RA: Difference of rectus abdominis muscle activity, D-ES: Difference of erector spinae muscle activity, D-RF: Difference of rectus femoris muscle activity, DT-RA: Difference of contraction onset time of rectus abdominis, DT-ES: Difference of contraction onset time of erector spinae, DT-RF: Difference of contraction onset time of rectus femoris, D-vGRF: Difference of vertical ground reaction force.

3. 다리길이차이와 근수축 개시시간 차이와의 상관관계

다리길이차이의 평균은 13.1±5.4mm이었고 배곧은근 근수축 개시시간 차이의 평균은 0.04±0.02sec, 등세움근 근수축 개시시간 차이의 평균은 0.17±0.10sec, 넙다리곧은근 근수축 개시시간 차이의 평균은 0.14±0.08 sec이었다(Table 2). 다리길이차이가 증가할수록 다리길이가 짧은 왼쪽과 긴 오른쪽 사이의 근수축 개시시간 차이가 증가하는 경향을 보였다(Figure 3). 다리길이 차이와 배곧은근 근수축 개시시간 차이(r=0.948), 등세움근 근수축 개시시간 차이(r=0.879), 넙다리곧은근 근수축 개시시간 차이(r=0.980)는 모두 0.8이상으로 매우 높은 상관관계가 있었다(p<0.05)(Table 3).

4. 다리길이차이와 수직지면반발력 차이와의 상관관계

다리길이차이의 평균은 13.14±5.35mm이었고 수직지면반발력 차이의 평균은 0.09±0.03N이었다(Table 2). 다리길이차이가 증가할수록 다리길이가 짧은 왼쪽과 긴 오른쪽 사이의 수직지면반발력 차이가 증가하는 경향을 보였다(Figure 3). 다리길이 차이와 수직지면반발력 차이(r=0.745)는 모두 0.6이상으로 높은 상관관계가 있었다(p<0.05)(Table 3).

고 찰

선행연구에서 물건들기 시 배곧은근, 척추세움근과 같은 몸통 주위근들은 자세 정렬을 유지하며 넙다리곧은근과 같은 무릎관절 폄근은 동적 움직임을 만들어 주는 역할을 한다.18 다리길이차이에 따른 운동역학적 변화들과 운동학적 변화때문에 일상생활에서 비대칭적인 운동 부하가 증가되고 이로 인해 근골격계 질환들이 발생될 수 있다.19 반복적인 들기자세는 허리의 과부하로 인해 급성 척추사이원반탈출증이나 허리통증을 증가시킨다고 하였다.20 본 연구는 일상생활과 작업 중에 흔히 경험하는 물건들기 동안 다리길이 차이와 짧은쪽-긴쪽 근활성도 차이, 근수축 개시시간 차이, 그리고 수직지면발력의 차이와의 상관성을 알아보았다.

본 연구에서 물건들기 동작 시 다리길이 차이와 근활성도 차이, 근수축 개시시간 차이, 수직 지면반발력 차이의 상관관계 분석 결과, 다리길이와 배곧은근, 척추세움근, 넙다리곧은근의 짧은쪽-긴쪽 근활성도 차이는 매우 높은 상관관계가 있었다. 다리길이와 배곧은근, 척추세움근, 넙다리곧은근의 짧은쪽-긴쪽 근수축 개시시간 차이 역시 높은 상관관계가 있었다. 2cm이상 다리길이차이가 있는 사람들은 보행 시 산소소모량이 증가하고 넙다리근육의 피로가 유의가 증가한다고 하였고, 다리길이차이가 있는 대상자의 짧은쪽 다리보다 긴쪽 다리에서 넙다리근육의 근활성도는 유의하게 증가한다고 하였다.11 이는 본 연구에서 물건들기 시 짧은쪽-긴쪽의 몸통과 다리 근활성도와 근수축 개시시간이 다리길이차이 정도와 상관이 높은 것과 유사한 결과이며 다리길이 차이가 클수록 몸통과 다리 근육의 근활성도 불균형과 근수축 개시시간의 차이가 증가하는 부정적인 영향을 미칠 수 있다고 생각한다. 물건들기 시 다리길이차이가 증가되면 골반과 척추 그리고 다리 등의 신체 전반의 부정렬로 인한 근육불균형이 초래되고 짧은 쪽 다리의 근육 단축으로 인해 근활성도 감소 및 근수축개시기간의 지연이 동반된다고 사료된다. 따라서 기능적 다리길이차이는 다리관절의 근육 불균형과 무릎의 과젖힘, 척추옆굽음증과 같은 자세불량의 원인이 될 수 있다.21

본 연구의 결과에서 물건들기 시 다리길이 차이가 증가할수록 짧은쪽-긴쪽 수직지면반발력의 차이는 증가하였고 다리길이 차이와 짧은쪽-긴쪽 수직지면반발력의 차이는 상관관계가 높았다. Swaminathan 등22은 0.5~2㎝의 다리길이 차이가 있는 대상자의 긴쪽 다리보다 짧은쪽 다리에서 수직지면반발력이 높게 나타났다고 하였고 체중 분배가 긴쪽 다리보다 짧은 쪽다리에 더 크다고 하였다. Zabri 등23은 다리길이차이가 증가할수록 보행 시 수직지면반발력 뿐만아니라 관절반발력 역시 증가하였고 이는 다리길이차이가 보행 시 힘의 분배에 영향을 주고 체중 분배의 불균형은 자세 불안정을 유발할 수 있다고 하였다. 한편Maines와 Reiser24은 바닥에 있는 물건을 수직 방향으로 들어 올릴 때 양쪽 발의 지면반발력은 발바닥에서의 앞쪽과 뒤쪽 힘은 차이를 나타내지 않았지만 안쪽과 바깥쪽의 지면반발력이 차이가 크게 나타났다고 하였다. 이는 물건 들기 동안 무게중심이 안쪽으로 모이는 경향이 있기 때문이며 다리길이 차이가 있는 경우 다리길이 짧은 쪽으로 무게중심이 더 이동될 것이라고 사료된다. 따라서 선행연구들의 연구결과와 유사하게 본 연구에서도 다리길이 차이는 물건들기 시 수직지면반력에 영향을 줄 수 있고 자세 불균형을 유발된다는 것을 확인할 수 있다고 생각한다. 다만, 다리길이 차이와 수직지면반발력차이와 상관성이 상대적으로 근활성도차이와 근수축 개시시간차이 보다 낮은 것은 수직지면반력이 다리길이차이보다 몸무게의 영향이 다소 높기 때문이라고 사료된다.

본 연구에 제한점은 몸통과 팔다리의 다양한 근육을 충분이 측정하지 못한 것과 연구대상자를 남자로만 진행한 것은 연구결과를 일반화하기에 부족하다고 생각한다. 앞으로 대상자들의 다양한 근육과 남녀을 모두 포함한 연구의 진행이 필요하다고 생각한다.

본 연구의 결과는 다리길이차이는 물건 들기 시 왼쪽과 오른쪽의 근활성도와 지면반발력에 영향을 미칠 수 있으며 이는 일상생활에서 다리길이차이가 근육의 불균형 또는 자세불균형의 원인이 될 수 있다는 것을 제시할 수 있을 것이다. 또한 본 연구의 결과를 근거로 다리길이 차이를 해결하기 위한 다양한 치료적 중재를 적용한다면 작업 시 신체 손상의 위험을 낮추고 부상의 빈도를 줄이는데 도움이 될 것이라고 생각한다. 향후 다양한 작업환경에서 다리길이 차이가 신체 정렬과 기능에 미치는 영향 및 부상 위험을 예방하기 위한 연구가 필요할 것으로 생각한다.

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August 2022, 34 (4)
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