The Effect of Seating Surface Angle on the Deep Abdominal Muscle and Lower Limb Muscle Thickness in Normal Adults

앉는 면의 각도가 정상성인의 심부 복근과 다리근육 두께에 미치는 영향

Abstract

Purpose : Although many studies have explored the effect of seating side angles on the spinal curve and surrounding muscles during seating, only a few studies have investigated the effect of different seating face angles on different lower limb and deep trunk muscles. Therefore, this study investigated the effects of seating surface angles (0 degrees, 10 degree anterior, and 10 degree rear) on lower extremity and deep trunk muscles in healthy adults. Methods : Thirty people were asked to sit once on each seating surface three times during the day, and their muscle thicknesses were measured by ultrasound while sitting. The method of sitting was the same when sitting on the three seating surfaces. Results : From the comparison results of the muscle thicknesses according to the seating surface angles, a significant difference existed in the muscle thicknesses of the vastus medialis, vastus medialis oblique, vastus intermedius, soleus and gastrocnemius (p<.05). However, no significant difference was found in the transversus abdominis, internal obliques, rectus femoris and vastus lateralis (p>.05). Conclusion : Our findings revealed that the lower back load decreases, the leg load increases, and the legs specific muscles are affected as the body tilts forward when sitting on the seating surface inclined forward. Therefore, it is possible to suggest a forwardly inclined seating surface that reduces lower back loads and utilizes the posture-maintaining muscles of the legs when sitting in a person with a poor sitting posture or lower back pain at ordinary times.

Ⅰ. 서론

앉는 것은 인간에게 필수적인 휴식 자세이며 일상생활활동의 많은 부분을 포함한다(Ganokroj 등, 2021). 특히, 현대에는 점점 더 많은 사람들이 직장과 여가 시간에 앉은 자세로 오랜 시간을 보내면서 좌식 생활이 만연해졌다(Hadgraft 등, 2015). 장시간 좌식 생활로 인한 활동 부족은 제2형 당뇨병(Dunstan 등, 2012), 일부 암 (Schmid & Leitzmann, 2014), 조기 사망(van der Ploeg 등, 2015), 비만(Paz-Krumdiek 등, 2020), 근육뼈대계 질환 (Thorp 등, 2011) 등의 다양한 신체 질환을 유발할 수 있다.

허리통증은 장시간 앉은 자세로 인해 발생하는 대표적인 근육뼈대계 질환으로 앉은 자세와 허리통증 사이에는 연관성이 높다(De Carvalho 등, 2020; Park 등, 2018). 시상면상의 척추 정렬은 앉은 자세와 서 있는 자세 사이에 차이가 있다(Kamaci 등, 2015). 앉은 자세에서는 허리뼈 분절 사이가 굽힘되고 서 있는 자세와 비교하여 허리 앞굽음이 감소하고 골반이 뒤쪽으로 회전된다 (Hey 등, 2017a; Le & Marras, 2016). 이러한 자세 변화가 허리통증을 유발할 수 있다. 또한, 앉은 자세에서는 허리 주변의 근육 활성화가 감소하여 인대 및 척추사이원반 등의 수동 조직에 부하가 증가하고 장시간 앉은 자세의 정적이고 지속적인 하중은 척추사이원반의 구조적 성질을 변화시킨다(Mörl & Bradl, 2013; Neidlinger-Wilke 등, 2014). 이는 척추사이원반의 영양 상태, 압력, 척추 움직임에 부정적인 영향을 미쳐 허리통증을 유발할 수 있다 (O'Sullivan 등, 2006a).

앉은 자세와 다리 근육뼈대계 질환 사이의 인과관계는 명확하게 밝혀지지 않았다(Stock 등, 2018). 하지만, 장시간 앉은 자세에 관한 연구에서 다리의 불편함, 부종, 동맥질환 등을 보고했다(Asfour 등, 2022; Nicoletti & Läubli, 2018). 따라서 앉아 있는 자세의 근육활동을 포함한 여러 메커니즘에 대한 더 나은 이해는 다리의 근육뼈대계 질환을 예방하거나 최소화하기 위한 명확한 프로토콜을 개발하는데 도움이 될 수 있다(Baker 등, 2018).

앉은 자세로 인한 부정적인 영향을 개선하기 위해 경사진 의자 사용이 제안되었다. 앉는 면이 앞쪽으로 경사진 의자를 사용했을 때 허리뼈와 골반의 자세를 크게 개선하였고(De Carvalho 등, 2017), 척추의 중립 정렬을 유지하는 데 효과적이라고 보고되고 있다(Yim 등, 2020). 앉는 면이 앞쪽으로 10 ° 경사진 의자에 앉으면 등뼈와 허리뼈의 변화가 적고 보상적 허리뼈 굽힘이 감소한다고 하였다(Kim 등, 2014). 하지만 앞쪽으로 경사진 의자에 앉으면 복부근육 활성이 현저히 감소한다는 부정적인 연구결과도 보고되고 있다(Price 등, 2014).

지금까지의 연구에서는 앉는 면의 각도가 척추의 정렬과 표면 근육의 활성도에 미치는 영향을 조사한 연구가 대부분이었으며 깊은 근육인 배가로근과 배속빗근 및 다리 근육에 미치는 영향에 대한 연구는 현재까지 이루어지지 않았다. 선행연구에서도 앉는 면의 각도가 허리의 안정성에 영향을 미치는 몸통 깊은 근육들에 미치는 영향에 대한 연구의 필요성을 언급하고 있다(Lee, 2017; Woo, 2016). 따라서 본 연구의 목적은 정상 성인을 대상으로 앞쪽 10 °, 0 °, 뒤쪽 10 ° 각도의 앉는 면이 허리 안정성에 중요한 근육인 배가로근과 배속빗근 및 다리 근육들의 두께에 미치는 영향을 조사하는 것이었다. 이를 통해 앉는 자세로 인한 허리통증 및 근육뼈대계 질환의 예방에 필요한 기초자료를 제공하고자 한다.

Ⅱ. 연구방법

1. 연구 대상

본 연구는 대구시 동구의 J 병원에서 정상 성인 30명을 대상으로 실시하였다. 적절한 대상자 수를 결정하기 위해 G*power(Version 3.1.9.4, Universitä Kiel, Germany) 를 사용하였으며, 본 연구와 디자인이 같은 선행연구를 참고하였다(Yim 등, 2020). 신뢰구간 95 %, 검정력 80 %, 평균 효과크기 .3, 유의수준 .05로 계산한 결과 20명의 대상자가 산출되었다(Faul 등, 2009). 참가자들의 중도 포기 및 측정 실패를 고려하여 총 30명의 참가자들을 모집하였다. 선정기준은 만 19세 이상의 건강한 성인으로 실험에 영향을 주는 인지적, 정신적 문제가 없는 자였다. 근육뼈대계 및 신경계의 병리학적 소견이 있는 자, 목과 허리통증으로 최근 6개월 이내의 치료 경험이 있는 자, 척추의 굽힘이나 폄 시 움직임의 제한이 있는 자, 과거 척추 수술의 경험이 있는 자는 연구대상에서 제외하였다(Yim 등, 2020). 실험 참가자들 전원에게 사전에 연구의 목적, 실험내용 및 실험 시 노출의 정도를 설명한 후 자발적으로 참가 동의서를 서면으로 받았다. 본 연구는 대구대학교 생명윤리위원회의 승인을 받았으며 (1040621-202009-HR-007), 헬싱키 선언에 따라 수행되었다.

2. 실험절차

실험조건은 선행연구를 참고하여 앉는 면의 각도를앞쪽 10 °, 0 °, 뒤쪽 10 °로 설정하였다(Kim 등, 2014; Yim 등, 2020). 본 실험에 사용될 앉는 면을 만들기 위해가로 300 ㎜, 세로 300 ㎜, 폭 30 ㎜의 목재를 사용하여 10 ° 경사판을 제작하였고 앉았을 때 미끄러지는 것을 방지하기 위해 천을 덮었다(Fig 1).

Fig 1. Slope plate

등받이가 없는 의자 위에 경사판을 올려놓고 경사판의 방향을 바꾸어 앞쪽 10 °와 뒤쪽 10 ° 각도의 앉는 면으로 하였다. 0 ° 앉는 면은 경사판의 두께와 같은 받침대를 의자 위에 올려 앉는 면의 높이 차이에 의한 오차를 줄였다.

연구원 한 명이 사전에 실험조건마다 앉는 자세를 교육하고 시범으로 보여주었다. 참가자들은 각 실험조건에 한 번씩 평소에 앉는 편안한 자세로 앉았고 앞쪽 벽면의 고정된 점을 응시하였다. 실험조건의 순서는 학습효과를 줄이기 위해 무작위 순서로 진행하였다(Fig 2).

Fig 2. Diagram of experimental procedure

봉인된 봉투에 앉는 면의 각도가 적힌 카드를 넣은 후, 각 참가자들이 카드를 뽑은 순서대로 실험을 실시하였다. 필요한 경우에는 발판을 사용하여 실험조건마다 엉덩관절과 무릎관절의 각도를 일정하게 유지하였고 발의 위치는 처음 위치와 동일하게 하였다(Yim 등, 2020). 각 실험조건에 앉아 있는 동안 초음파로 배가로근, 배속 빗근, 넙다리곧은근, 가쪽넓은근, 안쪽넓은근, 빗안쪽넓은근, 중간넓은근, 장딴지근, 가자미근의 두께를 측정하 였다. 각 실험조건 사이에는 참가자들이 일어서서 휴식할 수 있도록 30초의 시간이 주어졌다(O'Sullivan 등, 2006b).

3. 측정도구 및 측정방법

본 연구에서는 전문적인 교육을 받은 한 명의 검사자가 초음파 진단 영상장비(LS128, Telemed, Lithuania)를 사용하여 각 실험조건에서 근육들의 두께를 측정하였다 (Fig 3). 10㎒ 선형 탐촉자를 사용하였고 근육의 정적 단면적을 측정할 수 있는 B-모드 스캔으로 초음파 이미지를 수집하였다(Yun & Kim, 2014). 근육 두께의 계산은한 명의 검사자가 Image J 소프트웨어를 사용하여 측정하였다. 신뢰성을 높이기 위하여 각 실험조건에서 세 번 기록하여 평균값을 분석에 사용하였다.

Fig 3. Measurement of muscle thickness using ultrasound

배가로근과 배속빗근의 두께는 앞쪽 겨드랑이선을 따라 엉덩뼈 능선과 마지막 갈비뼈 사이에서 측정하였다. 영상의 선명도를 위해 탐촉자를 수직으로 위치시키고 호흡에 따라서 배가로근의 두께가 변하기 때문에 들숨의 끝에서 측정하였다(Rasouli 등, 2011). 초음파 영상에서 가슴허리근막과 배가로근이 만나는 근막접합부위로부터 2.5 ㎝ 떨어진 지점에서 수직선을 그어 배가로근, 배속빗근의 두께를 측정하였다(Aboufazeli & Afshar-Mahajer, 2018).

장딴지근과 가자미근의 두께는 우세측 다리의 최대 둘레 수준에서 장딴지근의 안쪽섬유 중간 지점에 탐촉자를 수직으로 위치시켜 측정하였다(Monjo 등, 2020). 넙다리곧은근과 중간넓은근의 두께는 우세측 다리의 위앞엉덩뼈가시에서부터 무릎뼈의 윗면을 잇는 선의 50 % 지점에서 측정하였고 가쪽넓은근은 넙다리곧은근과 중간넓은근의 측정 위치에서 근육 둘레의 10 % 가쪽에서 측정하였다. 안쪽넓은근은 위앞엉덩뼈가시에서부터 무릎뼈 윗면 사이의 20 % 지점을 찾은 후 근육 둘레의 12.5 % 안쪽에서 측정을 하였고 빗안쪽넓은근은 무릎뼈 윗면에서 안쪽 3 ㎝, 위쪽 4 ㎝ 지점에서 측정하였다. 초음파 영상에서 근육의 중간 부분과 양 끝부분의 두께를 측정하여 세 부분의 평균값을 해당 근육의 두께로 계산하였다(Cheon & Chang, 2020).

4. 자료 분석

본 연구에서 수집된 자료는 SPSS 26.0 프로그램을 이용하여 통계처리 하였고, 모든 자료는 평균±표준편차(mean±SD)로 기술하였다. 정규성 검정은 shapiro-wilk 검정을 사용하여 확인하였다. 앉는 면의 각도가 배가로근, 배속빗근, 넙다리곧은근, 가쪽넓은근, 안쪽넓은근, 빗안쪽넓은근, 중간넓은근, 장딴지근, 가자미근의 두께에 미치는 영향을 비교하기 위해 일요인 분산분석(one-way ANOVA)을 실시하였다. 실험조건 사이의 차이를 분석하기 위한 사후검정으로 최소 유의차 검정(least square difference; LSD)를 사용하였다. 통계적 유의수준은 α =.05로 설정하였다.

Ⅲ. 결과

1. 연구 대상자의 일반적 특성

본 연구에는 총 30명이 참가하였고 남성 22명, 여성 8명으로 중도 포기자나 측정 실패는 없었다. 참가자들의 평균 연령은 30.53세, 평균 신장은 169.87 ㎝, 평균 몸무게는 67.20 ㎏ 이었다(Table 1).

Table 1. General characteristics of participants (n=30)

2. 앉는 면의 각도에 따른 근육 두께 비교

앉는 면의 각도에 따른 근육 두께를 비교한 결과 안쪽 넓은근, 빗안쪽넓은근, 중간넓은근, 장딴지근, 가자미근의 두께에 유의한 차이가 있었다(p<.05)(Table 2). 사후분석 결과 안쪽넓은근은 세 가지 각도의 앉는 면 모두에서 유의한 차이가 있었고 앞쪽 10 ° 앉는 면에서 가장 두꺼 웠다(p<.05)(Table 2). 빗안쪽넓은근은 뒤쪽 10 ° 앉는 면보다 앞쪽 10°와 0° 앉는 면에서 유의하게 두꺼웠다 (p<.05)(Table 2). 가자미근은 뒤쪽 10 ° 앉는 면보다 앞쪽 10 ° 앉는 면에서 유의하게 두꺼웠으며, 장딴지근과 중간넓은근은 0 °와 뒤쪽 10 ° 앉는 면보다 앞쪽 10 ° 앉는 면에서 근육 두께가 유의하게 두꺼웠다(p<.05)(Table 2). 배가로근, 배속빗근, 넙다리곧은근, 가쪽넓은근에서는 유의한 차이가 나타나지 않았다(p>.05)(Table 2).

Table 2. Comparison of muscle thickness according to the angle of the sitting surface (unit: ㎜)

TRA; transverse abdominis, IO; internal oblique, RF; rectus femoris, VL; vastus lateralis, VM; vastus medialis, VMO; vastus medialis oblique, VI; vastus intermedius, GCM; gastrocnemius, SO; soleus

Ⅳ. 고찰

앉는 자세는 서 있는 자세에 비해 허리앞굽음이 50 % 감소한다(Endo 등, 2012). 게다가 대부분의 사람들은 바른 자세가 아닌 구부정한 자세로 앉는다(Hey 등, 2017b). 목뼈, 등뼈, 허리뼈는 생체역학적으로 관련이 있으므로 (Quek 등, 2013), 구부정하게 앉는 자세는 허리통증 뿐만 아니라 등허리뼈 부위의 근육 성능을 감소시키고 앞쪽머리자세와 같은 척추 정렬의 이상을 초래할 수 있다 (Park & Bae, 2013). 앉는 자세에서의 이러한 비정상적인 척추 정렬을 개선하기 위해 앉는 면이 앞쪽으로 경사진 의자 사용이 제안되었다. 하지만 앉는 면의 다양한 각도가 몸통 주위 근육과 다리 근육에 미치는 영향에 대한 연구는 부족한 실정이다. 따라서 본 연구는 정상 성인을 대상으로 앞쪽 10 °, 0 °, 뒤쪽 10 ° 각도의 앉는 면이 허리 안정성에 중요한 근육인 배가로근과 배속빗근 및 다리 근육들의 두께에 미치는 영향을 조사하는 것을 목적으로 실시하였다.

본 연구의 결과 앉는 면의 각도에 따라 배가로근과 배속빗근의 근육 두께는 유의한 차이가 나타나지 않았다. 앉는 면의 각도가 척추 정렬에 미치는 영향을 조사한 연구에서는 뒤쪽으로 경사진 앉는 면은 허리 앞굽음을 감소시키지만 앞쪽으로 경사진 앉는 면은 허리 앞굽음을 증가시키며 중립적인 척추 정렬을 유지하는데 효과적이라고 하였다(Yim 등, 2020). 배가로근과 배속빗근은 척추 분절의 안정화에 기여하는 근육이며(Park 등, 2022), 만성 허리통증의 정도를 평가하기 위한 실행 가능한 진단 지표이다(Ge 등, 2021). 따라서 복부근육의 활성 감소는 허리뼈가 불안정하거나 허리통증이 있는 환자에게 임상적으로 중요한 문제이다(ShahAli 등, 2019). 본 연구결과에서 앉는 면의 각도는 배가로근과 배속빗근의 근육 두께에 영향을 미치지 않았다. 이는 허리 앞굽음의 변화가 배가로근과 배속빗근의 활성을 감소시키지 않는다는 것을 의미한다. 앉은 자세에서 허리 앞굽음과 허리안정화 근육의 근력은 상관관계가 없다고 보고한 선행연구와 같은 결과를 나타냈다(Mehta 등, 2016).

안쪽넓은근, 빗안쪽넓은근, 중간넓은근, 장딴지근, 가자미근에서 유의한 근육 두께 차이가 발견되었고 앞쪽 10 ° 앉는 면에서 가장 두꺼운 경향을 나타냈다. 근육의 두께 변화는 근육의 전기적 활동의 변화를 나타내는데 사용될 수 있으며(MeMeeken 등, 2004), 표면 근전도를 이용하여 측정되는 근육 활성도와 초음파로 측정이 가능한 근육의 두께는 연관성이 있다(Brown & McGill, 2010). 따라서, 초음파 검사를 통해 근육의 두께가 증가되었다는 것은 그만큼 근육의 활성도가 증가되었다는 의미로 해석이 가능하다(Kim 등, 2014). 선행연구에서는 앞쪽으로 경사진 앉는 면이 허리 앞굽음을 증가시킨다고 하였다(Hamaoui 등, 2016). 본 연구에서도 앞쪽 10 ° 앉는 면에서 허리 앞굽음이 증가하면서 신체의 질량중심이 앞쪽으로 이동되어 다리에 하중이 증가되었으며 앉은 자세의 무릎관절과 발목관절 각도를 유지하기 위해 무릎관절 폄근과 발목관절 발바닥굽힘근들이 더 활성화된 것으로 생각된다.

무릎관절 폄근 중에서 안쪽넓은근, 빗안쪽넓은근, 중간넓은근에서는 유의한 차이가 있었으나 가쪽넓은근과 넙다리곧은근에서는 유의한 차이가 없었다. 무릎이 굽힘된 상태에서의 정적인 동작은 가쪽넓은근에 비해 안쪽넓은근을 활성화시키며(Jaberzadeh 등, 2016), 엉덩관절 모음이 없는 운동에 비해 엉덩관절 모음을 동반한 운동에서 빗안쪽넓은근 활성의 증가를 보고하였다(Miao 등, 2015). 이처럼 본 연구에서도 앞쪽 10 ° 경사면에 앉은 자세는 엉덩관절이 모음되고 무릎관절이 굽힘된 정적인 동작이기 때문에 가쪽넓은근과 넙다리곧은근에 비해 안쪽넓은근, 빗안쪽넓은근, 중간넓은근이 더 작용하는 것으로 생각된다. 중간넓은근은 등척성 무릎 굽힘 동안 동시 활성이 넙다리네갈래근의 다른 세 근육보다 더 높고 무릎관절 안정화에 주로 작용한다고 보고한 선행연구가 본 연구 결과를 지지한다(Saito & Akima, 2015). 발목관절의 발바닥굽힘근인 장딴지근과 가자미근 모두에서 앞쪽 10 ° 앉는 면의 근육 두께가 유의하게 두꺼웠다. 장딴지근과 가자미근은 항중력근으로 다른 근육보다 피로에 대한 저항력이 강하다(Joudeh 등, 2018). 다른 각도의 앉는 면과 비교하여 다리의 하중이 큰 앞쪽 10 ° 앉는 면에서 발목관절을 안정화시키기 위하여 장딴지근과 가자미근이 더 작용하는 것으로 생각된다. 앞쪽으로 경사진 의자에서 표면근전도 검사를 이용하여 다리근육의 활성화를 조사한 연구에서도 무릎관절 폄근과 발목관절 발바닥굽힘근의 활성이 높다고 보고하여 본 연구와 같은 결과가 나타났다(Hamaoui 등, 2016).

본 연구에는 몇 가지 제한점이 있다. 첫째, 정상 성인 30명만을 대상으로 하였으므로 전체 인구나 허리통증 환자에게 일반화하기에는 어렵다. 둘째, 앉는 자세나 의자의 등받이 유무에 따라 다른 결과가 나타날 수 있다. 셋째, 본 연구에서는 초음파 검사를 사용하여 즉각적인 근육의 두께 변화만을 조사하였으므로 장시간 앉는 자세가 미치는 영향과 실제로 다리에 하중이 증가하는지에 대한 조사는 이루어지지 않았다. 넷째, 엉덩관절 모음근, 넙다리두갈래근, 앞정강근 등의 근육들이 조사에서 제외되었다. 따라서 이러한 제한점들을 보완한 추가 연구가 필요하다.

Ⅴ. 결론

본 연구결과 다양한 각도의 앉는 면은 배가로근과 배속빗근의 두께에 영향을 미치지 않았고 앞쪽 경사 앉는 면은 무릎관절 폄근과 발목관절 발바닥굽힘근의 두께를 증가시켰다. 이는 앞쪽으로 경사진 앉는 면에서 무릎관절 폄근과 발바닥굽힘근의 작용이 증가하여 허리의 부하감소에 기여하는 것을 시사한다. 따라서 척추정렬 개선에 효과가 있는 앞쪽으로 경사진 앉는 면은 허리 안정성에 중요한 근육인 배가로근과 배속빗근의 활성을 감소시키지 않으며 다리 근육을 더 사용하여 허리의 부하를 줄이므로 앉는 자세가 불량하거나 허리통증이 있는 환자에게 앞쪽으로 경사진 의자에 앉는 것을 제안할 수 있다.