The Effect of Squat Exercise Using a Reformer on Muscle Strength, Range of Motion, and Gait in Patients who Underwent Total Hip Replacement Surgery : A Pilot Study

Abstract

The propose of this study was to investigate the effects of squat exercise using a reformer on muscle strength, range of motion, and gait in hip joint replacement patients. This study was conducted on 20 patients hospitalized at a rehabilitation hospital in G City. As an intervention method, the experimental group performed squat exercises using a reformer, and the control group performed squat exercises, 7 times a week for 2 weeks. In the within-group comparison of the reformer group, there was a significant difference in hip flexion, extension, and abduction strength (p<0.05). There were significant differences within the group in the range of motion of hip extension and abduction and gait in the Reformer group (p<0.05). In comparison between groups, significant differences occurred in hip extension strength, hip extension, abduction range of motion, and gait (p<0.05).

본 연구의 목적은 리포머를 이용한 스쿼트 운동이 엉덩관절전치환술 환자의 근력, 관절가동범위 그리고 보행 능력에 미치는 영향을 알아보고자 하였다. 본 연구는 G시 소재의 재활병원에 입원 중인 환자 20명을 대상으로 실험을 실시하였다. 중재 방법으로 주 7회 2주간 실험군은 리포머를 이용한 스쿼트 운동을, 대조군은 스쿼트 운동을 시행하였다. 리포머군의 그룹 내 비교에서는 엉덩관절 굽힘, 폄, 벌림 근력에서 유의한 차이가 있었다(p<0.05). 리포머군의 엉덩관절 폄과 벌림의 관절가동범위와 보행에서도 그룹 내 유의한 차이가 있었다(p<0.05). 그룹 간 비교에서는 엉덩관절 폄 근력, 엉덩관절 폄, 벌림 관절가동범위 그리고 보행에서 유의한 차이가 발생하였다(p<0.05).

I. Introduction

전 세계적으로 3초에 1건 골다공증 골절이 발생한다[1]. 척추, 엉덩관절, 손목 및 위팔뼈는 골다공증 골절이 가장 흔한 부위이며[2], 그중에서도 엉덩관절 골절은 전체의 20%를 차지한다[3]. 골절은 골량 손실과 낙상의 위험 증가로 인해 나이가 들수록 증가한다[4]. 노년층에서 발생이 되는 균형 능력의 감소는 낙상 위험율을 2.9배 증가시키는 것으로 알려져 있다[11]. 골절 후 체중부하가 없는 경우에는 최대 1년까지도 환자의 기능 수준을 저하시킨다[12]. 엉덩관절 골절은 노화로 발생이 되는 질환 중 하나이며, 노인 사망의 7번째 원인이다[5, 6]. 엉덩관절 골절의 발병률은 고령화로 인하여 점점 증가하고 있으며[7, 8], 2050년까지 전 세계 엉덩관절 골절의 45-70% 가 아시아에서 발생할 것으로 예상된다[9, 10]. 그러므로 수술 후 재활은 일상으로의 복귀를 위해 필요하다.

엉덩관절 골절 환자는 고정술과 더불어 인공관절술을 시행한다[13]. 수술 후 재활로는 의사 간호사 물리치료사 작업치료사가 함께 접근하는 다학제적 접근이 있다[14]. 그러나 수술 후 환자들은 심리적 위축과 금기 자세에 대한 주의로 인해 보호자 또는 간병인에게 지나치게 의존하는 모습들이 나타난다[19]. 신체기능의 약화, 움직임의 제한은 통증의 증가를 만들고, 걱정과 우울, 수면장애는 정서적인 불안감을 증가시킨다[20]. 엉덩관절치환술 환자의 경우 대부분 고령이며, 엉덩관절을 제외한 다른 근골격계적인 질환을 가지고 있기 때문에 체중 지지를 포함한 조기재활에 두려움을 갖는 경우가 대다수이다. 수술 후 48시간 이내 시행하는 조기 보행[15]이나, 감독하에 진행이 되는 점진적 근력 강화훈련이 필요하며[16], 체중부하 훈련 및 균형 훈련[17], 일상생활 교육[18] 등을 포함한 운동이 권장되고 있다.

그중 스쿼트 운동은 대표적 닫힌 사슬 운동 중 하나이며[21], 다른 운동에 비해 부상 가능성이 낮고 신체기능을 향상시킬 수 있다는 특징을 가지고 있다[22]. 이러한 이유로 수술 초기에 합병증을 예방하고, 엉덩관절, 무릎관절, 발목관절 손상을 막으며, 관절가동범위의 회복을 위해 스쿼트 운동을 사용할 수 있다[23].

최근에 진행된 연구에서는 리포머를 이용한 체중지지 훈련이 정적 및 동적 균형, 기능적 이동, 자기 효능감 및 관절가동범위에서 효과적이며, 엉덩관절전치환술 환자의 일상 복귀에 긍정적인 영향을 미쳤다[24]고 보고하였다. 또 다른 연구에서는 기구를 적용한 스쿼트 운동이 체중 지지에서 점진적인 근력강화운동을 할 수 있고 엉덩관절의 근력이 떨어진 환자에게 적용 시킬 수 있다고 하였고[25], 골반이 비대칭적인 대상자들에게 리포머 운동을 적용한 결과 무릎관절의 굽힘 각도가 유의하게 증가하였다고 하였다[26]. 또한 엉덩관절전치환술 환자들은 다른 부위 수술을 한 경험을 가지고 있다[27].

이에 본 연구는 수술 후 시행되는 엉덩관절치환술 환자의 조기 재활을 위해서 리포머를 이용한 스쿼트 운동이 엉덩관절치환술 환자의 근력, 관절가동범위 그리고 보행에 미치는 효과를 알아보고자 한다.

II. Methods

1. Subjects

본 연구는 OO시에 위치한 OO재활병원에서 엉덩관절치환술 후 입원치료를 받는 65세 이상 노인 환자 20명을 실험군과 대조군을 무작위 배정하여 실시하였다. 연구대상자의 엉덩관절 전치환술의 수술 방향은 뒤, 가쪽 이였으며, 주 7회 2주간 총 14회 실시하였다. 또한 운동치료, 전기치료, 도수치료, 매트치료, 보행 치료, 특수작업치료, 일상생활동작훈련치료 등을 포함한 재활치료를 수행하였다. 모든 대상자는 연구에 참여하기 위해 연구의 목적과 필요성을 이해하고 충분한 설명 후, 자발적으로 실험에 참가하였다. 연구대상자의 일반적 특성은 아래와 같다<Table 1>.

2. Intervention

2.1 Reformer group

본 연구에 사용된 리포머(Reformer, Woong's Pilates, Korea)는 바로누운자세에서 스프링을 이용하여 강도 조절을 하였으며, 5개의 스프링 중 가장 약한 2개의 스프링을 연결하여 스쿼트 운동을 수행하였다. 운동을 시행하는 동안 수술 부위를 포함한 통증이 유발되지 않도록 하였다[27]. 운동 프로그램은 다음과 같다<Table 2><Figure 1>.

Table 1. General characteristics of the subjects

2.2 Control group

대조군은 운동치료, 전기치료, 도수치료, 매트 치료, 보행 치료, 특수작업치료, 일상생활동작훈련치료 등을 포함한 재활치료와 바로 선 자세에서 스쿼트 운동은 환자가 통증이 발생하지 않은 범위에서 실시하였다.

Table 2. Exercise program

Fig. 1. Reformer Exercise

3. Measurement

3.1 Manual Muscle Test

엉덩관절, 무릎관절 근력을 측정하기 위해 10년 차 이상의 물리치료사에 의해 도수 근력 검사(Manual Muscle Test, MMT)를 실시하였다. 엉덩관절치환술 환자에게는 탈구를 유발하는 금기 자세가 있으므로, 금기 자세를 주의하기 위해 엉덩관절 굽힘, 폄, 벌림은 수정된 근력 검사를 시행하였다[26]. MMT등급은 Normal: 5점, Good : 4점, Fair : 3점, Poor : 2점, Trace : 1점으로 수치화 하여 결과를 산출하였다[28]<Figure 2>.

3.2 Range of Motion

엉덩관절, 무릎관절 가동범위를 알아보기 위해 10년 차 이상의 물리치료사에 의해 고니어미터로 측정하였다. 엉덩관절치환술 환자에게는 탈구를 유발하는 금기 자세가 있으므로, 금기 자세를 주의하기 위해 엉덩관절 굽힘, 폄, 벌림의 관절가동범위 검사를 시행하였다[29].

Fig. 2. Hip Manual Muscle Test

3.3 Functional Ambulation Category

보행 능력을 평가하기 위해 기능적 보행 검사를 실시하였다. 보조도구 사용에 관계없이 환자가 걸을 때 얼마나 많은 지지가 필요한지의 여부를 0에서 5점을 부여할 수 있다. 걷기를 시각적으로 빠르게 측정하는 방법으로 실내 보행을 원칙으로 실시하였다[30].

4. Statistical analysis

본 연구의 자료 분석 방법은 통계 프로그램인 SPSS for WINDOW, version 20.0 통계 프로그램을 이용하여 분석하였다. 대상자의 일반적 특성은 기술 통계를 진행하였고, 비모수 검정을 실시하였다. 그룹 내 중재 전 ‧ 후 비교를 위해 윌콕슨 부호 순위 검정(Wilcoxon Sign Ranks)을 사용하였다. 각 그룹 간의 차이를 보기 위하여 맨-휘트니 U검정(Mann-Whitney U)을 실시하였다. 통계학적 유의수준은 α=.05로 설정하였다.

III. Results

1. Comparison of muscle strength, range of motion and gait within groups

그룹 내 비교에서 근력은 리포머군에서 엉덩관절 굽힘에서 운동 전 3.30±0.21등급, 운동 후 3.70±0.15 등급으로, 폄에서 운동 전 3.00±0.14 등급, 운동 후 3.45±0.52 등급으로, 벌림에서 운동 전 3.09±0.53 등급, 운동 후 3.50±0.16 등급으로 유의한 차이가 나타났다(p＜0.05). 대조군의 엉덩관절 동작 별 근력에서는 유의한 차이가 나타나지 않았다(p＞0.05)<Table 3>.

관절가동범위는 리포머군은 엉덩관절 폄에서는 운동 전 6.00±2.08 에서 운동 후 10.50±1.89로, 벌림에서는 운동 전 33.00±2.80에서, 운동 후 41.00±2.33 로 유의한 차이가 나타났다(p＜0.05). 리포머군에서 엉덩관절 굽힘을 포함한 대조군의 엉덩관절 동작 별 관절가동범위에서 유의한 차이가 나타나지 않았다(p＞0.05)<Table 3>.

보행은 리포머군은 운동 전 1.00±0.29 score, 운동 후 3.20±0.24로 유의한 차이가 나타났다(p＜0.05). 대조군에서는 유의한 차이가 없는 것으로 나타났다(p＞0.05)<Table 3>.

2. Comparison of muscle strength, range of motion and gait between groups

근력에서는 엉덩관절 굽힘에서 리포머군의 변화값은 0.40±0.16등급, 대조군의 변화값은 0.20±0.13등급 이였고, 폄에서 리포머군의 변화값은 0.50±0.16등급, 대조군의 변화값은 0.00±0.00 등급 이였고, 벌림에서 리포머군의 변화값은 0.40±0.16 등급, 대조군의 변화값은 0.10±0.10 등급 이였다. 리포머군과 대조군 사이의 엉덩관절 폄 근력에서 유의한 차이가 나타났다(p＜0.05)<Table 3>.

관절가동범위에서는 엉덩관절 굽힘에서 리포머군의 변화값은 6.00±3.05도, 대조군의 변화값은 0.00±0.00도 이였고, 엉덩관절 폄에서 리포머군의 변화값은 4.50±1.74도, 대조군의 변화값은 0.50±0.50도 이였고, 벌림에서 리포머군의 변화값은 8.00±2.70도, 대조군의 변화값은 1.00±0.66도였다. 리포머군과 대조군 사이의 엉덩관절폄, 벌림 관절가동범위에서 유의한 차이가 나타났다(p＜0.05)<Table 3>. 보행에서 리포머군의 변화값은 2.20±0.29 score, 대조군의 변화값은 0.30±0.21 score 였다. 리포머군과 대조군 사이에서 유의한 차이가 나타났다(p＜0.05)<Table 3>.

Table 3. Results for muscle strength, joint range of motion and gait

Values are Mean ± Standard deviation

MMT: Manual Muscle Test

Wilcoxon signed-rank test * p < 0.05

IV. Discuss

본 연구는 엉덩관절치환술 환자 20명을 대상으로 리포머를 이용한 스쿼트 운동을 통한 체중 지지 훈련이 하지의 근력과 관절가동범위 및 보행에 미치는 영향을 알아보고자 실시하였다.

대부분 많은 환자들은 수술 후 움직임에 대한 두려움으로 인해서 정확한 체중 지지를 회피하려고 한다[19]. 금기 자세에 대한 교육과 재 탈구에 대한 두려움으로 인해서 보호자에 대한 의존율이 높아진다[31]. 이런 움직임에 대한 두려움을 지닌 수술 초기 환자에게 있어서 기구를 이용한 훈련은 안정감을 제공할 수 있다[29]. 선행연구에서는 엉덩관절치환술 환자의 조기 치료 시 단순 물리치료 군보다 기구를 이용한 운동을 시행한 군에서 높은 효율성과 근력의 증가를 보고하였다[31].

본 연구에서도 리포머군의 그룹 내에서 엉덩관절 굽힘, 폄, 벌림의 근력에서 유의한 차이가 나타났다. 그룹 간에서는 엉덩관절의 폄에서 유의한 차이가 나타났다. 이는 리포머에서 스프링을 밀어내며 무릎관절 엉덩관절의 폄을 만든 후 스쿼트 하는 과정에서 엉덩관절을 천천히 굽힘 하며 발생 되어지는 편심성 수축이 엉덩관절 폄의 그룹 간 차이에서 유의한 차이를 만들어 냈을 것이라고 생각된다. 스쿼트 운동은 비 체중 지지보다 많은 관절의 움직임을 필요로 한다[29]. 또한 스쿼트 운동은 고령의 대상자 뿐만 아니라 수술환자에게도 많이 사용되어 진다[32]. 이는 스쿼트 운동이 수술 초기부터 권장 되어지고 있는 닫힌 사슬운동(Closed chain exercise)이기 때문이다[33].

엉덩관절치환술 환자는 수술 후 수술 방향에 따른 금기자세가 따른다. 후 ‧ 외측 수술을 시행 시 90도 이상의 굽힘, 모음, 안쪽돌림에 대해 금기 시 하며, 전방 수술을 시행 시 폄, 벌림, 바깥돌림에 대해 금기시한다[34]. 이는 탈구되는 자세와 관련이 있다. 본 연구에 참가한 대상자들은 후 ‧ 외측 수술을 시행하였으며, 엉덩관절 굽힘, 폄, 벌림에서 그룹 간 유의한 차이가 나타났다. 리포머에서의 스쿼트 운동이 엉덩관절의 다양한 움직임을 만들어 냈을 것으로 판단된다. 엉덩관절 치환술 후 엉덩관절의 움직임과 기울기, 돌림 범위에서 비대칭이 관찰된다[35]. 그리고 수술 후 보행속도, 보폭 및 엉덩관절 가동범위에서 감소가 발생된다[36]. 또한 수술 후 벌림 모멘트의 감소는 보행속도와 보폭에 영향을 미치기도 한다[37].

본 연구에서 보행에서는 리포머 그룹에서 그룹 내 유의한 차이가 나타났고, 그룹 간 비교에서도 대조군에 비해서 리포머군에서 유의한 차이가 나타났다. 이는 리포머를 이용한 스쿼트 운동으로 인해서 엉덩관절의 폄과 벌림에서 관절가동범위와 근력의 긍정적인 효과를 얻었고 이로 인한 지지의 안정성이 보행을 수행함에 있어서 도움이 되었을 것이다. 선행연구에서는 엉덩관절치환술 후 환자를 대상으로 시행한 리포머에서의 운동은 안전한 체중 지지 훈련을 수행할 수 있도록 도와주어 환자의 균형 및 보행 능력 개선에 도움이 되었다[30]. 또 다른 연구에서는 선행연구에서는 리포머는 하지 근육의 발달과 더불어 자세 조절 개선에 효과적이였다고 보고하였다[35]. 그러므로 근력의 향상으로 인하여 자세 조절이 되어서 보행 능력의 향상에 기여하였을 것이라 생각된다.

본 연구의 제한점으로는 재활병원에서 입원해 있는 환자만을 대상으로 하였기에 일반화함에 무리가 있고, 개별적인 활동 시간을 통제하지 못하였기에 수술 후 다른 변수들의 제어하지 못했다. 그리고 주관적인 평가도구를 사용하였기에 이러한 제한을 보완하여 향후 연구들이 이루어져야 할 것이다.

V. Conclsions

본 연구는 엉덩관절치환술 환자를 대상으로 리포머를 이용한 스쿼트 운동을 통해 엉덩관절의 근력과 관절가동범위 그리고 보행에 대해 미치는 영향에 대해 아래와 같은 결론을 얻었다.

집단 내 중재 전‧후 비교 시 엉덩관절 굽힘, 폄, 벌림 근력, 엉덩관절 폄, 벌림 관절가동범위 그리고 보행에서는 리포머군에서 유의한 차이가 나타났다(p＜0.05).

집단 간 중재 전‧후 비교에서는 엉덩관절 폄 근력과 엉덩관절 폄, 벌림 관절가동범위 그리고 보행에서 유의한 차이가 나타났다(p＜0.05). 엉덩관절 치환술 환자에게 리포머를 통한 스쿼트 운동이 근력과 관절가동범위의 회복 및 보행 능력 개선에 긍정적인 효과를 확인할 수 있었다.