Effects of Cervical Stabilization Exercise Using Pressure Biofeedback on Muscle Tone, Muscle Endurance and Craniovertebral Angle in Collage Students with Forward Head Posture

Abstract

The purpose of this study was to the effects of a cervical stabilization exercise using pressure biofeedback intervention on suboccipital muscle tone, deep neck flexor muscle endurance, and craniovertebral angle in college students with forward head posture. The subjects of the study were selected as BCSEG(n=12) and CG(n=12), and the intervention was performed for 50 minutes, 3 times a week for 8 weeks. The results of the study showed that after biofeedback neck stabilization exercises, the suboccipital muscle significantly decreased in stiffness and muscle tone in the BCSEG(p<.01), and the deep neck flexors significantly increased in muscle endurance(p<.01) and craniovertebral angle(p<.01). The results of the cervical stabilization exercises with biofeedback are thought to improve cranio- vertebral angle by improving muscle function of the suboccipital muscles and deep neck flexors, which cervical stabilization exercises with biofeedback may be suggested as an intervention to improve FHP.

이 연구는 앞쪽머리자세를 가진 대학생을 대상으로 바이오피드백을 적용한 목뼈 안정화 운동중재가 뒤통수근육의 긴장도, 깊은목굽힘근 지구력 및 머리뼈 척추각에 어떠한 영향을 미치는지 알아보고자 실시되었다. 연구 대상자는 바이오피드백 목뼈 안정화 운동군(BCSEG) 12명과 대조군(CG) 12명을 선정하였으며, 8주간 주 3회, 50분간 실시하였다. 이 연구 결과 바이오피드백을 적용한 목뼈 안정화 운동 후 뒤통수밑근은 BCSEG에서 경직도와 근 긴장도가 유의하게 감소하였고(p<.01), 깊은목굽힘근은 BCSEG에서 근지구력(p<.01)과 머리 척추각(p<.01) 유의하게 증가하였다. 이상의 결과를 종합해 보면 바이오피드백을 적용한 목뼈 안정화 운동은 뒤통수밑근과 깊은목굽힘근의 근기능 향상시킴으로써 머리 척추각도 개선을 한 것으로 생각된다. 압력 바이오피드백을 적용한 목뼈 안정화 운동은 FHP를 개선을 위한 중재방법으로 제안될 수 있다.

I. Introduction

현대사회에서 스마트폰과 같은 디지털 기기는 일상에서 떼어놓을 수 없는 필수품으로 대부분 사람들은 하루 중 상당부분을 디지털 기기로 시간을 보내고 있다[1]. 2,061명의 학생을 대상으로 실시한 최신 연구에 의하면 74.8%가 스마트폰 중독(nomophobic)이며 이중 18.9%는 심각한 노모포비아(nomophobic)로 보고하고 있다[2].

인간은 환경의 변화에 뛰어난 적응력을 만들어 내는데 장시간 스마트폰과 컴퓨터를 잘못된 자세로 사용하면 목관절의 운동범위의 제한과 움직임 감소로 목과 어깨의 통증 등 다양한 신체적 문제가 발생할 수 있으며, 특히 젊은 층에서 흔히 볼 수 있다. 이러한 기기를 사용하려면 오랜 시간 동안 굽힘한 정적인 자세를 취해야 하는데 이는 머리와 목 근육의 지속적인 수축을 유발하게 되어 목과 어깨관절의 자세 정렬에 문제를 야기한다[3].

Fishman 등[4] 연구에 의하면 주당 20시간 이상 디지털 기기를 사용하면 목관절의 근골격계질환 발병률이 높아진다고 보고하고 있으며 대표적인 질환이 앞쪽머리자세(Forward Head Posture, FHP)이다. FHP는 목과 어깨 통증의 잠재적 위험 요인이며[5] 만성화되는 경향이 있으므로 조기예방과 진단을 위해서는 위험인자를 파악하는 것이 중요하다.

목관절은 머리의 무게와 굽힘 움직임을 전달하며[6] 그 기능을 효과적으로 수행하기 위해서는 머리의 위치가 신체의 무게 중심과 수직으로 정렬되어 척추에 압박력과 근육의 긴장을 최소화해야 한다[7].

하지만 FHP와 같은 비정상적인 자세는 머리가 무게 중심을 따라 수직선의 앞쪽에 위치하며 목의 앞굽은각이 점차 감소하고[8] 머리의 상대적 위치 변화로 인해 위쪽 목뼈(C1-C3)의 과도한 폄과 아래쪽 목뼈(C4-C7)의 굽힘의 변형을 유발한다[9-10]. 이러한 변형은 머리의 무게중심이 1cm 앞으로 이동 시 2~3kg의 힘의 목뼈에 가중되며 이러한 상태가 지속될수록 주변 근육, 힘줄, 인대 등의 동원이 증가되어 목뼈 자세정렬의 변화를 만든다[11].

따라서 머리의 위치에 대한 자세한 분석을 위해 머리척추각도(cranio-vertebral angle, CVA)의 측정이 필요하다. 이러한 자세변화는 목관절의 고유수용감각 감소, 호흡 패턴의 변화 및 비정상적인 근육활동으로 이어지기 때문에[12] 이러한 경우 척추의 균형을 맞추기 위해 더 많은 근육 노력이 필요하게 된다.

근육 불균형은 FHP로 인해 목뼈 앞쪽 근육이 길어지거나 약해지고 목뼈 뒤쪽 근육이 짧아지고 활성화되는 형태로 발생할 수 있다. 대표적으로 표면근육인 위등세모근, 목빗근의 단축되고 어깨올림근과 머리·목 널판근이 신장된다[13]. 특히 목의 폄근과 굽힘근의 장애를 유발하는데 목뼈를 지지하고 안정화를 담당하는 심부근육인 뒤통수밑근은 단축되고, 깊은목굽힘근의 활성화를 감소시켜 약화되는 비정상적인 근활성도를 초래한다[14].

목관절은 균형의 역학적 이득을 가진 제 1형 지레를 이용하는 관절로 뒤통수밑근과 깊은목굽힘근은 근육의 수축을 유지함으로서 목관절을 안정화시키는 중요한 역할을 한다. 또한 Janda는 안정화 근육군들이 극단적으로 긴장되거나 약화되기가 쉽다고 보고하였고[15,] FHP를 개선하기 위해서는 목뼈관절의 안정화근육인 뒤통수밑근과 깊은목굽힘근의 근육의 활성도를 유지시키는 것이 필요하다.

목뼈 안정화근육을 효과적으로 개선시키기 위해서는 근지구력과 근력운동보다 압력 바이오피드백 적용한 신경근운동이 통증 및 안정성에 긍정적인 역할을 하며 깊은 목 근육들을 개선시키는 가장 일반적인 방법 중 하나로 제안되었다[16-17].

선행연구에 의하면 비정상적인 근 활성도는 근육의 피로도를 증가시킬 뿐만 아니라 근육의 반응 속도를 지연시키고 고유수용성 감각이 감소되어 근육 활성화 패턴의 변화를 유발시킨다고 하였다[18]. 이를 개선하기 위한 바이오피드백 적용은 잘못된 움직임 패턴을 감지하고 타겟 근육의 활성화를 증가시킴으로써 보상작용을 제안할 수 있으며[19], 특정 근육의 교정을 목표로 근육활동을 스스로 제어하는 훈련방법을 통한 신경근 재교육 과정에서 사용자의 동기부여와 근육의 변화에 대한 인지를 높일 수 있음을 보고하였다[20]. 또한 시각적 피드백이 대뇌 피질의 자극을 향상시켜 운동 단위의 수를 증가시킬 수 있을 것이라 하였다[21].

따라서 8주간의 시각적 압력 바이오피드백을 적용한 목뼈 안정화 운동 중재가 앞쪽머리자세를 가진 대학생의 뒤통수근육의 긴장도, 깊은목굽힘근 지구력 및 머리뼈 척추각에 어떠한 영향을 미치는지 알아보고자 한다.

II. Methods

1. Subjects

이 연구의 대상자는 충청남도 D대학 학생을 대상으로 통증 정도 평가하는 목장애지수(Neck Disability Index, NDI)검사 결과에서 경도 장애(5-14점) 점수를 받은 24명을 선정하였다. 모든 대상자에게 실험 목적을 충분히 설명한 후 자발적으로 참여 의사와 동의서를 작성하였으며, 블록 무작위 방법으로 바이오피드백 목뼈 안정화 운동군(BCSEG) 12명과 대조군(CG) 12명을 선정하였다. 이 연구 대상자의 신체적 특성은 Table 1.과 같다

Table 1. Subject Characteristic and Neck Disability Index

Mean±S.D. BCSEG: Biofeedback Cervical Stabilization Exercise Group, CG: Control Group, NDI : Neck Disability Index

2. Measurement

목장애지수 검사 후 신체조성, 뒤통수밑근 근 긴장도, 깊은목굽힘근 근지구력과 머리 척추각를 측정하고 8주간 바이오피드백을 적용한 목뼈안정화 운동 후 동일한 방법으로 측정하였다.

2.1 Neck Disability Index

목장애지수는 불안정성을 자가 판단할 수 있는 설문지로 50점이 만점인 설문지 검사 결과, 5~14 점인 경도의 장애(mild disability)를 가진 대학생으로 선정하였으며, 측정 도구의 신뢰도는 ICC = .90이다[22].

2.2 Body composition

신장과 체중 측정은 자동 신장체중계(DS-103, DONGSAHN JENIX, Korea)를 이용해 측정하였다.

2.3 Suboccipital Muscle Tone

뒤통수밑근 근긴장도 검사는 마이오톤(MyotonPRO, Myoton AS, Estonia) 장비로 측정하였다<Fig. 1>. 엎드린 자세로 편안하게 이완된 상태에서 목뼈 2번의 가시돌기와 뒤통수부위 사이 중간 지점에 마이오톤을 수직으로 세우고 근 긴장도(muscle tone, Hz)와 경직도(stiffness, N/m)를 측정하였다[23].

Fig. 1. Myoton PRO

2.4 Deep Neck Flexor Muscle Endurance Test

깊은목굽힘근 지구력 테스트(Deep neck flexor muscle test, DNFET)는 침대 위에 무릎을 굽힌 상태로 편안하게 바로 눕히고, 대상자는 턱 당긴(Chin-in) 상태로 지면에서 머리를 2.5㎝ 들어 올리도록 지시하고 측정자는 겹쳐진 피부를 일직선으로 표시한다. 측정 중 표시한 피부 사이가 벌어지거나 유지하는 머리의 위치가 바뀌면 측정을 종료하고 그 수행 시간을 측정하여 기록하였다[24].

2.5 Craniovertebral Angle(CVA)

앞쪽머리자세 평가는 머리 척추각으로 사용하였다. 서 있는 기립자세에서 머리는 자연스럽게 정면을 주시하고 양팔은 해부학적 자세를 한 뒤, 머리뼈 측면(lateral view) 촬영을 한 후 목뼈 위치각 변화를 분석하였다. CVA는 목뼈 제 7번과 귀 이주까지 그은 선과 목뼈 제 7번에서 수평선을 그은 각도를 측정하였다[25].

2.6 Cervical Stabilization Exercise Using Pressure Biofeedback

바이오피드백을 적용한 목뼈 안정화 운동은 Jull 등[26]의 연구에서 적용된 운동프로그램을 수정･보완하여 실시하였으며 압력 바이오피드백 기구(stabilizer biofeedback unit, chattanooga, USA)을 사용하였다.

대상자는 턱을 당기는 동안 목 아래의 에어백을 누르라고 하고 20mmHg에서부터 2mmHg씩 게이지를 점차 증가하여 30mmHg까지 실시하였다. 대상자는 10초 동안 누르고 각 단계마다 30초씩 휴식을 취하며 10회 반복, 총 3세트씩 적용하였다[27]. 8주간 주 3회, 준비운동 10분, 본 운동 30분, 마무리운동 10분으로 총 50분이며, 강도는 각 세트 당 1~4주까지는 10초 유지, 4~8주 사이는 5초씩 유지 시간을 증가시켰다[28].

3. Statistical analysis

통계분석은 IBM SPSS(version 27.0)프로그램을 이용하였으며, 사전 값의 동질성 검증을 위해 독립 t-검증(Independent t-test)을 실시하였다. 집단과 시기에 대한 이원반복측정분산분석(two-way repeated measures ANOVA)을 실시하였다. 분석 결과 상호작용의 효과가 있는 경우 사후 검증으로 대응 표본(paired sample) t-test를 실시하였으며, 모든 통계적 유의 수준(α)은 .05로 설정하였다.

III. Results

1. Suboccipital Muscle Tone

뒤통수밑근 근 긴장도 검사를 분석한 결과는 Table 2.와 같다. 뒤통수밑근 근 긴장도 검사는 목뼈 안정화 운동 후 경직도(stiffness)와 근 긴장도(muscle tone)는 그룹과 시기간에 상호작용 효과가 나타났으며(p<.01), 측정시기(p<.01)에서 유의한 차이가 나타났으나 그룹간에서는 유의한 차이가 나타나지 않았다. BCSEG에서 경직도와 근 긴장도가 유의하게 감소하였다(p<.01).

Table 2. Suboccipital Muscle Tone

2. Deep Neck Fexor Muscle Endurance Test

깊은목굽힘근 지구력 테스트(DNFET)를 분석한 결과는 Table 3.와 같다. 깊은목굽힘근 지구력 테스트(DNFET)은 목뼈 안정화 운동 후 그룹과 시기간에 따른 상호작용 효과가 나타났으며(p<.001), 그룹(p<.01)과 시기간(p<.05)에는 유의한 차이가 나타났다. 또한 BCSEG에서 근지구력이 유의하게 증가하였다(p<.01).

Table 3. Deep Neck Fexor Muscle Endurance Test

3. Craniovertebral Angle(CVA)

머리 척추각(CVA) 분석한 결과는 Table 4.와 같다. 머리 척추각(CVA)은 목뼈 안정화 운동 후 그룹과 시기간에 상호작용 효과가 나타났으며(p<.01), 그룹(p<.01)과 시기간(p<.05)에는 유의한 차이가 나타났다. 또한 BCSEG에서 유의하게 증가하였다(p<.01).

Table 4. Craniovertebral Angle

IV. Discussion

이 연구는 앞쪽머리자세(FHP)를 가진 대학생을 대상으로 바이오피드백을 적용한 목뼈 안정화 운동중재가 뒤통수 근 긴장도, 깊은목굽힘근 지구력 및 머리 척추각에 어떠한 영향을 미치는지 알아보고자 실시되었다.

자세는 특정시간의 신체 부위에 대한 위치로 건강 상태를 나타낼 수 있으며[29], 이상적인 자세는 신체에 가해지는 부담을 최소화하여 근골격계의 균형과 효율적인 움직임을 만들어 손상으로부터 예방하는 효과가 있다[30].

FHP는 청소년기부터 노년기에 이르기까지 모든 연령대의 사람들에게서 흔히 나타나는 자세의 변형으로[31] 장기간 유지되면 근골격계에 통증과 움직임 감소의 악순환이 발생하여 조직의 과부하 및 기능 이상이 유발되기 때문에 지속적인 관리가 필요하다[32]. 따라서 자세 교정 및 재교육은 목 통증의 예방 및 관리에 필수적이다[33].

자세 변화로 인한 근육 길이의 변화는 액틴과 마이오신 근섬유 사이의 결합에 영향을 미쳐 힘 생성과 피로 저항 능력의 변화와[34] 균형조절 변화를 초래한다[35]. 따라서 뒤통수근과 깊은목굽힘근 사이의 균형능력이 손상되면 올바른 정렬을 위한 자세변화를 유발한다.

뒤통수밑근은 FHP에서 과긴장성 근육으로 통증, 움직임 감소 및 비정상적인 관절의 경직을 유발하며[36], 통증 유발점(trigger point)이 활성화되어 있는 근육이다[37]. 뒤통수밑근은 다른 근육보다 고밀도의 근방추가 있으며[38] 머리의 위치와 움직임을 제어하고 눈과 머리의 움직임을 조정하기 위한 적절한 고유수용성 정보를 제공하여 움직임과 자세를 조절한다[39-40]. 머리와 목관절의 자세 변화와 근육 길이의 변화가 있는 FHP는 목 고유수용성 기능에 부정적인 영향을 미치기 때문에[41], 뒤통수밑근의 고유수용성 기능 회복은 FHP에서 정상적인 목 자세의 적절한 조절과 유지에 매우 중요한 역할을 한다. 짧아진 근육의 대부분은 근 긴장도가 높다[42]. 선행연구에 의하면 안정화 운동 후 뒤통수밑근의 근육 경직도가 감소하였고 5일 동안 유지되어 FHP의 경직을 줄이는 효과적인 중재방법으로 제안하였다[43].

이 연구결과 바이오피드백을 적용한 목뼈 안정화 운동 후 뒤통수밑근 근육의 경직도와 근 긴장도가 유의하게 감소하였다. 이러한 결과는 턱을 당기며 에어백을 누르는 등척성 운동이 목 뒤근육들의 신장을 유도하여 뒤통수밑근의 고유수용성 자극과 구심성 경로에 대한 효과로 인해 국소 산소 공급이 개선되고 혈액순환이 향상되어 정적자세에 긍정적인 역할을 한 것으로 생각되며[44], 느린 속도로 뒤통수밑근을 지속적으로 스트레칭하면 근막이 신장되고 이완되어 관절가동범위와 유연성을 증가시키고 통증을 감소시킨다는 연구결과[45]와 목뼈 안정화 운동에 의한 뒤통수밑근의 자극이 경직을 줄이는데 효과적인 방법임을 시사한 Park 등의 연구를 지지한다[43]. 또한 Contractor 등은 골지힘줄반사(Golgi Tendon Reflex)를 활성화시키고, 알파 운동 뉴런을 억제하여 뒤통수밑근을 억제하는 신경생리학적 기전일 수 있다고 보고하였다[44].

목뼈 근육은 목의 움직임과 구조를 안정화하는데 매우 중요하며[46], 이 중 깊은목굽힘근(목긴근, Longus colli)과 긴머리근(Longus capitis)은 목뼈를 지지하고 안정화하는데 중요한 역할을 한다. 이 근육들의 기능이 저하되면 자세의 변형을 유발하기 때문에[47] 근육의 평가 시 목 기능 장애를 예상할 수 있다[48].

근육이 짧아지거나 길어지면 근육의 장력 생성능력이 감소하며[49], FHP를 개선하기 위해 깊은목굽힘근을 재교육하는 것이 필요하다. 목긴근은 머리와 목을 균형을 조절하고 목뼈를 안정시키고 앞굽음을 유지하는데 매우 중요한 근육으로[50] FHP 환자는 건강한 성인에 비해 목긴근의 근육 활성화가 감소하였으며, 근지구력도 감소한다고 보고하고 있다[51].

선행연구에 의하면 목뼈 안정화운동은 깊은 목근육의 활성도를 증가시킬 수 있는 운동으로[52], 지구력과 협응력을 향상시킨다[53]. 턱 당기는 운동은 약한 근육의 활성도 촉진하고 목뼈관절가동범위를 향상시키며[54], 특히 목긴근과 긴머리근 강화운동은 FHP와 앞굽음을 개선하고 목통증을 감소시킨다[55]. 또한 압력바이오피드백을 적용한 깊은목굽힘근 운동은 목뼈 가동성과 근지구력을 유지하기 좋은 중재방법으로 제시하고 있으며[56], 압력 바이오피드백 적용이 기존의 운동방법보다 깊은목굽힘근 강화에 효과적인 방법으로 추천되고 있다[26,57].

이 연구 결과에서도 바이오피드백을 적용한 목뼈 안정화 운동 후 깊은목굽힘근의 근지구력이 유의하게 증가하였다. 이러한 결과는 바이오피드백으로 근육의 수축과 이완 상태를 실시간 시각적으로 확인하면서 깊은목굽힘근 가장 활성화가 잘 되는 26 ~ 28mmHg 강도로 근 수축을 인지한 것이 목긴근과 긴머리근이 활성화에 도움을 준 것으로 생각된다[58]. 종합해 보면 이 연구는 깊은목굽힘근 지구력이 낮을수록 뒤통수밑근의 근육 긴장도가 높다는 선행연구를 뒷받침하고 있다[59].

한편, 머리 척추각(CVA)은 일반적으로 목뼈의 통증, 피로 및 제한된 움직임과 관련된 근육 불균형으로 인한 FHP의 지표로[60] Salahzadeh 등은 FHP 정상상태의 각도를 53.2~56.8°, 경미한 상태를 46.9~49.1°, 중간은 40.7~43.2°이며, 40° 미만은 심각한 FHP 상태라고 하였다[61].

선행연구에 의하면 FHP는 감소된 CVA와 약화된 깊은목굽힘근과 상관관계가 있다고 보고하였으며, 깊은목굽힙근 강화[62-63]와 뒤통수밑근의 이완은[64] CVA를 개선시킨다고 보고하고 있다.

이 연구에서도 바이오피드백을 적용한 목뼈 안정화 운동 후 CVA는 중간에서 경미한 상태로 유의한 증가가 나타났다. 이러한 결과는 앞쪽머리자세 운동치료 효과의 메타 분석에서 치료 운동을 처방하면 CVA가 개선될 수 있음을 보고해 이 연구 결과를 증명하고 있다[65]. 따라서 깊은목굽힘근 지구력이 높을수록 뒤통수밑근의 근육 긴장도가 낮아지고 CVA가 각도가 향상되어 FHP가 개선될 수 있으며, 바이오피드백을 적용한 목뼈 안정화 운동은 FHP 문제를 개선할 수 있는 효과적인 중재방법이라 생각한다.

V. Conclusions

8주간의 바이오피드백을 적용한 목뼈 안정화 운동이 앞쪽머리자세를 가진 대학생의 뒤통수근육의 긴장도, 깊은목굽힘근 지구력 및 머리뼈 척추각에 어떠한 영향을 미치는지 분석하였으며 다음과 같은 결론을 얻었다.

이 연구 결과 바이오피드백을 적용한 목뼈 안정화 운동 후 뒤통수밑근의 경직도와 근 긴장도는 BCSEG에서 유의하게 감소하였고, 깊은목굽힘근 근지구력은 BCSEG에서 유의하게 증가하였으며, 머리 척추각도 BCSEG에서 유의하게 증가하였다.

뒤통수근과 깊은목굽힘근 사이의 균형능력이 손상되면 FHP와 같은 자세 변화가 유발하기 때문에 예방과 관리가 필요하다. 이 결과들을 종합해보면 바이오피드백을 적용한 목뼈 안정화 운동은 뒤통수밑근 이완과 깊은목굽힘근 강화에 필요한 운동으로 제안되며, 뒤통수밑근과 깊은목굽힘근의 근기능 향상으로 머리 척추각이 개선된 것으로 생각된다. 따라서, 바이오피드백을 적용한 목뼈 안정화 운동은 FHP를 개선을 위한 효과적인 중재방법으로 제안될 수 있다.