Bar-On, L., Aertbeliën, E., Molenaers, G., & Desloovere, K. (2014). Muscle activation patterns when passively stretching spastic lower limb muscles of children with cerebral palsy. PLoS one, 9(3), e91759.
Muscle Activation Patterns When Passively Stretching Spastic Lower Limb Muscles of Children with Cerebral Palsy
경직은 수동적인 근육의 신장에서 긴장성 신장반사의 속도-의존적 활성이라고 가장 잘 알려져있다. 그러나 다른 기전들 또한 병리적인 근육활성에 기여할 것이라 생각되고 뇌졸중환자와 척수손상환자에서 다양한 활성패턴의 결과를 나타낼 수 있다. 경직성 뇌성마비 아동의 하지에서 이런 뚜렷한 활성패턴들은 완전하게 탐색되지 못했다. 본 연구의 목적은 뇌성마비(CP) 아동의 네 가지 하지근육에서 양적인 다양한 근육활성 패턴들을 측정하고자 하는 것이다. 54명의 CP아동들이 대상으로 참여하였고 이 중 열명은 측정자간 신뢰도를 평가하기 위하여 재평가하였다. 대상자들은 이완된 상태를 취하고 관성센서와 EMG를 이용하여 내전근,med. hamstring, rectus femoris, gastrocnemius에서 고관절, 슬관절, 족관절의 단관절 시상면운동이 측정되었다. 증가되는 자세위치와 속도에 따른 비교를 위해서 표준화된 root mean square EMG(RMS-EMG)를 이용하는 평균을 사용하여 활성패턴들을 시각적으로 구분하였다. 시각적 분류를 기반으로 하여 양적인 종속변수들은 신장반사 역치와 표준화된 RMS-EMG를 이용하여 확인하였다. 이들 종속변수들은 근육의 다양한 활성패턴들 사이에서 비교되었고 모든 패턴들은 높은 속도의 근육활성에 의해 특징적으로 나타났지만 낮은 속도의 근육활성의 절반이상에서도 관찰되었다. 근육활성 패턴들은 근육-특이적 그리고 대상자-특이적으로 나타났다. 모든 양적 종속변수들의 측정자간 신뢰도는 중간정도 이상 높은 수준으로 나타났다. 낮은 속도의 신장동안 증가되는 자세위치 사이에서 RMS-EMG 비교는 활성패턴들로 근육을 분류하는 것에 있어서 가장 감수성이 있게 나타났다. 추후 연구에서는 다양한 패턴을 가진 근육이 치료에 다양하게 반응하는지를 검증해야 할 것이다.
Introduction
CP는 아동에게서 가장 흔한 신경학적 장애이고 미숙한 뇌에서 발생하는 상위 운동신경원 손상과 관련있다. CP 환자들 중에서 80~90%는 경직을 가지는 것으로 분류된다. 경직에서 2차적인 문제점은 통증, 근육과 연부조직의 구축, 골성기형이 포함되고 이들 결과로 인해서 활동과 기능에 있어서 제한이 증가하게 된다. 따라서 경직의 관리는 어린 시기에 시작하고 이들 2차적인 손상을 예방하는 것이 목적이다. 그러나 보톡스 A(BTX)와 같은 다양한 경직 치료가 있다. 따라서 상위 운동 신경원증후군의 다른 positive 증상으로 부터 이것을 구분하는, 즉 경직을 정확히 평가하는 것이 중요하고 긴장을 감소시키는 다른 방법의 원리를 이해하려고 노력하고 있다. 결국 이것은 CP아동이 그/그녀의 특정한 증상에 도움을 주는 기전에 잘 맞는 치료를 받아야 한다는 것이다 .
경직은 "상위 운동신경원 증후군의 한 요소로써 신장반사의 과장된 흥분성의 결과로부터 과흥분된 건반사를 가진 긴장성 신장반사 중 속도에 의존적으로 증가하는 것"으로 가장 잘 알려져있다. 다양한 연구들은 일단 한 번 운동이 정지되고 나서도 활성이 지속되는 것으로 이완된 근육들이 때로는 매우 느린 속도로 신장될 때도 활성이 증가되었다는 것을 보여주었다. 이것은 동적인 신장반사의 활성보다 생리학적인 기전이 포함된다는 것을 제시해준다. 한 가지 설명은 알파운동 신경원 막에서의 변화가 매우 느린 속도의 신장동안에 나타나는 것처럼 약한 구심성 입력에서 감수성이 증가한다는 것이다. 결국 이것은 정점지속전위로 불리는 지연된 탈분극 상태를 이끄는 지속적 내부전류(PIC)를 촉발한다. 정상적 중추조절이 줄어든 이후 PIC와 정점지속전위는 지속적인 낮은수준의 운동 출력의 결과를 초래할 수 있다. 이것은 만성 척수손상과 뇌졸중환자에서 경직과 관련된 것으로 알려져 있다. 지속적인 활성을 일으킬 수 있는 다른 기전은 속도, 경피신경 또는 유해자극에서 보다 근육의 길이에서 더 감수성이 있는 원심성 Ⅱ군 근방추 입력을 포함할 것이다.
Pandyan 등은 뇌졸중환자에서 임상적 경직과 관련될 수 있는 팔꿈치 관절 굴곡근에서 다양한 근육 활성패턴들을 관찰하였다: 1) 조용히 앉은 자세에서 근육활성의 증가, 2) 각속도 10도 이내의 신장속도에서 발생하는 운동에 따른 근육활성, 3) 접칼반사 현상과 일치하는 근육활성패턴. 같은 패턴들이 뇌졸중환자와 CP환자를 대상으로
hamstring 과 rectus femoris(REF)의 패턴을 연구한 Lebeidowska 등(2009)에 의해서 보고되었다. 불행하게도 이들 연구에서 그 패턴들 사이의 분리는 질적으로만 설명되었다. 다른 한편, 경직이 신장반사 역치(SRTs)의 탈조절과 관련 있다는 개념을 기반으로 Levin & Feldman (1994)는 팔꿈치 관절의 굴곡근 경직을 가진 환자에서 역동적인 SRTs(DSRTs)를 측정하였고, 긴장성 SRT(TSRT)를 확인하는 것에 그것을 사용하였다. 규정된 속도에서 신장으로 유도된 EMG에서의 관절각도라고 정의된 DSRTs가 증가되었다. 시간적 흐름에 따른 속도-각도 다이아그램에서 DSRTs를 나타내는 것으로 회귀선이 데이터에 꼭 맞춰졌다. 속도 0으로 이런 회기선은 TSRT를 결정할 수 있게 해주었다. 그리고 그것은 운동단위 동원이 시작되는 것을 넘어서는 관절위치를 나타내주었다. 건강한 대상자의 근육과의 비교에서, 높은 속도에 따른 DSRTs와 감소된 TSRT는 뇌졸중환자의 팔꿈치관절 굴곡근에서 나타났고 최근의 연구에서 는 CP아동에서도 나타났다. TSRT가 생체역학적 관절범위내에서 발생했을 때, 의도적인 이완과 활성이 제한되었고 운동에 간섭을 받았다. 경직을 측정하는 신뢰적인 방법과 타당한 방법이 되는지를 입증하는 것을 제외하고,
SRTs는 또한 개별적인 근육에서 속도와 길이의 영향을 이해하는 방법을 나타내준다. Levin & Feldman (1994)은 근육활성의 양이 근육길이의 양과 속도에 비례적일 것이라고 보고하였다. 이것은 Malhotra 등(2008)의 연구를 통하여 확인되었다. 그들은 활성패턴으로 시각적으로 분류된 근육들을 보여주었고 증가되는 관절각도에 따라 EMG 값이 유의하게 차이가 났다는 것을 확인하였다.
일상의 임상훈련에서 Modifiede Ashworth Scale(MAS)와 같은 경직측정을 위하여 사용되는 스케일들은 신장 동안 나타나는 병리적인 근육활성 패턴의 기전을 제공해주지 못한다. 앞서 소개했던 연구들에서 근육활성 패턴들은 신장 동안 나타나는 생체역학적인 신호와 전기생리학적 신호를 기록하는 장치기술을 사용하여 설명되어왔다. EMG를 사용하여 근육반응이 동시에 기록되는 동안 운동학적인 측정을 하는 것으로, 기구를 사용하는 방법이 속도와 위치의 역치와 이득을 확인할 수 있을 것이다. 활성패턴을 측정하는 양적인 방법들은 경직성 CP환자의 하지 근육에서 주의를 덜 받아왔다. 최근에, 손으로 조작하는 기구를 이용한 경직 측정은 CP환자를 대상으로 신장속도가 증가함에 따라 관절토크와 병적인 근육활성의 증가를 정량화하는 것으로 hamstring 과 gastrocnemius의 경직을 양적으로 측정하는 정신측정학적인 사운드로써 확인되어왔다. 생체역학적 자료와 전기생리학적 자료를 통합하는 것으로, 이런 기구를 사용한 측정 또한 근육활성 패턴들을 기록하는 것에 잠재적은 가능성을 가지고 있다. CP아동에서 근육과 과제-특이적인 활성패턴들을 확인하는 것은 경직의 병태생리학적 이해를 가져다 줄 것이다.
따라서 본 연구의 목적은 1) CP환자에서 발생되는 근육활성 패턴들을 설명; 2) 활성패턴들을 식별하는 시각적인 분류방법을 개발; 3) 이런 시각적 분류의 사용을 타당하게 하는 양적인 파라메터를 적용; 4) 개발된 파라메터의 신뢰도를 점검하기 위함이다. 이들 목적은 앞서 입증했던 양적인 파라메터를 이용하는 기구를 이용한 경직측정을 사용하여 달성한다. 더불어서 우리는 경직의 패턴들이 근육-특이적 그리고 과제-특이적일 것이라고 가정했던 것처럼 4가지 하지근육들(MEHs, GAS, REF, ADDs)에 대하여 기구를 이용한 경직측정의 프로토콜을 확장시키는 목적을 가지고 있다.
Materials and Methods
Participants
본 연구에서 5세에서 18세 사이 54명의 경직성 CP환자를 대상으로 하였다.
Measurement protocol
기구를 이용한 경직측정과 함께 모든 평가는 훈련받은 같은 평가자에 의해서 수행되었다. 근육에 대한 측정프로토콜의 전체보기는 그림1에서 볼 수 있다. MEHs & GAS의 평가는 앞서 설명되었다. 검사자는 움직이지 않는 관절을 고정한 상태에서 한 번에 한 관절에 대하여 ADDs, MEHs, REF, GAS의 신장을 실시하였다. ADDs를 수동적으로 신장하기 위하여, 대상자들은 검사측 다리를 위로하여 옆으로 누운 자세에서 골반의 회전이 일어나지 않게 하여 테이블의 수직선상에 맞춰서 위치하고, 무릎은 신전상태로 하여 고관절의 외전이 수행되었다. 다른 모든 동작들은 바로 누운 자세에서 환자들의 시상면상에서 수행되었다. MEHs와 REF를 신장하기 위하여 맞춤식 하퇴보조기를 제작하여 하지의 앞면과 뒷면에 각각 착용하고 무릎관절의 굴곡과 신전이 수행되었다. GAS를 신장하기 위하여, 맞춤식 발 보조기를 작용하고 발목관절 배측굴곡이 수행되었다. 각 근육에 대해서 전체 관절가동범위에 걸쳐 세가지 속도, 네 번의 반복된 신장이 수행되었다. 고관절, 무릎 또는 발목관절은 먼저 5초 동안 낮은 속도로 운동이 수행되었고, 이후 1초에 걸쳐 중간속도로, 마지막은 가능한 한 빨리 높은 속도로 수행되었다. 각 반복간의 간격은 감소된 활성 후 억제효과를 방지하기 위하여 7초를 주었다.
근위부 사지분절에 대한 원위부 사지분절의 운동은 각속도와 가속이 기록된 두 대의 측정 기구
(IMUs: Analog Devices, ADIS16354)를 이용하여 기록되었다. IMU 측정으로 부터 해부학적 관절각도를 계산하기 위하여 앞서 정의된 운동으로 계산이 신장수행에 앞서 수행되었다. ADDs에 대하여 통계적인 계산이 옆으로 누운 자세에서 수행되었다. 발목관절과 무릎관절은 골반의 회전을 일어나지 않게 테이블에 수직이 되는 선상에 맞추어 위치하고 고관절은 외전 0도 무릎관절은 신전한 상태를 만드는 장치에 의해서 지지되었다. MEHs와 GAS의 계산과정은 앞서 설명되었다. REF와 MEHs에 대해서도, 같은 계산과정이 사용되었다.
측정절차를 통해서 네 가지 근육으로부터 표면 EMG는 sample rate 2,000Hz로 telemetric Zerowire system(Cometa, Milan, IT)을 사용하여 수집되었다. 표면 EMG 전극은 표준화된 절차와 촉지에 따라 부착하였다. 길항근 활성은 신장동안 아동의 다른 긴장성 문제 또는 활성보조를 검출하기 위하여 사용되었다. 신장 이전에 바로 누운 자세에서 아동의 근육에 대하여 등척성(isometric) 최대 수의적 수축(MVCs)을 세 번 반복해서 수행하도록 하였다. 이들 수축으로부터 EMG 자료는 수동신장 과정동안 측정된 표면 EMG 신호를 평가하는 개별적인 기준점으로 사용되었다.
표면 EMG와 운동학적 정보에 부과적으로 관절토크가 보조기구에 부착된 6차원의 자유도를 가진 힘/토크 센서
load-cell 을 이용하여 발목관절과 무릎관절의 운동을 측정하였다. EMG, 운동, 토크의 평가는 통합된 분석을 용이하게 하기 위하여 동시에 수집되었다. 그러나 토크 자료는 본 연구에서 분석되지 않았다.
한쪽 면에 대한 네 가지 모든 근육들의 완전한 측정은 1시간 30분 걸렸다. 편측성 CP아동에서만 마비측에 한하여 실험하였다. 양측성으로 침범된 아동의 경우 시간이 허락되었을 때 양쪽 하지가 모두 측정되었다. 그렇지 않은 경우, 대부분 마비된 쪽이 측정되었다. 열 명의 아동 그룹에 대하여 전체 절차는 두 시간의 휴식을 취한 후 반복되었다. 이들 반복된 측정은 측정자간 신뢰도 평가에 사용되었다. 기구를 사용한 경직 측정에 더불어서 또 다른 독립된 평가자는 MAS와 Modified Tardieu angle을 사용하여 경직평가를 포함하여 전체 임상적 하지 평가를 수행하였다.
Data analysis
표면 EMG의 RMS envelope가 제곱된 원자료 EMG 신호에 대한 low-pass 30-Hz 6th order zero-phase Butterworth 필터를 사용하여 계산되었다. ROM과 최대 각속도는 IMU자료에 대한 Kalman smoother를 적용한 이후 획득되었다. 모든 신장 속도의 형태는 종형(bell-shaped)이었다. 자료를 시각화 하는 것으로 신장의 반복은 표면 근전도가 질적으로 빈약한 경우, 그리고 길항근이 활성한 경우 제외되었다. 자료의 시각화와 분석은 MATLAB에서 지원해주는 소프트웨어(version 7.10.0 R2010a, MathWorks)를 이용하여 수행되었다.
Outcome parameters
속도 시행에 대하여, 평균 최대 각속도는 근육당 계산되었다. EMG 개시는 Staude and Wolf의 방법에 따라 정의 되었다. 이런 자동화 착수검출법은 신호를 통하여 통계적으로 최적의 변화를 발견하는 것으로 근사치 일반화된 우도원칙을 적용한다. 그리고 역치기반된 알고리듬과 의미있는 비교가 더 잘 수행되는 것으로 보아왔다. 이런 경우에, 활성간격이 너무 짧아서 어떤 개시(onset)도 검출되지 않을 경우는 개시가 같은 커스텀 소프트웨어의
graphical user interphase에 보여진 RMS-EMG에서 시각적으로 결정되었다(그림 2A & B). 다양한 신장반복 동안 나타나는 EMG 개시에서 각도라고 정의 된 DSRTs는 그림 2C에서 처럼 관절 각도-각 속도에 대하여 표기되었다.
EMG 개시가 세 가지 모든 신장속도 조건에서 발생되었을때 DSRTs를 통한 선형 회귀의 기울기가 계산되었다. 이 값은 신장에서 반사의 감수성을 나타내주었다. 속도축과 이런 회귀선의 교차점은 TSRT로 앞서 정의된 근육이 사지가 휴식을 취할 때 활성될 수 있는 추정된 관절각도를 나타내주었다. TSRT는 전체 ROM의 백분율로 나타내어졌다. 이것은 가능한 ROM에서 TSRT가 발생될 것을 가리켰다. 그리고 근육들 사이에서 그리고 대상자들 사이의 비교를 가능하게 해주었다.
EMG에서 획득된 증가하는 속도와 관절각도의 영향은 ROM의 10-90% 사이의 three equal zone으로 각 운동을 분할하는 것으로 검증되었다. 그 zone은 10-36.6% ROM(P1), 36.6-63.6% ROM(P2), 63.3-90% ROM(P3)에 해당하는 시간창으로 규정하였다. ROM의 양 극단에 해당하는 시간창은 치료사의 수행과 환자의 편안함에 의해 영향을 받은 것으로 나타남으로써 제외되었다. 자세 zone에 대하여 평균 RMS-EMG는 해당 자세 zone의 기간에 의해서 나누어지는 RMS-EMG 곡선을 차폐하는 영역으로 규정하였다. 이들 값은 세 가지 MVCs의 peak RMS-EMG 값의 백분율로 나타내어 표준화 되었다. 각 속도에서 자세 zone에 대하여 한 가지 표준화된 RMS-EMG 값은 속도 시행에 대한 모든 반복된 신장의 평균화로 계산되었다. 그런 다음 이들 값은 3D bar graph에 표기되었다. 다음과 같은 파라메터들이 생성되었다:
1. 각 자세 zone 내에서, 높은속도 신장과 낮은속도 신장 사이의 표준화된 RMS-EMG의 평균변화
2. 낮은 속도에서, P2와 P1사이에서 그리고 P3와 P1사이에서 표준화된 RMS-EMG의 평균변화
Visual pattern categorization
두 명의 연구자들은 다섯 가지 가능한 활성패턴들 중 한 가지에 각 근육들을 독립적으로 위치시켰다. 두 명의 연구자들 사이에서 위치가 불일치 되었을 때, 세 번째가 포함되었고 대부분 결정은 각 근육의 마지막 패턴으로 규정하였다. 다음 기준이 근육의 분류를 위하여 사용되었다. 패턴의 각 유형으로부터 그래프의 예는 그림 3에서 볼 수 있다.
1. EMG 개시가 낮은 속도의 시행동안 수행된 신장에 대하여 자동적으로 검출되지 않거나 시각적으로 검출되지 않지만, 높은 속도 시행에서 수행된 신장 동안 검출 되었을 때 높은 속도-의존(HVD) 활성패턴을 가진 근육으로 분류하였다. 추가적으로 표준화된 RMS-EMG의 평균은 신장속도가 높아질 때 증가하였다.
2. EMG 개시가 낮은속도, 중간속도, 높은속도의 시행동안 수행된 모든 신장에 대하여 자동적으로 검출되거나 시각적으로 검출되었을 때 혼합된 높은 속도-의존(MHVD) 활성패턴을 가진 근육으로 분류하였다. EMG 개시는 신장속도를 빠르게 한 ROM에서 빠른 시기에 검출되었다. 표준화된 RMS-EMG의 평균은 ROM의 증가보다 높은 속도의 신장에서 더욱 증가되었다.
3. EMG 개시가 낮은속도, 중간속도, 높은속도의 시행동안 수행된 모든 신장에 대하여 자동적으로 또는 시각적으로 검출되었을 때 혼합된(MIX) 활성패턴을 가진 근육으로 분류하였다. EMG 개시는 신장의 속도가 더 빠른 ROM에서 빠른 시기에 검출되었지만, 표준화된 RMS-EMG의 평균은 ROM이 증가하는 만큼 높은 신장속도에 따라 증가하였다.
4. EMG 개시가 낮은속도, 중간속도, 높은속도의 시행동안 수행된 모든 신장에 대하여 대략 같은 관절각도가 자동적으로 또는 시각적으로 검출되었을 때 낮은 속도-의존(LVD) 활성패턴을 가진 근육으로 분류하였다. 표준화된 RMS-EMG의 평균은 높은 속도에 영향을 받지 않고 ROM 증가에 따라 증가하였다.
5. EMG 개시가 낮은 속도, 중간속도, 높은속도의 시행동안 수행된 모든 신장에 대하여 자동적으로 또는 시각적으로 검출되었을 때 혼합된 낮은 속도-의존(MLVD) 활성패턴을 가진 근육으로 분류하였다. EMG 개시는 빠른 신장속도의 ROM에서 더 빠른 시기에 검출되거나 아니면 개시가 대략 한 관절각도의 중간에서 나타났다. 표준화된 RMS-EMG의 평균은 높은 신장속도에서 보다 ROM이 증가할 때 더욱 증가하였다.
Statistical analysis
활성패턴들의 시각적인 분류를 위하여 연구자들 사이의 정확히 일치한 백분율이 계산되었다. Freeman Holton 검정이 다양한 활성패턴들에서 최종위치가 근육들 사이에서 유의한 차이가 있는지를 평가하기 위하여 사용되었다. 개발된 파라메터들의 측정자간 신뢰도는 95% 신뢰구간과 측정의 표준오차(standard error of measurement;SEM)로 급간내 상관계수(intraclass correlation coefficients; ICCl,l)를 사용하여 평가되었다. SEM은 one-way ANOVA로부터 평균제곱오차(mean square error)의 제곱근(square root)로부터 계산되었다. 급간내 상관계수값은 0.80은 높은; 0.60은 대체로 높은; 0.40은 보통의 신뢰도를 나타낸다. 시각적 분류의 안면 타당도(face validity)는 t-test 또는 두 항목 이상일 경우 ANOVA와 post-hoc Turkey test를 사용하여 활성패턴들로 분류된 근육들 사이에서 개발된 파라메터를 비교하여 검정하였다. 추가적으로 나이, 성별, CP아동의 운동손상에 대한 해부학적 위치, 다양한 활성패턴들로 분류되었던 근육은 같은 통계검정을 이용하여 근육에 대한 비교가 이루어졌다. 유의수준은 p<0.05로 설정되었다. 모든 통계분석은 SPSS(IBM Staisics 20)를 사용하여 수행되었다.
Discussion
본 연구는 많은 수의 경직성 CP아동들을 대상으로 하여 하지 근육들의 수동적인 신장을 하는 동안 다양한 근육활성 패턴들을 양적으로 평가하고 보고한 최초의 연구이다. 더불어서, 우리는 CP아동의 하지 근육들에서 나타나는 패턴들을 분리할 수 있는 양적 파라메터의 신뢰도를 최초로 보고하였다. 속도의 유형과 EMG개시는 개별적인 근육(그림 2, 3)에서 그리고 그룹분석(표 3)에 대하여 반복될 수 있었다. MEHs와 ADDs에서 TSRT의 적절한 측정자간 신뢰도는 Calota 등에 의한 연구에서 보다 높게 나타났다. 그들은 뇌졸중환자의 팔꿈치관절 굴곡근에서 TSRT를 계산하는 간단한 휴대용 장치를 사용하였다. 그것은 또한 Jobin과 Levin (2000)에 의한 연구보다 높게 나타났다. 그들은 CP아동의 근육을 신장하는 토크 운동을 적용하였다. 그 이후의 연구에서 EMG 개시는 EMG 신호가 EMG 평균기준선 위로 2SDs 증가되었던 지점으로써 자동적으로 정의되었다. 이런 자동적인 개시의 검출방법은 어떤 기준선의 잡음 EH는 점차적으로 증가하는 시간의 상황에서 정확하지 않다. 이것이 역치의 방법보다도 더 강건하더라도, 현 연구에서 적용된 자동적인 검출 방법은 신장의 모든 반복 중 10%에서 어떤 활성도 검출하는 것을 실패하였다. 이런 경우에서 개시는 높은 신뢰도를 주는 것으로 시각적으로 결정되었다. 시각적 결정이 숙련된 전문가에 의해 측정되어진 신호였기 때문에 정확한 사건 검출을 제공하는 것이 고려되어지는 반면, 여전히 주관적이고 시간지연이 있다.
확실한 차이점을 강조하기 위하여, 시스템의 측정오류가 패턴들 사이의 평균 차이보다 적다는 것이 중요하다. 본 연구로부터 제시된 정보는 치료이후 또는 시간에 걸친 근육의 활성패턴에서 변환을 비교하는 감수성 분석을 수행하는 것을 증명해준다. 그러나 현 연구에서 특히 TSRT에 대해서, 신장 반복의 10%에서 EMG 개시의 시각적 결정과 신뢰도 측정에 사용된 제한된 대상자의 숫자가 결과를 해석할 때 신중함을 필요로 한다. 기구를 이용하여 경직을 측정하는 것은 임상적인 경직 측정보다 더 나은 방법으로 알려져 있다. EMG를 이용하여 근육의 신장특징을 해석하는 것으로 자료의 양적인 해석은 낮은속도 의존적 또는 높은속도 의존적 근육의 활성을 강조하는 계량화된 방법뿐만 아니라 시각적 방법을 제공하였다. 우리는 반사역치와 EMG 획득의 감수성을 추출하는 앞선 연구에서 개발된 파라메터를 적용하였다. 구성요소들 모두 경직의 심각도에 기여하는 것으로 중요하다. EMG획득이 동원된 운동신경의 수로 나타나(과감수성)는 반면 역치는 운동신경 동원의 시작점(과흥분성)을 나타내준다. 그러나 반사의 역치와 획득을 계량화하는 파라메터를 개발하는 것은 몇 가지 방법론적인 어려움이 있다. Wu 등은 속도-의존적인 경직이 자세변화의 원인이 일부 있을 것이라는 것을 보여주었다. 왜냐하면 관절이 빠른속도에서 더 많은 운동범위로 움직여지기 때문이다. 두 번째로, 손을 이용하여 신장하는 것은 속도가 일정하지 못하다. 이런 두 가지 문제점들이 대상자들 사이에서 그리고 근육들 사이에서 최적의 EMG 역치의 관절 각도를 직접적으로 비교하는 것이 어렵다는 것을 입증해준다. DSRTs와 TSRT(ROM의 백분율)의 경사도 계산이 이들 문제점을 극복하는 것에 도움을 준다. DSRTs의 경사도는 MLVD에서보다 MHVD에서 관절각도에서 TSRT가 더 늦게 그리고 더 가파르게 나타났다. Calota 등은 다양한 속도에서 손을 이용한 신장이 TSRT의 계산에 더 선호된다고 밝혔다. 그들의 연구에서 TSRT는 DSRT값이 EMG 개시 검출을 실패하는 이유로 더 광범위하게 흩어지게 되거나 DSRT 값의 단지 제한된 수만이 확인될 수 있는 약한 경직을 가진 근육들의 국소화에 있어서 더 어려움이 있었다. 이와 같이, 본 연구에서 TSRT는 경직의 약한 수준을 반영하는 것으로 고려되어지는 순수한 HVD의 계산에 어려움이 있었다.
EMG 획득은 속도-의존인 것으로 알려져 있다. 이것은 연구된 모든 근육들의 EMG 획득이 속도에 의존하여 증가한 결과를 보였던 우리의 연구에서 확인되었다. 더군다나 MHVD와 MLVD로 분류된 근육들에서 신장속도가 느렸을 때조차 근육의 길이가 증가함과 동시에 EMG 획득이 증가하였다. 이 결과와 같이, 더 긴 기간 동안, 성인에서 경직성 근육들을 느린 속도에서 연구한 다른 저자들에 의해서 긴장성 활성이 보고되어왔다. 개발된 두 가지 EMG 획득의 파라메터는 모든 근육들의 모든 패턴 사이에서 분리되었다. 이것들은 느린 속도에서 관절각도 위치1, 위치2 사이에서 그리고 위치1과 위치3사이에서 나타난 변화였다. 즉, 높은 이들의 값, 낮은 활성역치이다. 더군다나 모든 근육들에서 이들 두 가지 파라메터의 SEM값과 MEHs에 대한 DSRTs의 경사도의 SEM값은 활성패턴들 사이에서 차이점을 검출하기에 충분히 낮았다. Malhota 등(2008)은 뇌졸중 이후 몇 가지 경직성 손목관절 굴곡근에서 나타난 순수한 LVD 활성패턴을 확인하였다. 이에 의하여 EMG 획득에 있어서 속도 증가의 영향은 없었다. 그런 패턴은 본 연구의 CP집단 대상에서 하나의 MEHs 근육에서만 발견되었고, 속도의 감수성이 뇌졸중환자에서 보다 CP아동에서 더 높았던 결과를 확인하였다.
근육 활성패턴들에서 다양함에 대한 정확한 병태생리학적인 기전을 탐색하는 것이 가능하지 않는 반면, 원인이 되는 가능한 기전은 고려될 수 있을 것이다. 순수한 HVD 활성패턴들은 Ia 구심입력의 속도 감수성과 감소된 중추의 조절과 관련될 것이다(Ia 구심경로에서 감소된 시냅스전 억제). LVD 활성은 척수신경에서 막의 성질, PIC에서 변화와 정점지속전위의 생성과 관련 있을 것이다. 몇몇 연구자들은 LVD 활성이 II 형 근방추 원심입력의 과감수성을 반영한다고 제시해왔다. 그러나 섬유 유형의 분포와 경직에 의한 변화와 관련된 그동안의 결과들은 결론에 이르지 못하고 있다. 더 많은 결론들은 건강한 근육들에 대한 경직에서의 근육성질이 변환된 결과이다: 예를 들면 증가된 근육세포의 뻣뻣함, 그리고 세포외 물질의 질적인 감소. 이들 변화들은 순응이 떨어지는 더 탄력 없는 근육의 결과를 초래한다. 근방추가 최적의 길이와 섬유운동의 속도에 의존하기 때문에, 탄력이 없는 근육들은 증가된 방추운동신경 활성으로 인해 근방추 과감수성에 영향을 줄 것이다. 이것은 LVD활성패턴과 MLVD활성패턴에서 RMS-EMG 이득이 증가하는 근육 길이에 민감했던 이유를 설명하는데 도와줄 수 있을 것이다. 반면에, Dietz와 Sinkjaer (2007)는 통증과 관련된 감각근육 구심섬유 그룹 III/IV와 같은 비방추 기계적 감각수용기를 통한 신장반사 행동에 영향을 줄 수도 있다고 제시하였다.
본 연구는 대상자들 사이에서 활성과 패턴들의 양이라는 면에 있어서 큰 변동성의 증거를 제공해준다. 유사하게도,
Lebiedowska 등(2009)은 뇌졸중환자와 CP대상자들을 비교하여 신장에 반응하는 근육활성패턴들의 더 큰 이질성을 보고하였다. 본 연구에서, GAS에서 MHVD 패턴을 보인 아동들은 HVD와 같이 분류된 것보다 더 어린 경향이 있었다. 추가적으로, MEHs에서 혼합된 패턴을 보인 아동은 더욱 더 양측으로 침범된 것으로 보였다. 특정 패턴들과 환자 또는 병리적인 특징 사이의 연결은 더 큰 샘플을 가지고 추후에 이루어져야 할 것이다. 활성패턴들의 분류는 또한 근육-특이적으로 나타났다. ADDs와 MEHs는 MHVD에 관하여 더 큰 경향을 보였다: GAS와 REF는 더 HVD였다. MLVD 패턴들은 단지 MEHs에서만 나타났다. 근육 신장의 양, 그에 따른 활성된 근방추의 유형과 수는 섬유 배치, 길이, 위치 그리고 앞서 설명한 것처럼, 근육의 신장가능성에 의존할 것이다. 따라서 다양한 활성패턴들이 다양한 근육들에서 발생하는 우리의 결과는 기대하지 않았던 것이 아니다. 추가적으로 몇몇 연구들은 수동적인 신장 동안 시작하는 근육길이와 SRTs의 출현 사이의 관계를 밝혀준 연구에서 설명된 길이-의존 활성을 보고하였다. 이 관계는 근육 특이적일 것이다. REF와 GAS는 처음 길어진 길이로부터 늘어날 때 감수성이 떨어지는 것을 발견했다. 반면 hamstring에서는 그 반대가 보고되었다. 두 개의 관절을 지나는 근육에서, 그 위치가 길이 의존성을 고려할 때 중요하다. 본 연구에서 시작위치가 고관절 굴곡이었기 때문에 SRT가 빠르게 도달 되었던 우도가 증가됨에 따라 MEHs가 늘어난 시작위치에서부터 이미 약간 신장되어있었다. hamstring의 임상적 평가동안 같은 시작위치가 적용될 때, 임상가들은 구축의 평가와 함께 MLVD 활성을 실수하지 않도록 주의해야 할 것이다.
본 연구의 결과들은 추후 임상연구와 실험연구에 있어서 많은 길을 열어주고 있다. BTX를 치료하는 CP아동들 사이에서 치료반응이 크게 다양하다고 할 때, 활성패턴의 유형이 치료결과에 영향을 주는지 아닌지를 검증하는 것이 타당성을 준다. 두 번째로 근육-특이적인 패턴을 식별하는 것은 더욱 집중적인 치료법을 개발하는 것에 있어서 도움을 줄 것이다. 예를 들어 긴 시간의 부목은 MLVD 근육에 대한 치료가 권고될 수 있다. 따라서 근육활성패턴들은 근육이 수동적으로 늘어남으로써 만들어진 관절토크의 수 또는 모양과 관련되어지는 것으로 보이지 않는다. 그럼에도 불구하고, 경직의 포괄적인 평가는 근육 신장에서 저항의 평가가 포함되어져야 할 것이다. 근육신장 동안 증가된 관절토크에서 신경학적 원인과 비신경학적 원인사이의 차이점은 구축으로부터 오는 경직을 효율적으로 구분하는 것이 기본적이다. 따라서 측정은 특히 다양한 활성패턴들이 측정된 관절토크의 원인이 되는 방법을 검증하는 것으로 확장되어야 할 것이다. 마지막으로, 경직관리의 궁극적인 목적이 기능을 향상시키는 것으로써, 다양한 활성패턴들이 있다는 것이 비정상적 수의적 운동과 보행패턴과 관련된다는 정도는 추후 연구되어야 할 것이다.
결론적으로 다양한 근육활성패턴들은 경직성 CP아동의 네 가지 하지 근육에서 확인되었다. 활성패턴들은 대상자와 근육에 특이적이라는 것을 알게 되었다. 이들 차이점은 느린 속도의 신장동안 EMG 이득에서 근육길이가 증가하는 영향을 강조해주는 파라메터들에 의해서 가장 잘 계량화되었다. 그 파라메터들은 대상자와 근육에서 신뢰도 있고, 측정오류가 낮으며, 다양한 활성패턴들 사이를 구분하는 감수성이 있다. 유형에 대한 정보, 그리고 다양한 활성패턴들의 계량화는 경직의 치료를 정하고 반응의 다양성을 설명하는데 있어서 도움을 줄 것이다.
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