지속적인 계단 보행에서 부하가 보행 생체역학적 변인과 근사 엔트로피에 미치는 영향 :Effect of Loading on Gait Biomechanics and Approximate Entropy during Continuous Stair Walking

김성민

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자료유형: 학위논문

저자정보: 김성민 (국민대학교, 국민대학교 대학원)

지도교수: 이기광

발행연도: 2015

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2015

지속적인 계단 보행에서 부하가 보행 생체역학적 변인과 근사 엔트로피에 미치는 영향

김성민 체육학과 2015.01 학위논문

지속적인 계단 보행에서 부하가 하지 근육의 생체역학적 변인과 근사 엔트로피에 미치는 영향

김성민 , 김혜리 , 신성훈 외 3명 한국운동역학회지 2015.01 학술저널

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본 연구의 목적은 계단 보행 시 부하가 증가하면서 보행 패턴과 근육의 활성화를 조사하고, 이를 통해 낙상의 위험성을 알아보는 것이다. 그리고 지속적인 계단 보행에 대한 기초적인 자료를 제공하는 것에 목적이 있다.
본 실험은 건강한 20대 성인 남성 대상으로 7층 높이의 계단에서 각각 올라가기와 내려가기를 실시하였다. 보행 패턴과 근육의 차이를 분석하기 위하여 가속도계와 근전도(Delsys Trigno, Delsys Inc., USA) 장비를 사용하였다. 검상돌기와 좌측 발 뒤꿈치의 가속도 데이터로 근사 엔트로피(ApEn)를 계산하여 보행 패턴을 분석하였고, 대퇴직근(RF), 대퇴이두근(BF), 전경골근(TA), 내측 비복근(GN)를 사용하여 적분 근전도(iEMG), 중앙 주파수(MDF), 동시수축(CI)을 계산하였다.
계단 올라가기 시 신체에 가해지는 부하의 증가로 인해 각 층마다 수행 시간이 증가하였고(p=.000), 내측 비복근 활성도(p=.043)와 전경골근의 피로도(p=.005)가 증가하였다. 그리고 전경골근과 내측 비복근의 동시 수축 지수는 6층부터 증가하였다(p=.000). 근사 엔트로피 지수는 모든 축에서 2층부터 규칙성 있는 보행 패턴이 나타났다(x축: p=.001, y축: p=.004, z축: p=.007). 계단 내려가기 시 보행 시간에서는 통계적으로 유의한 차이를 확인할 수 없었고, 전경골근의 활성도가 3층부터 나타났다(p=.026). 또한 근사 엔트로피의 경우 4층까지 일정한 규칙성이 나타나다가 좌우 방향과 전후 방향에서 다시 불규칙한 패턴이 나타났다(x축: p=.001, y축: p=.004, z축: p=.007).
본 연구를 통해 계단 올라가기 시 피험자들은 올라갈수록 보행의 안정성을 위한 단순한 보행 패턴과 근육의 반응이 나타났고, 계단 내려가기 시 초반에 보행에 대한 적응을 위한 행동이 나타났다가 증가하는 충격량을 감소시키기 위해 다시 불규칙한 보행 패턴이 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 이후 연구에서는 본 실험의 데이터 자료를 기초로 하여 다양한 상황 즉, 각 연령별, 성별, 이중 과제 등 실생활에서 나타날 수 있는 비교 연구를 통해 향후 낙상 연구를 위한 기초적인 자료를 제공할 수 있을 거라고 판단된다.

The purpose of this study was to investigate the changes of gait patterns and muscle activations with increased loads during stair walking, therefore its possible effects on falling risks. Also, it can be used as descriptive data about continuous stair walking in a real life setting.
Twelve sedentary young male adults(Age: 27±1.76 yrs, Weight: 65.75±9.86 kg) without any lower extremity injury were participated in this study. Participants performed stair walking for 7 floors for both stair climbing and descending. A wireless electromyography system(Delsys Trigno, Delsys Inc., USA) with embbeded 3-dimensional accelerometers were used to investigate the gait patterns and muscle activations. Chest and left heel accelerometer signal recorded to calculate approximate entropy(ApEn) for analyzing gait pattern.
Rectus Femoris(RF), Biceps Femoris(BF), Gastrocnemius(GN), Tibialis Anterior(TA) muscle activation data used to calculate integrated EMG(iEMG), median frequency(MDF) and co-contraction index(CI).
Walking time increased for each floor caused by increased loads on body during stair climbing(p=.000). GN iEMG(p=.043), and TA/GN CI(p=.000) were increased from 6th floor and TA MDF(p=.005) showed a statistically increase during stair climbing. Also, ApEn results showed that gait patterns becomes more regular after the second floor for each axis during stair climbing(x: p=.001, y: p=.004, z: p=.007). However, there was no differences for RF, BF, TA iEMG and CI between the floors during stair climbing. Walking time, RF, BF, GN iEMG showed no differences during stair descending. TA iEMG decreased from 3th floor(p=.026), and the ApEn decreased for vertical direction during stair descending while the medial-lateral, anterior-posterior directions showed regularity until 4th floor and becomes more complex after the 4th floor(x: p=.001, y: p=.004, z: p=.007).
Subjects showed more regular pattern and muscle activation response caused by regularity during stair climbing. Regularity during the first part of stair descending could be a sign of adaptation while the second part showed more complex pattern which is suggested as a strategy to decreased the impact. Results of this study can be used to compare the future researches which emphasize the differences according to age, gender and dual task to investigate the possible risks of falling that can be occurred in real life during stair walking.

목 차
Ⅰ. 서 론······················· 1
1. 연구의 필요성 ······················ 1
2. 연구의 목적 ······················· 5
3. 연구의 제한점 ······················ 6
4. 용어 정의 ························ 7
Ⅱ. 이론적 배경····················· 9
1. 계단 보행의 이해 ···················· 9
2. 가속도계 ························ 12
3. 근육의 피로 ······················· 14
4. 근육의 동시 수축 지수 ·················· 15
5. 근사 엔트로피 ······················ 17
Ⅲ. 연구방법······················ 19
1. 연구대상 ························ 19
2. 실험장비 ························ 20
3. 실험절차 ························ 24
4. 자료분석 ························ 25
Ⅳ. 연구 결과 ····················· 33
1. 계단 보행 시 각 층별 시간 차이 ············· 33
2. 계단 보행 시 각 층별 근 활성화(iEMG) 차이 ········ 35
3. 계단 보행 시 각 층별 근 피로도 차이 ··········· 39
4. 계단 보행 시 각 층별 근육 동시 수축 지수(CI) 차이 ···· 43
5. 계단 보행 시 근사 엔트로피를 이용한 가속도 패턴의 복잡도 분석 · 47
Ⅴ. 논의 ······················· 51
Ⅵ. 결론 및 제언 ···················· 63
Ⅶ. 참고문헌 ····················· 65

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