뇌졸중 환자의 신체 기능 회복에 따른 체간 기능 및 근육 모드 변화

Abstract

Brain damage due to stroke causes disorders in the motor and sensory pathways of the brain. The damaged motor neural pathways not only cause hemiplegia but also muscle weakness, muscle rigidity, and abnormal movements. The recovery of stroke is reported to start immediately after the injury with most recoveries reported to observe within the first 3 months following an injury. However, depending on the rehabilitation and injury severity, recovery can take up to 6 months. Although the rate and tendency of recovery is different for each stroke patient, all of them go through distinct stages of functional recoveries, such as sitting, standing, and walking. As such, stroke-disables show a nonlinear but gradual recovery of physical functionality. The recovery of stroke patient is accomplished through the development of motor control, strength enhancement training and reduction of joint and muscle stiffness through rehabilitation training. Therefore, the purpose of this study is to classify stroke patients based on their physical functional level, i.e. from the early stages of rehabilitation to recovery and compare the difference in movement and control strategy of the trunk. The subjects with stroke who participated in this study were divided according to the stage of recovery of physical function following a rehabilitation program. Group-1 (G1) was classified as a group who can maintain upright seated position (age: 62.14 ± 3.34 years, height: 161.29 ± 9.93cm, weight: 60.14 ± 7.29kg, duration of stroke onset: 3.71 ± 2.21 months, n = 7). Group-2 (G2), a group who are able to sit and stand independently (age: 58.10 ± 10.58 years, height: 167.90 ± 9.92cm, weight: 66.30 ± 14.05kg, duration of stroke onset: 6.00 ± 2.71 months, n = 10). Group-3 (G3) as a group who can walk independently (age: 54.67 ± 9.98 years, height: 167.25 ± 6.00cm, weight: 63.75 ± 5.93kg, duration of onset: 7.58 ± 4.03 months, n = 12). Group-4 (G4) as a control group composed of age-matched non-disabled individuals (age: 47.20 ± 13.60 years old, height: 169.20 ± 9.77cm, weight: 65.20 ± 10.56kg, n = 10). In order to compare the function and the muscle control mechanism of the trunk among groups, the Trunk Impairment Scale (TIS), Postural Assessment Scale for Stroke (PASS), Balance test (Standard deviation of centre of pressure), movement consistency and accuracy, range of motion of trunk and head (ROM), and muscle mode were used. The measurements of the TIS and the PASS test were conducted by a licensed physical therapist. The standard deviation of the centre of pressure (COP) was evaluated by performing a 20 seconds static balance task in the sitting position for 3 times. The consistency and accuracy of motion, the ROM of the segments, and the muscle mode were computed with the data obtained from the kinematics of the movement and muscle activation level during an anterior-posterior (AP) sway with a target set at 70% of their maximum range. In results, the analysis of TIS, PASS, and standard deviation of the COP resulted in increase in trunk function from G1 to G4.. The consistency and accuracy of the movement during AP sway task was lowest for the G2.. The ROM test of head, upper body, and lower body showed that the flexion/extension motion was greatest in case of G3 and G$ than adduction/abduction and rotation motion. However, G2 showed relatively larger differences in the ROM of the upper body compared to other groups, with no difference for the flexion/extension motion from the rest of the groups. G1 showed no difference in flexion/extension, adduction/abduction, and rotation movements of the head and upper body segments. The results from the muscle mode revealed different characteristics such as differences in supplementary muscle modes according to functional capability of the groups, differences based on the activity of the surrounding muscles in the main muscle mode, and the similarities among the main muscle mode which was required to perform the task. There are two conclusions that can be drawn from this study. First, it was confirmed that the function of the trunk is improved with the recovery of the functional capability for stroke patients. Second, there are changes in muscle modes related to the trunk as their with the recovery of the functionality of the body. Further from the first conclusion, the existing theory that the function of the trunk improves with the improvement of the functional capability was confirmed. From the second conclusion, It can be seen that the three characteristics of functional recovery; similarity of the main muscle mode for task performance, the action of the surrounding muscles in the main muscle mode, and the change in the supplementary muscle mode changed according to the functional capability of the groups. In conclusion, it is considered that the change in the trunk function and muscle mode following stroke recovery can be confirmed by observation of change in supplementary muscle mode but not by the change in major muscle mode involved in the movement.

뇌졸중으로 인한 뇌손상은 뇌와 연결된 운동, 감각 통로에 장애를 발생시킨다. 손상된 운동 신경 경로는 편마비뿐만 아니라 근력 약화, 근육 강직, 비정상적 움직임을 야기한다. 뇌졸중의 회복은 손상 직후부터 관찰되며 손상 후 3개월 이내에 대부분의 회복이 나타난다고 보고되고 있지만, 손상 정도나 재활에 따라 6개월 이후에도 회복이 관찰된다. 뇌졸중 환자들의 회복 속도와 경향은 모두 다르게 나타나지만, 앉기, 서기, 걷기와 같이 일정한 신체 기능 회복 단계를 거친다. 이처럼 뇌졸중 환자들은 발병 후 비선형적이지만 재활 훈련을 통해 운동 제어, 근력 강화, 강직 감소 등의 발달로 단계적 신체 기능 회복을 보인다. 본 연구는 뇌졸중 환자들의 재활 초기부터 회복 안정기까지 뇌졸중 환자들을 신체 기능 수준에 따라 구분하고, 이들의 움직임 및 운동 제어 전략의 차이를 체간 움직임 분석을 통해 비교하는데 그 목적이 있다. 본 연구에 참여한 뇌졸중 환자들은 재활에 따른 신체 기능 회복 단계에 따라 앉은 자세 가능 집단(집단명: G1, 나이: 62.14±3.34세, 신장: 161.29±9.93cm, 체중: 60.14±7.29kg, 발병기간: 3.71±2.21개월, n=7), 앉기 서기 가능 집단 (집단명: G2, 나이: 58.10±10.58세, 신장: 167.90±9.92cm, 체중: 66.30±14.05kg, 발병기간: 6.00±2.71개월, n=10), 독립 보행 가능 집단(집단명: G3, 나이: 54.67±9.98세, 신장: 167.25±6.00cm, 체중: 63.75±5.93kg, 발병기간: 7.58±4.03개월, n=12)으로 구분하였다. 비장애인 집단(집단명: G4, 나이: 47.20±13.60세, 신장: 169.20±9.77cm, 체중: 65.20±10.56kg, n=10)을 비교군으로 선정하였다. 집단 간 체간 기능과 근육 제어 기전을 비교하기 위하여 TIS(Trunk Impairement Scale), PASS(Postural Assessment Scale for Stroke), 균형평가(압력중심 표준편차), 움직임 일관성과 정확성, 체간과 두부 분절의 가동범위, 근육모드(muscle mode)를 분석하였다. TIS와 PASS 측정은 면허를 소지한 물리치료사가 실시하였다. 압력중심의 표준편차는 앉은 자세 시 정적 자세 유지과제를 20초간 3회 실시하여 평가하였다. 움직임 일관성과 정확성, 분절의 가동범위, 근육 모드는 최대 움직임의 70% 범위의 크기로 체간의 전후 흔들기 동작 시 3차원 동작분석과 근전도 자료 수집을 통해 이루어졌다. TIS, PASS, 압력중심의 표준편차 분석 결과 신체 기능 수준이 높음에 따라 체간 기능이 높다는 결과가 나타났다. 체간 전후 흔들기 동작 시 움직임의 일관성과 정확성은 G2 집단이 다른 집단에 비하여 수준이 낮은 것으로 나타났고, G4 집단이 가장 높은 움직임의 일관성과 정확성을 보였다. 두부, 상부 체간, 하부 체간의 가동범위를 분석한 결과 두부와 상, 하부 체간에서는 G3, G4 모두 굴곡/신전 움직임이 내전/외전, 회전 움직임보다 크게 나타났다. 그러나 G2는 상부 체간의 움직임에서 내전/외전 움직임이 다른 집단에 비해 상대적으로 크게 나타나면서 굴곡/신전 움직임과 차이를 보이지 않았다. G1은 두부와 상부 체간 분절의 움직임에서 굴곡/신전, 내전/외전, 회전의 움직임에서 차이가 나타나지 않았다. 근육 모드에서는 신체 기능 수준에 따른 보조적 근육 모드의 차이, 주된 근육 모드에 포함된 주변 근육의 작용의 차이, 과제 수행을 위한 주된 근육 모드의 유사성의 특성이 나타났다. 본 연구를 통해 2가지 결론을 도출하였다. 첫 번째 결론은 뇌졸중 환자의 신체 기능이 회복됨에 따라 체간의 기능이 향상된다는 것이다. 두 번째 결론은 뇌졸중 환자는 신체 기능이 회복됨에 따라 체간 근육 모드가 변한다는 것이다. 첫 번째 연구 결론을 통해 신체 기능이 향상됨에 따라 체간의 기능이 높아진다는 기존 이론을 확인할 수 있었다. 두 번째 결론은 뇌졸중 환자들이 신체 기능 수준이 높아짐에 따라 근육 모드 변화가 나타나는 3가지 특성을 밝혀냈다. 3가지 특성은 과제 수행을 위한 주된 근육 모드의 유사성, 주된 근육 모드에 포함된 주변 근육의 작용, 신체 기능 수준에 따른 보조적 근육 모드의 변화이다. 결론적으로 이러한 체간 기능과 근육 모드 변화의 의미는 뇌졸중 회복이 움직임에 관여하는 주요한 근육 모드 변화에 의한 것이 아니라, 움직임을 보조하는 근육 모드 변화의 관찰에 의해 확인할 수 있다고 사료된다.