The Effects of Closed Kinetic Chain-Based 3D Spinal Correction Exercises on Cobb Angle, Postural Alignment and Quality of Life in Patients with Scoliosis

닫힌사슬운동 기반의 3차원 척추 교정 운동이 척추옆굽음증 환자의 콥스 각도, 자세 정렬 및 삶의 질에 미치는 영향

Abstract

Purpose : To investigate the effects of a combined treatment of spinal curvature support, closed kinetic chain exercise (CKC), and 3D spinal correction exercises on Cobb angle, postural alignment, and scoliosis research society-22r (SRS-22r) scores in patients with scoliosis. Methods : Twenty-four patients with scoliosis, aged between 10 and 40 years, participated in the study. After screening, participants were randomly assigned to the experimental group (n= 12) or the control group (n= 12) using Microsoft Excel. Participants in both groups underwent applied 3D spinal correction exercises, combined with CKC in the experimental group, and open kinetic chain exercise (OCK) in the control group. Both interventions consisted of two 40-minute sessions per week for 10 weeks, including 10 minutes of static stretching before and after the intervention. To compare the effect of the CKC intervention in the spinal curvature support state, Cobb angle, postural alignment, and SRS-22r were measured. Results : Both groups showed significant improvements in Cobb angle, pelvic angle, and SRS-22r before and after the intervention (p<.05), with additional improvements in shoulder angle observed only in the experimental group (p<.05). The experimental group demonstrated significantly greater improvements than the control group in Cobb angle, shoulder angle, and pelvic angle (p<.05). However, no significant between-group difference was observed in SRS-22r score improvements (p>.05). Conclusion : The results of this study suggest that, although both treatments spinal curvature support and 3D spinal correction exercises combined with either closed or open kinetic chain exercises were effective for patients with scoliosis, the combination including CKC may be more effective in improving Cobb angle and postural alignment. Therefore, this approach may serve as an effective treatment protocol for rehabilitating patients with scoliosis.

Ⅰ. 서론

척추옆굽음증(scoliosis)은 척추뼈 정렬이 정상적인 축에서 3차원적으로 벗어난 것으로 정의된다(Illés 등, 2019; Moramarco 등, 2020). 척추뼈가 이마면, 시상면, 수평면에서의 3차원적인 변형으로 불규칙한 곡선과 척추뼈의 회전이 동반된다. 또한 미국 척추옆굽음증 연구학회(The Scoliosis Research Society)에서는 콥스 각도(Cobb angle)가 10 ° 이상의 변화가 있을 때로 정의한다(Ng 등, 2017).

척추옆굽음증은 해부학적으로 척추뼈 몸체의 회전과 갈비뼈의 구조적 이동을 초래하여 굽이의 오목면에서는 갈비뼈가 앞으로 이동되고, 볼록면에서는 뒤로 이동되어 몸통의 비대칭적인 구조를 형성하게 된다. 이로 인해 몸통, 갈비뼈, 어깨 및 골반의 비대칭이 나타난다. 이러한 불균형은 폐의 환기 능력 감소, 신경학적 문제를 야기할뿐만 아니라 외형적인 문제로 신체에 대한 자신감 저하로 나타나고, 대인관계와 사회 활동의 위축을 호소할 수 있다(Yalfani & Bazipoor, 2020; Yang 등, 2016). 척추옆굽음증은 사춘기 직전의 성장기에 자주 발생하며 여성이 남성보다 약 3배 정도 많이 발생한다(Chan 등, 2024; Choudhry 등, 2016). 척추옆굽음증의 정확한 원인은 알려지지 않았지만, 유전적 요인과 환경적 요인이 결합된 것으로 판단되고, 약 65 %는 특발성(원인 불명), 약 15 %는 선천적, 약 10 %는 신경근 질환의 이차적 원인으로 알려져 있다(Kouwenhoven 등, 2007).

척추옆굽은증의 치료 방법으로는 크게 보존적 치료와 외과적 치료로 나눌 수 있지만 콥스 각도가 40도 이상일 경우를 제외하고는 대부분 보존적 치료를 권장하고 있다(Bettany‐Saltikov 등, 2015). 보존적 치료는 보조기 착용, 자세교정운동 등의 방법을 고려할 수 있다. 보조기 착용의 경우 척추 주변 근육의 강직과 근력 소실 등의 단점이 명확하여 운동을 이용한 재활이 권장되고 있다. 운동은 척추 변형의 진행을 멈추거나 개선하고, 폐 환기에도 긍정적인 영향을 주는 것으로 알려져 있다(Zhou 등, 2021).

물리치료 기반의 척추옆굽음증 특화 운동 중 슈로스(Schroth) 운동은 3차원 척추 교정 운동으로 현재 척추옆굽음증 치료에서 가장 많이 권장되는 비수술적 치료법 중 하나이다(Park 등, 2017). 슈로스 치료는 신경생리학적 요소와 역학적 관점에 근거하여 호흡운동을 병행함으로써 근육 강화를 통한 척추의 정렬을 회복시키는 것으로 알려져 있고, 지금까지 많은 연구에서 콥스 각도의 개선, 폐활량 증대, 자세 교정 등에 긍정적인 영향을 보고하였다(Dimitrijević 등, 2022). 하지만 콥스 각도 5도 이상을 교정하기 위해서 치료기간이 1년 이상 소요된다(Kyrkousis 등, 2024).

닫힌사슬운동은 손(팔 움직임) 또는 발(다리 움직임)이 공간에 고정되어 움직일 수 없는 신체 운동이다. 팔 다리는 움직이지 않는 표면, 일반적으로 지면이나 기계 표면과 지속적으로 접촉한다. 닫힌사슬운동은 일반적으로 압축력을 발생시키는 복합 운동이다. 닫힌사슬운동은 대부분의 열린사슬운동처럼 하나에만 집중하는 것이 아니라 여러 근육 그룹과 관절을 동시에 사용하기 때문에 열린사슬운동 보다 실용적이고 활동적인 운동이다(Blackburn & Morrissey, 1998).

지금까지 슈로스 운동을 이용한 척추옆굽음증 환자의 운동 중재는 대부분 열린사슬운동 과 호흡운동을 적용하여 호흡, 콥스 각도, 삶의 질, 통증 경감 등에 그 효과를 입증하였다(Dimitrijević 등, 2022).

본 연구는 닫힌사슬운동 기반으로 척추 변곡점에 지지대를 이용하는 3차원 척추교정운동은 위쪽 등척추와 아래쪽 등허리척추의 변곡점을 고정하고, 닫힌사슬운동을 위하여 기구에 손과 발의 먼쪽을 고정한 후 앞 ․ 뒤, 왼 ․ 오른쪽 회전된 굽이 반대방향으로 교정하는 힘을 주면서 호흡운동을 병행하여 척추 깊은 근육을 수축 이완시키는 중재를 적용하였다. 현재까지 닫힌사슬운동을 기반으로 척추 변곡점을 고정하고 위쪽 등척추와 아래쪽 등허리척추 회전면의 반대방향으로 교정하는 3차원 척추교정운동을 적용한 연구는 없었다.

따라서 본 연구의 목적은 척추옆굽음증 환자를 대상으로 10주간 닫힌사슬운동 기반의 3차원 척추교정운동 프로그램을 적용하여 콥스 각도, 몸통 정렬, SRS-22r에 미치는 영향을 확인함으로써 닫힌사슬운동 기반의 3차원 척추교정 운동프로그램의 기초 자료로 제시하고자한다.

Ⅱ. 연구방법

1. 연구대상자

본 연구는 콥스 각도가 10 ° 이상으로 척추옆굽음증 진단을 받은 만 10세~40세 이하의 환자로 실시하였다. 대상자는 S시 Y병원에서 치료중인 대상자로 치료실 로비 게시판을 통하여 총 24명의 척추옆굽음증 환자를 모집하였고, 선천성, 신경근육성 척추옆굽음증 환자, 중추신경계 질환이 있는 자, 최근 6개월 이내 척추 수술을 받은 자, 닫힌사슬운동 수행이 어려운 자는 제외하였다.

Table 1. General characteristics of subjects (n= 24)

2. 연구 절차

본 연구는 무작위 대조군 연구(randomized controlled trial)로 설계하였으며, 척추옆굽음증 환자 24명의 대상자를 난수표를 이용한 무작위 배정으로 실험군(n= 12), 대조군(n= 12)으로 배정하였다. 모든 참가자는 사전 평가와 사후 평가를 실시 하였으며, 콥스 각도는 방사선 사진 판독, 자세 정렬 검사는 포츠쳐메타, 척추옆굽음증 환자의 삶의 질을 평가하기 위하여 SRS-22r로 평가하였다. 평가와 중재는 10년 이상 경력의 물리치료사 2명이 직접 시범을 보인 후에 실시하였다. 닫힌사슬 기반의 3차원 척추교정운동을 하는 실험군과 열린사슬 기반의 슈로스운동을 하는 대조군으로 설정하여 진행하였다.

3. 중재 방법

1) 닫힌사슬운동 기반의 3차원 척추교정운동

본 연구에서 실험군에게 적용된 운동프로그램은 1회 40분 씩, 10주 간 주 2회씩 실시하였다. 본 연구에서는 3차원 척추교정 재활운동기기(Spine reset 3D machine, Nexttop, Korea)를 사용하였다. 치료 적용 시 환자의 팔∙다리의 위치에 따라서 자세 조절에 직접적인 영향을 미쳐 교정 효과도 달라질 수 있기 때문에, 척추의 위쪽과 아래쪽의 회전 방향이 바뀌는 변곡점을 등척추 고정 기둥으로 고정하였다(Piątek 등, 2019; Skaggs 등, 2020). 닫힌사슬운동을 위해 양손으로 고정된 바를 잡고, 두 발을 모아 바닥에 고정하고 앉도록 하였다. 3차원적 척추 변형의 반대 방향 끝 범위에서 호흡운동을 통하여 척추 깊은 근육을 수축 이완하면서 척추 굽이를 교정 하였다(Niu 등, 2018). 위쪽 등척추의 운동은 양팔을 바에 고정하고 최대 흡기 후 숨을 참고 20초간 척추 변형 반대 방향으로 닫힌사슬에서 등척성 운동을 실시하고, 3회 1세트, 총 5세트를 실시하였다. 아래쪽 등허리척추의 운동은 골반을 고정하고 이마면의 커브를 감소시킨 다음 양쪽 다리를 기구에 고정하고 최대 들숨 후 숨을 참고 20초간 척추변형 반대방향으로 닫힌사슬에서 등척성운동을 3회 1세트, 총 5세트를 실시하였다(David 등, 2023). 위·아래쪽 1세트를 마치면 1분간의 휴식을 부여하였다. 운동 중재의 시작과 마무리에 각 10분 간 정적 스트레칭 운동을 적용하였다. 과도한 구부림과 회전을 포함한 운동은 금지하였으며, 운동 시 통증이나 심한 어지럼증이 나타나면 운동을 중단하였다(Fig 1).

Fig 1. 3D spinal correction exercise based on closed kinetic chain exercise

2) 열린사슬운동 기반의 척추교정운동

본 연구에서 대조군에게 적용된 운동프로그램은 1회 40분 씩, 10주 간 주 2회씩 실시하였다. 슈로스 기반의 본 운동은 앉은 자세, 옆으로 누운 자세, 바로 누운 자세에서 실시하였으며, 회전 호흡(rotational angular breathing), 봉우리 역회전(hump de-rotation) 운동, 근육 실린더(muscle cylinder) 운동, 척추 연장(elongation) 목적의 매달리며 유지하는(hanging) 운동을 각 3회 1세트, 총 5세트를 실시하였으며, 1세트를 마치면 1분간의 휴식을 부여하였다. 운동 중재의 시작과 마무리에 각 10분 간 정적 스트레칭 운동을 적용하였다. 운동 프로그램에 사용된 모든 동작은 선행연구에서 활용된 동작을 참고로 재구성하였다(Gür 등, 2017; Kocaman 등, 2021). 과도한 구부림과 회전을 포함한 운동은 금지하였으며, 운동 시 통증이나 심한 어지럼증이 나타나면 운동을 중단하였다(Fig 2).

Fig 2. 3D spinal correction exercise based on open kinetic chain exercise

3. 측정 도구

본 연구에서 콥스 각도(Cobb angle)는 엑스레이(Digital X-ray, Provision 1600C, Korea), 어깨와 골반 각도 차이 검사는 포츠쳐메타(Posturemeter, Acebody, Korea), 척추 옆굽음증 환자의 건강 관련 삶의 질을 측정하기 위하여 SRS-22r을 이용하여 측정하였다.

1) 콥스 각도

콥스 각도는 서 있는 자세에서 콥스의 표준 방법을 활용하여 주요 굽이를 측정한다. 굽이의 위쪽은 오목한 면 쪽으로 위쪽 표면이 기울어진 척추 중 가장 위쪽 척추에 수평선을 긋고, 아래쪽은 오목한 면 쪽으로 아래쪽 표면이 기울어진 척추 중 가장 아래쪽 척추에 수평선을 그어 두 수평선 사이의 각도를 측정한다(Horng 등, 2019). 엑스레이를 이용한 척추 옆굽음 각도의 측정자간 신뢰도와 측정자 내 신뢰도(r= 0.97)를 가진다(Gstoettner 등, 2007).

2) 자세 정렬 검사

이마면에서 자세 정렬을 평가하기 위해 포츠쳐메타를 사용한다. 이마면에서는 어깨와 골반의 기울어진 각도 차이를 분석한다. 대상자는 바로 선 자세에서 어깨 각도 차이 검사는 양쪽 어깨뼈의 봉우리(acromion)에 위치하여 두 지점 사이의 각도 차이를 측정하며, 골반 정렬검사는 양쪽 위뒤엉덩뼈가시(posterior superior iliac spine; PSIS)에 위치하여 각도 차이를 측정한다. 자세 정렬 검사는 신뢰도(r= 0.96)를 가진다(Gnat & Biały, 2015).

3) Scoliosis research society-22r

대상자의 삶의 질을 평가하기 위하여 Scoliosis Research Society에서 개발한 scoliosis research society-22r(SRS-22r) 설문지를 활용하였다. SRS-22r은 소아 및 성인 인구 집단에서 널리 사용되며, 척추옆굽음증 환자의 건강 관련 삶의 질 측정과 치료에 따른 삶의 질 변화를 평가하는 데 널리 사용되고 있다. SRS-22r은 총 22개 항목으로 구성되어 있으며, 각 항목은 1점부터 5점까지의 5점 리커트 척도로 평가된다. SRS-22r은 통증, 외모, 기능, 정신건강, 만족도의 5가지 개별 영역에 대한 점수와 함께 전체 평균 점수를 제공한다. 각 개별 영역 점수와 총점은 각 답변의 평균 값인 1점에서 5점 사이로 계산되며, 점수가 높을수록 삶의 질이 더 좋음을 의미한다(Herdea 등, 2022). 평가 재평가 신뢰도(r= 0.61)를 가진다(Niemeyer 등, 2009).

4. 분석 방법

SPSS Statistics 22.0 소프트웨어 프로그램을 사용하여 분석하였다. 정규성 검정은 Shapiro-Wilk를 이용하였다. 대상자의 일반적 특성 중 성별은 카이제곱 검정을 통해 사용하였고, 나이, 키, 몸무게, 종속변수의 사전 값의 동질성은 독립표본 t-검정을 검정하였다. 두 그룹 내 실험 전·후 차이 값을 알아보기 위해 대응 표본 t-검정을 통해 시행하였다. 두 집단 간 중재에 따른 변화량의 차이를 비교하기 위해 독립표본 t-검정으로 분석하였다. 모든 통계학적 유의 수준은 α= .05로 하였다.

Ⅲ. 결과

1. 콥스 각도의 변화

실험군과 대조군에서 중재 전보다 콥스 각도에서 유의한 차이를 보였다(p<.05). 그룹 간 비교에서는 실험군에서 콥스 각도의 유의한 차이를 보였다(p<.05)(Table 2).

Table 2. Comparison of Cobb between groups (n= 24)

Values are expressed as mean±SD

2. 자세 정렬의 변화

실험군에서 중재 전보다 어깨, 골반 각도 변화에서 유의한 차이를 보였다(p<.05). 대조군에서 중재 전보다 골반 각도 차이에서 유의한 차이를 보였다(p<.05). 그룹 간 비교에서는 어깨, 골반 각도 차이에서 유의한 차이를 보였다(p<.05)(Table 3).

Table 3. Comparison of posture alignment between groups (n= 24)

Values are expressed as mean±SD

3. SRS-22r의 변화

실험군과 대조군에서 중재 전보다 SRS-22r에서 유의한 차이를 보였다(p<.05). 그룹 간 비교에서는 유의한 차이를 확인할 수 없었다(p>.05)(Table 4).

Table 4. Comparison of SRS-22r between groups (n= 24)

Values are expressed as mean±SD, SRS-22r; scoliosis research society-22r

Ⅳ. 고찰

본 연구는 척추옆굽음증 환자를 대상으로 닫힌사슬운동을 기반으로 변곡점을 지지한 3차원 척추교정운동을 적용하여 콥스 각도, 어깨 및 골반 각도 차이, SRS-22r에 미치는 영향을 알아보기 위하여 실험군은 닫힌사슬운동 기반으로 척추 변곡점을 지지하는 3차원 척추교정운동을 실시하고, 대조군은 열린사슬운동을 기반으로 하는 척추교정운동을 적용하여 닫힌사슬운동이 척추옆굽음증 환자에게 미치는 효과를 확인하고자 하였다. 연구 결과 닫힌사슬운동 기반 3차원 척추교정운동이 척추옆굽음증 환자의 콥스 각도, 어깨 및 골반 각도에 유의한 영향을 미치는 것으로 나타났다(p<.05).

척추옆굽음증 환자의 경우 척추 주변 코어 근육은 근섬유화 및 지방 침착이 증가된 것으로 보고되고 있다. 이러한 사실에 비춰볼 때 척추옆굽음증 환자는 척추 주변 코어 근육의 근 약화로 인한 불균형과 관련이 있는 것으로 알 수 있다(Gür 등, 2017). 이로 인하여 척추옆굽음증 환자는 몸통 근육의 위축, 약화, 통증, 호흡 악화 등으로 코어 근육의 역할 감소로 몸의 변형과 더불어 삶의 질 하락으로 이어진다. 본질적인 코어 근육의 안정화 기능은 더 이상 기대할 수 없어 옆굽음증의 악화가 지속된다. 따라서 코어 근육의 강화와 척추 주변 근육의 이상적인 균형은 척추옆굽음증 환자 재활에 있어서 매우 중요한 요소이다(Li 등, 2021). 허리뼈-골반-엉덩관절 복합체(lumbo-pelvic-hip complex)라고도 하는 코어 근육은 가로막, 배속빗근, 배가로근, 척추 주위 및 엉덩이 주위, 골반 바닥근과 같은 근육 경계가 있는 3차원 공간이다. 이러한 근육 경계의 고유한 특성은 몸통과 척추 주위에 코르셋과 같은 안정화 효과를 제공하며 척추 균형에 있어서 주도적인 역할을 수행한다(Rathore 등, 2017).

전통적으로 콥스 각도의 감소는 척추옆굽음증 치료에서 가장 중요한 목표 중 하나이다(Skaggs 등, 2020). 본 연구 군내 비교 결과 실험군에서는 콥스 각도와, 어깨 및 골반 각도, 대조군에서는 콥스 각도와 골반 각도에서 유의한 결과를 보였으며, 군간 비교 결과 실험군이 대조군에 비하여 콥스 각도와 어깨 및 골반 각도의 개선된 결과가 나타났다. 그러한 이유는 중재 방법에 기인한 것으로 생각할 수 있다. 두 군 모두 척추옆굽음증 교정 운동으로 고유수용감각 자극, 등척성 운동과 호흡을 병행하였다. 특히 호흡운동은 척추의 오목한 부분은 호흡을 늘리면서 근활성을 촉진하였고, 볼록한 부분은 허파의 과도한 사용을 줄임으로써 호흡 근육의 정상적인 기능을 회복함으로써 옆굽음증을 개선한다고 하였다(David 등, 2023). 특히 본 연구의 실험군에서의 개선의 결과는 실험군에서는 위쪽 등척추, 아래쪽 등허리 부분에 굽이의 반대 방향으로 척추에 직접적으로 바깥 지지를 제공하였다. 즉, 척추의 바깥 지지와 닫힌사슬 환경에서의 부분적인 체중 부하와 함께 호흡, 몸통의 굽이 반대 방향으로의 회전 운동 등으로 구성된 3차원 척추교정운동을 제공하였다. 닫힌사슬운동기반 3차원 척추교정운동은 체중을 지탱한 상태에서 척추 주변의 여러 관절과 근육이 동시에 작용하여 근육 간의 협응력을 높이고, 근력과 근긴장도의 균형을 향상시켜 척추 정렬을 유의하게 개선한 것으로 판단된다(Ashoury 등, 2024). 또한 위쪽 등 척추 및 아래쪽 등허리 부분의 변곡점의 지지를 견고하게 한 것은 굽이의 회전 부분을 고정시킨 상태에서 닫힌 사슬 상태의 체중 부하는 회전 동작과 호흡을 통하여 더 큰 자극을 주어 3차원적 변형 교정을 더욱 쉽게 할 수 있었을 것으로 판단된다(Duangkeaw 등, 2019). 이러한 여러 요소들이 결합하여 근육 훈련과 신체 인식에도 긍정적이었을 것으로 생각된다. 따라서 결과적으로 닫힌사슬운동과 변곡점지지 상태에서의 회전과 호흡 운동은 운동의 효과를 상승시켜 척추 주변 근육을 효율적으로 활성화하여 척추 굽이 감소와 콥스 각도 개선, 어깨와 골반의 각도 개선이 보였을 것으로 생각된다(Gür 등, 2017).

SRS-22r을 이용한 삶의 질 측면에서는 유의미한 결과를 확인할 수 없었다. 본 실험 결과 실험군과 대조군 모두 유의하게 자세 정렬에서 긍정적인 효과를 확인하였으며, 두 군 모두 치료를 받고 있고 호전을 보인 관계로 군 간의 효과성의 차이를 나타내기에는 어려웠을 것으로 생각된다(Teles 등, 2020). 다른 한편으로는, 척추옆굽음증과 통증과의 관계는 시상면에서의 차이가 크게 영향을 미치는 것으로 알려졌으나 본 연구에서 본 콥스 각도나 자세 정렬은 순수한 시상면의 호전 정도를 반영하지 않아 이러한 결과가 도출되었을 수도 있다(De Jonge 등, 2002). 향후 이러한 부분을 고려한 실험 연구가 필요할 것으로 생각된다.

본 연구의 제한점으로는 연구 대상자의 표본 수가 상대적으로 적었다는 점과 장기적인 효과를 분석하지 못했다는 점이 있다. 향후 연구에서는 대규모의 표본을 대상으로 한 실험과 장기적인 추적 연구를 통해 닫힌사슬운동의 지속적인 효과를 검증하는 것이 필요하다.

결론적으로, 척추 변곡점지지, 닫힌사슬운동 기반의 3차원 척추교정운동은 척추옆굽음증 환자의 콥스 각도 감소, 자세 정렬 개선, 그리고 삶의 질 향상에 긍정적인 중재 방법으로 평가될 수 있을 것으로 판단된다.

Ⅴ. 결론

본 연구는 척추옆굽음증 환자에게 닫힌사슬운동 기반하에 변곡점을 지지하는 3차원 척추교정운동이 콥스 각도, 자세 정렬, 삶의 질에 미치는 영향을 비교하였다. 그 결과 척추옆굽음증 환자의 닫힌사슬운동 기반하에 변곡점을 지지하는 3차원 척추교정운동 적용은 콥스 각도 및 자세 정렬에서 열린사슬운동을 기반으로하는 척추교정운동 그룹과 비교하여 유의한 차이를 나타내었다. 본 실험 결과를 바탕으로 척추옆굽음증 환자의 닫힌사슬운동 기반하에 변곡점을 지지하는 3차원 척추교정운동 적용은 콥스 각도와 자세 정렬에 긍정적인 영향을 미칠 수 있다고 할 수 있을 것이다. 앞으로 다양한 후속 연구를 통해, 닫힌사슬운동을 기반으로하는 3차원 척추교정운동을 발전시킨다면, 척추옆굽음증 환자의 재활과 일상생활 복귀에 큰 도움이 될 수 있을 것으로 생각된다.