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자발적 수축시 근 활동전위의 주파수 분석에 의한 인체 골격근의 특성

Other Titles
 Properties of the human skeletal muscles revealed by frequency analysis of muscular action potentials during voluntary contraction 
Issue Date
1993
Description
의학과/박사
Abstract
[한글] 인체 골격근의 기능적 특성은 근육을 형성하는 근섬유의 생리적 특성과 신경계의 조절에 의하여 결정되므로 관 활동전위에 대한 정량 분석은 근육의 기능적 특성에 대한 연구에서 중요한 방법 중의 하나이다. 특히 운동치료의 종류 및 방법을 결정하는 데에 근육의 국소적 피로도는 중요한 기준이 되는데, 이를 생체에서 객관적으로 평가하기 위하여 근전성 신호를 주파수 평면으로 변환하는 주파수 분석이 자주 사용되고 있다. 이번 실험에서는 근 활동전위의 주파수 분석을 사용하여 기능적 특성이 다르다고 알려진 인체의 네 근육의 피로도를 비교하였으며, 추가적 근력을 발생시킬 때 각 근육간 전기생리적 변화의 차이를 관찰하였다. 또한 상기의 경우에 각 근육의 고정 또는 근력 강화훈련에 의한 영향을 평가하여 운동치료시 기초 자료를 얻고자 하였다. 이를 위하여 대조군, 고정군 및 훈련군을 대상으로 근섬유의 구성 비율이 상이한 것으로 보고된 인체의 네 근육(상완이두근, 상완삼두근, 전경골근, 가자미근)에 디하여, 등척성 최대수축력(MVC: maximal voluntary contraction)을 측정한 다음, 20% MVC, 40% MVC, 60%MVC 및 80% MVC의 네 단계 수축력에서의 근전성 신호와 80% MVC의 수축력으로 수축을 지속할 때 근전성 신호로부터 주파수 스펙트럼을 구하였으며 그 대표값인 평균주파수(MPF: mean power freqency)를 비교하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 1. 단계적으로 수축력을 증가 시킬 때 모든 수축력에서 상지의 두 근육의 주파수 스펙트럼은 150 Hz 이하에 집중되어 있는 반면, 하지의 두 근육에서는 400 Hz까지 넓은 범위에 걸쳐 분포되어 있었다. 가자미근의 평균주파수는 모든 수축력에서 다른 세 근육에 비 하여 유의하게 높았고, 전경골근의 평균주파수는 상지의 푸 근육에 비해 높았다. 2 단계적 수축력 증가에 따라 가자미근과 전경골근의 평균주파수는 점차 증가한 반면, 상완삼두근에서는 점차 감소하는 양상을 보였다. 이러한 양상은 고정군이나 훈련군에서도 유사하였다. 3. 80% MVC의 수축을 지속할 때 모든 근육에서 주파수 스펙트럼의 저주파수대로의 이동이 관찰되었다 피로지수로 삼은 시간 경과에 따른 평균주파수의 감소율은 속근섬유의 비율이 높다고 알려져 상완삼두근에서 가장 현저하였고 그 다음 삼완이두관, 전경골근 그리 고 가자미근 순이었다. 4. 고정군에서 단계적으로 수축력을 증가시킬 때 각 수축력에서의 평균주파수는 대조군에 비하여 낮았는데 특히 상완삼두근에서 그 차이가 현저하였다 5. 고정군에서 80% MVC의 수축을 지속할 때 속근섬유의 비율이 높다고 알려진 상완삼두근의 피로도는 대조관에 비하여 유의하게 감소한 반면, 지근섬유의 비율이 높다고 알려진 가자미근의 피로도는 대조관에 비하여 유의하게 증가하였다. 6. 훈련군에서는 단계적으로 수축력을 증가시킬 때 평균주파수가 가자미근에서만 대조군에 비하여 높았으며, 80% MVC의 수축을 지속할 때 시간에 대한 평균주파수의 감소율은 실험근육에서 대조군과 유의한 차이가 없었다. 이상의 결과로 보아 자발적 수축시 근섬유의 구성비율이 상이하다고 알려진 인체의 골격근간에 추가적 근력을 발생시키는 기전, 수축을 지속할 때 피로도, 그리고 장기간 고정에 따른 변화가 차이가 있음을 알 수 있었으며 운동치료시 각 근육의 생리적 특성을 충분히 고려하여야 할 것으로 생각된다
[영문] Since the functional characteristics of human skeletal muscles depend on the physiologic properties of fibers and control properties of individual motor units, the quantitative analysis for electrophysiologic findings of muscular contraction is a useful method for research on analysis is important in rehabilitation medicine, in which the information on muscle fatigue may be used to characterize the muscle behavior and monitor its adaptation to therapeutic exercise. The behavior of frequency spectrum is associated with physiologic properties of individual motor unit. Also it is well known that frequency spectrum correlates well with muscle fiber composition. Several studies hale examined the frequency spectrum of myoelectric signal in relation to force, but the result were somewhat contraction, and several studies used this changes to quantify the localized muscular fatigability. However only few studies have compared fatigability of differences muscles using spectrum analysis. The aims of the present study were: (1) to compare the patterns of changes of frequency spectrum with increasing force in different muscles; (2)to compare the fatigability of several muscles that are known to have different muscle fiber composition during sustained submaximal isometric contraction, and (3) to evaluate the effects of immobilization and strengthening exercise on behavior of frequency spertrum. Four muscles(biceps brachii, triceps brachii, tibiatis anterior, soleus) of control, immobilization and trained group were tested on brief contraction at four different levels(20% MVC, 40% MVC, 60% MVC, 80% MVC) and sustained isometric cotraction at 80% MVC(maximal voluntary contraction). The changes of MPF(mean power frequency) and RMS(rectified mean square) voltage analyzed on each study, and the differences of those changes among muscles and groups were evaluated. The results were as follows: 1. During the graded contraction, the significant range of frequency spectrum was below 150 Hz on the biceps brachii and triceps brachii. On the other hand, the frequency spectrum of the tibialis anterior and soleus were broadened to 400 Hz. 2. The MPF of the tibialis anterior and soleus were increased with increasing force level during graded contraction. On the contrary, the MPF of triceps brachii were decreased with increasing force level. These findings were influenced neither by immobilization nor strengthening exercise. 3. During sustained isometric contraction at 80% MVC, the frequency spectrums from all the muscles examined shifted toward lower frequency and the MPF were decreased. The slope of MPF changes was lowest for triceps brachii and highest for soleus, which means that the triceps has high fatigability and the soleus has low fatigability. these findinds correlated well with known compositions of muscle fiber within the muscles studied. 4. The MPF of immobilized group was significantly lower than that of control gruup on all the muscles studied during graded contraction. 5. The slope of MPF decrese of triceps brachii became significantly less steep by immobilization. On the other hand, the slope of solues became mire steep by immobilization on different muscles. 6. The strengthening exercise affect significantly neither the pattern of changes of MPF with graded increasing force nor the slope of MPF decrease during sustained isometric contraction. From the above results, it was concluded that there were differences in fatigability, in mechanism developing additional contractility, and in changes of fatigability by immobilization of different skeletal muscles according to their muscle fiber composition.
URI
http://ir.ymlib.yonsei.ac.kr/handle/22282913/116564
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2. 학위논문 > 1. College of Medicine (의과대학) > 박사
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