피부분절 전기자극이 편마비 환자의 강직성 족하수 보행에 미치는 영향

Abstract

[한글]

강직성 족하수 보행(spastic drop foot)은 뇌손상에 의한 경직성 마비보행을 보이는 환자들에게서 나타나는 보행양상으로, 환측 입각기(stance phase)시 발목관절의 발등굽힘 감소와 유각기의 발끌림 현상과 함께 발의 안쪽번짐을 보이는 보행형태를 말한다. 강직성 족하수 보행은 편마비 환자의 비대칭성 보행에 영향을 주며 이는 편마비 환자의 보행기능을 포함한 전반적인 기능회복을 지연시키는 요인이 된다. 족하수 보행을 개선하기위해 보조기 착용, 항경직성 약물 사용, 화학적 신경차단술, 수술과 함께 전기자극을 이용하고 있다. 전기자극 방법으로 주동근에 직접 전기자극을 실시하여 발등굽힘근을 수축시키거나 대상 근육을 지배하는 신경을 자극하여 근육을 수축시키는 방법이 가장 많이 사용되고 있으나 근 피로도가 쉽게 증가하고 센 자극으로 인해 환자들은 불쾌감과 통증을 호소하여 장시간 사용이 어렵고, 근 수축을 전기자극에 의존하였기 때문에 자발적인 근 수축을 기대하기 어려운 점 등의 제한점이 있다. 이러한 단점을 보완하기 위해 피부분절전기자극이 시도되었는데 이는 주동근을 직접 자극하지 않고, 주동근에 해당하는 피부분절에 전기자극을 적용해 길항근의 강직을 감소시켜 주동근의 기능을 호전시키는 방법으로 이를 통해 즉각적인 강직 감소효과가 있다는 다수의 연구가 이루어져 있고 상지에서는 이 방법을 이용하여 근육의 자발적 수축을 개선시켜 기능이 호전되었다는 보고가 있었다. 그러나 이 방법을 보행기능 개선을 위해 적용한 경우는 보고 되지 않았다. 따라서 본 연구에서는 강직성 족하수 보행을 보이는 편마비 환자를 대상으로 발바닥굽힘근인 장딴지근의 근육분절에 해당하는 피부분절에 전기자극을 실시하였을 때 나타나는 강직의 즉각적인 감소효과가 족하수 보행에 어떤 영향을 주는지 알아보고자 하였다. 실험대상은 뇌졸중 또는 외상성 뇌손상에 의한 강직성 족하수 보행을 보이는 환자로, 상기 질환을 제외하고 발목관절을 포함한 하지 관절의 구축이나 정형외과 질환을 가지고 있지 않아야 하며, MAS(modified ashworth scale) 점수가 1이상 MMT(manual muscle test) 점수가 2+ 이상이며, 10m 이상 독립적 보행이 가능한 사람을 대상으로 하였다. 실험방법은 장딴지근에 해당하는 S1 피부분절 부위에 자극범위 250㎲, 자극주파수 35Hz, 자극의 세기는 근육이 가시수축을 일으키지 않는 정도로 자극하여 자극 전과 자극동안 초기 발뒤축접지기 발등굽힘각도, 중간입각기의 최대 발등굽힘각도, 입각기 무릎관절 최대 폄각도, 유각기 최대 굽힘각도의 운동형상학적 자료를 3차원 보행분석기(Vicon 612, VICON Motion Analysis System Ltd, UK)를 이용하여 비교하였다. 또한 전기자극 동안 비대칭성 보행의 변화를 알아보기 위해 보장길이와 한다리 지지시간을 측정하여 보행의 비대칭 정도를 비교하였다. 위의 실험을 통해 운동형상학적(kinematics), 시간-공간적 변수들의 변화를 가져왔다. 11명의 환자들에게서 전기자극전에 비해 전기자극동안 환측의 발뒤축접지기의 발등굽힘각도가 증가하였고 13명의 환자들에게서 최대 발등굽힘각도가 증가하였다. 또한 운동형상학적 자료를 분석하기 어려운 4명의 환자를 제외한 12명의 환자에서 무릎관절 최대 폄각도가 감소하고 최대무릎관절 굽힘각도가 증가하였다. 또한 환측과 건측의 보장길이를 나눈 보장 비율이 감소하였고, 환측과 건측의 한다리 지지시간 비율이 감소하였다. 비대칭 비율의 감소는 환측과 건측의 대칭성이 증가함을 상대적으로 반영하는 것이다. 이상의 결과를 통해 피부분절 전기자극이 강직으로 인해 억제된 근육의 자발적 수축을 활성화 시켜 강직성 족하수 보행을 개선할 수 있으며 이는 뇌손상 환자의 근 재교육 및 보행훈련에 도움을 줄 수 있을것이라고 생각된다.

[영문]The purpose of this study was to examine the effect of the spasticity reduction in response to dermatomal electrical stimulation applied to the ankle plantar flexor on the spastic foot drop during gaits in hemiplegia patients. Sixteen patients with hemiplegic patients caused by stroke and traumatic brain injury(TBI), whose spasticity of gastrocnemius muscle is over Grade 1+ by the MAS evaluation, and can walk over 10 m independently, and they walked for 5 times before electrical stimulation and during electrical stimulation. The surface electrode was attached to the S1 deramtome that was equivalent to the myoterm of gastrocnemius, and in regard to the intensity of stimulation, it was in the range that was comfortable for patients without causing the non contraction of muscle. For the gait analysis, the data were collected by the 3-dimensional gait analysis system, Vicon 612 (VICON Motion Analysis System Ltd, UK). In the gait performed under dermatomal electrical stimulation, in the affected side, the ankle plantar flexion angle during the initial heel contact was significantly decreased and thus the dorsiflexion was increased significantly (p< 0.05), and during the midstance, the maximal dorsiflexion angle of ankle joint was found to be significantly increased (p <0.05). The knee maximal extension angle during the stance phase was significantly decreased (p <0.05) and maimal flexion angle of knee during the swing phase was significantly increased (p <0.05). The single limb support time ratio of the affected side during gait cycle was significantly decreased, (p <0.05). In addition, prior to electrical stimulation and during the stimulation, between the non-affected side and the affected side, the time difference of step length ratio was significantly decreased (p < 0.05). The experiment results show that in spastic foot droppatients caused by the spacticity of the ankle plantar flexor muscles, dermatomal electrical simulation increased the active range of motion of the affected ankle joint and asymmetry ratio the gait cycle.