서론
근력은 안정적인 움직임을 위해 중요한 체력 요소로 여겨지고 있다[1]. 그 중 허벅지(Thigh) 근력은 중력에 대한 저항이 상지로 전달되는 것을 줄여주며[2, 3], 서 있거나 보행 과정에서 전달되는 체중부하를 분산시키는 역할을 한다[4]. 허벅지 근력 저하는 이상 보행, 낙상 등 신체활동 저하 및 장애를 유발하는 원인으로 알려져 있으며[5], 하지 관절의 불안정성을 초래해 통증과 자세조절 능력 또한 저하시킨다[6]. 뿐만 아니라 허벅지 근육의 대퇴사두근(Quadriceps)과 슬괵근(Hamstring)은 무릎 관절의 안정성에 직접적으로 관여하며, 두 근육의 근력감소는 하중에 의한 스트레스를 증가시켜 전방십자인대 결함, 대퇴골 관절염 등과 같은 질환을 유발한다[7, 8].
이를 예방하기 위해 하지 근력 향상을 위한 다양한 운동이 적용되고 있으며[9], 열린사슬(open kinetic chain, OKC)과 닫힌사슬(closed kinetic chain, CKC) 운동 방법을 통해 접근되고 있다. OKC 운동은 독립관절 사용으로 해당 근육의 단일 수축을 통해 강화하지만 CKC 운동은 복합 관절의 움직임을 이용하기 때문에 OKC 운동보다 많은 관절의 움직임을 필요로 한다[9]. 즉, CKC 운동은 근육 간 동시 수축을 통해 근력을 강화하는 복합관절 운동에 포함된다.
하지 근력 향상을 위한 CKC 운동은 다양하지만 대표적으로 스쿼트가 근골격계 부상 예방 및 회복을 위해 빈번히 사용되고 있다[1, 10]. 스쿼트는 지면에 양 발을 고정한 상태에서 발목, 무릎, 고관절의 굴곡과 신전을 통해 위, 아래 수직 방향 움직임을 이룬다[11]. 하지만 바벨의 위치, 발의 간격 등 종류 및 방법에 따라 근활성도의 차이가 나타나기 때문에 올바른 자세가 요구된다[12]. 선행연구에서는 스쿼트 유형마다 근활성도에 차이가 나타난다고 하였으며, 근활성도를 분석함으로써 근력의 정도를 알 수 있다고 하였다[13].
근활성도는 근수축시 근섬유에서 발생하는 활동전위의 정도를 의미하고 신체의 소의적 움직임을 유발하는 본질적인 원인이다[14]. 근섬유의 활동전위가 크다는 것은 근수축에 동원되는 운동단위 개수 증가 즉, 근육이 내는 힘의 증가를 의미한다[15]. 근육은 수축이 일어날 때 미세한 전위차가 발생하게 되며, 이러한 전위차를 증폭시켜 근활동의 전기적인 활동을 추정하여 기록하는 것을 근전도(Electromyography, EMG)라고 한다[16]. 근전도는 근육 활성 정도를 양으로 표현해주기에 근활성도를 측정하기 위해 사용되는 가장 흔한 측정 방법이며[17], 그중 표면 근전도 기기는 수술, 질환 및 기능 저하로 나타나는 불안정한 움직임을 가진 대상자들부터 고도의 움직임을 나타내는 엘리트 선수까지 매우 다양하게 활용되고 있다[18]. 표면 근전도 기기는 침습적인 근전도 기기와 달리 움직임이 자유로워 움직이는 과정에서의 주동근과 길항근의 수축을 통해 발생되는 전기적 신호를 얻는 것에 유용한 것으로 알려져 있다[19]. 하지만 다양한 스쿼트 방법에 따른 근활성도 직접 비교 연구가 부족한 실정이다.
따라서 본 연구의 목적은 스쿼트 유형에 따른 하지 근활성도 차이를 비교함으로써, 주동근과 길항근에 어떠한 영향을 미치는가를 규명하여 하지 근력 강화 목적에 맞는 올바른 스쿼트 수행 방법을 제시할 수 있도록 하고자 한다.
연구방법
1. 연구대상
본 연구는 생명윤리위원회의 승인(2-1040909-AB-N-01-202305-HR-025-04)을 받아 1년 이내 근골격계 병리적 소견이 없고 1년 이상 웨이트 트레이닝 경력이 있는 20대 성인 남(n=13), 여(n=7) 20명을 대상으로 실시하였다. 연구에 참여하기 전 피험자들에게 본 연구에 대한 목적과 절차를 충분히 설명한 후 자발적인 연구 참여 동의 후 실험에 참여하도록 하였다<Table 1>.
2. 측정도구 및 방법
2.1. 표면 근전도(Electromyography, EMG)
본 연구는 하지 근육의 활성도 측정을 위해 표면 근전도(Delsys wireless EMG, Delsys Inc, USA)를 사용하였다. 대상자들에게 반바지를 착용하도록 안내하였으며, 근전도 기기 부착 전 전극이 부착되는 부위의 피부 저항을 최소화하기 위해 일회용 면도기를 사용하여 해당 부위에 털을 제거하였다. 알코올 솜을 사용하여 부착 부위와 근전도 측정기를 깨끗이 소독한 후 SENIAM(Surface ElectroMyoGraphy for the Non-Invasive Assessment of Muscle)에 제시된 부착 부위를 참고하였다[20]. 부착 부위는 대퇴직근(Rectus femoris, RF), 외측광근(Vastus lateralis, VL), 내측광근(Vastus medialis, VM), 대퇴이두근(Biceps femoris, BF), 반건양근(Semitendinosus, ST)으로 <Figure 1>과 같다. 수집된 근전도신호는 2000Hz 단위로 측정되었고 ㎶로 기록되었으며, Delsys software EMG works Analysis (version 4, USA) 프로그램을 통해 분석하였다. 스쿼트 시 시점 및 구간은 고규철[21], 김현수[22], 이성도 등[23]을 참고하여 E1(동작이 시작되는 시점), E3(스쿼트 동작 후 시작 자세로 돌아온 시점), E2(스쿼트 동작의 최저점의 위치를 대상자의 최대 수축지점), P1 (시작 자세에서 최대 수축지점), P2 (최대 수축지점에서 다시 시작자세로 돌아오는 지점)으로 설정하였으며, 관성측정장치(Inertial Measurement Unit, IMU)를 후상장골극(Posterior superior iliac spine, PSIS)에 부착하여 스쿼트 동작 수행 시 수집된 IMU 데이터를 통해 최저점과 최고점을 파악한 후 근전도 데이터와 동기화 하였다.
2.2. 최대수의적 등척성 수축력(Maximum Voluntary Isometric Contraction, MVIC)
스쿼트 측정 전 피험자 개인의 나이와 성별, 피부의 두께 및 근육 단면 크기 등의 차이로 인한 데이터 오차 범위를 줄이기 위해 MVIC를 이용해 정규화 하였으며, 각 근육의 Maximum EMG 수준 또는 개별 피험자 간의 근전도 진폭을 비교하여 정규화 과정을 거쳐 측정한 근전도의 진폭정보인 RMS(root mean square)를 일반화하였다. MVIC 측정은 Lin 등[24]과 Youdas 등[25]이 사용한 방법에 맞춰 양발 모두 실시하였다.
2.2.1. 대퇴사두근 최대수의적 등척성 수축력(Quadriceps MVIC)
대상자가 테이블 끝에 걸쳐 앉은 상태에서 상체를 곧게 세운 후 양 팔을 교차하여 어깨에 위치시키도록 하였다. 무릎을 45°폄 상태에서 대상자의 무릎 폄에 작용하는 힘의 반대 방향으로 발목에 부하를 주었다. 양 발을 각 3회 측정을 하였으며, 5초간 힘을 유지할 수 있도록 하여 피드백을 통해 상체가 뒤로 넘어가지 않도록 하였다[24].
2.2.2. 슬괵근 최대수의적 등척성 수축력(Hamstring MVIC)
대상자가 엎드려 누운 상태에서 양손을 귀 옆에 위치하도록 하였고 무릎 굽힘 동작을 실시할 때 고관절 굽힘이 이루어지지 않도록 측정자가 고관절을 고정하였다. 무릎을 45° 굽힌 상태에서 대상자의 무릎 굽힘에 작용하는 힘의 반대 방향으로 발목을 잡고 부하를 주었다. 양 발에 3회 측정을 하였으며, 5초동안 최대 수축이 이루어지도록 실시하였다[25].
2.3. 스쿼트
본 연구는 스탠다드 스쿼트(Standard Squat, SS), 내로우 스쿼트(Narrow Squat, NS), 와이드 스쿼트(Wide Squat, WS), 점프 스쿼트(Jump Squat, JS), 스미스 머신 스쿼트(Smith Machine Squat, SMS)로 유형을 구분하여 운동을 실시하였다. 동작 수행에 있어 발생할 수 있는 대상자의 학습효과를 고려해 4명씩 5조로 나누어 운동 순서를 무작위 배정하였으며, 근육의 피로도를 줄이기 위해 운동 간 3분의 쉬는 시간을 보냈다. 스쿼트 운동 시 유형을 구분하기 위해 김기홍[26]을 참고하여 발의 간격을 설정하였다. 어깨너비로 선 자세에서 실시하는 SS를 기준으로 NS는 어깨너비의 75%(어깨너비 보다 좁게 선 자세), WS는 어깨너비의 140%(어깨너비 보다 넓게 선 자세)로 실시하였으며<figure 2. A>, JS와 SMS는 SS와 동일한 발 간격으로 실시하였다. 모든 스쿼트 운동 시 운동 범위는 대상자에게 앉을 수 있는 지점까지 내려갔다가 다시 시작자세로 돌아올 수 있도록 요구하였다.
2.3.1. 스탠다드 스쿼트(Standard Squat, SS)
발을 어깨너비로 벌려 지면에 고정시킨 후 양팔을 교차하여 가슴 앞에 위치하도록 하였고 시선은 정면을 향하게 하고 가슴을 펴 몸통을 바르게 세움으로써 동작을 실시하는 동안 요추가 굽어지는 현상을 최소화하였다. 동작 수행은 대상자가 앉을 수 있는 지점까지 Countdown 소리에 맞춰 3회 실시하였다<Figure 2. B>.
2.3.2. 내로우 스쿼트(Narrow Squat, NS)
발을 어깨너비 보다 좁게 서도록 한 후 SS와 동일한 방법으로 양팔을 교차하여 가슴 앞에 위치하도록 하였고 시선은 정면을 향하게 하고 가슴을 펴 몸통을 바르게 세움으로써 동작을 실시하는 동안 요추가 굽어지는 현상을 최소화하였으며, 무릎이 밖으로 벌어지지 않도록 발의 방향과 무릎의 방향이 일치하도록 주의하면서 대상자가 앉을 수 있는 지점까지 Countdown 소리에 맞춰 3회 실시하였다<Figure 2. C>.
2.3.3. 와이드 스쿼트(Wide Squat, WS)
발을 어깨너비보다 넓게 서도록 한 후 SS와 동일한 방법으로 양팔을 교차하여 가슴 앞에 위치하도록 하였고 시선은 정면을 향하게 하고 가슴을 펴 몸통을 바르게 세움으로써 동작을 실시하는 동안 요추가 굽어지는 현상을 최소화하였으며, 무릎이 안쪽으로 모이지 않도록 발의 방향과 무릎의 방향이 일치하도록 주의하면서 대상자가 앉을 수 있는 지점까지 Countdown 소리에 맞춰 3회 실시하였다<Figure 2. D>.
2.3.4. 점프 스쿼트(Jump Squat, JS)
어깨너비 간격으로 발을 벌리고 선 자세에서 지면에 발을 고정시킨 후 대상자가 앉을 수 있는 지점까지 앉도록 하였다. 시선은 정면을 향하게 하고 가슴을 펴 몸통을 바르게 세움으로써 동작을 실시하는 동안 요추가 굽어지는 현상을 최소화하였다. 앉은 자세에서 최대한 높게 점프한 후 착지와 동시에 다시 앉았다 선 자세로 돌아가도록 하였다. 동작 수행 속도는 Countdown 소리에 맞춰 3회 실시하였다<Figure 2. E>.
2.3.5. 스미스머신 스쿼트(Smith Machine Squat, SMS)
스쿼트 동작 수행 시 보다 안정적이고 정확한 자세로 수행하기 위해 스미스머신에 몸을 고정한 후 어깨너비 간격으로 발을 벌리고 선 자세에서 지면에 발을 고정시킨 후 대상자가 앉을 수 있는 지점까지 내려갔다 선 자세로 돌아오도록 하였다. 시선은 정면을 향하게 하고 가슴을 펴 몸통을 바르게 세움으로써 동작을 실시하는 동안 요추가 굽어지지 않도록 하였으며, 동작 수행 속도는 Countdown 소리에 맞춰 3회 실시하였다<Figure 2. F>.
결과
1. E2 시점 근활성도 차이
스쿼트 운동 시 E2 시점에서는 RF(F=15.58, p<.000), ST(F=5.06, p<.027)에서 유의한 차이가 나타났으며, LSD 사후검정을 통해 확인한 결과 RF에서 JS와 SS, WS, NS, SMS 간 유의한 차이가 나타났고 ST에서는 JS와 SS, NS, SMS 간 유의한 차이가 나타났다<Table 2>.
2. P1 구간 근활성도 차이
스쿼트 운동 시 P1 구간에서는 RF(F=17.81, p<.000), VL(F=8.51, p<.004), BF(F=5.50, p<.021)에서 유의한 차이가 나타났으며, LSD 사후검정을 통해 확인한 결과 RF에서 JS와 SS, WS 간 유의한 차이가 나타났고 VL에서는 JS와 SS, WS, NS 간 유의한 차이가 나타났다<Table 3>.
3. P2 구간 근활성도 차이
스쿼트 운동 시 P2 구간에서는 RF(F=28.12, p<.000), VM(F=11.05, p<.001), ST(F=6.41, p<.013)에서 유의한 차이가 나타났다. LSD 사후검정을 통해 확인한 결과 RF에서 JS와 SS, WS, NS, SMS 간 유의한 차이가 나타났으며, VM에서는 JS와 WS, NS 간 유의한 차이가 나타났고 ST에서는 JS와 SMS의 유의한 차이가 나타났다<Table 4>.
논의
본 연구는 20대 성인 남, 여 20명을 대상으로 스쿼트 유형에 따른 하지 근활성도 차이를 비교하여, 이를 통해 서로 다른 스쿼트 방법이 주동근과 길항근에 미치는 영향을 알아보고, 스쿼트 유형에 따른 하지 근력 강화와 목적에 맞는 효율적인 방법을 제시하는 것이 목적이었다. 이에 따라 제시한 논의는 다음과 같다.
1. E2 시점 근활성도 차이
E2 시점에서는 JS와 SS, WS, SMS, NS 간 근활성도의 유의한 차이가 나타났다. 이러한 결과는 하프 스쿼트(Half Squat)와 JS 시 RF와 VM에서 높은 근활성도가 나타난 윤영웅[20]의 결과와 일치하였으며, 등장성 수축 스쿼트(Isotonic Squat)와 등척성 수축 스쿼트(Isometric Squat), JS 시 RF와 BF의 근활성도를 측정한 결과 JS에서 가장 높은 근활성도가 나타난 김기홍[26]의 연구가 본 연구의 결과를 지지해준다. JS는 SS, WS, NS, SMS와 달리 신전 수축 주기(stretch-shortening cycle)의 근육 작용 및 최대 힘 생성에 기여하는 신경과 근건 시스템, 관절의 고유감각 향상과 운동단위 증가에 의한 영향을 받은 것으로 사료된다[27]. 스쿼트는 아래로 내려갈수록 하지 관절의 굽힘 각도 증가하며, 비숙련자의 경우 하지관절의 가동범위 증가로 요천추(Lumbosacral) 부위에 역학적인 장애가 발생해 스쿼트 운동 시 요천추각(Lumbosacral angle) 또한 변화가 나타나게 된다[28]. Lumbosacral angle의 변화는 골반 기울임(Pelvic tilt)과 매우 밀접한 관계가 있으며, 이는 Quadriceps과 Hamstring 근활성도에 영향을 끼치게 된 것으로 사료된다. 스쿼트 운동 중 골반의 전방경사(Anterior tilt)는 Quadriceps의 활성화를 높아지게 하고 후방경사(Posterior tilt)는 Hamstring의 활성화를 높아지게 함으로 스쿼트 운동 시 대상자의 자세 조절 능력은 매우 중요하게 여겨진다. 즉, 숙련자와 비숙련자의 자세 조절 능력 차이로 인해 허벅지 근육(Thigh muscle)의 근활성도 또한 영향을 받은 것으로 사료된다. 따라서 올바른 스쿼트 운동을 수행하기 위해서는 수행자의 신체적 특성을 고려해 스쿼트 운동 유형별 운동범위를 설정해 자세 조절이 제대로 이루어질 수 있도록 하여야 할 것이며, 특히 비숙련자의 경우 자세 조절이 제대로 이루어지지 않은 상태에서 지속적인 운동 수행은 부상을 초래할 수 있어 지도자의 피드백과 스미스 머신을 이용한 안정적인 상황에서의 운동이 선행되어야 할 것으로 판단된다.
2. P1 구간 근활성도 차이
P1 구간에서는 JS와 SS, WS, NS, SMS 간 근활성도에 유의한 차이가 나타났다. 이러한 결과는 일반적인 스쿼트와 JS 시 Quadriceps와 Hamstring의 근활성도를 비교한 결과 JS에서 VM, VL, ST, BF의 근활성도가 높게 나타났다고 보고한 유채승[14]의 결과와 일치하였으며, 이는 체중의 부하량 증가로 인해 고관절의 운동역학적인 관점에 의한 것으로 사료된다. 스쿼트 운동은 다양한 장점을 가지고 있는 운동이지만 그만큼 자세조절 또한 어려운 것으로 여겨지고 있다[12]. 본 연구에서 실시한 SS, WS, NS, SMS는 JS 보다 안정적인 수행이 가능하며, 그 중 SMS는 수평면(Transverse plane)과 관상면(Frontal plane)의 움직임이 없도록 고정되어 있어 SS, WS, NS, JS와 같은 프리웨이트와 달리 보다 안정적인 수행이 가능하다[29]. JS는 착지하는 과정에서 전달되는 체중 부하로 인해 운동 범위와 자세 조절에 어려움이 있다[30]. 반면 운동 수행 시 연속적인 점프 동작에 있어 신체는 안정적인 상태를 유지할 수 있도록 노력하게 되며, 이 때 근신경 기능이 촉진되어 고유수용성감각(proprioception), 안정성과 함께 근력 또한 높아졌을 것으로 사료된다. 즉, JS는 SS, WS, NS, SMS보다 착지하는 과정에서 하지로 전달되는 체중 부하를 효과적으로 흡수하기 위해 복합관절의 가동범위 증가와 더 많은 근수축을 필요로 한 것으로 보인다[31]. 따라서 근력을 강화하기 위해서는 플라이오메트릭(Plyometric)을 기반으로 한 JS가 효과적이나 엘리트 선수의 경우 비운동선수의 비해 운동의 효과가 낮을 수 있어 운동 수행 강도, 횟수, 중량 등을 알맞게 설정하여야 할 것이며, 비운동선수의 경우 고강도의 JS의 연속적인 동작 수행 시 근육, 관절, 인대와 같은 조직에 피로가 엘리트 선수에 비해 빠르게 쌓일 수 있어 비운동선수의 경우 운동 수행 강도, 횟수, 중량 뿐만 아니라 그 중 특히 세트 간 휴식시간 실시하여 피로감 낮춰 주어야 할 것으로 판단된다.
3. P2 구간 근활성도 차이
P2 구간에서 또한 JS와 SS, WS, NS, SMS의 근활성도가 유의한 차이가 나타났다. 이러한 결과는 1RM의 50%와 80% 강도로 하이바 스쿼트(High bar Squat), 프론트 스쿼트(Front Squat), 로우바 스쿼트(Low bar Squat) 운동 시 RF, VM, VL, 전경골근(Anterior tibialis), 대둔근(Glutaeus maximus), 중둔근(Glutaeus medius), 비복근(Medial gastrocnemius), BF의 근활성도를 측정한 결과 상승구간에서 중량이 증가함에 따라 스쿼트 유형 간 모든 근육에서 유의한 차이가 나타난 박한솔[32]의 결과와 유사하며, 점진적 스쿼트 시 Glutaeus maximus, VM, VL, RF, ST, BF, Anterior tibialis의 근활성도를 비교한 결과 부하가 증가할수록 근활성도 또한 증가한 것으로 나타난 이진욱[33]의 결과와 일치하였다. 이는 SS, WS, NS, SMS와 달리 JS는 스쿼트 동작 수행을 위한 추진력을 얻기 위해 SS, WS, NS, SMS 보다 더 많은 지면반발력을 사용한 것으로 사료된다. JS 동작의 연속 수행을 위해서는 SS, WS, NS, SMS와 달리 신체에서 stretch-shortening cycle이 발생하게 되며, 스쿼트 운동 시 신장성 수축이 일어난 후 저장되어 있던 탄성 에너지(Elastic energy)를 사용해 빠르게 단축성 수축이 일어나게 되어 SS, WS, NS, SMS 보다 많은 근수축이 일어난 것으로 보인다[34, 35]. 따라서 근파워를 향상시키기 위해서는 신전 단축 주기를 이용한 JS가 SS, WS, NS, SMS 보다 효과적인 것으로 판단되며, 농구, 배구 등과 같은 점프 동작과 착지 동작이 반복적으로 일어나는 스포츠에서는 JS와 같은 훈련이 필수적으로 적용되어야 할 것이다.
결과
본 연구의 결과 모든 시점과 구간에서 JS와 SS, WS, NS, SMS간 유의한 차이가 나타났다. 이러한 결과는 JS가 다른 스쿼트에 비해 착지하는 과정에서 전달되는 체중부하로 인해 운동범위와 자세조절에 어려움이 있는 것으로 사료되며, 이로 인해 JS는 연속적인 점프 동작 시 SS, WS, NS, SMS보다 착지하는 과정에서 하지로 전달되는 부하를 효과적으로 흡수하기 위해 복합관절의 가동범위 증가와 더 많은 근수축을 필요로 한 것으로 보인다. 근활성도를 더욱 활성화시키기 위해서는 플라이오메트릭을 기반으로 한 JS가 효과적이나 수행자의 운동 경험부족으로 인해 자세조절이 올바르게 이루어지지 않아 부상을 초래할 수 있다. 따라서 트레이닝 계획 시 올바른 스쿼트 동작을 위해 스미스머신을 이용한 안정적인 운동이 선행 되어야할 것이며, 스쿼트 유형에 따라 강도, 횟수, 중량 등을 신중하게 설정하여야 할 것으로 판단된다.
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