Ⅱ. 이론적 배경
2.2. 혈류제한(blood flow restriction) 운동
2.2.4. 혈류제한 운동 프로토콜
혈류제한은 단독으로 적용되거나, 유·무산소 운동과 결합하여 시행된다.
근육의 부하가 없는 기간 동안 혈류제한을 단독으로 적용하면, 근육을 사용하지 않음으로써 발생하는 근 위축을 감소시키는 것으로 나타났다(A. Kubota, Sakuraba, Koh, Ogura, & Tamura, 2011; Atsushi Kubota, Sakuraba, Sawaki, Sumide, & Tamura, 2008; Takarada, Takazawa, & Ishii, 2000). Takarada, Takazawa, and Ishii (2000)은 전방십자인대 재건술을 받은 환자이 수술 후 회복하는 과정에서 180-260 mmHg 의 압력으로 5분간 가압하고 3분간 제압하는 것을 5세트씩 시행한 결과, 근 위축이 약화되었다고 보고하였다.
침상 안정(bed rest)이나 캐스트로 고정(immobilization)하는 기간 동안 혈류제한 적용 시 부상이나 수술로부터 회복하는데 도움이 될 수 있다. 그러나 근 위축의 약화를 넘어 근육을 더 발달시키려면 운동으로 인한 자극이 반드시 동반되어야 한다. 실제로 혈류제한을 적용하여 가벼운 걷기를 하더라도 근력과 근육의 크기가 약간 증가하는 것으로 나타났다(Takashi Abe, Kearns, & Sato, 2006; Takashi Abe et al., 2010; Ozaki, Miyachi, Nakajima, & Abe, 2010;
Ozaki, Sakamaki, et al., 2010). Ozaki, Miyachi, et al. (2010) 은 노인에게 10주 동안 낮은 강도의 걷기 운동을 주당 4일간 실시하면서 140-200 mmHg로 혈류제한을 적용한 결과, 무릎의 근력과 허벅지의 근 단면적이 높아졌다고 보고하였다. Takashi Abe et al. (2010) 은 노인에게 6주 동안 주당 5일씩 낮은 강도의 걷기 운동을 하면서 160-200 mmHg로 혈류제한을 적용한 결과, 무릎의 근력과 허벅지의 근 단면적이 증가하였다. 걷기나 자전거 타기와 같은 유산소 운동과 혈류제한을 결합하여 근력이나 근육의 크기를 작지만 유의하게 증가시킬 수 있지만, 근육을 가장 많이 발달시킬 수 있는 방법은 혈류제한과 저강도의 저항성 운동을 함께 시행하는 것이다. 여러 연구들에서 혈류제한을 적용한 단관절(single-joint) 운동 후 팔과 다리의 근육이 발달되는 것으로 보고되었다(Fujita, Brechue, Kurita, Sato, & Abe, 2008; Moore et al., 2004;
Takarada, Takazawa, Sato, et al., 2000). 일부에서는 혈류제한 운동 시 압력 커프를 사지에 채우고 운동하기 때문에 가슴이나 등과 같은 몸통 근육의 발달은 불가능할 것이라고 여겨 혈류제한 운동의 실효성에 의문을 제기하기도 하였다.
하지만 혈류제한이 적용된 다관절(multi-joint) 운동이 몸통의 근육을 유의하게 증가시킬 수 있는 것으로 나타났다(Tomohiro Yasuda, Fujita, Ogasawara, Sato, & Abe, 2010; Tomohiro Yasuda, Ogasawara, Sakamaki, Bemben, & Abe, 2011). Tomohiro Yasuda et al. (2011) 은 6주간 1RM의 30% 강도로 주당 3일씩 혈류제한 벤치 프레스 운동을 시행한 결과, 삼두근의 근 단면적이 4.9% 증가하였고, 대흉근의 근 단면적도 8.3% 증가하였다고 보고하였다.
선행 연구 결과를 고려하였을 때, 근력의 향상과 근 비대를 위한 혈류제한 저항성 운동의 적정 부하량은 1RM의 20-40% 이다(Fahs et al., 2012; Scott et al., 2015b). 저강도(1RM 20-40%) 혈류제한 저항성 운동 시, 혈류제한이 적용되지 않은 저강도 저항성 운동에 비해 근력과 근 비대가 더 크게 향상되었으며, 고강도(1RM 80%) 저항성 운동을 하였을 때와 유사한 효과를 얻었다(Clark et al., 2011; Murat Karabulut, Abe, Sato, & Bemben, 2010;
Takarada, Takazawa, Sato, et al., 2000). Laurentino et al. (2012)은 8주 동안 주당 2회씩 1RM의 20%로 knee extension 운동을 한 결과, knee extension 1RM이 40.1% 증가하였고 대퇴사두근의 근 단면적이 6.3% 증가하였다. T Abe et al. (2005)은 2주 동안 하루 2회 주당 6일씩 1RM의 20%로 하지 운동을 한 결과, squat 와 leg curl 1RM이 증가(17%, 23%)하였고 대퇴사두근, 대퇴이두근, 대둔근의 근육량이 증가(7.7%, 10.1%, 9.1%)하였다.
선행연구에서 혈류제한 저항성 운동의 운동량은 일반적으로 각 운동 세션 당 45-75회 반복하였다(Scott et al., 2015b). 몇몇 연구들에서는 수의 피로 (volitional fatigue)가 발생할 때 까지 혈류제한 저항성 운동을 시행하기도 하였는데, 이러한 방법은 환자들에게는 적합하지 않을 수 있다(Loenneke, Abe, et al., 2012). 최근 연구에서 대중적으로 사용되는 혈류제한 저항성 운동의 프로토콜은 첫 번째 세트에 30회 반복하고, 두 번째부터 네 번째 세트까지는 15회 반복하여 총 75회 반복하는 것이다(Loenneke, Thiebaud, et al., 2013a;
Thiebaud, Yasuda, Loenneke, & Abe, 2013; Wilson, Lowery, Joy, Loenneke,
& Naimo, 2013). 최상의 프로토콜은 아직까지 정립되지 않았지만, 이러한 프로토콜은 무릎 부상의 재활이나 근 활성도의 증가, 근력과 근육 크기의
증가에 도움이 되는 것으로 나타났다.
선행연구에서 혈류제한 저항성 운동의 빈도는 주당 두 번에서부터 하루 두 번까지 다양하였다(Fahs et al., 2012). 혈류제한 저항성 운동은 전통적인 저항 운동 프로그램 보다 더 자주 시행될 수 있다(Scott et al., 2015b). 하루 두 번 혈류제한 저항성 운동 시, 단지 6일 후에도 근력과 근육 크기의 증가가 관찰되었다(T Abe et al., 2005; Fujita et al., 2008). 그러나 수의 피로가 발생할 때까지 운동할 경우, 지연성 근통증(delayed onset muscle soreness)으로 인해 오히려 운동 빈도가 제한될 수 있으므로 유의해야 한다.
표 7. Summary of recommendations for the application of BFR
(Scott et al., 2015b)
2.2.5. 혈류제한의 안전과 부작용
혈류제한 운동으로 인한 부상은 좀처럼 드물지만 부적절한 수행을 할 경우 부작용이 발생할 수도 있으므로 잠재적인 위험에 대해서도 항상 고려해야 한다. 장시간의 국소 빈혈(prolonged ischemia)은 근육 조직 괴사의 원인이 될 수 있고, 사지에 혈액이 모이는 경우 혈전 형성(thrombus formation)이 발생할 수 있다(Manini & Clark, 2009). Nakajima et al. (2006)는 일본 내 혈류제한 이용하는 105개의 시설에서 약 13,000명을 대상으로 이용 실태와 부작용 발생빈도에 대해 조사하였는데, 보고된 주요 부작용은 피하출혈 (subcutaneous hemorrhage, 13.1%)과 저림(numbness, 1.297%)이다.
피하출혈은 특히 상지에 혈류제한을 작용했을 때 주로 발생하는데, 중재에 적응해감에 따라 사라지며 저린 현상은 대게 안정을 취하면 저절로 좋아지게 된다. 이외에도 뇌빈혈(cerebral anemia, 0.277%), 냉증(cold feeling, 0.127%), 정맥혈전(venous thrombus, 0.055%), 폐색전(pulmonary embolism, 0.008%), 횡문근융해(rhabdomyolysis, 0.008%) 등이 드물게 발생하였다. Nakajima, Morita, and Sato (2011)는 혈류제한 운동의 위험 수준을 결정하기 위해 점수 체계를 제안하였다(표 8). 대상자들의 혈류제한 금지 사유 개수와 심각한 정도에 따라 점수를 매겨, 혈류 제한 운동 중에 발생할 수 있는 요소들을 확인할 수 있도록 하였다. 혈류제한 운동은 통제된 상황에서 훈련된 사람에 의해 시행된다면 나이나 훈련 상태에 관계없이 안전한 트레이닝 방법이 될 수 있다(Loenneke, Wilson, Wilson, Pujol, & Bemben, 2011).
연구자는 혈류제한 운동 시 자격을 갖춘 전문가가 상주하면서 대상자의 상태를 면밀히 살피도록 한다. 혈류제한 적용 금기사유를 설정하고 대상자 모집 시 병력 확인(history checking)을 통해 기준에 맞지 않는 대상자들을 제외하여, 운동 유발성 고혈압과 심혈관 이상 반응 및 허혈성 빈혈로 인한 위험으로부터의 안전성을 확보한다. 정해진 혈류제한 프로토콜을 따르되 개인의 상태를 고려하여 과도한 압력으로 혈류의 완전한 정지(hemostasis)가 발생하지 않도록 하고, 짧은 시간(20~30분) 내 저강도로 운동을 시행하여 과부하(overload)가 발생하지 않도록 한다. 압력 적용 시 슬개골 바로 위쪽 부분 대퇴사두근을 엄지손가락으로 눌러보고 피부색이 돌아오는 시간
(capillary reaction time)을 확인한다. 시간이 3초를 넘을 경우 과도한 압력이 발생한 것으로 판단하여 바로 압력을 제거하거나 낮추도록 한다.
표 8. Using risk factors in determining KAATSU training indication Points Contraindication
5 History of deep-vein thrombosis(DVT) Hereditary thrombotic tendency
Antiphospholipid antibody syndrome 4 Pregnant women
3
1) Varicose veins of legs 2) Prolonged immobility
(incapable of 8 hours thromboprophylaxis rehabilitation) 3) Atrial fibrillation or heart failure
2
1) People aged over 60 years old 2) BMI > 30
3) Hyperlipidemia 4) Malignancy
5) Using lower limb tourniquet
6) Using oral contraceptives or adrenocortical steroids 7) Quadriplegia
8) High hemoglobin level
1 1) People aged 40 to 58 years old 2) women
3) 25 < BMI < 30
(Nakajima et al., 2011)
Ⅲ. 연구 방법
3.1. 연구 설계
본 연구는 슬관절전치환술 환자들을 대상으로 혈류제한을 적용한 재활프로그램을 2주간 시행한 후 효과를 검증하는 무작위 대조군 전후 실험 설계(Randomized Controlled Trial, RCT)이다.
그림 20. Flow diagram through each stage of the study
3.2. 연구 대상
본 연구에서는 퇴행성관절염을 진단받고 슬관절전치환술을 시행한 후 2016년 2월부터 6월까지 성남시 분당구 소재 B병원에 입원하여 재활치료를 받는 환자들을 대상으로 연구를 진행하였다. 구체적인 대상자 선정 및 제외기준은 다음과 같다.
3.2.1. 대상자 선정 기준 - 만 45세 이상의 성인
- 퇴행성관절염을 진단 받고 슬관절전치환술을 처음 시행한 자 - 수술 후 3주 이내의 환자
- 연구자의 지시내용을 이해하고 서면 동의서 제출이 가능한 자
3.2.2. 대상자 제외 기준
- 수술 후 감염이나 합병증이 있는 자
- 류마티스관절염, 다발성근육통(polymyalgia rheumatica) 등 관절이나 근육에 염증성 질환이 있는 자
- 다발성경화증(multiple sclerosis), 말초신경병증(peripheral neuropathy) 등 신경학적 장애가 있는 자
- 말초혈관질환(peripheral vascular disease), 심부정맥혈전증(deep vein thrombosis), 내피세포장애(endothelial dysfunction) 등의 과거력이 있는 자 - 뇌졸중, 심근경색증 등의 과거력이 있는 자
- 암을 진단받은 자
- 약물로 조절되지 않는 고혈압이 있는 자
3.2.3. 목표 대상자 수 및 산출 근거
연구대상자 수는 G*power 3.1.9.2 프로그램을 사용하여 산출하였다. 저강도 혈류제한 운동을 슬관절전치환술 환자에게 적용한 선행연구가 없고, 유사 질병을 대상으로 한 선행 연구들에서 조차 제시된 자료만으로는 효과크기를
구할 수 없어, 표본크기 산정을 위한 효과크기는 Loenneke, Wilson, et al.
(2012)의 저강도 혈류제한 운동에 관한 메타분석을 참고하였다. 혈류제한 운동의 근력에 대한 효과크기(effect size)=.58, 유의수준(α)=.05, 검정력(power, 1-β)=.80, 집단 수=2, 측정 횟수=2 일 때 Cohen의 power analysis에 따라 반복측정 분산분석(Repeated measured ANOVA)에 필요한 적정 표본 크기는 각 집단 별 13명 이상으로 나타났으며(부록 1), 총 26명(중재군 13명, 대조군 13명) 이상 모집을 계획하였다.
3.2.4. 대상자 모집 및 동의
연구책임자가 B병원을 방문하여 대표원장과 치료사에게 연구 목적을 설명하고 허락을 얻은 후, 병원 게시판에 연구 참여 홍보물을 게시하여 대상자를 모집하였다. 연구에 참여를 희망하는 경우 수술한 병원의 진료 기록과 B병원 담당 의사의 의학적 소견에 따라 연구 참여 가능여부를 판별하였다. 적합한 대상자에게 연구의 목적과 내용, 연구 참여와 중단의 자유, 수집된 자료의 익명성과 기밀성 보장 등을 설명하고, 자발적으로 연구 참여를 희망하는 환자들에게만 서면으로 동의를 받았다. 환자들이 타 병원에서 수술 후 본 병원에 등록되는 시기가 다양하고 경과에 따라 개인별 회복 상태가 다르므로, 사전 검사 전에 담당 의사가 환자의 부종과 통증을 확인한 후 중재 가능여부를 재차 확인하였다. 최종적으로 운동이 가능한 26명이 사전검사를 받았다.
3.2.5. 무작위 배정(randomization) 및 할당은닉(allocation concealment) 환자마다 수술 일자가 다르고 수술 후 즉시 재활을 시작해야하므로, 일정기간 동안 대상자를 모집한 후 한꺼번에 무작위 배정을 하는 것이 불가능하다. 따라서 중재군과 대조군 간 수적 불균형을 최소화하기 위해 대상자들을 1:1 할당비로 블록 무작위 배정하였다. 연구에 참여하지 않는 통계 전문가가 R 3.2.2 프로그램을 이용하여 블록 크기를 4로 하는 무작위 배정표를 작성하였다(부록 2). 사전 검사 후, 대상자들이 참여의사를 밝힌 순서에 따라 번호를 부여하여 무작위배정표에 기입하였다. 무작위배정 후 결과는 불투명한 봉투에 밀봉하여 치료사에게 개별적으로 통보하였다. 무작위