연구
2025년 5월 29일
스트로크의 모터 제어에 대한 심층적인 이해: 경직 및 상지 회복을 위한 강직성 스트레치 반사 역치 및 μ의 임상적 인사이트
소개
뇌졸중은 종종 지속적인 상지(UL) 감각 운동 장애로 이어지며, 기존의 재활 치료는 부분적으로는 근본적인 운동 제어 결함을 적절히 표적화하지 못해 효과가 제한적인 것으로 나타났습니다. 현재의 임상 측정은 종종 장애의 미묘한 변화를 포착하지 못하기 때문에 뇌졸중 후 보다 객관적인 경련 바이오마커의 필요성을 강조합니다.
신경생리학 이론에 근거한 임상 실습을 위해, 이 리뷰에서는 두 가지 경쟁적인 운동 제어 프레임워크와 뇌졸중 회복에 미치는 영향을 분석할 것입니다.
계산적 접근법 - 이 이론은 움직임 제어를 뇌가 내부 모델을 사용하여 정확한 운동 명령(예: 관절 각도, 근육의 힘)을 미리 계산하는 로봇 시스템과 비교합니다. 신경계가 원하는 동작을 생성하는 데 필요한 정확한 신경 입력을 역으로 계산할 수 있다고 가정합니다. 하지만 이러한 접근 방식은 근본적인 생물학적 현실에 부딪히게 됩니다. 운동 뉴런은 임계값 원칙(발동하거나 발동하지 않는)에 따라 작동하므로 등척성 수축(예: 움직이지 않는 물체를 밀기) 또는 EMG 활동을 유발하지 않을 수 있는 움직임과 같은 동작에 대한 명령을 정밀하게 리버스 엔지니어링하는 것은 불가능합니다. 또한 이 모델은 떨어지는 물체를 잡는 것과 같이 실제 예측할 수 없는 상황에 어떻게 움직임이 원활하게 적응하는지를 설명하지 못합니다.
참조 제어 이론(RCT) - RCT는 특정 명령을 계산하는 대신 신경계가 근육의 활성화 임계값(λ)을 조정하여 움직임을 제어하는 근본적으로 다른 전략을 제안함으로써 계산의 한계를 해결합니다. λ를 근육의 온도 조절기 설정값으로 상상해 보세요. 실내 온도가 임계값 아래로 떨어지면 히터가 켜지는 것처럼, 근육은 λ를 넘어서 뻗을 때만 활성화됩니다(예: 팔꿈치를 90° 굽힐 때 이두근이 활성화됨). 이러한 역치는 토닉 스트레칭을 통해 근육이 환경적 상호작용에 반응하는 방식을 동적으로 결정합니다.
임상적으로 관절 각도로 측정할 수 있는 반사 역치(TSRT)는 이 제어 시스템의 직접적인 지표 역할을 합니다. 뇌졸중 후 역치 조절 장애는 경련(λ가 긴 근육 길이에 '고착'되어 경련을 일으키는 경우) 또는 쇠약(λ가 짧은 길이로 이동하지 못하는 경우)으로 나타납니다. 결정적으로, RCT는 환자의 온전한 '활성 제어 영역'(경련 역치를 피하는) 내에서 훈련하는 것이 운동학을 개선하는 이유를 설명합니다 (Levin, 2023 ): 신경계의 타고난 역치 기반 논리에 맞게 치료를 조정하기 때문입니다.
TSRT의 임계값 기반 메커니즘과 경련 평가에 대한 임상적 의미에 대한 개략적인 표현은 그림 1을 참조하세요.
학습 목표: 급성/만성 뇌졸중에서 TSRT/μ와 임상 UL 경직/운동 기능 점수 간의 관계를 조사하여 이러한 측정치가 감각 운동 결손을 더 잘 반영하는지 테스트하고 뇌졸중 후 경직 바이오마커를 제공합니다.
방법
이 연구는 8개의 연구에서 수집한 생리적 및 임상적 측정치를 분석했습니다. 생리적 측정에는 긴장성 스트레치 반사 역치(TSRT) 각도와 μ(속도 민감도)가 포함되었으며, 임상 평가에는 경직에 대한 수정 애쉬워스 척도(MAS)와 운동 장애에 대한 푸글-마이어 상지 평가(FMA-UE)가 포함되었습니다.
세 개의 연구에는 참가자당 여러 번의 평가(사전/사후 평가 3회 이상)가 포함되었습니다. 두 개의 추가 연구에서는 참가자당 두 번의 평가(사전/사후)가 이루어졌고, 다른 세 개의 연구에서는 단일 평가가 이루어졌습니다.
주제
이 연구에는 양쪽 반구에 허혈성 또는 출혈성 뇌졸중이 발생하여 팔 마비가 발생한 18세에서 80세 사이의 사람들이 포함되었습니다(체도크-맥마스터 팔 척도 점수 2~6/7). 자격을 갖춘 참가자는 자발적으로 팔꿈치를 30° 이상 구부리거나 펼 수 있었고 팔꿈치 굴곡근의 수동적 스트레칭에 대한 저항력이 증가했습니다(수정된 애쉬워스 척도 > 1). 대부분의 참가자(6개 연구)는 뇌졸중의 만성기(뇌졸중 발생 후 6개월 이상)에 있었습니다. 각 연구에서 수집한 인구통계학적 데이터(예: 연령, 성별, 뇌졸중 유병 기간, 유형, 병변 위치/측면)는 표 1에 제시되어 있습니다.
측정 접근 방식
이 연구에서는 이두근과 삼두근의 근전도 센서와 팔꿈치 움직임을 추적하는 근전도계를 결합한 몬트리올 경직 측정법(MSM)을 사용하여 경직도를 측정했습니다. 참가자의 팔을 다양한 속도로 수동적으로 스트레칭하는 동안 근육 반응을 기록했습니다. 이 방법을 통해 뇌졸중 후 두 가지 중요한 경직성 바이오마커인 강직성 신장 반사 역치(TSRT)와 속도 민감도(μ)를 계산할 수 있었습니다.
주요 지표 설명
TSRT(긴장성 스트레치 반사 역치)
도 단위로 측정되는 TSRT는 팔꿈치에서 근육이 아무런 운동 속도를 가하지 않아도 스트레칭에 저항하기 시작하는 관절 각도를 나타냅니다. 뇌졸중을 경험한 사람의 경우, 비정상적인 TSRT 수치는 운동 조절 장애를 반영합니다. TSRT 수치가 높을수록 경직(과잉 반사)이 증가함을 의미하며, 수치가 낮을수록 비정상적인 근육 활성화로 인해 관절 범위가 감소함을 나타냅니다.
μ(속도 감도)
μ 값은 초 단위로 측정됩니다. 이 지표는 스트레칭 속도가 증가하면 근육이 반사적으로 활성화되는 역치에 어떤 영향을 미치는지, 즉 스트레칭 속도가 빨라질수록 (더 작은 관절 각도에서) 반사 반응이 더 빨리 일어나는지를 나타냅니다. μ 값이 낮을수록 스트레치 반사 흥분성이 감소하여 신경계가 다양한 움직임 속도에 더 잘 적응할 수 있음을 의미합니다. 이는 경련이 감소했다는 신호입니다.
DSRT(동적 스트레치 반사 임계값)
이는 특정 스트레칭 속도에서 측정된 실제 반사 임계값입니다. 여러 속도를 테스트하고 DSRT를 플로팅함으로써 연구자들은 TSRT(추세선이 영속을 교차하는 지점)와 μ(선의 기울기)를 모두 결정할 수 있습니다.
신뢰성 및 임상적 중요성
MSM 시스템은 테스터와 세션 전반에 걸쳐 일관성을 유지하면서 TSRT 측정에 대한 강력한 신뢰성을 입증합니다. 임상적으로 의미 있는 개선은 6.8°-11.2°의 TSRT 변화에 해당합니다. 일반적으로 TSRT 각도가 높고 μ 값이 낮을수록 경직이 감소하고 재활 후 운동 기능이 개선되는 것을 의미하지만, μ에 대한 포괄적인 신뢰성 데이터는 아직 확보되지 않은 상태입니다.
임상 조치
운동 기능과 경련을 평가하기 위해 일반적으로 사용되는 두 가지 도구가 사용되었습니다. 수정 애쉬워스 척도(MAS)는 속도에 관계없이 근육이 늘어나는 것에 얼마나 저항하는지를 평가합니다. 0에서 4까지의 6점 척도를 사용하며, 점수가 높을수록 저항이 심하다는 의미입니다. MAS는 빠르고 사용하기 쉽지만, 특히 검사하는 근육에 따라 정확도와 신뢰도에 한계가 있습니다.
푸글-마이어 상지 평가(FMA-UE)는 보다 신뢰할 수 있고 상세한 도구입니다. 팔과 손의 움직임, 반사 신경, 협응력을 측정합니다. 총점 범위는 0점에서 66점까지이며, 66점은 정상적인 움직임을 나타냅니다. 연구진은 어깨와 팔꿈치의 움직임과 반사 신경에 초점을 맞춘 테스트의 섹션 A 점수(36점 만점)도 구체적으로 수집했습니다.
통계 분석
이 연구에서는 회귀 분석을 사용하여 TSRT와 μ(독립 변수)가 상지 기능(FMA-UE 점수)의 변동을 얼마나 설명하는지 확인했습니다. DSRT는 TSRT를 계산하는 데만 사용되었으므로 제외되었습니다. 분석은 SPSS v29를 사용하여 다공선성(r≥0.7), 이산 공변량 및 이상값을 통제했습니다(p<0.05). 이를 통해 운동 장애에 대한 이러한 경직성 측정치의 예측값을 결정했습니다.
사용된 통계 분석은 괴짜에게 물어보세요 섹션에서 더 자세히 설명합니다.
결과
이 분석에는 편마비/마비를 유발하는 허혈성/출혈성 피질 또는 피질하 병변이 있는 120명의 뇌졸중 환자(평균 연령 60.3±13.7세)의 데이터가 포함되었습니다. 참가자들은 급성, 아급성, 만성 회복 단계에 걸쳐 있었습니다. 주요 결과
- 만성기에는 남성이 훨씬 더 많았습니다.
- 단계별 상지 장애 중증도 차이 없음
- 연령 분포는 그룹 간에 비슷했습니다.
뇌졸중 단계별 TSRT 차이점
분석 결과 급성/초기 아급성(1~90일), 후기 아급성, 만성 뇌졸중 그룹 간에 강직성 신장 반사 역치(TSRT)에 유의미한 차이가 있는 것으로 나타났습니다. 사후 비교 결과, 급성/초기 아급성 그룹이 만성 그룹보다 TSRT가 16.64° 더 높게 나타나 뇌졸중 후 경련이 더 일찍 발생했음을 보여주었습니다.
속도 감도(μ) 결과
뇌졸중 단계에서 속도 민감도(μ)에 대한 그룹 간 유의미한 차이는 발견되지 않았습니다. 이는 운동 속도에 대한 스트레치 반사 타이밍 적응이 회복 기간 내내 일관되게 유지된다는 것을 시사합니다.
임상 조치 개요
전반적인 상지 기능(FMA-UE 총합)은 회복 단계에 걸쳐 비슷하게 손상되었지만, 급성/아급성 환자는 만성 환자보다 자발적 움직임(FMA-UE_A)이 현저히 나빴고, 만성 환자는 더 심한 경직(MAS)을 나타냈습니다.
TSRT/μ와 임상 측정값의 관계
히트맵 분석 결과, 뇌졸중 회복 과정에서 뚜렷한 경련과 운동 기능의 관계가 밝혀졌습니다. 모든 환자에서 높은 TSRT(반사 역치)는 μ 속도 민감도 증가와 상관관계가 있는 반면, 두 측정값은 뇌졸중 후 시간이 지나고 경련 정도가 심해짐에 따라 감소했습니다. 특히 μ가 자발적 움직임과 강한 긍정적 연관성을 보인다는 점은 초기 운동 조절 결함을 가장 잘 포착할 수 있음을 시사합니다.
- 급성/아급성: TSRT와 μ는 MAS 및 만성화와 가장 밀접한 연관성을 보여 조기 평가에서 임상적 관련성을 강조했습니다.
- 후기 아급성: MAS와 총 운동 기능만이 음의 상관관계를 보였는데, 이는 경직이 기능적으로 미치는 영향이 점점 커지고 있음을 보여줍니다.
- 만성: TSRT는 μ 및 전체 기능(FMA-UE_total) 모두와 상관관계가 있는 반면, μ와 자발적 통제와의 연관성은 양의 경향을 보였지만 유의미하지는 않았습니다.
다중 회귀 분석 결과
연구진은 다중 회귀 분석을 통해 뇌졸중 후 경직성 바이오마커(TSRT 및 μ 값)가 FMA-UE 하위 척도로 측정한 상지 운동 장애의 변이를 어떻게 예측하는지 분석했습니다.
FMA-UE_A(어깨 및 팔꿈치 모터 제어)
회귀 모델은 FMA-UE_A 점수의 분산 중 72.0%를 유의미하게 예측했습니다. TSRT와 μ는 모두 유의미한 예측 인자로, 높은 반사 역치(TSRT)와 낮은 속도 민감도(μ)가 더 나은 자발적 움직임 제어와 관련이 있음을 나타냈습니다.
FMA-UE_Total(전체 상지 함수)
이 모델은 전체 상지 운동 기능의 분산 중 68.7%를 차지했습니다. TSRT는 강력하고 유의미한 예측 변수인 반면 μ는 모델에 유의미한 기여를 하지 못했습니다. 이는 TSRT가 전반적인 운동 회복과 밀접한 관련이 있지만, 속도 민감도(μ)가 상지 기능 전반에 독립적으로 영향을 미치지는 않는다는 것을 시사합니다.
질문과 생각
이것이 왜 중요한가요?
연구용:
이 연구는 참조 제어 이론(RCT)이 계산 모델의 주요 한계를 어떻게 해결하는지를 보여줌으로써 운동 제어 이론을 발전시켰습니다. RCT는 신경계, 근골격계 특성, 환경적 제약 사이의 상호작용을 통해 움직임이 나타나는 생리학적으로 근거한 프레임워크를 제공합니다. RCT의 핵심은 중추신경계가 명시적인 운동 명령을 계산하는 대신 관절 위치에 대한 근육 활성화 역치(예: TSRT)를 조절하여 움직임을 제어한다는 가정입니다. 이 연구는 뇌졸중 후 경련 바이오마커로서 TSRT와 μ를 검증함으로써 역치 조절 장애가 어떻게 특정 운동 이상으로 이어지는지, 즉 역치가 과도한 근육 길이에 고정될 때 경련이 발생하는지를 밝혀냈습니다. 이러한 통찰력은 임상 관찰을 설명할 뿐만 아니라 이론적 원리와 실제 재활 전략을 연결하는 객관적인 평가 도구의 개발도 가능하게 했습니다.
임상의용:
FMA 및 MAS와 같은 현재 도구는 유용하지만 주로 운동 장애에 대한 정성적 평가를 제공합니다. 물리치료에서 세부적인 면담과 양식을 통해 심리사회적 평가를 점점 더 많이 도입하고 있는 것처럼, 우리도 생물학적 평가 역량을 강화해야 합니다. TSRT와 μ는 임상적으로 다음과 같이 등장합니다.
뇌졸중 후 경련 바이오마커를 검증하여 관리에 혁신을 가져올 수 있는 가능성을 제시합니다:
- 객관적이고 정량화 가능한 데이터 제공
- 보다 정확한 진단 지원
- 개인 맞춤형 치료 계획 안내
- 잠재적으로 기능적 결과 개선
괴상한 이야기
통계 분석 설명
이 연구는 경직성(TSRT 및 μ로 측정)이 뇌졸중 후 운동 회복과 어떤 관련이 있는지 이해하기 위해 신중하게 설계된 통계적 접근 방식을 사용했습니다. 각 방법이 선택된 이유와 그 결과가 실제로 의미하는 바를 분석해 보겠습니다.
회복 단계별 환자 그룹화
연구진은 참가자를 급성/초기 아급성(1~90일), 후기 아급성(91~180일), 만성(180일 이상)의 세 가지 주요 뇌졸중 회복 단계로 나누었습니다. 뇌의 변화 능력과 운동 문제의 성격이 이 단계에 걸쳐 극적으로 진화하기 때문에 이 구분은 매우 중요합니다. 초기 단계는 빠른 신경 변화를 보이지만 운동 제어가 불안정한 반면, 만성 단계는 보다 확립된(그리고 종종 수정하기 어려운) 운동 패턴을 보입니다.
운동 장애 분류
상지 기능은 FMA-UE 점수를 사용하여 중증(0-20), 중등도(21-48), 경증(≥49) 장애 카테고리로 분류했습니다.
올바른 설명 통계 선택하기
연구원들은 데이터를 정확하게 표현하기 위해 여러 통계 수단을 사용했습니다. 정규 분포 변수의 경우 표준 편차와 함께 평균을 보고했습니다. 왜곡된 분포 또는 이상값이 발생하기 쉬운 데이터(환자가 매우 다양한 경과를 보이는 뇌졸중 회복 연구에서 흔히 발생하는 현상)를 다룰 때는 사분위수 범위의 중앙값을 사용했습니다. 또한 추정치의 정확성을 나타내기 위해 95% 신뢰 구간을 포함했습니다. 중앙값과 사 분위수 범위는 비정형적인 사례의 영향을 과도하게 받지 않는 보다 강력한 중앙 경향성 측정값을 제공하므로 이러한 시나리오에서 특히 유용합니다.
통계적으로 그룹 비교하기
회복 단계에 걸친 TSRT 값 및 FMA-UE 점수와 같은 연속 변수의 경우 분산 분석(ANOVA)을 사용했습니다. 이 테스트는 세 복구 그룹 간에 유의미한 차이가 존재하는지 여부를 식별합니다. 성별 분포나 MAS 심각도 범주와 같은 범주형 데이터의 경우 카이제곱 테스트가 더 적합합니다. 사후 테스트에 적용되는 본페로니 보정은 그룹 간 차이를 보다 정확하게 식별할 수 있도록 하는 품질 관리 수단으로, 그룹 간 다중 비교 시 위양성 결과의 가능성을 줄여줍니다.
상관관계와 회귀를 통한 관계 이해
피어슨 상관관계 분석은 서로 다른 변수가 얼마나 강하게 함께 움직이는지(예: 높은 TSRT가 낮은 FMA-UE 점수와 일관되게 연관되는지) 밝혀냈습니다. 하지만 상관관계가 인과관계를 의미하지는 않습니다. 다중 회귀는 다른 요인을 고려하면서 운동 기능의 변화를 경직성 측정으로 실제로 얼마나 예측할 수 있는지를 정량화했습니다. TSRT가 자발적 움직임 분산(FMA-UE_A)의 72%와 전체 기능(FMA-UE_Total)의 68.7%를 예측했다는 결과는 특히 놀라운데, 이는 TSRT가 뇌졸중 후 운동 제어에 대한 근본적인 무언가를 포착하고 있음을 시사합니다.
집으로 가져갈 메시지
이 연구는 참조 제어 이론(RCT)에 근거하여 TSRT(긴장성 신장 반사 역치)와 μ(속도 민감도)가 뇌졸중 후 임상적으로 유용한 경련성 바이오마커임을 확인했습니다. MAS와 같은 기존 척도와 달리, 이러한 측정은 뇌졸중이 신경계의 근육 활성화 역치 제어를 어떻게 방해하는지 객관적으로 정량화합니다.
연습용:
RCT의 임계값 기반 논리는 치료사가 동작 재훈련에 성공하는 이유를 설명합니다:
- 대부분의 환경에서 TSRT 측정이 임상적으로 가능하지 않으므로 주의 깊은 관찰을 통해 기능적 움직임 경계를 파악하세요.
- 처음에는 이 온전한 영역 내에서 운동을 설계하고, 경련을 유발하는 자세(TSRT가 병적으로 상승하는 자세)를 피합니다.
- 임계값 조절이 개선됨에 따라 점진적으로 활성 범위를 확장합니다.
뇌졸중 재활에 대한 더 자세한 정보는 Physiotutor의 리뷰 기사를 참조하세요: (1) 손 기능 회복을 위한 가상 현실 훈련 , (2) 뇌졸중 후 운동 재학습에 대한 피드백 양식이 미치는 영향.
참조
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