Effects of ankle destabilization devices and rehabilitation on gait

biomechanics in chronic ankle instability patients: A randomized

controlled trial

Luke Donovan, Joseph M. Hart, Susan Saliba, Joseph Park, Mark A. Feger, C. Collin Herb, Jay Hertel

Physical Therapy in Sport: 2016 (20) 46-56

 

Introduction

운동 선수들에서 가장 흔한 스포츠 손상은 발목 염좌 손상이고 이는 약 70%의 재발률을 갖고 있으며, 약 30%는 1년 이상 지속되는 만성 발목관절 불안정 (chronic ankle instability, CAI)으로 진행하며, 고유수용감각 이상, 신경근 조절능력, 관절운동 범위 및 근력의 감소와 변형된 보행양상을 보인다. 보행과 관련해서 말기 유각기에 발목의 내반 및 입각기에 발의 외측으로 오래 지지하는 특성을 보여 반복적인 발목 염좌에 기여하는 것으로 여겨진다. 또한 CAI에서는 foot clearance와 발목의 배측 굴곡 감소가 관찰된다. 이러한 모든 변화들은 외상 후 외측 발목의 기계적 변화, pre-programmed motor response의 변화, 이런 병적인 관절 위치 변화를 감지하는 능력 저하, 혹은 기계적 결함과 감각운동 결함이 동시에 나타나는 결과로 추정하고 있다.

Ankle Desensitization Devices (ADD)는 불안정 발목에 feed-forward 기전을 적용시켜 결함이 있는 운동 반응과 증가된 발목 내반의 감지를 향상시키려고 개발되어, CAI의 재활 프로그램의 일부로 포함되면 feed-forward 반응 기전에 도움이 되는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 4주간의 CAI 재활 프로그램에 ADD를 함께 적용한 경우와 적용하지 않은 경우 발목, 무릎 및 고관절의 kinematics, kinetic, ground reaction force 및 EMG 활성도의 긍정적인 변화를 비교하고자 한다.

 

Methods

1. Study design

A single-blinded randomized controlled trial

 

 2. patients

첫번째 발목 염좌가 최소 1년 전이었으며 이후 1번 이상의 재발성 염좌가 있고, 기능 평가 설문 조사에서 Foot and Ankle Ability Measure (FAAM) Sport scale 85% 이하, Identification of Functional Instability scale (IdFAI) 11점 이상을 CAI로 정의하여 26명의 젊은 CAI 환자가 참여하였다.

Instruments

1. ADD

처음에 Myolux II를 사용하여 재활을 시작하고 점차 진행하면서 Myolux Athletik을 착용한다

2. Motion capture system

MotionMonitor software를 사용하는 TrackSTAR electromagnetic motion analysis system을 이용하여 발목, 무릎 및 고관절의 3차원 kinematics를 측정하였다.

3. Surface electromyography

anterior tibialis, peroneus brevis, peroneus longus 및 medial gastrocnemius muscle 에 부착

그 밖에 족저압 측정 센서와 동작 분석을 위한 전자기 센서들을 함께 부착

4. Procedures  

6m 보행로를 편한 속도로 15회 반복 보행하며 초기 측정을 하고 2일 후부터 4주간 총 12회의 재활 세션을 각각 ADD 착용 집단과 미착용 집단으로 무직위 분류하여 시행 후 다시 재활 프로그램 종료 1주일 이내에 초기 측정을 반복하였다.   

5. Rehabilitation program

6. Statistical analysis

종속변수들 값과 함께 90% confidence intervals 을 제시하였고 CI값이 재활 프로그램 전후에 3-시간 변화동안 겹치지 않으면 유의한 것으로 판단하였다.

 

Results

ADD 착용 집단에서 재활 프로그램 종료 후 중기 입각기에 dorsiflexion 증가 및 peroneus longus의 근전도 활성도가 감소된 소견을 보였고, ADD 미착용 집단에서는 peroneus brevis의 근전도 활성도가 감소된 소견을 보였으며, 나머지 모든 평가에서는 재활 프로그램 전후의 변화가 없었다.

 

Discussion

본 연구의 결과 ADD 착용 재활 프로그램은 보행 중 발목의 내반 감소에 영향이 없었고, ADD 착용 여부와 관계 없이 모든 재활 프로그램 역시 영향이 없었으며, 무릎과 고관절의 kinetic와 kinematics에도 변화가 없었다. 이러한 결과는 발목 재활 운동 이후 기능 설문지, 관절범위, 근력, 균형능력 모두 향상되지만 이러한 호전이 관상면에서 발목의 kinetics 및 kinematics의 변화와는 관련이 없음을 의미할 것이다. 따라서 CAI에 대한 효과적인 재활 프로그램을 위해서는 특별한 보행 훈련을 병행해야 할 것으로 보인다. 그러나 본 연구 결과와 같이 보행 훈련 결과가 지속적인 관상면의 발목 내반을 감소시키는 효과가 없다면 아마도 CAI에서 feed-forward 기전의 변화가 충분한 지속적인 변화를 유발하지 않을 수도 있을 것이다. 추가적으로 시상면에서 발목의 배측 굴곡 증가는 관절의 일치도를 증가시켜 CAI의 안정성 향상에 기여하는 것으로 보인다. 그리고 peroneal muscles의 근전도 활성도 감소는 보행 중 근육의 에너지 효율 증가와 관련될 것으로 생각된다.

 

Conclusion

ADD 착용 및 미착용 상태의 4주간 발목 재활운동 프로그램은 체감된 기능 호전을 보이지만 발목, 무릎 및 고관절의 관상면 kinetic와 kinematics의 변화는 일으키지 않았고, ADD를 착용한 재활프로그램 결과 중기 입각기의 배측굴곡 증가는 관절의 안정성을 증가시켰다. CAI의 재활을 위해서는 모든 부족한 기능을 다루는 동시에 특별한 보행 훈련을 동반할 필요가 있을 것이다.