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Effects of Breathing Exercise in the Water on Pulmonary Function and Maximum Phonation Time of Children with Cerebral Palsy
J Korean Soc Phys Med 2019;14(3):91-107
Published online August 31, 2019;  https://doi.org/10.13066/kspm.2019.14.3.91
© 2019 Journal of The Korean Society of Physical Medicine.

Je-Wook Lee, PT, MS⋅Gak Hwangbo, PT, Phd1†

Department of Rehabilitation Industry, Daegu University
1Department of Physical Therapy, Daegu University
Received May 8, 2019; Revised May 27, 2019; Accepted July 8, 2019.
This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.
Abstract

PURPOSE:

This study examined the effects of breathing exercise in the water on the pulmonary function and maximum phonation time in children with cerebral palsy.

METHODS:

The subjects were 24 children with cerebral palsy at GMFCS levels I-III, who were allocated randomly to either the aquatic breathing exercise group or general breathing exercise group 12 subjects per group. Each subject was required to complete 40 minutes of exercise twice a week for eight weeks. Those in the aquatic breathing exercise group performed aquatic breathing exercise, whereas those in the general breathing exercise group performed general aquatic exercise.

RESULTS:

Significant differences in FEV₁, PEF, VC, TV, ERV, and maximum phonation time were observed in the aquatic breathing exercise group after intervention, but there were no significant differences in either FVC, FEV₁/FVC, IC, or IRV. In the general breathing exercise group, there were no significant differences in the FVC, FEV₁, FEV₁/FVC, PEF, VC, IC, TV, IRV, ERV, and maximum phonation time after intervention. In terms of the pulmonary function, the two groups showed a significant difference in the change in FEV₁, PEF, and TV after intervention, but not in the FVC, FEV₁/FVC, VC, IC, ERV, IRV, and maximum phonation time.

CONCLUSION:

These results above show that aquatic breathing exercise training in water is more effective in improving the pulmonary function than general breathing exercise training.

Keywords : Breathing exercise, Cerebral palsy, Maximum phonation time, Pulmonary function
I. 서 론

뇌성마비는 태아 혹은 영아에서 비진행성 뇌손상으 로 인한 신경학적 증상을 유발하는 질환으로 감각, 인 지, 의사소통, 지각, 행동장애 및 경련 등으로 인한 기능 적 활동과 일상생활의 제한을 초래하는 대표적인 소아 질환이다[1]. 의학의 발전으로 주산기 의료적 관리가 발달하고 제왕절개를 통한 분만이 증가함에 따라 분만 과정에서 발생할 수 있는 손상의 위험이 감소하고 정상 분만하는 경우가 많아졌으나 조산과 초저체중아로 출 생하는 뇌성마비 고위험군의 생존율이 증가하고 있다. 실제 뇌성마비의 발생률은 과거보다 변화가 없거나 오 히려 증가하는 추세를 보인다[2].

뇌성마비는 비정상적인 사지의 근력이나 조절과 반 사, 근긴장도 이상, 비대칭적 자세변형, 비정상적인 흔 들림, 균형장애 등이 나타나고, 이러한 기능적 장애가 영구적인 장애를 초래하여 운동조절의 어려움을 유발 한다[3]. 이러한 운동장애는 보행과 같은 기능적 활동 의 제한뿐 아니라, 비정상적인 호흡패턴을 유발하거나 [4], 호흡기능의 어려움과 호흡기계 감염률, 사망률을 높이게 된다. 특히 재발성폐렴, 무기폐, 기관지확장증, 수면무호흡, 만성폐쇄성폐질환, 제한성폐질환 등의 호 흡기능 장애의 높은 발생률과 사망률을 보인다[5-7].

뇌성마비 아동의 호흡문제는 뇌성마비 자체의 원인 으로 발생하지는 않지만 불충분한 호흡근력으로 흉벽 구조의 변형과 감소한 흉벽의 움직임과 관련되어 있다 [8]. 뇌성마비 아동의 호흡근력은 정상발달 아동보다 유의하게 낮으며 이는 소아장애 평가도구(Pediatric Evaluation Disability Inventory: PEDI)의 기능적 기술부 분 중 신변처리와 사회적 기능영역에서 일상생활 기능 에 대한 능력과 양의 상관관계가 있다[9].

호흡은 안정 시 호흡과 발성 시 호흡이 있다. 안정 시 호흡은 생명 유지를 위한 호흡으로 가스교환이 충분 하게 행하여지고 발성 시 호흡은 가스교환과 음성에너 지 생산의 두 가지 작용을 한다[10]. 뇌성마비 아동의 비정상적인 자세조절과 비정상적인 근긴장도는 주동 근과 길항근의 협력수축을 방해하고 이것은 발성하는 동안 호흡근 활동패턴에 영향을 미쳐 말을 산출하기 위한 들숨과 날숨의 유지 및 조절에 문제를 발생시킨다 [11]. 연속적인 발성을 위해서는 충분한 들숨과 날숨이 필요하며 날숨시간이 들숨시간보다 길어야 발화산출 을 자연스럽게 할 수 있다[10]. 호흡기능을 알아보기 위해 사용되는 방법 중에 하나가 최대발성시간의 측정 이다[12]. 최대발성시간의 측정으로, 호기의 양과 지속 시간을 파악하고 발화산출 지속력의 수준을 간접적으 로 알아볼 수 있다.

수중운동은 뇌성마비 아동의 호흡기능을 향상하기 위한 중재 방법의 하나로 지상에서의 중재 방법이 가진 제한 점을 보완하고 부력, 점성, 수온, 정수압과 같은 수중환경의 특성으로 뇌성마비 재활에 유용하게 사용 될 수 있다[13]. 부력은 참여자의 근육과 관절에 중력부 담을 덜어주며 부상 및 통증을 예방하는 장점이 있다 [14]. 물의 높은 밀도는 몸 전체에 저항을 부여함으로써 근지구력과 신체에너지 소비량을 증가시키고[15] 수온 은 중추신경계 손상이 있을 때 나타나는 과긴장이나 경직을 감소하거나 이완시킨다[16]. 정수압은 외부수 용기와 고유수용기를 광범위하게 자극하고 호흡근뿐 만 아니라 폐와 다른 내장기관에 압력을 증가시킨다 [17,18]. 정수압의 영향을 가장 많이 받는 것은 복부이 며, 복부가 수압에 의해 압박을 받게 되면 내장이 가로막 을 눌러 저절로 가로막 호흡이 촉진되는데 무의식적으 로 숨을 쉬는 깊은 호흡을 하게 됨으로써 호흡과 관련된 근의 저항을 유도하여 폐기능의 향상을 가져온다[19]. 또한 수중에서 수행 가능한 엎드려 뜨고 일어서기, 잠수 하기, 수영과 같은 여러 활동들은 호흡조절과 같은 선행 훈련이 필수적으로 이루어져야 하고 이러한 훈련들은 폐활량을 증가시킨다. 이처럼 수중운동은 전신운동으 로 심폐기관 발달, 근긴장 완화와 근지구력 발달, 균형감 각과 안정성 증진에 효과적이고[20,21] 뇌성마비 아동 에게 심리적 안정과 새로운 경험에 대한 흥미를 유발해 오랜 시간 운동에 적극적으로 참여할 수 있게 한다[22].

뇌성마비 아동에게 물속에서 날숨 및 들숨근육을 강화하는 호흡운동과 보바스 치료법을 적용한 결과 평 균 폐활량이 31% 증가하였다고 보고하였다[23]. Kim 등[24]은 경직성 뇌성마비 청소년 7명에게 11개의 동작 으로 구성된 수중운동 프로그램을 주 4회 12주간 실시 하여 근지구력, 유연성, 평형성과 폐활량이 유의하게 증가하였다고 보고하였다. 또한, Retarekar 등[25]은 수 중에서 유산소 운동이 5세 양하지마비 아동에게 근력 과 균형능력, 보행패턴과 활동 시 에너지 효율에 긍정 적인 영향을 미친다고 하였다.

현재 뇌성마비 아동의 호흡기능을 회복시키기 위한 여러 가지 연구와 운동 프로그램이 개발되어 이용되고 있다[19,26,27]. 선행 연구들은 중재 방법이 수영이나 수중 신체활동 트레이닝 혹은 아쿠아로빅, Halliwick method와 같이 특정한 수중치료법으로 조사되었고 걷 기와 달리기, 게임 등과 같이 수중운동으로 혼합된 형 태도 있었다[28]. 대부분의 연구는 수영과 같이 호흡조 절과 신체활동 트레이닝을 결합한 상태에서 심폐기능 전후를 비교하였고 거품불기와 잠수와 같이 수중에서 호흡조절하며 운동하는 수중호흡운동과 얼굴침수 없 이 공기 중에서 호흡하며 운동하는 일반호흡운동을 구 분하여 폐기능과 최대발성시간을 비교 검정한 연구는 미비한 실정이다. 따라서 본 연구는 수중에서 호흡운동 이 뇌성마비 아동의 폐기능과 최대발성시간에 어떠한 영향을 미치는지 알아보고자 실시하였다.

II. 연구방법

1. 연구 대상자

본 연구에 참여한 대상자는 J도시에 소재한 D수중운 동센터에서 수중운동을 받고 있는 5~13세 뇌성마비 아 동을 대상으로 실시하였다. 대상자 선정기준은 1) 소아 청소년과 전문의에 의해 뇌성마비로 진단받은 아동, 2) 1년 이내 보톨리눔 독소 주사법, 정형외과적 수술을 시행하지 않은 아동, 3) 뇌성마비 대운동기능 분류시스 템(gross motor function classification system: GMFCS) 레벨이 I, II, III인 아동[29], 4) 물에 있는 것을 두려워 하지 않고 최소 3개월 이상 물에 대한 적응기간을 거친 아동, 5) 최대발성시간을 측정하기 위해 최소 ‘ㅏ’ 모음 발화가 가능하고 호흡기능을 평가하기 위해 연구자의 지시를 충분히 이해하고 수행할 수 있는 지적 능력이 있는 아동으로 선별하였다.

본 연구는 실험에 참여하기 전 연구 대상자 보호자에 게 연구목적과 방법에 대해 충분한 설명을 하고 자발적 동의를 얻어 대구대학교 생명윤리위원회에서 승인을 받고 실험을 진행하였다(승인번호 1040621-201807- HR-005-02).

연구 기간은 2018년 11월 5일부터 2018년 12월 28일 까지 8주간 진행하였고 뇌성마비 아동 28명 중 무작위 배치방법으로 수중호흡운동군 14명, 일반호흡운동군 14명으로 나눈 후 주 2회, 40분간 실시하였다. 실험 초기 에는 전체 28명을 대상으로 운동이 진행되었지만, 연구 가 진행되는 동안 아동의 건강상 문제, 평가참여 문제 등으로 인해 4명이 탈락되어 최종적으로 수중호흡운동 군 12명, 일반호흡운동군 12명으로 총 24명이 연구에 끝까지 참여하게 되었다(Fig. 1). 대상자의 일반적 특성 은 다음과 같다(Table 1).

Fig. 1.

Study flow chart


General Characteristics of the Subjects (M±SD)

ValueABE Group (n=12)ABE Group (n=12)p
SexMale9 (75%)10 (83.33%).338
Female3 (25%)2 (16.67%)
Age (years)11.000±2.98411.333±3.725.125
Height (cm)134.683±18.840134.475±24.097.161
Weight (kg)35.816±13.53735.375±14.640.591

Type

Hemiplegia11.400
Diplegia910
Quadriplegia21
GMFCS Level
I.804
II77
III34

Mean±SD: mean±standard deviation

GMFCS Level: gross motor function classification system level ABE Group: aquatic breathing exercise group

GBE Group: general breathing exercise group


성별은 수중호흡운동군에서 남성 9명과 여성 3명이 었고 일반호흡운동군에서 남성 10명 여성 2명이었다. 수중호흡운동군과 일반호흡운동군의 평균 나이는 각 각 11.000±2.984세와 11.333±3.725세, 평균 키는 각각 134.683±18.840 cm와 134.475±24.097 cm, 평균 몸무게는 각각 35.816±13.537 kg, 35.375±14.640 kg을 나타냈고 신체침범 부위별 분류로는 수중호흡운동군에서 편마 비형 1명, 양하지마비형 9명, 사지마비형 2명이었고 일 반호흡운동군에서 편마비형 1명, 양하지마비형 10명, 사 지마비형 1명이었다. 그리고 뇌성마비아 대운동기능분 류시스템(GMFCS: Gross Motor Function Classification System)으로 분류했을 때, 수중호흡운동군에서 1단계 가 2명, 2단계가 7명, 3단계가 3명이었고 일반호흡운동 군에서 1단계가 1명, 2단계가 7명, 3단계가 4명이었다. 연구 대상자의 일반적 특성에 대한 그룹 간 유의한 차이 는 없었다(Table 1).

2. 실험절차

본 연구는 총 24명을 대상으로 하여 실험을 진행하였 으며 사전 검사는 중재 전에 폐기능 검사로서 노력성폐 활량(forced vital capacity: FVC), 1초간 노력성호기량 (forced expiratory volume at one second: FEV₁), 1초간 노력성호기량의 노력성폐활량에 대한 비율(FEV₁/F VC), 최대호기속도(peak expiratory flow: PEF), 폐활량(vital capacity: VC), 들숨용량(inspiratory capacity: IC), 평상시 1회호흡량(tidal volume: TV), 들숨예비량 (inspiratory reserve volume: IRV), 날숨예비량(expiratory reserve volume: ERV)을 측정하였고 10분간의 휴식시간 을 가진 후 최대발성시간(maximum phonation time: MPT)을 측정하였다.

3. 실험방법

수중운동을 위한 풀 사이즈는 가로 3 m, 세로 4.2 m이 고, 수심은 1.2 m와 .8 m로 구분되어있다. 수온은 33.5 ~34℃로 유지하였고 실내온도는 26~28℃로 유지하였 다. 수중호흡운동군과 일반호흡운동군에서 중재한 수 중운동 방법은 다음과 같다.

1) 수중호흡운동군

수중호흡운동군의 프로그램은 준비운동 5분, 본 운 동 30분, 정리운동 5분으로 구성하여 주 2회 8주간 실시 하였다. 준비운동은 스트레칭과 ROM운동으로 구성되 고 본 운동은 포우치(호흡조절 기구로 불면 뒤집어짐) 불기, 탁구공 불기, 입으로 거품불기, 코로 거품불기, 잠수하여 고리잡기, 엎드린 자세에서 호흡조절하기, 서 서 누워 뜨고 다시 일어서면서 호흡조절하기, 서서 엎 드려 뜨고 다시 일어서면서 호흡조절하기 훈련을 시행 하고 정리 운동은 스트레칭으로 마무리하였다. 운동강 도는 운동자각도(ratings of perceived exertion: RPE) 12~16수준으로 하였으며 대운동기능 분류시스템 상 대 상자의 운동수준이 I, II, III으로 다양하여 각 대상자 상황에 맞게 적절한 보조가 이루어졌다. 수중호흡운동 군의 프로그램은 Table 2와 같다.

Description of the Aquatic Exercise Program

SectionAquatic Breathing ExerciseGeneral Breathing ExerciseTimeIntensity (RPE)
Warm-upStretching & ROM Exercise5 min12
1. Blowing Pouch and Ball1. Cycling
2. Mouth Bubbling2. Sit to Standing
3. Nasal Bubbling3. Step Box Training
4. Retrieving Rings4. Noodle/balance Training30 min12~16
Work out5. Breath Control in Prone Position5. Knee to Chest
6. Breath Control and TRC6. Walking
 1) Stand→Supine Float→Stand 1) Forward Walking
 2) Stand→Prone Float→Stand 2) Side Walking
Cool-downStretching5 min12

2) 일반호흡운동군

일반호흡운동군의 프로그램은 준비운동 5분, 본 운 동 30분, 정리운동 5분으로 구성하여 주 2회 8주간 실시 하였다. 준비운동은 스트레칭과 ROM운동으로 구성되 고 본 운동은 깊은 물에서 사이클링, 앉았다 일어서기 (배꼽 깊이), 스텝 박스(높이 15 cm)위에 한발 올리고 내리기, 누들을 이용한 균형 조절 훈련, 양무릎 가슴으 로 당기기, 앞으로 걷기, 옆으로 걷기 훈련을 시행하고 정리 운동은 스트레칭으로 마무리하였다. 운동강도는 운동자각도(ratings of perceived exertion: RPE) 12~16수 준으로 하였으며 대운동기능 분류시스템 상 대상자의 운동수준이 I, II, III으로 다양하여 각 대상자의 상황 에 맞게 적절한 보조가 이루어졌다. 일반호흡운동군의 프로그램은 Table 2와 같다.

4. 측정 방법

1) 폐기능 측정

본 연구에서 폐기능 검사의 측정을 위해 CardioTouch 3000S (CardioTouch 3000S, BIONET, KOREA)를 사용하 여 앉은 자세에서 실시하였다. 아동의 협조와 검사방법 에 따라 결과의 오류가 발생할 가능성이 높으므로 소아 물리치료 5년 이상의 경력자가 측정방법을 숙지하고 훈련한 뒤, 동일한 조건에서 3회 측정하여 그 중 가장 큰 측정값을 자료 분석에 활용하였다. 정확한 측정을 위해 측정하기 전에 아동에게 검사방법을 숙지할 수 있도록 반복적인 교육을 실시하였고 아동은 일회용 마 우스피스를 공기가 새지 않도록 최대한 입술에 밀착시 켜 물고 정면을 바라보며 ‘시작’ 신호를 기다리게 하였 다. 측정하는 동안 검사자는 아동의 동기부여를 위해 말과 행동으로 독려하였다.

(1) 노력성폐활량(forced vital capacity: FVC)

폐기능 측정은 주로 노력성 호기 방법(forced expiratory maneuver)으로 측정된다. 이 측정은 4가지의 측정치; FVC, FEV₁, FEV₁/FVC, PEF가 기본이 되는 중요한 검 사법이다[9]. 측정방법은 검사자가 ‘시작’이라는 신호 를 하면 아동은 평상시 호흡으로 3회를 한 뒤, 가능한 최대로 공기를 들이마신 후 최대한 빠르고 강하게 공기 를 불어 내는 방법으로 노력성 호기 곡선(maximal-effort expirotory spirogram)을 측정하여 FVC, FEV₁, FEV₁/FVC, PEF를 측정하였다. FVC로 제한성 환기장애의 유 무를, FEV₁을 통해 폐쇄성 환기장애의 정도를, FEV₁/FVC를 이용하여 폐쇄성 환기장애의 유무를, PEF로 기 도폐쇄 유무와 기도폐쇄 손상정도를 판단하였다[30].

(2) 느린폐활량(slow vital capacity: SVC)

느린폐활량 검사는 환기예비능력을 반영하는 지표 로 VC, IC, TV, IRV, EVR가 기본이 되는 검사법이다. 측정방법은 적어도 4회 이상 평상시 호흡을 한 후, 4회 이상 평상 호흡이 감지되어 본체에서 ‘삐-’ 소리가 나면 가능한 최대한 천천히 공기를 들이마신 후 최대한 천천 히 공기를 불어 내는 방법으로 각 대상자의 VC, IC, TV, IRV, ERV를 측정하였다. IC는 본 측정 도구로 그 값이 표시되지 않아 TV+IRV 합을 계산하였다.

2) 최대발성시간 측정

호흡과 직접적인 연관이 있는 발성 평가는 여러 가지 가 있으나 Duffy [31]가 제시한 최대연장 발성지속시간 (maximum phonation time: MPT)인 ‘아’를 발음하였을 때의 시간을 측정하였다. 측정은 앉은 자세에서 최대 심호흡을 한 후에 검사자의 시작 명령과 함께, 가능한 편안한 목소리로 “아” 소리를 최대한 오랫동안 발성하 도록 지시하였다. 이때, 검사자는 iPhone에 내장되어 있는 Stop Watch(Stop Watch, iPhone 7, USA)를 이용하 여 발성시간(초)을 측정하였고, 3회 측정하여 그 중 가 장 큰 측정값을 자료 분석에 활용하였다.

5. 자료 분석

본 연구의 분석 방법은 IMB SPSS Statistics 20을 이용 하여 대상자의 일반적 특성을 조사하고, 변수들의 정규 성 검증을 위해 샤피로-윌크 검정(Shapiro-Wilk test)을 실시한 결과, 정규성을 만족하지 않아 수중호흡운동군과 일반호흡운동군 간의 훈련 전⋅후의 폐기능과 최대발성 시간의 비교를 위해 윌콕슨 부호순위 검정(Wilcoxon signed rank test)으로 검정하였다. 폐기능과 최대발성시 간에 있어 훈련 전⋅후 변화량에 대한 그룹 간 차이를 비교하기 위해 맨-휘트니 U 검정(Mann-Whitney U test) 을 실시하였다. 통계학적 유의수준은 α=.05로 하였다.

III. 연구결과

1. 폐기능의 변화 비교

1) 노력성폐활량(forced vital capacity: FVC)

(1) FVC 전⋅후 변화

FVC의 전⋅후 비교에서 수중호흡운동군은 사전값 1.613±1.014 ℓ에서 사후값 1.966±1.148 ℓ로 증가한 것으 로 보이지만 통계적으로 유의한 차이는 없었다. 일반호 흡운동군은 사전값 1.761±1.143 ℓ에서 사후값 1.682± .748 ℓ로 감소한 것으로 보이지만 통계적으로 유의한 차이가 없었다. 집단 간 주 효과검정에서 수중호흡운동 군의 FVC 전⋅후 차이값은 .353±1.025 ℓ, 일반호흡운동 군은 -.079±.987 ℓ로 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았다(Table 3).

Comparison of the FVC during the Intervention in the ABE and GBE Groups

ABE GroupGBE GroupWSR Z-valueWSR p-value
FVC(l)N1212-.924.356
Mean RankNR6.0008.750
PR6.7505.380
Sum of RanksNR24.00035.000
PR54.00043.000
Pre1.613±1.0141.761±1.143
Post1.966±1.1481.682±.748
Change between pre and post test.353±1.025-.079±.987
MWU Z-value-1.177-.314
MWU p-value.239.754

WSR: Wilcoxon signed rank test

MWU: Mann-Whitney U test

NR: Negative Ranks

PR: Positive Ranks

FVC: forced vital capacity

ABE Group: aquatic breathing exercise group

GBE Group: general breathing exercise group


(2) FEV₁ 전⋅후 변화

FEV₁의 전⋅후 비교에서 수중호흡운동군은 사전값 1.010±.478 ℓ에서 사후값 1.481±.803 ℓ로 증가하였고 통 계적으로 유의한 차이가 있었다(p<.05). 일반호흡운동 군은 사전값 1.441±.991 ℓ에서 사후값 1.372±.716 ℓ로 감소한 것으로 보이지만 통계적으로 유의한 차이가 없 었다. 집단 간 주 효과검정에서 수중호흡운동군의 FEV₁전⋅후 차이값은 .470±.501 ℓ, 일반호흡운동군은 -.069±.625 ℓ로 통계적으로 유의한 차이를 보였다(p<.05)(Table 4).

Comparison of the FEV during the Intervention in the ABE and GBE Groups

ABE GroupGBE GroupWSR Z-valueWSR p-value
FEV1(l)N1212-2.109.035*
Mean RankNR2.0006.400
PR7.4006.570
Sum of RanksNR4.00032.000
PR74.00046.000
Pre1.010±.4781.441±.991
Post1.481±.8031.372±.716
Change between pre and post test.470±.501-.069±.625
MWU Z-value-2.746-.550
MWU p-value.006**.583

WSR: Wilcoxon signed rank test

MWU: Mann-Whitney U test

NR: Negative Ranks

PR: Positive Ranks

FEV1: forced expiratory volume at one second

ABE Group: aquatic breathing exercise group

GBE Group: general breathing exercise group


(3) FEV₁/FVC 전⋅후 변화

FEV₁/FVC의 전⋅후 비교에서 수중호흡운동군은 사 전값 96.270±7.071%에서 사후값 93.709±10.743%로 감 소한 것으로 보이지만 통계적으로 유의한 차이는 없었 다. 일반호흡운동군은 사전값 98.521±4.802%에서 사 후값 98.743±2.639%로 통계적으로 유의한 차이가 없었 다. 집단 간 주 효과검정에서 수중호흡운동군의 FEV₁ /FVC 전⋅후 차이값은 -2.561±8.371%, 일반호흡운동 군은 .221±2.665%로 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았다(Table 5).

Comparison of FEV1/FVC during the Intervention in the ABE and GBE Groups

ABE GroupGBE GroupWSR Z-valueWSR p-value
FEV1/FVC (%)N1212-.781.435
Mean RankNR6.2907.000
PR5.5004.000
Sum of RanksNR44.00021.000
PR22.00024.000
Pre96.270±7.07198.521±4.802
Post93.709±10.74398.743±2.639
Change between Pre and Post Test-2.561±8.371.221±2.665
MWU Z-value-.978-.178
MWU p-value.328.859

WSR: Wilcoxon signed rank test

MWU: Mann-Whitney U test

NR: Negative Ranks

PR: Positive Ranks

FEV1/FVC: forced expiratory volume at one second/forced vital capacity

ABE Group: aquatic breathing exercise group

GBE Group: general breathing exercise group


(4) PEF 전⋅후 변화

PEF의 전⋅후 비교에서 수중호흡운동군은 사전값 1.727±.779 ℓ/s에서 사후값 2.521±1.127 ℓ/s로 증가하였 고 통계적으로 유의한 차이가 있었다(p<.05). 일반호흡 운동군은 사전값 2.745±2.110 ℓ/s에서 사후값 2.395± 1.217 ℓ/s로 감소한 것으로 보이지만 통계적으로 유의한 차이가 없었다. 집단 간 주 효과검정에서 수중호흡운동 군의 PEF 전⋅후 차이값은 .794±.984 ℓ/s, 일반호흡운동 군은 -.350±1.448 ℓ/s로 통계적으로 유의한 차이를 보였 다(p<.05)(Table 6).

Comparison of the PEF during the intervention in the ABE and GBE Groups

ABE GroupGBE GroupWSR Z-valueWSR p-value
PEF (l/s)N1212-2.136.033*
Mean RankNR2.6707.000
PR7.7806.140
Sum of RanksNR8.00035.000
PR70.00043.000
Pre1.727±.7792.745±2.110
Post2.521±1.1272.395±1.217
Change between Pre and Post Test.794±.984-.350±1.448
MWU Z-value-2.432-.314
MWU p-value.015*.754

WSR: Wilcoxon signed rank test

MWU: Mann-Whitney U test

NR: Negative Ranks

PR: Positive Ranks

PEF: Peak expiratory flow

ABE Group: Aquatic breathing exercise group

GBE Group: General breathing exercise group


2) 느린폐활량(slow vital capacity: SVC)

(1) VC 전⋅후 변화

VC의 전⋅후 비교에서 수중호흡운동군은 사전값 3.180±1.519 ℓ에서 사후값 3.962±1.667 ℓ로 증가하였고 통계적으로 유의한 차이가 있었다(p<.05). 일반호흡운동 군은 사전값 3.760±1.624 ℓ에서 사후값 3.511±1.827 ℓ로 감소한 것으로 보이지만 통계적으로 유의한 차이가 없었 다. 집단 간 주 효과검정에서 수중호흡운동군의 VC 전⋅ 후 차이값은 .781±.962 ℓ, 일반호흡운동군은 -.248± 1.761 ℓ로 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았다(Table 7).

Comparison of the the VC during the Intervention in the ABE and GBE Groups

ABE GroupGBE GroupWSR Z-valueWSR p-value
VC (l)N1212-1.530.126
Mean RankNR5.0007.170
PR6.8005.830
Sum of RanksNR10.00043.000
PR68.00035.000
Pre3.180±1.5193.760±1.624
Post3.962±1.6673.511±1.827
Change between pre and Post Test.781±.962-.248±1.761
MWU Z-value-2.275-.314
MWU p-value.023*.754

WSR: Wilcoxon signed rank test

MWU: Mann-Whitney U test

NR: Negative Ranks

PR: Positive Ranks

VC: vital capacity

ABE Group: aquatic breathing exercise group

GBE Group: general breathing exercise group


(2) IC 전⋅후 변화

IC의 전⋅후 비교에서 수중호흡운동군은 사전값 2.476±1.434 ℓ에서 사후값 3.001±1.255 ℓ로 증가한 것 으로 보이지만 통계적으로 유의한 차이는 없었다. 일 반호흡운동군은 사전값 2.774±1.483 ℓ에서 사후값 2.464±1.303 ℓ로 감소한 것으로 보이지만 통계적으로 유의한 차이가 없었다. 집단 간 주 효과검정에서 수중 호흡운동군의 IC 전⋅후 차이값은 .525±.968 ℓ, 일반호 흡운동군은 -.310±1.541 ℓl로 통계적으로 유의한 차이 를 보이지 않았다(Table 8).

The Comparison of the IC during the Intervention in the ABE and GBE Groups

ABE GroupGBE GroupWSR Z-valueWSR p-value
IC (l)N1212-1.732.083
Mean RankNR8.5006.000
PR6.1007.500
Sum of RanksNR17.00048.000
PR61.00030.000
Pre2.476±1.4342.774±1.483
Post3.001±1.2552.464±1.303
Change between Pre and Post Test.525±.968-.310±1.541
MWU Z-value-1.726-.706
MWU p-value.084.480

WSR: Wilcoxon signed rank test

MWU: Mann-Whitney U test

NR: Negative Ranks

PR: Positive Ranks

IC: inspiratory capacity

ABE Group: aquatic breathing exercise group

GBE Group: general breathing exercise group


(3) TV 전⋅후 변화

TV의 전⋅후 비교에서 수중호흡운동군은 사전값 .497±.314 ℓ에서 사후값 .575±.240 ℓ로 증가하였고 통계 적으로 유의한 차이가 있었다(p<.05). 일반호흡운동군 은 사전값 .535±.320 ℓ에서 사후값 .445±.245 ℓ로 감소한 것으로 보이지만 통계적으로 유의한 차이가 없었다. 집단 간 주 효과검정에서 수중호흡운동군의 TV 전⋅후 차이값은 .077±.167 ℓ, 일반호흡운동군은 -.090±.152 ℓ 로 통계적으로 유의한 차이를 보였다(p<.05)(Table 9).

Comparison of the TV during the Intervention in the ABE and GBE Groups

ABE GroupGBE GroupWSR Z-valueWSR p-value
TV (l)N1212-2.630.009**
Mean RankNR6.5006.940
PR6.5005.170
Sum of RanksNR13.00062.500
PR65.00015.500
Pre.497±.314.535±.320
Post.575±.240.445±.245
Change between Pre and Post Test.077±.167-.090±.152
MWU Z-value-2.042-1.845
MWU p-value.041*.065

WSR: Wilcoxon signed rank test

MWU: Mann-Whitney U test

NR: Negative Ranks

PR: Positive Ranks

TV: tidal volume

ABE Group: aquatic breathing exercise group

GBE Group: general breathing exercise group


(4) IRV 전⋅후 변화

IRV의 전⋅후 비교에서 수중호흡운동군은 사전값 1.979±1.229 ℓ에서 사후값 2.426±1.092 ℓ로 증가한 것으 로 보이지만 통계적으로 유의한 차이는 없었다. 일반호 흡운동군은 사전값 2.238±1.268 ℓ에서 사후값 2.018± 1.156 ℓ로 감소한 것으로 보이지만 통계적으로 유의한 차이가 없었다. 집단 간 주 효과검정에서 수중호흡운동 군의 IRV 전⋅후 차이값은 .447±1.010 ℓ, 일반호흡운동 군은 -.220±1.519 ℓ로 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았다(Table 10).

Comparison of the IRV during the Intervention in the ABE and GBE Groups

ABE GroupGBE GroupWSR Z-valueWSR p-value
IRV (l)N1212-1.530.126
Mean RankNR8.5006.640
PR6.1006.300
Sum of RanksNR17.00046.500
PR61.00031.500
Pre1.979±1.2292.238±1.268
Post2.426±1.0922.018±1.156
Change between Pre and Post Test.447±1.010-.220±1.519
MWU Z-value-1.726-.589
MWU p-value.084.556

WSR: Wilcoxon signed rank test

MWU: Mann-Whitney U test

NR: Negative Ranks

PR: Positive Ranks

IRV: inspiratory reserve volume

ABE Group: aquatic breathing exercise group

GBE Group: general breathing exercise group


(5) ERV 전⋅후 변화

ERV의 전⋅후 비교에서 수중호흡운동군은 사전값 .972±.484 ℓ에서 사후값 1.224±.586 ℓ로 증가하였고 통 계적으로 유의한 차이가 있었다(p<.05). 일반호흡운동 군은 사전값 1.153±.907 ℓ에서 사후값 1.129±.657 ℓ로 감소한 것으로 보이지만 통계적으로 유의한 차이가 없 었다. 집단 간 주 효과검정에서 수중호흡운동군의 ERV 전⋅후 차이값은 .251±.328 ℓ, 일반호흡운동군은 -.024± .977 ℓ로 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았다 (Table 11).

Comparison of the ERV during the Intervention in the ABE and GBE Groups

ABE GroupGBE GroupWSR Z-valueWSR p-value
ERV (l)N1212-.347.729
Mean RankNR2.6306.000
PR7.9306.860
Sum of RanksNR10.50030.000
PR55.50048.000
Pre.972±.4841.153±.907
Post1.224±.5861.129±.657
Change between pre and post test.251±.328-.024±.977
MWU Z-value-2.002-.707
MWU p-value.045*.480

WSR: Wilcoxon signed rank test

MWU: Mann-Whitney U test

NR: Negative Ranks

PR: Positive Ranks

ERV: expiratory reserve volume

ABE Group: aquatic breathing exercise group

GBE Group: general breathing exercise group


2. 최대발성시간의 변화 비교

MPT의 전⋅후 비교에서 수중호흡운동군은 사전값 12.998±3.934초에서 사후값 16.250±7.316초로 증가하 였고 통계적으로 유의한 차이가 있었다(p<.05). 일반호 흡운동군은 사전값 12.963±6.469초에서 사후값 13.362 ±7.383초로 증가한 것으로 보이지만 통계적으로 유의 한 차이가 없었다. 집단 간 주 효과검정에서 수중호흡 운동군의 MPT 전⋅후 차이값은 3.251±5.038초, 일반호 흡운동군은 .399±3.071초로 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았다(Table 12).

Comparison of the MPT during the Intervention in the ABE and GBE Groups

ABE GroupGBE GroupWSR Z-valueWSR p-value
MPT (s)N1212-1.386.166
Mean RankNR4.0005.330
PR7.0007.670
Sum of RanksNR8.00032.000
PR70.00046.000
Pre12.998±3.93412.963±6.469
Post16.250±7.31613.362±7.383
Change between Pre and Post Test3.251±5.038.399±3.071
MWU Z-value-2.432-.549
MWU p-value.015*.583

WSR: Wilcoxon signed rank test

MWU: Mann-Whitney U test

NR: Negative Ranks

PR: Positive Ranks

ERV: expiratory reserve volume

ABE Group: aquatic breathing exercise group

GBE Group: general breathing exercise group


IV. 고 찰

호흡운동 기간은 4~12주, 주 2~5회 실시하여야 하며, 호흡운동 시간은 20~30분 실시하여야 최대 효과가 있다 는 British Thoracic Society Standards of Care Subcommittee on Pulmonary Rehabilitation [32]지침에 근거하여 본 연 구에서는 시간과 기간을 아동의 피로도를 고려하여 준 비 운동 5분, 마무리 운동 5분, 본 운동 30분으로 구성하 여 주 2회 총 8주간 실시하였다.

폐기능 검사는 호흡상태를 평가하는 강력한 도구로 서 진단에 도움 줄뿐만 아니라 질병의 중증도와 치료 반응의 객관적인 지표를 제공한다. 폐기능은 연령, 성 별, 신장에 따라 변하기 때문에 검사를 해석할 때 이를 고려하여야 하며 인종, 체중에 의해서도 어느 정도 변한 다고 알려져 있다[33]. 이러한 사항을 고려하여 본 연구는 연령, 성별, 신장, 몸무게 등 일반적 특성에서 유의한 차이 가 없는 것으로 나타나 동질성이 확보되었다.

본 연구에서 폐기능 변화는 수중호흡운동군의 FEV₁, PEF, VC, TV, ERV 비교에서 중재 전과 후에 유의한 차이가 있었고(p<.05) 수중호흡운동군과 일반호흡운 동군 간의 중재 전⋅후 차이에 대한 효과검정에서는 FEV₁, PEF, TV에서 유의한 차이를 보였다(p<.05).

FEV₁은 가능한 최대로 흡기 후 노력성호기를 시작 하고 1초간 내쉰 호흡량을 가리킨다. COPD의 경우 작 은 기도가 정상보다 빨리 닫히기 때문에 FEV₁의 감소 가 나타나는데 임상적으로 COPD의 중요한 지표가 된 다[34]. 폐 기능 이상은 두 가지 기본 패턴으로 구분하는 데 폐쇄성 패턴과 제한성 패턴이 있다[35]. Lee [36]는 뇌성마비 아동이 흉곽 팽창에 기계적인 제한이 생겼거 나 호흡근의 약화로 제한성 환기 장애 패턴을 보인다고 하였고 뇌성마비 아동에게 피드백 호흡운동과 복합 호 흡운동 후 FEV₁이 유의하게 증가되었다고 하였다. Lee 등[37], Kim 등[38]은 제한성 패턴을 보이는 뇌졸중 환 자에게 호흡운동 후 FEV₁이 증가하였다고 하였다. 이 는 본 연구와 일치하는 결과로 제한성 환기 장애를 가지 고 있는 뇌성마비 아동이 수중에서 탁구공을 불거나 포우치를 불어 뒤집는 훈련, 물속에 얼굴을 침수한 상 태로 정수압과 물의 점성저항을 이겨내며 거품불고 호 흡조절하는 훈련을 통해 호흡근의 활동성을 증가시킴 으로써 FEV₁이 강화된 것으로 사료된다.

PEF는 전체 폐용량으로부터 최대호기 후에 측정할 수 있는 최대속도이며 기도폐쇄 유무와 기도폐쇄의 손 상 정도를 알아내는 데 유용한 파라미터이다[30]. Lima 등[39]은 천식 아동에게 흡기근 훈련과 호흡운동 후 PEF가 유의하지는 않지만 약간 증가했다고 보고했다. Wang 등[40]도 천식 아동에게 수영을 한 후 PEF를 비교 하였을 때 유의하게 증가했다고 보고했다. Chang 등 [41]은 경증 천식 환자에서 FEV₁과 PEF 간의 연관성을 조사해 높은 일치성을 보였다. 만성폐쇄성폐질환에서 도 FEV₁과 PEF측정치의 유의한 상관 관계가 있음이 알려졌다[42]. 본 연구에서도 대상이 뇌성마비 아동이 지만 수중호흡운동군에서 호흡근 활동성의 증가로 FEV₁이 강화된 것처럼 PEF에서도 그 기능이 향상된 것으로 사료된다.

폐활량의 측정은 환기의 예비능력을 반영하는 지표 로서 나타나는데, 환자로 하여금 평상시 호흡을 하다가 끝까지 숨을 들이마시게 한 후 시간에 관계없이 천천히 가능한 끝까지 내쉬게 하여 VC, IC, TV, IRV, ERV 등을 측정하게 된다. Hutzler 등[22]은 46명의 뇌성마비 아동 에게 6개월간 수영과 수중운동을 중재한 결과 심폐기 능이 보바스 물리치료만 받은 대조군에 비교해 향상된 다고 하였다. 또한, Kim 등[43]은 불기와 링 게임과 같이 호흡조절 훈련을 포함한 12주간 수중운동 프로그램이 성장기 뇌성마비 아동의 폐활량에 긍정적인 영향을 미 친다고 하였다. 본 연구에서도 수중호흡운동군의 폐활 량에 유의한 증가를 볼 수 있었다. 수중에서 탁구공 불기와 포우치 뒤집기는 시각적 피드백으로 아이에게 흥미를 유발하면서 호기근을 강화시키고 잠수하여 고 리 잡기는 시작 전 심호흡을 유도한다. 머리를 침수한 상태에서 호흡조절 훈련은 정수압과 물의 점성저항으 로 인한 호흡저항을 증가시키고 호흡근을 강화하여 폐 활량이 증가된 것으로 생각된다.

Chen 등[44]은 prolonged mechanical ventilation 환자 를 대상으로 호흡운동을 한 후 폐기능을 측정한 결과 실험군에서 TV가 0.5ℓ 유의하게 증가하였다고 보고 하였다. Kim 등[45]은 경수 손상 환자의 호흡훈련(입술 오므리기 호흡, 횡격막 호흡, 유발성 폐활량계, 대흉근 저항운동)을 통해 1회 호흡량과 폐활량에 유의한 증가 를 보고하였다. 본 연구에서도 수중호흡운동군에서 평 상시 1회 호흡량의 유의한 증가를 볼 수 있었고 일반호 흡운동군 간의 중재 전⋅후 차이에 대한 효과검정에서 도 유의한 차이를 보였다.

Roth 등[46]은 척수 손상 환자에게 호기근 훈련을 한 후 호기예비용적이 유의한 증가를 보였다고 하였다. Lee [36]는 피드백 호흡운동군과 복합 호흡운동군에서 는 피드백 호흡운동군이, 피드백 호흡운동군과 대조군 에서는 피드백 호흡운동군이 호기예비용적이 유의하 게 증가하였다고 보고하였다. 본 연구에서도 수중호흡 운동군의 호기예비용적에 유의한 증가를 볼 수 있었다.

본 연구에서 최대발성시간(MPT)의 변화는 수중호 흡운동군의 중재 전과 후에 유의한 차이가 있었다. Tanaka 등[47]은 발성의 세기와 폐 내압 사이의 상관 관계, 평균 기류율 및 공기 역학적 힘과의 관계를 조사 하여 호흡과 발성이 밀접한 관계가 있음을 밝혔다. 그 리고 Raes 등[48]은 호흡 즉, 폐활량의 차이로 인한 최대 발성시간, 발성지수의 차이가 유의미하게 차이가 있음 을 밝혔으며, Solomon 등[49]은 폐활량과 최대발성시간 사이의 관계를 연구하여 폐활량의 감소에 따른 발성시 간의 단축이 있었다고 보고하였다. 뇌성마비 아동은 폐활량 부족과 얕고 빠른 호흡이 나타남으로 호흡 강화 훈련을 통해 최대발성시간이 유의하게 길어진다고 하 였는데[50], 본 연구에서도 폐활량이 증가된 수중호흡 운동군에서 최대발성시간이 유의하게 증가하였다.

이상의 결과를 통해, 수중에서 일반호흡운동군 보다 수중호흡운동군이 뇌성마비 아동의 폐기능과 최대발 성시간 향상에 더 효과적인 운동임을 알 수 있었다. 일반호흡운동군의 경우 폐기능과 최대발성시간이 중 재 전⋅후에 통계적으로 유의한 차이는 없었다. 이 결 과는 수중호흡운동군의 경우 훈련기간 동안 거품불기 나 잠수와 같이 호흡조절훈련에 대한 적절한 피드백이 주어졌지만 일반호흡운동군의 경우 호흡훈련에 대한 피드백 없이 일반수중운동에 초점을 둔 것이 그 원인으 로 판단된다. 연구대상자들도 뇌성마비 아동이라 운동 자각도를 이해하고 적절한 강도로 일정하게 운동을 수 행하는데 어려움이 있었고 일반호흡운동군의 프로그 램 구성과 강도가 호흡에 직접적인 영향을 미치지 않은 것으로 생각된다. 또한 들숨 시 흡기근에 저항하고 날 숨 시 호기근을 보조하는 정수압의 역할이 수중에서 운동한다고 하여도 폐기능과 최대발성시간에 유의미 한 차이를 줄 정도는 아닌 것으로 생각된다. 이는 수중 이라는 환경요소보다 호흡에 직접적인 영향을 미치는 운동인가 아닌가가 폐기능 향상에 훨씬 중요한 요소임 을 알 수 있었다.

앞으로는 수중에서 중재기간 변화와 운동강도 변화 에 따라 폐기능 변화를 살펴보고 지상과 수중에서의 비교 연구도 필요할 것으로 생각된다. 이 연구의 제한 점은 대상자 수가 수중호흡운동군 12명, 일반호흡운동 군 12명으로 비교적 적은 수의 대상자에게 시행하여 모든 뇌성마비 아동에게 일반화하여 해석하기 어렵다 는 점과 윤리적인 문제로 인해 대상자의 일상생활을 통제하지 못했다는 점이다. 또한 대상자의 협응 문제나 이해의 문제로 폐기능 측정 시 측정도구에 입을 잘 오므 리지 못하는 경우도 있었다. 향후에는 본 연구의 제한 점을 보완하여 수중에서 호흡기능을 강화하고 폐기능 향상을 객관적으로 입증할 수 있는 다양한 연구들이 이루어져야 할 것이다.

V. 결 론

본 연구는 수중에서 호흡운동이 뇌성마비 아동의 폐기능 및 최대발성시간에 미치는 영향을 알아보기 위 하여 뇌성마비 아동 24명을 대상으로 수중호흡운동군 12명, 일반호흡운동군 12명을 무작위 그룹 배정하여 8주 동안 주 2회 40분 중재하고 다음과 같은 결과를 얻었다. 연구 결과 수중호흡운동군에서 FEV₁, PEF, VC, TV, ERV, MPT에서 중재 전과 후에 유의한 수준의 차이가 있었다(p<.05). 수중호흡운동군과 일반호흡운 동군 간의 중재 전⋅후 차이에 대한 변화량 검정에서는 FEV₁, PEF, TV에서 유의한 수준의 차이가 있었다 (p<.05). 결과적으로 수중호흡운동이 폐기능과 최대발 성시간 향상에 효과적임을 알 수 있었다. 이러한 결과 를 바탕으로 수중에서 호흡운동을 통해 뇌성마비 아동 의 폐기능과 최대발성시간을 향상하고 뇌성마비 아동 이 일상생활에서 좀 더 나은 삶을 영위하는 데 도움이 될 수 있길 기대한다.

Acknowledgements

본 연구는 교내학술연구비 지원을 받은 논문임. Grant N.20160021.

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August 2019, 14 (3)
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