Tensiomyography(TMG)는 골격근의 기계적 특성 및 신경근을 비침습적으로 평가하는 기계근육운동평가(Mechanomyography) 평가방법 중 하나로써 단일 근육의 강성 및 신경근의 피로를 측정할 수 있는 도구로 사용되며, 특히 일회성 운동 후에 근육의 급성피로를 측정하는 연구가 많이 진행되고 있다(García-García et al., 2020; Macgregor et al., 2018; Pereira et al., 2020; Rusu et al., 2013). TMG는 1ms의 시간 동안 0~100mA의 단일 전기자극으로 근육을 자극하여 기계적인 수축을 유도한 후 반응을 측정한다(García-Unanue et al., 2020). TMG는 근육의 최대 수축 변위를 기록하는 Maximum radial displacement(Dm)와 최대 수축 변위의 10~90%까지 수축하는데 걸리는 시간인 Contraction time(Tc), 자극의 시작부터 최대 수축 변위의 10%까지 걸리는 시간인 Delay time(Td), 최대 수축변위의 50%에서 하강곡선의 50%까지 유지되는 시간인 Sustain time(Ts), 그리고 하강 곡선에서 최대 수축 변위의 90~50%까지 걸리는 시간인 Relaxation time(Tr)로 구성되어 평가한다. 측정-재측정 및 평가자 내 신뢰도 지수는 intraclass correlation coefficient(ICC)의 95% 신뢰구간을 기반으로 평가되며, TMG의 변인 중 Dm(0.91-0.99) 그리고 Tc(0.70-0.98)는 반복 측정 시 가장 신뢰도 있는 변인이다(Križaj et al., 2008; Martín-Rodríguez et al., 2017). 그러나 Tc는 Dm의 90%에 도달하는 시간으로 Dm의 크기에 영향을 받을 수 있기 때문에, 이를 보완하여 근육의 수축 속도를 계산한 Vrn(normalized response speed), Vc10(mean velocity until 10% Dm) 및 Vc90 (mean velocity until 90% Dm)가 있다(de Paula Simola et al., 2015; Križaj et al., 2008; Lohr et al., 2018; Loturco et al., 2016; Pereira et al., 2020).

스포츠에서 매우 흔하게 나타나는 달리기, 점프, 및 방향전환 동작 등은 하체에서 일어나며, 슬관절의 굴곡과 신전이 많이 일어난다. 달리기 중 피로에 의한 비복근의 활동 감소를 슬관절 굴곡근 및 신전근이 보완하여 보폭 패턴을 유지하는 역할을 수행하고(Rabita et al., 2013), 또한 점프동작에서 햄스트링과 대퇴사두근은 신장되면서 탄성에너지를 저장하고 힘을 발휘하는데 중요한 역할을 한다(Padulo et al., 2013; Peng et al., 2011; Struminger et al., 2013). 이처럼 햄스트링과 대퇴사두근은 하체의 움직임에서 역할이 크기 때문에 운동 후 피로 측정에 많이 사용된다. TMG를 사용한 피로 측정 연구도 대퇴이두근(biceps femoris, BF)과 대퇴직근(Rectus femoris, RF)에서 많이 이루어지고 있으나(García-Manso et al., 2011; García-Unanue et al., 2020; López-Fernández et al., 2017; Santana et al., 2018), TMG로 피로를 측정한 선행연구에서 각각 다른 결과를 보고하고 있어 피로 정도의 파악 기준은 모호하다. 피로 유발 후 근육의 경직도 증가로 인한 Dm의 감소를 보고하는 연구도 있으나(Berzosa et al., 2020; Calderón-Pellegrino et al., 2020; García-García et al., 2020; Martín-San Agustín et al., 2020; Sánchez-Sánchez et al., 2019), 다른 연구들에서는 근육의 경직도 감소로 인한 Dm의 증가를 보고하는 연구도 있다(López-Fernández et al., 2017; Rojas-Barrionuevo et al., 2017). 이러한 결과뿐만 아니라 같은 동작 후 BF와 RF의 반응은 다르게 나타나며, 이는 동작 수행 시 근육의 역할이 달라 나타나는 반응인 것으로 판단된다(Bourne et al., 2017; García-Unanue et al., 2020; Nicola & Jewison, 2012; Sánchez-Sánchez et al., 2018; Sánchez-Sánchez et al., 2019).

이처럼 TMG는 피로 측정에 대한 잠재적 이점이 있지만 각 문헌이 보고하는 경향성이 일정하지 않아 결과 해석에 대한 모호함이 있다. 그러나 현재까지 급성 운동 후 근육의 피로에 대한 TMG 변인의 변화 경향에 대해 메타 분석 접근 방식을 통해 분석한 연구는 전무한 실정이다. 따라서 본 연구는 일회성 운동 후 급성 근육피로로 인한 변화를 메타분석을 통한 효과크기로 분석하여 해석 기준점을 제시하고, 이중관절 근육인 BF와 RF 그리고 TMG변인 중 신뢰성이 높은 변인인 Dm, Tc와 피로 감지에 민감한 Vc90을 추가하여 분석할 변화 경향을 정량화하여 TMG를 이용한 피로 측정의 기준을 마련하는 목적이 있다.

본 연구는 많은 수의 문헌을 사용하여 급성 운동에 의해 유발된 급성 근육 피로를 TMG를 활용해 측정 변인의 변화 경향성에 대한 체계적 문헌고찰과 메타 분석을 수행하였다.

연구에 사용된 문헌들의 CAT평가 결과 편향위험과 방법론적 수준은 우수한 것으로 나타났다. 또한 메타 분석결과, 일회성 운동으로 유발된 급성 근육 피로를 TMG로 측정 시 특정 변화 경향성이 나타난다는 것을 확인하였으며, BF와 RF의 경향성은 다르게 나타났다.

전체 문헌을 분석한 결과 BF의 Dm(Hedges’s g: -0.207), Vc90(Hedges’s g: -0.296)과 RF의 Tc(Hedges’s g: -0.157)에서 전체효과의 유의한 감소 경향이 나타났다. 엘리트 운동선수는 일회성 운동 후 BF의 모든 변인 Dm(Hedges’s g: -0.386), Tc(Hedges’s g: -0.164), Vc90(Hedges’s g: 0.387)과 RF의 Tc(Hedges’s g: -0.172)에서 유의한 감소 경향이 나타났지만, 일반인은 RF의 Dm(Hedges’s g: -0.298)에서만 유의한 감소 경향이 나타났다.

전체적인 효과(overall ES)에서 BF의 Vc90에서 유의한 감소 경향이 나타났는데, 이는 일회성 운동 후 Vc90의 감소를 보고한 연구와 일치하는 결과이다(Beato et al., 2019; Pereira et al., 2020). 이는 급성 근육 피로로 인한 근섬유 내부의 pH 감소가 활동전위의 전달속도 감소에 영향을 주어 수축력과 수축속도 감소에 영향을 줄 수 있고, Adenosine triphosphate 수의 감소는 Actin-Myosin 교차결합을 감소시켜 수축력의 감소를 유발할 수 있으며, 또한 대퇴사두근과 햄스트링은 속근섬유 (TypeⅡ)의 비율이 지근섬유 (TypeⅠ)의 비율보다 높으며, TypeⅡ 근섬유는 TypeⅠ근섬유보다 더 낮은 미토콘드리아의 함량과 에너지 생산을 위한 oxidative metabolism이 적기 때문에 피로 저항성이 낮아 운동 시 먼저 피로해져 잠재적으로 수축 속도의 감소를 유발할 것으로 사료된다(Ahn et al., 2018; Boyas & Guével, 2011; Evangelidis et al., 2017; Fitts, 2008; Li et al., 2020; Meznaric & Cvetko, 2016). 또한 Dm에서 유의한 감소 경향이 나타났으며, 이는 다른 선행연구들에서 운동 후 근육의 피로가 긴장도와 경직도를 증가시킨다고 보고한 결과와 일치한다(Berzosa et al., 2020; Calderón-Pellegrino et al., 2020; García-García et al., 2020; Rodríguez-Matoso et al., 2015; Sánchez-Sánchez et al., 2019). 근육 피로는 근섬유 내부에 H+와 Pi를 축적하여 pH를 감소를 유발하고, 이로 인해 근섬유 내부에 Ca2+가 증가하여 troponin의 Ca2+에 대한 민감도를 감소시키고, 근형질 세망(Sarcoplasmic reticulum)에서 재흡수가 억제되며, Actin-Myosin 결합의 분리 속도 감소 인해 경직도가 증가한다고 보고하였다(Boyas & Guével, 2011; Fitts, 2008). 이러한 현상은 근육 피로가 증가하였을 때 근육 활성이 감소하는 대신, 근육 강성을 증가시켜 운동 시 발생되는 에너지를 더 많이 저장하기 위한 것으로 생각할 수 있다(Dumke et al., 2010).

RF는 Tc에서만 유의한 감소 경향이 나타났고, 다른 변인들에서는 유의한 차이가 나타나지 않았으며, 이는 각 연구에서 사용된 일회성 운동이 근육에 큰 피로를 유발하지 않았기 때문이라고 생각된다. 포함된 문헌들 중 RF의 피로를 유발하기에 운동이 충분하지 않았다고 보고한 연구들이 있으며(Barcala-Furelos et al., 2020; Rojas-Valverde et al., 2020), Beato et al.(2021)으로 운동 후 PAP(post activation potentiation) 반응으로 인한 동작 시 반응시간의 향상이 있었다고 보고하였으며, 이러한 결과로 Tc의 감소가 유발될 수 있다. 또한, 전체적인 효과에서 유의하지 않지만 RF의 Vc90이 약간 증가하였는데, 이러한 결과를 보고한 연구들이 포함되어 영향을 준 것으로 판단된다.

일반인과 선수의 근육 피로 측정 결과에서 차이가 나타났으며, 일반인은 RF의 Dm에서만 유의한 감소 경향이 나타났지만, 선수는 BF의 모든 변인들과 RF의 Tc에서 유의한 감소 경향을 나타냈다. 이러한 차이는 문헌들에서 사용한 일회성 운동이 달리기와 점프처럼 폭발적인 근력의 발휘가 필요한 동작이 많기 때문으로 생각되며, 이는 햄스트링의 활성이 매우 중요한 동작이다(Morin et al., 2015). 또한 선행연구들과 같이 일반인과 선수의 훈련상태와 수행능력 차이로 인해 운동 시 근육의 활성 정도에 차이가 나타나 피로 정도에 영향을 미쳤을 것이라 생각할 수 있다(Bert-Losier et al., 2015; Maniar et al., 2020; Zhang et al., 2021). 선행연구들(Higashihara et al., 2018; Janusevicius et al., 2017; Schoenfeld et al., 2014)에서 보고한 내용에 의하면 훈련될수록 근육의 빠르고 강한 힘의 발현과 더 큰 활성을 보인다는 결과를 바탕으로, 엘리트 운동선수가 일반인보다 운동 시 햄스트링에서 강한 힘의 발현을 생산하여 운동 후 더 큰 피로가 유발된 것으로 생각할 수 있다(Chumanov et al., 2011; Janusevicius et al., 2017; Zhang et al., 2021). 대퇴사두근은 운동 중 무릎의 안정성을 조절하는 역할을 하며, 폭발적인 운동 시 고관절 신전근과 협응하여 동작을 만들어 낸다(Kakehata et al., 2021; Lewek et al., 2002; Shaw et al., 2005). 처치된 일회성 운동에서 RF가 이러한 역할을 수행하기 때문에 선수와 일반인에서 Tc, Dm의 감소가 유발된 원인으로 생각된다.

본 연구 결과 일회성 운동 후 TMG 측정 시 Dm, Tc, Vc90의 감소가 나타나면 급성 근육 피로가 유발된 것으로 확인할 수 있고, 근육 피로 유발 목적으로 운동처치가 이루어졌을 때 피로 유발을 확인할 수 있는 지표가 될 수 있을 것이며, 이는 근육 피로에 의한 인체의 반응 검사를 위한 근육 피로 유발 프로토콜의 개발에 기여할 수 있을 것으로 판단된다. 또한, 선수는 하지에서 복합 운동 후 피로에 대한 지표로 BF에서 Dm, Tc, Vc90의 감소를 확인하여 운동 후 근육 피로 수준을 확인할 수 있으므로 운동 프로그램을 최적화하는데 기여할 수 있을 것으로 생각된다. 본 연구의 제한점은 메타분석에서 사용된 선행 연구에서 실시한 급성 운동 프로토콜의 통일성이 없다는 점이기에, 추후에 측정 부위에 정확히 피로를 유발하는 운동을 사용하여 운동량 및 운동 강도에 대한 충분한 추가적 연구가 필요하다.