FES 강축비 변화에 따른 뇌졸중 환자의 장딴지근과 위팔두갈래근 긴장도에 미치는 즉각적 효과: 앞정강근과 위팔세갈래근 자극을 중심으로

Immediate Effects of Functional Electrical Stimulation On: Off Ratio on Muscle Tone of the Gastrocnemius and Biceps Brachii in Patients with Stroke: Focused on Stimulation of the Tibialis Anterior and Triceps Brachii

본 연구는 뇌졸중 환자를 대상으로 기능적 전기자극(Functional Electrical Stimulation, FES) 중재 시 강축비(On:Off ratio) 변화가 근긴장도에 미치는 즉각적인 영향을 규명하고자 하였다. 연구대상은 발병 6개월 이내의 뇌졸중 환자 30명으로, 1:1, 1:3, 1:5의 세 가지 강축비 조건에 따라 무작위로 배정되었다. 하지에서는 앞정강근(tibialis anterior), 상지에서는 위팔세갈래근(triceps brachii)에 전극을 부착하여 자극하였으며, 장딴지근(gastrocnemius)과 위팔두갈래근(biceps brachii)의 근긴장도를 MyotonPRO 장비를 통해 평가하였다. 근긴장도는 Frequency(Hz)와 Stiffness(N/m)를 주요 지표로 분석하였고, 통계 분석은 대응표본 t-검정 및 일원배치 분산분석(ANOVA)을 이용하였다. 연구 결과, 하지에서는 1:3과 1:5 조건 모두에서 근긴장도가 유의하게 감소하였으며(F(2,39) = 6.22, p = .006), 특히 1:5 조건은 감각 자극 기반의 억제 반응을 강화하여 경직 완화에 효과적이었다. 반면, 상지에서는 모든 조건에서 제한적인 변화만이 관찰되었다. 이러한 결과는 강축비가 근피로 억제와 감각 기반 억제 반응 간의 균형을 조절하는 핵심 요인임을 시사한다. 본 연구는 강축비 조절이 FES 중재의 생리학적 효율성과 임상적 안전성을 결정하는 주요 변수임을 실증적으로 제시하였으며, 특히 하지 경직 조절에 있어 1:3~1:5 강축비 설정이 유효한 근거 기반 중재 전략이 될 수 있음을 보여준다. 향후 연구에서는 반복 중재 및 장기적 변화를 포함한 분석을 통해 환자 맞춤형 FES 프로토콜 표준화로 발전시킬 필요가 있다.

This study aimed to investigate the immediate effects of changes in the On:Off ratio during functional electrical stimulation (FES) intervention on muscle tone in patients with stroke. Thirty patients within six months post-stroke were randomly assigned to one of three On:Off ratio conditions: 1:1, 1:3, and 1:5. Electrical stimulation was applied to the tibialis anterior for the lower limbs and the triceps brachii for the upper limbs, while the muscle tone of the gastrocnemius and biceps brachii was evaluated using the MyotonPRO device. Muscle tone was analyzed using Frequency (Hz) and Stiffness (N/m) as primary indicators, and statistical analyses were conducted using paired t-tests and one-way analysis of variance (ANOVA). The results showed that, in the lower limbs, muscle tone significantly decreased under both the 1:3 and 1:5 conditions (F(2,39) = 6.22, p = .006), with the 1:5 condition demonstrating greater inhibition based on sensory-driven responses and being particularly effective in alleviating spasticity. In contrast, the upper limbs showed minimal or non-significant changes across all conditions. These findings suggest that the On:Off ratio plays a crucial role in balancing muscle fatigue suppression and sensory-based inhibitory responses. This study demonstrates that adjusting the On:Off ratio is an important factor influencing the physiological response to FES. In particular, setting the ratio between 1:3 and 1:5 may provide an evidence-based therapeutic option for managing lower-limb spasticity. Future studies should include repeated interventions and long-term analyses to develop standardized, patient-specific FES protocols.