Usefulness of Motor Control Test (MCT) to Evaluate Balance Function in Diabetic Patients with Neuropathy.

Park, Hyun Min; Kim, Han Gyun; Hyun, Min Hwan; Kim, Sang Jin

Korean Journal of Otorhinolaryngology-Head and Neck Surgery > Volume 41(8); 1998 > Article

Original Article

Korean Journal of Otorhinolaryngology-Head and Neck Surgery 1998;41(8): 988-993.

Usefulness of Motor Control Test (MCT) to Evaluate Balance Function in Diabetic Patients with Neuropathy.

Hyun Min Park, Han Gyun Kim, Min Hwan Hyun, Sang Jin Kim

¹Department of Otolaryngology-Head and Neck Surgery, College of Medicine, Dankook University,Cheonan, Korea. DKUHENT@Unitel.Co.Kr
²Department of Internal Medicine, College of Medicine, Dankook University,Cheonan, Korea.

당뇨병 환자에서 신경병증 유무에 따른 평형기능측정 방법으로서 운동조절검사의 유용성

박현민¹ · 김한균¹ · 현민환¹ · 김상진²

단국대학교 의과대학 이비인후-두경부외과학교실1;내과학교실2;

주제어: 체위기록검사ㆍ운동조절검사ㆍ다발성 신경병증.

ABSTRACT

BACKGROUND AND OBJECTIVES:
It is important to adequately estimate the functional handicap of the patient with polyneuropathy. Computerized dynamic posturography (CDP) can be utilized in those patients to evaluate balance performance. But, so far, the majority of data are about sensory organization test (SOT) and the efficacy of motor control test (MCT) is not established. We performed this study in an attempt to estimate balance function in diabetic neuropathy patients using MCT, thereby confirm the usefulness of MCT in evaluating balance ability. SUBJECTS AND METHODS: Seventeen diabetic neuropathy patients (DM-NP), 9 non-neuropathy diabetic patients (DM-nonNP), and 22 non-diabetic normal persons as controls (nonDM) were included in this study. Postural responses to horizontal translation were assessed according to the MCT paradigm. The results were compared with the sway energy obtained during toes-up or toes-down perturbation.
RESULTS:
Latencies of backward translation were prolonged in DM-NP but not in DM-nonNP. Latencies of forward translation were prolonged both in DM-NP and DM-nonNP. No definite correlation could be drawn between the MCT and EMG latencies. DM-NP showed increased sway energy in toes-up and toes-down perturbation. MCT latencies and sway energy in perturbation showed significant correlation.
CONCLUSION:
MCT proved to be useful in evaluating balance performance in the patients with defective postural response as in diabetic neuropathy.

Keywords: Dynamic posturographyㆍMotor control testㆍPolyneuropathy

서론 신체의 평형은 체성감각계, 시각계, 그리고 전정계로부터의 구심성 정보가 뇌중추에서 통합, 조절되어 안구와 사지운동의 반사조절을 통해 유지되며 세 가지 구심성 감각중 어느 하나라도 장애가 있는 경우 신체의 불균형이 유발된다. 다발성 신경병증(polyneuropathy)은 신체의 감각성 및 운동성 신경의 장해를 유발하는데 특히 하지에서 빈발하고 대부분의 경우에서 양측성으로 나타난다. 이로 인해 환자들은 자기수용성 피드백(proprioceptive feedback)의 장애로 보행시 또는 서 있을때 불안감을 동반할 수 있고, 심한 경우 운동실조증과 같이 일상생활의 장애를 유발할 수 있다. 원인은 많은 수에서 불명이지만 당뇨병, 알코올 중독증, 갑상선 질환 그리고 비타민 결핍증 등이 관련된 것으로 알려져 있다. 신경병증을 동반한 환자들의 평형기능 장애를 적절하게 판단하여 병의 진행 및 치료성과 판정에 이용하는 것은 중요하지만 최근까지 신경병증 환자의 평형기능 장애를 객관적으로 판정하는 방법은 거의 없었다. 1986년 Nashner등이 움직이는 지지면을 이용하여 컴퓨터를 이용한 동적체위기록검사(computerized dynamic posturography, CDP)를 개발하였는데, 동적체위기록검사는 시성, 전정계, 체성감각등 구심성 자극을 조합하여 감각계와 운동계를 개별적 혹은 종합적으로 분석하고 정량화할 수 있는 검사법이다. 동적체위기록검사는 크게 구분하여 지각계를 평가하는 감각구성검사(sensory organization test, SOT)와 운동계를 평가하는 운동조절검사(motor control test, MCT)로 구성되어 있으며, 최근 동적체위기록검사를 이용하여 신경병증 환자에서의 평형감각의 변화를 알아보려는 연구가 이루어졌으나 대부분 감각구성검사를 이용한 연구가 주류를 이루었다. 운동조절검사는 발판 위에 중심을 잡고 서 있는 피검자를 앞뒤로 병진운동(translation) 시키거나 toes-up 또는 toes-down 동요(perturbation)시켜 무게 중심의 변화를 주고 이에 따른 반사적인 자세반응을 측정한다. 측정 parameter는 양쪽 다리에 가해지는 힘의 대칭도, 발판이 움직이고 난 후 자세를 유지하기 위한 동작까지의 시간인 잠복기, active force의 강도 및 적응도 등이며 이에 동반되는 생리적인 변화에 대한 이해나 임상적 의미는 아직 명확하지 않다. 본 연구는 신경병증이 동반된 당뇨병 환자와 그렇지 않은 당뇨병 환자 그리고 정상인에서 운동조절검사를 시행하여 나타나는 반응의 차이를 알아보고, 신경병증이 동반된 당뇨병 환자에서 근전도검사(Electromyography, EMG) 결과와 비교하여 신경병증의 평가에 있어서 운동조절검사의 임상적 유용성을 밝히고 이를 통해 평형의 장해를 평가하는데 운동조절검사가 갖는 의미에 대한 이해를 돕고자 시행되었다. 재료 및 방법 대상 연구 대상은 1995년 5월부터 1997년 10월까지 단국대학교병원 내과에서 당뇨병으로 진단받고 근전도 검사를 시행한 환자중 과거 전정기능의 장애로 인한 어지럼증이나 정형외과적이나 신경과적 문제가 없었던 환자중에 본 연구에 동의한 26명과 자발적으로 참여를 희망한 비슷한 연령의 정상인 22명등 총 48명을 대상으로 하였다. 당뇨병으로 진단받은 26명의 환자는 재활의학과에 의뢰하여 시행한 근전도검사 결과 신경병증(neuropathy)으로 진단받은 환자군(DM-NP) 17명과 신경병증 소견을 보이지 않은 군(DM-nonNP) 9명으로 다시 분류하였다. 정상군(nonDM)은 평균 연령 57세였고 51세부터 69세까지의 연령분포를 보였으며, 남녀는 각각 10례와 12례였다. 신경병증을 동반하지 않은 당뇨병 환자군의 평균 연령은 60세였고 49세부터 71세까지의 연령분포를 보였으며, 남녀는 각각 4례와 5례였다. 방법 근전도검사(Electromyography, EMG) 당뇨병 환자를 대상으로 하지의 감각신경인 비복신경(sural nerve)과 운동 신경인 경골신경(tibial nerve)의 잠복기(latency), 진폭(amplitude), 전도속도(velocity)를 측정한 후 재활의학과 의사 1인에 의하여 판독, 신경병증의 유무를 판정하였다. 판정기준으로서 감각신경 전도검사(sensory nerve conduction study)에서는 정상적인 비복신경의 평균 잠복기인 4.0 msec이상의 잠복기 연장이나 신경병증을 시사하는 특이소견인 분산(dispersion)된 파형의 출현을 근거로 하였고, 운동신경 전도검사(motor nerve conduction study)에서는 6.1 msec 이상의 잠복기 지연이나 파형의 변화 또는 전도속도가 평균 경골신경의 전도속도인 40 m/sec 이하로 감소한 경우에 당뇨병성 신경병증으로 판정하였다. 운동조절검사(Motor control test, MCT) NeuroCom사의 EquiTest system Version 5.03을 이용하여 시행하였다. 운동조절검사는 전, 후방 각각 대, 중, 소의 병진운동으로서 총 여섯가지 유형의 지지기반의 움직임을 유발한 후 발판에 가해지는 힘의 중심(center of force)이 변화하기 시작할 때까지의 잠복기를 측정하였고, 균일한 진폭과 동일한 작용 지속시간(0.4 msec)을 갖는 toes-up, toes-down 동요시 나타난 첫번째의 sway energy를 측정하였다. 분석 및 통계 세 대상군에서 각각 병진운동의 유형에 따른 좌, 우측 구분 없이 평균 잠복기를 구하였고, toes-up, toes-down 동요시 나타난 sway energy를 구하여 비교하였다. 신경병증의 동반에 따른 잠복기의 연장 및 sway energy 증가를 확인하고, 결과에 대한 대상군간의 유의성 판정은 SAS 통계 프로그램을 이용한 one-way ANOVA test로 하였다. 신경병증을 동반한 당뇨병 환자에서 근전도검사의 잠복기와 운동조절검사의 잠복기 사이의 연관성 및 운동조절검사의 잠복기와 toes-up, toes-down 동요시에 나타난 sway energy 사이의 연관성은 상관계수(correlation coefficient)를 구하여 알아보았다. 결과 연구 대상의 평균 당뇨병 이환기간은 진단받은 시점을 기준으로 4.3년이었으며, 공복시 혈당은 평균 246 ng/ml 이었다. 신경병증을 동반한 당뇨병 환자군은 평균 연령 52세였고 45세부터 67세까지의 연령분포를 보였으며 남녀는 각각 12례와 5례였다. 당뇨병 이환기간은 평균 7.7년 이었으며 공복시 혈당은 평균 250 ng/ml이었다. 이러한 세 군간의 비교에서는 정상군에서 이환기간과 공복시 혈당을 제외한 요소들간의 뚜렷한 통계학적 차이는 없었다(one-way ANOVA test, p>0.05). 대상환자의 근전도는 신경병증을 동반한 당뇨병 환자군(DM-NP)에서는 비복신경에서 3.11±0.47 msec, 경골신경에서 6.06±0.9 msec로 신경병증을 동반하지 않은 당뇨병 환자군(DM-nonNP)의 잠복기(2.60±0.39 msec, 4.33±0.71 msec)보다 연장되어 있었다. 세 대상군에서 운동조절검사시 병진운동의 잠복기는 small backward시 DM-NP군에서 146±25 msec, DM-nonNP군 146±15 msec, 정상군 142±27 msec 였으며, medium backward시는 각각 155±13 msec, 145±13 msec, 141±12 msec, large backward시는 각각 148±10 msec, 143±12 msec, 142±12 msec로서, small ba-ckward를 제외하고는 DM-NP군의 결과가 다른 두 군에 비해 의미있게 연장되어 있었다(p<0.05). 전방으로의 병진운동시에는 small forward의 경우 DM-NP군 164±13 msec, DM-nonNP군 167±25 msec, 정상군 143±34 msec이고, medium forward시 각각 161±19 msec, 156±11 msec, 141±11 msec이며, large forward시 각각 153±19 msec, 149±19 msec, 137±10 msec으로서 모든 조건에서 DM-NP군은 물론 DM-nonNP군도 정상군에 비해 의미있게 연장되어 있었다(p<0.05)(Table 1)(Fig. 1A and B). Toes-up 및 toes-down 동요시에 나타난 sway energy에서도 toes-up시 DM-NP군 82±26, DM-nonNP군 67±13, 정상군 62.4±11이었고, toes-down시 각각 66±28, 49±9, 42±8.3으로 DM-NP군에서 다른 두 군에 비해 의미있게 증가되어 있었다(p<0.05)(Table 2)(Fig. 2). DM-NP군에서 근전도검사의 잠복기와 운동조절검사의 잠복기와는 뚜렷한 상관관계를 보이지 않았다(Table 3). 운동조절검사의 병진운동 잠복기와 toes-up, toes-down시의 sway energy와의 연관성은 medium 및 large forward와 toes-up을 제외하고 통계적으로 유의한 상관관계를 보였다(p<0.05, r>0.5)(Table 4). 고찰 동적체위기록검사는 종래의 정적인 검사와 비교할 때 무게중심의 흔들림에 비례하여 발판이 흔들리는 역동적인 검사로서 더욱 광범위한 평형장애를 선택적으로 구분할 수 있는 검사이다. 동적체위기록검사에는 발판의 일정한 동요에 따라 나타나는 반응을 측정하는 운동조절검사가 추가되어 다양한 접근을 시도하게 한다. 운동조절검사는 발판이 수평적으로 갑자기 움직임에 따라 발판에 가해지는 힘의 변화를 측정한다. 발판이 움직임에 따라 무게중심은 지지면에서 벗어나게 되고 이에 따라 신체는 적당한 근육의 수축 및 이완을 통하여 무게중심을 다시 지지면 위에 오게 한다. 이러한 중심을 잡으려는 신체의 반응은 척수에서 매개되는 분절성 신장반사(segmental stretch reflex) 보다는 늦게 일어나고 대뇌피질에서 조절되는 의식적인 자세반응 보다는 빨리 일어나는데 이를 자동적 자세반응(automatic postural response)이라 한다. 발판에 가해지는 모든 힘을 한 점에 모은다고 가상할 때 이 점을 힘의 중심이라고 하며 이는 지지면 위의 개체의 무게중심(center of gravity)을 수직으로 투사하여 발판에 해당되는 점과 일치한다. 자동적 자세반응은 long-loop pathway를 통하여 이루어지는데 이를 구성하는 요소는 말초감각신경, 척수의 상행감각로, 뇌간, 피질하중추, 척수의 하행운동로, 말초운동신경 등이다.1) 즉 이 구성 부위에 병변이 생기는 경우 자동적 자세반응에 이상이 생기는 것이다. 지지면의 움직임에 대한 재빠르고 무의식적인 평형반응은 인체의 평형을 유지하는데 필요한 전정감각, 시각 및 체성감각(고유감각)중 주로 체성감각에 의한 것이며, 기존의 연구에서 심한 양측성 전정장애 환자와 시력장애가 있는 경우에도 자동적 자세반응의 잠복기는 정상이었다2)는 점이 전정계와 시각계가 반응양상을 변화시키기는 하지만 반응을 유발하지는 않는다는 것을 뒷받침한다. 잠복기는 다리 근육에 전기적 신호가 나타나는 시간인 90∼100 msec와 근육이 수축하여 힘을 가하는데 걸리는 시간 20∼40 msec를 합하여 약 120∼140 msec 정도인 것으로 알려져 있다.3) 힘의 중심이 변화하는 방향은 자극의 방향에 따라 앞뒤 또는 반대의 순으로 향한다. 본 연구의 결과에서 수평병진운동에 따른 반응의 잠복기가 신경병증이 있는 당뇨군에서 의미있게 증가되어 있는 것은 근전도 검사에 비추어 보아도 예상할 수 있었고 Ledin등4), Inglis등5)의 결과와도 일치하는 결과이다. 그러나 forward 병진운동시 신경병증이 없는 당뇨군이 정상인군에 비해 잠복기가 증가되어 있는 것은 여러가지 가능성을 제시한다. 첫째, 신경병증의 진단이 근전도를 통하여 일정한 기준하에 판정되지만 실제로 환자에게 나타나는 현상은 신경 병리현상의 일련된 스펙트럼이라고 이해할 수 있다. 즉 신경병증이 없는 당뇨 환자도 어느 정도는 말초신경 계통에 병리현상이 일어나고 있다고 볼 수도 있다는 것이다. 또 다른 가능성은 신경병증 이외의 다른 당뇨병의 합병증이 long-loop pathway에 영향을 미칠 수도 있다는 것이다. 예를 들면 뇌혈관의 혈행장애로 인한 뇌기능의 저하 등을 들 수 있으나 이러한 가능성이 얼마나 영향을 미쳤을 것인가는 불명확하다. 운동조절검사의 최소 병진운동은 자동적 자세반응을 유발하는 역치 정도의 자극이기 때문에 반응이 변동적이고 때로는 유발되지 않기도 한다. 이러한 이유로 최소 병진운동 잠복기는 운동조절검사 결과지에 그래프로서 표시되지 않으며 임상적으로도 무시하는 경우가 많다. 본 연구에서 신경병증이 있는 당뇨군이 small backward 병진운동에서 다른 군과 차이를 보이지 않는 것도 이러한 이유 때문인 것으로 생각된다. 일차적으로 신경전도검사의 잠복기가 운동조절검사의 잠복기와 비례적인 상관관계를 보일 것으로 생각되었지만 본 연구에서는 모든 운동조절검사의 조건에서 별다른 상관관계를 보이지 않았다. 이러한 이유로는 개개인의 비교에 있어서는 신경병증의 정도 이외에 다른 요소, 예를 들면 피검자의 연령6)이나 개인적인 차이가 병진운동의 잠복기에 큰 영향을 미쳤을 가능성이 있다. 또 다른 이유로는 신경병증에 의한 자동적 자세반응의 지연이 감각 또는 운동신경의 전도속도보다 말초 고유감각기관의 감수성 정도에 의해서 영향을 많이 받았을 가능성이 있다. Simoneau등7)은 신경병증이 있는 당뇨 환자에서 고유감각기관의 감수성이 떨어져 있는 것이 환자의 불균형 정도와 관련이 있다고 보고하였다. 자동적 자세반응의 잠복기는 병진운동의 정도, 즉 자극의 크기에 의해 영향을 받으므로8) 말초 고유감각기관의 감수성의 저하는 인지 수준에서 자극의 크기를 감소시켜 지연된 반응을 유발한다고 볼 수 있다. 동적체위기록검사의 적응(adaptation) 검사는 5회의 toes-up, toes-down 동요를 통하여 유발된 신체의 흔들림에 대하여 중추기관이 얼마나 잘 적응하는가를 측정하는 검사이다. 그러나 본 연구에서 구하고자 하는 자료는 적응의 정도가 아니라 일정한 발판의 움직임으로 유발되는 신체 흔들림의 정도이므로 최초의 1회의 sway energy 9)만을 비교하였다. Sway energy란 발목의 횡축에서의 회전, 즉 toes-up, toes-down 동요에 따른 전후로의 흔들림을 측정하는 것으로, Y축에서의 힘의 중심의 움직임을 미분, 재미분한 값의 root mean square(RMS)를 가중치를 곱해 합산한 값이다. 동적체위기록검사에서 평형의 능력을 측정하여 점수화하는 방법은 크게 두 가지로 나눌 수 있다. 먼저 평형점수(equilibrium score)는 다양한 발판 및 시각의 조건하에서서 있을때 흔들리는 각도를 측정하여 점수화한 것으로 이는 주로 전정기관을 사용한 평형능력을 평가하는 것이다. 이에 반해 sway energy는 발판의 동요에 따라 평형이 깨지고 이러한 동적인 환경에서의 능동적 평형능력을 평가하는 것으로 전정기능이나 시각보다는 체성감각 또는 고유감각의 자극에 의한 반응를 측정하는 것이다.10) 본 연구에서 sway energy의 측정을 통하여 당뇨 환자들의 평형능력을 평가한 것은, 신경병증이 감각구성검사의 평형점수에 미치는 영향을 예측하기가 어렵고 이보다는 발판의 움직임에 의해 자동적 자세반응이 나타남에 따른 흔들림의 정도를 측정하는 것이 더욱 직접적인 관련이 있을 것으로 예상했기 때문이다. 본 연구에서 당뇨성 신경병증이 있는 군에서 sway energy가 증가되어 있는 것은 이들이 생활하며 움직이는 과정에서 그만큼 불안정하며 넘어질 가능성이 높음을 의미하며, 이러한 결과는 정적체위기록검사를 이용한 다른 보고자들의 결과7)11)와도 일치한다. 신경병증이 동반된 당뇨 환자군에서 운동조절검사의 잠복기가 sway energy와 비교적 높은 상관관계를 보이는 것은 주어진 지지면의 변화에 반응을 보이는 시간이 개체의 평형능력과 직접적인 관계를 가진다는 것을 의미한다. 이는 또한 달리 해석할 때 동적체위기록검사라는 일정한 시스템 내에서 측정한 잠복기와 sway energy가 한 개체의 평형능력을 평가하는 서로 다른 측면의 척도로서 일관된 결과를 나타냄을 의미한다. 결론 동적체위기록검사의 운동조절검사는 당뇨병성 신경병증등의 자세반응에 문제가 있는 환자에서 평형기능을 평가하는데 유용한 검사이다.
REFERENCES
1) Diener HC, Dichgans J. Long loop reflexes and posture. In: Bles W, Brandt T, editors. Disorders of Posture and Gait;1986. p.41-51.2) Shupert CL, Black FO, Horak FB, Nashner LM. Coordination of the head and body in response to support surface translations in normals and patients with bilaterally reduced vestibular function. In: Posture and Gait: Development, Adaptation and Modulation. Amblad A, Berthoz A, Clarac F editors. Elsevier Science Publishers, Amsterdam;1988. p.281-9.3) Bawa P, Stein RB. Frequency response of human soleus muscle. J Neurophysiol 1976;39:788-93.4) Ledin T, Odkvist LM, Vrethem M, Moeller C. Dynamic posturography in assessment of polyneuropathic disease. J Vestibular Res 1991;1:123-8.5) Inglis JT, Horak FB, Shupert CL, Jones-Rycewicz C. The importance of somatosensory information in triggering and scaling automatic postural responses in humans. Exp Brain Res 1994;101:159-64.6) Peterka RJ, Black FO. Age-related changes in humanposture control: Motor coordination tests. J Vestibular Res 1990;1:87-96.7) Simoneau GG, Becker MB, Ulbrecht JS, Cavanagh PR, Derr JA. Postural instability in patients with diabetic sensory neuropathy. Diabetes Care 1994;17:1411-21.8) Nardone A Giordano O, Corra T, Wanner T, Reimer A. Responses of leg muscles in humans displaced while standing. Brain 1990;113:65-84.9) Neurocom International Inc. EquiTest System Version 4.0 Operator’s Manual;1992.10) Horak FB, Nashner LM, Diener HC. Postural strategies associated with somatosensory and vestibular loss. Exp Brain Res 1990;82:167-77.11) Giacomini PG, Magrini A, Bruno E, Parisi L, Monticone G, Menzinger G, et al. Postural Rearrangement in IDDM patients with peripheral neuropathy. Diabetes Care 1996;19:372-4.