만성요통 생체역학을 모르면 네이처에도 이런 수준의 논문이 실린다!! 2025년

[문형철]

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• Published: 05 June 2025

Chronic low back pain is associated with a reduction in lumbar movement – a prospective cohort study

• Friederike Schömig, 
• Matthias Pumberger, 
• Luis Becker, 
• Sandra Reitmaier, 
• Maxim Bashkuev, 
• Georg N. Duda & 
• Hendrik Schmidt 

Scientific Reports volume 15, Article number: 19800 (2025) Cite this article

Recent research has increasingly highlighted the role of movement behavior in the onset and persistence of low back pain (LBP). However, little is known about the lumbar spine’s movement patterns in daily life. This study investigated the number of lumbar movements in asymptomatic individuals and those with chronic LBP (lasting ≥ 12 weeks) over a 24-hour period. Lumbar movements were measured with the Epionics SPINE system. Movements ≥ 5° were grouped into movement sizes of > 15°, 10–15°, and 5–10°. Data were analyzed using the Student’s t-test, two-way analysis of variance, or the Pearson’s correlation coefficient. This study included 208 asymptomatic participants and 106 LBP participants. Participants with LBP exhibited a significantly lower number of both flexion/extension (15,564 ± 8,078 vs. 20,521 ± 7,160, p < 0.001) and rotation movements (4,724 ± 3,995 vs. 7,368 ± 4,223, p < 0.001). Females showed significantly more flexion/extension movements > 15° compared to males. Participants were significantly older than asymptomatic participants (40.3 ± 14.0 vs. 50.9 ± 13.9 years, p < 0.001). The correlation between age and the number of flexion/extension movements was weak in both the LBP (r=-0.290, p = 0.003) and the asymptomatic (r=-0.179, p = 0.010) groups. In summary, individuals with chronic LBP exhibit fewer lumbar spine movements than their asymptomatic counterparts, and distinct sex differences in movement patterns were observed, with females showing a different movement profile compared to males.

최근 연구에서는 요통(LBP)의 발병 및 지속에 있어 운동 행동의 역할이 점점 더 강조되고 있습니다.

그러나

일상 생활에서 요추의 운동 패턴에 대한 지식은

여전히 부족합니다.

본 연구는

무증상 개인과 만성 요통(12주 이상 지속)을 가진 대상자의

24시간 동안의 요추 운동 횟수를 조사했습니다.

요추 운동은 Epionics SPINE 시스템을 사용하여 측정되었습니다.

5° 이상의 움직임은 >15°, 10–15°, 5–10°로 분류되었습니다.

데이터는

Student의 t-검정, 이원 분산 분석, 또는 피어슨 상관 계수를 사용하여 분석되었습니다.

이 연구에는 무증상 참가자 208명과 LBP 참가자 106명이 포함되었습니다.

요통을 가진 참가자는

굴곡/신전 운동(15,564 ± 8,078 vs. 20,521 ± 7,160, p < 0.001)과

회전 운동(4,724 ± 3,995 vs. 7,368 ± 4,223, p < 0.001)

모두에서 유의미하게 낮은 수치를 보였습니다.

여성 참가자는 남성 참가자보다

15° 초과 굴곡/신전 운동이 유의미하게 더 많았습니다.

참가자는 무증상 참가자보다 유의미하게 연령이 높았습니다(40.3 ± 14.0 vs. 50.9 ± 13.9 세, p < 0.001).

연령과 굴곡/신전 운동 횟수 간의 상관관계는

LBP 그룹(r=-0.290, p=0.003)과 무증상 그룹(r=-0.179, p=0.010) 모두에서 약했습니다.

요약하면,

만성 요통이 있는 사람은 무증상인 사람에 비해 요추의 움직임이 적고,

성별에 따른 움직임 패턴의 뚜렷한 차이가 관찰되었으며,

여성은 남성과는 다른 움직임 프로필을 보였습니다.

Introduction

Low back pain (LBP) is one of the leading causes of years lived with disability and affects at least 80% of adults at some point in their lives1. Accordingly, LBP is one of the most commonly treated conditions in primary care and due to the high rate of associated disability causes a significant burden not only on affected individuals and their families but on the whole socioeconomic system2. However, due to a lack of understanding regarding the underlying mechanisms of pain development and persistence therapeutic management of chronic LBP remains challenging.

In the presence of pain, spinal movement may change, which in the beginning is thought to be protective but in the long term may turn into a cause of further pain3. To date, the underlying mechanisms of these changes are poorly understood, which is why studies analyzing spinal motion in the context of chronic pain as well as the impact of movement adaptations on LBP have gained increasing attention. During a variety of tasks, it has been shown that LBP is associated with restricted spinal movement, excessive trunk muscle activity, and reduced movement variability, all of which may contribute to pain persistence and disability4,5,6,7. Furthermore, in the context of fear avoidance, individuals with LBP show restricted daily activities in an attempt to reduce any exposure to pain4. In the presence of LBP, participants are also likely to avoid painful activities, which may limit specific movements8,9.

In treating and managing LBP, maintaining an active lifestyle is associated with a reduction of disability and increase of quality of life10,11. Movement generally is thought to not only have an analgesic effect but also prevent pain from turning chronic12,13. However, at the same time exercise may in fact increase pain, indicating that the relationship between pain and movement is complex and far from understood14.

While the current literature emphasizes the importance of spinal movement and physical activity in both the prevention and treatment of LBP, little is known about normal spinal activity patterns, contributing to the wide variability in exercise interventions of LBP15. In 2014, Rohlmann et al. published the first study investigating spinal movements over a 24-hour period in asymptomatic individuals during daily activities16. Despite this, evidence linking reduced lumbar movement with the presence of LBP is still lacking. Thus, the present study aimed to quantify the number and distribution of spinal movements over 24 h in both asymptomatic individuals and those with LBP. We hypothesized that individuals with LBP exhibit a significantly lower number of spinal movements compared to asymptomatic individuals, with additional sex-specific differences in spinal movement patterns. Furthermore, given previous findings indicating that advancing age is associated with diminished lumbar range of motion, we also hypothesized that the number of lumbar movements decreased with increasing age17,18.

소개

요통(LBP)은 장애로 인한 수명 단축의 주요 원인 중 하나이며,

성인의 최소 80%가 일생에 한 번 이상 경험하는 질환입니다1.

따라서

LBP는 일차 진료에서 가장 흔히 치료되는 질환 중 하나이며,

높은 장애 발생률로 인해 영향을 받은 개인과 그 가족뿐만 아니라

전체 사회경제적 시스템에 심각한 부담을 초래합니다2.

그러나

통증의 발생 및 지속 메커니즘에 대한 이해 부족으로 인해

만성 LBP의 치료적 관리가 여전히 도전 과제입니다.

통증이 존재할 때 척추 운동이 변화할 수 있으며,

초기에는 보호적 메커니즘으로 여겨지지만

장기적으로는 추가 통증의 원인이 될 수 있습니다3.

현재까지 이러한 변화의 근본적 메커니즘은 잘 이해되지 않아,

만성 통증 맥락에서 척추 운동을 분석하고 운동 적응이 요통에 미치는 영향을 연구하는 연구가

점점 더 주목받고 있습니다.

다양한 작업 중 요통은

척추 운동 제한, 과도한 척추 근육 활동, 운동 변동성 감소와 연관되어 있으며,

이는 통증 지속과 장애에 기여할 수 있습니다4,5,6,7.

또한 통증 회피 맥락에서 요통 환자는

통증 노출을 줄이기 위해 일상 활동을 제한하는 경향을 보입니다4.

요통이 있는 참가자는

통증을 유발하는 활동을 피하는 경향이 있으며,

이는 특정 움직임을 제한할 수 있습니다8,9.

요통의 치료 및 관리에서 활동적인 생활 방식 유지가

장애 감소와 삶의 질 향상과 연관되어 있습니다10,11.

움직임은

통증 완화 효과뿐 아니라 통증이 만성화되는 것을 예방하는 데도

기여한다고 일반적으로 여겨집니다12,13.

그러나

동시에 운동이 실제로 통증을 증가시킬 수 있다는 점은

통증과 운동 간의 관계가 복잡하고 아직 완전히 이해되지 않았음을 시사합니다14.

현재 문헌은

요통의 예방과 치료에서 척추 운동과 신체 활동의 중요성을 강조하지만,

정상적인 척추 활동 패턴에 대한 지식은 부족하며,

이는 요통에 대한 운동 개입의 광범위한 변이성에 기여합니다15.

2014년 Rohlmann 등16은

무증상 개인의 일상 활동 중 24시간 동안 척추 운동을 조사한 첫 번째 연구를 발표했습니다.

그럼에도 불구하고

요통의 존재와 요추 운동 감소 사이의 연관성을 보여주는 증거는 여전히 부족합니다.

따라서 본 연구는 무증상 개인과 요통 환자의 24시간 동안 척추 운동의 수와 분포를 정량화하는 것을 목표로 했습니다. 우리는 LBP를 가진 개인이 무증상 개인에 비해 척추 운동의 수가 유의미하게 적으며, 성별에 따른 척추 운동 패턴의 차이가 존재할 것이라고 가설을 세웠습니다. 또한 이전 연구에서 연령 증가가 요추 운동 범위 감소와 연관되어 있다는 점을 고려해, 요추 운동의 수가 연령 증가에 따라 감소할 것이라고 추가로 가설을 세웠습니다17,18.

Methods

Participants

The study was approved by the institutional ethics committee (Ethikkommission Charité – Universitätsmedizin Berlin, registry numbers EA4/011/10, EA1/162/13). The reporting is in accordance with the Strengthening the Reporting of Observational Studies in Epidemiology (STROBE) guidelines19. We prospectively enrolled participants who had either no history of LBP in the preceding six months or chronic LBP, defined as pain persisting for at least twelve weeks20. Data for the asymptomatic cohort were collected between September 2010 and November 2011 and partially published by Rohlmann et al.16 In that study, results for movements in the sagittal plane were reported, while movements in the transverse plane were not analyzed. Data for participants with LBP were collected between September 2022 and March 2023. All asymptomatic and LBP participants provided written informed consent. Exclusion criteria for both groups included neurological symptoms, a body mass index (BMI) greater than 26 kg/m², and previous spinal surgery.

Measurement system

Measurements were performed with the Epionics SPINE system (Epionics Medical GmbH, Potsdam, Germany), which consists of two flexible sensor strips, two tri-axial accelerometers, and a small storage box16,21,22. Each sensor strip has twelve predetermined 25-mm‐long segments, which measure the segment angles at a frequency of 50 Hz using strain‐gauge technology. The sensors’ orientation in relation to the earth’s gravitational field is measured by accelerometers at the bottom end of the sensor strips. Special hollow plasters were glued to the participants’ backs to the left and right of the spine at a mid-line-distance of 7.5 cm each before inserting the sensor strips. The posterior superior iliac spine was defined as the standard location for the most caudal sensor. The Epionics SPINE system has an accuracy of approximately ± 2 degrees when measuring lumbar spine angles. The sensor strip exhibits a high repeatability (ICC > 0.98), with test‐retest reliability ICCs of > 0.98, as well as a high accuracy, also compared to other measurement systems21. Furthermore, the Epionics SPINE system has previously been shown to have high sensitivity and specificity in recognizing movements in flexion/extension, and axial rotation23.

Measurement protocol

The measurement protocol has been previously described in detail and is briefly summarized below16.

Study participants were equipped with the Epionics SPINE system (Fig. 1) between 7 and 10 a.m. and instructed to perform a series of controlled movements in both the sagittal and transversal planes. The movement sequence began with a relaxed, upright standing posture, followed by maximal upper body flexion, extension, and left and right axial rotations, all performed with knees extended and arms in a relaxed, gravity-directed position. Each movement was repeated six times at the participants’ preferred pace to ensure natural movement patterns. To standardize performance, participants viewed an instructional video prior to the choreography, which demonstrated and explained each exercise.

방법

참가자

본 연구는 기관 윤리위원회(Ethikkommission Charité – Universitätsmedizin Berlin, 등록번호 EA4/011/10, EA1/162/13)의 승인을 받았습니다. 보고는 역학 관찰 연구 보고 강화 지침(STROBE)19에 따라 진행되었습니다. 우리는 지난 6개월 동안 요통(LBP)이 없거나 만성 요통(LBP)을 가진 참가자를 전향적으로 모집했습니다. 만성 요통은 최소 12주 동안 지속된 통증으로 정의되었습니다20. 무증상 코호트의 데이터는 2010년 9월부터 2011년 11월까지 수집되었으며, Rohlmann 등16에 부분적으로 발표되었습니다. 해당 연구에서는 사지면(sagittal plane)에서의 운동 결과가 보고되었으나, 수평면(transverse plane)에서의 운동은 분석되지 않았습니다. 요통을 가진 참가자의 데이터는 2022년 9월부터 2023년 3월까지 수집되었습니다. 모든 무증상 및 요통 참가자는 서면 동의서를 제출했습니다. 두 그룹의 배제 기준에는 신경학적 증상, 체질량 지수(BMI) 26 kg/m² 초과, 이전 척추 수술 이력이 포함되었습니다.

측정 시스템

측정은 Epionics SPINE 시스템(Epionics Medical GmbH, Potsdam, Germany)을 사용하여 수행되었습니다. 이 시스템은 두 개의 유연한 센서 스트립, 두 개의 삼축 가속도계, 및 작은 저장 상자로 구성되어 있습니다16,21,22. 각 센서 스트립에는 12개의 미리 정해진 25mm 길이의 세그먼트가 있으며, 이 세그먼트는 변형 게이지를 사용하여 50Hz의 주파수로 세그먼트 각도를 측정합니다. 센서의 지구의 중력장과의 방향은 센서 스트립의 하단 끝에 위치한 가속도계로 측정됩니다. 센서 스트립을 삽입하기 전에 참가자의 등 중앙선으로부터 좌우로 각각 7.5cm 떨어진 위치에 특수 중공 패치를 부착했습니다. 후방 상부 장골 척추는 가장 꼬리쪽 센서의 표준 위치로 정의되었습니다. Epionics SPINE 시스템은 요추 각도를 측정할 때 약 ±2도의 정확도를 갖습니다. 센서 스트립은 높은 반복성(ICC > 0.98)을 보여주며, 재검사 신뢰도 ICC도 > 0.98이며, 다른 측정 시스템과 비교해도 높은 정확도를 보입니다21. 또한 Epionics SPINE 시스템은 굴곡/신전 및 축 회전 운동을 인식하는 데 높은 민감도와 특이도를 보여주었습니다23.

측정 프로토콜

측정 프로토콜은 이전에 상세히 설명되었으며 아래에 간략히 요약되었습니다16.

연구 참가자들은 오전 7시부터 10시 사이에 Epionics SPINE 시스템(그림 1)을 착용하고, 사지면과 수평면에서 일련의 통제된 움직임을 수행하도록 지시받았습니다. 움직임 순서는 이완된 직립 자세로 시작되어 상체 최대 굴곡, 신전, 좌우 축 회전을 순차적으로 수행했으며, 모든 움직임은 무릎을 펴고 팔을 이완된 중력 방향으로 유지한 상태에서 진행되었습니다. 각 운동은 참가자의 선호 속도로 6회 반복되어 자연스러운 운동 패턴을 확보했습니다. 수행 표준화를 위해 참가자는 운동 순서 전에 각 운동을 시연하고 설명하는 교육 영상을 시청했습니다.

Fig. 1

(a) The Epionics SPINE system affixed to a volunteer’s back in standing. The system consists of two flexible sensor strips utilizing strain-gauge sensors, tri-axial accelerometers, and a storage unit. (b, c) Lateral bending as part of the sequence of choreographed exercises.

After completing the short-term measurements and before leaving the lab, participants were instructed to maintain their regular daily routines while avoiding any unusual physical activities that could impact their natural lumbar postures. They were specifically advised not to shower during the 24-hour monitoring period to prevent any potential disruption to the Epionics SPINE system. After the 24-hour monitoring was completed, participants returned to the lab for the removal of the Epionics SPINE system. The recorded data were then uploaded and carefully inspected for completeness and quality. Any anomalies, such as device displacement or data gaps, were noted and addressed during data analysis.

Data analysis

Data analysis was performed as previously described by Rohlmann et al.16 The thoracolumbar lordosis angle (LA) of the relaxed standing position was defined as a reference value and was determined by calculating the median LA of all six standing postures measured during the short choreography. The LA was defined as the sum of the six most caudal sensor strip segments averaged between left and right strips. Pure flexion and extension of the upper body was characterized by a symmetrical motion in the sagittal plane with almost identical readings at the left and right sensors. Here, the LA at each time frame was determined as the sum of the angles at associated sensor segments. Asymmetric motions of the upper body led to different LAs on the left and right sides of the back. Axial rotation was approximated as the rotation of a line segment connecting the cranial edges of the lordotic segments around the chord of the lordotic arc calculated as an average of the left and right stripes.

For determination of the total number of movements, exactly 24 h (4.32 million frames) of data were analyzed. An eighth-order low-pass Butterworth filter with a cut-off frequency of 5 Hz was used to filter the recorded raw data from the sensor strips and eliminate noise. Movements were counted if they were greater than 5° and were grouped into movement sizes of 5–10°, 10–15°, and > 15°. A movement considered the starting LA and was ended when a countermovement of > 5° was detected. Thus, a movement of -15° could be from a flexed posture of 45° to a less flexed posture of 30°. Based on a certain LA in the sagittal plane and a certain rotation angle in the transverse plane, a movement was counted separately as forward (+) / right rotation (+) and backward (-) / left rotation (-). Lying down was identified based on the accelerometers’ orientation and a reduction of variance in the accelerometer data. The longest period of lying down was defined as sleeping and was omitted from the analysis.

Statistical analysis

Data were initially tested for normal distribution using the Kolmogorov-Smirnov test. For comparison of unpaired parametric parameters, the Student’s t-test was employed. To compare the analyzed groups regarding the number of distinct movements performed, a two-way between-subjects analysis of variance (ANOVA) was conducted, with factors including sex (male, female) and pain status (asymptomatic, low back pain [LBP]) using partial eta-squared to calculate effect sizes. Statistically significant main effects were further analyzed using independent samples t-tests. To analyze the correlation between age and the number of lumbar movements, Pearson’s correlation coefficient was calculated. A p-value of < 0.05 was considered statistically significant. All statistical analysis were performed using SPSS Version 27.

그림 1

(a) 서 있는 자원자의 등에 부착된 Epionics SPINE 시스템. 이 시스템은 스트레인 게이지 센서, 삼축 가속도계, 저장 장치로 구성된 두 개의 유연한 센서 스트립으로 구성되어 있습니다. (b, c) 안무된 운동 순서 중 측면 구부리기.

단기 측정 완료 후 실험실을 떠나기 전, 참가자들은 자연스러운 요추 자세에 영향을 줄 수 있는 비정상적인 신체 활동을 피하며 평소 일상 생활을 유지하도록 지시받았습니다. 참가자들은 24시간 모니터링 기간 동안 샤워를 하지 않도록 특별히 안내받았으며, 이는 Epionics SPINE 시스템의 잠재적 방해를 방지하기 위함이었습니다. 24시간 모니터링이 완료된 후 참가자들은 실험실로 돌아와 Epionics SPINE 시스템을 제거했습니다. 기록된 데이터는 업로드되어 완전성과 품질을 철저히 점검했습니다. 장치 이동이나 데이터 누락과 같은 이상 현상은 데이터 분석 과정에서 기록되고 해결되었습니다.

데이터 분석

데이터 분석은 Rohlmann 등16이 이전에 설명한 방법에 따라 수행되었습니다. 이완된 서 있는 자세의 흉요추 전만각(LA)은 기준 값으로 정의되었으며, 짧은 춤 동작 동안 측정된 모든 6개의 서 있는 자세의 LA 중간값을 계산하여 결정되었습니다. LA는 좌우 스트립 사이에서 평균화된 가장 꼬리쪽 6개 센서 스트립 세그먼트의 합으로 정의되었습니다. 상체 순수 굴곡 및 신전은 시상면에서 좌우 센서에서 거의 동일한 읽기 값을 보이는 대칭적 운동으로 특징지어졌습니다. 여기서 각 시간 프레임의 LA는 관련 센서 세그먼트의 각도 합으로 결정되었습니다. 상체 운동의 비대칭은 등 좌우측의 다른 LA를 초래했습니다. 축 회전은 좌우 스트립의 평균으로 계산된 요추 곡선의 현을 중심으로 요추 곡선의 두개골 가장자리를 연결하는 선분 회전으로 근사화되었습니다.

총 운동 횟수 결정 위해 정확히 24시간(432만 프레임)의 데이터가 분석되었습니다. 센서 스트립에서 기록된 원시 데이터를 필터링하고 노이즈를 제거하기 위해 5Hz의 차단 주파수를 가진 8차 저역 통과 버터워스 필터가 사용되었습니다. 5°를 초과하는 움직임은 카운트되었으며, 5–10°, 10–15°, 및 >15°의 움직임 크기로 그룹화되었습니다. 움직임은 시작 LA로 간주되었으며, >5°의 반대 움직임이 감지되면 종료되었습니다. 따라서 -15°의 움직임은 45°의 굴곡 자세에서 30°의 덜 굴곡된 자세로 이동한 경우일 수 있습니다. 사지면에서의 특정 LA와 횡면에서의 특정 회전 각도에 따라 움직임은 전방 (+) / 우측 회전 (+)과 후방 (-) / 좌측 회전 (-)으로 별도로 계산되었습니다. 누운 자세는 가속도계의 방향과 가속도계 데이터의 분산 감소로 식별되었습니다. 가장 긴 누운 자세 기간은 수면으로 정의되어 분석에서 제외되었습니다.

통계 분석

데이터는 콜모고로프-스미르노프 검정을 통해 정규 분포를 검증했습니다. 비쌍대 매개변수 비교를 위해 Student의 t-검정이 사용되었습니다. 분석된 그룹 간 수행된 고유 운동 수를 비교하기 위해 성별(남성, 여성)과 통증 상태(무증상, 요통[LBP])를 요인으로 포함한 이원 간주체 분산분석(ANOVA)이 수행되었으며, 효과 크기는 부분 에타 제곱을 사용하여 계산되었습니다. 통계적으로 유의미한 주요 효과는 독립 표본 t-검정을 통해 추가 분석되었습니다. 연령과 요추 운동 횟수 간의 상관 관계를 분석하기 위해 피어슨 상관계수가 계산되었습니다. p-값이 < 0.05인 경우 통계적으로 유의미한 것으로 간주되었습니다. 모든 통계 분석은 SPSS Version 27을 사용하여 수행되었습니다.

Results

A total of 208 asymptomatic participants and 176 LBP participants were measured, of which 208 asymptomatic and 106 LBP participants fulfilled the BMI inclusion criteria. Demographic data for the two groups are shown in Table 1. LBP participants were significantly older (50.9 ± 13.6 vs. 40.3 ± 14.0 years, p < 0.001) compared to asymptomatic participants.

Table 1 Demographic data of included asymptomatic participants and patients with low back pain (LBP).

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There was no significant difference between forward (+) and backward (-) movements, nor between right (+) and left (-) rotations, as each movement was counted independently from the starting position. Consequently, the frequency of executed movements within the defined movement amplitudes followed a normal distribution for each study group, as illustrated in Figs. 2 and 3. With 15,564 ± 8,078 movements in total, LBP participants performed significantly fewer (p < 0.001) forward and backward movements than asymptomatic participants with 20,521 ± 7,160 during the day. A similar trend was observed for axial rotations; LBP participants completed 4,724 ± 3,995 total right and left rotations, which was significantly fewer (p < 0.001) than the 7,368 ± 4,223 rotations performed by asymptomatic participants. In both groups, females showed significantly more spinal movements than males. The number of movements during the day per hour for each movement groups is presented in Table 2. The results for each movement group in the sagittal and axial planes are presented in Figs. 2 and 3, respectively.

결과

무증상 참가자 208명과 LBP 참가자 176명이 측정되었으며, 이 중 BMI 포함 기준을 충족한 참가자는 무증상 208명과 LBP 106명이었습니다. 두 그룹의 인구통계학적 데이터는 표 1에 표시되어 있습니다. 요통 환자는 무증상 참가자보다 유의미하게 연령이 높았습니다 (50.9 ± 13.6 vs. 40.3 ± 14.0 세, p < 0.001).

표 1. 포함된 무증상 참가자와 요통(LBP) 환자의 인구통계학적 데이터.

전체 크기 표

전방(+) 및 후방(-) 운동, 오른쪽(+) 및 왼쪽(-) 회전 사이에는 유의미한 차이가 없었으며, 각 운동은 시작 위치와 독립적으로 계산되었습니다. 따라서 정의된 운동 범위 내 수행된 운동의 빈도는 각 연구 그룹에서 정규 분포를 보였으며, 이는 그림 2와 3에 표시되어 있습니다. 총 15,564 ± 8,078회의 운동을 수행한 LBP 참가자는 무증상 참가자(20,521 ± 7,160회)보다 유의미하게 적은 (p < 0.001) 전방 및 후방 운동을 수행했습니다. 축 회전에서도 유사한 경향이 관찰되었습니다. LBP 참가자는 총 4,724 ± 3,995회의 오른쪽 및 왼쪽 회전을 완료했으며, 이는 무증상 참가자의 7,368 ± 4,223회보다 유의미하게 적었습니다 (p < 0.001). 두 그룹 모두에서 여성은 남성보다 척추 운동이 유의미하게 더 많았습니다. 각 운동 그룹별 하루 동안 시간당 운동 횟수는 표 2에 제시되어 있습니다. 사지면과 축면에서의 각 운동 그룹별 결과는 각각 그림 2와 3에 제시되어 있습니다.

Fig. 2

Average number of forward and backward movements per hour in the sagittal plane during the day (24 h minus sleeping time).

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Fig. 3

Average number of lumbar axial rotation movements per hour during the day (24 h minus sleeping time).

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Table 2 Number of lumbar spinal movements per hour in the sagittal (flexion/extension) and axial (rotation) planes during the day.

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In the two-way ANOVA, no significant interaction effect was observed between the variables pain status and sex across any movement groups. However, significant main effects were identified for both sex and pain status across all movement groups in the sagittal plane. In the axial plane, a significant main effect of pain status was observed for all movement groups, except for movements exceeding 15° or less than − 15° (Table 3).

Table 3 Results of the two-way ANOVA analyzing the influence of the factors sex and pain status regarding the number of distinct movements performed.

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For flexion/extension movements, a weak but statistically significant negative correlation was observed between age and the number of movements in both the LBP group (r=-0.290, p = 0.003) and the asymptomatic group (r=-0.179, p = 0.010). Similarly, for axial rotation movements, a weak but significant negative correlation between age and the number of movements was found in the asymptomatic group (r=-0.198, p = 0.004) but not in the LBP group (r=-0.133, p = 0.173) group.

Discussion

Even though both the prevention and adequate treatment of LBP are of high clinical relevance, to date little is known about spinal movement behavior across a day and across daily activities. Therefore, this study aimed to investigate the quantity of lumbar movement patterns in asymptomatic participants and in participants with LBP during daily life. We show that overall, participants with LBP perform a significantly reduced number of lumbar movements both in the sagittal and in the axial plane compared to asymptomatic participants. Both sex and pain status showed significant main effects on the number of lumbar movements in the sagittal plain, while in the axial plane only pain status showed significant main effects on the number of lumbar movements.

In explaining the relationship between pain and motion adaptation, multiple theories have been proposed. Early theories postulated that in the presence of pain, muscle activity increases which may cause ischemia and subsequent stimulation of nociceptive afferents24. Other theories emphasized the role of fear avoidance and cognitive-emotional mechanisms in explaining reduced movement and function as a result of pain25. It seems undeniable that the underlying pathophysiology is complex and not only stems from a combination of proposed mechanisms but differs between individuals. Therefore, more recent theories regarding this interplay are more comprehensive and take into account that movement adaptations may be both cause and effect of pain, are generally aimed at protecting the affected body part from further pain, potentially have long-term consequences, and may be influenced by a variety of factors including psychosocial ones3. While in the context of pain, movement adaption in most cases is an attempt of the body to prevent further damage or pain and in that capacity may initially benefit the patient, in the long term these changes may become part of the problem and cause further deterioration or persistency of symptoms.

Thus, adaptations of movement behavior need to be taken into consideration in developing treatment plans for this highly challenging patient cohort. In the literature, there appears to be a general consensus that patients with non-specific LBP should maintain normal activities and in case of chronic LBP be prescribed exercise therapy26. However, published guidelines show a significant variance in recommendations regarding the type of exercise programs and the mode of delivery. This inconsistency is due to a lack of understanding regarding the detailed interplay of spinal movement, physical activity, and pain development or chronicity. Furthermore, the paradox relationship between physical activity and pain needs to be taken into consideration: even though movement is part of the treatment of LBP, it may also provoke pain. Moreover, it remains debatable whether the adapted movement behavior in fact continuously contributes to persistent pain and thus needs to be addressed as part of any treatment strategy. The question remains which factors of movement need to be primarily addressed when treating pain and associated disability. Is it as simple as suggesting the patient to stay active? How important is individual movement behavior? Do patients need to simply move more, or do they need to move differently? In this context, previous studies have shown that cognitive functional therapy, which is a psychologically informed approach addressing pain-provocative movement patterns such as movement avoidance, lead to improved clinical results compared with usual care27,28.

Despite these open questions regarding motion behavior, the quantity of performed lumbar movements during daily life to date has not been analyzed in depth. In particular, the studies investigating movement in a quantitative fashion mostly look at the performance of a certain amount of physical activity rather than specific spinal movement patterns29. To gain a more detailed understanding of the pathogenesis of LBP, it seems necessary to not only describe the movement behavior of healthy individuals but more importantly to investigate any differences that may be present in people with LBP. In this regard, our results show that individuals with LBP perform a significantly reduced overall amount of lumbar spinal movements compared with asymptomatic individuals in both the sagittal and axial planes. This difference was significant for small, medium, and large movements in the sagittal plane, which is in line with previous reports showing that individuals with LBP have a reduced sagittal lumbar amplitude30. For axial rotation movements, on the other hand, we only found significant differences for small movements of over 10°. This is most likely due to the overall few large rotational movements performed.

While we were also able to show a significant negative correlation between age and the number of lumbar spinal movements for both the asymptomatic cohort and LBP participants as well, this correlation was weak and was potentially driven by our study’s sample size. Nevertheless, considering the above-mentioned literature, it seems likely that with increasing age, spinal movement is reduced which facilitates both pain development and pain persistency. This underlines the complex relationship between motion behavior and pain development as the question remains whether with increasing age, spinal movement is reduced as a natural process and this is the cause for LBP development or whether with increasing age there is an increasing preval‎ence of LBP and this is the cause for a reduction in lumbar movement.

Moreover, we found sex to significantly influence the number of lumbar movements with females performing significantly more movements in the sagittal plane compared with males. This is counterintuitive as females are more commonly affected by LBP and it is assumed that a higher number of movements is both protective regarding pain development and should be part of LBP treatment31. While previous studies have found an increased spinal range of motion and velocity to be associated with improved pain, this has not been shown for the amount of spinal movement5. Moreover, it remains unclear whether movement changes result in pain reduction or whether pain reduction results in less protective movement32.

In the past, in the presence of LBP or sciatica bed rest was a common treatment approach11. However, since then it has been proposed that prolonged inactivity is potentially harmful which is why by the end of last century, a more active approach was introduced in the treatment of LBP26. While in pain-free individuals it has been shown that exercise induces pain inhibition, there is a lack of high-quality evidence for this effect in patients with chronic pain33,34. However, previous studies show an association between a less active lifestyle and greater pain and disability35. Regarding the role of movement for the general health, benefits also include the re-engagement in social activities and thus the psychosocial impact needs to be taken into consideration as well36.

Some limitations of our study need to be discussed. As this study represents the first long-term measurements of spinal posture using continuous 24-hour monitoring, there were no prior data available to conduct a traditional sample size calculation. The exploratory nature of our study, aimed at establishing the variability of lumbar postures in daily life, made it difficult to predict effect sizes or patterns from existing literature. Therefore, we focused on gathering a representative sample while ensuring practical constraints related to the novel nature of the methodology. Moving forward, we anticipate that the data gathered from this study will be invaluable for informing future sample size calculations in similar research. Spinal movements were measured on the back and not directly in the spine. However, previous studies have shown a correlation between posture and motion measured on the back and the spine37,38 and Suter et al. found high agreement between the Epionics SPINE system and a motion capture system in measuring lumbar curvature angles39. Data on the participants’ profession was not collected which is why an analysis regarding differences between physical and intellectual work was not possible. Furthermore, our study design was observational, which is why we cannot make any statements regarding the results’ causality.

논의

요추 통증(LBP)의 예방과 적절한 치료는 임상적으로 매우 중요하지만, 현재까지 하루 동안 및 일상 활동 전반에 걸친 척추 운동 행동에 대한 연구는 부족합니다. 따라서 본 연구는 무증상 참가자와 LBP를 가진 참가자의 일상 생활 중 요추 운동 패턴의 양을 조사하는 것을 목표로 했습니다. 우리는 전체적으로 LBP를 가진 참가자가 무증상 참가자에 비해 사지면과 축면 모두에서 요추 운동의 수가 유의미하게 감소했음을 보여주었습니다. 사지면에서는 성별과 통증 상태가 요추 운동 수에 유의미한 주요 효과를 보였으며, 축면에서는 통증 상태만이 요추 운동 수에 유의미한 주요 효과를 보였습니다.

통증과 운동 적응의 관계를 설명하기 위해 여러 가지 이론이 제시되었습니다. 초기 이론은 통증이 있으면 근육 활동이 증가하여 허혈이 발생하고 그로 인해 통각 구심성 신경이 자극될 수 있다고 가정했습니다24. 다른 이론들은 통증으로 인한 운동 및 기능의 저하를 설명하기 위해 공포 회피와 인지-정서적 메커니즘의 역할을 강조했습니다25. 기저 병리생리학이 복잡하며 제안된 메커니즘의 조합에서만 기인하지 않고 개인 간 차이를 보인다는 점은 부정하기 어렵습니다. 따라서 최근 이론들은 이 상호작용을 더 포괄적으로 설명하며, 운동 적응이 통증의 원인과 결과 모두일 수 있으며, 일반적으로 영향을 받은 신체 부위를 추가 통증으로부터 보호하는 것을 목표로 하며, 장기적인 결과를 초래할 수 있으며, 심리사회적 요인을 포함한 다양한 요인의 영향을 받을 수 있음을 고려합니다3. 통증의 맥락에서 운동 적응은 대부분의 경우 신체가 추가 손상이나 통증을 방지하려는 시도이며, 이 과정에서 초기에는 환자에게 이점을 제공할 수 있지만, 장기적으로는 이러한 변화가 문제의 일부가 되어 증상의 악화나 지속을 유발할 수 있습니다.

따라서 이처럼 도전적인 환자 집단에 대한 치료 계획을 수립할 때 운동 행동의 적응을 고려해야 합니다. 문헌에서는 비특이적 요통 환자는 정상적인 활동을 유지해야 하며, 만성 요통 환자에게는 운동 요법을 처방해야 한다는 일반적인 합의가 있습니다26. 그러나 발표된 지침은 운동 프로그램의 유형과 제공 방식에 대한 권장 사항에서 상당한 차이를 보여줍니다. 이 불일치는 척추 운동, 신체 활동, 통증 발생 또는 만성화 간의 상세한 상호작용에 대한 이해 부족에서 기인합니다. 또한 신체 활동과 통증 간의 역설적 관계도 고려해야 합니다: 운동은 요통의 치료에 포함되지만 통증을 유발할 수도 있습니다. 또한 적응된 운동 행동이 실제로 지속적인 통증에 지속적으로 기여하는지, 따라서 치료 전략의 일부로 다루어져야 하는지 여부는 여전히 논쟁의 대상입니다. 통증과 관련된 장애를 치료할 때 운동의 어떤 요소가 우선적으로 다루어져야 하는지 질문이 남아 있습니다. 단순히 환자에게 활동적일 것을 권장하는 것이 충분한가요? 개인의 운동 행동은 얼마나 중요할까요? 환자는 단순히 더 많이 움직여야 할까요, 아니면 다르게 움직여야 할까요? 이 맥락에서 이전 연구들은 통증 유발 운동 패턴(예: 운동 회피)을 다루는 심리학적 접근 방식인 인지 기능 치료가 일반적인 치료보다 임상적 결과를 개선한다는 것을 보여주었습니다27,28.

이러한 운동 행동에 대한 개방된 질문에도 불구하고, 현재까지 일상 생활 중 수행되는 요추 운동의 양은 깊이 분석되지 않았습니다. 특히, 운동을 정량적으로 조사한 연구들은 특정 양의 신체 활동 수행에 초점을 맞추며, 특정 척추 운동 패턴을 구체적으로 분석하지 않았습니다29. 요통의 병리 메커니즘을 더 자세히 이해하기 위해서는 건강한 개인의 운동 행동을 단순히 기술하는 것뿐 아니라, 요통 환자에게 존재할 수 있는 차이를 조사하는 것이 중요합니다. 이 점에서 우리 연구 결과는 요통 환자가 무증상 개인에 비해 사지면과 축면 모두에서 요추 척추 운동의 전체 양이 유의미하게 감소했음을 보여줍니다. 이 차이는 사지면에서 작은, 중간, 큰 운동 모두에서 유의미했으며, 이는 요통 환자가 사지면 요추 진폭이 감소했다는 이전 보고와 일치합니다30. 반면 축 회전 운동의 경우, 10°를 초과하는 작은 운동에서만 유의미한 차이가 관찰되었습니다. 이는 전체적으로 큰 회전 운동이 적게 수행되었기 때문일 가능성이 높습니다.

무증상 코호트와 요통 참가자 모두에서 연령과 요추 척추 운동 횟수 사이에 유의미한 음의 상관관계를 보여주었지만, 이 상관관계는 약했으며 연구의 표본 크기 때문에 영향을 받았을 가능성이 있습니다. 그러나 위에서 언급된 문헌을 고려할 때, 연령이 증가함에 따라 척추 운동이 감소하며 이는 통증 발생과 지속을 촉진한다는 것이 가능성이 높습니다. 이는 운동 행동과 통증 발생 간의 복잡한 관계를 강조하며, 연령이 증가함에 따라 척추 운동이 자연적 과정으로 감소하는 것이 LBP 발생의 원인인지, 아니면 LBP의 유병률이 증가함에 따라 척추 운동이 감소하는 것이 원인인지라는 질문이 남아 있습니다.

또한 성별이 요추 운동 횟수에 유의미한 영향을 미친다는 것을 발견했습니다. 여성은 남성보다 사지면에서 유의미하게 더 많은 운동을 수행했습니다. 이는 여성들이 요추 통증에 더 자주 영향을 받는다는 점과, 더 많은 운동이 통증 발생에 대한 보호 요인이며 요추 통증 치료의 일부가 되어야 한다는 가정과 상반됩니다. 이전 연구에서는 척추 운동 범위와 속도의 증가가 통증 개선과 연관되어 있음을 발견했지만, 척추 운동량과 통증 사이의 연관성은 입증되지 않았습니다5. 또한, 운동 변화가 통증 감소로 이어지는지, 아니면 통증 감소가 보호적 운동의 감소로 이어지는지 명확하지 않습니다32.

과거에는 요통이나 좌골신경통이 있는 경우 침상 휴식이 일반적인 치료 접근법이었습니다11. 그러나 이후 장기간의 활동 부족이 잠재적으로 유해할 수 있다는 제안이 제기되면서, 지난 세기 말부터 LBP 치료에 더 활동적인 접근법이 도입되었습니다26. 통증이 없는 개인에서는 운동이 통증 억제를 유발한다는 것이 입증되었지만, 만성 통증 환자에게서 이 효과에 대한 고품질 증거는 부족합니다33,34. 그러나 이전 연구들은 덜 활동적인 생활 방식과 더 큰 통증 및 장애 사이의 연관성을 보여주었습니다35. 일반적인 건강에 대한 운동의 역할과 관련하여, 사회적 활동 재참여를 통해 심리사회적 영향도 고려되어야 합니다36.

본 연구의 일부 한계점을 논의해야 합니다. 이 연구는 연속적인 24시간 모니터링을 통해 척추 자세의 장기적 측정을 수행한 첫 번째 연구이기 때문에 전통적인 표본 크기 계산에 필요한 사전 데이터가 없었습니다. 본 연구의 탐색적 성격은 일상 생활에서의 요추 자세 변동성을 확립하는 데 초점을 두었기 때문에, 기존 문헌에서 효과 크기나 패턴을 예측하기 어려웠습니다. 따라서 방법론의 신축성으로 인한 실용적 제약을 고려하며 대표성 있는 표본을 수집하는 데 집중했습니다. 향후 이 연구에서 수집된 데이터는 유사 연구에서의 표본 크기 계산에 귀중한 자료가 될 것으로 기대됩니다. 척추 운동은 척추 대신 등 부위에서 측정되었습니다. 그러나 이전 연구들은 등 부위에서 측정된 자세와 척추 운동 간의 상관관계를 보여주었습니다37,38, 그리고 Suter 등(39)은 Epionics SPINE 시스템과 모션 캡처 시스템 간 요추 곡률 각도 측정에서 높은 일치도를 보고했습니다. 참가자의 직업 관련 데이터가 수집되지 않아 신체적 노동과 지적 노동 간의 차이에 대한 분석은 불가능했습니다. 또한, 본 연구 설계는 관찰 연구였기 때문에 결과의 인과 관계에 대한 결론을 내릴 수 없습니다.

Conclusion

Our findings indicate that individuals with LBP perform significantly reduced movements in both the sagittal and axial plane over a 24-hour period compared to an asymptomatic cohort. However, the causal relationship between altered movement behavior and the onset and chronicity development of pain remains ambiguous, as does the correlation with pain intensity. While an association between movement alterations and pain appears substantial, necessitating careful consideration in the planning of conservative treatment approaches, it is essential to conduct a more in-depth analysis of this relationship. Such analysis should focus on the intricate interplay among movement, cognition, psychological factors, and pain. Additionally, future research should account for variations in occupational demands and levels of physical activity to enhance our understanding of these dynamics.

결론

본 연구 결과는 요통을 겪는 개인이 무증상 대조군에 비해 24시간 동안 사지면과 축면에서 운동 범위가 유의미하게 감소함을 나타냅니다. 그러나 운동 행동의 변화와 통증의 발병 및 만성화 발달 간의 인과 관계는 명확하지 않으며, 통증 강도와의 상관 관계도 불분명합니다. 운동 변화와 통증 사이의 연관성은 상당해 보이며, 보존적 치료 접근법 계획 시 신중한 고려가 필요하지만, 이 관계에 대한 더 심층적인 분석이 필수적입니다. 이러한 분석은 운동, 인지, 심리적 요인, 통증 간의 복잡한 상호작용에 초점을 맞춰야 합니다. 또한, 향후 연구에서는 직업적 요구사항과 신체 활동 수준의 차이를 고려하여 이러한 역학 관계를 더 잘 이해하기 위해 노력해야 합니다.

Data availability

The datasets generated during and/or analysed during the current study are available in the supplementary files.

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