굴곡운동과 신전운동 1년 효과 비교 2024년 네이처 자매지 사이언틱 리포트!!

[문형철]

실제, 아래 논문은 위 문장 '세밀한 단계별 운동강도 증진치료법'이라는 개념으로 보면

그렇게 중요한 논문은 아니라는 것을 알 수 있다.

다만 '신전운동'이 꼭 필요하구나!라는 것 정도를 알수 있게 해준 논문정도!!

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• Published: 01 February 2024

Long-term effects of lumbar flexion versus extension exercises for chronic axial low back pain: a randomized controlled trial

• Chul-Hyun Park, 
• Jaewon Beom, 
• Chun Kee Chung, 
• Chi Heon Kim, 
• Mi Yeon Lee, 
• Myung Woo Park, 
• Keewon Kim & 
• Sun Gun Chung 

Scientific Reports volume 14, Article number: 2714 (2024) Cite this article

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Abstract

This study aimed to compare the long-term effects of flexion- and extension-based lumbar exercises on chronic axial low back pain (LBP). This was a 1-year follow-up of a prospective, assessor-blind, randomized controlled trial. Patients with axial LBP (intensity ≥ 5/10) for > 6 months allocated to the flexion or extension exercise group. Patients underwent four sessions of a supervised treatment program and were required to perform their assigned exercises daily at home. Clinical outcomes were obtained at baseline, 1, 3, 6 months, and 1-year. A total of 56 patients (age, 54.3 years) were included, with 27 and 29 in the flexion and extension groups, respectively. Baseline pain and functional scales were similar between both groups. The mean (± standard deviation) baseline average back pain was 6.00 ± 1.00 and 5.83 ± 1.20 in the flexion and extension groups, respectively. At 1-year, the average pain was 3.78 ± 1.40 and 2.26 ± 2.62 (mean between-group difference, 1.52; 95% confidence interval 0.56–2.47; p = 0.002), favoring extension exercise. The extension group tended to have more improvements in current pain, least pain, and pain interference than the flexion group at 1-year. However, there was no group difference in worst pain and functional scales. In this controlled trial involving patients with chronic axial LBP, extension-based lumbar exercise was more effective in reducing pain than flexion-based exercises at 1-year, advocating lumbar extension movement pattern as a component for therapeutic exercise for chronic LBP.

초록

이 연구는

만성 축성 요통(LBP) 환자를 대상으로

굴곡 및 신전 기반 요추 운동의 장기적 효과를 비교하는 것을 목적으로 했습니다.

이는 전향적, 평가자 맹검, 무작위 대조 시험의

1년 추적 연구였습니다.

축성 요통(강도 ≥ 5/10)을 6개월 이상 겪은 환자를

굴곡 운동 그룹 또는 신전 운동 그룹으로 무작위 배정했습니다.

환자들은

감독 하에 진행된 4회 치료 프로그램을 받았으며,

매일 집에서 할당된 운동을 수행하도록 요구되었습니다.

임상 결과는

기저선, 1개월, 3개월, 6개월, 1년 시점에서 수집되었습니다.

총 56명(평균 연령 54.3세)의 환자가 포함되었으며,

굴곡 그룹과 신전 그룹에 각각 27명과 29명이 배정되었습니다.

기초 통증 및 기능 척도는

두 그룹 간 유사했습니다.

기초 평균 요통은

굴곡 그룹에서 6.00 ± 1.00, 신전 그룹에서 5.83 ± 1.20이었습니다.

1년 후 평균 통증은

3.78 ± 1.40과 2.26 ± 2.62(그룹 간 평균 차이, 1.52; 95% 신뢰 구간 0.56–2.47; p = 0.002)로,

신전 운동이 유의미하게 우수했습니다.

1년 후, 신전 그룹은 굴곡 그룹에 비해

현재 통증, 최소 통증, 통증 간섭에서 더 큰 개선을 보였습니다.

그러나

최악의 통증과 기능 척도에서는 그룹 간 차이가 없었습니다.

만성 축성 요통 환자를 대상으로 한 이 통제된 임상 시험에서,

1년 후 신전 기반 요추 운동은 굴곡 기반 운동보다 통증 감소에 더 효과적이었으며,

만성 요통의 치료 운동 구성 요소로

요추 신전 운동 패턴을 권장합니다.

Clinical Trial Registration No.: NCT02938689 (Registered on www.clinicaltrial.gov; first registration date was 19/10/2016).

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Introduction

Low back pain (LBP) is ranked as the primary cause of global disability1. Axial LBP, describing the pain confined to lower back region not traveling into the leg or feet2,3, is considered as one of the most common forms of chronic LBP, which may include non-specific LBP, discogenic back pain, facet joint syndrome, and so on3. There are various treatments for chronic axial LBP, such as lumbar exercises, anti-inflammatory medication, physical modalities, injection, and surgery4,5. Of these options, exercise therapy is one of mechanical strategies and the fundamental treatment for chronic axial LBP4,5,6,7,8,9. However, despite the numerous exercises prescribed for axial LBP, there remains no consensus regarding the most effective form of exercise. Therefore, an optimal exercise program for chronic axial LBP should be established. To formulate a safe and effective therapeutic exercise protocol, it is necessary to test each component of the protocol—type of exercise, movement pattern, intensity, frequency, duration and so on, using a well-designed, randomized controlled trial. In this study, the authors tested the direction of exercise as one of several aspects of movement pattern.

As the lumbar spine primarily moves in the sagittal plane, most low back exercises either flex or extend the lumbar spine, which can be categorized into flexion- or extension-based lumbar exercises9,10,11. These two exercises are widely utilized in clinical fields; however, they remain contradictory in practice and theory. Studies advocating flexion-based lumbar exercises indicated that lumbar lordosis was one of causes for LBP11,12,13,14,15. They suggested that patients should perform flexion exercises to eliminate or flatten lumbar lordosis, relieving nerve root compression by opening the intervertebral foramen and attenuating pressure on the posterior longitudinal ligaments and facet joints14,16,17. Contrarily, some studies advocated extension-based lumbar exercises to restore or maintain lumbar lordosis18,19,20, which is a unique structure developed to maintain an upright posture in humans21. Furthermore, they believed that lumbar lordosis is a prerequisite for human bipedal walking because it develops from the long-convex spine when a baby starts walking22,23. Though there has been a therapeutic approach advocating either flexion or extension exercise based on patient's preferred direction24, it is not widely endorsed because the exercise direction is determined only by patients’ symptom rather than anatomical structures responsible for individual symptoms25. With conflicting evidence and hypotheses on lumbar lordosis, the controversy over flexion- versus extension-based exercises for the treatment of chronic axial LBP remains unsolved4,5,26.

There are some previous studies comparing the effects of lumbar flexion versus extension exercises for back pain27,28,29,30,31,32. One previous study involving patients chronic mechanical LBP showed no group-difference in both flexion and extension modalities at 2-week follow-up31. Another study for chronic LBP patients compared the extension-based treatments such as hyperextension bracing and extension exercise and flexion-based treatments, which resulted in more pain improvements among extension treatment group at 1-month follow-up27. Furthermore, there are other past studies involving patients with acute/subacute LBP, which concluded that extension exercises showed better in disability and pain improvement at short-term follow-ups28,29,32. However, all these previous studies had too short follow-up duration after the flexion or extension exercise intervention. Most of studies did not randomly allocate the study participants. To the best of our knowledge, there is no long-term follow-up, prospective, randomized controlled trial regarding exercise directions focused only on chronic axial LBP.

Therefore, this study aimed to compare the effects of lumbar flexion- and extension-based exercises on chronic axial LBP at 1-year follow-up.

소개

요통(LBP)은

전 세계 장애의 주요 원인으로 꼽히고 있습니다1.

축성 요통(axial LBP)은

다리나 발로 퍼지지 않는 허리 부위에 국한된 통증을 의미하며2,3,

만성 요통의 가장 흔한 형태 중 하나로 간주됩니다.

이는 비특이적 요통, 디스크성 요통, 관절면 증후군 등을 포함할 수 있습니다3.

만성 축성 요통의 치료법으로는

요추 운동, 항염증제, 물리 치료, 주사, 수술 등이 있습니다4,5.

이 중 운동 치료는

기계적 전략 중 하나이며

만성 축성 요통의 기본 치료법으로 인정받고 있습니다4,5,6,7,8,9.

그러나

축성 요통에 처방되는 다양한 운동 중

가장 효과적인 운동 형태에 대한 합의는 아직 없습니다.

따라서

만성 축성 요통을 위한 최적의 운동 프로그램이 수립되어야 합니다.

안전하고 효과적인 치료 운동 프로토콜을 수립하기 위해서는

프로토콜의 각 구성 요소(운동 유형, 운동 패턴, 강도, 빈도, 지속 시간 등)를

잘 설계된 무작위 대조 시험을 통해 검증해야 합니다. 본

연구에서는

운동 패턴의 여러 측면 중 하나인 운동 방향을 테스트했습니다.

요추는

주로 사지면에서 움직이기 때문에

대부분의 요추 운동은 요추를 굴곡하거나 신전시키는 동작으로,

굴곡 기반 또는 신전 기반 요추 운동으로 분류됩니다9,10,11.

이 두 운동은 임상 분야에서 널리 사용되지만,

이론과 실천에서 모순을 보입니다.

척추 굴곡 기반 운동을 지지하는 연구들은

요추 전만증이 요통의 원인 중 하나라고 지적했습니다11,12,13,14,15.

이들은

환자가 척추 전만증을 제거하거나 평평하게 만들기 위해

굴곡 운동을 수행해야 한다고 제안했습니다.

이는 척추간 구멍을 열어 신경근 압박을 완화하고

후방 장골 인대와 관절면의 압력을 감소시키기 때문입니다14,16,17.

반면 일부 연구는

인간이 직립 자세를 유지하기 위해 발달한 독특한 구조인 요추 전만각을 회복하거나 유지하기 위해

확장 기반 요추 운동을 권장했습니다18,19,20.

또한 요추 전만각은

아기가 걸음마를 시작할 때 장축 볼록 척추에서 발달하기 때문에

인간 이족 보행의 전제 조건이라고 믿었습니다22,23.

환자의 선호 방향에 따라

굴곡 또는 신전 운동을 권장하는 치료적 접근법이 제안되었지만24,

이는 운동 방향이 환자의 증상만으로 결정되기 때문에

해부학적 구조에 기반하지 않아 널리 수용되지 않았습니다25.

요추 전만증에 대한 상반된 증거와 가설로 인해

만성 축성 요통 치료를 위한 굴곡 기반 vs 신전 기반 운동의 논쟁은

여전히 해결되지 않았습니다4,5,26.

요통에 대한 요추 굴곡 운동과 신전 운동의 효과를 비교한

이전 연구들이 있습니다27,28,29,30,31,32.

만성 기계적 요통 환자를 대상으로 한 한 연구에서는

2주 추적 관찰 시 굴곡과 신전 모드 모두에서

그룹 간 차이를 보이지 않았습니다31.

또 다른 연구에서는

만성 요통 환자를 대상으로 과신전 보조기 및 신전 운동과 같은

신전 기반 치료와 굴곡 기반 치료를 비교했으며,

1개월 추적 관찰 시 신전 치료 그룹에서 통증 개선이 더 컸습니다27.

또한

급성/아급성 요통 환자를 대상으로 한 과거 연구들은

단기 추적 관찰 시 신전 운동이 장애 및 통증 개선에서 더 우수했다고 결론지었습니다28,29,32.

그러나

모든 이전 연구는

굴곡 또는 신전 운동 개입 후 추적 관찰 기간이 너무 짧았습니다.

대부분의 연구는

연구 참여자를 무작위로 배정하지 않았습니다.

우리 지식 범위 내에서 만성 축성 요통에 초점을 맞춘 운동 방향에 대한

장기 추적 관찰, 전향적 무작위 대조 시험은 없습니다.

따라서

본 연구는 만성 축성 요통 환자를 대상으로

1년 추적 관찰 시 요추 굴곡 및 신전 기반 운동의 효과를 비교하는 것을

목적으로 했습니다.

Results

Baseline characteristics

Sixty-eight participants satisfying all the criteria were randomly assigned to two groups. Each group had six dropouts after randomization, leaving 27 and 29 patients in the flexion and extension groups, respectively, who underwent four sessions of the supervised exercise program (Fig. 1). The patients’ mean (± SD) age was 54.32 ± 14.41 years, 30.36% were men, and the mean BMI was 23.34 ± 2.63. The mean average pain of the lower back region was 6.00 ± 1.00 in the flexion group and 5.83 ± 1.20 in the extension group (p = 0.563). The mean duration of axial LBP were 13.6 ± 4.6 in flexion group, 13.0 ± 4.4 in extension group, respectively (p = 0.622). The baseline demographic and clinical characteristics including pain scores and functional scales were similar between the two groups (Table 1).

결과

기초 특성

모든 기준을 충족한 68명의 참가자가 두 그룹으로 무작위 배정되었습니다. 무작위 배정 후 각 그룹에서 6명이 탈락하여, 굴곡 그룹과 신전 그룹에 각각 27명과 29명의 환자가 남아 감독 하에 진행된 4회 운동 프로그램에 참여했습니다(그림 1). 환자의 평균(±표준편차) 연령은 54.32 ± 14.41세였으며, 남성은 30.36%, 평균 체질량 지수(BMI)는 23.34 ± 2.63이었습니다. 하부 요통 부위의 평균 통증은 굴곡 그룹에서 6.00 ± 1.00, 신전 그룹에서 5.83 ± 1.20이었습니다(p = 0.563). 축성 요통의 평균 지속 기간은 굴곡 그룹에서 13.6 ± 4.6, 신전 그룹에서 13.0 ± 4.4였습니다(p = 0.622). 기초 인구통계학적 및 임상적 특성(통증 점수 및 기능 평가 척도 포함)은 두 그룹 간 유사했습니다(표 1).

Figure 1

Flow diagram of the study.

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Table 1 Baseline characteristics.

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Primary outcome

The average (± SD) pain scores at 1 year were 3.78 ± 1.40 in the flexion group and 2.26 ± 2.62 in the extension group (mean between-group difference, 1.52; 95% CI 0.56–2.47; P = 0.002), favoring extension exercise (Table 2; Fig. 2). A significant difference in the average pain score persisted after adjusting for age, sex, and BMI (adjusted P = 0.004). These results remained unchanged in the pre-specified sensitivity analyses performed with imputation for missing values using the mean of non-missing items (Supplementary Table 1). The average pain scores at all time points are listed in Supplementary Tables 2 and 3.

주요 결과

1년 후 평균(±SD) 통증 점수는 굴곡 그룹에서 3.78 ± 1.40, 신전 그룹에서 2.26 ± 2.62였습니다(그룹 간 평균 차이, 1.52; 95% CI 0.56–2.47; P = 0.002), 신전 운동이 유리한 결과를 보였습니다(표 2; 그림 2). 연령, 성별, 체질량 지수(BMI)를 조정 후에도 평균 통증 점수의 유의미한 차이는 지속되었습니다(조정 P = 0.004). 이 결과는 결측값을 결측값이 없는 항목의 평균으로 보완하여 수행한 사전 지정된 민감도 분석에서도 변하지 않았습니다(보완 표 1). 모든 시점의 평균 통증 점수는 보완 표 2 및 3에 기재되어 있습니다.

Table 2 Primary and secondary pain outcomes at 1 year.

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Figure 2

Average back pain score over the 12-month follow-up period. The average back pain scores ranged from 0 to 10, with higher scores indicating more severe pain. The values in parentheses are 95% confidence intervals. All the patients in the flexion (n = 27) and extension (n = 29) groups were included in the analysis. Asterisk indicates the significant difference between the two groups at each time point.

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Secondary outcome

The mean between-group differences at 1 year for current pain was 1.81 (95% CI 0.86–2.77), 1.01 for least pain (95% CI 0.46–1.56), and 1.19 for pain interference (95% CI 0.15–2.23); patients in the extension group showed greater improvement in the pain subscales than patients in the flexion group (Table 2; Fig. 3). The results were consistent after adjusting for age, sex, and BMI. There were no significant between-group difference for worst pain. Furthermore, functional scales such as ODI, EQ-5D, and PASE were similar between the flexion and extension group at 1 year (Table 3; Supplementary Tables 4 and 5).

그림 2

12개월 추적 관찰 기간 동안의 평균 요통 점수. 평균 요통 점수는 0에서 10까지 범위로, 점수가 높을수록 통증이 더 심함을 나타냅니다. 괄호 안의 값은 95% 신뢰 구간입니다. 굴곡 그룹(n = 27)과 신전 그룹(n = 29)의 모든 환자가 분석에 포함되었습니다. 별표는 각 시점에서 두 그룹 간의 유의미한 차이를 나타냅니다.

부차적 결과

1년 후 현재 통증의 그룹 간 평균 차이는 1.81 (95% CI 0.86–2.77), 최소 통증은 1.01 (95% CI 0.46–1.56), 통증 간섭은 1.19 (95% CI 0.15–2.23)였습니다; 연장 그룹의 환자는 굴곡 그룹의 환자보다 통증 하위 척도에서 더 큰 개선을 보였습니다(표 2; 그림 3). 연령, 성별, BMI를 조정해도 결과는 일관되었습니다. 최악의 통증에 대한 그룹 간 유의미한 차이는 없었습니다. 또한 ODI, EQ-5D, PASE와 같은 기능 척도는 1년 후 굴곡 그룹과 연장 그룹 간 유사했습니다(표 3; 보완 표 4 및 5).

Figure 3

Secondary outcome on (A) current pain, (B) worst pain, (C) least pain, and (D) pain interference from brief pain inventory over the 12-month follow-up period. The scores ranged from 0 to 10, with higher scores indicating more severe pain and symptoms. The values in parentheses are 95% confidence intervals. Asterisk indicates the significant difference between the two groups at each time point.

그림 3

12개월 추적 관찰 기간 동안 간이 통증 평가표(Brief Pain Inventory)를 통해 측정된 (A) 현재 통증, (B) 최악의 통증, (C) 가장 경미한 통증, 및 (D) 통증 간섭의 부차적 결과. 점수는 0에서 10까지 범위로, 점수가 높을수록 통증과 증상이 더 심함을 나타냅니다. 괄호 안의 값은 95% 신뢰 구간입니다. 별표는 각 시점에서 두 그룹 간의 유의미한 차이를 나타냅니다.

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Table 3 Functional scales at 1 year.

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There were no serious adverse events during the 12-month follow-up period in either group (Table 4). The incidence of non-serious adverse events related to their exercise programs was similar between both groups. All adverse events were mild and transient, without the need for additional treatment. The most frequently reported adverse event was LBP, reported by six (22.2%) and seven (24.1%) patients in the flexion and extension groups, respectively. The participants reported a slight initial increase in lower back pain relieved by the second or third week of their allocated exercise program. Transient sciatica or lower limb radiating pain was reported in three (11.1%) patients only in the flexion group. The between-group adherence rate was similar throughout the study period (Supplementary Table 6).

12개월 추적 관찰 기간 동안 두 그룹 모두에서 심각한 부작용은 발생하지 않았습니다(표 4). 운동 프로그램과 관련된 비심각한 부작용의 발생률은 두 그룹 간 유사했습니다. 모든 부작용은 경미하고 일시적이었으며 추가 치료가 필요하지 않았습니다. 가장 자주 보고된 부작용은 요통으로, 굴곡 그룹과 신전 그룹에서 각각 6명(22.2%)과 7명(24.1%)이 보고했습니다. 참가자들은 할당된 운동 프로그램의 2주 또는 3주 차에 하부 요통이 약간 증가했으나 이후 완화되었다고 보고했습니다. 일시적인 좌골 신경통 또는 하지 방사통은 굴곡 그룹에서만 3명(11.1%)에서 보고되었습니다. 그룹 간 준수율은 연구 기간 내내 유사했습니다(보충 표 6).

Table 4 Adverse events over the 1-year follow-up period in the flexion and extension groups.

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Discussion

We observed that lumbar extension exercise was more effective than flexion exercise in improving outcomes at 1 year, as assessed by the average back pain score. The extension group showed a higher improvement in pain subscales, such as least pain, current pain, and pain interference, than those in the flexion group but not in the functional scale as compared with the flexion group. No between-group differences were found in the functional scale and adverse events. However, radiating pain in the lower limb occurred more often in the flexion group. To the best of our knowledge, this is the first report to demonstrate that lumbar extension exercise to augment lumbar lordotic curvature is better than flexion-based lumbar exercise to diminish the curvature in reducing chronic axial LBP in a 1-year follow up, randomized controlled trial.

논의

요추 신전 운동은

요추 굴곡 운동보다 1년 후 결과 개선에 더 효과적이었으며,

이는 평균 요통 점수로 평가되었습니다.

신전 그룹은 요통 하위 척도(최소 통증, 현재 통증, 통증 간섭)에서

굴곡 그룹보다 더 큰 개선을 보였지만, 기

능 척도에서는 굴곡 그룹과 차이가 없었습니다.

기능 척도와 부작용 측면에서

그룹 간 차이는 발견되지 않았습니다.

그러나

하지 방사통은 굴곡 그룹에서 더 자주 발생했습니다.

우리 지식 범위 내에서, 이 연구는 요추 전만 곡률을 증가시키기 위한 요추 신전 운동이

요추 곡률을 감소시키기 위한 굴곡 기반 요추 운동보다

만성 축성 요통을 감소시키는 데

더 효과적임을 1년 추적 관찰 무작위 대조 시험에서 처음으로 보고한 연구입니다.

Efficacy of lumbar extension exercises on pain reduction

Although many previous studies were conducted for the effects of exercise on LBP, there are only a several studies which directly compared the effect of lumbar flexion and extension exercise for chronic LBP28,29,30. Elnaggar et al. conducted the 1-month trial comparing flexion versus extension exercise among 56 patients (aged from 20 to 50 years) with chronic LBP for 3 months or more31. The result showed that both exercise modalities provided significant improvements in back pain severity, but there was no significant difference between the groups. This previous result is in line with our study, both studies presented that the flexion and extension group showed the improvements throughout the period. Furthermore, in the present study, at 1 month follow-up, the average back pain was similar between groups (Fig. 2). However, the major difference in our study is that further follow ups were performed after 3, 6 months and 1 year in an assessor-blinded, prospective, randomized controlled design, which resulted in more improvements in pain reduction among extension group than flexion group at 1 year.

There are a few explanations to this. First, lumbar extension exercise is an efficient way to maintain the lordotic curvature of lumbar spine. Contrarily, flexion exercise aims to eliminate the lordotic curve. Lumbar lordotic curvature is a key component of sagittal alignment33. A decrease in the lordotic curvature of lumbar spine is closely related to anterior sagittal imbalance, affecting the intervertebral discs with prolonged stress and loading34. This stress concentration of intervertebral discs with decreased sagittal alignment can contribute to a degenerative cascade of disc diseases35. A previous meta-analysis have reported that patients with LBP had decreased lumbar lordosis than healthy participants36. Takeda et al.37 demonstrated that the loss of lumbar lordotic curvature occurred with aging in a 10-year longitudinal study. Therefore, restoring lumbar lordotic curvature, a major determinant of sagittal balance, appears to be favorable in managing chronic LBP patients.

Second, repetitive flexion movement of lumbar spine can lead to posterior displacement of the nucleus pulposus (NP) with thinning of posterior annulus fibrosus, entailing a herniated disc disorder combined with an annulus tear. Previous studies proved that a lumbar flexion movement of an intervertebral disc induced posterior migration of the NP and decreased anterior disc height compared with an extension movement using magnetic resonance imaging in both living participants and cadaveric specimens38,39,40. Nazari et al.19 reported that decreasing the anterior disc’s height causes the posterior disc segment to stretch in a flexed posture, which can cause the NP to become closer to the spinal canal and bulge outwards, causing pain related to herniated disc disorder.

Lastly, the intradiscal pressure on the posterior annulus can be increased in flexion-based exercises. Interestingly, in 1976, Nachemson et al. investigated the effect of active flexion exercises and passive flexed posture on intra-discal pressure, which significantly increased in both conditions41. For instance, the intra-discal pressure of sit-up exercise, which is a part of our flexion-based exercise program, appeared 2.1 times higher than that of standing position41. Adams et al. demonstrated by a cadaveric experiment that compressive stress and loading on intervertebral discs could induce progressive structural changes of intervertebral disc and endplates with protrusions of the NP42. Furthermore, a bulk of extrusion of the NP occurred when a lumbar spine was heavily loaded at a flexion angle. Therefore, extension-based lumbar exercises can be effective in treatment of chronic LBP patients.

요추 신전 운동의 통증 감소 효과

요통에 대한 운동의 효과를 평가한 많은 이전 연구가 진행되었지만,

만성 요통에 대한 요추 굴곡 운동과 신전 운동의 효과를 직접 비교한 연구는 몇 건에 불과합니다28,29,30.

Elnaggar 등31은 3개월 이상 만성 요통을 겪은 56명(20~50세)의 환자를 대상으로 1개월간 굴곡 운동과 신전 운동을 비교하는 연구를 진행했습니다. 결과는 두 운동 방식 모두 요통의 심각도에 유의미한 개선을 보였지만, 그룹 간 유의미한 차이는 없었습니다. 이 이전 연구 결과는 본 연구와 일치하며, 두 연구 모두 굴곡 및 신전 그룹이 기간 내내 개선을 보였다는 점을 제시했습니다. 또한 본 연구에서 1개월 추적 관찰 시 평균 요통은 두 그룹 간 유사했습니다(그림 2). 그러나 본 연구의 주요 차이는 평가자 맹검, 전향적 무작위 대조 설계로 3개월, 6개월, 1년 후 추가 추적 관찰을 실시한 점입니다. 이 결과 1년 후 신전 운동 그룹에서 굴곡 운동 그룹보다 통증 감소가 더 크게 나타났습니다.

이 결과에 대한 몇 가지 설명이 있습니다. 첫째, 요추 확장 운동은 요추의 전만 곡선을 유지하는 효과적인 방법입니다. 반면, 굴곡 운동은 전만 곡선을 제거하는 것을 목표로 합니다. 요추 전만 곡선은 사지면 정렬의 핵심 요소입니다33. 요추 전만 곡선의 감소는 전방 사지면 불균형과 밀접하게 관련되어 있으며, 이는 장기간의 스트레스와 부하로 인해 추간판에 영향을 미칩니다34. 사지 정렬 감소로 인한 추간판의 스트레스 집중은 추간판 질환의 퇴행성 연쇄 반응에 기여할 수 있습니다35. 이전 메타 분석에서 요통 환자는 건강한 참가자보다 요추 전만각이 감소했다는 보고가 있습니다36. Takeda 등37은 10년 간 추적 연구에서 노화에 따라 요추 전만각이 감소한다는 것을 보여주었습니다. 따라서 사지 균형의 주요 결정 요인인 요추 전만 곡률을 회복하는 것은 만성 요통 환자의 관리에 유리한 것으로 보입니다.

두 번째로, 요추 척추의 반복적인 굴곡 운동은 후방 추간판 핵(NP)의 후방 이동과 후방 섬유륜의 얇아짐을 유발하여 섬유륜 파열을 동반한 추간판 탈출증 장애를 초래할 수 있습니다. 이전 연구들은 자기공명영상(MRI)을 통해 살아있는 참가자와 사체 표본에서 요추 추간판의 굴곡 운동이 NP의 후방 이동과 전방 추간판 높이 감소가 신전 운동에 비해 발생함을 입증했습니다38,39,40. Nazari 등19은 전방 디스크 높이가 감소하면 굴곡 자세에서 후방 디스크 부위가 늘어나 NP가 척추관 쪽으로 가까워지고 바깥쪽으로 돌출되어 디스크 탈출증과 관련된 통증을 유발할 수 있다고 보고했습니다.

마지막으로, 굴곡 기반 운동에서 후방 섬유륜에 가해지는 디스크 내 압력이 증가할 수 있습니다. 흥미롭게도 1976년 Nachemson 등41은 능동적 굴곡 운동과 수동적 굴곡 자세가 디스크 내 압력에 미치는 영향을 조사했으며, 두 조건 모두에서 디스크 내 압력이 유의미하게 증가했습니다. 예를 들어, 우리 굴곡 기반 운동 프로그램의 일부인 시트업 운동의 디스크 내 압력은 서 있는 자세보다 2.1배 높게 나타났습니다41. Adams 등(Adams et al.)은 시체 실험을 통해 추간판과 추간판 끝판에 가해지는 압축 스트레스와 부하가 추간판과 추간판 끝판의 진행성 구조적 변화를 유발하며 NP의 돌출을 초래할 수 있음을 보여주었습니다. 또한, 요추 척추가 굴곡 각도에서 과도한 부하를 받을 때 NP의 대량 배출이 발생했습니다. 따라서, 만성 요통 환자의 치료에 굴곡 기반 요추 운동이 효과적일 수 있습니다.

Exercise adherence and natural course of healing on LBP improvement

The difference in average back pain between the flexion and extension groups was the highest at the 3-month visit, a period of high adherence to lumbar exercises. This 3-month high-compliance period showed more improvements in average back pain in the extension group than in the flexion group. However, after a 3-month low-adherence period, indicating a poor effect of lumbar exercises, the average pain score was influenced by the intervertebral disc’s natural healing process, which seems considerable. Thus, to maximize the treatment effect of lumbar exercise for LBP, patient adherence is presumed to be clinically important. Therefore, as previous studies have recommended supervised exercises for chronic LBP 43,44, we strongly suggest that lumbar extension exercises combined with great supervision should be advocated for patients with chronic axial LBP.

In this trial, the two exercise groups’ adherence was excellent in the first 3 months. However, the adherence rates decreased to approximately 60% from 4 to 6 months of follow-up (Supplementary Table 6). Nevertheless, the average back pain decreased in both groups after 12 months. A possible reason for this is mechanical LBP's self-recovery potential. The common etiology of LBP is intervertebral disc disorders, such as annular tears or herniated discs. It has been demonstrated that axial LBP is closely related to outer annular tear by intra-operative tissue stimulation 45,46, or by relating cadaveric findings with back pain in life 47. Therefore, healing the torn outer annulus should be the primary focus on managing axial LBP.

운동 준수도와 요통 개선의 자연적 경과

굽힘 그룹과 신전 그룹 간의 평균 요통 차이는 요추 운동 준수도가 높은 3개월 방문 시 가장 컸습니다. 이 3개월 고준수 기간 동안 신전 그룹의 평균 요통 개선 정도가 굽힘 그룹보다 더 컸습니다. 그러나 요추 운동의 효과가 낮은 것으로 나타난 3개월 저준수 기간 이후에는 평균 통증 점수가 추간판의 자연적 치유 과정에 의해 영향을 받았으며, 이는 상당한 영향을 미친 것으로 보입니다. 따라서 요추 운동의 치료 효과를 극대화하기 위해 환자의 운동 준수율은 임상적으로 중요하다고 추정됩니다. 따라서 이전 연구에서 만성 요통 환자에게 감독 하에 진행되는 운동을 권장한 바와 같이 43,44, 우리는 만성 축성 요통 환자에게 요추 신전 운동과 엄격한 감독을 결합한 프로그램을 적극 권장합니다.

본 연구에서 두 운동 그룹의 준수율은 첫 3개월 동안 우수했습니다. 그러나 추적 관찰 4~6개월 시점에는 준수율이 약 60%로 감소했습니다(보완 표 6). 그러나 12개월 후 두 그룹 모두에서 평균 요통이 감소했습니다. 이의 가능성 있는 원인은 기계적 요통의 자체 회복 잠재력입니다. 요통의 일반적인 원인은 추간판 장애(예: 추간판 파열 또는 추간판 탈출증)입니다. 수술 중 조직 자극을 통해 축성 요통이 외측 연골판 파열과 밀접하게 관련되어 있다는 것이 입증되었습니다 45,46, 또는 사체 소견과 생전 요통을 연관시켜서도 마찬가지입니다 47. 따라서 파열된 외측 연골판을 치유하는 것이 축성 요통 관리의 주요 목표가 되어야 합니다.

Safety concerns regarding lumbar exercises

A few adverse events were reported in this study. However, all adverse events were mild and transient, suggesting that flexion and extension-based lumbar exercises are well-tolerated interventions for chronic axial LBP. Although the between-group incidence of adverse events was comparable, transient sciatica occurred only in the flexion group (11.1%, 3/27 patients), which deserves further attention.

The exact pathomechanism of sciatica’s evolution in the flexion group is unknown. However, there are possible explanations for the presence of sciatica in the flexion group. First, repetitive flexion movements can induce irritation of nerve roots, leading to sciatica. Schnebel et al. demonstrated that the compressive force and tension of nerve roots were increased by flexion of lumbar spine at the lower lumbar level but were decreased by an extension of lumbar spine 48. This sciatica induced by lumbar flexion can also be explained using a straight leg raise test, which provokes irritation of lower lumbar roots when raising the leg49. Therefore, prescribing lumbar exercises of flexion movement should be avoided in patients with LBP, especially those with a history of radiating symptoms. Moreover, further research should investigate the potentially harmful effects of lumbar flexion exercises.

요추 운동의 안전성 문제

이 연구에서 몇 가지 부작용이 보고되었습니다. 그러나 모든 부작용은 경미하고 일시적이었으며, 이는 만성 축성 요통에 대한 굴곡 및 신전 기반 요추 운동이 잘 견딜 수 있는 치료법임을 시사합니다. 그룹 간 부작용 발생률은 유사했으나, 일시적 좌골신경통은 굴곡 그룹에서만 발생했습니다(11.1%, 3/27 환자), 이는 추가적인 주의가 필요합니다.

굴곡 그룹에서 좌골신경통의 발생 메커니즘은 아직 명확히 알려져 있지 않습니다. 그러나 굴곡 그룹에서 좌골신경통이 발생한 가능성 있는 설명이 있습니다. 첫째, 반복적인 굴곡 운동은 신경근 자극을 유발하여 좌골신경통을 일으킬 수 있습니다. Schnebel 등48은 요추 굴곡 시 하부 요추 수준에서 신경근의 압박력과 장력이 증가하지만, 요추 신전 시 감소함을 보여주었습니다. 요추 굴곡으로 인한 좌골신경통은 직각 다리 들어올리기 검사(straight leg raise test)를 통해 설명될 수 있습니다. 이 검사는 다리를 들어올릴 때 하부 요추 신경근의 자극을 유발합니다49. 따라서 요통 환자, 특히 방사통 증상 병력이 있는 환자에게는 요추 굴곡 운동을 포함한 요추 운동을 처방하는 것을 피해야 합니다. 또한 요추 굴곡 운동의 잠재적 유해 효과를 조사하기 위한 추가 연구가 필요합니다.

Limitations

This study has several limitations. First, the number of participants was small. Participants were recruited based on strict inclusion and exclusion criteria from tertiary-care hospitals to minimize individual variation among patients. Second, the first 4-week of education and supervised exercises may have been insufficient to maximize exercise adherence. As the proportion of adherent patients decreased during the follow-up period, expanding the duration of supervised exercises would maximize the treatment effects of lumbar exercises. Third, the etiology of chronic LBP was not eval‎uated by MR (magnetic resonance) imaging to confirm‎ the patho-anatomical cause of the pain. The participants were only included as the criteria by clinical symptoms presented with axial LBP pain. Therefore, participants could have heterogenous causes for LBP, which needs to be cautious in interpreting the result of our data. Fourth, the measurement of degree of lordotic curve was not measured which could be important outcome in this study. In a future study, the changes of lordotic angle should be investigated after spine flexion or extension exercise. Lastly, the prescription of our exercise intervention was not individualized to each patient. In the clinical setting, to maximize the improvement of pain and disability, an individualized exercise prescription should be considered based on the thorough physical examination and lumbar MRI or computed tomography.

Conclusions

Extension-based lumbar exercises improved chronic axial LBP more than lumbar flexion exercises at 1-year follow-up. Radiating pain in the lower limbs occurred only in the flexion group. The result of this clinical trial implicates that lumbar extension movement pattern to restore lumbar lordotic curvature should be included in developing pertinent exercise therapy for chronic axial LBP.

Methods

Study participants

This study was a 1-year follow-up of a two-center, prospective, assessor-blind, randomized controlled trial that compared the effectiveness of flexion- versus extension-based lumbar exercises in chronic axial LBP. Patients with chronic axial LBP were recruited from two large tertiary care university hospitals through local advertisements. The inclusion criteria were (1) a history of chronic axial LBP, defined as pain confined to lumbar region where above the gluteal folds and below the costal margin 50,51; (2) duration of symptoms persisting for ≥ 6 months52, which were poorly responsive to conservative treatments (e.g., physical modalities, anti-inflammatory medication, epidural, or facet joint steroid injections); and (3) average pain intensity by an 11-point numeric rating scale (NRS; rating from 0 to 10) of ≥ 5 over the last 2 weeks as previously defined53.

The exclusion criteria were (1) lumbar spine surgery, including discectomy, laminectomy, or fusion operation; (2) spondylolisthesis or retrolisthesis on whole spine radiography; (3) any spine intervention such as an epidural, facet joint steroid injection, or neuroplasty within 3 months; (4) predominant sciatica or radiating leg pain more than LBP; (5) neurologic or inflammatory disorder; or (6) poor cooperation for performing lumbar exercises due to any medical conditions (e.g., cardiorespiratory illness or severe psychiatric disorders).

Randomization and blinding

An initial screening interview for demographic information and diagnostic whole-spine radiography, including anteroposterior and lateral views, was performed before randomization. Eligible patients were randomly assigned to either the flexion- or extension-based exercise groups in a 1:1 ratio using a block randomization method from the website of the Medical Research Collaborating Center (MRCC) of Seoul National University Hospital, which was not involved in the trial.

Participants were firstly screened by research assistants with > 3 years of experience and they were screened again by musculoskeletal specialized physiatrists (with PhD degree) with at least 10 years of experience (C.-H.P. and J.B.). The research assistants performed outcome assessments and were blinded to the trial-group assignments. Although blinding of physiotherapists and patients was not possible due to the nature of exercise program, the blinded assistants eval‎uated each patient using a structured questionnaire addressing any issues that might imply trial allocation.

Intervention

The participants received four individual face-to-face sessions of a 30-min supervised treatment program (flexion- or extension-based exercise) once a week, with musculoskeletal-specialized physiotherapists as at least > 10 years of experience. These sessions included instructions and principles for the allocated exercises and behavioral components to encourage adherence. At the initial session, patients were shown images and given protocols for the assigned exercises. Patients were then instructed to start their daily home exercises for at least 30 min/day and were asked to continue them until the end of the year-long study period. Patients attended up to four individual sessions over the initial 4-week period. The patients could undergo an additional one to two sessions at the time of the 3- and 6-month reassessment period if further instruction was required.

The patients allocated to the flexion or extension group received the theoretical information regarding the direction of the spine and performed their specific exercise according to the direction of allocated exercises. The flexion-based lumbar exercises comprised a set of exercises focusing on enhancing lumbar flexion to minimize lumbar lordosis (Supplementary Fig. 1)11,29,31. Extension-based lumbar exercises were emphasized with lumbar extension movements as opposed to flexion exercises (Supplementary Fig. 2)10,29,31. The flexion exercises comprised of pelvic tilt, knee-to-chest, trunk flexion, and forward bending with hip flexor stretch exercises. The extension exercises were prone lying flat, prone propped on elbows, prone propped on hands, and standing lumbar extension exercises. Each group were required to perform all four positions of allocated exercise program in one session starting from the first week of exercise intervention. Each session took at least 30 min. Patients were to perform their daily home exercises for at least 30 min per day until the end of the year-long study period.

개입

참가자들은 주 1회, 30분간의 감독 하에 진행되는 개인별 대면 치료 프로그램(굴곡 또는 신전 기반 운동)을 4회 받았습니다. 이 프로그램은 근골격계 전문 물리치료사(경력 10년 이상)에 의해 진행되었으며, 할당된 운동의 지침과 원칙, 그리고 순응도를 높이기 위한 행동 요소가 포함되었습니다.

첫 번째 세션에서 환자들은 할당된 운동의 이미지 및 프로토콜을 제공받았습니다.

환자들은 매일 최소 30분 동안 가정에서 운동을 시작하도록 지시받았으며,

1년 간의 연구 기간 종료 시까지 계속하도록 요청받았습니다.

환자들은 초기 4주 기간 동안 최대 4회의 개인 세션에 참석했습니다.

추가 지도가 필요한 경우 3개월 및 6개월 재평가 기간에 1~2회의 추가 세션을 받을 수 있었습니다.

굴곡 또는 신전 그룹에 배정된 환자들은 척추의 방향에 대한 이론적 정보를 받고, 배정된 운동의 방향에 따라 특정 운동을 수행했습니다.

굴곡 기반 요추 운동은 요추 굴곡을 강화하여

요추 전만증을 최소화하는 운동 세트(보충 그림 1)11,29,31)로 구성되었습니다.

신전 기반 요추 운동은 굴곡 운동과 대비하여

요추 신전 운동에 중점을 두었습니다(보조 그림 2)10,29,31.

굴곡 운동은

골반 기울이기, 무릎을 가슴으로 당기기, 몸통 굴곡, 골반 굴곡 근육 스트레칭을 포함한

전방 굴곡 운동으로 구성되었습니다.

신전 운동은

엎드린 자세, 팔꿈치로 몸을 지탱한 엎드린 자세, 손으로 몸을 지탱한 엎드린 자세,

서서 허리 신전 운동으로 구성되었습니다.

각 그룹은

운동 개입 첫 주부터 할당된 운동 프로그램의 4가지 자세를 한 세션에 모두 수행해야 했습니다.

각 세션은 최소 30분 이상 소요되었습니다.

환자들은 1년 간의 연구 기간 종료까지

매일 집에서 최소 30분 이상의 운동을 수행해야 했습니다.

Assessments and outcomes

Clinical outcomes were assessed at baseline, the end of the supervised exercise session (1 month), and 3 months, 6 months, and 1 year after randomization. The patients visited the clinic at the time of reassessment. The primary outcome was the average pain score of lower back region at 1 year, which measured the average intensity of pain during the past 24 h on a scale from 0 to 10.

The secondary outcomes included pain subscales from the Brief Pain Inventory (BPI). The BPI is a widely utilized self-administered questionnaire and validated NRS for assessment of pain intensity by handing the structured questionnaire or by asking each question verbally54,55,56. Scores on the pain scales of BPI range from 0 to 10, with higher scores indicating more pain. Patients were asked to response to the questionnaire for the intensity of each types of pain such as average pain, current pain, worst pain, and least pain based on the past 24 h at the time of clinic assessment by the blinded research assistant. Pain severity items such as (1) current pain, (2) worst pain, and (3) least pain in the lumbar region were included as secondary outcome, which eval‎uated specific pain intensity on a scale of 0–10. Pain interference was eval‎uated based on seven categories of pain interference in daily life activities54. Functional scales such as the Oswestry disability index (ODI), EuroQol life-quality index (EQ-5D), and Physical Activity Scale for the Elderly (PASE) were eval‎uated57,58.

Adherence to the exercise protocol was monitored at each assessment visit (1, 3, and 6 months and 1 year) and by phone calls at 2, 4, and 5 months. Patients were asked if they performed their assigned exercises and were asked regarding the frequency and duration of exercises per week. Adherent participants were defined as those who completed their exercises over 30 min at least four times a week. The occurrence of adverse events was assessed by asking whether the participant had significant pain aggravation during exercise.

Sample size estimation

The sample size was originally calculated for the primary outcome variable, the average back pain score using NRS, using the Power Analysis and Sample Size software (http://www.ncss.com). We considered the values from a previous exercise intervention randomized controlled trial with similar population and protocols59, which reported that the mean change in back pain was 3.35 and 1.63 and the standard deviations (SDs) were 2.39 and 2.06 in the intervention and control groups, respectively. Based on these findings, considering 2.2 as an acceptable SD, the power was set at 0.80, type I error α was 0.05, and type II error β was 0.20 with a two-sided significance level of 0.0560. Assuming a dropout percentage of 20%, the calculated sample size was 34 for each group, and the total size was 68 participants.

IRB approval and clinical trial registration

The study protocol and ethics approval were obtained from the Institutional Review Board of Seoul National University Hospital (no. H-1607-199-782). This trial was registered in the Clinical Trials Registry (ClinicalTrials.gov; no. NCT02938689) before recruitment. First registration date was 19/10/2016. All methods were performed in accordance with the relevant guidelines and regulations. Before study commencement, participants were informed of the clinical trial, provided written informed consent, and coordinators determined if the participants met the eligibility criteria.

Statistical analysis

Comparisons of the baseline characteristics between the groups were performed using an independent t-test or chi-square test. All analyses were performed on patients receiving a 4-week supervised exercise treatment program and were based on the intention-to-treat principle. To analyze the primary and secondary outcomes, a generalized linear mixed model was used to compare the two groups, with adjustment for multiple comparisons. Results were presented as the least-squares mean and 95% confidence interval (CI), including the mean differences between groups at time points controlling for age, sex, and body mass index (BMI) at baseline. We used the last observation carried forward (LOCF) approach for the imputation of missing data. In addition, we conducted a sensitivity analysis using the mean imputation method instead of the LOCF to assess between-group differences in primary and secondary outcomes61. IBM SPSS version 27 (IBM Corp., Armonk, NY, USA) and STATA version 17.0 (StataCorp LP, College Station, TX, USA) were used for all analyses. Statistical significance was defined as a two-tailed P value < 0.05.

Data availability

The datasets of the current study cannot be made openly available to protect the medical information of participants. However, the corresponding author can provide the dataset on a reasonable request.

References

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