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문제 정의
- 특히, 태권도화 구조의 디자인 성능을 개선시킴으로서 충격흡수력을 보완시키려는 연구는 스포츠과학 분야와 의학적인 용도의 필요성에 의해 활발하게 진행되고 있고, 연구결과는 매년 개최되는 Footwear Biomechanics 학회에서 발표되고 있으며, 그 내용은 실제 Nike, Adidas를 비롯한 해외 빅 브랜드에서 전문태권도화 개발에 적용되고 있다. 그리하여본 연구는 해외 빅브랜드 A사 태권도화와 국내에서 개발된 M사 태권도화의 운동역학적 기초자료를 연구하여 선수·지도자 그리고 태권도화 관련 제작자들에게 정보를 주고자 한다.
- 런닝 동작의 지지 구간에서 맨발과 A사 태권도화, M사 태권도화의 기능성 차이가 영상분석의 각도변인, 지면반력기의 지면반력 변인, 근전도 변인에 미치는 영향을 비교 분석하여 훈련을 목적으로 하는 태권도화 착용 후 충격 흡수 분산에 어떠한 효과적 기능을 발휘 하는지 검증해 봄으로써 태권도화의 연구, 제작 및 사용에 필요한 자료로서 활용하는데 있다.
- 런닝 시 발이 지면과 접촉하는 과정에서 인체는 지면에 힘을 가하게 되고, 반대로 인체는 지면으로부터 가한 힘의 크기와 동일한 힘을 받게 되는데, 이를 지면 반력(ground reaction force)이라고 한다. 본 연구에서는 런닝 시 착지 발에 대한 지면반발력에 대한 요인을 분석하고자 하며, BioWave ver 3.2프로그램을 사용하여 수집(자료 주파수는 500㎐)한 low data를 이용하여 Nigg(1992)가 제시한 운동역학적 요소들을 구하였다. 지면반력측정에 사용된 장비와 정확한 충격 흡수 기록을 검증해 보기 위해 비교할 운동역학적 변인들은<표 3>와 같다.
제안 방법
- 런닝 시 하퇴의 움직임을 촬영하기 위하여 연구대상의 우측에 두 대의 카메라를 60〫각도로 설치하고 지면 반력측정기 보드의 중심으로부터 약 3m 지점에 설치하였다. 그리고 렌즈의 광축이 지면과 가급적 수평을 유지 하도록 카메라 받침대를 최대로 낮추어 지면으로부터 약 0.7m 높이로 설치하고, 촬영속도는 120 frames/s로 설정하였다. 런닝의 속도는 2.
- 따라서 본 연구에서는 일반적인 착지 방법이라고 할 수 있는 후족착지형만을 선정하였다. 그리고 피험자를 지면반력측정기 보드 위를 주행시키고 지면반력을 분석하여 선택의 기준으로 삼았다.
- 착지 형태는 맨 처음 착지시 지면과 접촉하는 부위에 따라 후족착지형, 중족착지형, 전족착지형으로 구분하는데, 이 가운데 후족착지형이 일반적인 것으로서 Nigg(1987)등에 의하면 80% 이상이라고 한다. 따라서 본 연구에서는 일반적인 착지 방법이라고 할 수 있는 후족착지형만을 선정하였다. 그리고 피험자를 지면반력측정기 보드 위를 주행시키고 지면반력을 분석하여 선택의 기준으로 삼았다.
- 런닝 시 하퇴의 움직임을 촬영하기 위하여 연구대상의 우측에 두 대의 카메라를 60〫각도로 설치하고 지면 반력측정기 보드의 중심으로부터 약 3m 지점에 설치하였다. 그리고 렌즈의 광축이 지면과 가급적 수평을 유지 하도록 카메라 받침대를 최대로 낮추어 지면으로부터 약 0.
- 본 연구에서 분석하고자 하는 종속 변인은 하지 운동에 따른 분절 상호간은 운동학적 변인, 착지 시 후족부 제어 기능에 관한 운동학적 변인, 지지 기간 동안 발의 운동에 관한 운동역학적 변인 및 발의 지면반력 그리고 근육의 작용에 따른 근전도 관련 변인들이며, 이들에 관한 구체적인 내용은 다음과 같다.
- 영상 자료와 지면반력 및 근전도 자료의 분석 시 자료의 동시성이 중요하기 때문에 실험 장비를 동조(synchronization) 시키는 것이 요구 되었다. 본 연구에서는 피험자가 지면 반력측정기를 지날 때 인위적으로 LED에 지면반력측정기와 근전도 측정기에 채널을 추가하여 LED를 점등 시켜 영상에 기록이 됨과 동시에 지면반력측정기 채널과 근전도 측정기 채널에 각각 신호를 보내어 기록되도록 2가지 장비의 채널을 추가 하였다.
- 영상분석에 사용될 반사마커 및 근전도 측정을 위한 표면전극을 피험자의 오른쪽 다리에 부착하고 맨발, 일반인솔, 기능성인솔을 넣은 런닝화를 착용하고 가장 편안하고 자연스럽게 런닝동작을 수행하여 오른발이 지면반력측정기 보드에 정확히 착지할 수 있도록 연습시켰다. 정해진 속도에 맞추어 런닝동작을 수행하여 지면 반력측정기 보드 중앙에 착지할 수 있도록 연습을 충분히 한 후, 실험자의 출발 신호와 함께 런닝을 시작하여 자연스러운 동작으로 오른발이 정확히 지면반력측 정기 보드 위를 밟고 지나가도록 하였다.
- 영상분석에서 런닝 시 오른발이 heel contact에서 heel up까지 바닥에 접촉하였을 동안 하지 분절 사이의 각도와 하퇴와 지면이 이루는 각도의 변화 형태를 분석하였으며, 영상분석에는 APAS ver 1.0프로그램을 사용하여 하퇴 각(angle of the lower leg), 무릎 각 (angle of the knee), 발목 각(initial ankle angle), 발바닥 각(initial sole angle)과 후족 제어 기능에 관한 운동학적인 변인으로 뒤꿈치 각(barefoot angle), 아킬레스건 각(achilles tendon angle) 그리고 이동에 따른 지지시간도 함께 포함시켰다<;그림 3>. 각의 표기와 단위는 <표 3>과 같고 축의 정의는 <그림 2>와 같다.
- 이러한 연구의 목적에 따라 8명의 피험자에게 3개의 주어진 조건 맨발, A사 태권도화, M사 태권도화를 착용하여 2.56±0.21m/s로 런닝을 실시하여 분석한 주요 변인은 운동학적 변인으로 경골 각, 뒤꿈치 각, 무릎 각, 발목 각, 발바닥 각, 아킬레스건 각이 있고, 지면반력 변인으로는 접촉 시간, 수직 충격력, 수직 충격력까지의 시간, 수직 활동력, 수직 활동력까지의 시간, 최대 부하율, 최대 부하율까지의 시간, 초기 20%의 충격량, 전체 충격량이 있으며, 근전도 변인으로는 각 근육을 맨발을 기준으로 %RVC방법을 사용하여 내측광근, 대퇴이두근, 전경골근, 비복근을 일원변량분석을 사용하여 비교하여 다음과 같은 결론을 얻었다. 영상분석을 통하여 뒤꿈치 각, 발목 각, 발바닥 각, 아킬레스건 각이 통계적으로 유의한 차이를 보였다.
- 영상분석에 사용될 반사마커 및 근전도 측정을 위한 표면전극을 피험자의 오른쪽 다리에 부착하고 맨발, 일반인솔, 기능성인솔을 넣은 런닝화를 착용하고 가장 편안하고 자연스럽게 런닝동작을 수행하여 오른발이 지면반력측정기 보드에 정확히 착지할 수 있도록 연습시켰다. 정해진 속도에 맞추어 런닝동작을 수행하여 지면 반력측정기 보드 중앙에 착지할 수 있도록 연습을 충분히 한 후, 실험자의 출발 신호와 함께 런닝을 시작하여 자연스러운 동작으로 오른발이 정확히 지면반력측 정기 보드 위를 밟고 지나가도록 하였다. 피험자를 충분히 쉬게 한 후에 기준척을 설치하여 촬영하고 피험자에게 맨발, A사 태권도화, M사 태권도화 3가지 조건에서 실험을 실시하여 종목별 3회씩 측정하여 자료를 수집하였다.
- 정해진 속도에 맞추어 런닝동작을 수행하여 지면 반력측정기 보드 중앙에 착지할 수 있도록 연습을 충분히 한 후, 실험자의 출발 신호와 함께 런닝을 시작하여 자연스러운 동작으로 오른발이 정확히 지면반력측 정기 보드 위를 밟고 지나가도록 하였다. 피험자를 충분히 쉬게 한 후에 기준척을 설치하여 촬영하고 피험자에게 맨발, A사 태권도화, M사 태권도화 3가지 조건에서 실험을 실시하여 종목별 3회씩 측정하여 자료를 수집하였다.
대상 데이터
- D대학교 태권도선수 8명을 선정하였다. 이들은 모두 270mm의 신발을 착용하는 대상자들이었다.
- 따라서 발 형태에 따른 자료의 오류를 최소화하는 것은 필수적이라고 할 수 있다. 국내 신발 관련 선행 연구(곽창수, 1993; 이기광, 2005)에서 수행한 것처럼 본 연구에서도 육안으로 살펴보아 일반족의 발을 가진 사람만을 연구대상으로 선정하였다. Clarke 등(1983)과 Monro 등(1987)에 의하면, 지면반력은 착지 형태에 따라서도 영향을 받게 된다고 한다.
- 이들은 모두 270mm의 신발을 착용하는 대상자들이었다. 태권도화가 같은 종류라도 발의 종류에 따라 실험결과가 달라질 수 있으므로 이 점을 최소화하기 위하여 대상자들은 편평족(low-arched foot)과 고궁족(high-arched foot)이 아닌 정상족(normal foot)의 형태를 가진 사람으로 선정하였으며, 대상자들은 최근 1년간 하지의 상해를 입은 경력이 없었다. 이들의 신체적 특징은 <표 1>과 같다.
데이터처리
- 세 가지 조건에서 통계처리는 SPSS(ver.12.0)를 이용 하여 One-Way ANOVA를 사용하였으며, Scheffe의 방법으로 사후검증(α=.05)을 실시하였다. 지면반력의 통계 처리는 SPSS WIN 10.
- 05)을 실시하였다. 지면반력의 통계 처리는 SPSS WIN 10.0 통계 Package를 이용하여 t-test로 검증하였다.
성능/효과
- 영상분석을 통하여 뒤꿈치 각, 발목 각, 발바닥 각, 아킬레스건 각이 통계적으로 유의한 차이를 보였다. 그러나 뒤꿈치 각, 발바닥 각, 아킬레스건 각의 통계적인 차이는 맨발과 A사 태권도화 그리고 맨발과 M사 태권도화에서 통계적으로 유의한 차이를 보였고 A사 태권도화와 M사 태권도화에서는 통계적인 차이가 나타나지 않았다. 발목 각에서 맨발과 M사 태권도화의 통계적인 차이는 M사 태권도화의 충격력흡수 기능을 가지고 있기 때문에 발목 각 변화에 영향을 준 것으로 사료된다.
- 지면반력 변인을 통하여 수직 충격력까지의 시간, 최대 부하율, 최대 부하율까지의 시간, 최초 20% 구간의 역적에서 통계적으로 유의한 차이를 보였다. 그러나 최초 20% 구간 외의 변인들은 맨발과 A사 태권도화, 맨발과 M사 태권도화에서 유의한 차이를 보였고 A사 태권도화과 M사 태권도화에서는 유의한 차이를 보이지 않았다. 그러므로 초기 20% 구간의 역적에서 M사 태권도화와 A사 태권도화, 맨발의 통계적인 차이는 M사 태권도화의 기능이 초기 충격력을 줄여주는 기능이 가장 큰 것을 통계적으로 보여주고 있다.
- 근전도 변인에서 전경골근, 내측광근 대퇴이두근, 비복근의 근전도의 변화는 전체적으로 통계적인 차이를 보이지는 않았지만 M사 태권도화에서 내측광근의 사용이 다소 증가함을 볼 수 있었다. 그러므로 M사 태권도화의 초기 충격흡수 기능은 발목각 및 초기 20% 구간의 충격력에 영향을 주어 인체에 운동학 및 운동역학적인 영향을 주는 것을 확인할 수 있다. 그러나 이 결과는 8명의 연구대상에 대한 결과이고 비교 태권도화 역시 한 가지이기 때문에 분석내용을 일반화시키기는 어렵다고 사료된다.
- 그러나 최초 20% 구간 외의 변인들은 맨발과 A사 태권도화, 맨발과 M사 태권도화에서 유의한 차이를 보였고 A사 태권도화과 M사 태권도화에서는 유의한 차이를 보이지 않았다. 그러므로 초기 20% 구간의 역적에서 M사 태권도화와 A사 태권도화, 맨발의 통계적인 차이는 M사 태권도화의 기능이 초기 충격력을 줄여주는 기능이 가장 큰 것을 통계적으로 보여주고 있다. 그리고 그 외의 지면반력 변인에서 보여주듯이 M사 태권도화는 초기충격력 이외의 값에서는 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았으나 충격이 최대가 되는 시간을 지연시키거나 충격을 줄이는 기능을 지니고 있는 것을 확인 할 수 있었다.
- 최초 20% 구간의 충격력은 맨발, A사 태권도화, M사 태권도화에서 맨발과 A사 태권도화 사이에서 A사 태권도화가 작게 나타났으나 통계적인 차이는 보이지 않았다. 그러므로 최초 20% 구간의 충격력에서 M사 태권도화의 충격흡수 기능은 맨발과 A사 태권도화보다 효과가 있음을 통계적으로 확인할 수 있다.
- 그러므로 초기 20% 구간의 역적에서 M사 태권도화와 A사 태권도화, 맨발의 통계적인 차이는 M사 태권도화의 기능이 초기 충격력을 줄여주는 기능이 가장 큰 것을 통계적으로 보여주고 있다. 그리고 그 외의 지면반력 변인에서 보여주듯이 M사 태권도화는 초기충격력 이외의 값에서는 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았으나 충격이 최대가 되는 시간을 지연시키거나 충격을 줄이는 기능을 지니고 있는 것을 확인 할 수 있었다. 근전도 변인에서 전경골근, 내측광근 대퇴이두근, 비복근의 근전도의 변화는 전체적으로 통계적인 차이를 보이지는 않았지만 M사 태권도화에서 내측광근의 사용이 다소 증가함을 볼 수 있었다.
- 그리고 그 외의 지면반력 변인에서 보여주듯이 M사 태권도화는 초기충격력 이외의 값에서는 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았으나 충격이 최대가 되는 시간을 지연시키거나 충격을 줄이는 기능을 지니고 있는 것을 확인 할 수 있었다. 근전도 변인에서 전경골근, 내측광근 대퇴이두근, 비복근의 근전도의 변화는 전체적으로 통계적인 차이를 보이지는 않았지만 M사 태권도화에서 내측광근의 사용이 다소 증가함을 볼 수 있었다. 그러므로 M사 태권도화의 초기 충격흡수 기능은 발목각 및 초기 20% 구간의 충격력에 영향을 주어 인체에 운동학 및 운동역학적인 영향을 주는 것을 확인할 수 있다.
- 근전도 변화를 분석한 결과, 맨발(100%)을 기준으로 전경골근은 A사 태권도화의 경우 103.295±38.717%, M사 태권도화의 경우 101.362±35.742%로 통계적으로 유의한 차이가 나타나지는 않았다(p<.05). 비복근에서는 A사 태권도화의 경우 100.
- 303〫로 나타났다. 뒤꿈치각의 맨발, A사 태권 도화, M사 태권도화 차이는 맨발과 A사 태권도화에서 통계적으로 유의한 차이를 보였고, 맨발과 M사 태권도화에서 통계적으로 유의한 차이를 보였다. 그러나 A사 태권도화와 M사 태권도화에서는 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았다.
- 런닝 시 지면반력측정기를 이용하여 태권도화의 지면반발력 차이를 운동역학적으로 분석한 측정값과 결과는 <표 5, 표 6>과 같다. 런닝 시 발이 지면에 접촉하는 시간동안 맨발, A사 태권도화, M사 태권도화에서의 지면반발력 변인은 지면 접촉시간(CT: contact time, F=.217, p<.05), 수직 충격력(VIFP: Vertical impact force peak, F=.328, p<.05), 수직 활동력(VAF:Vertical active force, F=1.458, p<.05), 수직 활동력까지의 시간(AFT: active force timing, F=1.310, p<.05), 총 충격력(TI: total impulse, F=1.263, p<.05)에서는 통계적으로 의미 있는 차이가 나타나지 않았다. 수직 충격력의 변인에서 Nigg(1987)등의 연구에서는 연질의 중저 조건에서 가장 큰 수직 충격력이 발생하였고, Brighit De Wit(1995)등의 연구에서도 연질과 경질의 중저 조건에서 각각 2.
- 001에서 통계적으로 유의한 차이를 보였다. 맨발의 경우 최초 20% 구간의 충격력은 0.054±0.008 BWs, A사 태권도화의 경우 최초 20% 구간의 충격력은 0.047±0.008BWs, M사 태권도화의 경우 최초 20% 구간의 충격력은 0.036±0.008BWs로 M사 태권도화가 가장 작게 나타났다. 최초 20% 구간의 충격력은 맨발, A사 태권도화, M사 태권도화에서 맨발과 A사 태권도화 사이에서 A사 태권도화가 작게 나타났으나 통계적인 차이는 보이지 않았다.
- 957〫로 나타났다. 발목각에서 맨발, A사 태권도화, M사 태권도화의 차이는 맨발과 A사 태권도화, A사 태권도화와 무토 태권도화 사이에서 통계적으로 유의한 차이를 보였다. <표 4>의 발목 각은 보행이나 주행 시에 발목의 충분한 배면 굴곡이 요구되며, 인체 이동에 따라 발목 각은 지면과의 접촉에 따른 충격력을 완충시키기 위하여 변화되므로 충격력의 완충 역할이라는 측면에서 운동학적 의미를 갖는다.
- 발바닥각의 맨발, A사 태권도화, M사 태권도화간의 차이는 맨발과 A사 태권도화, 맨발과 M사 태권도화 사이에서는 통계적으로 유의한 차이를 보였다. 그러나 A사 태권도화와 M사 태권도화 사이에서는 유의한 차이를 보이지 않았다.
- 수직 충격력까지의 시간은 맨발, A사 태권도화, M사 태권도화에서 A사 태권도화와 M사 태권도화가 맨발보다 통계적으로 길게 나타났다. 그러나 A사 태권도화와 M사 태권도화에서는 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았다.
- 아킬레스건각에서 맨발, A사 태권도화, M사 태권 도화간의 차이는 맨발과 A사 태권도화, 맨발과 M사 태권도화 사이에서 통계적인 차이를 보였다. 발목에서 발생하는 각의 변화는 보행이나 주행 시에 발목의 충분한 배면 굴곡이 요구되며, 인체 이동에 따라 발목 각은 지면과의 접촉에 따른 충격력을 완충시키기 위하여 변화되므로 충격력의 완충 역할이라는 측면에서 운동학적 의미를 갖는데, 맨발과는 달리 A사 태권도화 및 M사 태권도화에서 아킬레스건 각이 크게 나타난 것은 맨발 보다는 A사 태권도화와 M사 태권도화 착용이 후족제어를 확실히 하는 것으로 사료된다.
- 21m/s로 런닝을 실시하여 분석한 주요 변인은 운동학적 변인으로 경골 각, 뒤꿈치 각, 무릎 각, 발목 각, 발바닥 각, 아킬레스건 각이 있고, 지면반력 변인으로는 접촉 시간, 수직 충격력, 수직 충격력까지의 시간, 수직 활동력, 수직 활동력까지의 시간, 최대 부하율, 최대 부하율까지의 시간, 초기 20%의 충격량, 전체 충격량이 있으며, 근전도 변인으로는 각 근육을 맨발을 기준으로 %RVC방법을 사용하여 내측광근, 대퇴이두근, 전경골근, 비복근을 일원변량분석을 사용하여 비교하여 다음과 같은 결론을 얻었다. 영상분석을 통하여 뒤꿈치 각, 발목 각, 발바닥 각, 아킬레스건 각이 통계적으로 유의한 차이를 보였다. 그러나 뒤꿈치 각, 발바닥 각, 아킬레스건 각의 통계적인 차이는 맨발과 A사 태권도화 그리고 맨발과 M사 태권도화에서 통계적으로 유의한 차이를 보였고 A사 태권도화와 M사 태권도화에서는 통계적인 차이가 나타나지 않았다.
- 그러므로 M사 태권도화는 충격흡수기능을 통해 발목각의 변화에 영향을 주었다. 지면반력 변인을 통하여 수직 충격력까지의 시간, 최대 부하율, 최대 부하율까지의 시간, 최초 20% 구간의 역적에서 통계적으로 유의한 차이를 보였다. 그러나 최초 20% 구간 외의 변인들은 맨발과 A사 태권도화, 맨발과 M사 태권도화에서 유의한 차이를 보였고 A사 태권도화과 M사 태권도화에서는 유의한 차이를 보이지 않았다.
- 837%로 맨발의 경우 가장 짧게 나타났다. 최대 부하율까지의 시간은 맨발, A사 태권도화, M사 태권도화에서 A사 태권도화와 M사 태권도화가 맨발보다 통계적으로 길게 나타났다.
- 079 BW/s로 맨발의 경우 가장 크게 나타났다. 최대 부하율은 맨발, A사 태권도화, M사 태권도화에서 A사 태권도화과 M사 태권도화가 맨발보다 통계적으로 작게 나타났다. 그러나 A사 태권도화와 M사 태권도화에서는 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았다.
- 008BWs로 M사 태권도화가 가장 작게 나타났다. 최초 20% 구간의 충격력은 맨발, A사 태권도화, M사 태권도화에서 맨발과 A사 태권도화 사이에서 A사 태권도화가 작게 나타났으나 통계적인 차이는 보이지 않았다. 그러므로 최초 20% 구간의 충격력에서 M사 태권도화의 충격흡수 기능은 맨발과 A사 태권도화보다 효과가 있음을 통계적으로 확인할 수 있다.
후속연구
- 그러나 이 결과는 8명의 연구대상에 대한 결과이고 비교 태권도화 역시 한 가지이기 때문에 분석내용을 일반화시키기는 어렵다고 사료된다. 앞으로의 연구에서는 여러 종류의 태권도화의 운동학 및 운동역학적 특성과 피험자의 신체적인 조건을 다양화 하여 태권도화가 피험자의 신체변화에 따라 기능을 어떻게 발휘하는지 복합적인 실험 및 연구가 진행되어야 할 것으로 사료된다. 이 외에도 여러 종류의 태권도화를 사용하여 비교・분석하는 후속 연구가 태권도의 기술 향상에 도움을 줄 것으로 기대되므로 지속적인 연구가 필요하다고 사료된다.
- 앞으로의 연구에서는 여러 종류의 태권도화의 운동학 및 운동역학적 특성과 피험자의 신체적인 조건을 다양화 하여 태권도화가 피험자의 신체변화에 따라 기능을 어떻게 발휘하는지 복합적인 실험 및 연구가 진행되어야 할 것으로 사료된다. 이 외에도 여러 종류의 태권도화를 사용하여 비교・분석하는 후속 연구가 태권도의 기술 향상에 도움을 줄 것으로 기대되므로 지속적인 연구가 필요하다고 사료된다.
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