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문제 정의
- 활동량이 많은 20대의 경우 미용이나 유행을 이유로 본인에게 맞지 않는 신발을 착용하기 때문에 발의 변형이나 부상의 위험은 더욱 크다고 할 수 있다. 이에 본 연구는 보행과 달리기 시 신발의 크기가 족저압, 지면반발력과 근 피로에 미치는 영향을 알아보고자 하였다.
- 05). 본 연구의 트레드밀 달리기 시 족저압과 지면반발력을 측정하지는 않았기 때문에 지면 달리기의 운동학적 자료와 차이가 있으리라고 생각된다. Boyer와 Nigg(2004)는 달리기 시 속도가 빨라질수록 충격량(impact loading rate)이 늘어나며 이로 인해 대퇴사두근 근활성도의 강도가 증가한다고 하였다.
- 본 연구는 연구대상자의 발 크기에 맞는 신발과 10 ㎜ 큰 신발을 착용하고 보행과 달리기를 하였을 때 족저압, 지면발발력, 그리고 하지 근육의 피로에 미치는 영향을 알아보았다. 정상 성인남성 7명을 대상으로 족저압과 지면반발력을 보행과 달리기 각각 두 조건에서 무작위 반복 측정하였고 피로지수는 트레드밀에서 두 조건을 무작위로 반복 측정하였다.
제안 방법
- 메트로놈을 이용하여 대상자들의 평상 시 보행속도와 달리기에 대한 분속수(cadence)를 구하고 이를 기준으로 대상자에 맞는 신발, 10 ㎜ 큰 신발을 각각 착용한 후 10 m 보행로에서 걷기와 달리기 조건에서 족저압과 지면반발력을 측정하였다. 보행을 먼저 실시한 후 달리기 조건을 수행하였고 각 조건에서 신발의 크기에 따른 착용 순서는 제비뽑기를 하여 무작위로 하였다.
- 메트로놈을 이용하여 대상자들의 평상 시 보행속도와 달리기에 대한 분속수(cadence)를 구하고 이를 기준으로 대상자에 맞는 신발, 10 ㎜ 큰 신발을 각각 착용한 후 10 m 보행로에서 걷기와 달리기 조건에서 족저압과 지면반발력을 측정하였다. 보행을 먼저 실시한 후 달리기 조건을 수행하였고 각 조건에서 신발의 크기에 따른 착용 순서는 제비뽑기를 하여 무작위로 하였다. 앞의 실험이 뒤 실험조건에 영향을 주지 않기 위해 충분한 휴식시간을 두도록 하였다.
- 보행을 먼저 실시한 후 달리기 조건을 수행하였고 각 조건에서 신발의 크기에 따른 착용 순서는 제비뽑기를 하여 무작위로 하였다. 앞의 실험이 뒤 실험조건에 영향을 주지 않기 위해 충분한 휴식시간을 두도록 하였다. 신발은 연구자가 구입한 같은 종류의 신발을 적용하였다.
- 신발의 종류는 전문적인 고기능성을 갖춘 운동화는 아니었으며 일반적으로 사용하는 운동화로 신발끈은 벨크로 형태로 된 것을 선택하였다. 트레드밀에서의 하지 근피로의 측정은 족저압과 지면반발력을 측정한 다음날 최대 심박수의 65％ 운동강도에 해당하는 목표 심박수로 25분 동안 지속하여 운동시켰다. 65％에 해당하는 목표 심박수는 최대 심박수에 .
- 65를 곱하여 계산하였다. 목표 심박수의 유지는 심박수 측정기를 이용하여 트레드밀의 속도조절을 통해 이루어졌다.
- 족관절의 관절운동범위, 발 길이의 측정은 검사용 판 위에 올라가서, 연구대상자는 체중을 싣고 바르게 선 자세에서 측정하였다.
- 연구자가 준비한 운동화 내부에 대상자의 발 크기에 가장 적합한 압력감지 안창을 설치하고, 편하게 묶어 고정하였다. 압력감지 안창설치와 조절박스를 연결하여 측정준비를 마친 후, 측정 전에 10걸음 정도 걷게 하여 압력감지 안창의 유동성과 보행의 불편함이 없는지 확인한 후 측정하였다. 기기의 자료 수집율(sampling rate)은 200 ㎐로 하였다.
- 보행과 달리기 시 신발의 편안함을 측정하기 위한 시각상사척도는 길이 10 ㎝의 범위로 좌측의 ‘전혀 편안하지 않다’(0 ㎝), 우측의 ‘상상할 수 있는 가장 편안함’(10 ㎝)으로 안락함에 포함되는 항목은 전체적인 편안함, 내외측 조절(mediolateral control), 전족부 쿠션감(forefoot cushioning), 뒤축의 적합성(heel cup fit)을 측정하였다.
- 트레드밀 운동 동안 운동의 힘든 정도를 측정하기 위하여 6점 ‘아무런 노력을 기울이지 않는다’에서 20점 ‘최대의 노력’까지의 분류 척도를 이용한 자각인지도(rating of perceived of exertion)를 운동 직후 측정하였다.
- 근전도 신호의 표본 수집율은 1024 ㎐이었으며, 잡음을 제거하기 위해 10～450 ㎐의 대역통과 필터(band pass filter)와 60 ㎐ 대역 여과 필터(band stop filter)를 사용하였다. 25분 동안 근전도 신호를 수집하고, 수집 후 5분을 제외한 전체 운동시간의 근전도 신호를 RMS(root mean square) 하였다.
- 근전도 신호의 표본 수집율은 1024 ㎐이었으며, 잡음을 제거하기 위해 10～450 ㎐의 대역통과 필터(band pass filter)와 60 ㎐ 대역 여과 필터(band stop filter)를 사용하였다. 25분 동안 근전도 신호를 수집하고, 수집 후 5분을 제외한 전체 운동시간의 근전도 신호를 RMS(root mean square) 하였다. 5분을 제외한 그 다음부터 운동 마지막까지 10초씩 FFT(fast Fourier transformation) 주파수 분석(frequency power spectrum)을 하여 중앙주파수 값을 수집하였다.
- 25분 동안 근전도 신호를 수집하고, 수집 후 5분을 제외한 전체 운동시간의 근전도 신호를 RMS(root mean square) 하였다. 5분을 제외한 그 다음부터 운동 마지막까지 10초씩 FFT(fast Fourier transformation) 주파수 분석(frequency power spectrum)을 하여 중앙주파수 값을 수집하였다.
- 본 연구는 연구대상자의 발 크기에 맞는 신발과 10 ㎜ 큰 신발을 착용하고 보행과 달리기를 하였을 때 족저압, 지면발발력, 그리고 하지 근육의 피로에 미치는 영향을 알아보았다. 정상 성인남성 7명을 대상으로 족저압과 지면반발력을 보행과 달리기 각각 두 조건에서 무작위 반복 측정하였고 피로지수는 트레드밀에서 두 조건을 무작위로 반복 측정하였다.
대상 데이터
- 연구대상은 서산에 소재한 한서대학교 학생 중에서 발의 기형이나 변형이 없고 특별한 통증을 호소하지 않는 정상 남성 7명으로 250 ㎜에 가까운 크기의 발을 가진 자에 한하였으며 이전에 근골격계 손상, 시각 및 평형감각의 이상이 있는 자는 제외하였다.
- 하지 근피로 정도를 측정하기 위해 근전도기(electromyography)3)와 지름이 1 ㎝, 전극간의 간격이 2 ㎝인 이극표면전극(bipolar surface electrode)4)을 사용하였다.
- 10 m 보행로의 중앙에 힘측정판(force platform, .4 m×.6 m)2) 1개를 설치하여 모든 조건에서 지면반발력을 수집하였다.
데이터처리
- 0 통계프로 그램을 사용하였다. 측정값들을 콜모고로프-스미르노프 (Komogorov-Smirnov) 검정으로 정규분포 여부를 알아 보았다. 운동화의 크기에 따른 족저압, 지면반발력 그리고 근 피로도의 영향을 알아보기 위하여 짝비교 t-검정 실시하였다.
- 측정값들을 콜모고로프-스미르노프 (Komogorov-Smirnov) 검정으로 정규분포 여부를 알아 보았다. 운동화의 크기에 따른 족저압, 지면반발력 그리고 근 피로도의 영향을 알아보기 위하여 짝비교 t-검정 실시하였다. 유의 수준 α=.
이론/모형
- 본 연구에서는 보행과 달리기 시 족저압을 측정하기 위해 Parotec system1)을 사용한다. 이 기기는 조절박스(controller box), 압력감지 안창(pressure sensitive flexible insole), 메모리카드, 자료출력 및 정리를 위한 소프트웨어로 이루어져있다.
성능/효과
- 10 ㎜ 큰 신발을 착용한 조건의 첫 번째 최대 수직 지면반발력(first maximal vertical ground reaction force)은 869.67±115.04％BW/㎝2로 맞는 신발을 착용하고 보행한 조건의 828.19±116.03％BW/㎝2보다 유의하게 증가하였다(p<.05)(표 4).
- 발 크기에 맞는 신발과 10 ㎜ 큰 신발을 착용하고 달리기를 하였을 때, 10 ㎜ 큰 신발을 착용한 조건의 외측 중족부 압력감지기 5번, 중족골경부 14번, 15번 압력감지기의 족저압이 맞는 신발 조건보다 유의하게 증가하였다(p<.05)(표 3).
- 보행 시 신발 크기에 따른 최대 족저압을 비교하였을 때, 10 ㎜ 큰 신발을 착용한 조건에서 후족부 압력감지기 1번과 2번, 중족골경부 14번, 중족골두부 18번 압력감지기의 족저압이 맞는 신발 착용 조건보다 유의하게 증가하였다(p<.05).
- 맞는 신발을 착용한 조건보다 10 ㎜ 큰 신발을 착용한 조건의 앞정강근과 넙다리곧은근의 피로지수가 유의하게 증가하였다(p.05)(표 6).
- 보행 시 신발 크기별 시각상사척도는 전체적 편안함과 내외측 조절감, 전족부 쿠션감, 뒤축의 적합성 등 맞는 신발 조건에서 10 ㎜ 큰 신발 조건보다 높았으나 유의한 차이는 없었다(p>.05).
- 본 연구에서 결과에 언급하지는 않았지만, 발에 맞는 신발을 착용한 후의 보행 조건과 달리기 조건의 족저압을 비교하였을 때 달리기 조건의 후내측 압력감지기 2번, 4번, 6번과 외측 발가락 부위의 압력 감지기 21번과 22번을 제외한 전 압력감지기에서 보행조건보다 유의한 압력의 증가가 나타났다(p<.05).
- 발 크기에 맞는 신발과 10 ㎜ 큰 신발을 착용하고 보행과 달리기를 실시한 후 최대 족저압을 비교한 결과, 보행 시 10 ㎜ 큰 신발을 착용한 조건의 후족 압력감지기 1번과 2번, 중족골경부 압력감지기인 14번, 중족골두부인 18번 압력감지기에서 맞는 신발 착용 조건보다 최대 족저압이 유의하게 증가하였다(p<.05)(표 2).
- 달리기 시에는 10 ㎜ 큰 신발을 착용한 조건에서 맞는 신발 조건보다 외측 중족부 압력감지기 5번, 중족골경부 14번, 15번 압력감지기에서 최대 족저압이 유의하게 증가하였다(p<.05)(표 3).
- 또한 10 ㎜ 큰 신발을 착용하고 보행한 조건의 후족부의 압력 감지기 1번, 2번의 최대 족저압이 맞는 신발 착용 조건보다 유의하게 증가하였다(p<.05).
- 최대 심박수의 65％ 강도의 트레드밀 달리기 시 맞는 신발을 착용하였을 때보다 10 ㎜ 큰 신발을 착용하였을 때 앞정강근과 넙다리곧은근의 피로지수가 유의하게 증가하였다(p<.05).
- 맞는 신발 착용하고 보행한 조건의 첫 번째 수직 반발력은 828.19％BW이었으나, 10 ㎜ 큰 신발을 착용 조건에서 869.67％BW로 유의하게 증가하였다(p<.05)(표 4)(그림 2). 두 번째 수직 반발력은 유의한 차이가 없었다(p>.
- 그리고 입각기의 70～75％ 시기에 두 번째 내측 전단력이 다른 집단에 비해 유의하게 컸다고 하였다. 본 연구에서 보행 시 맞는 신발 착용한 조건에서 첫 번째 외측 전단력은 37.10％BW와 10 ㎜ 큰 신발 착용 조건에서는 41.97％BW로 유의한 차이가 없었다. 달리기 시에도 맞는 신발 착용 조건의 첫 번째 외측 전단력은 맞는 신발 착용 조건에서 30.
- 10 ㎜ 큰 신발을 착용한 조건에서 보행하였을 때 맞는 신발을 착용한 조건보다 후족부와 중족골경부, 중족골두부의 최대 족저압이 유의하게 증가하였다(p<.05).
- 10 ㎜ 큰 신발을 착용한 조건에서 달리기 하였을 때 맞는 신발을 착용한 조건보다 외측 중족부, 중족골경부에서 최대 족저압이 유의하게 증가하였다(p<.05).
- 이러한 충격량의 운동학적 자료는 앞에서 언급하였다. 트레드밀 달리기 시 운동의 힘든 정도를 측정하는 자각인지도는 맞는 신 발 착용 조건보다 10 ㎜ 큰 신발 착용 조건의 경우가 한 등급 이상 힘들게 생각하는 것으로 나타났다. 신발이 발에 느슨한 경우에는 신발이 벗겨지지 않도록 하기 위하여 발끝을 필요 이상으로 밖으로 향하게 하기 때문에 신발의 크기가 커질수록 보각(step angle)도 커졌다고 하였다(심부자와 유현, 1991).
- 본 연구는 적은 숫자의 정상 성인을 대상으로 실시하였기 때문에 일반화에 제약은 있으나 적절한 크기의 신발 착용은 발에 부하되는 과도한 압력과 충격을 줄일 수 있음을 알 수 있었다. 향후 신발크기와 관련된 연구 대상은 성인보다 꼭 맞는 신발 착용이 어려운 성장기 아동에게 보다 큰 의미가 있으리라 본다.
- 지면반발력은 보행 시 첫 번째 수직 반발력에서 10 ㎜ 큰 신발을 착용한 조건이 869.67％BW로 맞는 신발 착용 조건의 828.19％BW보다 유의하게 증가하였고(p<.05). 두 번째 수직 반발력과 내외측 전단력, 전후방 전단력은 두 조건에서 모두 유의한 차이가 없었다(p>.
- 트레드밀 운동 시 맞는 신발을 착용한 조건보다 10 ㎜ 큰 신발을 착용한 조건에서 앞정강근과 넙다리곧은 근의 피로지수의 유의한 증가가 있었다(p<.05). 트레드밀 운동 시 자각인지도는 10 ㎜ 큰 신발조건에서 14.
- 05). 트레드밀 운동 시 자각인지도는 10 ㎜ 큰 신발조건에서 14.33 점으로 맞는 신발을 착용한 조건의 13.00보다 유의하게 높게 나타났다(p<.05).
- 이상의 연구결과 신발의 크기가 본인에 맞지 않는 큰 신발을 착용하였을 때 보행과 달리기 시 족저압이 증가되었고 보행 시 초기 수직 반발력이 증가되고 달리기 시 하지의 근 피로는 증가되었다. 이러한 운동학적 충격량의 증가는 족부의 손상이나 변형을 유발할 수 있기 때문에 적절한 신발 크기를 선택하여 사용하는 것이 중요할 것이다.
- Neal과 Adams(1990)는 부적당한 신발 착용에 의한 전족부의 과도한 물리적 충격은 보행의 입각기 동안에 주로 발생하며 특히 가속기(propulsive phase)동안 뒤틀린(distort) 전족부에 과도한 기계적 스트레스를 가져와 족부의 손상을 가져오기 쉽다고 하였다. 본 연구의 결과에서도 10 ㎜ 큰 신발을 착용한 조건에서 보행과 달리기를 수행하였을 때 중앙의 중족골부에 과도한 압력이 가해지고 있음을 알 수 있었다.
후속연구
- 본 연구는 적은 숫자의 정상 성인을 대상으로 실시하였기 때문에 일반화에 제약은 있으나 적절한 크기의 신발 착용은 발에 부하되는 과도한 압력과 충격을 줄일 수 있음을 알 수 있었다. 향후 신발크기와 관련된 연구 대상은 성인보다 꼭 맞는 신발 착용이 어려운 성장기 아동에게 보다 큰 의미가 있으리라 본다. 따라서 향후 아동화에 대한 다양한 종류와 크기에 따른 생체역학적인 연구뿐만 아니라, 적절한 인솔과 같은 충격완화 보조도구에 대한 연구가 필요할 것이다.
- 향후 신발크기와 관련된 연구 대상은 성인보다 꼭 맞는 신발 착용이 어려운 성장기 아동에게 보다 큰 의미가 있으리라 본다. 따라서 향후 아동화에 대한 다양한 종류와 크기에 따른 생체역학적인 연구뿐만 아니라, 적절한 인솔과 같은 충격완화 보조도구에 대한 연구가 필요할 것이다.
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