이 연구의 목적은 20-30대 여성 12명을 대상으로 각기 다른 하이힐 (3cm, 7cm, 9cm) 보행 시 지지 구간에서 하지의 시간 협응성을 관찰하기 위한 것이었다. 이를 위해 영상 분석을 통해 무릎의 굴곡과 경골의 내측 회전, 발의 외반 각을 Euler 방법에 의해 분석하였으며, 이들 움직임이 최대로 일어나는 시간을 관찰해 이들의 일치도를 정성적으로 분석하였고, 또한 최대 경골 내측 회전에 대한 최대 발의 외반 각이 발생하는 시간비율을 분석해 잠재적 상해 발생 부위를 예측하고자 했다. 그 결과 다음과 같은 결론을 얻었다. 하이힐 3cm 보행은 7, 9cm 보행보다 무릎 굴곡, 경골 내측 회전, 발의 외반 최대 발생 시간의 일치도가 높은 것으로 나타났으며, 무릎 최대 굴곡 발생 시간은 하이힐 높이가 증가하면 할수록 일찍 발생하는 경향을 보였다. 반면에 경골의 최대 내측 회전 발생 시간은 하이힐 높이가 증가할수록 늦게 발생하는 특징을 보였다. 보행 시 지지구간에서 경골의 최대 내측 회전 발생 시간에 대한 발의 최대 외반 발생 시간 비는 하이힐 3cm 보행이 전체적으로 1에 수렴하는 특징을 나타났으나, 하이힐 7, 9cm 보행은 1보다 적은 값을 보였다.
이 연구의 목적은 20-30대 여성 12명을 대상으로 각기 다른 하이힐 (3cm, 7cm, 9cm) 보행 시 지지 구간에서 하지의 시간 협응성을 관찰하기 위한 것이었다. 이를 위해 영상 분석을 통해 무릎의 굴곡과 경골의 내측 회전, 발의 외반 각을 Euler 방법에 의해 분석하였으며, 이들 움직임이 최대로 일어나는 시간을 관찰해 이들의 일치도를 정성적으로 분석하였고, 또한 최대 경골 내측 회전에 대한 최대 발의 외반 각이 발생하는 시간비율을 분석해 잠재적 상해 발생 부위를 예측하고자 했다. 그 결과 다음과 같은 결론을 얻었다. 하이힐 3cm 보행은 7, 9cm 보행보다 무릎 굴곡, 경골 내측 회전, 발의 외반 최대 발생 시간의 일치도가 높은 것으로 나타났으며, 무릎 최대 굴곡 발생 시간은 하이힐 높이가 증가하면 할수록 일찍 발생하는 경향을 보였다. 반면에 경골의 최대 내측 회전 발생 시간은 하이힐 높이가 증가할수록 늦게 발생하는 특징을 보였다. 보행 시 지지구간에서 경골의 최대 내측 회전 발생 시간에 대한 발의 최대 외반 발생 시간 비는 하이힐 3cm 보행이 전체적으로 1에 수렴하는 특징을 나타났으나, 하이힐 7, 9cm 보행은 1보다 적은 값을 보였다.
The goal of this study was to investigate the lower extremity's coordination determined by temporal relations with increasing high-heel (3, 7, 9cm) while walking on a treadmill. Twelve healthy women who walked on a treadmill under three conditionswearing 3cm high-heel shoes, 7cm, and 9cm-while kinem...
The goal of this study was to investigate the lower extremity's coordination determined by temporal relations with increasing high-heel (3, 7, 9cm) while walking on a treadmill. Twelve healthy women who walked on a treadmill under three conditionswearing 3cm high-heel shoes, 7cm, and 9cm-while kinematic data were collected using a six-cameras (240Hz) Qualisys ProReflex System. From these data, knee flexion, tibia internal rotation, and foot eversion were calculated in Euler technique and found the time for occurring the maximum angle of these movements. The maximum angle of these movements occurred almost simultaneously in 3cm high-heel walking, but not in 7cm and 9cm. The ratio of time for maximum angle of the foot eversion to tibia internal rotation converged to 1 in 3cm high-heel walking, but were less than 1 in 7cm and 9cm. In conclusion, it was indicated that 3cm high-heel walking had better the lower extremity's coordination compared with 7, 9cm high-heel walking.
The goal of this study was to investigate the lower extremity's coordination determined by temporal relations with increasing high-heel (3, 7, 9cm) while walking on a treadmill. Twelve healthy women who walked on a treadmill under three conditionswearing 3cm high-heel shoes, 7cm, and 9cm-while kinematic data were collected using a six-cameras (240Hz) Qualisys ProReflex System. From these data, knee flexion, tibia internal rotation, and foot eversion were calculated in Euler technique and found the time for occurring the maximum angle of these movements. The maximum angle of these movements occurred almost simultaneously in 3cm high-heel walking, but not in 7cm and 9cm. The ratio of time for maximum angle of the foot eversion to tibia internal rotation converged to 1 in 3cm high-heel walking, but were less than 1 in 7cm and 9cm. In conclusion, it was indicated that 3cm high-heel walking had better the lower extremity's coordination compared with 7, 9cm high-heel walking.
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문제 정의
이렇게 산출된 무릎 굴신(KF/KE), 경골의 내외측 회전(TIR/TER)과 발의 내외반(EV/INV) 움직임에 대해 지지국면을 100%로 보았을 때 최대 무릎 굴신각, 최대 경골 내측각, 최대 발의 외반각이 일어나는 시간의 비율을 산출해 이들의 일치도를 정성적으로 관찰해 하이힐 보행 시 시간 협응성을 분석했다(Nigg, Cole & Nachbauer, 1993; Nigg, Khan, Fisher & Stefanyshyn, 1998; MaClay & Manal 1997). 또한 본 연구에서는 발과 무릎의 잠재적 상해 가능성을 판단하기 위해 발 분절의 최대 외반과 경골의 최대 내측 회전이 일어나는 시간을 이용해 EV/TIR 비율을 산출했다. 선행 연구에 기초해 이 값이 1이면 두 분절사이 협응이 잘 이루어진 것으로 간주했고, 이 비율이 1보다 크면 발 관련 상해 가능성이 높은 것으로, 이 비율이 1보다 작으면 무릎과 관련된 상해의 잠재적 가능성이 큰 것으로 해석했다(MaClay & Manal, 1997).
이 연구는 여성 12명을 대상으로 하이힐 슈즈의 굽 3, 7, 9 cm 높이 증가에 따른 보행 시 하지의 시간 협응성을 조사하기 위해 무릎 굴곡 각, 경골의 내측 회전각, 발의 외반 각을 분석해 지지 국면에서 이들 움직임이 최대로 발생한 시간을 관찰해 이들 3변인 간 발생 시간 일치도와 경골의 최대 내측 발생 시간에 대해 발 분절의 최대 외반 각이 발생하는 시간 비를 산출했다. 분석한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
이에 본 연구에서는 이동운동 시 잠재적 상해 유발 예측에 전형적으로 이용되는 무릎의 굴곡, 경골의 내측 회전, 발의 외반이 최대로 일어나는 시간을 분석해 이들의 일치도를 정성적으로 관찰했으며, 또한 최대 경골 내측회전에 대한 최대 발의 외반이 발생하는 시간비율을 분석해 하이힐 보행 시 하지의 시간 협응성을 판단하는데 그 목적을 두었다.
제안 방법
연구 목적을 달성하기 위해 다음 3가지의 구체적인 내용은 특별히 관심을 갖는다.1) 하이힐 보행 시 지지 구간에서 힐 높이 별 무릎 관절 굴곡과 경골의 내측 회전, 발의 외반 각을 3차원으로 산출 했고, 2) 이들 움직임이 최대로 일어나는 시간을 산출했으며, 3) 최대 경골의 내측 회전 발생 시간에 대한 최대 발의 외반 발생 시간 비를 산출했으며, 이들 간의 관계 정도를 관찰했다.
선행 연구에 기초해 이 값이 1이면 두 분절사이 협응이 잘 이루어진 것으로 간주했고, 이 비율이 1보다 크면 발 관련 상해 가능성이 높은 것으로, 이 비율이 1보다 작으면 무릎과 관련된 상해의 잠재적 가능성이 큰 것으로 해석했다(MaClay & Manal, 1997). 또한 이들 변인들이 일어나는 최대 시간의 관계 정도를 살펴보았다. 본 연구에서 하이힐 굽 높이 조건에 따라 무릎 굴곡, 경골의 내측 회전, 발의 외반이 최대로 일어나는 시간 비에 대해 One-way ANOVA 검정을 통해 유의성을 판단했으며, 이 때 α=.
이 선호속도는 선행 연구(류지선, 2006a)에 의해 각 대상자별로 결정되었으며, 실제 보행 촬영에 앞서 각 대상자의 하지 분절에 대한 기준 방향을 설정하고, 또한 대상자들 사이의 해부학적 으로 정확하게 반사 마커들이 위치되지 않을 가능성을 줄이기 위해 스탠딩 캘리브레션(standing calibration)은 각 조건에 대해 사용되었다. 발의 장축을 전역 좌표의 전후 축에 정렬한 상태에서 3초 동안 서 있는 자세를 촬영해 이를 평균해 사용했다. 또한 실제 촬영에 앞서 모든 대상자는 실험 상황에 적응하기 위해 일정 시간 주어졌다.
본 연구에 사용된 하이힐 굽 높이는 3cm, 7cm, 9cm를 이용했으며(류지선, 2009), 대상자들은 이들을 무작위로 착용해 트레이드 밀 보행을 실시하는 동안 설치해 놓은 카메라를 이용해 대상자들이 인식되지 않은 상황에서 오른쪽 하지의 3차원 운동학적 자료를 얻기 위해 최소한 10스텝(step)이상을 촬영했다. 이때 대상자들의 보행 속도는 사전에 결정된 스피드 사용에 의해 대두되어 질 수 있는 어떠한 잠재적인 불편을 최소화되는 것을 보장하기 위해(류지선, 2006a; Buzzi, Stergiou, Kurz, Hageman & Heidel, 2003) 각자의 가장 편안하고 자연적인 선호 속도로 걷게 했다.
이렇게 산출된 무릎 굴신(KF/KE), 경골의 내외측 회전(TIR/TER)과 발의 내외반(EV/INV) 움직임에 대해 지지국면을 100%로 보았을 때 최대 무릎 굴신각, 최대 경골 내측각, 최대 발의 외반각이 일어나는 시간의 비율을 산출해 이들의 일치도를 정성적으로 관찰해 하이힐 보행 시 시간 협응성을 분석했다(Nigg, Cole & Nachbauer, 1993; Nigg, Khan, Fisher & Stefanyshyn, 1998; MaClay & Manal 1997).
, 2002). 이렇게 해서 얻은 좌표는 중족 관절에 부착한 마커의 y 좌표 값에 대해 주파수 분석을 실시해 차단 주파수를 산출한 후 4차 Butterworth 반복 필터를 이용해 저역 필터링 했으며 (류지선, 2006b), 필터링으로 인한 자료의 왜곡을 최소화하기 위해 분석하고자 하는 10스텝 구간의 전후 5프레임을 포함했다. 그러나 스탠드 캘리브레션(standing calibration) 좌표는 필터링 없이 단지 평균값을 이용했다.
하이힐 보행 시 하지의 운동학적 자료를 얻기 위해 초당 100Hz로 작동된 6대의 고속 디지털 카메라(Qualisys ProReflex system, 240Hz)를 트레이드 밀 주변에 설치했다. 전역 좌표계 설정을 위해 길이가 알려진 4개의 마커를 지닌 L자형의 프레임(frame)을 트레이드 밀 오른쪽 후방에 고정했으며, 이 때 방향은 상방 수직축을 +Z, 운동 방향 축을 +Y, +Y축에서 +Z축으로의 크로스를 +X로 취하는 오른쪽 계를 이용했다. 지역 좌표계는 오른쪽 분절의 대퇴, 하퇴, 발에 대해 전역 좌표축과 같은 방향으로 설정했다.
하이힐 보행 시 하지의 운동학적 자료를 얻기 위해 초당 100Hz로 작동된 6대의 고속 디지털 카메라(Qualisys ProReflex system, 240Hz)를 트레이드 밀 주변에 설치했다. 전역 좌표계 설정을 위해 길이가 알려진 4개의 마커를 지닌 L자형의 프레임(frame)을 트레이드 밀 오른쪽 후방에 고정했으며, 이 때 방향은 상방 수직축을 +Z, 운동 방향 축을 +Y, +Y축에서 +Z축으로의 크로스를 +X로 취하는 오른쪽 계를 이용했다.
대상 데이터
본 연구를 위해 실험에 참여한 대상자로는 20～30대 여성 12명(신체질량 평균: 55.4±5.5kg, 신장 평균: 162.3±4.1cm, 나이 평균: 24.5±4.4years)을 선정했다.
데이터처리
본 연구에서 하이힐 굽 높이 조건에 따라 무릎 굴곡, 경골의 내측 회전, 발의 외반이 최대로 일어나는 시간 비에 대해 One-way ANOVA 검정을 통해 유의성을 판단했으며, 이 때 α=.05로 설정했다.
이론/모형
신체 하지의 3분절과 관절에 부착한 마커들에 대한 3차원 좌표 값은 ProReflex 소프트웨어(Qualisys, Inc.)를 이용해 NLT(nonlinear transformation) 기법을 이용해 수집되었으며, 마커들은 Track3D 프로그램(Qualisys, Inc.)을 통해 분석 되었고 확인되었다. 이런 작업은 첫 번째 오른발 발꿈치가 접지 순간(heel-strike) 5프레임 전부터 이지 순간 5프레임 까지 10스텝에 대해 이루어졌다.
실험 조건별, 대상자별 비교를 위해 각 좌표는 오른발이 지면에 접촉하는 순간을 0%로 이지 순간까지를 100%로 보고 분석한 10스텝에 대해 선형적으로 보간했으며, 이를 이용해 하지의 협응성을 판단하기 위해 본 연구에서 산출된 무릎의 굴신각, 경골의 내외측 회전각, 발의 내외반 각은 Euler 방법(Hamill, 류지선, 2003)을 이용해 산출했다.
성능/효과
또한 무릎 최대 굴곡 발생 시간은 하이힐 높이가 증가하면 할수록 일찍 발생하는 경향을 보였으나(p<.05), 경골의 최대 내측 발생 시간은 하이힐 높이가 증가할수록 늦게 발생하는 특징을 보였다(p<.05).
본 연구 결과 무릎 관절의 굴곡과 경골의 내측 회전 및 발의 외반의 최대 발생 시간의 일치도를 통하여 협응 상태를 관찰한 결과 하이힐 3cm 높이는 7, 9cm보다 협응 작용이 원활해 보행 시 보다 안정성이 있는 것으로 판단되지만, 7, 9cm 높이 사이에는 시간적 협응이 거의 비슷한 현상을 보였다. 또한 본 연구에서 하이힐 높이가 증가할수록 경골 내측 회전의 최대 움직임 발생 시간이 늦게 나타나는 특징을 보였다.
보행 시 지지구간 경골의 최대 내측 회전 발생 시간에 대한 발의 최대 외반 발생 시간 비는 하이힐 3 cm 보행은 대상자 별로 1에 수렴하는 특징을 보였으며, 그 평균은 1.03을 보였다. 즉 이들 간의 협응성이 원활하게 이루어진 것으로 보여 진다.
보행 시 지지구간 경골의 최대 내측 회전 발생 시간에 대한 발의 최대 외반 발생 시간 비는 하이힐 3cm 보행은 대상자 별로 1에 수렴하는 특징을 나타났으나, 하이힐 7, 9cm 보행은 1보다 적은 값을 보였다.
보행 시 지지구간에서 하이힐 3cm 높이는 7, 9cm 보다 무릎 굴곡, 경골 내측 회전, 발의 외반 최대 발생 시간의 일치도가 높은 것으로 나타났다. 또한 무릎 최대 굴곡 발생 시간은 하이힐 높이가 증가하면 할수록 일찍 발생하는 경향을 보였으나(p<.
하이힐 보행이 신체에 미치는 영향에 대한 연구는 앞서 설명한 바와 같이 다양하지만, 하이힐 보행 시 잠재적인 상해 발생 가능성 판단에 활용되는 하지의 협응 작용(Bahlsem, 1988; James Bates & Osternig, 1978; Clement, Taunton & Smart 1981; Hintermann & Nigg, 1998)에 대한 정량적 관찰은 거의 이루어지고 있지 않는 실정이다. 본 연구 결과 무릎 관절의 굴곡과 경골의 내측 회전 및 발의 외반의 최대 발생 시간의 일치도를 통하여 협응 상태를 관찰한 결과 하이힐 3cm 높이는 7, 9cm보다 협응 작용이 원활해 보행 시 보다 안정성이 있는 것으로 판단되지만, 7, 9cm 높이 사이에는 시간적 협응이 거의 비슷한 현상을 보였다. 또한 본 연구에서 하이힐 높이가 증가할수록 경골 내측 회전의 최대 움직임 발생 시간이 늦게 나타나는 특징을 보였다.
아무튼 이 두 변인이 발생하는 최대 동작 시간을 관찰하고, 이들 두 시간 변인의 비에 의해 협응성과 잠재적 상해 예측은 종종 활용 된다(MaClay & Manal, 1997). 본 연구 결과 하이힐 3cm의 경우 전반적으로 경골의 내측 회전과 발의 외반간의 협응이 대체로 잘 이루어진 반면에 하이힐 7, 9cm의 경우 전체적으로 발의 외측 최대 움직임이 경골의 내측 최대 움직임보다 일찍 일어났다. 이와 같은 현상은 하이힐 높이에 따른 발목 높이의 증가로 보행 시 경골의 회전 중심이 전족에 놓여 있어 발이 이지 순간 최대로 경골의 회전이 이루어지기 때문이 아닌가 생각된다.
이들 표와 그림에 의하면, 하이힐 3cm 보행 시 무릎 최대 굴곡 발생 시간 비는 지지구간에 대해 평균 67.3%, 경골의 최대 내측 회전 발생 시간 비는 68.4%, 발의 최대 외반 발생 시간은 70.0%로 분석된 세 움직임 간 시간적으로 거의 일치하는 편이었다(그림 2에서 막대 모양은 평균을 나타냄). 그러나 하이힐 7cm 보행의 경우 무릎 최대 굴곡 발생 시간 비는 평균 61.
마찬가지로 하이힐 9cm 보행의 경우 하이힐 3cm 보행 보다 선정된 세 움직임 간 최대 발생 시간의 일치도가 낮은 편이었다. 종합해 보면 하이힐 3cm 높이는 7, 9cm 보다 무릎 굴곡, 경골 내측 회전, 발의 외반 최대 발생 시간의 일치도가 높은 것으로 나타났다. 눈여겨볼 특징은 무릎 최대 굴곡 발생 시간은 하이힐 높이가 증가하면 할수록 일찍 발생하는 경향을 보였다(p<.
후속연구
향후 이와 관련된 연구를 하기 위해서는 하이힐 슈즈 높이의 다양성뿐만 아니라 다양한 신체적 조건 등을 고려해 보다 많은 대상자를 선정해 연구할 필요성을 제기 한다. 또한 시간 협응성 관찰뿐만 아니라 공간 협응성 및 운동 역학적 변인들과 조합하는 종합적인 관계 정도 등을 살펴보는 연구들이 이루어져할 것이다.
이동 운동 시 발의 외반과 경골 내외측 회전 사이의 공간적 협응성은 상당히 높은 상관관계가 있기 때문에 잠재적 상해 메카니즘을 예측하기 위한 주요 척도로 활용되고 있다고 선행 연구에서 주장하고 있지만(Nigg, Cole & Nachbauer, 1993), 하이힐 보행을 분석한 본 연구에서는 발의 외반과 경골 내측 회전 사이의 최대 발생 시간에 따른 시간 협응성에 대한 상관관계 정도는 하이힐 높이에 관계없이 대체로 낮은 결과를 보였다. 분절간 시간 협응성을 선행 연구의 공간 협응성과 비교한다는 것이 좀 무리라 생각되지만 향후 이 문제를 구체적으로 관찰하기 위해서는 연구 대상자 수, 착용 신발 종류 등 다양한 보행 조건 등 여러 변인을 고려해 공간 협응성과 비교할 필요성이 요구된다 할 수 있다. 아무튼 이 두 변인이 발생하는 최대 동작 시간을 관찰하고, 이들 두 시간 변인의 비에 의해 협응성과 잠재적 상해 예측은 종종 활용 된다(MaClay & Manal, 1997).
이런 결과로 미루어 볼 때 하이힐 보행 시 굽 높이가 높으면 높을수록 발보다 무릎과 관련된 상해의 잠재적 발생이 많이 일어날 것으로 판단되지만(MaClay & Manal, 1997), 향후 실제 하이힐 보행 시 발생한 상해 부위와 관련해 면밀하게 관찰할 필요성이 있다할 수 있다.
향후 이와 관련된 연구를 하기 위해서는 하이힐 슈즈 높이의 다양성뿐만 아니라 다양한 신체적 조건 등을 고려해 보다 많은 대상자를 선정해 연구할 필요성을 제기 한다. 또한 시간 협응성 관찰뿐만 아니라 공간 협응성 및 운동 역학적 변인들과 조합하는 종합적인 관계 정도 등을 살펴보는 연구들이 이루어져할 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
20-30대 여성 12명을 대상으로 각기 다른 하이힐 (3cm, 7cm, 9cm) 보행 시 지지 구간에서 하지의 시간 협응성을 관찰한 결과로 얻은 결론은 무엇인가?
그 결과 다음과 같은 결론을 얻었다. 하이힐 3cm 보행은 7, 9cm 보행보다 무릎 굴곡, 경골 내측 회전, 발의 외반 최대 발생 시간의 일치도가 높은 것으로 나타났으며, 무릎 최대 굴곡 발생 시간은 하이힐 높이가 증가하면 할수록 일찍 발생하는 경향을 보였다. 반면에 경골의 최대 내측 회전 발생 시간은 하이힐 높이가 증가할수록 늦게 발생하는 특징을 보였다. 보행 시 지지구간에서 경골의 최대 내측 회전 발생 시간에 대한 발의 최대 외반 발생 시간 비는 하이힐 3cm 보행이 전체적으로 1에 수렴하는 특징을 나타났으나, 하이힐 7, 9cm 보행은 1보다 적은 값을 보였다.
하이힐 보행은 어떤 부정적인 영향을 미치는가?
하이힐 보행은 하이힐 슈즈의 좁은 발가락 박스, 전방으로 튀어나온 단단한 힐 캡(heel cap)등으로 인한 구조상의 특징 때문에 보행의 불편을 가중시켜 발과 발목에 영향을 미쳐 전신 안정성뿐만 아니라 국부적 안정성(류지선, 2009)에 영향을 미치며, 이로 인해 발목이 염좌 되고, 심지어는 낙상하는 경우도 있는 것으로 알려지고 있다 (Ebbeling, Hamill & Crussemmeyer, 1994; Gajdosik, Linden & Williams, 1999; Stefanyshyn, Nigg, Fisher, OFlynn & Lin, 2000).
신체의 협응성은 무엇인가?
신체의 협응성은 두 분절간 혹은 분절과 관절 사이의 상호 작용 관계를 살펴보는 것으로 한 분절이나 관절의 운동이 다른 분절이나 관절에 어떠한 영향을 미치는가 알아보기 위한 연구이다(Bates & Haven, 1973; Inman, Ralston & Todd, 1994). 신체 거의 모든 운동은 어떤 특정한 분절이나 관절이 독립적으로 이루어지는 것이 아니라 인접한 분ㆍ관절들이 서로 연관성 있게 움직임으로 이들 상호관계를 살펴보는 것은 움직임의 협응과 관련해 운동 조절을 파악하는데 의미 있는 일이라 하겠다.
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