[논문]런닝화의 미드솔 경도가 하지 근육의 피로와 충격력에 미치는 영향

Kim, Eonho; Lim, Kyuchan; Cho, Seunghyun; Lee, Kikwang

doi:10.5103/kjsb.2019.29.3.167

런닝화의 미드솔 경도가 하지 근육의 피로와 충격력에 미치는 영향
The Effect of Midsole Hardness of Running Shoe on Fatigue of Lower Extremity Muscles and Impact Force 원문보기

한국운동역학회지 = Korean journal of sport biomechanics, v.29 no.3, 2019년, pp.167 - 172

Kim, Eonho (Korea Institute of Sports Science) , Lim, Kyuchan (Department of Sports Science, Ulsan University) , Cho, Seunghyun , Lee, Kikwang (Department of Sport & Health Rehabilitation, University of Kookmin)

Abstract ▼ AI-Helper

Objective: The aim of this study was to investigate the effect of midsole hardness of running shoe on muscle fatigue and impact force during distance running. Method: Ten healthy college recreational runners who were performing distance running at least three times a week participated in this experiment. They were asked to run for 15 minutes in the treadmill at 10 km/h with running shoes having three different types of midsole hardness (Soft, Medium, Hard). EMG signal and insole pressure were collected during the first and last one minute for each running trials. Data were analyzed using a one-way analysis of variance (ANOVA) with repeated measures. Results: Midsole hardness did not affect the consistency of stride length. For the median frequency of the EMG signal, only VL was affected by midsole hardness; that of medium was greater than other midsoles (p<.05). The loading rate of impact forces increased by midsole hardness (p<.01). Conclusion: Although soft midsole could attenuate impact forces at heel contact, it might have a negative effect on the fatigue of muscle which could decelerate the body after heel contact. Therefore, it is necessary to select the optimum hardness of midsole carefully for both reduction impact forces and muscle fatigue.

주제어

표/그림 (5)

표 Table 1. Midsole properties
그림 Figure 1. EMG attachment position
표 Table 2. Stride consistency
표 Table 3. Median Frequency of the lower extremities
표 Table 4. Maximum impact peak and loading rate

AI 본문요약
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문제 정의

또한 미드솔의 충격 흡수와 하지 근육의 피로 효과를 규명하고자 하는 연구는 찾아보기 어려운 실정이다. 따라서 본 연구의 목적은 미드솔의 경도 이외에 모든 조건이 동일하도록 직접 제작한 런닝화를 이용하여, 미드솔 경도가 달리기 시 충격력과 하지 근육의 피로에 미치는 효과를 규명하는데 있다.
본 연구는 미드솔 경도가 근 피로와 충격력에 미치는 영향을 조사하기 위해 피로와 관련 있는 변인인 스트라이드 길이의 변동성과 근 피로도, 충격력 흡수와 관련 있는 변인인 임팩트 시 최대 충격력과 충격증가율을 산출하였다.

제안 방법

보행의 형태는 스트라이드 길이와 빈도에 의하여 결정된다(Danion, Varraine, Bonnard & Pailhous, 2003). 15분 간 10 km/h로 달리는 동안 14분 지점에서 연속되는 20회의 스트라이드 시간을 각각 측정한 후, 이를 스트라이드 길이로 환산하였다. 변동성은 스트라이드 길이의 평균을 분산으로 나눈 후 100을 곱해 백분율을 산출하였다.
그 후 근육의 피로도를 분석하기 위해 중앙 주파수(median frequency)를 산출했다(Phinyomark,Thongpanja, Phukpattaranont & Limsakul, 2012).
달리기 착지 시 지면이 신체에 가하는 충격력의 최대 값과 해당 지점까지 소요된 시간에 대한 힘의 변화를 측정하기 위하여 족저압력 센서를 활용하였다. 발바닥 전체의 압력을 측정할 경우 100 Hz까지 측정할 수 있는 족저압 센서를 이용해, 뒤꿈치 부분인 1/3 영역만 측정할 수 있도록 조정하여 300 Hz의샘플링으로 압력을 측정하였다.
달리기에 의한 다리 근육의 피로도를 측정하기 위해 Figure 1과 같이 대퇴직근(Rectus Femoris; RF), 외측광근(Vastus Lateralis;VL), 내측광근(Vastus Medialis; VM), 대퇴이두근(Bicpes Femoris;BF), 반건양근(Semitendinosus; ST), 전경골근(Tibialis anterior; TA),외측비복근(Gastrocnemius Lateral; GL), 내측비복근(Gastrocnemius Medial; GM)이 위치한 피부 위에 근전도 센서를 부착하여 달리기 수행 14분 지점에서 1분 간 샘플링 속도 1111.11 Hz로 근전도 신호를 수집한 후, 10~500 Hz의 대역폭(bandwidth) 통과 필터링을 실시하였다. 그 후 근육의 피로도를 분석하기 위해 중앙 주파수(median frequency)를 산출했다(Phinyomark,Thongpanja, Phukpattaranont & Limsakul, 2012).
S)를 신발 내부에 장착하였다. 또한 피험자 하지 근육의 피로도를 측정하기 위하여 근전도 센서(EMG, Delsys Inc, U.S)를총 8개의 근육 위 피부 표면에 부착하였으며, 족저압력 센서와 근전도 센서를 동조화시켰다. 피험자는 측정 신발에 적응하기 위하여 트레드밀 위에서 4 km/h의 속도로 4분 간 걷기를 실시하였다.
미드솔 경도가 하지 근육의 피로도에 어떠한 영향을 미치는지 규명하고자 근 피로를 대표하는 근전도 분석 방법인 중앙주파수(Median frequency)를 분석하여 비교하였다(Jang & Kim,2004).
달리기 착지 시 지면이 신체에 가하는 충격력의 최대 값과 해당 지점까지 소요된 시간에 대한 힘의 변화를 측정하기 위하여 족저압력 센서를 활용하였다. 발바닥 전체의 압력을 측정할 경우 100 Hz까지 측정할 수 있는 족저압 센서를 이용해, 뒤꿈치 부분인 1/3 영역만 측정할 수 있도록 조정하여 300 Hz의샘플링으로 압력을 측정하였다. 압력 값을 모두 더한 값을 충격력으로 가정하여 산출하였으며, 부하율(loading rate: RL), 즉,충격력의 증가율은 최대 충격력을 발이 지면에 닿는 순간부터 최대 충격력이 발현되는 시점까지 소요된 시간으로 나누어 산출하였다.
본 실험은 달리기 수행에 의한 피로 효과를 배제하기 위하여, 각 피험자는 3일 동안 하루에 한 종류의 신발만 신고 실험에 참여하였다. 이때 측정 신발의 순서는 피험자에 의해 무작위로 정했으며, 해당 신발에는 트레드밀 달리기 시 착지 순간과 충격력을 측정하기 위하여 족저압력 센서(Pedar X, Novel.
발바닥 전체의 압력을 측정할 경우 100 Hz까지 측정할 수 있는 족저압 센서를 이용해, 뒤꿈치 부분인 1/3 영역만 측정할 수 있도록 조정하여 300 Hz의샘플링으로 압력을 측정하였다. 압력 값을 모두 더한 값을 충격력으로 가정하여 산출하였으며, 부하율(loading rate: RL), 즉,충격력의 증가율은 최대 충격력을 발이 지면에 닿는 순간부터 최대 충격력이 발현되는 시점까지 소요된 시간으로 나누어 산출하였다.
S)를총 8개의 근육 위 피부 표면에 부착하였으며, 족저압력 센서와 근전도 센서를 동조화시켰다. 피험자는 측정 신발에 적응하기 위하여 트레드밀 위에서 4 km/h의 속도로 4분 간 걷기를 실시하였다. 그 후 5분 간 휴식을 취한 다음, 7 km/h의 속도로 달리기를 시작하여 분당 1 km씩 속도를 점진적으로 높여 10 km/h 속도에서 15분 동안 지속적으로 달렸다.

대상 데이터

미드솔 경도(S: soft, M: medium, H: hard)를 제외한 라스트, 갑피, 아웃솔 등 모든 신발의 소재와 구조가 동일한 샘플 신발 3개를 직접 제작하여 실험에 사용하였다. 각 미드솔에 대한 경도, 중량, 증발율, 비중, 압축율, 탄성 등은 Table 1과 같다.
본 연구를 위하여 일주일에 3회 이상 정기적으로 달리기를 실시하는 건강한 20대 남자 대학생 10명(22.6±2.01세, 17.4±2.18 cm, 70.3±5.7 kg)이 참여하였다.

데이터처리

05로 설정하였다. 미드솔 경도에 의해 유의한 차이가 나타났을 경우,경도 별 차이를 조사하기 위해 사후 검증으로 LSD 방법을 사용하였다.
본 연구의 통계 처리는 런닝화의 미드솔 경도가 스트라이드 길의 변동성과 근육의 피로, 충격력에 미치는 영향을 규명하기 위해 반복 측정 일원 분산 분석(One-way ANOVA with repeated measures)를 실시하였으며, 유의 수준은 α<.05로 설정하였다.

이론/모형

각 미드솔에 대한 경도, 중량, 증발율, 비중, 압축율, 탄성 등은 Table 1과 같다. 또한 하지 근육들의 피로도를 측정하기 위하여 근전도 센서(EMG,Delsys Inc, U.S)를 사용하였으며, 달리기 시 발이 지면에 닿는임팩트 시점을 찾고 최대 충격력과 부하율을 계산하기 위하여족저압력 센서(Pedar X, Novel.de, U.S)를 활용하였다.

성능/효과

미드솔 경도가 하지 근육의 피로도와 충격력에 미치는 영향을 조사해본 결과, 스트라이드 변동성에는 차이가 나타나지 않았음에도 불구하고, 보통 강도의 미드솔이 부드러운 미드솔에비해 착지 직후 감속을 담당하는 근육의 피로를 줄이는데 효과적이었다. 또한 충격력에 있어서는 미드솔의 강도가 영향을 주지 않았지만, 부드러운 미드솔이 부하율을 감소시켜주는 효과가 나타났다. 추후 연구에서는 신발 미드솔의 경도에 따른 스트라이드 길이의 변동성, 하지 근육들의 피로를 더욱 명확하게 확인하기 위하여 실험 참여자의 수뿐만 아니라 실제 신체가 충분한 피로를 느낄 수 있는 실험 프로토콜의 수행 시간 또는 강도를 증가시킬 필요가 있어 보이며, 피로 전 상황부터 일정 시간 동안의 변화 추이를 살펴보는 것 또한 요구된다.
미드솔 경도가 하지 근육의 피로도와 충격력에 미치는 영향을 조사해본 결과, 스트라이드 변동성에는 차이가 나타나지 않았음에도 불구하고, 보통 강도의 미드솔이 부드러운 미드솔에비해 착지 직후 감속을 담당하는 근육의 피로를 줄이는데 효과적이었다. 또한 충격력에 있어서는 미드솔의 강도가 영향을 주지 않았지만, 부드러운 미드솔이 부하율을 감소시켜주는 효과가 나타났다.
미드솔 경도에 따라 최대 충격력은 유의한 차이가 나타나지 않았지만, 부하율에서는 유의한 차이가 나타났다(Table 4). 부드러운 미드솔이 중간 미드솔과 딱딱한 미드솔에 비하여 부하율이 낮은 것으로 나타났다(p=0.
미드솔 경도에 따라 최대 충격력은 유의한 차이가 나타나지 않았지만, 부하율에서는 유의한 차이가 나타났다(Table 4). 부드러운 미드솔이 중간 미드솔과 딱딱한 미드솔에 비하여 부하율이 낮은 것으로 나타났다(p=0.026, p=0.001).
04). 사후 검증을 통하여 집단 간의 차이를 확인한 결과, Medium은 Soft에 비하여 통계적으로 높은 결과를 보였다(p=0.016).

후속연구

또한 충격력에 있어서는 미드솔의 강도가 영향을 주지 않았지만, 부드러운 미드솔이 부하율을 감소시켜주는 효과가 나타났다. 추후 연구에서는 신발 미드솔의 경도에 따른 스트라이드 길이의 변동성, 하지 근육들의 피로를 더욱 명확하게 확인하기 위하여 실험 참여자의 수뿐만 아니라 실제 신체가 충분한 피로를 느낄 수 있는 실험 프로토콜의 수행 시간 또는 강도를 증가시킬 필요가 있어 보이며, 피로 전 상황부터 일정 시간 동안의 변화 추이를 살펴보는 것 또한 요구된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	런닝화의 역할은 무엇인가?	런닝화는 이러한 충격력을 완화시켜 신체 고유의 자연 충격흡수제(뒤꿈치 패드, 뼈, 근육)가 받는 부하를 줄여주는데(Clarke,Frederick & Cooper, 1983), 특히 신발 내 미드솔의 충격 완화기능이 반복적인 충격력에 의한 과사용 손상을 예방하는데 도움을 준다고 보고하고 있다(Meardon, Willson, Kernozek, Duerst& Derrick, 2018). Nigg, Hintzen & Ferber (2006)와 Ryu (2018)의연구에 따르면, 적절한 쿠션의 미드솔은 발에 가해지는 충격을 흡수하는데 도움이 되고, 충격력을 2/3 수준으로 감소시킬 수 있다고 보고하였다.
	장시간의 운동 수행으로 인한 피로는 무엇에 영향을 미치는가?	중장거리 달리기와 같은 장시간의 운동 수행으로 인한 피로는 중추신경계의 기능 저하에 영향을 미친다. 피로 등에 의해 중추신경계에 신경적인 장애가 발생하면, 보행이나 주행 등의 동작에 변동성이 증가한다(Hausdorff et al.
	부드러운 미드솔의 단점은?	, 2018; Ogston, 2019)과 일치한다. 하지만 이와 반대로, 부드러운 쿠션이 오히려 관절에 부과되는 충격력을 증가시킨다는 연구들도 있다. Kulmala et al. (2018)은부드러운 쿠션의 신발이 달리기 속도가 빨라질수록 신체 중심이동을 불규칙하게 하여 다리를 뻣뻣하게 만들고, 그 결과 충격력과 충격 부하율을 증가시켜 부상의 위험을 증가시킨다고 하였다. 또한 장거리 달리기의 피로 시 쿠션의 변화에 따른 관절의 부하 정도를 나타낸 연구에서는, 부드러운 신발이 지지 구간에서 각 하지 관절들의 가동 범위를 증가시켜 피험자의 하지 관절 부하 증가에 기인하였다고 한다(Weir et al.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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