[논문]착지 시 달리기 속도 증가가 충격 쇼크 흡수에 미치는 영향

Ryu, Jiseon

doi:10.5103/kjsb.2020.30.3.197

착지 시 달리기 속도 증가가 충격 쇼크 흡수에 미치는 영향
The Effect of Increased Running Speed on the Magnitude of Impact Shock Attenuation during Ground Contact 원문보기

한국운동역학회지 = Korean journal of sport biomechanics, v.30 no.3, 2020년, pp.197 - 204

Ryu, Jiseon (Motion Innovation Centre, Korea National Sport University)

Abstract ▼ AI-Helper

Objective: The purpose of this study was to investigate the effect of increased running speed on the magnitude of impact shock attenuation in high frequency (9~20 Hz) at support phase on the treadmill running. Method: Twenty-four healthy male heel-toe runners participated in this study. Average age, height, mass, and preference running speed were 23.43±3.78 years, 176.44±3.38 cm, 71.05±9.04 kg, and 3.0±0.5 m/s, respectively. Three triaxial accelerometer (Noraxon, USA) were mounted to the tuberosity of tibia, PSIS (postero-superior iliac spine), and forehead to collect acceleration signals, respectively. Accelerations were collected for 20 strides at 1,000 Hz during treadmill (Bertec, USA) running at speed of 2.5, 3.0, 3.5, and 4.0 m/s. Power Spectrum Density (PSD) of three acceleration signals was calculated to use in transfer function describing the gain and attenuation of impact shock between the tibia and PSIS, and forehead. One-way ANOVA were performed to compare magnitude of shock attenuation between and within running speeds. The alpha level for all statistical tests was .05. Results: No significant differences resulted for magnitude of the vertical and resultant impact shock attenuation between the tibia and PSIS, and forehead between running speeds. However, significant differences within running speed were found in magnitude of the vertical shock attenuation between tibia and PSIS, tibia and forehead at speed of 2.5, 3.0 m/s, respectively. Conclusion: In conclusion, it might be conjectured that muscles covering the knee and ankle joints and shoe's heel pad need to strengthen to keep the lower extremities from injuries by impact shock at relatively fast running speed that faster than preferred running speed.

주제어

표/그림 (9)

그림 Figure 1. Example of vertical and resultant components of acceleration for an individual in 2.5 km/s running speed.
그림 Figure 2. Example of PSD of vertical and resultant components of acceleration for an individual in 2.5 km/s running speed.
그림 Figure 3. Example of shock attenuation of vertical and resultant components of acceleration for an individual in 2.5 km/s running speed. (Note) V-T2P=tibia to PSIS in vertical component, V-T2H=tibia to head in vertical component, R-T2P=tibia to PSIS in resultant components, R-T2H=tibia to head in resultant components.
그림 Figure 4. Magnitude of shock attenuation of vertical component between running speeds each body position.
그림 Figure 5. Magnitude of shock attenuation of resultant component between running speeds each body position.
표 Table 1. Magnitude of shock attenuation between running speeds each body position
그림 Figure 6. Magnitude of shock attenuation in vertical component within running speeds each body position.
그림 Figure 7. Magnitude of shock attenuation in resultant component within running speeds each body position.
표 Table 2. Magnitude of Shock attenuation within running speeds each body position

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 연구는 달리기 속도 변화에 따라 신체 위치 별 충격 쇼크 흡수의 차이를 규명하는데 그 목적을 두고 수행했다. 달리기 속도 증가에 따라 가속도 수직과 합 성분의 충격 쇼크 흡수 크기는 경골에서 후상장골극 사이와 후상장골극에서 머리 사이 증가하는 경향을 보였지만, 달리기 속도 간(between) 유의한 차이는 확인되지 않았다.
이에 본 연구는 달리기 속도 변화에 따라 신체의 충격 쇼크 흡수 양상이 어떠한 차이를 보이는가를 규명하는데 그 목적을 두었다. 연구 목적을 이루기 위해 다음 내용들에 대해 특별히 관심을 가졌다.

제안 방법

신체에 가속도계를 부착한 후 대상자 들은 3차원 압력판이 장착된 트레드밀(treadmill) (Bertec, USA) 달리기를 수행했다. 2.5, 3.0, 3.5, 4.0 m/s의 달리기 속도에서 3채널 당 샘플 율 1,000 Hz로 수직, 전후, 좌우 3방향의 가속도를 수집했다. 3부위에 부착한 가속도계는 중력의 곱으로 가속도 크기를 계산했으며(9.
첫째, 달리기 시 경골, 후상장골극, 머리 분절에서 3축 가속도 신호를 수집해 이들의 PSD (power spectrum density) 값을 산출했다. 둘째, 경골과 장골 사이의 충격 쇼크 고주파 흡수와 경골과 머리 사이의 충격 쇼크 고주파 흡수 정도를 살펴봤다.
본 연구는 달리기 속도 변화에 따른 충격 쇼크 흡수의 차이를 규명하고자 경골, 후상장골극, 머리 3부위에서 3차원 가속도 신호를 수집해 이들의 PSD (power spectrum density) 값을 산출한 후 전환 함수를 이용해 경골과 후상장골극 사이와 경골과 머리 사이의 충격 쇼크 고주파(9~20 Hz) 흡수 크기 변화를 살펴봤다.
직립 상태에서 각각 경골, 척추, 머리의 장 축 방향과 가속계의 수직 축과 일치시켰다. 신체에 가속도계를 부착한 후 대상자 들은 3차원 압력판이 장착된 트레드밀(treadmill) (Bertec, USA) 달리기를 수행했다. 2.
자료 수집에 앞서 각 대상자들에게 질량이 8.59 g인 3축 가 속도계(Noraxon, USA) 3개를 오른발 내측 복사뼈로부터 약 8 cm 위 경골 조면, 후상장골극(PSIS: postero-superior illiac spine), 이마 중앙의 3부위에 테이프를 이용해 부착한 후(Sinclair, Fau-Goodwin, Richards, & Shore, 2016) 피부 조직의 흔들림 영향을 감소시키기 위해 탄력성이 있는 밴드를 사용해 고정했다(Flynn, Holmes & Andrews, 2004; Holmes & Andrews, 2006).
연구 목적을 이루기 위해 다음 내용들에 대해 특별히 관심을 가졌다. 첫째, 달리기 시 경골, 후상장골극, 머리 분절에서 3축 가속도 신호를 수집해 이들의 PSD (power spectrum density) 값을 산출했다. 둘째, 경골과 장골 사이의 충격 쇼크 고주파 흡수와 경골과 머리 사이의 충격 쇼크 고주파 흡수 정도를 살펴봤다.
, 1998). 충격 흡수 크기는 설정된 고주파수 범위 내 전이 함수 결과를 적분해 정량화 했으며, 모든 값은 수집된 20 스트라이드 중에 2와 10번째 스트라이드에 대해 대상자 별로 산출한 후 평균했다.

대상 데이터

본 연구에 참여한 대상자들은 남자 24명이며, 이들의 평균 나이는 23.43±3.78 years, 평균 신장은 1.76±0.33 m, 평균 신체 질량은 71.05±9.04 kg, 선호 달리기 속도는 3.0±0.5 m/s이다.

데이터처리

달리기 속도에 따라 경골에서 후상장골극, 경골에서 머리까지 충격 쇼크의 흡수 정도를 살펴보기 위해 수직 성분의 PSD와 합 성분 PSD의 평균 전환 함수 크기의 평균값에 대해 Oneway ANOVA 검증을 적용해 속도 간(between), 속도 내(within) 차이를 검증했다. 이 때 유의수준 임계치는 α=.

이론/모형

수집된 가속도 신호는 수직 지면 반력 값에 기초해 10 N 이상을 힐 스트라이크로 10 N 이하를 이지 순간으로 간주해 지지국면을 구분한 다음, 이들 신호의 크기에 힐 스트라이크 순간부터 10 프레임까지의 신호 크기의 평균값을 빼서 신호의 직류 성분을 제거했다(Ryu & Lim, 2015). 그런 다음 신호의 잡음을 제거하기 위해 저역 통과 Butterworth 4차 필터 방법을 이용해 필터링 처리했다. 이 때 차단 주파수는 PSD (power spectrum density)의 누적율이 99.
, 2016). 차단 주파수를 찾기 위한 PSD와 실제 신호의 PSD 값 산출은 Welch 방법(Welch, 1967)을 활용했다. PSD 산출 시 zero-padding은 1024까지 적용되었으며, window는 rectangular window 함수를 활용했다(Park & Ryu, 2020).

성능/효과

3.0 m/s 달리기 속도에서 또한 경골에서 머리까지 흡수된 크기는 경골에서 후상장골극까지 흡수된 크기보다 평균 27% 더 흡수되어 유의한 차이를 보였다(p<.05).
달리기 속도 내 충격 흡수의 양상을 살펴본 본 연구 결과 비교적 느린 달리기 속도에서는 경골에서 머리로 올라갈수록 수직 성분의 충격 쇼크 흡수 크기는 증가했지만, 선호 달리기 속도보다 빠른 속도인 3.5와 4.0 m/s 달리기에서는 충격 쇼크 흡수 크기는 유의하게 증가하지 않았다. 즉 선호 달리기 속도 이하인 비교적 느린 달리기 속도에서는 상 · 하체 유의한 차이 없이 거의 균등하게 충격 쇼크를 흡수했지만, 빠른 달리기에서는 주로 하체에서 이루어지고 있었다.
달리기 속도 증가에 따라 가속도 수직과 합 성분의 충격 쇼크 흡수 크기는 경골에서 후상장골극 사이와 후상장골극에서 머리 사이 증가하는 경향을 보였지만, 달리기 속도 간(between) 유의한 차이는 확인되지 않았다. 달리기 속도 내 충격 흡수의 양상을 살펴본 본 연구 결과 선호 달리기 속도 이하인 비교적 느린 달리기 속도에서는 경골에서 머리로 올라갈수록 수직 성분의 충격 쇼크 흡수 크기는 증가했지만, 선호 달리기 속도보다 약간 빠른 달리기 속도에서는 유의한 차이를 보이지 않았다. 이런 결과를 바탕으로 다음과 같은 결론을 얻었다.
본 연구는 달리기 속도 변화에 따라 신체 위치 별 충격 쇼크 흡수의 차이를 규명하는데 그 목적을 두고 수행했다. 달리기 속도 증가에 따라 가속도 수직과 합 성분의 충격 쇼크 흡수 크기는 경골에서 후상장골극 사이와 후상장골극에서 머리 사이 증가하는 경향을 보였지만, 달리기 속도 간(between) 유의한 차이는 확인되지 않았다. 달리기 속도 내 충격 흡수의 양상을 살펴본 본 연구 결과 선호 달리기 속도 이하인 비교적 느린 달리기 속도에서는 경골에서 머리로 올라갈수록 수직 성분의 충격 쇼크 흡수 크기는 증가했지만, 선호 달리기 속도보다 약간 빠른 달리기 속도에서는 유의한 차이를 보이지 않았다.
달리기 시 선정된 속도 내(within) 경골에서 후상장골극까지와 경골에서 머리까지의 충격 쇼크 흡수 크기를 비교한 결과 수직 성분의 경우 2.5 m/s 달리기 속도에서는 경골에서 머리까지 흡수된 크기는 경골에서 후상장골극까지 흡수된 크기보다 평균 41% 더 흡수되어 유의한 차이를 보였다(p<.05).
Park, Yoon & Ryu (2016)들은 평지 달리기와 내리막 달리기의 충격 쇼크 고주파 흡수 크기와 하지 관절의 굴신 동작과의 관계 정도를 규명한 연구에서 충격 쇼크의 고주파 흡수 크기는 무릎의 굴신 동작이 클수록 증가했다고 보고했다. 발목 관절의 굴신 동작 크기와 충격 흡수 크기와는 평지와 내리막 7도 경사 달리기에서는 별다른 상관이 없었으나, 내리막 경사도가 큰 15도에서는 상관관계가 높았다고 주장했다.
본 연구 결과 달리기 속도 증가에 따라 가속도의 수직과 합성분의 충격 쇼크 흡수 크기는 경골에서 후상장골극 사이와 후상장골극에서 머리 사이(경골에서 머리까지 - 경골에서 후상장골극)에 증가하는 경향을 보였지만, 달리기 속도 간(between) 유의한 차이는 확인되지 않았다. 달리기 시 발이 지면에 접촉할 때 마다 발생하는 충격 쇼크 파는 하지를 통해 머리로 전달된다(Derrick et al.
본 연구 결과 합 성분 충격 쇼크 흡수 비율은 경골에서 후상장골극 사이와 후상장골극에서 머리 사이 모두 수직 성분 충격 쇼크 흡수에 비해 낮게 흡수되었다. 이와 같은 결과는 충격 쇼크 파의 전후와 좌우 성분은 신체의 수직 운동과 달리 흡수되지 않고 대부분 신체 외부로 분산된 결과 때문인 것으로 판단된다.
합 성분의 충격 쇼크 크기의 달리기 속도 내 차이는 모든 속도 조건에서 경골에서 후상장골극까지 보다 경골에서 머리 범위에서 더 흡수되었지만, 이들 신체 위치 간 충격 쇼크 크기는 통계적으로 유의한 차이는 나타나지 않았다. 본 연구에 선정된 달리기 속도 전반에 걸쳐 합성분의 가속도 충격 쇼크는 수직 성분의 충격 쇼크 흡수보다 낮은 비율을 보였다.
분석 결과에 의하면, 달리기 시 선정된 속도 간(between) 수직 충격 쇼크의 흡수 크기는 경골에서 후상장골극까지 달리기 속도 증가에 따라 비례적으로 증가했지만, 통계적으로 유의한 차이는 확인되지 않았다. 또한 경골에서 머리까지 달리기 속도에 따라 전반적으로 증가하는 경향을 보였지만, 역시 유의한 차이는 확인되지 않았다.
또한 경골에서 머리까지 달리기 속도에 따라 전반적으로 증가하는 경향을 보였지만, 역시 유의한 차이는 확인되지 않았다. 수직, 전후, 좌우 방향의 합 충격 쇼크의 흡수 크기는 경골에서 후상장골극까지와 경골에서 머리까지 두 신체 위치 범위에서 또한 달리기 속도 증가에 따라 증가했지만 수직 성분의 쇼크 흡수 크기와 같이 달리기 속도 간 유의한 차이는 보이지 않았다.
(1998)은 충격 쇼크 흡수는 스트라이드 빈도가 감소됨과 동시에 스트라이드 길이가 증가함에 따라 증가 한다고 주장했다. 이런 선행 연구 주장에 기초해 본 연구 결과도 충격 쇼크 흡수 크기는 달리기 속도 증가에 따라 유의하게 증가할 것으로 예측되었지만, 단지 속도 증가에 따라 선형적인 경향만 보였다. 이와 같은 본 연구 결과는 트레드밀에서 20초 동안 달릴 수 있는 속도를 최대 달리기 속도로 간주해 이를 기준으로 50~100%의 속도 범위에 걸쳐 경골에서 머리까지 충격 쇼크 흡수 크기를 남성 8명을 대상으로 관찰한 결과, 달리기 속도와 쇼크 흡수 크기는 선형적으로 증가했다는 Mercer et al.
0 m/s에 비해 보다 컸다. 이와 같이 비교적 느린 달리기 속도에서는 경골에서 머리로 올라갈수록 충격 쇼크 흡수 크기는 증가했지만, 선호 달리기 속도보다 빠른 속도인 3.5와 4.0 m/s 달리기에서는 충격 쇼크 흡수 크기는 유의하게 증가하지 않았다. 합 성분의 충격 쇼크 크기의 달리기 속도 내 차이는 모든 속도 조건에서 경골에서 후상장골극까지 보다 경골에서 머리 범위에서 더 흡수되었지만, 이들 신체 위치 간 충격 쇼크 크기는 통계적으로 유의한 차이는 나타나지 않았다.
05). 즉 경골에서 머리까지 흡수된 충격 쇼크 비율은 경골에서 후상장 골극에서 59% 흡수되고, 후상장골극에서 머리까지 평균 41% 정도 흡수되었다. 3.
05). 즉 경골에서 후상장골극까지 평균 73% 흡수되고, 후상장골극에서 머리까지 평균 27% 흡수되었다. 그러나 3.
0 m/s 달리기에서는 충격 쇼크 흡수 크기는 유의하게 증가하지 않았다. 합 성분의 충격 쇼크 크기의 달리기 속도 내 차이는 모든 속도 조건에서 경골에서 후상장골극까지 보다 경골에서 머리 범위에서 더 흡수되었지만, 이들 신체 위치 간 충격 쇼크 크기는 통계적으로 유의한 차이는 나타나지 않았다. 본 연구에 선정된 달리기 속도 전반에 걸쳐 합성분의 가속도 충격 쇼크는 수직 성분의 충격 쇼크 흡수보다 낮은 비율을 보였다.

후속연구

이런 결과를 바탕으로 다음과 같은 결론을 얻었다. 선호 속도보다 빠른 달리기 시 충격 쇼크로부터 신체를 보호하기 위해서는 하지 관절을 이어주는 하지 근 강화 훈련, 적절한 운동화 힐 패드 구축, 유연한 무릎 관절의 굴신 운동을 위한 훈련 등을 고려해야 할 것으로 판단된다.
이와 같은 결과는 충격 쇼크 파의 전후와 좌우 성분은 신체의 수직 운동과 달리 흡수되지 않고 대부분 신체 외부로 분산된 결과 때문인 것으로 판단된다. 신체 부착 가속도 방향과 신체 움직임 방향을 정확하게 일치시키는 문제만 해결된다면 향후 방향 별 충격 쇼크 흡수 정도를 분석해 달리기 부상과의 관계를 규명하는 연구가 또한 필요하리라 본다.
향후 본 연구와 관련된 연구를 확장 수행하기 위해서는 충격 쇼크 흡수와 신체 관절 별 자유도 및 근 활성화와의 관계 정도를 분석할 필요성을 제언하고자 한다.
이는 선정된 달리기 속도 조건, 샘플 수, 달리기 속도 차에 따른 경골과 장골극, 머리의 PSD 등의 차이에서 야기된 결과로 보여 진다. 향후 이들 관계를 실증적으로 밝히기 위해서는 보다 확장된 대상자, 최대 달리기 속도를 포함한 다양한 달리기 속도, 달리기 속도에 따른 관절과 분절의 기하학 및 근 활성화 등을 고려한 충격 쇼크 흡수 크기를 규명할 필요가 있다고 판단된다. 본 연구에 선정된 달리기 속도 조건 내에서 빠른 달리기 속도는 느린 달리기 속도보다 충격 쇼크로 인해 척추 부상의 위험과 관절과 연골 퇴화의 위험을 증가시킬 수 있다(Mizrahi 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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