리듬체조 수직 점프 시 슈즈의 깔창 유무에 따른 수직 지면반력과 하지관절각의 차이

Abstract

본 연구의 목적은 리듬체조 수직 점프 시 슈즈의 깔창 유무에 따른 지면반력 변인과 관절각의 차이를 밝히고 그들 간의 상관관계를 분석하여 가장 이상적인 점프 유형과 이에 영향을 주는 운동학적·운동역학적 변인을 밝히는데 있다. 본 연구의 피험자는 리듬체조 국가대표 선수 10명을 선정하였다. 충격력과 능동적 힘을 분석하기 위해 지면 반력기를 사용하였으며, 관절각을 분석하기 위해 6㎜ 비디오카메라를 사용하였다. 지면반력 변인은 도약기(take off phase), 체공기(flight time), 착지기(landing phase)로 나누었다. 도약기는 도약기의 역적, 체공기는 체공시간 그리고 착지기는 충격변인과 능동적 변인으로 구분하였다. 충격 정점 수(number of passive impact peak), 최대 충격 정점 크기(maximum passive peak impact value), 최대 수동적 부하율(maximum active impact loading rate), 충격 역적(passive impact impulse)으로 구분하였고 능동적 정점 수(number of active peak), 최대 능동적 정점 크기(maximum active peak value), 최대 능동적 부하율(maximum passive impact loading rate), 능동적 역적(active impulse)을 분석하였다. 측정을 통하여 얻어진 변인들은 상관분석(pearson's correlation coefficient)을 통해 상관관계를 보았으며 집단 간의 차이는 일원변량분석(one-way ANOVA)을 하였으며 tukey에 의해 사후검증을 실시하였다. 1. 리듬체조 수직 점프 착지 시 슈즈의 깔창 유무에 따른 지면반력 분석에서 착지기의 충격 변인중 하나인 충격 정점 수(number of passive impact peak)에서만 통계적으로 유의한 차이(p<0.05)를 보였다. 따라서 슈즈에 깔창을 삽입한 것이 충격 정점의 수를 감소시킴을 알 수 있다. 2. 도약기의 능동적 역적은 착지기의 최대 능동적 정점 크기(r=0.584, p<0.01)와 능동적 역적(r=0.543, p<0.01)과 상관관계가 있는 것으로 나타났다. 3. 리듬체조 수직 점프 시 체공시간(flight time)과 최대 충격 부하율(maximum passive impact loading rate)과는 상관관계(r=0.429, p<0.05)가 있으므로 체공시간이 길어지면 최대 충격 부하율도 증가하는 것으로 나타났다. 체공시간을 길게 하면서도 충격 없이 사뿐히 착지 할 수 있는 내·외적 변인에 관한 연구가 필요하다. 4. 착지기의 충격 반응 변인들 간에는 상관관계(r=0.4~0.9, p<0.05, p<0.01)가 있는 것으로 나타났다. 그러므로 충격 정점 수(number of passive impact peak), 최대 충격 정점 크기(maximum passive impact peak value), 최대 충격 부하율(maximum passive impact loading rate), 충격 역적(passive impulse)의 변인들은 충격을 예견할 수 있는 지표가 될 수 있다. 5. 착지기의 능동적 힘의 변인들 간에는 상관관계(r=0.05~0.08, p<0.01)가 높은 것으로 나타나 능동적 정점 수(number of active peak), 최대 능동적 정점 크기(maximum active peak value), 최대 능동적 부하율(maximum active loading rate), 능동적 역적(active impulse)의 변인들은 능동적 힘을 예견할 수 있는 변인으로 타당하다고 할 수 있다. 6. 발끝 착지기의 발목각과 최대 능동적 부하율(r=-0.37, p<0.05), 발끝 착지기의 무릎각과 최대 능동적 부하율(r=-0.38, p<0.05)과는 부적 상관관계가 나타났다. 발뒤꿈치 착지기의 발목각과 최대 능동적 부하율(r=-0.63, p<0.01)과는 부적 상관관계가 나타났다. 무릎각과 발목각이 작아질수록 착지기의 최대 능동적 부하율(maximum active loading rate)은 증가함을 알 수 있었다. 7. 중족골각이 커질수록(발끝으로 착지하면) 무릎각(r=-0.686, p<0.01)과 발목각(r=-0.792, p<0.01)은 감소하여 중족골각에서 충격을 흡수하지 못하게 되므로 대신 무릎과 발목을 구부려서 충격흡수에 기여함을 알 수 있다. 8. 착지 시 엉덩이각과 충격변인들 간에는 음의 상관(r=-0.4, p<0.01)이 있어 착지 시 충격흡수에 기여하는 관절은 엉덩이 관절임을 알 수 있다. 9. 착지 시 발목각, 무릎각은 능동적 힘 부하율과 능동적 역적과 음의 상관(r=-0.6, p<0.01, r=-0.5, p<0.01)이 있어 능동적 힘을 발휘하여 충격에 대응하는 능동적 힘은 발목관절, 무릎관절의 각도를 조절하는 것과 상관이 있음을 알 수 있다. 이상의 결과를 종합하면 다음과 같은 결론을 내릴 수 있다. 일반적으로 점프 시 이지는 강하게 높이하고 착지는 충격을 감소시키기 위해 무게 중심을 낮게 하는 것이 좋다. 반면에 리듬체조에서의 점프는 강하게 굴러서 높이 뛰어오르고, 체공시간을 길게 하는 것은 다른 점프와 같으나 착지 시에는 충격이 적으면서 사뿐히 우아하게, 그러나 무게 중심을 높여 허리를 곧게 수직으로 세워서 발끝으로 착지하는 발끝 연기가 중요하다. 리듬체조 수직 점프에 영향을 미치는 변인들은 다음의 세 가지로 정리 할 수 있다. 첫째, 하지관절각의 측면에서 보면, 발끝으로 착지하게 되면 중족골각이 커지게 되므로 충격을 최소화하기 위해서 무릎과 발목은 중족골각에 대한 보상작용으로 무릎각과 발목각을 작게 하여야 한다. 또한 충격 흡수에 기여하는 엉덩이 관절을 굴곡 시킬 수 있도록 엉덩이관절 굴곡근(Hip Flexor) 강화 훈련이 필요하다고 할 수 있다. 그러므로 착지 시 충격을 최소화하기 위해 관절끼리의 보상 작용 방법을 잘 숙지 시켜야 하며 이는 매우 중요한 사항이다. 둘째, 능동적 힘 발현을 보면, 수직 점프 시 도약기와 착지기의 능동적 힘 발현은 짧은 시간에 큰 힘을 내는 것이 필요하다. 힘부하율과 힘감소율이 높고, 정점을 기준으로 대칭을 이루고 있는 유형이 힘의 비례를 보여주어 우아하고 아름다우면서 연기의 흐름을 빠르게 진행 할 수 있는 리듬체조에 적합한 수직 점프 유형이라 할 수 있겠다. 마지막으로 충격 면에서 보면, 슈즈에 깔창을 삽입하는 것이 충격 정점 수(number of passive impact peak)를 감소시키는 역할을 하므로 선수의 통증이나 상해 예방을 위해서 리듬체조 슈즈에 깔창(insole), 즉 충격 흡수제(shock absorber)를 삽입하는 것을 제안할 수 있다. 특히 리듬체조는 중족골 부분에 충격이 많이 가해지므로 충격흡수제를 그 부분을 중심으로 위치시켜야 한다. 그러면 높은 도약으로 인한 충격을 줄이면서 더욱 안정된 착지를 할 수 있으리라 본다. 본 연구를 통해 나온 결과는 리듬체조 동작의 과학적 규명을 통하여 리듬체조작품이나 훈련 과정에서 발생하는 통증과 상해를 최소화하고 과학적이고 인체 공학적인 리듬체조 슈즈 개발의 기초 자료로 활용될 수 있을 것이다. 또한 과학적 원리에 기초한 양질의 리듬체조 교육과 나아가서 경기력 향상의 효과를 기대할 수 있다. 그러나 본 연구는 수직 점프 수행의 정도를 결정짓는 중요한 변인 중 하나인 근력, 신체조건에 대한 연구와 착지 시 바닥 등의 다양한 조건에 따른 충격력 변화에 대한 연구는 하지 못하였다. 따라서 이에 대한 다각적인 접근과 보다 심층 있는 연구가 앞으로의 과제가 될 것이다.;Ⅰ. Purpose The purpose of this study was to identify kinematic and kinetic factors for optimal performance of vertical jumps for rhythm gymnastics through the analysis of ground reaction force, lower limb angle, and the use of insoles. First, the differences between ground reaction force and lower limb angle (hip, knee and ankle joint angle) according to the use of insoles was analyzed. Second, the relationship between and within vertical ground reaction force variables and lower limb angles was investigated. Ⅱ. Methods Subjects for this study were ten members of the Korean National Rhythmic Gymnastics Team. A 6mm Video camera was used to capture the angle of the lower extremities (hip, knee and ankle) upon landing. The camera was also used to perform a qualitative analysis of the gymnast's movements. Gymnasts performed vertical jumps in bare feet, with shoes, and with shoes with insoles. The Kistler 9281B Force Platform was used to analyze the three stages of vertical jumps: take-off, flight, and landing. Impulse was measured during, take-off, while flight time was recorded for flight, and both impact variables and active force variables were measured for landing. Impact variables included maximum passive peak value, number of passive peaks, maximum passive loading rate, and passive impulse. Active force variables included number of active peaks, maximum active peak value, maximum active loading rate and active impulse. In order to statistically determine the differences in ground reaction force and lower limb angle according to the use of shoes or insoles one-way ANOVA analysis was used. Tukey was used for follow-up analysis. Finally the relationship between ground reaction force and lower limb angle was analyzed through Pearson's correlation. Ⅲ. Results and Discussion A. Amongst the ten variables for ground reaction force during vertical jumps, there was a significant difference according to the use insoles in only one variable, the number of passive peaks. The number of passive peaks was reduced when forefoot insoles were worn. B. There was a correlation between the take-off impulse and the maximum active force peak (r=0.584, p < 0.01) and active impulse (r=0.543, p < 0.01) during landing. C. There was a correlation between flight time and maximum passive loading rate (r=, p,). D. There was a correlation between all impact variables (r=0.4 to r=0.9, p*, p**). Because of the inter-related nature of impact variables, analysis of any single variable can provide adequate information about impact phenomena. E. There was a correlation between all active force variables during landing (r=0.4 to 0.8, p**). Thus, analysis of any single variable can provide adequate information about active force phenomena. F. There was a correlation between knee and ankle angle and maximum active loading rate from toe-landing to heel-landing (r=0.37, p<0.05, r=0.61, p<0.01). G. There was a negative correlation between hip joint and impact variables (r=-0.4, p<0.01) H. There were negative correlations between ankle / knee angle and both active loading rate and active impulse (r=-0.6, r=-0.5, p<0.01) I. Gymnasts who landed with quick, sharp movements possessed high values for maximum loading rate. Ⅳ. Conclusions The use of forefoot insoles reduced the number of passive peaks during landing. Since rhythmic gymnasts subject their bodies to large amounts of stress, it is recommended that all rhythmic gymnasts use forefoot insole to reduce impact forces on the body during landing. Furthermore, bending at the hips, knees and ankles proved to be important. During landing, there was a negative correlation between hip joint angle and impact force. Thus, as hip angle increases, impact force is reduced. Therefore, it can be concluded that rhythmic gymnasts can reduce impact force on their bodies by increasing hip angle during landing. In the knee and ankle, as angle decreases active loading rate increase. An increasing active loading rate signifies rapid, energetic movement both downward and upwards during landing. These quick, sharp landings not only showed high values for maximum active loading rate, but also displayed a nearly symmetrical rate of decay for active force. This might indicate a relationship between both active rate values and active decay rate values. This relationship, as well as angular velocity during these time periods should be investigated further in future studies. Although the aesthetics of rhythmic gymnasts emphasize upright body position after landing, it is critically important for gymnasts to bend at the hips, knees and ankles. While these movements seem contrary to the aesthetics of the sport, when performed rapidly with an equally rapid return to an upright position, the gymnasts are able make their landings seem light and effortless. Analysis of ground reaction forces can help gymnasts balance the reduction impact forces, while preserving the aesthetics of their performances. Furthermore, continued analysis of ground reaction force should focus on helping rhythmic gymnasts optimize their performance of vertical jumps. For example, studying the correlation between active loading rate and active decay rates, as well as studying joint angle during these two different periods can provide a great deal of useful information for future analysis. Finally, future studies should also include a much larger sample size in order to increase the validity of the results.