발 교정구(Foot Orthotics)를 착용한 걷기운동이 발, 자세, 압력분포, 균형 및 통증에 미치는 영향

Abstract

Ⅰ. Purpose The purpose of this study was to investigate the effects of custom orthotics on foot biomechanics, posture, pressure, balance, and pain. Ⅱ. Methods Twenty-five female college student volunteers used the custom (Triple Pod System) orthotics with forefoot varus / vulgus wedge to correct foot biomechanics, posture asymmetry, pressure distribution, fore & back / lateral & medial balance, and relieve pain. These orthotics were used for at least one hour a day over a 10 weeks period. Foot biomechanics, posture, pressure, balance, and pain were all used as indicators for body asymmetry. An angulometer (Biomechanics Co., Korea) was used to measure biomechanic parameters. Foot biomechanics consisted of six parameters: inversion of subtalar joint, eversion of the subtalar joint, neutral subtalar position, angle of forefoot deviation from heel, resting calcaneal stance position, standing pelvic level. Posture was evaluated with a reference board under three conditions ―barefoot, using shoes without orthotics, using shoes with orthotics. In the sagittal plane distance from the vertical centerline was measured at the earlobe, shoulder joint, elbow, and knee. In the coronal plane, angle of horizontal deviation was measured at the earlobe, shoulder joint, bottom of the scapula, and fingertip (middle finger). A pressure plate (Biomechanics Co., Corea.) was used to evaluate pressure variables barefeet, using shoes without orthotics, and using shoes with orthotics. First, maximum forefoot/heel pressure, and forefoot / heel pressure percentage were measured for both the left and right foot. In addition, a composite measurement of average pressure, and total pressure was taken for both feet. Balance was evaluated under three conditions (barefoot, shoes without orthotics, shoes with orthotics) using the MTF balance board in both the anterior / posterior plane as well as the laterally. The balance board consists of five concentric circles, with the middle circle labeled "one" and the outermost circle labeled "five."The more time a subject can spend in region one, the better their balance. Discomfort and pain was measured via three questionnaires. The first questionnaire focused on daily life covering disparate categories such as confidence, sleeping, digestion, and depression. The next questionnaire was used to evaluate pain throughout the body. Using a chart, subjects evaluated pain in different parts of their body with a five-point scale. Differences in pretest and post-test measurements under three conditions ―barefoot, using shoes without orthotics, using shoes with orthotics were evaluated via the ANOVA and Sheffe as post hoc. Dfferences in pretest and post-test measurements were evaluated via the paired t-test, using SAS programming with repeated measure design. Ⅲ. Results and Discussion There were significant differences in posture, pressure, balance, and discomfort and pain by the end of the test period. A. Foot Biomechanics There were significant differences between the right and left foot both pre- and post-test. However, there were no significant differences between pretest foot biomechanics and post-test results. 1. Pre-test differences, right and left. There were pre-test differences between all five variables (Inversion; t=-4.35, p<.01, Eversion; t=5.52, p<.01, NP; t=-4.35, FFR; t=7.15, p<.01, RCSP; t=-4.39, p<.01) in the right and left foot, showing a great deal of foot asymmetry. 2. Post-test differences, right and left Significant differences existed between all five variables (Inversion; t=-4.25, p<.01, Eversion; t=5.03, p<.01, NP; t=-4.25, FFR; t=7.52, p<.01, RCSP; t=-4.39, p<.01) the right and left foot even after treatment. 3. Pre and Post test differences, right and left There were no significant differences between any of the six pre- and post test variables in either the right or left foot showing that orthotics were not effective in changing foot biomechanics. B. Posture Posture was evaluated with a reference board. In the sagittal plane distance from the vertical centerline was measured at the earlobe, shoulder, elbow, and knee. In the coronal plane, angle of horizontal deviation was measured at the earlobes, shoulders, scapulae, and fingertips. 1.Pre-test immediate effect sagittal plane, There was a correlation between Barefoot and Shoes without orthotics and Shoes with orthotics from earlobe(F=3.46, p<.05), shoulder(F=3.77, p<.05). 2.Post-test effect sagittal plane, There was a correlation between Barefoot and Shoes without orthotics and Shoes with orthotics from earlobe(F=5.12,p<.01), shoulder(F=6.31,p<.01), elbow(F=3.91, p<.05). 3. Pre and Post test differences, Barefoot a. Sagittal Plane There were significant differences at the earlobe, pre- and post-test (t=2.40, p<.05), with subjects adopting a more upright posture by the end of the test period. b. Coronal Plane There were no significant differences in any category pre- and post test. 4. Pre and Post test differences, Shoes without orthotics a. Sagittal Plane By the end of the test period, subjects stood more upright, with significant differences at the earlobe (t=2.33, p<.05) and elbow (t=2.91, p<.01). b. Coronal Plane There were no significant differences in any category pre- and post test. 5. Pre and Post test differences, Shoes with orthotics a. Sagittal Plane By the end of the test period, subjects improved their posture, demonstrating significant differences in the earlobe (t=33.01, p<.01), shoulder joint (t=28.71, p<.05), and elbow (t=38.76, p<.05). b. Coronal Plane At the end of the test period, there were no significant differences in asymmetry. B. Pressure 1. Pre-test immediate effect Pressure, There was a correlation between Barefoot and Shoes without orthotics and Shoes with orthotics from right forefoot pressure(F=4.41,p<.05), right rare foot pressure(F=3.58,p<.05). 2. Post-test effect Pressure, There were negative correlations between Barefoot and Shoes without orthotics and Shoes with orthotics. 3. Pre and Post test There were no significant differences pre- and post test for barefeet or shoes without orthotics. Subjects showed a significant decrease in average pressure (t=2.52, p<.05) and total pressure (t=2.31, p<.01) in the left foot while wearing shoes with orthotics. In the right foot, there was only a significant decrease in the total amount of pressure (t=2.51, p<.05) while wearing shoes with orthotics. C. Balance For all categories (barefoot, shoes without orthotics, and shoes with orthotics), there were no significant differences pre- and post test in the anterior / posterior plane. 1. Barefoot There was an increase in balance at regions one (t=-3.54, p<.01) and two (t=-2.22, p<.05), and decrease of time at region five by the end of the test period (t=5.30, p<.01). Thus, subjects improved their overall balance (t=4.36, p<.01). 2. Shoes without Orthotics There were significant improvements for regions one (t=-2.19, p<.05), two (t=-2.06, p<.05) and three (t=-2.53, p<.01), while the values at region five (t=4.03, p<.01) diminished significantly. Overall balance changed significantly (t=3.14, p<.01). 3. Shoes with Orthotics Balance increased significantly at regions one (t=-3.05, p<.01) and two (t=-3.70, p<.01), while values at region five decreased (t=4.02, p<.01). Overall balance improved significantly (t=3.14, p<.01) by the end of the test period. D. Discomfort 1. Daily Life Subjects reported a decrease in heaviness in their neck (t=-5.14, p<.01), shoulders (t=-7.86, p<.01), back (t=-3.12, p<.01), lower back (-4.18, p<.01), pelvis (t=-3.29, p<.01), wrists (t=-2.82, p<.01) and knees (t=-3.22, p<.01). They also reported diminished tightness in their head (t=-2.31, p<.05), neck (t=-4.13, p<.01), shoulders (t=-3.40, p<.01), pelvis (t=-2.11, p<.01), knees(t=-2.19, p<.01), and toes (t=-2.06, p<.01). Pain decreased in the head (t=-3.80, p<.01), neck (t=-5.48, p<.01), shoulders (-4.99, p<.01), back (t=-2.98, p<.01), lower back (t=-4.09, p<.01), pelvis (t=-2.09, p<.01), and knees (t=-2.39, p<.01). Ⅳ. Conclusion Although foot biomechanics remained unchanged by the end of the test period, other variables were positively influenced by orthotic use. It is possible that the brief test period made it difficult to bring about a lasting effect on foot biomechanics. The results for foot pressure may allude to the mechanism of orthotics. Orthotics might engage more muscles of the lower andupper body, resulting not only in decreased foot pressure, but also improved balance, and posture. Future studies should incorporate an EMG in order to verify this hypothesis. Furthermore, these studies should utilize a control group in order to more accurately evaluate the results.;본 연구의 목적은 발 교정구(Orthotics)를 착용한 걷기운동이발, 자세, 압력분포, 균형 및 통증에 미치는 영향을 규명하는 것이다. 피험자는 최근 1년간 근 골격계 질환이 없고, 본 실험에 자발적으로 참여한 서울 소재의 여대생 25명을 대상으로 하였다. 발 교정구는 현재 판매되고 있는 B사의 폴리우레탄으로 만든 기성의 연성 발 보조기에 피험자의 회내·회외 양을 고려하여 내·외측에 1~2˚의 웨지(wedge)를 부착한 후, 걷기 운동은 주 6회, 60분 이상, 10주 동안 실시하였다. 발/발목부위의 생체 역학적 측정은 거골하관절(subtalar joint)의 내번각(inversion), 외번각(eversion), 중립각(neutral position angle), 후족에 대한 전족의 각도(forefoot angle to rearfoot), 기립 시 종골각(resting calacneal stance position, RCSP)으로 측정하였다. 측면자세에서는 복사뼈(malleolus)를 중심으로 수직선을 그어 귀불(earlobe), 어깨뼈끝(acromiale), 경골 외측(tibiale laterale)의 사이간 거리(mm)를 구하고, 후면에서는 수평선에서의 귀불(earlobe), 어깨뼈끝(acromiale), 견갑골 하단부(subscapulare), 손끝(dactylion)의 좌, 우의 기울임( °)을 측정하였다. 발의 압력 분포는 족압 측정기(TPScan. 바이오메카닉스)를 이용하여 보행 시 발의 평균 압력, 전·후족부의 최고 압력, 압력의 분포 차이를 측정하였다. 균형능력검사(My Fitness Trainer: MFT ⓡ Back Fit Board)는 전후방향, 좌우방향의 균형 능력을 측정하였다. 설문지검사는 부위별 무거움, 뻣뻣함, 통증과 착용감을 설문조사하였다. 연구의 자료처리는 Window용 SPSS 12.0 통계프로그램을 활용하여 일원변량분석(ANVOA)을 실시하여 걷기 운동처치 전 발 교정구 착용유무에 따른 종속변인들의 즉각적인 차이, 발 교정구 착용 걷기 운동 처치 후 교정구의 적응에 대한 종속변인들의 차이를 규명하였고, 피험자내 설계(within subject design)를 통하여 Paired t-test를 실시하여 발 교정구를 착용한 걷기 운동처치 전과 후의 종속변인들의 차이를 규명하였다. 유의수준은 p<.05로 설정하였다. 결과 A. 걷기 운동처치 전의 발 교정구 착용유무에 따른 즉각적인 차이 1. 발/발목 생체 역학적 검사에서는 좌우측의 차이는 거골 하관절의 내번각(t=-4.35,p<.01), 외번각(t=5.52,p<.01), 중립각(t=-4.35,p<.01), 후족부에 대한 전족부의 각도 비교(t=7.15,p<.01), 기립 시 종골각(t=-4.39,p<.01)에서 통계적으로 유의한 차이가 있어 좌측과 우측의 비대칭을 알 수 있다. 2. 자세 2-1) 측면 자세에서 거리 차이를 비교해 보면 발 교정구를 착용한 조건이 맨발이나, 발 교정구를 미착용한 조건에서보다 측면귀불(F=3.46, p<.05), 어깨뼈 끝(Ｆ=3.77, p<.05)까지의 거리가 가장 짧게 나타나, 발 교정구 착용이 측면 자세교정에 효과적임을 알 수 있다. 2-2) 후면 자세에서는 맨발, 발 교정구를 미착용한 조건, 발 교정구를 착용한 조건 모두에서 통계적으로 유의한 차이가 없었다. 3. 발의 압력 분포에서는 전족 오른발(F=4.41, P<.05), 후족 왼발(F=3.58,p<.05)과 오른발(F=4.53,p<.05)에서 맨발의 조건이 발 교정구 착용에 상관없이 크게 나타나, 신발 착용이 족압을 줄여줄 수 있음을 알 수 있다. 그러나 발 교정구를 착용한 조건과 발 교정구를 미착용한 조건 간에 유의한 차이를 나타내지 않아 발 교정구 착용 유무에 따른 압력 분포의 즉각적인 차이는 나타나지 않았음을 알 수 있다. 4. 균형 능력에서는 좌우 균형능력 총점(F=3.72, P<.05), 앞뒤 균형능력 총점(F=5.36, P<.01)에서 발 교정구를 착용한 직후 가장 좋게 나타나 발 교정구 착용이 좌우, 앞뒤 균형능력에 즉각적인 효과가 있음을 알 수 있다. B. 발 교정구를 착용한 걷기 운동 처치 후 발 교정구 착용 유무에 따른 차이 1. 발/발목 생체 역학적 검사에서는 좌우측의 차이는 거골하 관절의 내번각(t=-4.35,p<.01), 외번각(t=5.03,p<.01), 중립각(t=-4.25,p<.01), 후족부에 대한 전족부의 각도 비교(t=7.52,p<.01), 기립 시 종골각(t=-4.39,p<.01)에서 통계적으로 유의한 차이가 있어 10주 동안의 발 교정구 착용 걷기 운동처치 후에도 좌측과 우측의 비대칭이 남아있어 10주간의 착용기간이 발의 생체 역학적 구조를 변경시키지 못했음을 알 수 있다. 2. 자세 2-1) 측면 자세에서 거리 차이를 비교해 보면 발 교정구를 착용한 조건이 맨발이나, 발 교정구를 미착용한 조건에서보다 측면귀불(F=5.12, p<.01), 어깨뼈 끝(Ｆ=6.31, p<.01), 팔꿈치(F=3.91, p<.05)까지의 거리가 가장 짧게 나타나, 교정구를 착용한 조건이 자세 측면 교정에 효과적이며, 10주 동안의 걷기 운동 처치 기간이 있었음에도 불구하고 측면 자세는 아직도 교정되고 있는 중이며, 10주 동안의 운동 처치 기간이 측면 자세 교정에 짧았음을 알 수 있다. 2-2) 후면 자세에서는 맨발, 발 교정구를 미착용한 조건, 발 교정구를 착용한 조건 모두에서 통계적으로 유의한 차이가 없었다. 3. 보행 시 압력 분포에서는 맨발, 발 교정구를 미착용한 조건, 발 교정구를 착용한 조건 간에 유의한 차이가 없었다. 4. 좌우, 앞뒤의 균형 능력에서는 맨발, 발 교정구를 미착용한 조건, 발 교정구를 착용한 조건 간에 유의한 차이가 없었다. 그러므로 10주 동안의 발 교정구 착용 걷기 운동은 발의 좌우측 비대칭과 측면자세를 교정하기에는 짧은 기간이나, 압력 분포, 좌우 균형 능력에는 효과적이어서, 맨발과 발 교정구를 착용하지 않은 상태에서도 적응이 되었다고 말 할 수 있겠다. C. 걷기운동처치 전, 후의 차이 10주간의 발 교정구 착용 걷기 운동 처치가 발 교정구를 벗은 맨발이나 발 교정구 미착용 시에도 그 효과가 지속적인가를 분석하였다. 1. 발/발목 생체 역학적 검사에서는 좌측(L)과 우측(R)의 거골 하관절의 내번각, 외번각, 중립각, 후족부에 대한 전족부의 비교(FFR), 기립 시 종골각(RCSP)에서 걷기운동 전후 차이가 통계적으로 유의한 차이가 없어 10주간의 발 교정구 착용 걷기 운동이 발의 생체 역학적 구조를 바꾸지 못했음을 알 수 있다. 2. 자세 2-1) 맨발의 측면 귀불(t= 2.40, p<.05)에서 발 교정구 착용 걷기 운동 처치 전 후에 차이가 있어 목이 앞으로 기울인 자세가 향상되었음을 알 수 있었다. 후면에서는 통계적으로 유의한 차이가 없었다. 2-2) 발 교정구를 미착용한 조건의 자세에서 걷기운동 전후차이는 측면에서 귀불(t=2.33, p<.05)과 팔꿈치(t=2.90, p<.01)에서 유의한 차이가 있어 앞으로 기울인 자세가 향상되었음을 알 수 있다. 후면에서는 통계적으로 유의한 차이가 없었다. 2-3) 발 교정구를 착용한 조건의 자세에서 걷기운동 전후차이는 측면에서 귀불(t=33.01, p<.01), 어깨뼈끝(t=28.71, p<.05), 팔꿈치(t=38.76,p<.05)에서 유의한 차이가 있어 앞으로 기울인 자세가 향상되었음을 알 수 있었다. 후면에서는 통계적으로 유의한 차이가 없었다. 3. 보행 시 압력분포 3-1) 맨발의 보행 시 압력분포에서 걷기운동 전후차이는 왼발과 오른발의 전족, 후족 최고압력, 압력 분포에서는 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았다. 3-2) 발 교정구를 미착용한 조건의 보행 시 압력분포에서 걷기운동 전후차이는 왼발과 오른발의 전족, 후족 최고압력, 압력 분포에서는 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았다. 3-3) 발 교정구를 착용한 조건의 보행 시 압력분포에서 걷기운동 전후차이는 왼발의 전족 최고압력(t=2.60, p<.05), 평균압력(t=2.51, p<.05)이 감소하였다. 4. 균형능력 4-1) 맨발의 균형능력에서 걷기운동 전후차이는 좌·우에서 구역1(t=-3.54, p<.01), 구역2(t=-2.22, p<.05), 구역5(t=5.30 ,p<.01), 총 점수(t=4.36, p<.01)에서 좌·우 균형능력이 증가하였으나, 앞·뒤에서 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았다. 4-2) 발 교정구를 미착용한 조건의 균형능력에서 걷기운동 전후차이는 좌·우에서 구역1(t=-2.19, p<.05), 구역2(t=-2.06, p<.05), 구역3 (t=-2.53, p<.05), 구역5(t=4.03 ,p<.01), 총 점수(t=3.14, p<.01)에서 좌·우 균형능력이 증가하였으나, 앞·뒤에서는 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았다. 4-3) 발 교정구를 착용한 조건의 균형능력에서 걷기운동 전후차이는 좌·우에서 구역1(t=-3.05, p<.01),구역2(t=-3.70, p<.01), 구역5(t=4.02 ,p<.01), 총 점수(t=3.14, p<.01)에서 좌·우 균형능력이 증가하였으나, 앞·뒤 균형에서는 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았다. 5. 일상생활 불편증 설문지 일상생활 불편증 검사에서는 걷기운동전후 목이 무거움(t=-5.14, p<.01), 어깨가 무거움(t=-7.86, p<.01), 손목이 무거움(t=-2.82, p<.01), 등이 무거움(t=-3.12, p<.01), 허리가 무거움(t=-4.18, p<.01), 골반이 무거움(t=-3.29, p<.01), 무릎이 무거움(t=-3.22, p<.01), 머리가 뻣뻣함(t=-2.31, p<.05), 목이 뻣뻣함(t=-4.13, p<.01), 어깨가 뻣뻣함(t=-3.40, p<.01), 골반이 뻣뻣함(t=-2.11, p<.05), 무릎이 뻣뻣함(t=-2.19, p<.01), 발가락이 뻣뻣함(t=-2.06, p<.05), 머리에 통증(t=-3.8, p<.01), 목에 통증(t=-5.48, p<.01), 어깨에 통증(t=-4.99,p<.01), 등에 통증(t=-2.98, p<.01), 허리에 통증(t=-4.09, p<.01), 골반에 통증(t=-2.09, p<.05), 무릎에 통증(t=-2.39, p<.05), 발 교정구를 착용한 조건에서 착용감(t=-4.50, p<.01), 조임(t=-3.93, p<.01), 쿠션성(t=-2.66, p<.05)에서 통계적으로 유의한 차이를 보여 발 교정구를 착용한 걷기 운동이 일상생활 불편증에도 효과적임을 알 수 있다. 이상의 결과를 종합하면 다음과 같은 결론을 내릴 수 있다. 발 교정구를 착용한 걷기운동에 참여한 여대생의 생체 역학적 특징은 거골하 관절의 비대칭, 기립 시 종골각의 비대칭으로 우측의 종골각이 좌측에 비해 덜 외반(valgus)된 경향을 보였고, 후족에 대한 전족각의 비대칭, 전족 내반(forefoot varus)을 들 수 있겠다. 걷기 운동처치 전, 후의 생체 역학적 검사에서 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않은 것은 걷기운동 처치 기간이 짧아 발의 구조적 변화에 까지 영향을 주지 못한 것으로 사료된다. 발 교정구 착용 이외에 발을 교정할 수 있는 운동처치의 효과에 관한 연구는 추후 과제로 한다. 그러나 발 교정구를 착용한 걷기운동이 측면 자세, 좌·우 균형능력, 일상생활 불편증에 효과가 있다는 긍정적인 결론을 내릴 수 있을 것이다. 또한 10주 동안의 발 교정구를 착용한 걷기운동은 발의 압력분포, 앞·뒤 균형능력 요인에서도 통계적으로 유의한 차이는 나타나지 않았으나 압력 분포 감소, 앞뒤 균형능력이 증가하고 있어 압력분포, 앞·뒤 균형능력에서도 긍정적인 효과를 평가해 볼 수 있다.