두가지 보행 속도에 따라 중창 형태가 하지에 미치는 생체역학적 차이

Abstract

본 연구는 MBT(Masai Barefoot Technology) 신발의 위험성을 보완한 롤오버 신발(Rollover Shoe)을 대상으로 일반 속도(3.5km/h) 뿐만 아니라 빠른 속도(5.5km/h)로 보행하였을 때 하지 근육에 미치는 영향을 규명하는 것이다. 상해 경험, 족부 질환이 없는 15명의 건강한 여성을 대상으로 실험을 시행하였다. 피험자는 롤오버 신발과 대조 신발을 각각 착용하고 일반 속도와 빠른 속도의 동일한 실험 조건에서 3차원 동작 분석 및 근전도 측정을 실시하였다. 통계는 분포가정과 무관하게 사용하는 순열 검정(permutation test)을 사용하여 분석하였다. 본 연구에서 얻은 3차원 동작분석 결과는 다음과 같다. 첫째, 두 속도 모두 발목의 시상면(sagittal plane)에서 유의미한 차이를 보였다. 일반 속도와 빠른 속도 모두 전유각기(50~61%)를 제외한 모든 구간에서 롤오버 신발이 대조 신발보다 발목 배측굴곡 움직임 각도가 크게 나타났다(P<0.05). 둘째, 관상면(Frontal plane)에서는 일반 속도로 보행했을 때, 전체 보행 주기에서 롤오버 신발이 대조 신발보다 발목 외번 각도가 크게 나타났으나 유의미한 정도의 차이는 나타나지 않았다. 하지만, 빠른 속도로 보행 시 관상면의 전 구간(0~100%)에서 롤오버 신발이 대조 신발보다 발목 외번 각도가 크게 나타났으며, 유의미한 결과를 보였다(P<0.05). 다음은 근전도 분석 결과이다. 첫째, 측정 근육인 전경골근(Tibialis-anterior), 외측 비복근(Lateral-gastrocnemius), 장비골근(Peroneus-longus), 대퇴 직근(Rectus-femoris), 대퇴 이두근(Biceps-femoris) 모두 일반 속도 보다 빠른 속도에서 근활성도가 1.6~2배 이상 높았다. 둘째, 전경골근의 근활성도는 일반 속도와 빠른 속도 모두 롤오버 신발이 대조 신발보다 높게 나타났지만, 일반 속도의 초기 닿기 단계(0~3%)에서만 유의미한 차이가 나타났다(P<0.05). 셋째, 비복근은 두 속도 모두 초기 닿기(0~3%), 중간 입각기(17~40%), 말기 입각기(40~50%)의 보행 주기에서 롤오버 신발이 대조 신발보다 높은 근활성도를 보이며 유의미한 차이가 났다(P<0.05). 넷째, 장비골근은 일반 속도로 보행 시 초기 닿기(0~3%), 부하 반응기(3~17%), 말기 유각기(40~50%)에서 유의미한 차이가 나타났으며(P<0.05), 롤오버 신발이 대조 신발보다 근활성도가 높게 나타났다. 하지만, 빠른 속도의 전 구간(0~100%)에서 두 신발 사이에 유의미한 차이는 나타나지 않았다. 다섯째, 대퇴직근은 부하 반응기(3~17%)부터 중간 유각기(17~40%) 까지 롤오버 신발이 더 큰 근활성도를 보이며 유의미한 차이가 났다(P<0.05). 대퇴이두근의 경우 일반 속도와 빠른 속도 모두 롤오버 신발과 대조 신발 사이에 유의미한 차이가 없었다. 결론적으로, 일반 속도와 빠른 속도 모두 롤오버 신발이 대조 신발보다 시상면에서의 더 큰 발목 각도의 움직임을 만들며 보행 시 안정적인 기립자세를 도왔다. 롤오버 신발의 경우 일반 속도와 빠른 속도 모두 대조 신발 보다 발목 외번의 움직임이 일어났다. 이는 보행 시 일어나는 무게중심 이동 특성상 발목의 내번으로 일어나는 발목 염좌를 예방할 수 있다는 결론을 얻을 수 있었다. 또한, 대조 신발보다 롤오버 신발에서 더 높은 근활성도를 보여 유선형 중창의 운동역학적, 운동학적, 근육의 활성도의 장점을 보존하였고 불안정한 중창의 단점을 보완하며 우수한 효과를 입증하였다. ;The purpose of this study is to investigate the effect of rollover shoes with a similar shape to a streamlined midsole, which is characteristic of MBT shoes, on the lower limbs when walking at normal speed and fast speed. The rollover shoes used in this study have a streamlined midsole similar to the characteristics of MBT shoes. Some previous studies found the effect of MBT shoes on the lower limbs, but they studied kinematics only in the static state or at the speed of walking in daily life. In other words, the effect on the muscles of the lower limbs when walking fast was insufficient. Thus, the purpose of this study is to investigate the effect of rollover shoes on the lower extremities when walking at two different speeds. In this study, the experiment was conducted on 15 healthy women with no injury experience or foot diseases. The subjects wore rollover shoes and control shoes when walking at normal walking speed (3.5) and fast speed (135 cadences). The normal walking speed was self-selected. Three-dimensional motion analysis and electromyography measurement were performed. For statistical analysis, a permutation test which is independent of the distribution assumption was used. This results of 3D motion analysis obtained in this study are as follows: 1) there were significant differences (P<0.05) on the ankle sagittal plane. The rollover shoes made more dorsiflexion than the control shoes in the entire phase except for the pre-swing phase (50~61%) at both walking speeds. 2) In the ankle coronal plane, when walking at the normal speed, there was eversion in the entire walking cycle(0~100%), but it was not significant. However, when walking at the fast speed, there was a significant difference in all phases (P<0.05). The following is the results of the EMG analysis: 1) When wearing the rollover shoes, the tibialis anterior muscle was significantly more activated in the initial contact phase(0~3%) at the normal speed. However, this difference between the two shoes appeared only at the normal speed(P<0.05). 2) gastrocnemius was also significantly greater in the rollover shoes than the control shoes in the initial contact(0~3%), midstance(17~40%), and terminal standing phases(40~50%) at both walking speeds(p<0.05). 3) In the peroneus longus, there was a clear difference at the normal speed in the initial contact(0~3%), loading response(3~17%), and terminal swing phases(40~50%)(p<0.05). And there was no significant difference in the fast speed in the entire phase(0~100%). 4) The rollover shoes caused significantly greater muscle activity from the loading response phase(3~17%) to the midstance phase(17~40%) in the rectus femoris muscle(p<0.05). 5) In the case of the biceps femoris, there was no significant difference between the two shoes at both speeds. It was concluded that rollover shoes make larger ankle angle movements than the control shoes and help to start stable walking at the normal and fast walking speeds. In addition, in terms of muscle activity, it was proved that the rollover shoes were good to increase muscle activity due to their unstable curved support surface and selectively grow lower limb muscles regardless of walking speed.