다이어트다이어트다이어트다이어트 신발과신발과신발과신발과 일반일반일반일반 운동화운동화운동화운동화 착용착용착용착용 시시시시

보행보행보행보행 비교비교비교비교

연세대학교연세대학교연세대학교연세대학교 보건환경대학원보건환경대학원보건환경대학원보건환경대학원

인간공학치료학전공인간공학치료학전공인간공학치료학전공인간공학치료학전공

조조조조 영영영영 기기기기

다이어트다이어트다이어트다이어트 신발과신발과신발과신발과 일반일반일반일반 운동화운동화운동화운동화 착용착용착용착용 시시시시

보행보행보행보행 비교비교비교비교

지도지도지도지도 권권권권 오오오오 윤윤윤윤 교수교수교수교수

이이이이 논문을논문을논문을논문을 석사석사석사석사 학위논문으로학위논문으로학위논문으로학위논문으로 제출함제출함제출함제출함

2006200620062006년년년년 6 6 6 6월월월월 일일일일

연세대학교연세대학교연세대학교연세대학교 보건환경대학원보건환경대학원보건환경대학원보건환경대학원

인간공학치료학전공인간공학치료학전공인간공학치료학전공인간공학치료학전공

조조조조 영영영영 기기기기

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심사위원심사위원심사위원심사위원 인인인인

심사위원심사위원심사위원심사위원 인인인인

심사위원심사위원심사위원심사위원 인인인인

연세대학교연세대학교연세대학교연세대학교 보건환경대학원보건환경대학원보건환경대학원보건환경대학원

2006 년 6 월 일

감사의감사의감사의감사의 글글글글

지금 이 자리에 서기까지 남들보다 더 먼 길로 돌아왔기에 더 소중하고 값진 대

학원 생활이었습니다. 많이 부족한 막내 아들을 언제나 사랑으로 보살펴 주시며 용

기를 복돋아 주신 부모님께 가장 먼저 감사 드리고 싶습니다. 아직 철없는 동생을

많이 배려해주고 힘들 때 마다 도움이 되어준 형님들과 형수님들에게도 진심으로

고맙다는 말을 전합니다.

바쁘신 중에도 언제나 저희를 생각해 주시고, 큰 가르침을 주신 지도교수님이신

권오윤 교수님께 진심으로 깊은 감사를 드립니다. 이론과 근거에 따른 실전을 행하

라는 교수님의 가르침이 저에게 항상 큰 교훈이 되었습니다. 늘 인자한 웃음과 세

심한 배려로 지도해 주신 이충휘 교수님, 새벽이 될 때까지 열의를 다해 논문지도

를 해주신 전혜선 교수님께도 감사의 말씀을 드립니다.

실험을 원활히 할 수 있도록 많은 배려와 격려를 해주신 서울아산병원 재활의학

과 성인영 과장님과 보행분석에 대해 많은 가르침을 주신 유종윤 교수님, 그리고

늘 자상한 얼굴로 병원에서 학업까지 어려움이 없도록 아낌없이 배려해 주신 박성

일 팀장님께 깊은 감사를 드립니다, 또한 삶을 살아감에 있어 바른길로 인도해주시

는 강정구 부장님, 항상 부족한 후배를 위해 지도와 격려를 아끼지 않으셨던 안희

승 선생님과 장기우 선생님, 안왕훈 선생님에게 진심으로 고마움을 전합니다.

논문을 쓰는 내내 서로에게 힘이 되었던 우리 동기들 희영, 도기, 재철, 대성, 경

선에게 모두들 고생했다는 말과 함께 감사의 마음을 전합니다. 언제나 저희들의 큰

형님이 되어주셨던 정연길 선생님 이하 모든 대학원생 분들에게 감사드립니다.

실험에 많은 도움을 주신 박은정 선생님과 전혜진 선생님에게 깊은 감사를 드리

며, 특히 바쁜 일정에도 불구하고 실험을 함께한 안준수 선생님과 본인의 일처럼

열의를 다해 도움을 주신 성준혁 선생님에게 진심으로 고마움을 전합니다. 마지막

으로 실험하느라 늦은 귀가에도 늘 밝은 모습으로 따뜻하게 맞이하여주고, 정호를

위해 든든한 버팀목이 되어준 사랑스런 아내에게 진심으로 고마움을 전합니다. 지

금의 제가 있게 해주신 모든 분들께 다시 한번 감사 드리며 모두에게 이 논문을 바

칩니다.

2006년 6월

조 영 기 드림

- i -

차 례

그림 차례·················································································ⅲ

표 차례 ················································································· ⅳ

국문요약 ················································································ ⅴ

제1장 서론 ·············································································· 1

제2장 연구 방법········································································ 4

2.1 연구 대상 ········································································ 4

2.2 실험 기기 및 도구······························································ 5

2.2.1 보행분석 시스템 ……………………………………………………………… 5

2.2.2 표면 근전도 시스템························································ 5

2.2.3 실험에 사용된 신발························································ 6

2.3 실험 방법 ········································································ 7

2.3.1 보행분석을 위한 표식자 부착············································· 7

2.3.2 근전도 전극 및 표식자 부착·············································· 7

2.3.3 실험 설계 ··································································· 9

2.4 분석 방법 ········································································ 9

2.4.1 자료처리 및 표준화························································ 9

2.4.2 통계 방법 ··································································· 9

제3장 결과 ············································································· 11

3.1 보행조건 간 보행변수의 비교·············································· 11

- ii -

3.2 보행조건 간 시상면의 관절각도의 비교··································· 11

3.3 보행조건 간 시상면의 관절모멘트의 비교································ 14

3.4 보행조건 간 관절일률의 비교 ············································· 16

제4장 고찰 ············································································· 19

제5장 결론 ············································································· 25

참고문헌 ················································································ 27

영문요약 ················································································ 30

- iii -

그림 차례

그림 1. 전문 다이어트 신발···························································· 6

그림 2. 보행분석 및 표면 근전도 표식자 부착 ····································· 8

그림 3. 보행조건 간 시상면의 관절각도············································ 13

그림 4. 보행조건 간 시상면의 관절모멘트 ········································· 15

그림 5. 보행조건 간 관절일률······················································· 17

그림 6. 보행조건 간 표면 근전도 그래프··········································· 18

- iv -

표 차례

표 1. 연구대상자의 일반적인 특성··················································· 4

표 2. 보행조건 간 보행변수의 비교················································· 11

표 3. 보행조건 간 시상면의 관절각도 비교·········································12

표 4. 보행조건 간 시상면의 관절모멘트 비교······································ 14

표 5. 보행조건 간 관절일률의 비교················································· 16

- v -

국문요약국문요약국문요약국문요약

다이어트다이어트다이어트다이어트 신발과신발과신발과신발과 일반일반일반일반 운동화운동화운동화운동화 착용착용착용착용 시시시시 보행보행보행보행 비교비교비교비교

본 연구는 일반 운동화와 신발 뒷굽의 경사각도가 15도인 다이어트 신발 보행

간에 보행변수들과 근활성도의 차이를 알아보기 위하여 실시하였다. 대상자는

건강한 성인 남녀 17명(남: 8명, 여: 9명)을 대상으로 실시되었으며, 삼차원

동작분석 장비를 이용하여 보행의 선형변수, 운동형상학적 및 운동역학적 변수를

측정하였고, 동적 표면 근전도를 이용하여 근활성도를 측정하였다.

일반 운동화 착용 후와 다이어트 신발 착용 후 동작분석실에 설치된 10 m의

보행로를 대상자 스스로 선택한 편안한 보행속도로 걷도록 하였다. 선형변수,

운동형상학적 변수 및 운동역학적 변수의 차이를 알아보기 위하여 짝비교 t-

검정(paired t-test)으로 분석하였다. 결과는 다음과 같다.

첫째, 보행조건 간 보행변수에서 보행속도, 활보장, 분보수, 한 발짝길이, 입각기

(% stance phase)에서 유의한 차이가 없었다(p>0.05).

둘째, 보행조건 간 시상면의 관절각도 비교에서 엉덩이 관절에서는 초기 입각기

굴곡과 유각기 최대 굴곡에서 일반 운동화 착용 후 보행에서 다이어트

신발 착용 후 보행 보다 유의하게 증가하였다(p<0.05). 무릎관절에서는

입각기 최대 굴곡과 유각기 최대 굴곡에서 일반 운동화 보다 다이어트

신발 착용 후 보행에서 유의하게 증가하였고(p<0.05), 입각기 최대

신전에서는 유의하게 감소하였지만(p<0.05), 각각의 신발 착용 후 보행

- vi -

시 엉덩이 관절과 무릎관절에서의 각도 차이는 작았다. 발목관절에서는

초기 입각기 배측굴곡, 전 구간 최대 배측굴곡이 일반 운동화 착용 후 보행

시 보다 다이어트 신발 착용 후 보행에서 유의하게 증가하였고(p<0.05),

입각기 최대 저측굴곡, 전 구간 최대 저측굴곡에서 다이어트 신발 착용 후

보행에서 유의하게 감소하였다(p<0.05).

셋째. 보행조건 간 관절모멘트는 발목관절에서 입각기 최대 배측굴곡

모멘트에서 다이어트 신발을 착용 시 유의하게 감소하였다(p<0.05). 그

외 엉덩이 관절과 무릎관절 에서는 유의한 차이가 없었다(p>0.05).

넷째, 보행조건 간 관절일률은 무릎관절 입각기 최대 에너지 생성에서 일반

운동화 보다 다이어트 신발 착용 보행에서 유의하게 증가하였으며

(p<0.05), 발목관절 입각기 최대 에너지 흡수에서는 다이어트 신발 착용

시 유의하게 감소하였다(p<0.05).

일반 운동화와 다이어트 신발 착용 후 보행 시 엉덩이 관절과 무릎관절에서

운동형상학적 및 선형변수 보다 발목관절에서 큰 차이를 발견할 수 있었다. 향후

연구에서 장기간 다이어트 신발 착용 시 발목관절에서의 운동형상학적 및

운동역학적 차이가 인체에 미치는 영향에 관한 연구가 필요할 것으로 생각된다.

핵심 되는 말: 다이어트 신발, 보행분석, 선형 변수, 운동역학적 변수,

운동형상학적 변수, 표면 근전도.

- 1 -

제제제제1111장장장장 서론서론서론서론

보행(gait)은 한 곳으로부터 다른 곳으로 몸을 움직이는 이동(locomotion)의

한 양식이다(Perry 1992). 보행 동작은 우리 몸을 이동(locomotion)시키는 가장

보편한 수단으로서 하지 분절의 근골격계 활동을 통하여 이루어진다. 따라서

정상보행이란 잘 조화된 사지의 운동을 통하여 최소한의 에너지를 사용하면서

부드럽고 효과적으로 신체의 무게중심을 앞으로 이동시키는 것을 말한다(장영재

1999). Yamamoto 등(2000)은 걷기(walk)는 모든 신체적 운동 중에 가장

수월한 운동이며, 모든 연령대에서 대중적으로 수행하는 활동으로써, 다른

스포츠와 비교하여 특별한 장비나, 재능, 기술이 필요 없다고 하였다.

신발은 보행 시, 착지에 따른 충격을 흡수하여 발목을 포함한 인체의 여러

관절을 보호하고 부상을 예방하는 역할을 하지만, 발과 지면의 접촉 시 발생하는

충격을 적절히 흡수하지 못하면 하지 분절이 손상을 입게 된다(Nigg et al.

1986). 따라서 보행을 비롯한 여러 이동활동을 원활하게 하기 위하여 신발은

사용자에게 안정적으로 구성되어야 한다(Nigg et al. 2006).

문명의 발달 이전에 인류는 맨발로 보행을 하였지만, 현대에는 일반적으로

신발을 신고 보행한다. 인간이 사회생활을 시작하면서 신발은 인간 생활과 밀접한

관계를 가지게 되었고 실용적인 측면과 미용적인 측면이 조화를 이루면서

발전되어 왔다.

걷기 및 조깅을 통한 체력 단련 인구의 증가와 더불어 근래에는 신발의

기능이 주요 연구 대상이 되기 시작하였으며, 경기력의 극대화를 위한 신발의

기능성도 크게 강조되고 있다(최규정과 권희자 2003). 또한 신발을 신체적

- 2 -

특징에 맞게 착용하기보다는 미용적인 측면이 더 강조되어 신발의 본질적인

기능과는 다른 방향으로 발달하기도 하였다. 그러나 신발의 기능성은 스포츠의

발전과 함께 더욱 강조되었으며, 다양한 형태의 기능성 신발에 대한 노력이 선진

외국으로부터 시작되었다.

최근 들어 보행을 위한 전문 신발로 스위스에서 개발된 MBT(Masai Barefoot

Technique)신발이 일반인을 대상으로 보급되기 시작하였다. Romkes

등(2006)과 Nigg 등(2006)은 신발의 바닥을 앞-뒤 방향으로 둥글게 만들어

불안정한 바닥 상태가 되도록 만든 신발을 착용 후 걷기 및 일상생활 동작은

서기자세의 균형훈련도구를 사용하는 것과 유사하게 하지 근육의 근력강화훈련

방법으로 사용될 수 있다고 하였다. 또한 딱딱한 지면 위를 볼록하게 생긴 신발

바닥을 통하여 구르듯이 부드럽게 걸어갈 수 있기 때문에 관절에 무리를 주지

않고 효율적인 보행을 할 수 있다고 하였다.

최근 웰빙이 사회적으로 대두되면서 우리 나라에서도 신발의 단순한

보행기능뿐만 아니라 삶의 질을 높이기 위한 기능에 관심이 증대되고 있다. 특히,

체중감량에 대한 관심이 증대되면서 여러 형태의 다이어트 신발이 일반인들에게

보급되고 있다. 그 중에서 운동화 뒷굽의 경사각도를 15도 감소시키고, 발가락

부위인 앞 굽의 경사각도를 10도 감소시킨 다이어트 신발이 보급되고 있다.

일본에서 개발된 이 신발은 걷는 동안 신체 에너지 소비를 증가시켜 체지방

감소를 위한 목적으로 개발되었다. Yamamoto 등(2000)은 일반 운동화 착용과

힐레스 신발(heel-less shoes) 착용 후 다양한 범위의 보행속도에서 보행 시

나타나는 인체의 생리학적, 생화학적 특성에 대한 연구를 실시하였다. 힐레스

신발을 착용하고 중등도의 속도(80 m/min)로 운동을 하였을 경우 장딴지의

- 3 -

혈액순환이 증가되었고, 분당 100 m와 120 m의 빠른 속도의 보행은 글리코겐

대사와 노르아드레날린의 분비를 증가시켰다고 하였다. 더욱이 빠른 속도의

보행운동에서 장딴지 근육의 혈액 순환이 감소된 것은 신발의 뒷굽을

제거함으로써 유각기 동안 앞정강근(tibialis anterior muscle)의 활동을

증가시켰기 때문이라고 추측하였다. 그러나 일반 운동화 착용 후 보행과 비교하여

근전도와 운동 형상 및 운동 역학적인 결과를 포함하지는 않았다.

다른 형태의 다이어트 신발로는 신발의 무게를 증가시킨 것과 신발의 뒷굽의

경사각도를 감소시키거나 앞굽의 높이를 증가시킨 신발로 보행하는 동안 신체

에너지 대사를 증가시켜 체지방 감소를 목적으로 개발된 신발들이 시중에

유통되고 있다.

이창민 등(2006)은 신발의 뒷굽이 없는 형태 즉 신발 아웃솔(outsole)의

크기를 중족골까지 두고 족근골의 지지를 없앤 슬리퍼형태의 신발 착용 시

발생되는 신체 변화에 대하여 근전도 실험을 통한 근육 활동조사에서 일반

신발보다 허리와 종아리 근활성도가 높게 나타났다고 보고하였다. 그러나, 보행

시 발생될 수 있는 자세의 불안정성과 인체 부담 효과에 대하여는 연구가 이루어

지지 않았다.

보행 및 다이어트를 위한 다양한 전문 신발이 많이 나와있지만, 이에 대한

체계적인 연구는 거의 전무한 실정이므로 이러한 신발 착용이 보행에 어떤

영향을 미치는지에 대한 연구가 필요하다.

따라서 본 연구의 목적은 삼차원 동작분석 장비와 동적 표면 근전도 시스템을

사용하여 일반 운동화와 뒷굽의 경사가 15도인 다이어트 신발 착용에 따른

선형변수, 운동형상학적 및 운동역학적, 그리고 근활성도의 차이를 알아보았다.

- 4 -

제제제제2222장장장장 연구연구연구연구 방법방법방법방법

2.1 2.1 2.1 2.1 연구연구연구연구 대상대상대상대상

본 연구는 실험의 목적과 방법에 대한 설명을 충분히 들은 후 본 실험에

참여할 것을 자발적으로 동의한 건강한 성인 남녀 17명(남: 8명, 여: 9명)을

대상으로 실시하였으며, 대상자는 체간과 하지의 관절운동범위에 제한이 없으며,

지난 6개월 동안 관절에 대한 통증, 지각이상 등의 근골격계 장애가 없고, 편평

족궁(flat foot arch)이나 고족궁(high arch)이 아닌 정상 족궁(normal arch)을

지닌 건강한 자로 선정하였다.

2006년 2월에 5명을 대상으로 예비실험을 하였고, 본 실험은 2006년 3월

2일부터 2006년 5월 30일까지 서울아산병원 재활의학과 내 동작분석실에서

실시하였다. 연구 대상자의 평균 연령은 26.4세, 평균 신장은 167.7 ㎝, 평균

체중은 60.0 ㎏ 이었다.

표 1. 연구대상자의 일반적인 특성 (N=17)

일반적인 특성 연령(세) 신장(cm) 체중(kg)

평균±표준편차 26.4±4.1 167.7±6.7 60.0±4.1

- 5 -

2.22.22.22.2 실험실험실험실험 기기기기기기기기 및및및및 도구도구도구도구

2.2.1 2.2.1 2.2.1 2.2.1 보행보행보행보행분석분석분석분석 시스템시스템시스템시스템

삼차원 동작분석 장비인 Motion Analysis System1 을 이용하여 보행분석을

실시하였다. 이 시스템은 6대의 Eagle 적외선 카메라와 두 개의 힘 측정판

(force plate), EagleHub(100Mbps), 퍼스널 컴퓨터로 이루어져 있다. 적외선

카메라를 이용해 대상자에게 부착된 피부 표식자를 120fps로 인식하게 하여

표식자의 움직임을 측정하였다. 또한 힘 측정판2을 이용하여 지면반발력을

측정하였다. 동작 캡쳐 프로그램인 Eva Real Time 4.43와 삼차원 그래픽자료

처리 프로그램인 OrthoTrak 6.2.44를 이용해 보행의 선형변수, 운동형상학적

변수, 그리고 운동역학적 변수를 구하였다.

2.2.2 2.2.2 2.2.2 2.2.2 표면표면표면표면 근전도근전도근전도근전도 시스템시스템시스템시스템

표면 근전도 자료 수집을 위해 MA-300-105을 사용하였다. MA-300 EMG

시스템은 두 개의 등걸이(backpack)와 데스크탑 구성물(desktop unit)과 함께 3

m의 동축 연결 케이블(coxial connecting cable), 12개의 근전도 채널로

구성되어 있다.

표면 근전도의 전극은 MA-311 근전도 프리 앰프(EMG pre-amplifier)를

사용하였다. 양쪽 끝의 두 개는 활성전극(active electrode)으로 직경 12 mm의

1 Motion Analysis Co., USA.

2 AMTI, USA.

3 Motion Analysis Co., USA.

4 Motion Analysis Co., USA.

5 Motion Analysis Co., USA.

- 6 -

순은 원판으로 되어있고, 가운데 하나는 기준전극(reference electrode)으로 길이

12 mm, 폭 3 mm의 막대모양으로 되어있으며, 전극간 간격은 18 mm로 나란히

배열되어 동축 케이블을 이용하여 등걸이에 연결되어 있다. 또한 12개 채널의 표면

근전도 아날로그 신호는 MA-300에 의해 디지털 신호로 전환되어 개인용

컴퓨터에서 OrthoTrack 6.2.4 소프트웨어를 이용하여 저장 되었다.

근전도 신호의 최소 표본추출률(minimum sampling rate)은 2500 Hz로

설정하였고, 40~700 Hz의 band-pass 필터 처리를 하였다. 보행을 하는 동안 각

근육별 근전도 신호를 전파정류(full-wave rectify)하여 보행주기를 나타내었다.

2.2.32.2.32.2.32.2.3 실험에실험에실험에실험에 사용된사용된사용된사용된 신발신발신발신발

실험에 사용된 신발은 최근에 개발되어 시판되기 시작한 보행 및 다이어트를

위한 신발(그림 1)을 사용하였다. 일반 운동화는 H사에서 제조한 것으로 무게는

580 g이었다. 다이어트용 전문 신발은 H사에서 제조한 것으로 무게는 500

g이었으며, 신발 뒷굽의 경사각도를 15도로 만들어 보행 시 발의 뒷굽이 먼저

닿도록 만들었다.

그림 1. 전문 다이어트 신발

- 7 -

2.3 2.3 2.3 2.3 실험실험실험실험 방법방법방법방법

2.3.1 2.3.1 2.3.1 2.3.1 보행분석을보행분석을보행분석을보행분석을 위한위한위한위한 표식자표식자표식자표식자 부착부착부착부착

보행분석을 하기 전에 연구 대상자의 나이, 신장, 체중, 다리 길이, 무릎과

발목관절의 폭, 발 길이, 발폭 등을 측정하여 보행분석의 기초 자료로 삼았다.

정적 검사(static trial)는 피부 표식자를 부착한 후 정지된 기립 상태에서 각

관절의 위치를 컴퓨터 화면에서 확인하며 각 표식자간의 상호 위치 관계를

정립하는 검사이다. 정적 검사를 각 신발마다 측정하여 저장하였고, 19개의

표식자(직경 10 mm)를 연구 대상자의 지정된 주요 신체부위에 붙이는 Helen

Hayes Marker 세트를 이용하였다(Kadaba et al. 1990). 피부 표식자의 위치는

오른쪽, 왼쪽의 위앞엉덩뼈가시(anterior superior iliac spine), 앞중간

넓적다리(anterior midthigh), 앞중간 정강이(anterior midshank), 넙다리

가쪽위관절융기(lateral femoral epicondyle), 넙다리 안쪽위관절융기(medial

femoral epicondyle), 가쪽복사(lateral malleolus), 안쪽복사(medial malleolus),

2번째 발허리뼈 머리(second metatarsal head), 발꿈치뼈(calcaneus)에

부착하였다. 각 신발마다 동적 검사(dynamic trial)는 양측 안쪽위관절융기,

안쪽복사에 부착된 피부 표식자를 제거한 후 나머지 15개의 피부 표식자를

부착한 상태에서 동작분석실에 설치된 10 m의 보행로를 대상자 스스로 선택한

편안한 보행속도로 걷도록 하였다(그림 2).

2.3.22.3.22.3.22.3.2 근전도근전도근전도근전도 전극전극전극전극 및및및및 표식자표식자표식자표식자 부착부착부착부착

본 실험에서 근 활성도 측정을 위해 사용된 근육은, 큰볼기근(gluteus

- 8 -

maximus muscle), 넙다리곧은근(rectus femoris muscle), 안쪽 넙다리근

(medial hamstring muscle), 안쪽 장딴지근(medial gastrocnemius muscle),

앞정강근(tibialis anterior muscle)의 근육힘살(muscle belly)에 부착하였고,

척추기립근(erector spinae muscle)은 T12-L1 가시돌기 가쪽 2 ㎝ 지점에

부착하였다.

전극은 근섬유의 결의 방향에 따라 실험자가 피실험자의 근육 부위를 눌러보아

근육의 위치를 파악하여 부착하였다. 표면 근전도 신호에 대한 피부저항을

감소시키기 위하여 부착부위를 가는 사포로 3~4회 문질러 피부 각질층을

제거하고, 소독용 알코올로 피부지방을 제거한 후에 소량의 전해질 겔을 바른

표면전극을 피부에 부착하였고, 실크테이프로 피부에 부착하였다. 접지전극

(ground electrode)은 어깨뼈봉우리(acromion)에 부착하였다.

그림 2. 보행분석 및 표면 근전도 표식자 부착

- 9 -

2.3.32.3.32.3.32.3.3 실험실험실험실험 설계설계설계설계

대상자들은 일반 운동화와 다이어트 신발을 무작위로 착용 후 보행 검사를

실시하였다. 각 운동화 착용 검사 전에 운동화에 대한 적응력을 높이기 위해 약

15분 간 착용시간을 주어 보행하도록 하였고, 보행 시 뒷굽이 지면에 먼저

닿도록 교육하였다.

보행검사는 보행분석실에 설치된 10 m의 보행로를 대상자 스스로 선택한

편안한 보행속도로 뒷굽이 지면에 먼저 닿도록 하여 보행을 하였다.

2.42.42.42.4 분석분석분석분석 방법방법방법방법

2.4.1 2.4.1 2.4.1 2.4.1 자료자료자료자료 처리처리처리처리 및및및및 표준화표준화표준화표준화

본 연구에서는 각 운동화를 신고 총 10회의 보행 검사를 한 후 평균을 구하여

운동 선형변수, 운동 형상학적 변수, 운동학적 변수, 표면 근전도 값을 구하였다.

각 근육의 표면 근전도 값은 전파정류(full-wave rectify)한 후 보행주기 동안의

최고 값을 구하고, 그 값을 퍼센트 자발적 기준 수축(% reference voluntary

contraction: % RVC) (Hansson et al. 2000)으로 표준화(normalization)하였다.

2.4.2 2.4.2 2.4.2 2.4.2 통계통계통계통계 방법방법방법방법

일반 운동화와 다이어트 신발 착용에 따른 선형변수, 운동형상학적 변수 및

운동역학적 변수들을 비교하기 위해 짝비교 t-검정(paired t-test)을 실시하였다.

통계학적 유의수준 α=0.05로 하였으며, 자료의 통계처리는 상용 통계

- 10 -

프로그램인 윈도용 SPSS(Statistical Package for the Social Sciences) 13.0을

이용하였다.

- 11 -

제제제제3333장장장장 결과결과결과결과

3.1 3.1 3.1 3.1 보행조건보행조건보행조건보행조건 간간간간 보행변수의보행변수의보행변수의보행변수의 비교비교비교비교

일반 운동화 착용 후 보행과 다이어트 신발 착용 후의 보행에서 보행조건간

보행속도, 활보장, 분보수, 한 발짝길이, 입각기(% stance phase)에서 유의한

차이가 없었다(p>0.05)(표 2).

표 2. 보행조건 간 보행변수의 비교 (N=17)

일반 운동화 다이어트 신발

보행변수

평균±표준편차 평균±표준편차

보행속도(cm/s) 131.00±11.46 132.31±13.24

활보장(cm) 138.12± 7.55 138.85± 9.14

분보수(steps/min) 117.86±15.36 118.43±10.85

한 발짝 길이(cm) 68.02± 6.39 69.96± 6.62

입각기(% 보행주기) 60.92± 3.74 60.53± 1.65

3.23.23.23.2 보행조건보행조건보행조건보행조건 간간간간 시상면의시상면의시상면의시상면의 관절각도의관절각도의관절각도의관절각도의 비교비교비교비교

보행조건간 시상면의 관절각도 비교에서 엉덩이관절, 무릎관절, 발목관절의

각도를 비교하였다(표 3). 엉덩이관절에서 유각기 최대 굴곡은 일반 운동화에서

44.3°로 다이어트 신발의 43.7°보다 유의하게 증가하였다(p<0.05). 무릎관절에서 유각기

최대 굴곡은 다이어트 신발이 63.2°로 일반 운동화의 61.8°보다 유의하게

증가하였으며(p<0.05), 입각기 최대 신전은 다이어트 신발이 1.5°로 일반 운동화의 2.5°보다

- 12 -

유의하게 감소하였다(p<0.05). 발목관절에서 전 구간 최대 배측굴곡이 다이어트

신발이 16°로 일반 운동화의 13.5°보다 유의하게 증가하였고(p<0.05), 전

구간 최대 저측굴곡에서는 다이어트 신발이 13°로 일반 운동화의 16°보다

유의하게 감소하였다(p<0.05).

표 3. 보행조건 간 시상면의 관절각도 비교 (N=17)

일반 운동화 다이어트 신발 관절각도(°)

평균±표준편차 평균±표준편차

p

엉덩이관절 초기 입각기 굴곡 41.7±5.5 40.3±6.5 .00

입각기 최대 굴곡 41.8±5.6 40.7±6.7 .12

유각기 최대 굴곡 44.3±5.9 43.7±5.2 .02

전 구간 최대 신전 2.1±5.9 2.3±6.8 .06

무릎관절 초기 입각기 신전 0.4±2.8 0.1±2.9 .62

입각기 최대 굴곡 25.8±3.6 27.4±4.3 .01

입각기 최대 신전 2.5±2.0 1.5±2.0 .01

유각기 최대 굴곡 61.8±2.5 63.2±2.6 .01

발목관절 초기 입각기 배측굴곡 0.1±2.5 9.6±4.0 .00

입각기 최대 저측글곡 10.4±2.4 0.1±2.9 .00

전 구간 최대 배측굴곡 13.5±3.4 16.0±3.1 .00

전 구간 최대 저측굴곡 16.6±3.5 13.0±3.6 .00

- 13 -

(* : p<0.05)

그림 3. 보행조건 간 시상면의 관절각도

- 14 -

3.33.33.33.3 보행조건보행조건보행조건보행조건 간간간간 시상면의시상면의시상면의시상면의 관절모멘트의관절모멘트의관절모멘트의관절모멘트의 비교비교비교비교

보행조건 간 관절모멘트는 입각기 최대 배측굴곡에서 일반 운동화 착용 후

보행 시 0.12±0.80 Nm/kg으로 다이어트 신발 착용 후 보행 시 0.05±0.63

Nm/kg 보다 유의하게 증가하였다(p<0.05). 엉덩이관절 입각기 최대 굴곡,

무릎관절 입각기 최대 굴곡과 입각기 최대 신전, 발목관절 입각기 저측굴곡

평균과 입각기 최대 저측굴곡, 그리고 발끝떼기 배측굴곡 평균에서 유의한 차이가

없었다(p>0.05)(표 4).

표 4. 보행조건 간 시상면의 관절모멘트 비교 (N=17)

일반 운동화 다이어트 신발 모멘트(Nm/kg)

평균±표준편차 평균±표준편차

p

엉덩이관절 입각기 최대 신전 1.22±0.23 1.17±0.22 .14

무릎관절 입각기 최대 신전 0.19±0.14 0.18±0.14 .72

입각기 최대 굴곡 0.60±0.11 0.53±0.12 .06

발목관절 입각기 최대 배측굴곡 0.12±0.80 0.05±0.63 .00

입각기 최대 저측굴곡 1.41±0.18 1.40±0.16 .79

- 15 -

(* : p<0.05)

그림 4. 보행조건 간 시상면의 관절모멘트

- 16 -

3.43.43.43.4 보행조건보행조건보행조건보행조건 간간간간 관절일률관절일률관절일률관절일률(power)(power)(power)(power)의의의의 비교비교비교비교

무릎관절 입각기 최대 에너지 생성에서 다이어트 신발이 1.20 W/kg으로 일반

운동화의 1.04 W/kg보다 유의하게 증가하였다(p<0.05). 발목관절 입각기 최대

에너지 흡수는 일반 운동화에서 1.38 W/kg으로 다이어트 신발 1.05 W/kg보다

유의하게 증가하였다(p<0.05). 발목관절 입각기 최대 에너지 생성과 발끝떼기

최대 에너지 흡수에서는 유의한 차이가 없었다(p>0.05). 엉덩이관절 입각기 최대

에너지 생성과 입각기 최대 에너지 흡수에서는 유의한 차이가 없었다(p>0.05).

표표표표 5. 5. 5. 5. 보행조건보행조건보행조건보행조건 간간간간 관절일률관절일률관절일률관절일률 비교비교비교비교 (N=17)(N=17)(N=17)(N=17)

일반 운동화 다이어트 신발 관절일률(W/kg)

평균±표준편차 평균±표준편차

p

엉덩이관절 입각기 최대 에너지 생성 1.57±0.53 1.69±0.57 .20

입각기 최대 에너지 흡수 0.59±0.37 0.60±0.37 .84

무릎관절 입각기 최대 에너지 생성 1.04±0.45 1.20±0.56 .03

발목관절 입각기 최대 에너지 생성 2.00±0.39 2.00±0.49 .87

입각기 최대 에너지 흡수 1.38±0.39 1.05±0.30 .00

발끝떼기 최대 에너지

흡수

0.35±0.09 0.37±0.14 .42

- 17 -

(* : p<0.05)

그림 5. 보행조건 간 관절일률

- 18 -

그림 6. 보행조건 간 표면 근전도 그래프

- 19 -

제제제제4444장장장장 고찰고찰고찰고찰

본 연구에서는 일반 운동화와 다이어트 신발을 착용한 후 보행에서

선형변수적, 운동역학적, 운동형상학적, 그리고 근활성도에 차이가 있는지

알아보았다.

본 연구에서 보행조건 간 보행속도(walking speed), 활보장(stride length),

분보수(cadence), 한 발짝 길이(step length), 입각기(% stance phase)는

유의한 차이가 없었다(표 2). 본 실험에서 사용한 다이어트 신발과 유사한 MBT

신발을 대상으로 Romkes 등(2006)은 일반 운동화를 착용 후 보행과 MBT

신발을 착용 후 보행분석에서 MBT 신발에서 분보수, 활보장, 보행속도, 한 발짝

길이에서 유의한 감소를 보였으며, 특히 보행속도가 느려진 이유는 짧아진

활보장과 함께 분보수의 감소 때문이라고 하였다. 본 연구에서는 보행조건 간

보행변수의 비교에서 유의한 차이는 없었지만, 다이어트 신발이 보행속도, 활보장,

분보수, 한 발짝 길이에서 약간 증가하였다(표 2).

본 연구에서 보행조건 간 시상면의 관절각도 비교에서 일반 운동화 착용 후

보행에서 보다 다이어트 신발 착용 후 보행 시 엉덩이관절에서 초기 입각기 굴곡

과 유각기 최대 굴곡에서 유의한 감소를 보였다(표 3)(그림 3). 또한

무릎관절에서 입각기 최대 굴곡과 유각기 최대 굴곡에서 유의하게 증가하였고,

입각기 최대 신전에서는 유의하게 감소하였다(표 3)(그림 3). 이러한 이유는

다이어트 신발이 초기 입각기 시 일반 운동화와 비교하여 발목관절의 배측굴곡을

유의하게 증가시켰기 때문이라고 생각한다(표 3)(그림 3). 즉, 다이어트 신발이

뒷굽의 경사각도를 15도 감소시킴으로써 보행 시 초기 입각기에서 발목관절의

- 20 -

보다 큰 배측굴곡을 유도했기 때문일 것이다.

Perry(1992)는 초기 입각기 시 발목관절에서 과도한 배측굴곡은 보다 큰

힐라커(heel rocker)를 나타나게 하여 전족부가 지면에서 보다 높이 있게 하여

하중 반응기에서 보다 큰 무릎관절 굴곡을 초래하기 때문에 넙다리네갈래근의

근활성도가 더욱 더 요구된다고 하였다. 본 연구에서도 다이어트 신발 착용 후

보행에서 이와 유사한 결과를 얻었다. 본 연구에서 서로 다른 신발을 착용 후

각각의 보행 시 엉덩이관절과 무릎관절에서 보행조건 간 시상면의 관절각도

비교에서 통계학적으로 유의한 차이를 보였지만, 각 관절의 각도차이가

미미하였다. 다이어트 신발과 구조학적으로 반대인 높은 굽 신발 착용 후 보행에

관한 여러 연구들에서 입각기 동안에 무릎관절의 굴곡이 증가한다고

하였다(Gollnick et al. 1964; Murray et al. 1970). 본 연구에서도 무릎관절의

굴곡이 증가된 원인은 초기 입각기 이후 신발 굽의 높이가 증가하면서 발생한

것으로 생각된다.

보행조건 간 시상면에서 가장 크게 차이가 발생한 것은 다이어트 신발 착용

후 보행 시 발목관절의 관절각도 변화에서 배측굴곡 각도가 초기 입각기부터

중간 입각기까지 지속적으로 증가되었다. 또한 초기 입각기 배측굴곡과 전 구간

최대 배측굴곡이 유의하게 증가하였고, 입각기 최대 저측굴곡과 전 구간 최대

저측굴곡 각도가 유의하게 감소하였다(표 3)(그림 3).

MBT 신발의 연구에서 Romkes 등(2006)은 발목관절 움직임에서 커다란

변화는 초기 입각기 시 배측굴곡 각도는 증가되고, 그 후 저측굴곡 움직임이

지속적으로 유지된다고 하였으며, 이러한 변화와 함께 앞정강근과 장딴지근의 근

활동이 적절히 변화 된다고 하였다. 본 연구에서도 앞정강근과 장딴지근 활동의

- 21 -

변화를 나타내었다(그림 6). 그러나 Romkes 등(2006)의 연구와는 다르게 본

연구에서 다이어트 신발은 배측굴곡 각도가 보행주기 동안 지속적으로 일반

운동화보다 높게 관찰되었다(그림 3). 이것은 Perry(1992)의 결과와 일치한다.

Perry(1992)는 발목관절에서 과도한 배측굴곡은 중간 입각기와 말기

입각기에 점진적으로 배측굴곡을 증가시킨다고 하였고, 전 유각기(pre-

swing)에는 발목관절에서의 저측굴곡을 감소시키며, 유각기 시기에 종종

발목관절 각도가 중립위(neutral) 이상으로 발이 배측굴곡된다고 하였다.

본 연구에서는 보행조건 간 시상면의 모멘트 비교에서 발목관절 입각기 최대

배측굴곡을 제외한 각 관절에 대해 유의한 차이는 없었다(표 4). 발목관절

입각기 최대 배측굴곡 모멘트에서 다이어트 신발 착용 후 보행 시 보다 일반

운동화 착용 후 보행에서 유의하게 높았다(표 4). 그림 4에서 보는 바와 같이

일반 운동화 착용 후 보행에서 입각기 시 최대 배측굴곡 모멘트가 관찰되었지만,

다이어트 신발 착용 후 보행에서는 배측굴곡 모멘트가 관찰되지 않아 다이어트

신발에서 에너지 흡수가 잘되지 않고 있으리라 생각된다. Kwon 등(2003)은 말초

신경장애가 있는 당뇨환자와 일반 대상자의 보행 시 근활성도 비교 연구에서

당뇨환자군에서 초기 입각기 시 배측굴곡 모멘트의 감소를 보였고, 이러한 이유로

장딴지 근육의 조기 활동과 관련이 깊다고 하였으며, 보행 시 앞정강근의

근활동이 유의하게 지속되는 이유는 초기 입각기 시와 입각기 시 발목관절의

안정성 증진을 위해 장딴지 근육과 함께 협동수축(co-contraction)을 하기

때문이라고 하였다. 본 연구에서도 다이어트 신발을 착용 후 보행 시 일반 운동화

착용 후 보행보다 하중 반응기 이후 앞정강근의 지속적인 활동증가를 보였다.

이러한 결과는 Romkes (2006)등의 연구와 유사한 결과이다. 또한 Yamanoto

- 22 -

등(2000)은 힐레스 신발 착용 후 보행에서 뒷굽을 제거함으로써 앞정강근의

활동증가를 초래한다고 하였다. 본 연구에서 다이어트 신발 착용 후 보행에서

입각기 최대 배측굴곡 모멘트의 감소와 함께 하중 반응기 이후 지속적인

앞정강근의 근활성도 증가와 초기 입각기 시 장딴지근의 근활성도 증가를 보였다.

이것은 아마도 다이어트 신발 뒷굽의 경사각도가 15도 이기 때문에 보행 시 발의

안정성 증진을 위한 것으로 생각된다.

Nigg 등(2006)은 관절모멘트뿐만 아니라, 근전도 크기에 의해 관절부하(joint

loading)에 대한 표시를 제공할 수 있으며, 특히 근육의 협동 수축(co-

contraction)이 관절부하에 대해 충분히 영향을 줄 수 있다고 하였다. 하지만,

Tscharner 등(2003)은 관절모멘트 결과와 근 활동의 변화는 많은 변수로 인해

유의하지 않다고 하였다. 또한 김택훈 등(2004)은 정상인에서 보행속도가

변화하면 관절 운동역학 곡선의 패턴은 변화가 적지만 최대 모멘트와 일률의

진폭은 유의하게 변화한다고 하였다. 본 연구에서 보행조건 간 보행속도, 입각기,

활보장과 분보수는 유의한 차이는 없었다(표 2). 그러므로 본 연구의 보행조건 간

모멘트와 일률의 차이는 보행속도에 영향을 받지 않았음을 알 수 있다.

본 연구에서 보행조건 간 보행변수의 유의한 차이가 없는 것과 시상면의

관절각도에서 엉덩이관절과 무릎관절 평균값의 미미한 차이(표 3)와 보행조건 간

시상면의 관절모멘트 비교에서 유의한 차이가 없는 것(표 4)으로 미루어 보아

다이어트 신발 착용 후 보행에서 일반 운동화 착용 후 보행과 비교할 때

시상면에서 엉덩이관절과 무릎관절에 대한 관절부하(joint loading)도 큰 차이가

나지 않을 것으로 생각된다.

본 연구에서 보행조건 간 시상면의 관절일률을 비교 시 엉덩이관절에서 최대

- 23 -

에너지 생성, 입각기 최대 에너지 흡수는 유의한 차이가 없었고, 또한

발목관절에서 입각기 최대 에너지 생성은 유의한 차이가 없었다(표 5).

발목관절의 일률에서 입각기의 최대 에너지 흡수는 다이어트 신발 착용 후

보행에서 유의하게 낮았다(그림 5). 이러한 이유는 다이어트 신발 착용 후

보행에서 보다 배측굴곡이 더 높고, 라커(rocker)가 형성되어있어 저측굴곡이

제한되어 에너지 흡수가 감소되는 것으로 생각된다.

Kerrigan 등(2000)은 높은 에너지 흡수는 하중 반응기 동안 발목관절

저측굴곡근의 원심성 수축과 아킬레스건의 수동적 신장에 의해 발생한다고

하였다. 이러한 흡수된 에너지는 다시 전유각기나 입각기 말기의 힘의 회복

동력으로 이용되어 발목관절 저측굴곡근의 구심성(concentric)활동의 요구를

감소시킨다고 하였다. 즉, 발목관절이 보다 저측굴곡 되어 있어 이것이

발목관절과 지면 반발력의 선 사이의 거리를 짧게 하여 입각기 말기에

저측굴곡근의 근력생산을 감소시킨다는 것이다.

입각기 최대 엉덩이관절 에너지 생성과 흡수는 유의한 차이가 없었다(표 5).

이것은 원위부인 발목관절에서 먼저 보상적 적응전략(compensatory adaptive

strategy)을 사용하였기 때문에 근위부의 작용이 줄어들어 일반운동화 착용 후

보행 시와 다이어트 신발 착용 후 보행에서 차이가 없었다고 생각된다. 김택훈

등(2004)은 보상적 적응전략은 보행 동안 균형을 유지하기 위해 사용된다고

하였다. 본 연구에서 사용된 다이어트 신발 바닥이 불안정하기 때문에 보행 시

균형유지를 위한 것으로 생각된다.

입각기 최대 무릎관절 에너지 생성은 일반 운동화 착용 후 보행보다 다이어트

신발 착용 후의 보행에서 유의하게 컸다. 이 결과는 발목관절의 차이로 인해

- 24 -

발생한 무릎관절 굴곡의 증가가 유지되었던 것으로 생각되며, 또한 발목관절이

보다 배측굴곡이 되어 있어 넙다리네갈래근의 효과적인 구심성 수축이

수월하였기 때문일 것으로 생각된다.

본 연구에서는 일반 운동화와 다이어트 신발에 대한 에너지 소비량에 대한

평가가 이루어 지지 않았으며, 보행분석 시 관상면과 횡단면에 대한 측정이

이루어 지지 않아 제한점을 갖는다.

향후 연구에서 일반 운동화와 다이어트 신발 착용 후 다이어트와 관련된

에너지 소비량 측정이 필요하며, 다이어트 신발을 장시간 착용 시 발목관절에

미치는 영향에 대하여 알아볼 필요가 있다.

- 25 -

제제제제5555장장장장 결론결론결론결론

본 연구는 일반 운동화와 뒷굽의 경사각도가 15도인 다이어트 신발을 착용 후

보행 시 선형변수적, 운동형상학적 및 운동역학적, 그리고 근활성도의 차이를

알아보았다. 연구결과는 다음과 같다.

첫째, 보행조건 간 보행변수 비교에서 보행속도, 활보장, 분보수, 한 발짝

길이, 입각기 기간(% stance phase)에서 유의한 차이가 없었다(p>0.05).

둘째. 보행조건 간 관절각도의 비교에서 엉덩이 관절에서 초기 입각기 굴곡

평균과 유각기 최대 굴곡에서 유의한 차이가 없었다(p<0.05).

무릎관절에서는 입각기 최대 굴곡, 입각기 최대 신전, 유각기 최대

굴곡에서 유의한 차이가 있었다(p<0.05). 하지만 각 관절에서 각도

차이는 매우 적었다. 발목관절에서는 초기 입각기 배측굴곡, 입각기 최대

저측굴곡, 전 구간 최대 배측굴곡, 전 구간 최대 저측굴곡에서 유의한

차이가 있었다(p<0.05).

셋째. 보행조건 간 관절모멘트는 엉덩이관절 입각기 최대 신전, 무릎관절

입각기 최대 굴곡과 입각기 최대 신전, 발목관절 입각기 최대 저측굴곡

에서 유의한 차이가 없었다(p>0.05). 발목관절 입각기 최대 배측굴곡

모멘트에서는 일반 운동화 착용 후 보행 시 다이어트 신발 착용 후 보행

보다 유의하게 증가하였다(p<0.05).

넷째. 보행조건 간 관절일률은 무릎관절 입각기 최대 에너지 생성, 발목관절

입각기 최대 에너지 흡수에서 유의한 차이가 있었다(p<0.05).

- 26 -

일반 운동화와 다이어트 신발 착용 후 보행 시 엉덩이 관절과 무릎관절에서

운동형상학적 및 운동선형변수에서 보다 발목관절에서 큰 차이를 발견할 수

있었다. 향후 연구에서 장기간 다이어트 신발 착용 시 발목관절에서의 보행변수

차이가 발목관절에 어떤 영향을 미치는지 알아보는 연구가 필요할 것이다,

- 27 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌

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ABSTRACTABSTRACTABSTRACTABSTRACT

A Comparison oA Comparison oA Comparison oA Comparison of Gait Pattern Bf Gait Pattern Bf Gait Pattern Bf Gait Pattern Between Diet Shoes etween Diet Shoes etween Diet Shoes etween Diet Shoes

AAAAnd nd nd nd Running ShoesRunning ShoesRunning ShoesRunning Shoes

Cho Young-Ki

Dept. of Ergonomic Therapy

The Graduate School of

Health and Environment

Yonsei University

The purpose of this study was to compare the gait parameters and muscle

activity during walking between wearing running shoes and diet shoes that

had 15 degree of heel tilt angle. Seventeen healthy subjects (men: 8, women:

9)underwent 3D gait analysis with simultaneously collecting surface

electromyography (EMG) data of the leg muscles when walking with running

shoes and with diet shoes.

The subjects walked at comfortable walking speed selected by

themselves along 10 meters walkway at human motion analyzing room after

they put on running shoes and diet shoes each. The study conducted walking

test to let the subjects touch their heel of diet shoes firstly on the floor.

Paired t-test was conducted to compare gait parameters during walking

- 31 -

between wearing with running shoes and diet shoes each. The findings were

as follows:

Firstly, walking speed, stride length, cadence, step length and stance phase

(%), had no significant difference (p>0.05).

Secondly, the range of motion the hip and knee in the sagittal plane

between walking conditions had significant difference (p<0.05). Not

only ankle dorsiflexion at initial contact but also maximum ankle

dorsiflexion was significantly increased at walking with diet shoes

more than at walking with running shoes (p<0.05), and it was

significantly decreased at walking with diet shoes at degree of

maximum ankle plantar flexion at stance phase and maximum ankle

plantar flexion at gait cycle (p<0.05).

Thirdly, maximum ankle dorsiflexion moment at stance phase in the

sagittal plane was significantly decreased at walking with diet shoes

(p<0.05), and that of hip joint as well as knee joint moments had no

significant difference (p>0.05).

Fourthly, joint power between walking conditions was as follows: maximum

knee joint energy generation at the stance phase was significantly

increased at diet shoes (p<0.05), and maximum ankle joint energy

- 32 -

absorption at the stance phase was significantly decreased at

walking with diet shoes (p<0.05).

Further studies are required to investigate effects on the ankle joint when

wearing diet shoes for a long time.

Key Words: Diet shoes, Gait analysis, Kinematics, Kinetics,

Linear parameters, Surface electromyography.