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https://www.krm.or.kr/krmts/link.html?dbGubun=SD&m201_id=10012386&local_id=10012920
낙상 방지용 노인 신발 개발을 위한 운동역학적 연구
Reports NRF is supported by Research Projects( 낙상 방지용 노인 신발 개발을 위한 운동역학적 연구 | 2005 Year 신청요강 다운로드 PDF다운로드 | 이기광(국민대학교) ) data is submitted to the NRF Project Results
Researcher who has been awarded a research grant by Humanities and Social Studies Support Program of NRF has to submit an end product within 6 months(* depend on the form of business)
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  • Researchers have entered the information directly to the NRF of Korea research support system
Project Number G00162
Year(selected) 2005 Year
the present condition of Project 종료
State of proposition 재단승인
Completion Date 2007년 05월 29일
Year type 결과보고
Year(final report) 2007년
Research Summary
  • Korean
  • 안정성(stability)은 인체의 무게중심을 유지하기 위해 특정한 공간 영역 내에서 신체의 위치를 유지하는 능력이다. 최근 밑창이 둥근 형태의 굴곡형 신발을 신고 걷는 것이 하지근육을 강화할 수 있으며 운동과 재활에도 효과가 있다는 연구들이 있지만 보행용 전문 신발에 관한 연구는 아직 부족한 실정이며 최적의 아웃솔의 각도에 관한 비교연구는 거의 없었다. 본 연구는 전방굴곡형과 후방굴곡형 신발을 신고 트레드밀에서 걷는 동안 하지근육의 활동특성과 보행패턴의 차이를 비교함으로써 최적의 신발 굴곡형태를 규명하는데 그 목적이 있다. 본 연구의 대상자는 최근 6개월 동안 하지와 발의 통증이나 상해가 없는 자발적인 참여자로 20대 성인 남자 15명(24.3±1.3yrs, 174.6±3.6cm, 67.7±6.2kg)이 참가하였으며 운동학적 분석을 위한 3차원 모션 캡쳐 시스템(LUKOtronic, Austria)과 하지의 근 활동을 분석하기 위한 무선 근전도기(WEMG-8 System, Laxtha사, 한국)를 이용하였다. 본 연구에서 사용된 불안정성 신발은 일반운동화(A)와 굴곡점이 다른 불안정성 신발인 후방굴곡형(negative heel rocker;B)과 전방굴곡형(positive heel rocker;C)을 사용하였다. 보행 속도는 1.33m/s로 설정하였다. 종속변인에 대한 독립 변인의 효과를 통계적으로 검증하기 위해서 반복측정에 의한 일원변량 분산분석을 하였고 주효과에 대한 사후검증은 Bonferroni 검정을 실시하였다. 모든 통계적 검증에 대한 =.05로 설정하였다. 보행 시 입각기동안 세 신발 A, B, C사이에 몸통의 경사각은 통계적으로 유의한 차이가 없었다. 그러나 신발 B의 경우 신발 A와 C에 비해 오른발 뒤꿈치 지지기(RHS)와 중간 입각기(MST)에서 약 1.5~2도 더 후방굴곡하는 경향이 있으며 MST를 지난 이후 입각기 말기에는 급격하게 몸이 전방으로 굴곡 되는 경향이 있었다. 그러나 신발 C의 경우 RHS와 RTO는 신발 A와 비슷하지만 다른 구간에서 모두 신전하는 경향을 보인다. 고관절각은 중간 입각기(MST)에서 신발 B는 3.63도의 고관절 신전을 나타냈고 A는 3.3도 고관절 굴곡을 나타내 신발 B가 약 6.9도 더 유의하게 신전되었다(p=.00). 그러나 신발 C와 유의한 차이는 없었다. 이는 신발 B의 몸통의 후방굴곡의 증가로 인한 차이일 것으로 생각된다. <표 2>에서 보는 바와 같이 신발 B는 신전이 증가함으로써 전체 관절운동범위가 약간 증가하는 경향이 있었고 C는 A와 비슷한 경향을 나타내었다. 무릎관절각은 신발 B는 신발 A에 비해 약 6.6도 더 유의하게 신전이 증가하였고(p=.01), 신발 C에 비해 약 7.9도 더 유의하게 신전이 증가되었다(p=.00). 치하는 결과를 보여주었다. 반대로 전방굴곡형 신발인 신발 C는 최대 굴곡각도와 신전각도 모두 증가함으로써 무릎관절각의 관절 운동범위가 유의하게 커지는 현상이 나타났다(p=.00). 이는 신발 C의 발목의 족저굴곡의 증가가 무릎관절각의 증가에 영향을 주는 것으로 판단된다. 발목관절각은 왼발 뒤꿈치 지지기(LHS)와 오른발 이지기(RTO)에서 유의한 차이가 나타났다. LHS에서 신발 B는 A보다 약 7도 유의하게 배측굴곡이 감소하였고(p=.00) C는 A보다 약 약 3.5도 유의하게 배측굴곡이 감소하였다(p=.01). RTO에서 신발 C는 신발 A에 비해 약 8도 B에 비해 약 5도 유의하게 족저굴곡이 증가되었다(각각 p=.02, p=.01). 신발 B는 신발 A에 비해 최대 굴곡각도가 약 4.8도 유의하게 감소하였고(p=.01) 관절가동범위는 약 6.9도 유의하게 감소하였다(p=.03). 선행 연구와 비교하여 본 연구는 배측굴곡과 족저굴곡이 모두 감소함으로써 발목의 관절운동이 감소하고 특히 후방굴곡형 신발이 전방굴곡형 신발 보다 발목의 운동 보다는 다른 관절의 운동이 보상되어지거나 근육의 활동이 보상되어지는 것으로 생각된다. 전체 보폭구간에서 전경골근의 활동은 신발 A에 비해 신발 B는 약 14.3%의 유의한 증가(p=.01)를 보였고 신발 C는 약 12.7%의 유의한 증가(p=.01)가 있었다. 내측 비복근의 활동은 신발 B가 신발 A에 비해 약 17.5%의 유의한 증가(p=.02)되었고, 신발 C는 A에 비해 약 18%의 유의하게 증가되었다(p=.01). 입각기동안 하지근육의 활동은 두 가지 불안정성 신발 모두 일반화에 비해 증가하는 경향이 있었다. 또한 입각기동안 대퇴직근과 전경골근의 활동은 A보다 C가 근육활동의 증가하는 경향을 보였고 C보다는 B가 증가하는 경향을 보였다. 유각기동안 대퇴직근의 활동은 신발 B는 A에 비해 약 9.0%의 유의한 증가(p=.01)를 보였으나 B와 C간, A와 C간의 유의한 차이는 없었다. 대퇴이두근의 활동은 B의 경우 A에 비해 약 19.9%의 유의한 증가를 보였으며(p=.03) C의 경우 A와 비교하여 약 17%의 유의한 증가를 보였다(p=.01). 전경골근과 내측 비복근의 활동은 통계적으로 유의하지는 않았으나 모두 A보다 B가, B보다 C가 증가하는 경향을 보였다.
  • English
  • Recently various unstable walking shoes are used for training to improve the balance ability and physical strength. However the mechanism of training effect and the optimal rocker shoes angle were not studied yet. Purpose This study investigated the effects of rocker heel angle during walking on the gait mechanics and muscle activity of lower extremity. Methods While fifteen healthy men (24.3±1.3 years, 174.6±3.6cm, and 67.7±6.2kg) walked with two rocker heel shoes (15° and 20°) and a normal shoes on the treadmill at 1.33m/s, the joint kinematics and EMG signal were simultaneously recorded for 1 minute. Temporal variables of gait pattern and ankle, knee, hip and trunk angle were analyzed using three dimensional motion analysis at 100Hz. Muscle activity of rectus femoris, tibialis anterior, biceps femoris and medial gastrocnemius were analyzed at 1000 Hz. To compare statistical difference of each shoes, the one-way ANOVA with repeated measures was conducted. Results Swing phase was significantly increased with 15° rocker heel shoes. While trunk tilt angle was not changed significantly by shoes, hip joint angle was significantly increased in both rocker shoes than normal shoes at midstance. Knee joint angle was increased with 15° rocker shoes than 20° rocker shoes at right toe off. Also knee joint with 15° rocker heel shoes was more flexed than with other shoes. Ankle dorsiflexion angle was significantly decreased with 15° rocker shoes compare to normal shoes at left heel strike while 20° rocker shoes showed reduced dorsiflexion angle compared with normal shoes at right toe off. Furthermore ankle maximum angle and range of motion were significantly decreased with 15° rocker shoes compared with normal shoes. Muscle activity of rectus femoris and biceps femoris statistically increased on both rocker shoes during gait cycle on treadmill. Maximum peak time of tibialis anterior represented about 23.8% time delay. But no significant difference was first peak time of muscle activity among three shoes conditions. The 15° rocker shoes was increased in variability at stance phase first 1/2, 20° rocker shoes was increased in variability at terminal stance phase. Coordination decreased in between joints of lower extremity.
Research result report
  • Abstract
  • The purpose of this study was to investigate muscle activity and gait pattern in lower limb depending on the outsole of heel rockers. Fifteen healthy men volunteered for this experiment. Each subject performed totally three trails with two pairs of different heel rocker shoes and a pair of normal running shoes at speed of 1.33m/s for 1 minute during walking on a treadmill. Kinematic data gathered in 100Hz was recorded and analyzed by using the 3D motion capture system to measure the trunk tilt and joint angle of the right lower limb. And the lower extremity muscle activities were simultaneously recorded in 1000Hz and assessed by using EMG. The statistical analysis was the one-way ANOVA with the repeated measures to compare among the three kinds of shoes. The level of statistical significance for all tests was 0.05. Joint angle of lower limb was showed statistically significant different in MST(hip joint), LHS(ankle joint), and RTO(knee and ankle joint). Muscle activity of rectus femoris and biceps femoris was statistically increased in both heel rocker shoes during gait cycle on treadmill. The maximum peak time of tibialis anterior in the negative heel rocker showed the delay of approximately 23.8%time than normal shoes. Gait pattern variability of the negative heel rocker was increased in the first half of the stance phase and the variability of the positive heel rocker was increased in the terminal stance phase. In Conclusion, stability was decreased in between joints of lower limb on positive heel rocker than negative heel rocker. This study found that there were different joint angle, muscle activity, gait pattern and coordinate system of the lower limb in each kind of shoes. These unstability affected the lower extremity and the whole body. A further study has to be continued with study of rehabilitation and exercise for a long-term.
  • Research result and Utilization method
  • 보행 시 입각기동안 몸통의 경사각은 신발 B의 경우 신발 A와 C에 비해 오른발 뒤꿈치 지지기(RHS)와 중간 입각기(MST)에서 약 1.5~2도 더 후방굴곡하는 경향이 있으며 MST를 지난 이후 입각기 말기에는 급격하게 몸이 전방으로 굴곡 되는 경향이 있었다. 그러나 신발 C의 경우 RHS와 RTO는 신발 A와 비슷하지만 다른 구간에서 모두 신전하는 경향을 보인다. 신발 B는 신발 A에 비해 약 6.6도 더 유의하게 무릎 신전이 증가하였고(p=.01), 신발 C에 비해 약 7.9도 더 유의하게 신전이 증가되었다(p=.00). 신발 C의 최대굴곡각도의 증가로 인해 신발 A보다 약 5도, 신발 B보다 약 8도 관절가동범위가 증가하였다. 반대로 전방굴곡형 신발인 신발 C는 최대 굴곡각도와 신전각도 모두 증가함으로써 무릎관절각의 관절 운동범위가 유의하게 커지는 현상이 나타났다(p=.00). 이는 신발 C의 발목의 족저굴곡의 증가가 무릎관절각의 증가에 영향을 주는 것으로 판단된다. 발목관절각은 왼발 뒤꿈치 지지기(LHS)와 오른발 이지기(RTO)에서 유의한 차이가 나타났다. LHS에서 신발 B는 A보다 약 7도 유의하게 배측굴곡이 감소하였고(p=.00) C는 A보다 약 약 3.5도 유의하게 배측굴곡이 감소하였다(p=.01). RTO에서 신발 C는 신발 A에 비해 약 8도 B에 비해 약 5도 유의하게 족저굴곡이 증가되었다(각각 p=.02, p=.01). 전체 보폭구간에서 전경골근의 활동은 신발 A에 비해 신발 B는 약 14.3%의 유의한 증가(p=.01)를 보였고 신발 C는 약 12.7%의 유의한 증가(p=.01)가 있었다. 내측 비복근의 활동은 신발 B가 신발 A에 비해 약 17.5%의 유의한 증가(p=.02)되었고, 신발 C는 A에 비해 약 18%의 유의하게 증가되었다(p=.01). 입각기동안 하지근육의 활동은 두 가지 불안정성 신발 모두 일반화에 비해 증가하는 경향이 있었다. 또한 입각기동안 대퇴직근과 전경골근의 활동은 A보다 C가 근육활동의 증가하는 경향을 보였고 C보다는 B가 증가하는 경향을 보였다. 유각기동안 대퇴직근의 활동은 신발 B는 A에비해 약 9.0%의 유의한 증가(p=.01)를 보였으나 B와 C간, A와 C간의 유의한 차이는 없었다. 대퇴이두근의 활동은 B의 경우 A에 비해 약 19.9%의 유의한 증가를 보였으며(p=.03) C의 경우 A와 비교하여 약 17%의 유의한 증가를 보였다(p=.01). 전경골근과 내측 비복근의 활동은 통계적으로 유의하지는 않았으나 모두 A보다 B가, B보다 C가 증가하는 경향을 보였다. 유각기동안 세 신발 간의 근육 활동이 하퇴보다는 대퇴의 활동이 유의한 증가가 있었다는 것은 반대쪽 하지가 지지하는 동안 신체의 전후 흔들림에 대해 무릎관절의 내재적인 근육활동의 변화로써 보상을 하는 것으로 사료된다. 입각기 동안 근육의 최대 정점의 발현 시점은 전경골근의 활동에서 C가 A보다 약 23.8% 느리게 지연되어 나타났다(p=.02). 신발 A와 C의 경우 대퇴직근과 대퇴이두근의 활동 후에 하퇴의 전경골근과 내측 비복근의 활동이 커지지만 신발 B의 경우 대퇴이두근의 활동이 가장 먼저 크게 일어나고 전경골근의 활동이 커지면서 그 후에 대퇴직근의 정점이 나타나는 차이가 있었다. 이러한 비복근과 전경골근의 상호작용은 초기 입각기 동안 발의 움직임에 안정화와 발목관절의 안정성에 기여하는 것으로 보인다. 후방굴곡형 신발은 발목의 관절운동이 제한되어짐에 따라 입각기에 전경골근과 내측 비복근의 활동이 증가되었고 몸통과의 협응이 감소되었다. 전방굴곡형 신발은 무릎관절의 굴곡과 신전의 동요를 제어하기 위해 대퇴근 활동이 증가하였으며 하지관절사이의 협응이 감소하였다.
    따라서 이러한 결과는 후방굴곡형 신발이 노인의 낙상방지를 위한 트레이닝용 신발로 적합할 것으로 판단된다. 따라서 낙상예방을 위한 골격근의 강화 및 협응력 향상을 위해 후방굴곡형 불안정성 신발의 착용을 통한 장기간의 트레이닝이 상해 예방에 기여할 것으로 사료된다.
  • Index terms
  • ROCKER SHOE, UNSTABILITY, FALLING, JOINT COORDINATION, EMG.
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