성별과 보행 속도에 따른 하지 관절의 기여도 분석

김로빈 ( Ro Bin Kim ),조준행 ( Joon Haeng Cho ) 한국운동역학회 2013 한국운동역학회지 Vol.23 No.2

본 연구는 일반 걷기(1.34 m/s)와 빠른 걷기(1.70 m/s)시 남녀 간 하지 관절의 운동역학적 차이와 보행 패턴 및 운동역학적 변화를 분석하고자 설계 되었다. 보행은 각 관절의 굴곡과 신전 동작을 통해 두 발을 앞뒤로 교차시키며 앞쪽으로 밀고 나감으로써 전진하게 되는 동작이다(Coutts, 1999). 본 연구에서는 보행 시 남녀 간 하지 관절의 움직임과 보행 패턴의 차이를 분석하기 위해 각 관절의 가동범위를 살펴보았다. 그 결과 각 두 속도 모두에서 남녀 간의 차이는 나타나지 않았으며, 속도의 증가와 함께 발목과 엉덩 관절의 가동범위가 증가한 것을 확인할 수 있었다. Cho와 Kim (2012)은 보행 속도의 증가와 함께 발목과 엉덩 관절의 가동범위는 증가하지만 무릎 관절에서는 감소한다고 보고하였고 본 연구에서도 남성의 경우에는 발목과 엉덩 관절의 가동범위가 증가하고 무릎에서는 감소하는 경향이 나타나 선행연구와 유사한 결과가 나타났다. 반면 여성의 경우에는 엉덩 관절만이 유의하게 증가한 것으로 나타났으나 전체적인 패턴에서는 남녀 간 통계적인 차이는 나타나지 않았다. 보행 중 인체는 지면으로부터 발생하는 충격(Sutherland, Olsen, Cooper, & Woo, 1980)을 흡수하기 위해 신장성 수축을 통한 굴곡 동작을 실시하며, 추진을 위해서는 단축성 수축을 실시하게 된다(Kulas et al., 2008; McNitt- Gray, 1993). 본 연구의 결과 충격을 흡수하고 추진력을 얻기 위한 움직임의 가동범위에서는 남녀 간 차이가 나타나지 않았다. 하지만 움직임이 비슷하다고 해서 인체 내부의 기전이 같다고 할 수 없으므로, 운동역학적인 분석이 필요하다. 이를 위해 본 연구에서는 보행 시 관절 내 운동 역학적인 변화를 알아보기 위한 방법으로 각 관절의 신장성 일량 및 단축성 일량을 살펴보았다. 먼저 신장성 일량의 크기를 살펴본 결과 남녀 간 큰 차이는 없는 것으로 나타났다. 그러나 남녀 모두 발목 관절의 일량은 감소한 반면 무릎 관절의 일량은 증가한 것으로 나타나 속도의 증가할 경우 무릎 관절이 많이 사용되고 있음을 확인하였으며, Teixeira-Salmela, Nadeau, Milot, Gravel과 Requiao (2008)의 결과와 유사하였다. 무릎 관절의 역할에 대해 Torry, Wyland, Sterett, & Richard Steadman (2003)과 Zhang 등 (2000)은 착지 시 충격을 흡수하기 위해서는 무릎 관절의 역할이 매우 중요하다고 하였으며, 보행을 분석한 본 연구에서도 속도의 증가와 함께 충격이 커지므로 무릎 관절의 역할이 증가하였음을 확인할 수 있었다. 각 관절의 사용 비중에 대해 Teixeira-Salmela 등 (2008)은 0.67 m/s의 속도에서는 발목과 무릎의 비중이 각각 47.6%와 24.9%였으나 약 2배가 빠른 1.42 m/s의 속도에서는 각각 25.1%와 45.4%로써 속도의 증가와 함께 발목과 무릎 관절의 비중이 역전된다고 하였다. 본 연구에서도 각 관절의 일량을 모두 합한 후 각 관절의 일량으로 나누어 백분화시킴으로써(Decker, Torry, Wyland, Sterett, & Richard Steadman, 2003), 충격을 흡수하기 위한 각 관절의 역할과 비중을 살펴보았으며, 이를 통해 각 관절의 기여도에 대해 살펴보았다. 그 결과 모든 관절에서 남녀 간 차이는 나타나지 않았으나 남녀 모두 속도의 증가와 함께 발목 관절의 비중은 감소한 반면 무릎 관절의 비중은 증가하여 Teixeira-Salmela 등 (2008)의 결과와 유사하였다. 역전현상은 특히 여성에게서 뚜렷한 것으로 나타났는데, 그 이유는 발목 관절의 비중이 남성은 약 27% 감소한데 반해 여성은 40%나 감소하였기 때문이며, 이로 인해 여성에게서 보상작용이 더 크게 나타난 것이라 생각된다. 운동학적 패턴에서는 차이가 나타나지 않았으나 신장성 일량과 비중을 통해 알 수 있었던 남녀 간 충격 흡수 기전 및 전략적 차이는 다음과 같다. 먼저 남성의 경우 일반 속도에서는 엉덩 관절의 비중이 가장 높았던 반면, 여성은 발목 관절이 가장 큰 비중을 차지한 것으로 나타나 보행시 남녀 간 충격 흡수 기전 및 전략적 차이가 있었음을 확인할 수 있었다. 또한 충격 흡수를 위한 가장 비중 있는 관절로써 남성은 일반 속도(엉덩, 발목, 무릎 순)와 빠른 속도(엉덩, 무릎, 발목 순)로 모두 엉덩 관절이 가장 큰 비중을 차지하였으나, 여성은 일반 속도(발목, 엉덩, 무릎 순)에서는 발목 관절이었던 반면 빠른 속도(무릎, 엉덩, 발목순)에서는 무릎 관절로 변화가 나타난 것을 확인할 수 있었다(Figure 3). 즉, 남성은 충격흡수를 위한 역할과 변화가 근위부에서는 잘 나타나지 않지만, 여성은 원위부에서 잘 나타남으로써, 남녀 간 차이가 있음을 보여준 것이라 생각된다. 충격을 적절하게 흡수한 이후에는 각 관절의 움직임을 조절하는 근육들의 단축성 수축에 의해 추진력을 얻어 앞으로 전진하게 되므로, 보행 시 추진력을 얻기 위한 각 관절의 단축성 일량의 크기를 살펴보았다. 그 결과 속도의 증가와 함께 남녀 모두 발목과 엉덩 관절에서 단축성 일량이 증가한 것으로 나타났으며, 효과의 크기가 높게 나타나 남녀 간 차이가 있음을 확인할 수 있었다. 또한 여성은 남성보다 발목 관절에서 단축성 일량의 크기는 작았던 반면 엉덩 관절에서는 그 크기가 컸음을 확인할 수 있었다. 하지만 무릎 관절의 경우에는 남성만이 속도의 증가와 함께 단축성 일량의 크기가 증가하였는데, 이는 추진력을 얻기 위한 과정에서 남성이 여성보다 무릎 관절을 잘 사용하고 있음을 보여준 것이라 생각된다. 추진력을 얻기 위한 각 관절의 사용 전략 및 비중을 알아보기 위해 단축성 일량의 비율을 살펴본 결과 여성은 두 속도 모두에서 남성보다 발목과 엉덩 관절의 비중이 높았음을 확인할 수 있었다. 또한 남성은 속도가 증가하더라도 발목, 무릎, 엉덩 관절이 각각 약 77, 11, 11%로 비중에 변화가 나타나지 않아 보행의 패턴에 변화가 없었음을 확인할 수 있었지만 여성은 발목 관절의 비중은 늘고 무릎 관절의 비중은 감소한 것으로 나타나 추진력을 얻기 위한 전략 또한 남성과는 다름을 확인할 수 있었다(Figure 4). 마지막으로 추진력을 얻기 위한 각 관절의 비중은 남성과 여성 모두 발목 관절이 가장 중요한 역할을 하고 있음을 확인할 수 있었다. 더불어 남성은 무릎과 엉덩 관절의 비중에서 큰 차이가 없었던 반면 여성은 발목 다음으로 엉덩 관절과 무릎 관절 순이라는 것을 확인할 수 있었으며, 여성은 속도가 증가할 경우 무릎 관절의 역할이 감소함으로써 발목 관절의 역할이 증가한다는 것 또한 확인할 수 있었다(Figure 4). 여성은 남성보다 발목 관절을 효율적으로 사용하지 못하며(Eckel et al., 2012), 엉덩 관절의 움직임은 커 남녀 간 차이가 있다고 하였다(Cho et al., 2004). 본 연구의 운동학적 측면에서는 남녀 간 차이를 발견할 수 없었지만 운동학적 측면에서는 발목 관절의 비중이 작고 엉덩 관절의 비중은 커 운동학적 측면에서는 유사한 것으로 나타났다. 각 관절 일량의 비율에 대한 결과를 종합해보면 먼저 충격흡수 차원에서 남성은 두 속도 모두에서 충격흡수를 위한 엉덩 관절의 비중이 가장 컸지만 여성은 일반 속도에서는 발목 관절의 비중이 중요하였으나 속도가 빨라질 경우 무릎 관절의 비중이 가장 큰 것으로 나타나 충격을 흡수하기 위한 전략이 남성과 여성 간 차이가 있었음을 알 수 있었다. 또한 엉덩 관절의 경우 남성과 여성 모두 보행 속도가 증가함에도 불구하고 그 사용 비중에는 변화가 나타나지 않았으나 여성의 경우에는 발목 관절에서 무릎 관절로 변화하여 무릎 관절의 비중이 더 크게 늘어났음을 확인할 수 있었다. 이러한 결과는 남녀 간 보행 패턴의 차이 뿐만 아니라 발목 관절의 비중이 감소함으로써 무릎 관절에서 사용 비중이 늘어나게 되는 보상작용에도 차이가 있음을 보여준 것이라 생각되며, 특히 여성에게서 더 크게 나타났음을 보여준 것이라 생각된다. 다음으로 추진력 차원에서 남성과 여성 모두 발목 관절의 비중이 가장 컸음을 확인할 수 있었는데 남성은 속도가 증가함에도 불구하고 발목, 무릎, 엉덩 관절의 비중이 변화하지 않았던 반면 여성은 무릎 관절의 비중이 감소하는 대신에 발목 관절의 비중이 증가하였음을 확인할 수 있었다. 또한 남성은 무릎과 엉덩 관절의 비중에서 차이가 나타나지 않았으나 여성은 무릎보다 엉덩 관절의 비중이 커 추진력을 얻기 위한 전략 또한 남성과 다르다는 것을 확인할 수 있었다. 지금까지의 결과를 종합해보면 운동학적 측면에서 가동 범위를 통한 남녀 간 보행 패턴에서는 차이가 없었음을 확인할 수 있었다. 하지만 운동역학적인 측면에서는 남녀 간 차이와 속도 간 차이가 있었음을 확인할 수 있었다. The purpose of this study was to evaluate the gender differences on gait pattern and the kinetics on lower extremities according to the different gait speed. Ten collegiate male students (age : 23.80±2.94 yrs, height : 179.40±5.04 cm, weight : 66.57±5.64 kg) and ten female students (age : 23.40±2.91 yrs, height : 166.06±5.61 cm, weight : 53.76±2.75 kg) participated in this study. To investigate the role, the ratio of the use, and the effectiveness of each joint during gait, we examined the joint work and the contribution to total work. The results of this study were as follows: First, gait pattern was not differ between male and female, hip joint ROM increased with the increase of gait speed both male and female. Second, the eccentric work of the ankle joint decreased with the increase of the gait speed both male and female, on the other hand increased on the knee joint. Third, in the result of the contribution to total eccentric work, male in both the two gait speed was the biggest on the hips joint. However, female in normal gait speed was the greatest on the ankle joint, was the most on the knee joint in the fast gait speed. Forth, the concentric work on the ankle and hip joint increased with the increase of gait speed both male and female. Fifth, in the result of the contribution to total concentric work, there is no difference in the male both the two gait speed, however decreased in the female on the knee joint with the increase of the gait speed, on the other hand increased on the ankle joint.

한국과 서양의 주거생활 형태가 홉핑과 커팅 동작의 다리관절 움직임에 미치는 영향

조준행(Cho, Joon-Haeng),김로빈(Kim, Ro-Bin),김승재(Kim, Seung-Jae) 한국사회체육학회 2016 한국사회체육학회지 Vol.0 No.65

Hopping movement could cause stress fractures, osteoarthritis and ruptures of ligament, tendon and muscle as jumping high and changing directions and cutting movement is closely related with lower limb’s injuries as changing directions quickly during sports activities. The purpose of this study was to investigate the effects of Korea and western housing lifestyle on lower limb’s joint motion of hopping and cutting movement and injury risk of the lower limb. 11 Korean with sitting-on-the floor lifestyle (age 23.3±1.9 years, height 178.2±4.6 cm, weight 69.5±5.1kg) and 11 Westerner with sitting-on-chair lifestyle (age 23.2±1.3 years, height 182.9±5.1 cm, weight 78.1±6.8 kg) were recruited for this study. The distance between starting and finishing motion was set as 05 percent of each subject’s height during hopping and cutting movement and the cutting angle was controlled to be 45 degrees. 8 infrared cameras and 1 force plate were used to acquire kinematic and kinetic variables of lower limb’s joints. The results are as follows. 1. Both Korea and Western housing lifestyle group showed the larger ROM of ankle, knee and hip joints in cutting movement and both hopping and cutting movement showed the smaller ROM of ankle, knee and hip joints in Korea than Western housing lifestyle group. 2. Both Korea and Western housing lifestyle group showed less utilization of ankle joint and more utilization of knee joint in cutting movement. During hopping movement Korea housing lifestyle group showed less utilization of ankle joint, however, more utilization of knee joint than Western housing lifestyle group. 3. Concentric work and contribution ratio of concentric work showed no differences between the both housing lifestyle group and the both movements.

착지 시 무릎 움직임의 제한이 하지 관절의 충격 흡수 기전에 미치는 영향

조준행(Cho, Joon-Haeng),김로빈(Kim, Ro-Bin) 한국사회체육학회 2015 한국사회체육학회지 Vol.0 No.62

The purpose of the study is to examine the effect of restrict movement of lower limb joint and impact absorption mechanism during drop landing from 45cm height. The subjects of the study were 16 male college students who like to play basketball and baseball. The restrictions on knee flexion were given in three different degrees; 1. No restriction, 2. 45°, 3. 30°. The results are as follows. 1. The range of motion of knee and hip joint decreased when using knee brace during landing 2. The contribution to total work of ankle joint decreased when using knee brace during landing. 3. The importance of ankle joint decreased while the importance of knee joint increased when using knee brace during landing. 4. The vertical ground reaction force and loading late increased when using knee brace.

착지 후 점프 시 높이가 하지 관절의 변화와 부상기전에 미치는 영향

조준행 ( Joon Haeng Cho ) 한국운동역학회 2012 한국운동역학회지 Vol.22 No.1

The purpose of this study was to determine the effects of landing height on the lower extremity during a counter movement jump. Fourteen healthy male subjects (age: 27.00±2.94 yr, height: 179.07±5.03 cm, weight: 78.79±6.70 kg) participated in this study. Each subject randomly performed three single-leg jumps after s single-leg drop landing (counter movement jump) on a force platform from a 20 cm and 30 cm platform. Paired t-test (SPSS 18.0; SPSS Inc., Chicago, IL) was performed to determine the difference in kinematics and kinetics according to the height. All significance levels were set at p<.05. The results were as follows. First, ankle and knee joint angles in the sagittal plane increased in response to increasing landing height. Second, ankle and knee joint angles in the frontal plane increased in response to increasing landing height. Third, there were no significant differences in the moment of each segment in the sagittal plane for the jumping height increment. Fourth, ankle eversion moment and knee valgus moment decreased but hip abduction moment increased for the jumping height increment. Fifth, Ankle and knee joint powers increased. In percentage contribution, the ankle joint increased but the knee and hip joints decreased at a greater height. Lastly, as jumping height increased, the power generation at the ankle joint increased. Our findings indicate that the height increment affect on the landing mechanism the might augment loads at the ankle and knee joints.

드롭 착지 시 착지의 높이와 키 높이 깔창이 충격흡수 기전에 미치는 영향

조준행 ( Joon Haeng Cho ),김로빈 ( Ro Bin Kim ) 한국운동역학회 2014 한국운동역학회지 Vol.24 No.2

The purpose of this study was to analyse the effect of the drop height on lower extremity and lower back kinematics and kinetics during drop landing with the use of raised heel insole. Furthermore we investigated the change that occurred in our body. Joint ROM, eccentric work and contribution to total work were calculated in 11 male college students performing drop landing with 8 motion analysis cameras and 1 forceplate. The result were as follows. First, the ROM and eccentric work were increased in all joints with the increase of the drop height. Second, the ankle ROM and eccentric work were decreased with the use of the insole. Third, the use of the lower back was increased as the use of the ankle decreased with the insole. Based on these results, we can infer that putting on the insole may contribute to chronic injury. We recommend not to use the insole during physical activity.

드롭랜딩 시 착지 방향에 따른 발목과 무릎 상해 기전 분석

조준행 ( Joon Haeng Cho ),김경훈 ( Kyoung Hun Kim ),문곤성 ( Gon Sung Moon ),조영재 ( Young Jae Cho ),이성철 ( Sung Cheol Lee ) 한국운동역학회 2010 한국운동역학회지 Vol.20 No.1

The purpose of this study was to compare the differences in kinematic and kinetic parameters of the ankle and knee joint according to three landing direction(central, left, right). Fifteen collegiate male athletes(age: 22.7±3.5 years, height: 174.9±7.1 cm, weight: 69.4±6.7 kg) with the right leg as dominant were chosen. The subjects performed series of drop landings in three directions. In terms of the three different landing directions, plantar flexion was the greatest during the central drop landings. For each initial contact of the landing direction, plantar flexion of the ankle was greatest at the central drop landing, inversion of the ankle was greatest at the right landing and valgus of the knee was greatest at the left drop landing. Regarding the peak force, the greatest was at the 1st peak force during the central drop landing. For the time-span of the 2nd peak force and the 2-1 peak force, both right sides resulted as the greatest. Therefore, with the appropriate training in landing techniques and developing neuromuscular training for proprioception by taking the injury mechanisms on ankle and knee during drop landings into account, it will assist in preventing such injuries.

기능적 발목 불안정성 선수들의 드롭랜딩 시 재활 기간이 하지 관절의 운동역학적 특성에 미치는 영향

조준행 ( Joon Haeng Cho ),김경훈 ( Kyoung Hun Kim ),이해동 ( Hae Dong Lee ),이성철 ( Sung Cheol Lee ) 한국운동역학회 2010 한국운동역학회지 Vol.20 No.4

The purpose of this study was to analyze the changes in kinematic and kinetic parameters of lower extremity joint according to rehabilitation period. Fourteen collegiate male athletes(age: 22.1±1.35 years, height: 182.46±9.45cm, weight: 88.63±9.25kg) and fourteen collegiate athletes on functional ankle instability(age: 21.5±1.35 years, height: 184.45±9.42cm, weight: 92.85±10.85kg) with the right leg as dominant were chosen. The subjects performed drop landing. The date were collected by using VICON with 8 camera to analyze kinematic variables and force platform to analyze kinetic variables. There are two approaches of this study, one is to compare between groups, the other is to find changes of lower extremity joint after rehabilitation. In comparison to the control group, FAI group showed more increased PF & Inversion at IC and decreased full ROM when drop landing. Regarding the peak force and loading rate, it resulted in higher PVGRF and loading. FAI group used more increased knee and hip ROM because of decreased ankle ROM to absorb the shock. And it used sagittal movement to stabilize. In terms of rehabilitation period, FAI group showed that landing patterns were changed and it increased total ankle excursion and used all lower extremity joint close to normal ankle. Regarding the peak force and loading rate, FAI group decreased PVGRF and loading rate. and also showed shock absorption using increased ankle movement. And COP variable showed that proprioception training increased stability during 8 weeks. The results of this study suggest that 8 weeks rehabilitation period is worthwhile to be considered as a way to improve neuromuscular control and to prevent sports injuries.

MBT 신발이 보행 시 하지 관절의 운동역학적 특성에 미치는 영향

조준행(Joon Haeng Cho),김로빈(Ro Bin Kim) 한국사회체육학회 2012 한국사회체육학회지 Vol.0 No.48

The aim of this study was to assess the effect of the MBT shoes on lower extremity joints dynamics during walking. 10 healthy male subjects(age: 23.5±2.3 yr, height: 177.6±3.7 cm, weight: 72.9±7.3 kg) were recruited. The velocity of gait was set by 1.34m/s and 1.7m/s. The data were collected by using VICON with 8 cameras to analyze kinematic variables with 200Hz and force platform to analyze kinetic variables with 2000Hz during the gait. The results were as follows. First, the ROM and the change in the ankle joint was decreased with MBT shoes. Second, the change of ankle plantar flexion moment was decreased but ankle stiffness was increased in MBT shoes compared to the control. Third, the peak ankle absorption power was decreased but peak hip absorption power was increased with MBT shoes when walking. In conclusion, a reduction in the ROM of ankle joint after wearing MBT shoes appeared but this change might affect on the knee and hip joints kinetics.

보행 시 모래주머니 착용위치에 따른 하지 관절의 운동역학적 분석

조준행(Joon Haeng Cho),김로빈(Ro Bin Kim) 한국사회체육학회 2013 한국사회체육학회지 Vol.0 No.51

Physiological effects of use of sand bags during walking exercise are verified, while there is no quantitatively verification of various attaching position. Therefore, the purpose of this study was to compare the differences of attaching position(wrist & ankle) of sand bags on lower extr emities dynamics during walking. The partici -pants of this study were fifteen male college students(year, height, weight). The results are as follows. First, the range of motion of ankle joint was decreased, while knee and hi p joints were increased attached to the ankle joint. Second, the eccentric work of ankle joint was increased, while the concentric work of ankle joint was decreased attached to the ankle joint. Third, rate of concentric work of ankle joint was decreased, while hip joint was increased. Our findings implies that sand bag attached to the ankle joint has a high efficiency of exercise, however has increasing the compensation in knee and hip joints. Therefore, we recommended attached to the wrist during walking exercise.

서 있는 자세에서 기능성 신발과 운동화의 자세 안정성 비교분석

조준행(Cho, Joon-Haeng),김로빈(Kim, Ro-Bin) 한국사회체육학회 2017 한국사회체육학회지 Vol.0 No.67

The aim of this study is to assess the effects of wearing MBT shoes at standing posture on postural stability. The subjects were 9 males(age: 23.7 ± 2.3 yrs, height: 177.8 ±3 .8 cm, weight: 72.7 ± 7.2 kg) in their 20s who exercise regularly and are in good physical health. Two force plate were used. The ground reaction force data were collected in 2000Hz which were divided by the subjects’ weight. In order to assess the stability, the Anterior-posterior Stability Index(APSI) and Medial-lateral Stability Index(MLSI) were calculated based on the ground reaction force data, and the ranges of the Center of Pressure(COP) X, Y, and the sway of the COPE X, Y were examined based on the COP data. The result shows that the stability examined by the APSI were lower when wearing MBT footwear compared to wearing casual footwear (running shoes) and the ranges of the COPE X, Y and the sway of the COP X, Y were larger.