정상인에서 보행 속도가 발관절의

관절각과 발바닥 최대 압력

분포에 미치는 영향

연세대학교 대학원

재 활 학 과

박 경 희

정상인에서 보행 속도가 발관절의

관절각과 발바닥 최대 압력

분포에 미치는 영향

지도 권 오 윤 교수

이 논문을 석사 학위논문으로 제출함

2001년 12월 일

연세대학교 대학원

재 활 학 과

박 경 희

박경희의 석사 학위논문을 인준함

심사위원 인

심사위원 인

심사위원 인

연세대학교 대학원

2001년 12월 일

감사의 글

장비 고장, 많은 대상자, 끝없는 자료정리, 무더운 날씨… … .

부끄럽지만 다음 학기에 졸업해야겠다는 생각을 진지하게 한 적도 있었습니다.

무사히 논문을 마친 지금 감사드릴 분들이 먼저 떠오릅니다.

논문 시작부터 마무리까지 물심양면으로 도와주신 권오윤 교수님.

대학원 생활 2년 동안 연구는 어떻게 하는 것인지 보여주신 조상현 교수님.

부족한 부분을 지적해 주시고 지도해 주신 김영호 교수님.

인자한 모습으로 많은 힘이 되어주신 이충휘 교수님.

어리기만 한 저를 조금이나마 성숙하게 하신 정보인 교수님.

편하지만 조언도 아끼시지 않는 유은영 교수님.

컴퓨터가 고장 나면 지체 없이 달려오고, 노력하는 삶을 보여주는 이진복 선배님.

자료 처리에서 헤매고 있을 때 좋은 프로그램으로 도움을 주신 차승규 선배님.

알찬 대학원 생활을 할 수 있게 가르쳐주신 안덕현, 옥준영 선생님.

함께 학위 논문을 진행하면서 서로 돕고 의지한 이현주, 김창인, 박철홍 선생님.

한 공간 안에서 격려해 준 종덕, 수영, 진경, 은경, 경영, 상헌, 도영, 화경 선

생님

이분들 덕분에 나만 잘하면 된다는 자만심에서 벗어날 수 있었습니다.

이제 다시 새로운 곳에서 새로운 삶을 시작하려 합니다.

하지만 이곳에서의 경험은 제가 앞으로 살아가는데 훌륭한 밑거름이 되겠지요.

힘들 때 마다 내 곁에서 당신의 존재를 느끼게 해 주신 하느님

안부전화도 자주 하지 못했지만 부족한 딸을 믿어주시는 부모님께 감사드립니다.

2001년 12월

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 도구 및 자료 처리 ………………………………………………………………………………………………………………………5

2.2.1. 동작 분석 시스템 ……………………………………………………………………………………………………………………………5

2.2.2. 압력 측정 시스템 ……………………………………………………………………………………………………………………………5

2.3. 실험 방법…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………6

2.3.1. 첫 번째 발허리발가락관절과 발목관절의 관절각 측정 ……………………………………6

2.3.2. 압력 분포 측정 방법 ……………………………………………………………………………………………………………………8

2.4. 분석 방법…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………9

제3장 결과 ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………10

3.1. 발관절 가동범위와 최대 압력의 대상자내 신뢰도 ………………………………………………………10

3.2. 보행 속도에 따른 입각기 동안 발관절의 관절각과 최대

압력의 변화……………………………………………………………………………………………………………………………………………………12

3.3. 보행 속도에 따른 발관절 관절각의 차이 ……………………………………………………………………………15

3.4. 보행 속도에 따른 영역별 발바닥 최대 압력의 차이 …………………………………………………18

제4장 고찰 ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………21

4.1. 연구 방법………………………………………………………………………………………………………………………………………………………21

ii

4.2. 보행 속도에 따른 발관절 관절각의 차이 ……………………………………………………………………………23

4.3. 보행 속도에 따른 영역별 발바닥 최대 압력의 차이 …………………………………………………27

4.4. 제한점 및 제언…………………………………………………………………………………………………………………………………………29

제5장 결론 ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………30

참고 문헌 ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………32

영문요약……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………40

iii

그림 차례

Fig 1. MatScan system, CMS70P. ……………………………………………………………………………………………………………………6

Fig 2. Location of active markers on the left first

metatarsophalangeal joint. ……………………………………………………………………………………………………………7

Fig 3. Location of active markers on the left ankle joint. …………………………………………8

Fig 4. Joint motion and peak plantar pressure. ………………………………………………………………………14

Fig 5. Changes in motion at the first metatarsophalangeal

and ankle joints at different walking speeds. …………………………………………………………16

Fig 6. Sagittal foot joint motion at three walking speeds. ………………………………………17

Fig 7. Change in the peak plantar pressure at different

walking speeds. …………………………………………………………………………………………………………………………………………19

Fig 8. Peak plantar pressure at different walking speeds. …………………………………………20

iv

표 차례

Table 1. Subject characteristics ………………………………………………………………………………………………………………4

Table 2. Reliability (ICCs) of intra-rater agreement in assessing

dynamic ankle and first metatarsophalangeal joint

motion at different walking speeds ………………………………………………………………………………10

Table 3. Reliability (ICCs) of intra-rater agreement in assessing

peak plantar pressure at different walking speeds ………………………………………11

Table 4. Relative time of plantar peak pressure and

maximum ankle motion (expressed as a percentage

of the stance time) during walking…………………………………………………………………………………13

Table 5. Changes in motion at foot joint at different walking speeds …………17

Table 6. Peak plantar pressure at different walking speeds ……………………………………20

v

국문요약

정상인에서 보행 속도가 발 관절의 관절각과

발바닥 최대 압력 분포에 미치는 영향

보행 시 인체의 생체역학은 속도의 영향을 많이 받으나, 보행 속도가 발의 운

동형상학 및 운동역학에 미치는 영향은 충분히 연구되지 못하고 있다. 본 연구는

보행 속도가 발관절의 관절각과 발바닥 압력 분포에 어떠한 영향을 미치는지 알

아 보고자 건강한 성인 80명(남자 40명, 여자 40명)을 대상으로 실시하였다. 80,

100, 120의 세 가지 분속수로 보행하였을 때, 첫 번째 발허리발가락관절과 발목

관절의 최대 발등쪽굽힘 각도와 가동역을 삼차원 동작분석 시스템(CMS70P)을 통

하여 측정하고, 동시에 압력 측정판(MatScan system)을 이용하여 발바닥의 각 영

역(엄지발가락, 첫 번째 발허리뼈머리, 두 번째·세 번째 발허리뼈머리, 발뒤꿈치)

에 가해지는 최대 압력을 측정하였다. 실험 결과, 보행 시 필요한 첫 번째 발허

리발가락관절의 최대 발등쪽굽힘 각도는 평균 59.1°, 가동역은 48.5°로 속도에 따

른 차이가 없었으나, 발목관절은 보행 속도가 증가함에 따라 느린 속도에서 19.2°,

중간 속도에서 16.9°, 빠른 속도에서 14.9°의 최대 발등쪽굽힘 각도가 감소하였으

며, 가동역 역시 느린 속도에서 22.2°, 중간 속도에서 20.8°, 빠른 속도에서

19.0°로 감소하였다(p<0.01). 또한 엄지발가락을 제외한 첫 번째 발허리뼈머리,

두 번째·세 번째 발허리뼈머리, 발뒤꿈치의 최대 압력은 보행 속도가 빨라짐에 따

라 증가하였다(p<0.05). 따라서 보행을 비교하는 연구 시에는 속도에 대한 조절

이 필요하며, 첫 번째 발허리발가락관절이나 발목관절 가동범위에 제한이 있거나

비정상적으로 발바닥 압력이 증가된 환자에게는 가동범위를 확보하고, 느린 속도

vi

의 보행을 권장하며, 적절한 보행 패턴 교육이 필요하다,

__________________________________________________________________________

핵심되는 말 : 보행 속도, 발관절 관절각, 최대 발바닥 압력.

1

제1장 서론

발은 인간에 있어서 가장 중요한 이동 수단으로써, 인체와 지면 사이에서 인

체를 둘러싼 주변 환경과 상황에 적절하게 적응하고 상황에 따라 대처하는 능력

이 요구된다. 또한 발은 보행 시 체간 이동에 필요한 추진력과 진행 방향을 제공

할 뿐만 아니라, 이때 발생하는 물리적 충격을 흡수하며, 체중을 지지하고 지면

에 대한 적응 및 신체의 중심 이동에 반응하여 균형을 유지하는 동시에, 발 자체

의 안정성을 유지하여야 하는 역할을 담당하고 있다(성일훈 2000).

일반적으로 보행 속도는 하지 뿐만 아니라 발의 생체역학에 많은 영향을 미친

다(Rosenbaum et al. 1994). 보행 속도가 증가하면 지면반발력과 발바닥 압력이

증가하며(Rodgers 1988), 특히 보행 속도가 증가함에 따라 무게 중심이 발의 안

쪽으로 이동한다(Rosenbaum et al. 1994). 보행 속도가 증가할수록 발의 운동형

상학적(kinematic) 요소 역시 변화가 있는데, Rosenbaum 등(1994)은 보행 속도에

따라 전두면(frontal plane)에서 발목관절의 회내(pronation)가 증가하여, 발바

닥 안쪽의 체중지지 비율이 늘어났다고 보고하였다.

현재까지, 보행 시 엉덩관절, 무릎관절, 발목관절 등에 걸친 전반적인 운동생

체역학 지표는 광범위하게 연구되어져 왔으나, 발의 주요 구조물들간의 복잡한

운동형상학적, 운동역학적(kinetic) 연구는 이에 비해 부족한 편이다. 발의 동적

움직임에 대한 연구는 사체(cadaver specimen)를 대상으로 몇 가지 전기적 장비

를 사용한 분석과, 사진촬영시스템(photographic system), 전기측각계(electro-

goniometer) 및 컴퓨터 단층촬영법(computed tomographic method) 등을 통해 이

루어져 왔다(윤승호와 김봉옥 1990; Johnson et al. 1996). 발 아래의 압력을 측

정하는 방법 역시 족부 압력 측정기(pedobarography)나 다양한 load cell 시스템

2

등 여러 가지 형태로 개발되어 사용되어져 왔으나(윤승호와 김봉옥 1990), 발의

복잡한 기능을 이해하기에는 여전히 한계가 있다.

발의 다양한 구조물 가운데 첫 번째 발허리발가락관절(metatarsophalangeal

joint)은 보행에 있어 여러 가지 중요한 기능을 담당한다. 첫 번째 발허리발가락

관절은 말기 입각기(terminal stance; 진출기: propulsive phase) 시 말기라커

(terminal rocker)로, 발끝 떼기(toe-off)에서 발등쪽굽힘(dorsiflexion)을 통해

추진력을 제공하여 발이 앞으로 전진하는 것을 허용한다(윤승호와 김봉옥 1990).

또한 이 시기에 반대쪽 발로 체중의 이동을 돕고, 동시에 발허리발가락관절이 발

바닥 널힘줄(plantar aponeurosis)과 연결되어 발의 안정성을 증가시킨다(Hopson,

McPoil, and Cornwall 1995; Rodgers 1995; Sammarco 1980). 보행 시 필요한 적

절한 추진력과 안정성을 위해서는 첫 번째 발허리발가락관절의 충분한 발등쪽굽

힘 각도가 필요하나(Hetherington, Johnson, and Albritton 1990), 첫 번째 발허

리발가락관절의 가동범위가 부족하면 보행 시 정상적인 발의 기능에 심한 제한을

받으며(Hopson, McPoil, and Cornwall 1995), 비정상적인 발바닥 압력 분포를 나

타내게 된다(Roy 1988).

보행 시 첫 번째 발허리발가락관절의 발등쪽굽힘 각도는 50°~80°라고 보고되었

다. Hetherington 등(1990)은 고속 비디오 테이프 관찰(video cassette

recorder)을 통해 측정한 연구에서 평균 50.56° (46.1°~53.2°)의 발등쪽굽힘 각도

가 필요하다고 하였고, Hopson 등(1995)은 평균 64.5°, Nawoczenski 등(1999)의

삼차원 전기자기장 추적 장비(electromagnetic tracking device)를 사용한 연구

에서 평균 42°의 관절각이 필요하다고 하였다. 이렇듯 각 연구마다 관절 범위에

차이가 있었는데, 그 이유로는 측정 도구와 보행 속도의 차이 때문이라고 볼 수

있다.

3

따라서 본 연구는 보행 속도가 발관절의 관절각 변화와 발바닥 압력에 미치는

영향을 알아 보고자 실시하였다. 보행 속도에 따른 첫 번째 발허리발가락관절과

발목관절에서 관절각을 측정하고, 엄지발가락, 첫 번째 발허리뼈머리(head of

metatarsal bone), 두 번째·세 번째 발허리뼈머리, 발뒤꿈치(heel)의 압력을 측

정하여, 속도 변화에 따른 차이가 있는지 알아보고자 하였다. 이와 같은 연구 결

과는 보행 시 발목과 첫 번째 발허리발가락관절의 가동범위 제한을 평가하거나,

비정상적으로 높은 압력으로 인해 발생되는 발의 궤양을 평가, 치료, 그리고 환

자 교육 시에 필요한 기초 자료로 활용될 수 있을 것이다.

4

제2장 연구 방법

2.1. 연구 대상

연세대학교 원주캠퍼스의 학생 가운데 연구 참여에 동의한, 건강한 성인 80명

(남자 40명, 여자 40명)을 대상으로 하였다. 하지에 선천적인 기형, 심각한 외과

적 혹은 신경학적 질환, 지난 6개월 동안 하지의 외상, 발이나 허리 부위의 통증

을 경험했던 자는 제외하였다. 또한 목말밑관절(subtalar joint)의 과도한 외반

(valgus)이나 내반(varus), 무지외반증(hallux valgus)과 같이 발의 기형이 있는

자는 대상자에서 제외하였다. 또한 안쪽 복사(medial malleolus)의 아래쪽, 발배

골 결절(navicular tuberosity), 발허리뼈머리를 연결하는 각을 측정하여, 130°

~150° 범위에 있는 자만을 연구 대상자로 선정하여(Michaud 1997), 발의 안쪽 세

로활(medial longitudinal arch)이 과도하게 높은 high arch foot이나 과도하게

낮은 평편족(flat foot)은 연구 대상에서 제외하였다. 연구 대상자의 평균 연령

은 23세, 평균 신장은 167.1 ㎝, 평균 체중은 60.1 ㎏ 이었다(Table 1).

Table 2. Subject characteristics

Characteristics Male (n=40) Female (n=40) Total (N=80)

Age (yr) 24.0±2.8* 21.9±2.1 23.0± 2.7

Height (㎝) 174.8±5.4 159.5±4.7 167.1± 9.2

Weight (㎏) 69.0±8.0 52.2±5.9 60.1±10.6

*Mean±S.D.

5

2.2. 실험 도구 및 자료 처리

2.2.1. 동작 분석 시스템

첫 번째 발허리발가락관절과 발목관절의 관절각 변화는 실시간 삼차원 동작

분석 시스템인 CMS70P (Zebris Medizintechnik, GmbH. Isny. Germany)을 사용하

였다. 이 장비는 개인용 컴퓨터, 초음파 신호를 내보내는 직경 1 cm의 능동표식

자(active marker), Basic Unit CMS70P, cable adaptor, 초음파 신호를 인식하는

측정감지기(measuring sensor MA70P)로 구성되어있다(Fig 1).

시상면(sagittal plane)에서 첫 번째 발허리발가락관절 각도 변화를 CMS70를

통해 30 ㎐로 측정하여, 윈도우 용 WinData 2.19 프로그램(Zebris Medizin-

technik, GmbH. Isny. Germany)을 이용하여 각 표식자의 삼차원상을 좌표로 전환

하여 각 좌표간의 각도를 측정하였다.

2.2.2. 압력 측정 시스템

입각기 동안 발바닥에 가해지는 압력을 보기 위해 matrix 형태의 저항식 압력

센서인 MatScan system (Tekscan Inc., USA)을 사용하였다. 압력센서의 너비는

702,579 mm2 (8,382 mm × 8,382 mm)이며 센서는 가로 44개, 세로 52개로 구성되

어 있다(MatScan user manual),(Fig 1). Tekscan 압력센서의 오차 범위는 300

kPa 이하의 압력에 대해서 최대 20%이나 압력이 작은 경우(100kPa 이내)에는 약

8%이다(정진호 등 2000).

압력 분포는 Tekscan의 상용 프로그램을 이용하여 30 frame/sec로 자료를 수

집하여 F-scan TAM 4.19 프로그램(HanVit I.T.M. Co. Ltd)을 사용하여 발바닥의

각 영역을 구분하였다. 그 결과를 ASCII 형태로 전환하여 분석하였다.

6

Fig 1. MatScan systema), CMS70Pb).

2.3. 실험 방법

2.3.1. 첫 번째 발허리발가락관절과 발목관절의 관절각 측정

보행 속도는 분속수(cadence)로 조절하였다. 각각 80회, 100회, 120회 세 가

지 분속수로 구분하여 측정하였다. 보행 속도를 통제하기 위하여 메트로놈

(metronome)을 사용하였으며, 보행 순서는 무작위로 선택하며, 측정을 시작 하기

전 대상자가 메트로놈 박자에 의한 보행 속도에 익숙해 질 때까지 연습기간을 두

었다.

7

첫 번째 발허리발가락관절에 부착한 표식자의 위치는 왼쪽 엄지발가락의 등쪽

면(dorsal side) 및, 첫 번째 발허리발가락관절 축, 그리고 첫 번째 발허리뼈바

닥(base of metatarsal bone)의 등쪽면으로 모두 세 개를 부착하였으며, 긴엄지

펴짐근(extensor hallucis longus)의 건 주위는 피하여 부착하였다(Umberger,

Nawoczenski, and Baumhauer 1999; Fig 2). 대상자가 체중을 지지하고 바르게 선

자세에서 동작 분석 도구를 이용하여 첫 번째 발허리발가락관절에서 측정된 각도

를 0°로 설정하였다. 센서에서 2 m 떨어진 곳으로부터 ‘시작’ 구령과 함께 메트로

놈 속도에 맞춰 대상자에게 자연스럽게 걷도록 지시하였다. 측정된 자료 가운데

대상자의 왼쪽 발이 압력 측정판을 밟고 지나가는 동안, 발뒤축 접지기(heel

contact)부터 발끝 떼기(toe-off)까지 첫 번째 발허리발가락관절의 관절각을 측

정하였다

Fig 2. Location of active markers on the left first metatarsophalangeal

joint. a) dosal side of hallux; b) axis of the first metatarso-

phalangeal joint; c) base of metatarsal bone.

8

발목관절의 관절각 측정을 위해 다섯 번째 발허리뼈머리의 외측 및, 가쪽 복

사뼈(lateral malleolus), 그리고 가쪽 복사뼈와 넙다리뼈 관절융기의 중간에 모

두 세 개의 표식자를 부착하고, 첫 번째 발허리발가락관절의 관절각 측정과 동일

한 방법으로 자료를 측정하였다(Fig 3).

Fig 3. Location of active markers on the left ankle joint. a) lateral

side of fifth metatarsal head; b) lateral malleolus; c) midpoint

between lateral malleolus and fibular head.

2.3.2. 압력 분포 측정 방법

보행 시작 전, 대상자의 체중을 측정하여 프로그램에 입력하고 압력 측정판

위에서 대상자가 5초 동안 움직임 없이 왼쪽 발로 서도록 하여 각 대상자의 체중

을 보정하였다. 실험자의 ‘시작’ 구령을 하면, 대상자가 메트로놈 박자에 보행을

9

할 때, 입각기 동안 대상자 왼쪽 발의 관절각 변화와 동시에 발바닥 최대 압력을

측정하였다.

2.4. 분석 방법

입각기 동안 측정된 관절의 운동범위는 최대 발등쪽굽힘 각도와 가동역

(excursion; 최대 발등쪽굽힘 – 최대 발바닥쪽굽힘), 두 가지 변수를 사용하였다.

보행 속도에 따른 발바닥의 압력 분포를 비교하기 위하여 엄지발가락의 바닥, 첫

번째 발허리뼈머리, 두 번째·세 번째 발허리뼈머리, 발뒤꿈치 부위의 최대 압력

(kPa)을 영역별로 측정하였다.

각 속도마다 입각기 동안 관절의 관절각과 최대 압력 분포는 Microcal Origin

6.0 프로그램(Microcal software Inc.)을 이용하여 전체 입각기를 100%(0%: 발

뒤축 접지기; 100%: 발끝 떼기)로 표준화(normalization)하였다. 표준화된 자료

를 통해 전체 입각기 가운데 몇 %에서 발바닥 최대 압력과 최대 발등쪽굽힘 각도

가 나타나는지 분석하였다.

각 보행 속도에서 발관절의 관절각과 발바닥 최대 압력의 대상자내 신뢰도는

급간내상관계수(Intraclass Correlation Coefficients; ICCs[3,1])를 구하였다.

보행 속도에 따른 관절각 변화와 최대 압력의 차이를 보기 위하여 반복측정 된

일요인 분산분석(one-way repeated ANOVA)을 실시하였으며, 유의수준 α는 0.05

로 하였다. 개체내 요인 수준간의 차이를 보기 위하여 대비검정(contrast test)

을 실시하였다. 자료의 통계처리를 위해 윈도우 용 SPSS 10.0 (Statistical

Package for the Social Sciences) 프로그램을 사용하였다.

10

제3장 결과

3.1. 발관절 관절각과 발바닥 최대 압력의 대상자내 신뢰도

첫 번째 발허리발가락관절과 발목관절의 최대 발등쪽굽힘 각도와 가동역의 3

회 반복에 대한 대상자내 신뢰도 ICCs는 0.79∼0.95로 양호(good)한 수준이었다

(Portney, and Watkins 1993). 이를 통해 보행이 일정한 패턴을 보이며, 측정 도

구의 신뢰도가 높았음을 알 수 있었다(Table 2).

Table 2. Reliability (ICCsa) of intra-rater agreement in assessing dynamic

ankle and first metatarsophalangeal joint motion at different

walking speeds

Ankle joint MTPb1 jointSpeed

(cadence) Max. DFc Excursion Max. DF Excursion

Slow (80) 0.83 0.88 0.86 0.92

Moderate (100) 0.81 0.81 0.79 0.93

Fast (120) 0.86 0.91 0.95 0.95

aICCs : intraclass correlation coefficients(3,1)

bMTP : first metatarsophalangeal

cMax. DF : maximum dorsiflexion

11

느린 보행에서 발바닥 최대 압력은 ICCs = 0.50∼0.75로 약한 신뢰도를 보이

고 있으며, 빠른 보행에서도 엄지발가락과 첫 번째 발허리뼈머리의 최대 압력이

0.62로 낮았으나, 이를 제외한 부분에서 대상자내 신뢰도 ICCs는 0.8 이상으로

양호하였다. 중간 속도에서는 어느 정도 일정한 보행 패턴을 보였으나 느린 속도

나 빠른 속도에서 엄지발가락과 첫 번째 발허리뼈머리의 발바닥 최대 압력이 일

정치 않고, 더 큰 변화가 있다는 것을 알 수 있었다(Table 3).

Table 3. Reliability (ICCsa) of intra-rater agreement in assessing peak

plantar pressure at different walking speeds

Peak plantar pressureSpeed

(cadence) Hallux MTHb1 MTH2 ·3 Heel

Slow (80) 0.57 0.50 0.62 0.75

Moderate (100) 0.81 0.81 0.81 0.81

Fast (120) 0.62 0.62 0.89 0.82

aICCs : intraclass correlation coefficients(3,1),

bMTH : head of metatarsal bone.

12

3.2. 보행 속도에 따른 입각기 동안 발관절의 관절각과 발바닥

최대 압력의 변화

Table 4는 입각기 중 발바닥 최대 압력이 나타나는 시간을 백분율로 나타낸

것으로, 0%는 발뒤축 접지기, 100%는 발끝 떼기에 해당한다. 다른 부위에서는

보행 속도별로 차이가 없었으나, 보행 속도가 증가할수록 발뒤축 접지기가 빨리

나타나(p<0.01), 부하 수용기간(loading acceptance phase)이 증가하게 되었다.

Table 4에서 나타난 것과 같이 엄지발가락의 최대 압력은 느린 속도로 보행 시

입각기의 77.97%, 중간 속도로 보행 시에는 77.71%, 빠른 속도로 보행 시에는

77.67%에서 나타났으며, 첫 번째 발허리뼈머리의 최대 압력은 느린 속도에서

73.43%, 중간 속도에서 72.93%, 빠른 속도에서 73.96% 지점에서 일어났다. 첫

번째 발허리발가락관절의 최대 발등쪽굽힘은 입각기의 100% 지점인 발끝 떼기 시

에 나타나며, 발목관절의 최대 발바닥쪽굽힘 각도는 느린 속도에서 9.44%, 중간

속도에서 10.13%, 빠른 속도에서 10.80% 지점에서 일어나며, 최대 발등쪽굽힘 각

도는 느린 속도에서 69.24%, 중간 속도에서 68.87%, 빠른 속도에서 67.24% 지점

에서 나타났으며, 속도별 유의한 차이는 없었다. Fig 4는 발뒤축 접지기에서 발

끝 떼기까지 발관절의 관절각과 영역별 최대 압력의 평균을 나타낸 것이다.

13

Table 4. Relative time of plantar peak pressure and maximal ankle

dorsiflexion (expressed as a percentage of the stance time) at

different walking speeds.

Walking speed (cadence)

Slow (80) Moderate (100) Fast (120) p

Hallux PPPa 77.97±4.60* 77.71±4.39 77.67±3.95 0.47

MTH1b PPP 73.43±5.49* 72.93±5.50 73.96±4.89 0.28

MTH2 ·3 PPP 78.46±4.39* 78.43±2.98 78.61±3.98 0.75

Heel PPP 18.93±4.62* 18.43±3.68 17.70±3.76 0.00**

Ankle max PFc 9.44±2.96* 10.13±2.98 10.80±4.55 0.06

Ankle max DFd 69.24±7.21* 68.87±7.64 67.24±3.35 0.26

*Mean±S.D; **p<0.01

aPPP : peak plantar pressure

bMTH : head of metatarsal bone

c PF : plantar flexion

dDF : dorsiflexion

14

0 20 40 60 80 1000

50

100

150

200

250Ankle ROMa

MTPb ROM

Hallux PPPc

MTHd1 PPP

MTH2,3 PPP

Heel PPP

- 20

0

20

40

60

80A

% of stance time

Peak p

ressure

(kPa)

Degre

e (°

)

0 20 40 60 80 1000

50

100

150

200

250

-20

0

20

40

60

80B

% of stance time

Peak p

ressure

(kPa)

Degre

e (°

)

0 20 40 60 80 1000

50

100

150

200

250

-20

0

20

40

60

80C

% of stance time

Peak p

ressure

(kPa)

Degre

e (°

)

Fig 4. Joint motion and peak plantar pressure. A : slow speed; B : moderate

speed; C : fast speed; a : range of motion; b : metatarsophalangeal ;

c : peak plantar pressure; d : head of metatarsal bone.

15

3.3. 보행 속도에 따른 발관절 관절각의 차이

첫 번째 발허리발가락관절의 관절각은 속도에 따른 유의한 차이가 없었으며

(Fig 5), 평균 59.1°의 최대 발등쪽굽힘, 48.5°의 가동역이 일어났다(Table 5).

그러나 발목관절의 최대 발등쪽굽힘과 가동역은 보행 속도에 따라 유의한 차이가

나타났다(p<0.00; Fig 5). 발목관절 최대 발등쪽굽힘 각도는 느린 속도에서 19.2°,

빠른 속도에서는 14.9°로 유의하게 감소하였으며, 가동역 역시 느린 속도에서

22.2°, 빠른 속도에서 19.0°로 유의하게 감소하였다(Table 5). Fig 6은 입각기 동

안 첫 번째 발허리발가락관절과 발목관절의 관절각을 나타낸 것이다. 첫 번째 발

허리발가락관절은 입각기 동안 각 속도별로 관절각에 차이가 없었으나, 발목관절

은 발바닥쪽굽힘에서 보다는 최대 발등쪽굽힘에서 차이가 크게 나타난 것을 볼

수 있다.

16

56

57

58

59

60

Slow Moderate Fast

MTP1

A

Max

. D

Fa ( °

)

45.5

46.5

47.5

48.5

49.5

Slow Fast

MTP1

Moderate

B

Exc

ursi

on( °

)

16

17

18

19

20

21

**

*

Slow Fast

Ankle

Moderate

C

Max

. DF

( °

)

18

19

20

21

22

23 **

*

Slow Fast

Ankle

Moderate

DE

xcur

sion

( °

)

Fig 5. Changes in motion at the first metatarsophalangeal and ankle joints

at different walking speeds (*p<0.01). A : maximum dorsiflexion at

first metatarsophalangeal joint; B : excursion of first

metatarsophalangeal joint; C : maximum dorsiflexion at ankle joint;

D : excursion of ankle joint.

17

Table 5. Changes in motion at foot joint at different walking speeds

Walking speed (cadence)Joint motion ( °)

Slow (80) Moderate (100) Fast (120) p

Max. DFb 58.4±7.3* 59.3± 9.0 59.2± 9.6 0.36MTP1a

joint Excursion 46.9±6.1 47.9±17.9 47.8±10.2 0.34

Max. DF 19.2±4.0 16.9± 7.9 14.9± 4.7 0.00**Ankle

joint Excursion 22.2±3.8 20.8± 3.5 19.0± 3.5 0.00**

*Mean±S.D. **p<0.01

aMTP : metatarsophalangeal joint

bMax. DF : maximum dorsiflexion

MTP1 joint

0 20 40 60 80 1005

15

25

35

45

55

65

SlowModerateFast

A

% of Stance Time

degre

e (

°)

Ankle joint

20 40 60 80 100

- 10

0

10

20

Slow

Mod

Fast

B

% of Stance Time

degre

e (

°)

Fig 6. Sagittal foot joint motion at three walking speeds. A : first

metatarsophalangeal joint motion during stance phase; B : ankle

joint motion during stance phase.

18

3.4. 보행 속도에 따른 영역별 발바닥 최대 압력의 차이

보행 속도가 증가함에 따라 엄지발가락을 제외한 나머지 첫 번째 발허리뼈머

리, 두 번째·세 번째 발허리뼈머리, 발뒤꿈치 바닥의 최대 압력이 증가하였다

(Fig 7). Table 6은 보행 속도별로 발바닥의 각 부위에서 나타나는 최대 압력을

나타낸 것이고, Fig 8은 입각기 동안 발바닥 전체에 가해지는 최대 압력을 속도

별로 나타낸 것이다. 느린 보행 시에 발뒤꿈치와 전족부에 가해지는 최대 압력이

상대적으로 낮고, 속도가 증가할수록 발바닥 최대 압력이 증가하는 것을 볼 수

있다.

19

130

140

150

160

Slow Moderate Fast

Hallux

A

Peak p

ressure

(kP

a)

115

125

135

145

*

Slow Fast

MTH1

Moderate

B

Peak p

ressure

(kP

a)

185

195

205

215

**

**

Slow Fast

MTH2·3

Moderate

C

Peak p

ressure

(kP

a)

160

170

180

190 ****

**

Slow Fast

Heel

Moderate

DPeak p

ressure

(kPa)

Fig 7. Change in the peak plantar pressure at different walking speeds

(*p<0.05; **p<0.01). A : peak plantar pressure of the hallux; B : peak

plantar pressure of the first metatarsal head; C : peak plantar

pressure of the second and third metatarsal head; D : peak plantar

pressure of the heel.

20

Table 6. Peak plantar pressure at different walking speeds

Speed (cadence)Peak plantar

pressure (kPa) Slow (80) Moderate (100) Fast (120) p

Hallux 147.8±42.2* 150.3±42.5 150.8±39.4 0.28

MTHa1 130.9±36.1* 133.8±35.6 136.9±35.9 0.02**

MTH2 ·3 194.1±45.1* 201.8±50.1 205.5±50.2 0.00***

Heel 167.0±33.4* 172.9±33.8 182.8±36.8 0.00***

*Mean±S.D.; **p<0.05; ***p<0.01

aMTH : head of metatarsal bone

0 20 40 60 80 1000

50

100

150

200

250

Slow

Moderate

Fast

% of stance time

Peak p

ressure

(kPa)

Fig 8. Peak summated plantar pressure at different walking speeds.

21

제4장 고찰

4.1. 연구 방법

발은 종자뼈를 포함하여 28개의 뼈와 57개의 관절로 이루어진 복합체이다

(Sammarco 1980). 보행 생체역학 연구에 있어서, 대부분의 연구가 측정 도구의

한계로 발을 단순고형체(single rigid body)로 간주하고 측정이 이루어진다

(Lundberg et al. 1989). 본 연구에서도 발목관절의 발등쪽굽힘에 있어 순수한

목말밑관절의 움직임은 측정하지 않고, 발목발허리관절(tarsometatarsal joint)

의 움직임과 함께 측정되어졌다.

최근 발의 움직임에 관심을 갖고, 비디오를 이용하여 첫 번째 발허리발가락관절

의 움직임을 분석하는 방법(Hetherington, Johnson, and Albritton 1990; Hopson,

McPoil, and Cornwall 1995), 삼차원 전기자기장 추적 장비(electro-magnetic

tracing device)(Cornwall, and McPoil 1999), 축이 두 개인 전기측각계

(electrogoniometer)(Rosenbaum et al. 1994), 그리고 입체사진기록 시스템

(stereophotogrammetric system)(Leardini et al. 1999) 등을 이용하여 발의 움

직임을 분석하는 연구가 이루어졌다. 본 연구에서 사용된 삼차원 동작 분석 시스

템은 직경이 1 cm인 작은 표식자에서 발생하는 신호를 감지하여 관절의 각도를

측정하는 시스템이기 때문에 작은 관절의 움직임을 측정하는데 적합하며, 각 속

도별 반복 측정에서도 대상자내 신뢰도 ICCs는 0.79∼0.95로 양호하였다(Table

2).

보행 시 발에 작용하는 압력은 여러 개의 센서로 구성된 압력 측정판을 통해,

지면과 닿아있는 부위의 센서에서 감지하는 힘으로 측정할 수 있다. 반면 지면반

발력은 힘 측정판(force platform)을 이용하여 측정하게 되는데, 힘 측정판은 앞

22

·뒤, 좌 ·우, 위 ·아래, 세가지 방향에서 작용하는 힘을 측정할 수 있다는 장점

이 있으나, 발의 국소 부위에 작용하는 압력은 측정할 수 없다. 이에 비해 압력

측정판은 입각기 동안 발 바닥에 가해지는 하중을 영역별로 측정할 수 있어서 발

에 말초신경학적 질환이나 류마치스성 관절염이 있는 환자에게 사용하기 적합하

다(Orlin, and McPoil 2000; Rodgers 1988). 압력 측정판을 이용하여 측정할 수

있는 변수는 접촉 기간(contact duration), 평균 압력, 시간-적분 압력(time

integral pressure), 발바닥 최대 압력이 있다. 본 연구에서는 영역별 최대 압력

을 사용하였는데, 그 이유는 발허리뼈머리 같은 피하의 돌출부에 의해 평균 압력

과 최대 압력에 차이가 있을 수 있기 때문이다(윤승호와 김봉옥 1990). 각 속도

별 반복측정에서 대상자내 신뢰도 ICCs는 0.50∼0.89이었으며, 이 가운데 느린

속도와 빠른 속도의 엄지발가락과 첫 번째 발허리뼈머리의 압력의 ICCs는 0.50∼

0.65로 낮게 나타났다. Holter 방식의 신발 내부 압력 측정 시스템(inshoe)을 이

용한 연구에서 최대 압력의 변이 계수(coefficient of variance)는 엄지발가락에

서 35.5%, 첫 번째 발허리뼈머리에서 39.9%로, 발뒤꿈치 32.2%, 두 번째 발허

리뼈머리 27.6%, 세 번째·네 번째 발허리뼈머리 28.9%보다 높게 나타났으며

(Abu-Faraj et al. 1996), His 등(1999)의 연구에서도 전반적으로 발 안쪽의 변

이계수가 높아, 엄지발가락과 첫 번째 발허리뼈 머리의 최대 압력이 다른 부위에

비해 일정하지 않음을 나타내주었다.

첫 번째 발허리발가락관절의 관절각 측정에 사용된 표식자는 왼측 첫 번째 엄지

발가락의 등쪽면, 첫 번째 발허리발가락관절 축, 첫 번째 발허리뼈 몸통의 등쪽

면으로 긴엄지펴짐근의 건 부위는 피하여 부착하여, 건의 움직임을 따라 표식자

가 이동하는 것을 최소화 하였다(Umberger, Nawoczenski, and Baumhauer 1999;

Fig 2). 첫 번째 발허리발가락관절의 내측에 표식자를 붙이는 방법이 일반적이나,

23

본 실험에서 표식자에서 발생하는 신호가 반대측 발에 의해 차단되는 경우가 발

생하여 Umberger 등(1999)이 사용한 방법을 이용하였다.

본 연구에서는 80, 100, 120 분속수를 이용하여 보행 속도를 조절하였다. 보행

분석 시 분속수는 통제가 용이하여 널리 사용되고, 대상자의 신장이나 다리 길이

를 고려하지 않아도 되는 장점이 있다(Yang, and Winter 1985). 편한 분속수는 평

균 113으로, 이보다 적거나 많은 경우를 느린 혹은 빠른 보행이라고 정의된다

(Smith, Weiss, and Lon Lehmkuhi 1996). 본 연구에서 사용된 분속수 가운데 빠

른 보행에 사용된 120은 매우 빠른 속도는 아니었다. 그러나, Zhu 등(1995)은 보

행 속도에 따른 변수들의 패턴을 보기에 120은 충분한 분속수라고 하였다.

4.2. 보행 속도에 따른 발관절 관절각의 차이

첫 번째 발허리발가락관절은 보행 시 체중지지 및 이동에 중요한 역할을 하며

(Ahn et al. 1997), 두 번째에서 다섯 번째 발허리발가락관절은 상대적으로 적은

가동범위로 안정성을 증진시킨다(Bennett, and Duplock 1993). 본 연구에서 입각

기 동안 첫 번째 발허리발가락관절의 관절각을 측정한 결과, 최대 발등쪽굽힘 각

도는 느린 보행에서 58.4°, 중간 보행에서 59.3°, 빠른 보행에서 59.2°가 일어났

다(Table 5). 편안한 속도로 걸었을 때, 정상인의 첫 번째 발허리발가락관절의

움직임을 비디오로 분석한 연구에서, 보행 시 평균 50.56∼64.5°의 발등쪽굽힘 각

도가 일어난다고 보고한 연구 결과와(Hetherington, Johnson, and Albritton

1990; Hopson, McPoil, and Cornwall 1995) 본 연구 결과는 큰 차이가 없었다.

그러나 Leardini 등(1999)의 연구에서는 26.8°의 최대 발등쪽굽힘 각도가 일어났

는데, 이 연구에서 첫 번째 발허리뼈 바닥과 엄지발가락에 표식자를 부착하고 측

24

정하였기 때문에(Calibrate anatomical system technique), 표식자의 부착 위치

가 달라서 이러한 차이가 났다고 보여진다.

연구 결과 입각기 동안 발목관절의 최대 발등쪽굽힘 각도는 느린 속도에서

19.2°, 중간 속도에서 16.9°, 빠른 속도에서 14.9°가 일어났으며, 가동역은 느린

속도에서 22.2°, 중간 속도에서 20.8°, 빠른 속도에서 19.0°이었다(Table 5). 정

상인의 발목관절 수동적 발등쪽굽힘 각도는 20° (13∼33°)라는 기존 연구를 기준

으로 해서(Cornwall, and McPoil 1999; Lundberg et al. 1989), 본 연구에서 보

행 시 일어난 최대 발등쪽굽힘 각도는 느린 속도에서 수동적 발등쪽굽힘의 96%,

중간 속도에서는 84.5%, 빠른 속도에서는 74.5%가 일어난다. 물론 대상자가 다

르고 실험 방법과 측정 도구에 차이가 있으나, 느린 속도로 보행 시에 더 큰 발

등쪽굽힘 각도가 필요함을 알 수 있다. Mueller 등(1994a)의 보행 주기 동안 당

뇨환자와 정상인의 보행 비교에서 당뇨환자에서 22.1°(분속수: 106), 정상인은

30.6°(분속수: 102)의 발목관절 가동역이 나타나, 본 연구와 10° 가량의 차이가

있었다, 본 연구는 입각기 동안의 발목관절의 가동역 만을 측정하여 유각기 초기

의 발바닥쪽굽힘을 포함시키지 않았으나, Mueller 등(1994a)의 연구에서는 보행

주기동안의 모든 발목관절의 관절각을 포함했기 때문에 이러한 차이가 발생한 것

으로 생각된다. Ounpuu(1994)의 연구(분속수: 134)에서도 보행 주기 동안 발목관

절의 가동역은 30°이나, 입각기 동안의 가동역은 19°로 본 연구의 빠른 보행에서

의 결과와 유사하다.

보행 속도가 첫 번째 발허리발가락관절의 최대 발등쪽굽힘에 미치는 영향은 없

었으나, 발목관절에서는 보행 속도가 증가함에 따라 발목관절의 최대 발등쪽굽힘

은 느린 속도에서는 19.2°, 빠른 속도에서는 14.9°로, 가동역 역시 느린 속도에서

는 22.2°, 빠른 속도에서는 19.0°로 감소하였다(Table 5),(Fig 5). 속도를 변화시

25

키기 위해 추진력을 제공하는 역할은 주로 엉덩관절에서 이루어지나, 발목 역할

역시 중요하다. 발목은 일차적으로 지지하는 역할을 하나, 느린 속도의 보행에서

는 추진력을 제공하는데 중요하게 작용한다(Riley, Della Croce, and Kerrigan

2001). Fig 6에서 시상면에서 발목관절의 관절각을 보면, 전체 입각기 중 느린

속도에서 69.24%, 중간 속도에서 68.87%, 빠른 속도에서 67.24%의 입각기에서

발생한다. 느린 속도에서 19.2°의 최대 발등쪽굽힘 각도가 일어났다. 이를 통해

느린 보행 시에 발목관절에서 더 큰 추진력을 제공하기 위해 발등쪽굽힘 각도가

증가한다고 판단된다.

기형이 있거나 관절가동범위가 제한된 신경병증 환자는 일반인보다 궤양발생 가

능성이 12배 높다(Armstrong, and Harkless 1998). 특히 무릎관절과 발목관절,

첫 번째 발허리발가락관절의 가동범위 제한이 종종 발바닥 압력을 증가시키는 원

인이 된다(Dingwell et al. 2000; Fernando et al. 1991). 무지외반증, 무지강직

증(hallux rigidus)이 있는 사체를 분석한 결과, 전체적인 첫 번째 발허리발가락

관절 움직임이 감소하고, 발허리뼈머리가 원위쪽에 위치하여 비정상적으로 회전

축이 위치하게 된다(Shereff, Bejjani, and Kummer 1986). 이러한 변화는 발허리

뼈머리나 엄지발가락의 충격 흡수 기능을 저하시키고, 전족부의 압력을 증가시킨

다. 이로 인해 보행 시 원위 지절에 체중 부담이 증가하여, 통증과 발 바닥 궤양

이 호발하게 된다(Buell, Green, and Risser 1988; Fernando et al. 1991; Luger

et al. 1999; Stacpoole-Shea, Shea, and Lavery 1999). 발허리발가락관절이 뻣

뻣한(stiffness) 경우에도 지렛대(lever arm)가 증가하여 발끝 떼기 시에 높은

압력이 엄지발가락에 가해져서 궤양이 발생하는 위험성이 높아진다(Birke et al.

1991; Cornwall, and Jackson 1988).

발목관절의 최대 발등쪽굽힘 각도의 제한은 말기 입각기 시의 전족부의 압력

26

을 증가시킨다. 특히 발등쪽굽힘이 10° 이하로 제한되면 발 위로 정강뼈가 회전하

는 말기 입각기 시에 전족부 아래의 압력이 증가한다(Mueller et al. 1989). 또

한 발목관절의 발등쪽굽힘 각도가 제한된 경우 발뒤축 들림이 정상보다 빨리 일

어나 전족부의 압력이 증가한다. 발등쪽굽힘 정도는 발목관절의 토크 혹은 힘과

상관성이 높아서(r=0.72∼0.78), 발등쪽굽힘 각도 제한은 발바닥쪽 굽힘 근육군

길이의 단축을 일으키고, 이로 인해 모멘트가 작아져서, 발생하는 토크나 힘도

감소하게 된다(Mueller et al. 1995). 느린 속도에서는 발목관절에서 추진력을

생성하는 역할이 커서 발등쪽굽힘 각도가 커져야 하나(Riley, Della Croce, and

Kerrigan 2001), 관절가동범위가 제한된 경우에는 이에 대한 보상작용으로 발바

닥 압력이 비정상적으로 상승한다고 할 수 있다.

발목과 발관절의 관절가동범위 제한은 보통 신경병증 환자에게서 자주 발생된

다. 말초신경병에서 주로 사용되는 교육방법은 정상인에 비해 짧은 보폭과 느린

보행이다. 짧은 보폭은 첫 번째 발허리발가락관절의 많은 관절각이 필요하지 않

아서 도움이 된다(Buell, Green, and Risser 1988). 당뇨 환자에서 느린 보행은

동적 안정성 증진, 활보장의 단축, 두발 지지기 증가 및 지면반발력을 감소시켜

준다(Dingwell et al. 2000). 그러나 이 질환 자체는 운동 능력의 감소는 적으나,

말초신경병과 운동량 감소로 인해 발과 발목 근육의 기능이 감소하여(Sanders

1994), 많은 당뇨 환자들이 말기 입각기 동안 발목관절의 충분한 발등쪽굽힘이

일어나지 않는다. 본 연구의 결과에서도 보여지듯이 느린 보행을 위해서는 느린

속도 19.2°, 중간 속도 16.9°, 빠른 속도 14.9°의 충분한 발등쪽굽힘이 필요하다.

따라서 발목관절의 가동범위에 제한이 있는 환자에게 충분한 힘을 보상해 주기

위해서는 발목관절 주변의 연부 조직의 스트레칭을 통해 적당한 관절가동범위를

유지시키는 것이 필요할 것이다.

27

4.3. 보행 속도에 따른 영역별 발바닥 최대 압력의 차이

보행 속도가 증가함에 따라 엄지발가락을 제외한 첫 번째 발허리뼈머리의 최

대 압력은 느린 속도에서는 130.9 kPa, 빠른 속도에서는 136.9 kPa로 증가하였고,

두 번째·세 번째 발허리뼈머리는 느린 속도에서 194.1 kPa, 빠른 속도에서

205.5 kPa로 증가하였으며, 발뒤꿈치는 느린 속도에서 167.0 kPa, 빠른 속도에서

182.8 kPa로 증가하였다(p<0.05),(Fig 7, Table 9). 이는 뉴턴의 제2법칙 “힘=질

량×가속도”에 따라, 보행 속도가 빨라지면 체중은 일정하나 가속도가 증가하여

전체적인 지면반발력이 증가한다(Roy 1988). “압력=힘/영역(area)”으로 발바닥의

넓이는 일정하나 여기에 작용하는 힘이 증가하므로 압력 역시 증가하게 된다

(Kwon, and Mueller 2001). Kernozek 등(1996)이 트레드밀에서 보행 속도를 달리

했을 때 차이를 본 연구에서도 보행 속도가 증가함에 따라 발뒤꿈치에서 150.9

kPa에서 170.5 kPa로 최대 압력이 증가하였으나 전족부에서는 차이가 없었다

(p<0.05). Zhu 등(1995)은 70. 80. 90. 100. 110. 120 분속수에서 보행 한 결과,

120 분속수는 70 분속수에 비해 내측 발허리뼈머리에 가해지는 하중이 60% 증가

하고, 외측 발허리뼈머리의 하중은 26% 증가한다고 보고하였다. Rogenbaum 등

(1994)의 연구에서는 발뒤꿈치와 안쪽 전족부의 압력은 유의하게 증가하였으나,

중족부와 바깥쪽 전족부의 압력은 유의하게 감소하였는데, 이는 보행 속도가 증

가하면서 뒷발의 안쪽번짐(inversion)이 증가하기 때문이라고 보고하였다. 또한

Rogenbaum 등(1994)은 발뒤꿈치와 중족부에서 최대 압력이 나타나는 상대적인 시

간은 속도가 증가할수록 빨리 나타났으나(p<0.05), 안쪽 전족부와 엄지발가락에

서는 차이가 없었다고 보고하였다. 본 연구에서도 이와 유사하게 속도가 증가할

수록 발뒤꿈치의 최대 압력이 나타나는 상대적인 시간이 빨라졌으나, 다른 부위

28

에서는 차이가 없었다(Table 4).

신경병증 환자에서 비정상적인 발바닥 최대 압력은 궤양 발생과 밀접한 관계

가 있다(Veves et al. 1992). 특히 신경병증 환자에서 발뒤꿈치와 발허리뼈머리

의 압력이 보행 중에 비정상적으로 증가된다(Zhu et al. 1993). 그러나 발뒤꿈치

는 지방층(fat pad)이 존재하여 보행 중 스트레스로 인해 궤양이 발행하는 경우

는 적으나(Brown, and Mueller 1998), 전족부 특히 첫 번째 발허리뼈머리 부위는

지방층이 작기 때문에 궤양이 호발하는 부위이다(Birke et al. 1991).

Brand(1983)는 국소적으로 증가된 발바닥 압력을 낮추는 가장 좋은 방법은 발바

닥 전체로 힘을 분산 시키는 것이며, 힘의 분산을 위해 보폭이 짧고 느린 보행을

권장하였다. 본 연구 결과, 느린 보행 시에 첫 번째에서 세 번째 발허리뼈머리에

가해지는 압력이 유의하게 감소하여, 느린 보행이 전족부에 가해지는 압력을 줄

이는데 효과적이라는 주장을 뒷받침 해 주고 있다.

최근 비정상적으로 증가된 발바닥 최대 압력을 감소시키기 위한 방법은 여러

방면으로 연구 중이다. Total contact cast를 통해 압력을 감소시켜 회복을 촉진

시키고(Armstrong, Lavery, and Bushman 1998; Wertsch et al. 1995), molded

insoles, shoe insert, rocker shoes 등을 적절하게 사용하여 구두를 보정(shoe

modification)해 준다(Randolph et al. 1999). 최근 궤양이 호발하는 전족부의

압력을 감소시키기 위해 몇 가지 보행 전략(walking strategy)이 연구되고 있다

(Kwon, and Mueller 2001). 엉덩관절 전략(hip strategy)은 엉덩관절 굴곡을 증

가시키는 방법으로 동일한 보행 속도에서 일반 보행에 비해 전족부의 압력을 27%

감소시킨다(Mueller et al. 1994b). Step to walking pattern은 한쪽만 손상이

있을 때 사용하도록 고안된 것으로 이러한 보행 시 손상측의 강한 발끝 떼기가

없어져서 전족부의 최대 발바닥 압력을 감소시킬 수 있고, 셔플링 보행

29

(shuffling gait pattern) 역시 초기 접지기와 발끝 때기 없이 동시에 발바닥 전

체를 바닥에 디뎌 전족부의 압력을 감소시킬 수 있다(Brown, and Mueller 1998;

Kwon, and Mueller 2001). 전족부 발바닥의 최대 압력을 줄이기 위한 보행전략과

느린 보행, 그리고 구두의 보정은 관절가동범위에 제한이 있거나 전족부의 압력

이 과도하게 증가되어 말초신경성 궤양 위험이 높은 환자들이 전족부 발바닥의

최대 압력을 줄이는데 유용할 것이다(Mueller et al. 1994b).

4.4. 제한점 및 제언

본 연구는 보행 속도가 운동형상학적, 운동역학적 특성에 미치는 영향을 보여

줌으로서, 앞으로 보행 시 발관절의 관절각 및 최대 압력에 대한 연구에서 보행

속도의 통제가 필수적임을 설명하고 있다.

그러나 본 연구에서는 시상면에서의 발관절의 관절각만 보았을 뿐, 관상면에

서의 관절각은 측정하지 못하였다. 또한 발바닥의 각 부위별 지면접촉 시간, 시

간-적분 압력, 압력 중심의 진로(center of pressure pathway) 역시 측정하지 못

하여, 보행 속도가 발의 생체역학에 미치는 영향을 설명하는데 한계가 있었다.

앞으로는 정상인 뿐만 아니라 기형 및 신경병증 환자를 대상으로 보행 속도가 이

러한 통합적인 생체역학에 미치는 영향에 대한 연구가 이루어져야 하겠다.

30

제5장 결론

본 연구는 보행 속도가 발관절의 관절각과 발바닥 최대 압력에 미치는 영향을

알아보고자 실시하였다. 연구대상은 하지에 선천적인 기형이나 심각한 외과적 혹

은 신경학적 질환이 없는 건강한 성인 80명을 대상으로 하였다. 느린 속도(분속

수: 80), 중간 속도(분속수: 100), 빠른 속도(분속수: 120)로 보행 시, 각각 첫

번째 발허리발가락관절과 발목관절의 최대 발등쪽굽힘 각도와 가동역을 측정하고,

엄지발가락, 첫 번째 발허리뼈머리, 두 번째�세 번째 발허리뼈머리, 발뒤꿈치 바

닥의 최대 압력을 측정하여 다음과 같은 결과를 얻었다.

1. 보행 시 요구되는 첫 번째 발허리발가락관절의 최대 발등쪽굽힘 각도는 느

린 속도에서 58.4°, 중간 속도에서 59.3°, 빠른 속도에서 59.2°였으며, 가동역은

각각 46.9°, 47.9°, 47.8° 이었다. 속도에 따라 각도 및 가동역에는 유의한 차이가

없었다. 한편 발목관절의 최대 발등쪽굽힘 각도는 느린 속도에서 19.2°, 중간 속

도에서 16.9°, 빠른 속도에서 14.9°이며, 가동역은 각각 22.2°, 20.8°, 19.0°로 속

도가 증가할수록 관절각은 유의하게 감소하였다(p<0.01).

2. 보행 속도가 증가함에 따라 엄지발가락을 제외한 첫 번째 발허리뼈머리의

최대 압력은 느린 속도에서는 130.9 kPa, 빠른 속도에서는 136.9 kPa로 유의하게

증가하였으며, 두 번째·세 번째 발허리뼈머리의 최대 압력은 느린 속도에서

194.1 kPa, 빠른 속도에서 205.5 kPa, 발뒤꿈치의 최대 압력은 느린 속도에서

167.0 kPa, 빠른 속도에서 182.8 kPa로 유의하게 증가하였다(p<0.05).

31

이상의 결과는 발관절의 동적 가동범위의 제한이 있거나, 발바닥의 압력이 비

정상적으로 높은 환자에게 관절가동범위를 정상 범위로 회복시키고, 발바닥의 최

대 압력을 감소시키기 위해서, 적절한 보행 패턴 교정훈련과 느린 속도 보행, 그

리고 구두 보정의 필요성을 뒷받침해 준다.

32

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40

ABSTRACT

Effects of Walking Speed on Foot Joint Motion and

Peak Plantar Pressure in Healthy Subjects

Park, Kyung Hee

Dept, of Rehabilitation Therapy

(Physical Therapy Major)

The Graduate School

Yonsei University

Many factors affect foot and ankle biomechanics during walking,

including gait speed and anthropometric characteristics. However, speed has

not been taken into account in foot kinematics and kinetics during walking.

This study examined the effect of walking speed on foot joint motion and

peak plantar pressure during the walking phase. Eighty normal healthy

subjects (40 men, 40 women) were recruited. Maximal dorsiflexion and

excursion were measured at the and first metatarsophalangeal joints during

walking phase at three different cadences (80, 100, and 120 step/min),

using a three-dimensional motion analysis system (CMS70P). At the same time,

peak plantar pressure was investigated using pressure distribution

platforms (MatScan system) under the hallux heads of the first, second, and

third metatarsal bones, and heel. Maximal dorsiflexion and excursion at the

41

ankle joint decreased significantly with increasing walking speed. Peak

plantar pressure increased significantly under the heads of the first of

the first, second, and third metatarsal bones, and heel with increasing

walking speed: three was no change under the hallux. There were no

significant changes in maximal dorsiflexion or excursion at the first

metatarsophalangeal joint. The results show that walking speed should be

considered when comparing gait parameters. The results also suggest that

slow walking speeds may decrease forefoot peak plantar pressure in patients

with peripheral neuropathy who have a high risk of skin breakdown under the

forefoot.

__________________________________________________________________________

Key words : Walking speed, Foot joint motion, Peak plantar pressure.