Biomechanics of running with rocker shoes

Sobhan Sobhani, Edwin R. van den Heuvel, Rienk Dekker, Klaas Postema,Bas Kluitenberg, Steef W. Bredeweg, Juha M. Hijmans

J Sci Med Sport (2016), http://dx.doi.org/10.1016/j.jsams.2016.04.008

1. Introduction

Rocker shoes를 신고 달리면 ankle biomechanics 의 push-off 기간 동안 plantar flexion moment (PFM) 와 ankle power 의 감소를 초래하는 것으로 알려져 있다. 따라서 이러한 생역학적인 변화는 Achilles 건에 가해지는 부하를 반복적으로 감소시키므로, rocker shoes를 신고 달리는 것이 Achilles 건병증을 치료하는데 의미 있을 것으로 간주되기도 한다. 반면에 rocker shoes를 신고 달리면 발목 관절의 power generation이 의미 있게 감소하고, 따라서 하지의 kinetic chain 내에서 무릎이나 고관절에 보상적인 기계적 과부하가 가해지게 되어 위 관절들에 과사용 손상의 위험이 증가한다는 최근의 보고들이 있다. 따라서 본 연구의 첫 번째 목적은 rocker shoes를 신고 달리는 하지의 stance phase에서 무릎과 고관절의 biomechanics를 알아보는 것이다.

한편, 다양한 strike pattern에 따라 running biomechanics는 다르게 나타날 것이며, 특히 midfoot 혹은 forefoot strike pattern을 가지는 경우 PFM와 Achilles에 가해지는 부하는 rearfoot strike 보다 많이 증가하게 된다. 그러므로 본 연구의 두 번째 목적은 rocker shoes가 midfoot 혹은 forefoot strike 에서도 rearfoot strike와 같이 PFM과 ankle power 감소에 영향을 미치는지 알아보고자 한다.

2. Methods

Running mechanics의 gender difference를 없애기 위해 여성 장거리 육상 선수들만을 대상으로 일반 런닝화를 신고 달리는 경우와, 같은 신발에 rocker를 부착한 신발을 각각 교대로 신고 실험에 참여하는 crossover design으로 설계되었다. 일반 런닝화의 apex는 신발 길이의 65% 위치에, rocker 신발의 apex는 metatarsals 부근인 53%에 위치하였다.  두 개의 force plate가 내장된 22m의 runway에서 동작분석을 시행하였고 insole plantar pressure system을 통해 forefoot striker와 midfoot or rearfoot striker를 구분하였다. 발목, 무릎 및 고관절의 work (J/kg)을 primary outcome으로 측정하였고, 그 밖에 각 관절의 joint moment 및 angle 등을 측정하였다.

3. Results

일반 런닝화와 비교하여 rocker shoes를 신고 달리면 발목 관절의 positive work 가 16%, negative work가 32% 감소하였고, net work는 변화 없었다. PFM 의 peak 와 impulse 는 각각 11%와 12%씩 감소하였으며, 16명의 참가자들 중 6명이었던 midfoot striker에서는 이와 같은 효과가 rearfoot striker에 비해 약 두 배 크게 나타났다. 무릎 관절에서는 rocker shoes를 신고 달리는 경우 positive work 가 14% 증가하였고, extension moment peak 와 impulse 가 각각 6%와 12%씩 증가하였다. 고관절에서는 rocker shoes를 신고 달리는 경우 net work 가 17%감소하였고 peak hip flexion moment는 변화 없었으나 hip flexion moment impulse는 13% 감소하였다. 결과적으로 전체적인 net work 에서 rocker shoe를 신고 달리면 0.146J/kg의 work 감소가 있었다.

4. Conclusion

Rocker shoes를 신고 달리면 발목 관절의 PFM와 work가 감소하고, 이는 하퇴 삼두근의 근력생성 감소를 통해 Achilles 건의 기계적 부하를 감소시키는 효과를 얻는다. 이러한 효과는 midfoot strike pattern에서 더욱 두드러지게 나타난다. 한편 rocker shoes를 신고 달리는 경우 무릎 관절의 기계적 부하를 증가시킨다. 따라서 rocker shoes는 Achilles 건에 가해지는 부하를 감소시키는 반면에 무릎 관절에 과사용 손상을 유발할 위험이 증가할 수 있다.

5. Practical implications

· Rocker shoes를 신고 달리면 Achilles 건에 가해지는 부하를 감소시킬 수 있을 것이다.

· Rocker shoes를 신고 달리면 무릎 관절의 과사용 손상 위험을 증가시킬 수 있다.

· Midfoot striker는 rearfoot striker 보다 rocker shoes를 신고 달리는 장점이 더 많이 나타날 수있다.