Barefoot Running: Biomechanics and Implications for Running Injuries

Altman AR, Davis IS.

Curr Sports Med Rep. 2012 Sep-Oct;11(5):244-50

Introduction

2004년 Nature지에서 인간은 달리기 위해서 태어났다고 했다. 활과 창이 발명되기 전까지 인류는 그들의 사냥감이 치쳐 쓰러질 때까지 생존을 위해 맨발로 달려 쫓았다. 약 10,000년 전 처음 인류가 착용하기 시작한 신발은 단지 발바닥을 지면으로부터 보호하기 위한 목적으로 사용되었으나, 1970년대 이후 신발은 편안함과 보호작용 및 움직임 조절을 위한 많은 양의 쿠션을 가진 신발로 발전하였다. 그러나 이와 같이 인류의 발을 보호할 목적으로 개발된 쿠션에도 불구하고 여전히 달리기와 관련된 손상은 지속적으로 발생하고 있으며 또한 신발의 형태에 따른 손상 발생률의 차이도 나타나지 않는 것으로 알려져 있다. 최근 인류는 신발 없이 잘 달리도록 진화되었으며, 현대식 신발을 신지 않고 달리는 것이 오히려 손상의 발생을 더 줄일 수 있다는 연구 결과들이 발표됨에 따라 신발 착용과 관련된 논란이 제시되고 있다. 따라서 본 리뷰 저널에서는 신발 착용과 맨발 상태의 달리기에서 역학적인 차이가 나타나는 근거와 이들이 손상과 어떤 관련이 있을지 알아보았다.

Shod Running Mechanics

현재의 신발은 대체로 이중 밀도를 가지는 midsole, 높은 cushioned heel, 추가된 arch support 및 단단한 heel counter를 특징으로 하며, 이러한 것들이 발의 기능을 돕고 부상을 줄이도록 발전해 왔다. 알려진 바에 따르면 이러한 신발을 신고 달리는 중장거리 육상 선수들은 높은 heel때문에 약 75%가 뒤꿈치로 착지하는 rearfoot strike(RFS)로 달리고, 24%는 flat or midfoot strike(MFS)로, 1%가 forefoot strike(FFS)로 달린다고 한다. RFS의 경우 발의 지면 접지기 초기 동안에 수직적 지면 반발력의 증가가 뚜렷하게 나타나는 특징을 보인다. (그림2)

반면에 FFS는 종아리 근육들의 편심성 수축에 의해 이러한 충격 없이 달리게 된다. 이러한 FFS에서는 보장(stride length)이 약간 감소되지만, 발이 신체 무게 중심선에 더 가깝게 위치하기 때문에 엉덩이와 무릎 관절에 대한 moment arm이 감소되어 관절에 가해지는 부하가 감소하게 된다. 또한 감소된 보장은 같은 속도를 유지하기 위해 분속수 (cadence)가 증가하더라도 경골의 피로골절 발생을 감소시킬 수 있다는 연구결과를 보이기도 한다. 그러나 FFS는 종아리 근육에 가해지는 부하를 증가시켜 Achilles 건의 염좌나 중족골의 피로골절 발생을 증가시킬 수 있다.

Shod Running Injuries

달리기 손상의 원인은 매우 다면적인 특성을 가지고 있지만 대표적으로 과사용과 이전의 부상 경험이 가장 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있고, 평발이나 내반슬 등과 같은 부정렬 증후군이 많은 주목을 받고 있지만, 최근에는 달리는 동안 하지에 가해지는 순간적인 충격에 대한 연구도 많이 이루어지고 있다. 따라서 피로골절이 있는 하지에서는 수직적인 충격이 빈번하게 가해진다는 연구 결과에 따라 RFS에 대한 폭넓은 조사 결과 족저근막염과 슬개대퇴통증 증후군도 RFS에서 함께 증가하는 것으로 밝혀졌다. 또한 RFS에서는 하퇴부의 전방구획 근육들에 가해지는 부하가 증가하면서 근비대에 의한 구획증후군의 발생이 증가할 수 있다. 따라서 신발을 신은 상태에서 FFS하는 경우에 대한 연구가 이루어졌으며, 그에 따르면 FFS보다 RFS에서 달리기 관련 손상이 2.5배 많이 발생하였고, 특히 고관절통, 슬관절통, 요통, 경골 피로골절, 족저근막염은 2.7배 많이 발생하는 것으로 알려졌다.

Barefoot Running Mechanics

신발 없이 맨발로 달리려면 대부분 FFS를 하게 된다. 맨발로 달리게 되면 하지의 역학적 변화를 가져오게 되는데, 우선 맨발 상태에서는 그림과 같이 수직 및 내외측 moment arm이 감소하게 되어 발목이 외반되는 경향을 줄인다.

특히 맨발로 FFS를 하게 되면 종아치가 증가되며 에너지 축적 효과를 얻을 수 있는데, 이는 arch support가 있는 신발을 착용하고 달리는 경우 종아치의 증가가 감소하는 경우에 비교해 더욱 두드러진다. 또한 맨발 달리기는 무릎 관절의 굴곡과 내전 및 고관절의 외회전력을 상대적으로 감소시킨다. 그리고 맨발 자체의 신경근 시스템에 대한 감각기능 측면에서 양말을 신었을 때보다 더 좋은 정적 균형 능력을 보였고, 심지어 넓은 바닥 접촉면을 가지는 신발을 착용하였을 때 보다 발목의 정적 고유수용 감각과 동적 균형능력에서 안정적인 결과를 보였다.

Barefoot shoes

맨발과 거의 유사한 최소한의 minimal shoe가 최근 여러 제품으로 출시되고 있다. 그러나 이러한 신발들을 착용하고 달리는 것이 얼마나 맨발로 달리는 것과 비슷한지는 제품의 종류 및 실험 결과에 따라 다양하게 보고된다. 이러한 이유는 아마도 그러한 제품들이 맨발 상태와 유사한 형태로 제작되었으나 최소한의 쿠션이 존재하며 맨발의 감각을 신경계로 전달하는 것을 방해하는 효과 때문일 것이다. 그러나 이러한 신발들을 작용하고 달리는 경우 발과 발목 주변의 내재근 및 외재근이 비후되어 강화되는 효과를 보였으며, 우려되는 발아치의 소실은 나타나지 않았다.

Barefoot/Minimal Footwear Running Injuries

여러 장점에도 불구하고 맨발 또는 최소 신발을 사용하기 꺼리는 이유는 부상에 대한 두려움 때문이다. 위와 관련해서 현재까지 알려진 부상과 관련된 기전은 종아리 근육 및 아킬레스건의 긴장 증가와 중족골의 부하 증가이다. 그러나 실제 맨발 달리기에서는 FFS가 매우 적게 나타나서 족저굴곡은 최소화되고 뒤꿈치는 지면에서 약간만 떨어진 상태에서 중족골두의 지면 접촉면은 넓어지고 보폭 감소에 의해 순간적으로 가해지는 충격을 감소시키는 효과와 함께 달리기 동안 하지에 가해지는 충격을 최소화하게 된다. 한편으로 발바닥은 일반 피부에 비해 6배나 강한 구조를 가지고 있지만 맨발 달리기는 피부의 찰과상 및 열상들의 손상에 노출되기 쉽다.

이상에서 맨발 달리기의 여러 가지 장단점들을 다루어 보았다. 실제 최소 1cm이상의 쿠션이 있는신발 착용에 적응된 상태에서 맨발 달리기를 갑자기 시작한다면 적응 기간 동안 하지 근육들과 발바닥 피부에 통증 및 여러 불편한 증상들이 발생할 것이다. 따라서 스포츠 관련 전문가로써 최근의 새로운 경향의 달리기와 관련된 지식을 바탕으로 부상 없는 안전한 달리기를 위해 runner들이 앞으로 서서히 적응해 갈 수 있도록 도와줄 의무가 있을 것이다.