Ⅰ. 서 론

태권도 경기에서 발차기 기술은 손 기술과 비교해 높은 점수를 획득할 수 있기 때문에(이연종 & 진승태, 2011) 경 기의 승패를 결정하는 중요한 기술이다(박찬호, 2012;윤 동섭, 1986). 발차기 기술 중 돌려차기는 다른 발차기와 비교해 빠르고 정확하기 때문에 모든 체급에서 가장 많이 사용하는 기술이다(최완용, 홍성진, & 최형준, 2009). 기 존의 연구에서 사용하는 발기술을 조사해본 결과 24번의 경기 중 71.2%가 돌려차기였으며(최공집 & 최영욱, 2012), 16번의 경기 중 64.7%가 돌려차기였다(정현도, 2014). 돌려차기는 빠른 속도로 선제공격을 할 수 있으며, 상대방의 여러 가지 공격기술에도 쉽게 대응할 수 있기 때문에 다른 발차기 기술과 비교해 높은 사용률을 나타낸 다(조철훈, 김형수, & 김창국, 2009).

돌려차기와 같은 동작을 위해 신체는 수많은 신경근 자 유도를 기반으로 움직임을 만들어내며, 보상적 상호작용 으로 인한 같은 과제를 여러가지 방법으로 수행한다 (Scholz & Schöner, 1999;심재근, 박재범, 김민주, & 김 선진, 2011). 동작을 반복적으로 수행할 때 환경적인 제 약에 적응하기 위해 움직임의 변화가 나타난다(Davids, Glazier, Araujo, & Bartlett, 2003). 이러한 변화의 크기를 가변성이라 한다(C. R. James, Dufek, & Bates, 2000). 높은 가변성은 뼈의 급성 부상의 잠재성과 만성 부상, 낙 상 위험 증가와 관련 있다(Hausdorff, Rios, & Edelberg, 2001;C. R. James et al., 2000;McLean, Lipfert, & Van Den Bogert, 2004). 따라서 부상 예방 및 잠재성을 확인하기 위해 가변성을 측정하는 것은 중요하다고 할 수 있다.

가변성 측정이 근골격 상해와의 관계를 관찰할 수 있기 때문에(Carlstedt, Nordin, & Frankel, 1989) 점프 (Brown, Padua, Marshall, & Guskiewicz, 2009), 농구 (Button, Macleod, Sanders, & Coleman, 2003), 던지기 (Wagner, Pfusterschmied, Klous, von Duvillard, & Müller, 2012), 골프(Langdown, Bridge, & Li, 2012)등 다 양한 동작의 가변성에 대한 연구가 이루어지고 있다. 그 러나 돌려차기 동작에 대한 가변성을 분석한 연구는 거의 없기 때문에, 본 연구에서는 돌려차기 동작의 가변성을 분석해보고자 한다. 돌려차기 동작에서 비우세측 다리는 몸의 회전 및 몸통과 우세측 다리의 위치 조정에 중요한 역할을 한다(김재웅, 한기훈, 김제민, 이상우, & 권문석, 2018). 그러나 비우세측 다리에 대한 연구는 거의 이루어 지지 않고 있다.

착지 동작에 대한 선행 연구에서 최대 수직 점프 (maximum vertical jump)의 50%에서 100% 으로 착지 높 이가 증가했을 때 가변성이 더 크다는 결과를 보고하였다 (C. R. James et al., 2000). 이는 수행 난이도가 증가했을 때 가변성이 증가한다는 것으로 해석해 볼 수 있을 것이 다. 따라서 본 연구에서는 ‘타겟의 위치가 높을 경우 가변 성이 더 클 것이다’라는 가설을 설정하고 이를 검증하기 위해 동작분석 시스템을 이용해 타겟 높이에 따른 돌려차 기의 동작 가변성을 분석하고자 한다.

Ⅱ. 연구방법

1. 연구 대상자

본 연구의 대상자는 태권도 단증이 없는(권택용, 2016) 20대 성인 남성 12명이 참여하였으며, 3개월 내에 신경계 및 근골격계 손상이 있는 대상자와 머리 높이 타겟까지 다리가 올라가지 않는 대상자는 실험에서 제외 하였다. 연구자는 대상자들에게 연구의 목적과 방법을 설명한 뒤 참여에 대한 동의서를 받았다. 동의서에는 본 연구에 참 여하는 것이 자발적이며, 대상자가 원하지 않을 경우에는 언제라도 그만둘 수 있음과 본 연구에서 얻게 된 개인정보 는 연구 목적 외에는 사용할 수 없음을 명시하였다. 대상 자들의 개인적 특성은 (Table 1)과 같다.

2. 측정도구 및 실험도구

본 연구에서 사용된 측정도구는 Optitrack 사의 Prime 13 series 동작분석 카메라, Motive 동작분석 소프트웨어, C-Motion 사의 Visual3D v6 Professional, Mathworks사 의 MATLAB을 사용하였다. 동작분석 카메라 8대를 사용 해 촬영 시 광학 마커(opitical marker)의 트래킹 데이터 를 100Hz로 수집하였다.

3. 실험 절차

실험 전 Plug-in-Gait Marker sets(Figure 1)에 따라 대상자의 몸에 39개의 광학 마커(optical marker)를 부 착 후 실험을 진행하였다. 대상자는 8대의 동작분석 카 메라 가운데로 이동하여 사전교육과 동작의 일치를 위해 돌려차기 시범 영상을 시청한 후 해당 동작을 5회 연습하 고 실험에 참여하였다. 연구자는 타겟의 위치를 설정하 기 위해 실험 대상자의 기능적 다리길이(Functional leg length, L)를 측정하였다. 기능적 다리길이는 대상자의 전상장골극(Anterior superior iliac spine, ASIS)에서 동 측 다리의 내과(medial malleolus)까지 측정하였다. 타겟 의 높이는 신체의 60%(허리높이)와 85%(머리 높이)로 설 정하였다. 허리높이의 타겟은 실험 대상자의 전상장골극 높이에서 측정된 기능적 다리길이 만큼 떨어진 위치에 두 고 실험을 진행하였고, 머리 높이의 타겟은 피타고라스의 정의를 이용해 거리를 설정해 실험을 진행하였다. 실험 전 대상자들에게 해당 동작을 최대한 빠르게 수행할 것을 요구하였다(Chinnasee et al., 2017). 실험 대상자는 주로 사용하는 발을 이용해 동일한 위치에서 신체의 60%와 85% 높이에서 각각 12회의 돌려차기를 수행하였다. 이 를 위해, 실험 대상자는 발차기 수행 전 지지하는 발의 엄지발가락을 정해진 위치에 두고 발차기를 수행하였다 (J.-W. Kim, Kwon, Yenuga, & Kwon, 2010). 연구자는 동작 분석을 위해 발차기 시도(trial) 마다 동작분석 카메 라를 이용해 촬영하였다. 촬영 시 발차기 시도를 구분하 기 위해서 선행연구(Mori, Ohtani, & Imanaka, 2002)의 방법을 수정하여, 시각적 자극을 사용하여 실험을 진행하 였다. 실험 시 연구자는 대상자에게 광학 마커가 보이지 않도록 가린 상태에서 촬영을 시작하였다. 촬영이 시작되 면 연구자는 가려져 있던 광학마커를 무작위적인 타이밍 으로 노출시키고, 실험 대상자는 광학 마커를 본 즉시 발 차기를 수행하였다. 또한, 본 연구에서는 피로효과를 억 제하기 위하여 10회의 돌려차기 수행 후 실험대상자가 피 로를 느낄 경우 2분의 휴식시간을 가지고 실험을 재실시 하였다.

4. 자료분석

돌려차기 동작의 분석을 위하여 Optitrack사의 동작분 석 카메라인 Prime 13 Series 8대를 사용해 100 frame/s 의 속도로 발차기 동작을 촬영하였다(김창국 et al., 2017). 촬영한 마커의 데이터는 4차, 6 Hz의 low-pass Butterworth filter를 사용하여 필터링 하였다(Cheng, Wang, Kuo, Wang, & Huang, 2015). 데이터 분석을 용이 하게 하기 위하여 돌려차기 동작을 start, Heel off, toe off, impact 4가지 이벤트로 나누었다. Start는 시각자극 이 나타난 시점으로 설정하였으며, Impact는 타겟을 가격 한 시점으로 설정하였다. toe off는 발가락 마커의 Z값이 준비기간 중 평균+3x표준편차 된 수치를 역치 값으로 설 정해 정하였고(Y. K. Kim, Kim, & Im, 2011) Heel off 도 이와 같은 방법으로 정하였다. 수집된 마커의 트래킹 데이터는 C-motion사의 Visual3D와 Mathworks사의 MATLAB을 사용하여 분석하였다. 인체의 관절의 각도의 정의는 Figure 2와 같이 무릎과 엉덩이 관절은 근위부에 대한 먼 분절의 움직임으로 계산하였고(Maykut, Taylor‐ Haas, Paterno, DiCesare, & Ford, 2015), 골반과 체간은 실험실 좌표에 대한 움직임으로 계산하였다. 가변성의 양을 정량화하기 위해 변동계수(CV, Coefficient of variation) 을 사용하였다(Brown et al., 2009). 변동계수는 평균값 이 다른 대상을 비교할 수 있으며(C. James, 2004), 임상 적으로 움직임의 크기에 대한 변수의 차이를 나타낸다 (Brown et al., 2009). 각 관절의 변동계수는 Winter가 정 의한 식 Figure 3을 사용해 계산하였다(Winter, 1983).

Ⅲ. 연구 결과

1. 타겟에 따른 관절 각도의 평균, 표준편차

타겟 별 관절 각도의 평균, 표준편차 그래프는 유사한 모습을 보여준다(Figure 4) 타겟 높이에 따른 우세 측 다 리의 슬관절의 평균값은 비슷하며, 증가하다 최대 무릎 굽힘 각을 지나며 감소하는 모습을 보여주고 있다. 표준 편차는 비슷한 크기를 보이지만 머리 높이 타겟의 표준편 차가 Kick cycle 85%(최대 무릎 굽힘 각)을 지나며 감소하 는 모습을 나타내고 있다. 비우세 측 다리 슬관절의 타겟 별 평균값은 큰 차이가 없는 것으로 나타났으며, 굽힘 각 이 점차 증가하다 Toe off 이후 감소하고 있다. Heel off와 Toe off까지 타겟 별 표준편차는 비슷하지만 Toe off 이후 머리 높이 타겟의 표준편차가 작아지는 모습을 보여주고 있다. 우세 측 다리 고관절의 평균값은 비슷한 값을 나타 내다가 Impact에 가까워지며 머리 높이 타겟의 값이 더 커지는 것을 보여준다. 이는 돌려차기 동작 시 머리 높이 의 타겟에서 고관절의 굽힘을 좀 더 요구하는 것으로 보인 다. 표준편차는 Heel off와 Toe off까지는 머리 높이 타겟 이 더 큰 것을 보이지만 Impact에 가까워지며 허리 높이 타겟이 더 커지는 것을 보여준다. 비우세 측 다리 고관절 의 평균값은 머리 높이 타겟이 허리 높이 타겟과 비교해 약간의 큰 값을 보이고 있다. 두 타겟 모두 굽힘 각이 증가 하는 모습을 보이다가 Heel off 이후 감소하고 있으며 표 준편차는 비슷한 크기를 보여주고 있다. 골반과 체간의 타겟 별 평균값은 비슷한 값을 보이고 있으며, Heel off 이후 감소하며 Toe off 후 급격하게 폄 각이 증가하는 모 습을 보여주고 있다. 골반의 표준편차는 머리 높이 타겟 이 허리 높이 타겟과 비교해 큰 값을 보여주고 있다. 체간 의 표준편차는 두 타겟에서 비슷한 크기를 보이고 있다.

2. 타겟 별 관절 각도의 변동계수

타겟 별 관절 각도의 CV 그래프는 비슷한 패턴을 보이 고 있다.(Figure 5) 우세 측 다리 슬관절 CV 그래프는 두 타겟 모두 Heel off까지 증가하며 이후 점차 낮아지고 최 대 무릎 굽힘 각을 지나며 증가하는 패턴을 보여주고 있 다. 이벤트별 CV값은 허리 높이에서 62.732%, 69.609%, 60.505%, 51.934%, 머리 높이에서 53.157%, 85.677%, 61.565%, 44.495%를 나타내고 있다. Kick Cycle 30%와 최대 무릎 굽힘 각 이후 Impact까지 허리 높이 타겟의 CV 가 더 높음을 보이고 있다. 머리 높이 타겟의 CV는 Kick cycle 30%에서 최대 무릎 굽힘 각 전까지 더 높은 값을 나타냈다. 이 결과는 준비 동작과 타겟을 가격하기 위해 무릎을 펴는 동작의 가변성이 허리 높이 타겟에서 크다는 것을 의미하고, 머리 높이의 타겟은 발차기 동작의 시작 에서 우세 측 다리 무릎을 최대한 굽히는 동작까지의 가변 성이 크다는 것을 나타낸다. 비우세 측 다리 슬관절의 CV 는 점차 낮아지며 최대 무릎 굽힘각을 지나며 다시 증가하 는 패턴을 보이고 있다. 또한 이벤트별 CV값은 허리 높이 에서 59.219%, 39.314%, 34.982%, 43.392%, 머리 높이에 서 63.389%, 43.349%, 35.225%, 43.338%를 나타냈다. Toe off에서 Impact까지를 제외한 모든 이벤트에서 머리 높이 타겟의 CV가 허리높이 타겟과 비교해 높은 것을 보 여주고 있다. 준비 동작부터 발가락이 지면에서 떨어지는 시점까지 가변성이 머리 높이 타겟이 크다는 결과와 발가 락이 지면에서 떨어지며 타겟을 가격하기까지의 가변성 은 허리 높이 타겟이 큰 것을 나타냈다. 우세 측 다리 고관 절의 CV는 두 타겟 모두 Heel off까지 증가하며 이후 점차 낮아지고 최대 무릎 굽힘 각을 지나며 증가하는 패턴을 보이고 있으며 이벤트별 CV값은 허리 높이에서 56.226%, 63.504%, 92.582%, 39.658%, 머리 높이에서 58.739%, 51.238%, 76.666%, 23.06%를 나타냈다. Start를 제외한 모든 이벤트에서 허리 높이 타겟이 머리 높이 타겟과 비교 해 더 높은 것을 보여주고 있다. 이 결과는 우세 측 다리 고관절의 가변성이 허리 높이 타겟에서 높은 것을 의미한 다. 비우세 측 다리 고관절의 CV는 모든 이벤트에서 허리 높이 타겟이 머리 높이 타겟과 비교해 더 높은 결과를 보 여주고 있다. 이벤트별 CV값은 허리 높이에서 67.972%, 29.252%, 41.997%, 98.514%, 머리 높이에서 57.232%, 26.862%, 41.97%, 82.45%를 나타내고 있다. 두 타겟의 CV는 Heel off까지 감소하는 모습을 나타내며 이후 점차 증가하여 최대 무릎 굽힘 각에서 가장 높은 값을 보여주고 있다. 이 결과는 비우세 측 다리 고관절의 가변성이 허리 높이 타겟에서 높은 것을 의미한다. 두 타겟 모두 최대 무릎 굽힘 각에서 가장 높은 가변성을 보이고 있다. 골반 의 CV는 Kick cycle 30%이후 점차 낮아지며 Heel off이후 약간 증가 후 급격히 낮아지는 패턴을 보여주며 허리 높이 에서 71%, 56.029%, 68.693%, 16.935%, 머리 높이에서 60.103%, 52.657%, 65.218%, 16.557%의 값을 나타냈다. Toe off까지 허리 높이 타겟이 더 높은 것으로 나타났으며 이후 비슷해지는 모습을 보이고 있다. 이 결과는 골반의 가변성이 허리 높이 타겟에서 높은 것을 의미한다. 체간 의 CV는 Toe off까지 비슷한 값을 유지하다가 이후 낮아 지는 패턴을 나타내고 있다. 또한 이벤트별 CV값은 허리 높이에서 70.891%, 72.283%, 76.348%, 56.421%, 머리 높 이에서 73.861%, 91.616%, 65.41%, 59.702%를 나타냈다. Toe off까지 허리 높이 타겟이 더 높게 나타났고 이후 허 리 높이 타겟이 높아지는 것을 보여주고 있다. 이 결과는 준비 동작부터 발가락이 지면에서 떨어지는 동작까지 머 리 높이 타겟의 가변성이 높고 이후 타겟을 가격하는 동작 까지 허리 높이 타겟의 가변성이 높은 것을 의미한다.

Ⅳ. 고 찰

돌려차기 동작에서 우세측 다리는 타겟을 가격하는 역 할을 하며, 이를 위해 슬관절과 고관절이 굽힘과 폄 동작 을 수행한다. 슬관절의 굽힘은 타겟을 강하게 가격하기 위해 실시하게 되며, 이에 폄을 실시하며 타겟을 가격하게 된다. 강하게 가격하기 위한 굽힘 동작은 머리 높이 타겟 이 더 가변성이 높았으며, 허리 높이 타겟이 가변성이 더 높았다. 따라서 허리 높이 타겟이 보다 무릎을 굽히는 동 작이 일관되게 수행되었고 머리 높이 타겟에서 가격을 위 한 폄동작이 더 일관되게 수행하였다. 비 우세측 다리는 체간과 우세측 다리의 위치 조정에 중요한 역할을 하며(김 재웅, 한기훈, 김제민, 이상우, & 권문석, 2018) 이를 위해 슬관절과 고관절이 굽힘과 폄 동작이 이루어진다. 발가락 이 지면에서 떨어지면서 타겟을 가격하기까지의 가변성은 허리 높이에서 큰 것으로 나타났으며 이는 체간의 몸통 조정이 머리 높이에서 더 일관되게 수행되었다고 볼 수 있다. 양 다리의 고관절의 가변성은 허리 높이 타겟에서 더 큰 결과를 보여주며 머리 높이 타겟에서 더 일관되게 수행하였다. 건강한 그룹과 부상을 당하기 쉬운 그룹의 가변성을 분석한 결과, 부상을 당하기 쉬운 그룹의 가변성 이 높았다고 보고한 선행연구 결과(C. R. James et al., 2000)에 근거해 높은 가변성은 부상의 위험과 잠재성이 있기 때문에 가변성이 높다면 부상을 당할 위험이 증가할 수 있을 것이다. 돌려차기 동작을 허리 높이 타겟의 수행 할 경우 타겟을 가격하기 위해 무릎을 폄하는 구간에서 양 다리의 슬관절에서 높은 가변성을 보였기에 부상의 위 험이 머리 높이 보다 높을 수 있으며, 허리 높이 타겟의 모든 구간에서 양 다리 고관절의 가변성이 높았기 때문에 부상의 위험에 머리 높이 보다 더 노출될 수 있다. 허리 높이 타겟에 돌려차기 동작을 수행할 시 양 다리의 부상 위험은 준비 동작부터 가격을 위해 무릎을 최대한 굽히는 구간에서 높은 가변성을 나타냈기 때문에 증가할 수 있다.

본 연구는 타겟의 위치가 높을 경우 가변성이 더 클 것 이라고 가설을 세우고 분석하였다. 발차기 동작이 시작되 는 시점인 Heel off 이후부터 우세측 다리와 비우세측 슬 관절 및 체간에서 머리 높이 타겟의 CV가 높아 졌지만 Toe off 시점을 지난 후로는 허리 높이의 타겟의 CV가 높 아지고 있다. 본 연구의 가설과는 다르게 양 다리의 고관 절 및 골반의 CV는 허리 높이 타겟의 가변성이 높게 나타 났다. 착지 동작의 가변성을 분석한 선행연구에서 너무 높은 높이에서 신체가 급성 손상을 예방하기 위해 더 일관 되게 착륙하도록 조정했을 수 있기 때문에 너무 높은 높이 에서는 가변성이 낮았다고 보고하였다(C. R. James et al., 2000). 어려운 고난이도에서는 손상을 예방하기 위해 자유도를 제한해 가변성이 낮게 나온 것으로 해석해 볼 수 있을 것이다. 따라서 고관절과 골반에게 머리 높이 타 겟의 난이도가 부상에 더 큰 노출 당할 위험이 있으며, 급성 손상을 예방하기 위해 가변성이 허리 높이 타겟에 비교해 낮게 나온 것으로 생각 할 수 있다.

비우세측 다리의 슬관절이 고관절보다 CV가 더 큰 것을 보여준다. 가변성은 두 관절을 지나는 근육에 의해서 일어 나며, 먼 분절보다 몸쪽 관절에 두 관절을 지나는 근육이 많기 때문에 먼 분절의 관절보다 근위부의 관절에서 크다 고 보고한 선행연구 (Winter, 1984)와 다른결과가 나왔다 고 할 수 있다. 이는 비우세측 다리는 몸의 회전과 체간의 위치 조정 역할을 하기 때문에 (김재웅 et al., 2018) 시상 면에서 관절 각도를 분석한 본 연구의 제한점에서 다른 결과가 나온 것이라고 생각해 볼 수 있다. 우세측 다리의 고관절은 슬관절보다 CV가 높았다. 돌려차기는 무릎을 굽 히고 피는 동작이기 때문에 선행 연구 (Winter, 1984)와 같은 결과가 나온 것으로 해석해 볼 수 있다.

본 연구는 몇 가지 제한점이 있다. 첫째 관절의 각도를 시상면에서만 보았다. 앞서 말한 지지다리가 몸의 회전과 체간의 조정 역할을 하기 때문에 이 후 연구에서 시상면만 보는 것이 아닌 횡단면에서 회전각을 분석해야 한다. 둘 째 일반인의 경우 돌려차기 동작이 쉬운 동작이 아닐 수 있으며, 그에 따라 허리 높이의 타겟에서 CV가 머리 높이 보다 높게 나왔을 수도 있을 것이다. 선수와 일반인의 비 교분석을 통해 일반인의 돌려차기 동작 난이도를 확인해 보아야 한다. 셋째 운동 과제의 성공에 대해 분석하지 않 았다. 과제의 성공과 실패에 따른 관절각의 가변성을 분 석하는 것은 초심자 및 선수의 훈련과 트레이닝 전략에 매우 중요하다고 할 수 있다.

Ⅴ. 결 론

본 연구는 타겟 높이에 따른 돌려차기 동작의 가변성에 대해 분석하였다. 가설과는 다르게 우세 측과 비우세 측 다리의 고관절 및 골반의 CV는 허리 높이 타겟의 가변성 이 높게 나타났다. 모든 분절의 가변성은 준비동작에서 높게 보였으며 허리 높이 타겟에서 발가락이 지면을 떨어 지는 시점에서 타겟을 가격하는 시점까지 양 다리의 슬관 절과 체간의 가변성이 높게 나타났다. 이 결과는 태권도 초심자들을 위한 훈련 및 교육 전략을 만드는 과정에서 도움을 줄 수 있을 것으로 기대한다.

태권도 초심자에게 부상 예방과 부상의 잠재성을 미리 아는 것은 매우 중요하며 운동 과제를 안정적으로 수행하 기 위해 동작 가변성 측정이 필요하다. 따라서 태권도 동 작뿐만 아니라 다양한 스포츠 동작의 가변성 분석이 이루 어져야 한다.