달리기 시상면의 체간-골반 고관절-슬관절 발목 운동형상

달리기와 걷기는 관절동작에 유사성이 많다. 보통 운동형상의 양상은 같지만 동작의 크기와 시기가 다르다. 달리기의 특성을 측정하기 위해 대상자가 직접 달리는 동작을 동영상으로 찍어 시각적 관찰로 평가한다.

체간-골반 운동형상

달리기 할 때 시상면의 각운동이 체간 전체로 움직이지만, 내외측 회전축은 요천추접합부 (lumbosacral junction)를 통과한다고 짐작한다. 체간의 굴곡과 신전으로 서술되는 시상면에서의 체간 각도는 다른 신체 분절과는 다르게 수직면(vertical plane)으로 정의된다. 중립위치(0도)는 수직 상태를 말하고, 체간의 굴곡은 전방으로 회전운동을 말한다. 체간의 신전은 후방의 회전운동을 표현한다. 한걸음주기 내내 체간은 약 5~10도 정도 굴곡과 신전을 하고, 평균적으로 2~13도 이내의 굴곡을 유지한다. 달리기 속력이 증가하면, 초기입각시 체간은 좀 더 굴곡된 위치를 취하지만, 한걸음주기 내내 전체적인 굴곡과 신전의 왕복운동은 일정하다. 체간 굴곡은 초기 입각기에서 가장 적고 중간입각기 직후에 최대 수치에 오른다. 골반 경사(tilt)라 불리는 시상면에서의 골반 회전운동은 전방과 후방으로 일어난다. 골반능선(iliac crest)에 있는 한 점이 향하는 회전운동의 방향이 기울임의 방향을 정한다. 체간처럼, 골반을 위한 회전운동의 각도는 수직면에 대해 정의된다. 달리기의 한걸음주기 동안 두 번의 진동운동이 일어나는데, 전체적인 동작의 진폭은 약 5도를 나타낸다. 달리기의 한걸음주기 내내, 평균 15~20도의 전방경사(anterior tilt)의 위치를 보이며, 이것은 서 있는 자세에서 나타나는 11도의 전방경사보다 더 큰 것이다. 초기입각기 이후에, 골반은 한걸음주기의 약 10% 지점까지 후방경사(posterior tilt)를 하고, 그 이후에는 골반이 다시 전방경사를 하게 되는데 발가락 떼기 시에 최대에 도달한다. 이러한 동작주기는 유각기 동안에도 반복되는데, 그 이유는 반대쪽 다리가 디딤기를 수행하면서 골반의 기울임을 만들기 때문이다.

고관절-슬관절 운동형상

고관절은 초기접지(initial contact) 시 약 35도 정도 굴곡되어 있으며, 이런 굴곡은 한걸음주기의 초기 10% 동안 유지되거나 약간 증가한다. 고관절은 초기유각기(early swing) 동안 다리가 앞으로 전진하기 위해 굴곡하게 된 후, 다음 초기닿기를 하기 전 달리기 속력을 최대화하기 위해 신전으로 전환된다. 이런 굴곡의 초기기간 이후에는 나머지 입각기 내내 고관절은 신전하게 되는데, 발가락떼기(toe off) 근처에서 0~5도의 고관절 최대의 신전에 도달한다.  비록 고관절 굴곡의 정점(peak)은 달리기 속력이 낮은 범위에서 속력의 증가와 함께 증가하지만, 최대 전력질주 노력의 80% 이상의 속력에서는 증가하지 않는다. 평범한 시각적 관찰에 근거해 대퇴(thigh)의 위치를 고려해 본다면, 일반적인 고관절의 폄이 크게 발생한다고 보인다. 하지만 시상면에서의 고관절 회전운동은 골반에 대한 넙다리의 위치로 정의된다. 다시 말해서, 골반의 전방경사 또는 후방경사의 위치는 고관절의 각도에 영향을 미친다. 설명하기 좋은 예로서, 골반이 최대의 전방경사에 있게 되는 발가락떼기 근처에서, 수직면에 대한 대퇴의 위치로 고관절의 신전을 보면 크게 일어난 것처럼 보이지만 골반과의 관계를 고려한 실제적인 고관절의 신전과 연관하면 생각보다 더 적게 일어났다는 것을 알게 된다. 슬관절은 초기접지시에 10~20도 사이에서 굴곡되며, 중간디딤기 근처에서 45~50도의 최대 굴곡 각도에 도달한다. 슬관절(무릎)은 한걸음주기 동안 정점이 2개인 동작 양상을 보인다. 입각기동안에 한번 그리고 유각기 동안에 다시 한번 나타난다. 이런 부하반응기(loading response) 동안의 슬관절 굴곡은 신체 질량중심의 하강을 감속시키는 데 중요한 역할을 한다. 슬관절은 입각기의 나머지 절반을 신전하게 되는데, 발가락떼기 약간 직전에 20도의 최소 굴곡각도에 도달한다. 이러한 동작 양상은 유각기 동안에도 반복되지만, 훨씬 더 큰 100~120도의 최대 굴곡 각도가 중간유각기(달리기 한걸음주기의 70%) 근처에서 발생한다. 유각기 동안 슬관절에서 나타나는 이런 큰 굴곡의 양은 하퇴(lower leg)와 발의 질량중심을 고관절의 회전축에 좀 더 가깝게 가져오게 함으로써 다리의 질량관성모멘트(mass moment of inertia)를 감소시킨다. 따라서, 유각다리를 전진시키는 데 필요한 에너지는 감소된다.

발목-발가락 운동형상

전통적으로 정강이와 발 사이의 90 각도는 0도의 족배측굴곡으로 정한다. 발뒤꿈치닿기(reafoot strike)가 시작될 때, 발목(족) 관절은 처음 닿기 시 0~5도의 배측굴곡 상태로 위치된다. 중간입각기 근처에서 지면에 고정된 발에 대한 정강뼈(tibia) 전진의 결과로써 발목은 30도의 최대 배측굴곡을 보인다. 유각기 전(pre swing) 내내, 발목은 추진을 위한 힘(power)을 발생시키기 위해 발바닥 쪽으로 굴곡하는데, 발가락떼기 직후에 10~ 20도의 최대 족저굴곡에 도달하게 된다. 초기유각기(early swing) 내내 발목은 느린 각속도로 족배굴곡하게 되고, 이후 그다음 초기접지에서 약간 족배굴곡된 상태로 발을 재위치 시키기 위해 점진적인 족저굴곡이 뒤따르게 된다. 제1중족지절(first metatarsophalangeal) 관절에서의 달리기 동안 측정하기는 어렵지만 관절에서의 동작을 정량화하기 위한 시도들은 있었다. 초기접지시에는 제1중족지절관절이 10도 정도 신전되어 있지만, 뒤꿈치떼기(heel off) 때까지 중립위치로 되돌아온다. 뒤꿈치떼기시에 제1중족지절관절은 신전하기 시작하여 발가락떼기(toe off) 직전에 30도의 최대 위치로 신전하는데, 달리기 속력이 더 빠르거나 가속되면 더 큰 신전이 일어난다. 유각기 내내 제1중족지절관절은 중립위치를 취한다. 달리기는 걷기보다 더 큰 한걸음길이(stride length)를 갖고 있음에도 불구하고, 발가락떼기시의 제1중족지절관절의 신전은 적게 일어난다. 발가락떼기 시의 슬관절 굴곡 각도는 달리기(20~25도)에 비해 걷기(35도) 동안이 크며, 고관절의 신전 각도와 발목의 족저굴곡 각도도 유사한 상황을 보인다. 걷기에 비해 달리기 동안에 나타나는 발가락떼기 시의 더 적은 무릎의 굴곡은 제1중족지절관절의 더 적은 신전이 만들어진다. 요약하면, 달리기 동안 속력이 증가하면, 초기입각시 체간은 좀 더 굴곡된 위치를 취하면서, 한걸음주기 내내 전체적인 굴곡과 신전의 왕복운동은 일정하다. 제1중족지절관절의 신전크기는 달리기 속력에 비례적으로 변한다.