러닝화의 미드솔 소재와 플레이트 삽입에 따른 생체역학적 차이 분석

Analysis of Biomechanical Differences According to Midsole Material and Plate Insertion of Running Shoes

Abstract

PURPOSE This study examined the biomechanical differences in running shoes with two midsole materials, ethylene-vinyl acetate (EVA) and polyether block amide (PEBA), and carbon fiber plate insertion. METHODS Ten recreational runners participated in the study and performed running trials on a 12m runway at a controlled speed of 3.89 m/s ± 5%. Biomechanical data were obtained for time-continuous variables of the metatarsophalangeal (MTP) joint (angle, moment, and power), as well as for discrete variables (push-off time, peak vertical impact force, peak anterior propulsion force, and timing of joint power transition). Data were analyzed using statistical parametric mapping for continuous data and the Wilcoxon signed-rank test for discrete variables (α = .05). RESULTS Compared with no-plate conditions, the EVA sole with plate significantly reduced push-off time, MTP joint range of motion, positive joint power, and peak anterior propulsion force, with an earlier timing of joint power transition (p < .05). In contrast, the PEBA sole with plate decreased MTP joint range of motion but increased plantar flexion moment, negative joint power, and push-off time (p < .05). Furthermore, under plate-inserted conditions, PEBA significantly increased plantar flexion moment, negative joint power, and push-off time, as well as exhibited a delayed timing of joint power transition compared with EVA (p < .05). CONCLUSIONS The interaction between midsole material and plate insertion causes complex variations in MTP joint energy management. Specifically, EVA shoes with a plate may facilitate rapid roll-off and promote swift turnover, thereby enhancing acceleration. In contrast, PEBA shoes with a plate may promote prolonged energy absorption, which could potentially reduce joint fatigue during long-distance running.

keywords
Midsole material Carbon plate Multi-segment foot model Statistical parametric mapping Advanced footwear technology

초록

[목적] 본 연구의 목적은 러닝화의 미드솔 소재(EVA, PEBA)와 카본 플레이트 삽입에 따른 생체역학적 차이를 규명하는 데 있다. [방법] 연구대상자는 10명의 달리기 동호인으로 선정하였다. 연구 대상자는 12m 주로에서 3.89m/s ± 5%의 주행 속도로 달리기를 수행하였으며, 시간-연속적인 MTP 관절 움직임(각도, 모멘트, 파워) 및 이산형 변수(푸시오프 시간, 최대 수직 충격력, 최대 전방 추진력, 관절 파워의 전환 타이밍)를 분석하였다. 수집된 데이터는 시간 연속 통계적 매개변수 매핑(SPM) 분석과 Wilcoxon 부호 순위 검정을 사용하여 비교하였다(α=.05). [결과] 플레이트가 없는 조건과 비교했을 때, 플레이트를 삽입한 EVA는 푸시오프 시간과 MTP 관절의 가동범위, 양의 파워 및 최대 전방 추진력이 감소하였으며, MTP 관절파워의 전환 타이밍이 빠르게 나타났다(p <.05). 반면, 플레이트를 삽입한 PEBA는 MTP 관절의 가동범위가 감소하였지만, 저측굴곡 모멘트가 감소하고 음의 파워와 푸시오프 시간이 증가하였다(p <.05). 또한 플레이트가 있는 조건에서 PEBA는 EVA에 비해 MTP 관절의 저측굴곡 모멘트와 음의 관절 파워, 푸시오프 시간이 증가하였으며, 관절 파워의 전환 타이밍이 지연되는 것으로 나타났다(p <.05). [결론] 본 연구의 결과는 미드솔 소재와 플레이트 간의 상호 작용에 따라 MTP 관절의 에너지 처리 전략에 복잡한 변화가 나타남을 의미한다. 구체적으로, 플레이트가 있는 EVA는 빠른 롤 오프 과정을 통해 신속한 턴 오버를 유도하여 가속성을 향상시킬 수 있으며, 플레이트가 있는 PEBA는 장기간 에너지 흡수를 촉진하여 장거리 달리기 중 관절 피로를 최소화하는데 잠재적으로 기여할 수 있을 것으로 판단된다.

주요 용어
미드솔 소재 카본 플레이트 다분절 발 모델 통계적 파라메트릭 매핑 첨단 신발 기술
Submission Date
2025-03-26
Revised Date
2025-04-23
Accepted Date
2025-05-07

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