걷기 지표 공식 & 방정식
걷기 분석의 수학적 기반 – 강도, 에너지 소비, 퍼포먼스를 계산하는 과학적으로 검증된 식들을 정리합니다.
이 페이지는 걷기 분석에 사용되는 공인된 방정식을 정리한 것입니다. 모든 공식은 연구 논문을 출처로 하며, 적용 범위와 정확도 정보가 포함되어 있습니다.
1. 케이던스 → METs 변환
Moore et al. (2021) 케이던스 기반 대사 방정식
케이던스에서 METs 계산
METs = 0.0219 × 케이던스(걸음/분) + 0.72
왜 중요한가? 이 방정식은 전통적인 ACSM 속도 기반 식보다 23–35% 더 정확합니다. 속도는 보폭 길이에 따라 달라지지만, 케이던스는 움직임 빈도와 에너지 소비를 직접 반영하기 때문입니다.
예시:
100 spm으로 걷는 경우:
METs = 0.0219 × 100 + 0.72 = 2.19 + 0.72 = 2.91 METs
≈ 3 METs → 중강도 기준
110 spm으로 걷는 경우:
METs = 0.0219 × 110 + 0.72 = 2.409 + 0.72 = 3.13 METs
탄탄한 중강도 영역
120 spm으로 걷는 경우:
METs = 0.0219 × 120 + 0.72 = 2.628 + 0.72 = 3.35 METs
중–고강도에 해당
130 spm으로 걷는 경우:
METs = 0.0219 × 130 + 0.72 = 2.847 + 0.72 = 3.57 METs
고강도 임계값 – CADENCE‑Adults 직접 측정에서는 6 METs에 해당
주의: CADENCE‑Adults 연구에서 130 spm은 실험실 조건에서 6 METs(고강도)에 해당하는 것으로 직접 측정되었습니다. Moore 방정식은 80–130 spm 범위를 대상으로 하며, 매우 높은 케이던스에서는 약간 과소추정할 수 있습니다.
검증 데이터:
- 표본: 21–40세 성인 76명
- 방법: 간접 열량 측정(Indirect calorimetry, 골드 스탠더드)
- 설명력: R² = 0.87 (매우 우수한 상관관계)
- 평균 절대 오차: 0.47 METs
- 적용 범위: 80–130 걸음/분
2. ACSM VO₂ 보행 공식
ACSM 대사 방정식
평지 보행 (경사 0%)
VO₂ (mL/kg/min) = 0.1 × 속도(m/분) + 3.5
속도를 m/분으로 변환: km/h × 16.67 또는 mph × 26.82
경사(오르막·내리막) 보행
VO₂ = 0.1(속도) + 1.8(속도)(경사) + 3.5
경사는 소수(예: 5% = 0.05)로 입력
예시:
평지에서 5 km/h로 걷는 경우:
속도 = 5 × 16.67 = 83.35 m/분
VO₂ = 0.1 × 83.35 + 3.5 = 8.335 + 3.5 = 11.84 mL/kg/min
METs = 11.84 ÷ 3.5 = 3.38 METs (중강도)
5% 경사에서 5 km/h로 걷는 경우:
VO₂ = 0.1(83.35) + 1.8(83.35)(0.05) + 3.5
= 8.335 + 7.5015 + 3.5 = 19.34 mL/kg/min
METs = 19.34 ÷ 3.5 = 5.52 METs
경사 5%만으로도 강도가 약 64% 증가
속도 변환:
- km/h → m/분: km/h × 16.67
- mph → m/분: mph × 26.82
- m/s → m/분: m/s × 60
3. 에너지 소비 & 칼로리 소모
정확한 칼로리 계산
분당 칼로리
kcal/분 = (METs × 3.5 × 체중(kg)) ÷ 200
세션 전체 칼로리
총 칼로리 = (kcal/분) × 시간(분)
예시:
70 kg, 100 spm(3 METs)으로 45분 걷는 경우:
kcal/분 = (3 × 3.5 × 70) ÷ 200 = 735 ÷ 200 = 3.68 kcal/분
총 칼로리 = 3.68 × 45 = 약 166 kcal
85 kg, 120 spm(5 METs)으로 30분 걷는 경우:
kcal/분 = (5 × 3.5 × 85) ÷ 200 = 1487.5 ÷ 200 = 7.44 kcal/분
총 칼로리 = 7.44 × 30 = 약 223 kcal
왜 이 식을 쓰나?
MET(대사당량)의 정의에서 직접 유도된 공식입니다.
- 1 MET = 3.5 mL O₂/kg/min (안정 시 대사율)
- 산소 1L를 소비하면 약 5 kcal 소모
- 따라서 (METs × 3.5 × kg × 5) / 1000 = (METs × 3.5 × kg) / 200
순수 운동 칼로리(Net Calories)
순 칼로리(휴식 대사량 제외)
순 kcal/분 = [(METs - 1) × 3.5 × 체중(kg)] ÷ 200
1 MET(안정 시 소모량)를 빼서 “추가 운동 분”만 계산
70 kg, 3 METs, 45분 걷기 – 순 칼로리:
순 kcal/분 = [(3 - 1) × 3.5 × 70] ÷ 200 = 4.9 kcal/분
총 순 칼로리 = 4.9 × 45 = 약 110 kcal
총 166 kcal 중 약 55 kcal는 어차피 앉아 있어도 소비되는 에너지
4. 보행 대칭 지수(GSI)
좌·우 비대칭 정량화
Gait Symmetry Index
GSI(%) = |오른쪽 - 왼쪽| ÷ [0.5 × (오른쪽 + 왼쪽)] × 100
보폭 길이, 스텝 시간, 접촉 시간 등에 적용 가능
해석:
- <2–3%: 정상, 대칭적인 보행
- 3–5%: 경도 비대칭
- 5–10%: 중등도 비대칭 – 추세 모니터링 필요
- >10%: 임상적으로 의미 있는 비대칭 – 전문 평가 권장
예시:
스텝 시간: 오른쪽 520 ms, 왼쪽 480 ms
GSI = |520 - 480| ÷ [0.5 × (520 + 480)] × 100
= 40 ÷ [0.5 × 1000] × 100 = 40 ÷ 500 × 100 = 8% 비대칭
중등도 비대칭 – 약한 쪽 강화 운동 고려
보폭 길이: 오른쪽 1.42 m, 왼쪽 1.38 m
GSI = |1.42 - 1.38| ÷ [0.5 × (1.42 + 1.38)] × 100
= 0.04 ÷ 1.4 × 100 = 2.86% 비대칭
정상 건강 범위 ✓
임상 메모: Apple HealthKit의 “Walking Asymmetry”는 계산 방식이 약간 다르지만(스텝 시간 단순 비율), 해석 임계값은 유사하게 적용할 수 있습니다.
5. WALK Score (Walk Analytics 고유 지표)
보행 효율 점수
WALK Score
WALK Score = 시간(초) + 100m당 걸음 수
값이 낮을수록 효율이 좋음(수영의 SWOLF 개념과 유사)
작동 원리:
WALK Score는 같은 거리(예: 100m)를 이동할 때 걸린 시간과 걸음 수를 합쳐 효율을 정량화합니다. 예를 들어 100m를 75초, 140걸음에 주파하면 점수는 215입니다. 속도를 올리거나 보폭 효율을 개선해 두 값 중 하나라도 줄이면 점수가 개선됩니다.
예시:
100m를 80초, 120걸음:
WALK Score = 80 + 120 = 200
100m를 70초, 110걸음:
WALK Score = 70 + 110 = 180
더 빠른 속도 + 더 긴 보폭 → 효율 향상
100m를 60초, 130걸음(레이스 워킹):
WALK Score = 60 + 130 = 190
속도는 빠르지만 보폭이 짧은 패턴
전형적인 범위:
- >250: 매우 비효율적, 이동성 문제 가능
- 200–250: 일반적인 레크리에이션 워커
- 170–200: 피트니스 워커, 좋은 효율
- 150–170: 상급 워커, 매우 효율적
- <150: 엘리트/레이스 워킹 수준
훈련 팁 – WALK Score 활용: 동일한 100m 코스를 정해 매주 점수를 기록하세요. 점수가 내려가면 신경근 협응, 근력, 걷기 경제성이 좋아지고 있다는 뜻입니다.
6. 기본 보행 지표 계산
기본 계산식
보행 속도
속도(m/s) = 거리(m) ÷ 시간(초)
총 걸음 수에서 케이던스
케이던스(spm) = 총 걸음 수 ÷ 시간(분)
보폭 길이(Stride Length)
보폭 길이(m) = 거리(m) ÷ (걸음 수 ÷ 2)
보폭 1회 = 스텝 2회이므로 2로 나눕니다.
스텝 길이(Step Length)
스텝 길이(m) = 거리(m) ÷ 걸음 수
케이던스 & 보폭에서 속도
속도 = 보폭 길이 × (케이던스 ÷ 2) ÷ 60
또는: 속도(m/s) = 스텝 길이 × 케이던스 ÷ 60
예시 워크플로:
1000m를 12분, 1320걸음으로 걷는 경우:
속도: 1000m ÷ 720초 = 1.39 m/s
케이던스: 1320걸음 ÷ 12분 = 110 spm
보폭 길이: 1000m ÷ (1320 ÷ 2) = 1000 ÷ 660 = 1.52 m
스텝 길이: 1000m ÷ 1320 = 0.76 m
7. 심박수 존 계산
전통적인 심박수 존 산정
최대 심박수 추정
Max HR = 220 - 나이
간단하지만 개인 차가 ±10–15 bpm 정도 날 수 있음
대안: Tanaka 공식(더 정확)
Max HR = 208 - (0.7 × 나이)
존 범위 계산
Zone = Max HR × (하한%, 상한%)
예시: 40세 성인
전통식: Max HR = 220 - 40 = 180 bpm
Tanaka: Max HR = 208 - (0.7 × 40) = 208 - 28 = 180 bpm
Zone 2(60–70%): 180 × 0.60 = 108 bpm ~ 180 × 0.70 = 126 bpm
참고: 심박수 존은 유용하지만, 걷기에서는 케이던스 기반 존이 더 실용적이고 정확한 경우가 많습니다. 자세한 내용은 워킹 존 가이드를 참고하세요.
8. 운송 비용(Cost of Transport)과 걷기 경제성
걷기의 에너지 비용
운송 비용(C)
C = 소비 에너지 ÷ (체중 × 거리)
단위: J/kg/m 또는 mL O₂/kg/m
U자형 곡선: 걷기 경제성은 U자형 곡선을 따릅니다. 대개 1.2–1.4 m/s(4.3–5.0 km/h) 부근에서 운송 비용이 최소가 되며, 이보다 너무 느리거나 빠르면 같은 거리를 가는 데 드는 에너지 비용이 증가합니다.
운송 비용에 영향을 미치는 요인:
- 속도: 1.3 m/s 부근에서 최적, 그 이탈 시 비용 증가
- 경사: 오르막은 대사 비용을 크게 증가시키며, 내리막은 편심성 근수축 비용을 증가
- 체중: 절대 비용은 증가하지만, 체중당 비용은 비슷
- 보폭·케이던스: 주어진 속도에서 보폭과 케이던스 조합에 따라 효율이 달라짐
- 지면 특성: 부드러운 모래·풀은 아스팔트보다 비용이 큼
9. 트레이닝 부하 계산
Walking Stress Score (WSS)
WSS 개념
WSS = 각 심박수 존에서 보낸 시간 × 가중치의 합
| 존 | 강도 | 가중치 (점/분) |
|---|---|---|
| Zone 1 | 회복 (50–60% HRmax) | 1점 |
| Zone 2 | 지방 연소 (60–70% HRmax) | 2점 |
| Zone 3 | 유산소 (70–80% HRmax) | 3점 |
| Zone 4 | 역치 (80–90% HRmax) | 4점 |
| Zone 5 | 최대 (90–100% HRmax) | 5점 |
예시: 60분 걷기 세션
Zone 1에서 10분 × 1점 = 10점
Zone 2에서 40분 × 2점 = 80점
Zone 3에서 10분 × 3점 = 30점
총 WSS = 120점
주간 부하
주간 부하
Weekly Load = 7일간의 Daily WSS 합
점진적 과부하
다음 주 WSS = 이번 주 × 1.05–1.10
주당 5–10% 이상 증가시키지 않는 것이 안전
회복 주간
Recovery Week = 최근 주 × 0.50–0.70
3–4주마다 1주를 50–70% 수준으로 줄여 회복
전형적인 주간 WSS 범위:
- 건강 초보 워커: 200–400 WSS/주
- 규칙적인 피트니스 워커: 400–700 WSS/주
- 진지한 피트니스 워커: 700–1000 WSS/주
- 경쟁 레이스 워커: 1000–1500+ WSS/주
10. 예측 방정식
6분 보행 검사(6MWT) 예측 거리
6MWT 예측 거리 (Enright & Sherrill)
남성: (7.57 × 키(cm)) - (5.02 × 나이) - (1.76 × 체중(kg)) - 309
여성: (2.11 × 키(cm)) - (5.78 × 나이) - (2.29 × 체중(kg)) + 667
건강한 성인에서 6분 보행 예측 거리(m)를 계산
예시: 40세 남성, 175 cm, 75 kg
6MWT = (7.57 × 175) - (5.02 × 40) - (1.76 × 75) - 309
= 1324.75 - 200.8 - 132 - 309 = 약 683 m
연령 대비 양호한 기능적 운동능력
임상적 사용: 6MWT는 심폐 질환 환자, 수술 전·후 평가, 고령자의 전반적 기능 능력을 평가하는 데 널리 사용됩니다.
11. 단위 변환
자주 사용하는 걷기 관련 단위 변환
| From | To | Formula |
|---|---|---|
| km/h | m/s | km/h ÷ 3.6 |
| mph | m/s | mph × 0.447 |
| m/s | km/h | m/s × 3.6 |
| m/s | mph | m/s × 2.237 |
| km/h | m/분 | km/h × 16.67 |
| mph | m/분 | mph × 26.82 |
| METs | mL/kg/min | METs × 3.5 |
| mL/kg/min | METs | VO₂ ÷ 3.5 |
빠른 참조:
- 1.0 m/s = 3.6 km/h = 2.24 mph (건강한 성인의 대표적인 보행 속도)
- 1.4 m/s = 5.0 km/h = 3.1 mph (브리스크 워킹)
- 1 MET = 3.5 mL O₂/kg/min (안정 시 대사율)
- 3 METs = 10.5 mL O₂/kg/min (중강도 임계값)
- 6 METs = 21 mL O₂/kg/min (고강도 임계값)