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문제 정의
- 앞선 연구들에서는 양발 착지에 관한 연구가 많이 이뤄져왔으나 실제 운동 상황에서는 상황에 따라서 양발로 착지 하는 경우보다 한발로 착지를 하는 경우가 자주 발생되어지며, 특히 한발 착지 시 발생되는 큰 수직지면반력과 자세의 기계학적 변화는 무릎의 전방 십자인대(ACL)등을 포함한 무릎의 부상에 주요한 요인이 될 수 있다고 보고되고 있다(Boden, Dean, Feagin & Garrett, 2000; Olsen, Myklebust, Engebretsen & Bahr, 2004). 따라서 본 연구의 목적은 스포츠 상황에서 빈번하게 발생할 수 있는 한발 착지 동작에서 시각 정보의 차단이 하지 관절의 착지전략에 어떠한 영향을 미치는지를 밝혀 착지 시 일어날 수 있는 스포츠 상해 예방을 위한 자료를 제시하고자 함에 그 목적이 있다.
- 본 연구는 운동 상황에서 빈번하게 발생되는 한발 착지 동작에서 시각 정보의 차단이 하지 관절의 착지 전략에 어떠한 영향을 미치는가를 밝혀 착지 시 일어날 수 있는 스포츠 상해예방을 위한 자료를 제시하고자 함에 그 목적이 있다.
- 본 연구의 목적은 착지 시 시각 정보의 차단이 하지 관절의 착지 전략에 어떠한 영향을 미치는 가를 알아보고자 하는데 있었다. 시상면에서의 변화를 살펴본 결과 시각적 정보가 없을 경우 50 ms 시점과 착지 순간 시점에서 족저굴곡각이 감소하였으며, 최대 무릎 굴곡 시점에서 엉덩 관절의 굴곡각이 증가한 것으로 나타났다.
제안 방법
- 8대의 적외선 카메라로 촬영된 착지동작의 데이터 및 지면 반력 데이터의 분석은 NexusㆍPolygon 동작분석 프로그램(Vicon Motion Systems, Oxford Metrics, Oxford, UK) 및 Labview 6.1(National Instruments Co., Texas, USA) 소프트웨어를 활용하였다.
- 이때 대상자의 발이 지면반력측정기 바깥쪽에 착지하거나, 중심을 잃은 경우는 실패한 것으로 간주하여 다시 실시하였으며, 성공적으로 수행한 3회의 동작이 나올 때까지 실시하였다. 대상자들에게 착지 시 충격력을 최소화하는 연성 착지를 하도록 유도하였으며, 순수하게 하지에서 발생되는 기전만을 살펴보기 위하여 오른손은 왼쪽 어깨에, 왼손은 오른쪽 어깨에 교차되도록 하였다.
- 인체의 3차원 데이터를 수집하기 위해 Helen Hayes marker set를 수정한 Plug in Gait 마커 시스템을 사용하였으며, 14 mm의 구형 반사 마커 16개를 좌 우 Anterior Superior Iliac Spine(ASIS), Posterior Superior Iliac Spine(PSIS), lateral mid thigh, lateral knee epicondyle, lateral mid shank, lateral malleolus, calcaneus, 2th metatarsal head에 부착하였다. 대상자들은 force plate로부터 20 cm거리에 설치된 직접 제작한 실험 상자(45 cm)에서 오른 다리로 중심을 잡은 후 최대한 높이 변화를 일정하게 유지하여 점프 후 착지 동작을 수행하였다(Figure 1).
- 자세 안정성에 대한 분석을 위하여 압력 중심(Center of Pressure, COP), 전후 안정성 지수(Anterior-Posterior Stability Index, APSI), 내외 안정성 지수(Medial-Lateral Stability Index, MLSI), 수직 안정성 지수(Vertical Stability Index, VSI)를 살펴보았으며, 충격흡수 파워(Absorption Power)를 분석 하였다. 본 연구에서는 착지 전 50 ms, 착지 순간(IC), 최대 수직지면반력이 발생한 시점, 그리고 무릎이 최대 굴곡된 시점 등 총 4개의 시점을 설정 하였다. 수집된 영상과 지면반력 데이터는 저역통과 필터(butterworth lowpass filter)에 의하여 필터링 하였으며, 차단 주파수(cuttoff frequency)는 영상의 경우 10 Hz, 지면반력의 경우 100 Hz로 하였다(Winter, 1990).
- 본 연구에서는 착지 전 50 ms, 착지 순간(IC), 최대 수직지면반력이 발생한 시점, 그리고 무릎이 최대 굴곡된 시점 등 총 4개의 시점을 설정 하였다. 수집된 영상과 지면반력 데이터는 저역통과 필터(butterworth lowpass filter)에 의하여 필터링 하였으며, 차단 주파수(cuttoff frequency)는 영상의 경우 10 Hz, 지면반력의 경우 100 Hz로 하였다(Winter, 1990).
- 시각 정보의 차단에 따른 시상면과 관상면에서의 엉덩 관절, 무릎 관절, 발목 관절의 각도와 수직지면반력(Vertical GRF), 전후지면반력(A-P GRF), 내외지면반력(M-L GRF)을 분석하였다. 자세 안정성에 대한 분석을 위하여 압력 중심(Center of Pressure, COP), 전후 안정성 지수(Anterior-Posterior Stability Index, APSI), 내외 안정성 지수(Medial-Lateral Stability Index, MLSI), 수직 안정성 지수(Vertical Stability Index, VSI)를 살펴보았으며, 충격흡수 파워(Absorption Power)를 분석 하였다.
- 실험 대상자들은 충분한 준비 운동을 실시한 후 눈가림과 지면을 본 상황에서 착지 동작을 수행 하였다. 이때 대상자의 발이 지면반력측정기 바깥쪽에 착지하거나, 중심을 잃은 경우는 실패한 것으로 간주하여 다시 실시하였으며, 성공적으로 수행한 3회의 동작이 나올 때까지 실시하였다.
- 실험 전 대상자들의 기본적인 신체특성과 하지에 대한 해부학적 자료를 측정하였으며, A사의 동일한 운동화와 검정색 타이즈를 착용하였다. 인체의 3차원 데이터를 수집하기 위해 Helen Hayes marker set를 수정한 Plug in Gait 마커 시스템을 사용하였으며, 14 mm의 구형 반사 마커 16개를 좌 우 Anterior Superior Iliac Spine(ASIS), Posterior Superior Iliac Spine(PSIS), lateral mid thigh, lateral knee epicondyle, lateral mid shank, lateral malleolus, calcaneus, 2th metatarsal head에 부착하였다.
- 실험 대상자들은 충분한 준비 운동을 실시한 후 눈가림과 지면을 본 상황에서 착지 동작을 수행 하였다. 이때 대상자의 발이 지면반력측정기 바깥쪽에 착지하거나, 중심을 잃은 경우는 실패한 것으로 간주하여 다시 실시하였으며, 성공적으로 수행한 3회의 동작이 나올 때까지 실시하였다. 대상자들에게 착지 시 충격력을 최소화하는 연성 착지를 하도록 유도하였으며, 순수하게 하지에서 발생되는 기전만을 살펴보기 위하여 오른손은 왼쪽 어깨에, 왼손은 오른쪽 어깨에 교차되도록 하였다.
- 실험 전 대상자들의 기본적인 신체특성과 하지에 대한 해부학적 자료를 측정하였으며, A사의 동일한 운동화와 검정색 타이즈를 착용하였다. 인체의 3차원 데이터를 수집하기 위해 Helen Hayes marker set를 수정한 Plug in Gait 마커 시스템을 사용하였으며, 14 mm의 구형 반사 마커 16개를 좌 우 Anterior Superior Iliac Spine(ASIS), Posterior Superior Iliac Spine(PSIS), lateral mid thigh, lateral knee epicondyle, lateral mid shank, lateral malleolus, calcaneus, 2th metatarsal head에 부착하였다. 대상자들은 force plate로부터 20 cm거리에 설치된 직접 제작한 실험 상자(45 cm)에서 오른 다리로 중심을 잡은 후 최대한 높이 변화를 일정하게 유지하여 점프 후 착지 동작을 수행하였다(Figure 1).
- 시각 정보의 차단에 따른 시상면과 관상면에서의 엉덩 관절, 무릎 관절, 발목 관절의 각도와 수직지면반력(Vertical GRF), 전후지면반력(A-P GRF), 내외지면반력(M-L GRF)을 분석하였다. 자세 안정성에 대한 분석을 위하여 압력 중심(Center of Pressure, COP), 전후 안정성 지수(Anterior-Posterior Stability Index, APSI), 내외 안정성 지수(Medial-Lateral Stability Index, MLSI), 수직 안정성 지수(Vertical Stability Index, VSI)를 살펴보았으며, 충격흡수 파워(Absorption Power)를 분석 하였다. 본 연구에서는 착지 전 50 ms, 착지 순간(IC), 최대 수직지면반력이 발생한 시점, 그리고 무릎이 최대 굴곡된 시점 등 총 4개의 시점을 설정 하였다.
- 적외선 카메라 8대(VICON MX-F20, Oxford Metrics, Oxford, UK)로 구성된 3차원 동작 분석 시스템(VICON Motion Systems, Oxford Metrics, Oxford, UK)을 사용하여 200 Hz로 영상자료를 획득하였으며, 운동역학적 특성을 고찰하기 위하여 지면반력측정기(AMTI, OR6, Watertown, MA)를 이용하여 지면반력(GRF: ground reaction force) 자료를 2000 Hz로 수집하였다. 적외선 카메라와 지면반력 신호의 동조는 VICON Motion Systems의 Data Station과 연결된 아날로그 신호 제어 상자(analogue signal control box)를 통해 이뤄지도록 하였다.
- 적외선 카메라 8대(VICON MX-F20, Oxford Metrics, Oxford, UK)로 구성된 3차원 동작 분석 시스템(VICON Motion Systems, Oxford Metrics, Oxford, UK)을 사용하여 200 Hz로 영상자료를 획득하였으며, 운동역학적 특성을 고찰하기 위하여 지면반력측정기(AMTI, OR6, Watertown, MA)를 이용하여 지면반력(GRF: ground reaction force) 자료를 2000 Hz로 수집하였다. 적외선 카메라와 지면반력 신호의 동조는 VICON Motion Systems의 Data Station과 연결된 아날로그 신호 제어 상자(analogue signal control box)를 통해 이뤄지도록 하였다.
대상 데이터
- 본 연구에서는 실험 전 최소 3개월 내에 하지 관절에 부상 경험 없는 건강한 성인 남자 15명(age : 24.1±2.3 yr, height : 178.7±5.2 cm, weight : 73.6±6.6 kg)이 참여 하였다.
데이터처리
- 시각 정보의 유무에 따라 총 3번의 착지 동작을 실시하였으며, 모든 평균값과 표준편차를 구하였다. 시각 정보 유무에 따른 착지 간의 운동학적, 운동역학적 변인들에 대한 차이를 알아보기 위해 SPSS 17.0 통계패키지 내의 paired t-test를 사용하여 분석하였다. 유의 수준은 α=.
- 시각 정보의 유무에 따라 총 3번의 착지 동작을 실시하였으며, 모든 평균값과 표준편차를 구하였다. 시각 정보 유무에 따른 착지 간의 운동학적, 운동역학적 변인들에 대한 차이를 알아보기 위해 SPSS 17.
성능/효과
- 관상면에서의 무릎 관절의 움직임을 살펴본 결과 시야가 확보되지 않은 상태에서 착지 시 최대 수직지면반력이 발생한 순간 무릎 관절의 외반(valgus)각도가 유의하게 높은 결과를 보였다.
- 관상면에서의 변화를 살펴본 결과 시각적 정보가 없을 경우 최대 수직지면반력 시점에서 무릎 관절의 외반각이 증가한 것으로 나타났다.
- (2001)과 Cho(2004)의 연구에서는 착지 동작에서 시각의 방해는 무릎각을 더 굴곡시키는 결과를 보여 본 연구와 비슷한 경향을 보이기는 했으나, 본 연구에서는 통계적으로 유의한 차이를 나타내지는 않았다. 그러나 본 연구 결과에서는 시각 정보의 차단이 시상면에서의 무릎 관절의 움직임에는 영향을 미치지 않은 것으로 나타났다. 이러한 결과의 차이는 실험과정에서 설정된 착지 높이와 착지 방법 차이에서 비롯된 것으로 사료된다.
- 드롭랜딩 시 시야의 유무에 따른 최대 전-후, 좌-우, 수직지면반력 값과 소요시간, 부하율, 충격량을 알아본 결과 착지 시 시야가 확보 되지 않은 경우 전방으로의 지면반력과 부하율이 유의하게 높게 나타났다. 또한 시야의 유무에 따라서 최대 수직지면반력의 차이는 유의하게 나타나지 않았으나 시야가 확보되지 않은 상태에서 착지 시 최대 수직지면반력이 발생한 시간이 유의하게 빠른 것으로 나타났다.
- 착지 시 시야의 유무에 따른 최대 전-후, 좌-우, 수직지면반력 값과 소요시간, 부하율, 충격량을 알아본 결과, 착지 시 시야가 확보 되지 않은 경우 전방으로의 지면반력 값과 부하율이 유의하게 높았으며, 시야의 유무에 따라 최대 수직지면반력은 차이를 보이지 않았으나 시야가 확보되지 않은 상태에서 착지 시 최대 수직지면반력이 유의하게 더 일찍 발생하였다. 또한 균형능력을 평가할 수 있는 COP의 움직임에 대한 분석 결과, 시야가 확보되지 않은 상태에서 착지 시 앞뒤 방향으로의 COP값이 유의하게 더 크게 발생하여 시야의 유무가 착지 동작에서 안정성을 유지하는데 영향을 미치는 것으로 나타났다.
- 드롭랜딩 시 시야의 유무에 따른 최대 전-후, 좌-우, 수직지면반력 값과 소요시간, 부하율, 충격량을 알아본 결과 착지 시 시야가 확보 되지 않은 경우 전방으로의 지면반력과 부하율이 유의하게 높게 나타났다. 또한 시야의 유무에 따라서 최대 수직지면반력의 차이는 유의하게 나타나지 않았으나 시야가 확보되지 않은 상태에서 착지 시 최대 수직지면반력이 발생한 시간이 유의하게 빠른 것으로 나타났다.
- 마지막으로 하지 관절들의 충격흡수파워를 살펴본 결과, 착지 시 시야가 확보되지 않은 경우 발목에서는 충격흡수파워가 유의하게 감소한 반면 엉덩 관절에서는 충격흡수 파워가 증가하는 결과를 보였다. 이러한 결과는 시야가 확보되지 않은 경우 착지 시 발목 관절 보다는 엉덩 관절을 활용하여 충격을 흡수하는 것으로 판단된다.
- 무릎 관절은 시상면에서 시야의 유무에 따른 차이가 나타나지 않았으나, 관상면적 움직임을 살펴본 결과 최대 수직지면반력이 발생된 시점에서 시야가 확보되지 못한 상태로 착지 시 더 큰 외반(valgus)각이 나타났다(p<.05).
- 자세의 안정성을 평가하는 중요한 변수로 COP의 움직임에 대한 분석이 임상적 예측을 위해서 이용되어지고 있다(Lee & Lin, 2007). 본 연구에서 COP의 크기를 살펴본 결과 시야가 확보되지 않은 경우 A-P COP의 값이 더 큰 것으로 나타났는데, 이것은 착지 과정에서 앞뒤 방향의 흔들림의 폭이 증가하였다는 것을 의미하는 것이며, 시야의 미확보는 안정성을 감소시킨다는 것을 의미하는 것이다.
- 본 연구의 결과에서 시야가 확보되지 않은 상태에서 착지 시 발목 관절의 움직임은 제한된 반면 엉덩 관절의 움직임이 크게 나타난 것은 시각계의 차단으로 발목 관절보다 고관절을 활용한 전략을 취한 것으로 사료된다.
- 시상면에서 발목 관절의 움직임을 살펴본 결과 시야가 확보되지 못한 상태로 착지 시 착지 전 50 ms 시점과 착지 순간 시점에서 족저굴곡각이 작은 것으로 나타났다(p<.05).
- 본 연구의 목적은 착지 시 시각 정보의 차단이 하지 관절의 착지 전략에 어떠한 영향을 미치는 가를 알아보고자 하는데 있었다. 시상면에서의 변화를 살펴본 결과 시각적 정보가 없을 경우 50 ms 시점과 착지 순간 시점에서 족저굴곡각이 감소하였으며, 최대 무릎 굴곡 시점에서 엉덩 관절의 굴곡각이 증가한 것으로 나타났다.
- 시야가 확보되지 못한 상태로 착지 시 무릎 관절에서는 차이를 보이지 않았으나, 발목 관절에서는 충격흡수 파워가 낮게 나타났으며(p<.01), 엉덩 관절에서는 더 높게 나타났다(p<.01).
- 시야가 확보되지 못한 상태로 착지할 경우 COP X와 APSI가 높은 것으로 나타났으나(p<.05), COP Y와 MLSI, VSI는 유의한 차이가 나타나지 않았다.
- 엉덩 관절의 움직임을 살펴본 결과 시야가 확보되지 못한 상태로 착지 시 시상면에서는 최대 무릎 굴곡 시점에서의 엉덩 굴곡각이 더 큰 것으로 나타났으며(p<.05), 관상면에서는 최대 수직지면반력 시점에서의 내전(adduction)각이 더 큰 것으로 나타났다(p<.05).
- 이러한 결과는 착지 시 시야가 확보되지 않은 경우 충격을 흡수 하는 기전이 발목보다는 엉덩 관절을 더 활용한다는 것을 의미한다고 할 수 있으며, 결국 시야의 유무에 따라서 하지 관절의 충격흡수 기전에 변화가 있음을 알 수 있었다.
- 이러한 결과들을 종합해보면, 시야의 유무는 하지관절의 움직임, 지면반력변인, COP, 안정화지수, power 등에서 유의한 차이를 보인 것을 알 수 있었다. 착지 동작에 있어서 시야의 유무는 충격 흡수 기전이 다르게 변화 시키는 것 나타났으며, 시야가 확보되지 않은 경우 착지 시 인체 안정성이 줄어들게 되며 무릎의 주요 상해 기전 중 하나인 외반각이 크게 나타남에 따라 부상의 위험성이 있을 것으로 사료된다.
- 이러한 결과들을 종합해보면, 시야의 유무는 하지관절의 움직임, 지면반력변인, COP, 안정화지수, power 등에서 유의한 차이를 보인 것을 알 수 있었다. 착지 동작에 있어서 시야의 유무는 충격 흡수 기전이 다르게 변화 시키는 것 나타났으며, 시야가 확보되지 않은 경우 착지 시 인체 안정성이 줄어들게 되며 무릎의 주요 상해 기전 중 하나인 외반각이 크게 나타남에 따라 부상의 위험성이 있을 것으로 사료된다.
- 착지 시 발목, 무릎, 엉덩 관절의 충격흡수 파워를 살펴본 결과 시야가 확보되지 않을 경우 발목 관절에서의 충격흡수 파워는 유의하게 낮아졌으며, 엉덩 관절에서의 충격흡수 파워는 유의하게 증가한 것으로 나타났다.
- 착지 시 시야의 유무에 따른 최대 전-후, 좌-우, 수직지면반력 값과 소요시간, 부하율, 충격량을 알아본 결과, 착지 시 시야가 확보 되지 않은 경우 전방으로의 지면반력 값과 부하율이 유의하게 높았으며, 시야의 유무에 따라 최대 수직지면반력은 차이를 보이지 않았으나 시야가 확보되지 않은 상태에서 착지 시 최대 수직지면반력이 유의하게 더 일찍 발생하였다. 또한 균형능력을 평가할 수 있는 COP의 움직임에 대한 분석 결과, 시야가 확보되지 않은 상태에서 착지 시 앞뒤 방향으로의 COP값이 유의하게 더 크게 발생하여 시야의 유무가 착지 동작에서 안정성을 유지하는데 영향을 미치는 것으로 나타났다.
후속연구
- 이에 따라 발목 관절과 무릎 관절의 상해 예방을 위해 올바른 착지 전략과 관련된 변인들의 고유수용감각 훈련이 이뤄져야 한다고 생각되며, 이러한 결과들은 스포츠 상해예방 및 후속 연구에 유익한 정보로 제공이 되어 질 수 있을 것으로 사료된다.
- 후속 연구에서는 보다 실제 운동 상황과 유사한 상황, 즉 시선의 방향에 따라서 지면이나 주변 정보 획득에 제한이 있는 경우 착지 전략의 변화에 대한 연구가 필요할 것으로 사료된다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.