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문제 정의
- 본 연구는 드롭랜딩 시 발목 테이핑 유형에 따른 하지의 운동역학적 변인 차이를 비교ㆍ분석하였다. 이를 위하여 발목관절의 불안정성이 없는 남자 농구선수 7명을 대상으로 비탄력 테이핑, 탄력 테이핑, 무처치의 세 가지 유형에 따라 드롭 랜딩 동작을 수행하였으며, 그 결과를 토대로 다음과 같은 결론에 도달하였다.
- 착지 시 하지관절의 자연스러운 움직임은 연착(軟着)을 유도할 수있어 하지의 각 관절로 전달되는 충격량을 감소시킬 수 있다. 이에 본 연구에서는 발목관절의 비탄력 테이핑이 부하율과 최대지면반력에 미치는 영향을 분석하였다. 그 결과 부하율과 좌우지면반력, 수직지면반력에서 유의한 차이가 나타났다.
- 특히 많은 아마추어 운동선수들의 경우 평소 연습상황에서는 경제적 여건으로 인해 테이핑을 실시하지 않고 정식시합 또는 연습경기에서만 간헐적으로 테이핑을 실시하고 있어 적응력이 떨어진다. 이에 본 연구에서는 비탄력 테이핑, 탄력 테이핑, 통제 처치의 세가지 유형에 따라 드롭랜딩 시 하지의 운동역학적 변인에 미치는 영향을 분석하여 스포츠 현장에서 테이핑을 적절히 활용하는데 있어서 이론적 근거를 제시하고, 나아가 무릎관절 상해 기전의 중요한 기초자료를 제공하기 위해 실시하였다.
제안 방법
- 드롭랜딩 시 발목테이핑 유형에 따른 운동역학적 요인을 분석하기 위하여 C대학교 실험실에서 실시하였으며, 반사마커는 [Figure 1]과 같이 인체관절의 중심점과 하지 분절에 각각 지름 2 cm인 마커 총 10개를 부착하였다. 각 대상자의 관절점과 하지 분절 좌표를 얻기 위하여 6대의 적외선 카메라(Motion Master 200, Visol, Korea)를 사용하였고 촬영 속도 100 Hz로 영상을 수집하였으며, 근전도는 Noraxon Myoresearch(Noraxon, USA)를 사용하였다.
- 근전도 분석은 실험을 통해 얻은 원 자료의 데이터 신호는 전파정류(full wave rectication)를 실시하고 50 ms 평균(RMS)을 이용하여 평활화(smoothing)한 후 발견된 최대값을 해당근육의 최대근전도값으로 하였다. 그리고 10 Hz의 고역 필터와 500 Hz의 저역필터를 사용하여 필터링(low-pass filterring)하였다.
- 근전도 자료 수집을 위해 대퇴사두근(quadriceps) 중 표면에 위치한 대퇴직근(rectus femoris)과 내측 비복근(gastrocnemius)에 2개의 표면전극(surface electrode)을 부착하였으며(Cram, Kasman & Holtz, 1988), 부착하기 전 측정오류를 최소화하기 위하여 알코올로 깨끗이 소독하였다.
- 드롭랜딩 동작은 준비 동작에서 왼발을 들고 점프동작 없이 발을 교차하면서 오른발이 지면반력기 위로 착지하도록 하였고 이때 발목관절로 제어할 수 있게 발 앞부분으로 떨어지게 하였다. 드롭랜딩 동작 시 손의 영향을 제어하기 위해 손을 가슴에 교차하도록 하였고, 수회 동작을 실시하여 손으로 바닥을 집거나 몸의 중심을 잃어 두발이 지면에 닿는 동작, 안정된 자세를 유지하지 못하는 동작을 제외하고 정확히 착지되었다고 판단되는 2회의 동작을 최종자료로 수집하였다.
- 또다른 원인은 연구방법에 차이이다. 본 연구는 지정된 높이에서 자유 낙하하는 드롭랜딩 동작을 한발로 실시하였고 앞선 선행연구들은 제자리 수직점프 혹은 두발 착지, 고정된 자세에서의 관절 움직임을 측정하였다. 이는 전체 체중이 한쪽 하지로 전달되었을 시 비탄력 테이핑이 발목으로의 큰 부하(load)를 제어하지 못한 결과로 해석될 수 있으며, 이러한 차이가 상반된 결과를 도출하였다고 판단된다.
- 본 연구는 드롭랜딩 시 발목 테이핑 유형에 따른 하지의 운동역학적 변인 차이를 비교ㆍ분석하였다. 이를 위하여 발목관절의 불안정성이 없는 남자 농구선수 7명을 대상으로 비탄력 테이핑, 탄력 테이핑, 무처치의 세 가지 유형에 따라 드롭 랜딩 동작을 수행하였으며, 그 결과를 토대로 다음과 같은 결론에 도달하였다.
- 인체 관절은 대상자에게 부착된 해부학적 마커정보를 이용하여 발목관절(ankle joint), 무릎관절(knee joint)의 관절과 발(foot), 하퇴(shank), 대퇴(thigh), 골반(pelvis)의 4개 분절을 강체로 모델링하였으며, 인체분절 지수(Body Segment Paramenters)는 Plagenhoef, Evans와 Abdelnour (1983)의 자료를 사용하였다. 이때 각 관절의 중심점을 찾기 위하여 촬영된 영상을 통해 고관절 중심점은 Tylkowsky 방식(Tylkowski, Simon, & Mansour, 1982)을 사용하였고, 무릎관절과 발목관절은 mid-point (secondary point) 방식으로 관절중심을 설정하였다.
- 근전도 자료 수집을 위해 대퇴사두근(quadriceps) 중 표면에 위치한 대퇴직근(rectus femoris)과 내측 비복근(gastrocnemius)에 2개의 표면전극(surface electrode)을 부착하였으며(Cram, Kasman & Holtz, 1988), 부착하기 전 측정오류를 최소화하기 위하여 알코올로 깨끗이 소독하였다. 자료수집은 지면반력기 위에 착지 후 무릎관절이 최대가 되는 구간에서 발생하는 최대 근활성도를 측정하였고 근전도 자료처리는 Myoresearch(Noraxon, USA) 프로그램을 이용하였다. 근전도 분석은 실험을 통해 얻은 원 자료의 데이터 신호는 전파정류(full wave rectication)를 실시하고 50 ms 평균(RMS)을 이용하여 평활화(smoothing)한 후 발견된 최대값을 해당근육의 최대근전도값으로 하였다.
- 정확한 실험을 위하여 각 피험자들이 연습할 수 있는 시간을 충분히 제공한 후 드롭랜딩 동작을 촬영하였으며, 실험은 2가지 테이핑 방법과 무처치(맨발)의 3가지 조건에서 실시하였다. 천으로 만들어진 비탄력 테이핑(Cloth type: C-type)은 M Tape (mueller sports medicine, USA)을 사용하여, Perrin (2005)이 제안한 방법으로 동일한 검사자의 의해 실시되었으며, 실험 시 최대한 동일한 강도로 테이핑을 적용하도록 하였다.
- 탄력 테이핑(K-type)은 약물처리가 없고 근육 신장도에 비해 1.3배정도의 탄력성이 있는 천에 접착력을 추가한 넓이 5 cm인 베네팩트(nippon sigmax, Japan)를 사용하여 비탄력 테이핑과 같은 방법을 이용해 발목관절 테이핑을 실시하였다.
대상 데이터
- 드롭랜딩 시 발목테이핑 유형에 따른 운동역학적 요인을 분석하기 위하여 C대학교 실험실에서 실시하였으며, 반사마커는 [Figure 1]과 같이 인체관절의 중심점과 하지 분절에 각각 지름 2 cm인 마커 총 10개를 부착하였다. 각 대상자의 관절점과 하지 분절 좌표를 얻기 위하여 6대의 적외선 카메라(Motion Master 200, Visol, Korea)를 사용하였고 촬영 속도 100 Hz로 영상을 수집하였으며, 근전도는 Noraxon Myoresearch(Noraxon, USA)를 사용하였다.
- 본 연구의 연구대상자는 최근 3개월간 하지관절의 어떠한 부상도 없고 평소 운동 중 발목 불안정성을 느끼거나 계단을 오르내릴때 발목관절의 불편감을 느끼지 않으며 연습경기 또는 본 경기 시 비탄력 발목테이핑을 실시하는 C대학 농구선수 7명(나이 평균: 20.8±0.74 yrs, 신장 평균: 187.4±3.92 cm, 체중 평균: 79.8±7.62 kg)으로 선정하였다.
데이터처리
- 자료수집은 지면반력기 위에 착지 후 무릎관절이 최대가 되는 구간에서 발생하는 최대 근활성도를 측정하였고 근전도 자료처리는 Myoresearch(Noraxon, USA) 프로그램을 이용하였다. 근전도 분석은 실험을 통해 얻은 원 자료의 데이터 신호는 전파정류(full wave rectication)를 실시하고 50 ms 평균(RMS)을 이용하여 평활화(smoothing)한 후 발견된 최대값을 해당근육의 최대근전도값으로 하였다. 그리고 10 Hz의 고역 필터와 500 Hz의 저역필터를 사용하여 필터링(low-pass filterring)하였다.
- 세 가지 조건에서 드롭랜딩 시 운동학적, 운동역학적 변인들에 대한 차이를 검정하기 위하여 SPSS 18.0(IBM, USA) 통계 프로그램을 사용하여 one-way ANOVA으로 분석하였고, 근전도(EMG) 데이터의 경우 개인차를 고려해 z점수가 3.0보다 큰 값을 제외한 값을 이용해 평균과 표준편차를 구하였다. 유의수준은 ∂=.
이론/모형
- 노이즈(nosie)를 제거하기 위하여 저역 통과 필터(lowpass filter) 방법으로 스무딩을 하였으며, 차단 주파수는 6 Hz로 설정하였다(Ford, Myer, & Hewett, 2003).
- 영상 분석에서는 통제점 및 인체관절의 중심점의 좌표화와 동조를 거쳐 Abdel-Aziz 와 Karara (1971)의 일차선형변환방법(Direct Linear Transformation method [DLT])을 이용해 3차원 좌표를 계산하였다. 노이즈(nosie)를 제거하기 위하여 저역 통과 필터(lowpass filter) 방법으로 스무딩을 하였으며, 차단 주파수는 6 Hz로 설정하였다(Ford, Myer, & Hewett, 2003).
- 이때 각 관절의 중심점을 찾기 위하여 촬영된 영상을 통해 고관절 중심점은 Tylkowsky 방식(Tylkowski, Simon, & Mansour, 1982)을 사용하였고, 무릎관절과 발목관절은 mid-point (secondary point) 방식으로 관절중심을 설정하였다.
- 노이즈(nosie)를 제거하기 위하여 저역 통과 필터(lowpass filter) 방법으로 스무딩을 하였으며, 차단 주파수는 6 Hz로 설정하였다(Ford, Myer, & Hewett, 2003). 자료에 대한 평활화(smoothing)는 Kwon3D XP(Visol, Korea) 프로그램을 사용하였다.
- 정확한 실험을 위하여 각 피험자들이 연습할 수 있는 시간을 충분히 제공한 후 드롭랜딩 동작을 촬영하였으며, 실험은 2가지 테이핑 방법과 무처치(맨발)의 3가지 조건에서 실시하였다. 천으로 만들어진 비탄력 테이핑(Cloth type: C-type)은 M Tape (mueller sports medicine, USA)을 사용하여, Perrin (2005)이 제안한 방법으로 동일한 검사자의 의해 실시되었으며, 실험 시 최대한 동일한 강도로 테이핑을 적용하도록 하였다.
성능/효과
- 착지 동작에서 무릎관절의 가동범위(Range of Motion [ROM])를 크게 하면서 각속도를 증가시키는 것은 충격력을 분산시키는 효과를 가져 오지만 본 연구에서와 같이 무릎관절 가동범위의 차이 없이 각속도만의 증가는 무릎관절의 부하를 증가시킨다고 설명될 수 있다. 결과적으로 무릎관절 최대굴곡각에 큰 차이를 보이지 않았지만 각속도와 대퇴직근의 근활성도, G/R ratio의 차이가 무릎관절 모멘트를 증가시키는 원인으로 작용하였다고 생각되며 비탄력 테이핑으로 인해 발목 압박력이 발생하여 비복근의 근활성화가 제한되면서 대퇴직근의 부담이 증가한 것으로 사료된다. [Figure 3]은 착지 시점을 동일하게 한 상태에서 테이핑 유형에 따른 drop landing phase의 무릎관절모멘트 변화 양상을 나타낸 것이다.
- 이에 본 연구에서는 발목관절의 비탄력 테이핑이 부하율과 최대지면반력에 미치는 영향을 분석하였다. 그 결과 부하율과 좌우지면반력, 수직지면반력에서 유의한 차이가 나타났다.
- 그러나 무릎관절 굴곡모멘트에서는 통계적으로 유의한 차이가 있었고(p<.05), 사후검정 결과 C-type이 Non taping보다 약 0.06 Nm/kg 높게 나타났으며, K-type과도 통계적 유의차는 없었으나 약 0.02 Nm/kg 높은 굴곡모멘트 값을 보였다.
- 둘째, 무릎관절의 가동범위를 크게 하면서 각속도를 증가시키는 것은 충격력을 분산시키는 효과를 보이지만, 비탄력 테이핑은 무릎관절의 가동범위의 제한과 함께 각속 도를 증가시켜 무릎관절에 부정적 영향을 주었다.
- 무릎관절 최대굴곡각에서 테이핑 유형에 따라 통계적으로 유의한 차이가 없었고, 무릎관절 각속도 또한 유의한 차이가 없었다. 그러나 무릎관절 굴곡모멘트에서는 통계적으로 유의한 차이가 있었고(p<.
- 발목관절 각도변화에서 테이핑 유형에 따라 통계적으로 유의한 차이가 없었고, 발목관절 각속도 또한 유의한 차이가 없었다. 발목관절 최대굴곡각 차이에서 통계적으로 유의한 차이가 없었다.
- 본 연구에서는 무릎관절모멘트와 G/R ratio가 유의한 차이를 보였으며, 통계적 유의차가 나타나지 않았지만 각속도에서도 C-type이 빠른 경향을 보였다.
- 부하율에서 테이핑 유형에 따라 통계적으로 유의한 차이가 있었고(p<.05), 사후검정 결과 C-type이 Non taping보다 약 0.74 N/kg/sec 높은 부하율을 보였다.
- 셋째, 비탄력 테이핑으로 인해 하지관절의 비효율적 움직임이 나타났고 착지 순간 발목관절의 충격력 제어가 불안정하여 짧은 시간 내에 최대수직지면반력이 발생하여 부하율을 증가시켰다.
- 이는 앞서 논의된 무릎관절의 각속도 변인과 최대굴곡각과 관련지어 설명되며, 통계적 유의차는 나타나지 않았지만 C-type의 각속도가 약 −27°/s 높게 나타났고, 무릎관절가동범위의 큰 차이가 없는 것이 원인이 된 것으로 보여진다. 이러한 결과는 테이핑으로 인해 하지관절의 효율적인 움직임이 일어나지 않았고 착지순간 발목관절의 충격력 제어가 제대로 이루어지지 않아 짧은 시간 내에 최대수직지면반력이 발생하여 부하율이 증가한 것으로 사료된다. 하지만 선행연구에서 Riemann, Schmitz, Gale 와 McCaw (2002)는 착지 시 테이핑이 수직지면반력에 유의한 영향을 미치지 않으며, Kim, Cho와 Lee (2009)는 비탄력 테이핑이 최대수직지면반력을 감소시키며 좌우 COP 움직임에 긍정적 영향을 미친다고 보고하여 본 연구와 상반된 결과를 나타나 이에 대한 후속연구가 필요할 것으로 사료된다.
- 이는 두 가지 유형과 다르게 비탄력 테이핑이 배측굴곡 시신장성 수축(eccentric contraction)을 담당하는 비복근의 보조역활을 수행한 것으로 사료된다. 이를 종합해 보면 발목 안정성을 가진 선수들은 발목관절로의 높은 부하는 비탄력 테이핑의 고정 효과를 상쇄시키는 결과를 보인다고 해석될 수 있고 비록 비탄력 테이핑이 움직임 제한에 효과를 보이진 않았지만 비복근의 근활성도에 영향을 미친것으로 판단된다.
- 이를 종합해 보면 선행연구에서 제시한 것과 같이 비탄력 테이핑은 발목관절의 회외(supination)와 회내(pronation) 를 제한하여 발목관절 안정성을 높일 수 있지만 비탄력 테이핑이 하지의 운동역학적 기전에 영향을 미쳐 두 번째 충격흡수 관절인 무릎관절에 부정적 영향을 주는 것으로 나타났다. 따라서 점프 동작이 빈번히 발생하는 운동선수들의 비탄력 발목 테이핑은 고려되어야 할 것이며 본 연구에서 제기된 비탄력 테이핑의 문제점이 원인 없는 무릎통증과 관련 있다는 것을 입증하는 연구로 의미하는 바가 크다고 사료된다.
- 첫째, 발목 안정성을 가진 선수들은 비탄력 테이핑의 효과가 극히 제한적이며 발목관절로의 높은 부하는 비탄력 테이핑의 고정 효과를 상쇄시킨다. 따라서 발목 안정성을 가진 선수들의 비탄력 테이핑은 한발 착지 시 발목 배측굴곡 움직임 제어에 영향이 없다.
- 최대지면반 력에서는 좌우(X)방향과 수직(Z)지면반력에서 통계적으로 유의한 차이가 있었으며(p<.05), 좌우(X)방향에서는 C-type이 K-type보다 높은 값을 보였고, 수직(Z)에서는 C-type이 Non taping보다 높은 값을 보였다.
- 테이핑 유형에 따른 대퇴직근 근활성도 차이에서 유의한 차이가 없었으나, G/R ratio는 유의한 차이가 있었으며(p<.05), 사후검정 결과 C-type이 Non taping보다 약 69%의 높은 G/R ratio를 보였다.
- 이와 같이 선행연구들은 비탄력 테이핑이 발목 움직임 제한에 효과가 있다고 제시하고 있다. 하지만 본 연구에서는 C-type이 K-type과 Non-taping보다 관절가동범위에 뚜렷한 제한을 가져오지 않았으며, 최대 배측굴곡각 또한 테이핑 유형에 따라 차이가 없었다. 앞선 두 변인에 영향을 미치는 각속도에서도 Non-taping이 빠른 경향을 보였으나 통계적 차이는 나타나지 않았다.
후속연구
- 이를 종합해 보면 선행연구에서 제시한 것과 같이 비탄력 테이핑은 발목관절의 회외(supination)와 회내(pronation) 를 제한하여 발목관절 안정성을 높일 수 있지만 비탄력 테이핑이 하지의 운동역학적 기전에 영향을 미쳐 두 번째 충격흡수 관절인 무릎관절에 부정적 영향을 주는 것으로 나타났다. 따라서 점프 동작이 빈번히 발생하는 운동선수들의 비탄력 발목 테이핑은 고려되어야 할 것이며 본 연구에서 제기된 비탄력 테이핑의 문제점이 원인 없는 무릎통증과 관련 있다는 것을 입증하는 연구로 의미하는 바가 크다고 사료된다.
- 이러한 결과는 테이핑으로 인해 하지관절의 효율적인 움직임이 일어나지 않았고 착지순간 발목관절의 충격력 제어가 제대로 이루어지지 않아 짧은 시간 내에 최대수직지면반력이 발생하여 부하율이 증가한 것으로 사료된다. 하지만 선행연구에서 Riemann, Schmitz, Gale 와 McCaw (2002)는 착지 시 테이핑이 수직지면반력에 유의한 영향을 미치지 않으며, Kim, Cho와 Lee (2009)는 비탄력 테이핑이 최대수직지면반력을 감소시키며 좌우 COP 움직임에 긍정적 영향을 미친다고 보고하여 본 연구와 상반된 결과를 나타나 이에 대한 후속연구가 필요할 것으로 사료된다.
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