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문제 정의
- 이상을 종합해 보면 등속성 근력 측정을 통해 나타난 근 불균형과 드롭랜딩 시 부상 기전과의 상관을 추론할 수 있으며 이에 대한 연구가 이루어져야 할 필요성이 있다. 따라서 본 연구는 드롭랜딩 동작 시 H/Q ratio 불균형에 따른 하지 관절의 변화를 운동역학적으로 분석하여 상해예방과 근 균형의 관련성을 도출하고자 실시하였다.
- 따라서 본 연구는 슬관절 굴근력과 신근력, 그리고 햄스트링 부상과 관련하여 하지근력의 차이를 등속성 근력장비를 이용해 (Orchard J, Marsden J, Load S, & Garlick D, 1997), 평가하는 것이 접합하다는 선행연구를 바탕으로 드롭랜딩 시 H/Q ratio의 불균형에 따른 하지관절의 운동역학적 변인을 산출하여 불균형 비율과 역학적 변인과의 상호관련성을 알아보고자 실시하였다.
- 본 연구는 드롭랜딩 시 H/Q ratio가 하지의 동적 안정성에 미치는 영향을 규명하여 지도자들에게 상해위험을 줄일 수 있는 정량적 자료 산출과 기초자료를 제공 하고자 실시하였다. 이를 위해 대학 축구선수 13명을 대상으로 등속성 근기능과 운동역학적 변인, 근활성도 값을 이용하여 자료를 산출하였으며,그 결과를 토대로 다음과 같은 결론에 도달하였다.
제안 방법
- 반사마커는 [Figure 1]과 같이 인체관절의 중심점과 하지 분절에 각각 지름 2 cm인 마커 총 21개를 부착하였다. 각 대상자의 관절점과 하지 분절 좌표를 얻기 위하여 6대의 적외선 카메라(Motion Master 200, Visol)를 사용하여 정적자세(static)를 1초간 촬영하였으며, 랜딩 동작은 200 Hz/s로 영상을 수집하였고, 근전도는 Noraxon Myoresearch(USA)를 사용하였다. 실험 수행 순서는 무작위로 배정한 후 한 사람씩 돌아가며 5번을 수행하였다.
- A) 프로그램을 이용하였다. 근전도 분석은 실험을 통해 얻은 원 자료의 데이터 신호는 전파정류(full wave rectication)를 실시하고 100 ms평균(RMS)을 이용하여 평활화(smoothing)한 후 10 Hz의 고역 필터와 250 Hz의 저역필터를 사용하여 필터링(low-pass filterring)하였다. H/Q ratio 활동비율은 각 근육의 평균 EMG값과 최대 EMG값을 아래 공식과 같이 계산하였다.
- 근전도 자료 수집을 위해 대퇴사두근(quadriceps) 중 표면에 위치한 대퇴직근(rectus femoris), 내측광근(vastus medialis), 외측광근(vastus lateralis)와 슬관절 굴곡근인 대퇴이두근(biceps femoris)와 반건양근(semitendinosus)에 5개의 표면전극(surface electrode)을 부착하였으며(Cram, Kasman & Holtz, 1988) [Figure 2], 부착하기 전 측정오류를 최소화하기 위하여 알코올로 깨끗이 소독하였다.
- 실험 수행 순서는 무작위로 배정한 후 한 사람씩 돌아가며 5번을 수행하였다. 드롭 랜딩 동작은 지면반력기로부터 후방으로 20 cm 거리에 40cm 높이의 의자 위에서 착지할 발을 들고 점프동작 없이 교차하면서 지면 반력기 위에 한 발로 뛰어내리도록 하였다. 드롭랜딩 시 넘어지거나 균형을 잃거나 손이 지면에 닿지 않는 성공적인 2회 시기를 기록하였다.
- 드롭랜딩 시 H/Q ratio 불균형에 따른 하지의 운동역학적 요인을 분석하기 위하여 C대학교 운동역학 실험실에서 실시하였으며, 켈리브레이션(calibration)을 1 m ｘ1 mｘ 2 m로 설치하여 촬영하고 제거한 후 드롭 랜딩 동작을 실시하였다. 반사마커는 [Figure 1]과 같이 인체관절의 중심점과 하지 분절에 각각 지름 2 cm인 마커 총 21개를 부착하였다.
- 드롭 랜딩 동작은 지면반력기로부터 후방으로 20 cm 거리에 40cm 높이의 의자 위에서 착지할 발을 들고 점프동작 없이 교차하면서 지면 반력기 위에 한 발로 뛰어내리도록 하였다. 드롭랜딩 시 넘어지거나 균형을 잃거나 손이 지면에 닿지 않는 성공적인 2회 시기를 기록하였다.
- 본 연구 목적을 달성하기 위한 그룹 선정은 69% 이하의 H/Q ratio(Hamstring / Quadriceps ratio)에서 부상 가능성 높다는 선행연구(Aagaard et al, 1998)를 토대로 등속성 근기능 측정장비(CSMI, U.S.A)를 사용해 30 〫/sec로 3회 반복에서의 최대값(peak torque)이 H/Q ratio 69% 이상인 그룹은 우성그룹(Dominant group), 이하인 그룹을 열성그룹(Non-Dominat group)으로 구분하여 구성하였으며, 13명의 연구대상자 중 양쪽에서 각각의 우성비율과 열성비율이 나온 7명을 중복 실험하여 총 20 trial을 2개 그룹으로 설정하였다(Table 1).
- 본 연구는 드롭랜딩 시 H/Q ratio가 하지의 동적 안정성에 미치는 영향을 규명하여 지도자들에게 상해위험을 줄일 수 있는 정량적 자료 산출과 기초자료를 제공 하고자 실시하였다. 이를 위해 대학 축구선수 13명을 대상으로 등속성 근기능과 운동역학적 변인, 근활성도 값을 이용하여 자료를 산출하였으며,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, Evans & Abdelnour(1983)의 자료를 사용하였다.
- 근전도 자료 수집을 위해 대퇴사두근(quadriceps) 중 표면에 위치한 대퇴직근(rectus femoris), 내측광근(vastus medialis), 외측광근(vastus lateralis)와 슬관절 굴곡근인 대퇴이두근(biceps femoris)와 반건양근(semitendinosus)에 5개의 표면전극(surface electrode)을 부착하였으며(Cram, Kasman & Holtz, 1988) [Figure 2], 부착하기 전 측정오류를 최소화하기 위하여 알코올로 깨끗이 소독하였다. 자료수집은 지면반력기 위에 착지 후 무릎 굴곡 각이 최대가 되는 시점(knee maximum flexion)까지의 구간에서 발생하는 최대 근활성도를 측정하였고 근전도 자료처리는 Myoresearch(U.S.A) 프로그램을 이용하였다. 근전도 분석은 실험을 통해 얻은 원 자료의 데이터 신호는 전파정류(full wave rectication)를 실시하고 100 ms평균(RMS)을 이용하여 평활화(smoothing)한 후 10 Hz의 고역 필터와 250 Hz의 저역필터를 사용하여 필터링(low-pass filterring)하였다.
대상 데이터
- 드롭랜딩 시 H/Q ratio 불균형에 따른 하지의 운동역학적 요인을 분석하기 위하여 C대학교 운동역학 실험실에서 실시하였으며, 켈리브레이션(calibration)을 1 m ｘ1 mｘ 2 m로 설치하여 촬영하고 제거한 후 드롭 랜딩 동작을 실시하였다. 반사마커는 [Figure 1]과 같이 인체관절의 중심점과 하지 분절에 각각 지름 2 cm인 마커 총 21개를 부착하였다. 각 대상자의 관절점과 하지 분절 좌표를 얻기 위하여 6대의 적외선 카메라(Motion Master 200, Visol)를 사용하여 정적자세(static)를 1초간 촬영하였으며, 랜딩 동작은 200 Hz/s로 영상을 수집하였고, 근전도는 Noraxon Myoresearch(USA)를 사용하였다.
- 본 연구에 참가한 연구 대상자는 최근 6개월 동안 하지관절 및 전신에 어떠한 부상경험이 없는 20세∼23세의 G광역시 C대학교 축구선수 13명이다.
데이터처리
- H/Q ratio 불균형에 따른 운동역학적 변인들에 대한 차이를 검정하기 위하여 SPSS 18.0 통계 프로그램을 사용하여 평균과 표준편차를 계산하고 하지 중심이동변위와 지면반력값을 표준화하기 위해 좌측발을 사용한 경우 측정된 값을 역환산하였다. 통계방법은 우성과 열성 그룹간의 비교를 위해 Mann-whitney 검정과 Spearman 비모수 상관분석을 실시하였다.
- 0 통계 프로그램을 사용하여 평균과 표준편차를 계산하고 하지 중심이동변위와 지면반력값을 표준화하기 위해 좌측발을 사용한 경우 측정된 값을 역환산하였다. 통계방법은 우성과 열성 그룹간의 비교를 위해 Mann-whitney 검정과 Spearman 비모수 상관분석을 실시하였다. 모든 유의수준 p<.
이론/모형
- 영상 분석에서는 통제점 및 인체관절의 중심점의 좌표화와 동조를 거쳐 Abdel-Aziz Karara(1971)의 일차선형변환방법(DLT : Direct Linear Transformation method)을 이용해 3차원 좌표를 계산하였다. 노이즈(nosie)를 제거하기 위하여 저역 통과 필터(lowpass filter) 방법으로 스무딩을 하였으며, 차단 주파수는 6Hz로 설정하였다(Ford et al, 2003). 자료에 대한 평활화(smoothing)는 Kwon3D XP 프로그램을 사용하였다.
- 영상 분석에서는 통제점 및 인체관절의 중심점의 좌표화와 동조를 거쳐 Abdel-Aziz Karara(1971)의 일차선형변환방법(DLT : Direct Linear Transformation method)을 이용해 3차원 좌표를 계산하였다. 노이즈(nosie)를 제거하기 위하여 저역 통과 필터(lowpass filter) 방법으로 스무딩을 하였으며, 차단 주파수는 6Hz로 설정하였다(Ford et al, 2003).
- 이때 각 관절의 중심점을 위치를 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 6Hz로 설정하였다(Ford et al, 2003). 자료에 대한 평활화(smoothing)는 Kwon3D XP 프로그램을 사용하였다.
성능/효과
- H/Q ratio와 부하율(r=-.542)과 평균 EMG(r=-.727), 최대 EMG(r=-.566)에서 유의한 부적(-)상관관계가 나타났으며, GRFx (r=.516)와는 정적(+)상관관계가 나타났다. 하지만 최대수직지면반력(r=-.
- N/BW로 통계적으로 유의한 차이를 보였으며 (U=16.00, p<.05), 우성그룹은 우측(+)방향의 지면반력이 나타난 반면, 열성그룹은 좌측(-)방향의 지면반력이 나타났다.
- 넷째, H/Q ratio와 부하율, 평균 EMG, 최대 EMG에서 유의한 부적(-)상관관계가, GRFx와는 정적(+)상관관계가 나타났으며, H/Q ratio가 슬관절 부하에 영향을 미치는 요인으로 작용하였다.
- 둘째, H/Q ratio 근비율이 상대적으로 높은 우성그룹이 착지 시 충격력 감소를 위한 시간을 증가시켰고, 착지 중 발생하는 지면반력을 효과적으로 흡수하였다.
- 드롭랜딩 시 H/Q ratio 평균 비율은 우성그룹이 27.13±5.43%, 열성그룹이 40.74±18.15%로 열성그룹이 유의하게 높은 것으로 나타났고(U=18.00, p<.05), 최대 비율에서도 우성그룹 30.12±7.40 %, 열성그룹 41.04±21.38 %로 열성그룹이 유의하게 높은 것으로 나타났다(U=16.00, p<.05).
- 이는 하지에 직접적 부하를 미치는 전방전단력이 증가하는 것으로 해석될 수 있으며, 슬관절의 전방전단력을 억제하는 전방십자인대(ACL)의 부담을 가중시킬 것으로 사료된다. 또한 상관분석에서 H/Q ratio와 최대 EMG, 그리고 평균 EMG가 역상관관계를 보여 앞선 논의를 지지하는 것으로 나타났다. 따라서 H/Q ratio 불균형은 드롭랜딩 시 슬관절 부상 예측 요인으로 제시될 수 있다.
- 본 연구에서 H/Q ratio와 좌우지면반력의 상관관계가 나타났다. 이는 드롭랜딩 시 최대무릎굴곡각도에서 외측으로의 지면반력이 증가하는 것을 의미하는 것으로 다른 관점에서 해석될 수 있다.
- 따라서 슬관절 부하가 높은 드롭랜딩 착지 동작에서의 근활성도 분석은 상해예방의 메카니즘을 밝히는데 중요한 변인이 될 수 있다. 본 연구에서 나타난 H/Q ratio 차이는 평균 EMG와 최대 EMG에서 그룹간 차이를 나타냈다. 이는 하지에 직접적 부하를 미치는 전방전단력이 증가하는 것으로 해석될 수 있으며, 슬관절의 전방전단력을 억제하는 전방십자인대(ACL)의 부담을 가중시킬 것으로 사료된다.
- 이에 대해 Thomas, Michael & Mark(2008)는 착지 동작 시 상해를 줄일 수 있는 전략 중 하나로 착지 시 슬관절의 굴곡 각을 크게 하는 것이라고 보고하였다. 본 연구에서는 열성그룹와 우성그룹 간의 최대무릎굴곡각도에서 유의차가 나타나지 않았다. Kim 등(2011)은 등속성 근력측정을 통해 나타난 하지의 이측 근불균형이 착지 시 최대 무릎굴곡각의 차이를 나타내며 근불균형이 상해의 잠재적 요인이 된다고 보고하였다.
- 부하율에서는 우성그룹이 85.1±6.47 N/sec, 열성그룹이 101.5±4.85 N/sec로 열성그룹이 유의하게 높은 것으로 나타났다 (U=19.00, p<.05).
- 셋째, H/Q ratio 근비율이 상대적으로 높은 우성그룹이 햄스트링의 강한 길항근 작용으로 지면에 지지된 경골에 대한 대퇴의 회전력을 조절하는 동작이 나타났다.
- Kim 등(2011)은 등속성 근력측정을 통해 나타난 하지의 이측 근불균형이 착지 시 최대 무릎굴곡각의 차이를 나타내며 근불균형이 상해의 잠재적 요인이 된다고 보고하였다. 이 결과와 비교할 때 본 연구에서 H/Q ratio 차이가 착지 시 최대 무릎굴곡각도에 영향을 미치지 않은 것은 선행연구와 다른 기준의 차이(이측 근력비와 동측 근력비)로 보여 지며 우성그룹과 열성그룹의 기준이 착지 시 슬관절 각도 조절을 위해 신장성 수축(eccentric contraction)을 담당하는 대퇴사두근의 차이가 아닌 햄스트링의 차이로 인해 나타난 것으로 사료된다.
- 따라서 열성그룹의 슬관절 부하가 증가를 예상할 수 있다. 이러한 논의를 종합해 보면 착지 시 균형능력의 상실, 즉 동적안정성의 감소가 나타난 것으로 재해석 될 수 있으며, 햄스트링 근육의 특성인 다관절 근육(two joint muscle)이 슬관절 굴곡 뿐만 아니라 고관절 신전근으로서의 역할을 수행하지 못한 결과로 인해 나타난 것으로 사료된다.
- 이상에서 살펴본 바와 같이 하지의 근 불균형은 상해를 유발할 수 있는 요인이며, 특히 착지 시 부하 전이를 담당하는 근력의 불균형은 상해 위험성을 더욱 증가시킬 것으로 판단된다. 그러나 이측근력 비율에 따른 드롭랜딩 시 상해관련 연구는 간헐적으로 이루어지고 있지만 H/Q ratio(Hamstring/Quadriceps ratio), 즉 동측 근력 비율에 따른 드롭랜딩 시 하지의 동적안정성에 어떠한 영향을 주는지에 대한 연구는 아직 많이 부족한 실정이다.
- 이상의 결과는 H/Q ratio 불균형이 드롭랜딩 시 슬관절 부상예측 요인으로 제시될 수 있음을 강하게 의미하다.
- 이는 연구방법에 의한 차이로 판단되며 좌우 하지 중심점 이동변위와 전후 하지 중심점 이동 변위와 연계하여 해석 될 수 있다. 즉, 본 연구에서 나타난 열성하지의 큰 좌우 하지 중심점 이동 변위와 전후 이동변위는 선행연구의 양발 착지보다 외발 착지 시 기저면 감소로 인한 안정성이 감소되어진 결과이며 지면반력의 분산이 이루어져 최대수직지면반력이 우성하지에 비해 낮게 나타난 것으로 사료된다. 또한 착지 동작에서 고려되어야 할 중요한 변인으로 하지 중심점의 전후 이동변위를 제안 할 수 있다.
- 첫째, H/Q ratio가 드롭랜딩 시 슬관절 최대굴곡각에 영향을 미치지 않았다.
- 최대수직지면반력은 우성그룹이 4.85±0.81 N/BW, 열성그룹이 4.58±1.45 N/BW로 우성그룹이 상대적으로 높은 것으로 나타났으나, 통계적 유의차는 나타나지 않았다(U=40.00, p>.05).
후속연구
- 또 하나의 상해예측 요인으로 많은 선행연구에서 스포츠 활동 중 점프 후 착지 동작을 제시하였으며, 부상발생과 많은 관련이 있는 것으로 보고되고 있다(Cho, 2004; Self & Paine, 2001). 이상을 종합해 보면 등속성 근력 측정을 통해 나타난 근 불균형과 드롭랜딩 시 부상 기전과의 상관을 추론할 수 있으며 이에 대한 연구가 이루어져야 할 필요성이 있다. 따라서 본 연구는 드롭랜딩 동작 시 H/Q ratio 불균형에 따른 하지 관절의 변화를 운동역학적으로 분석하여 상해예방과 근 균형의 관련성을 도출하고자 실시하였다.
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