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서론

스포츠 경기와 훈련 중에 발생하는 상해의 50% 이상은 하지관절에서 발생하며 그 중 하지관절에서의 상해가 가장 많이 발생한다(Hootman et al., 2007). 선행연구에서 구기종목(축구, 농구, 핸드볼 등) 선수들을 대상으로 상해 발생부위를 분석한 결과 연령과 종목에 관계없이 하지관절에서의 상해가 나타나 하지관절에서 상해를 예방하는 방법은 모든 스포츠에서 중요한 요소로 여겨진다(Kim et al., 2020; Lee et al., 2022; Park et al., 2016).

하지관절의 상해는 상대선수와 부딪히면서 발생하는 외력에 의해서도 발생하지만 착지와 방향전환과 같은 신체의 급격한 감속으로 인해 비접촉성으로도 많이 발생한다(Hootman et al., 2007). 특히 방향전환 동작에서는 접근속도가 증가할수록 무릎관절의 최대 굽힘과 벌림 각도가 증가하여 무릎관절에 가해지는 부하를 감소시키려는 동작이 나타난다(Lee et al., 2020). 또한 발목관절의 바깥번짐(eversion)과 안쪽돌림(internal rotation)이 함께 일어나는 토아웃(toe-out) 상황은 무릎관절의 폄, 벌림, 안쪽돌림이 수행되기 때문에 무릎관절에 가해지는 전단력과 안쪽돌림 모멘트가 증가하여 무릎관절의 상해 위험을 높일 수 있다(Cho et al., 2010; Lee et al., 2020; Vanrenterghem et al., 2012).

최근 무릎관절의 상해로 인해 발생하는 시간과 비용의 손실은 사회적, 경제적으로 크다고 알려져 있다(Ha et al., 2014). 이러한 상해를 효과적으로 예방을 하기 위해서는 무릎관절의 상해 정보를 제공하여 효과적으로 수행할 수 있는 방법을 제공할 필요가 있다(McLean et al., 2005). 특히 무릎 부상을 예방하기 위해서 사이드 스텝과 점프와 같이 경기 장면과 비슷한 상황을 부여하여 무릎관절 주변의 근육을 강화시키는 운동 프로그램을 적용하면 그 효과성은 높게 나타난다(Choi et al., 2013). 하지만 훈련 프로그램의 적용기간이 늘어나게 되면 그 효과가 길지만, 시간과 노력이 많이 소요된다. 그렇기 때문에 다양한 무릎 상해 예방 프로그램 중 즉각적인 피드백을 통해 단기간에 운동기술을 변화시킬 수 있는 방법을 모색할 필요가 있다(Benjaminse et al., 2017; Milner et al., 2012; Popovic et al., 2018).

단기적으로 효과를 보기 위한 다양한 프로그램 중 대표적인 피드백 방법으로 언어적 피드백(verbal feedback)과 청각적 피드백(auditory feedback)을 많이 이용한다. 이와 관련된 선행연구에서는 아이들을 대상으로 점프 후 착지 시 연성착지 방법에 대해 교육하였고 교육 후 연성착지 방법을 정확하게 습득하여 신체에 가해지는 충격력이 감소하였다(Prapavessis et al., 2003). 하지만 피드백을 받고 3개월 후에 다시 연성착지를 실시한 결과 학습효과는 나타나지 않았으며 본래의 습관으로 되돌아가는 한계가 나타났다(Parsons & Alexander, 2012; Prapavessis et al., 2003). 이러한 한계를 보완하기 위해 다른 피드백 방법으로 교육 동영상을 활용한 비디오 피드백(video feedback)이 많이 선호되고 있다. 동영상을 이용한 교육은 참여자들의 흥미와 동기를 유발하면서 개인별 수준과 학습 속도를 고려하고 시간이나 공간의 제약이 없이 반복적으로 수행할 수 있다(Parsons & Alexander, 2012). 교육 동영상을 활용한 부상 예방 프로그램을 통해 운동학습이 이루어질 경우 착지 동작에 대한 운동역학적 변인의 즉각적으로 변화가 나타나 운동기술이 향상될 가능성이 크고, 이는 언어적, 시각적, 청각적 피드백을 모두 동시에 제공하기 때문에 정확한 움직임을 재현하도록 유도하여 학습효과를 극대화시킬 수 있는 장점이 있다(Parsons & Alexander, 2012; Popovic et al., 2018).

만약 방향전환 동작에 대한 올바른 방법을 동영상을 통해 제공된다면 체육 현장에서 유용하게 사용할 수 있으며, 방향전환과 같이 하지 상해가 빈번하게 발생하는 동작에 대해서는 상해 예방 효과가 클 것으로 예상된다. 따라서 본 연구의 목적은 올바른 방향전환 동작에 대한 교육 동영상을 시청한 후 무릎관절의 운동역학적 변인에 미치는 영향을 분석하는데 있다.

연구 방법

하지 운동상해 예방 교육 동영상

방향전환 동작 시 무릎관절의 상해를 예방하기 위한 교육 동영상을 제작하기 위해 다양한 선행연구의 결과들을 참고하였다. 최종 제작된 동영상의 재생시간은 5분 가량으로 하지 운동상해 기전, 올바른 방향전환 동작과 잘못된 동작을 비교하여 구성하였다.

교육 동영상 내용으로는 먼저, 올바른 방향전환 동작을 가르치기 전에 기본자세를 숙지시켰다(Lim, 2006). 기본자세란 발을 어깨너비로 벌린 후 무릎은 편안하게 구부리고, 시선은 앞을 보고 어깨를 편 후 무게 중심이 발 볼 위에 오도록 하는 자세를 의미한다(Hewett et al., 1999; Lim, 2006). 그리고 방향전환 동작 시 발의 착지방향은 정면 또는 진행방향으로 향하고, 시선과 몸통 또한 발의 착지방향과 일치시켰다(Lee et al., 2020). 이를 통해 무릎관절의 모음 또는 벌림 움직임을 최소화하고 전방십자인대, 내측측부 인대 및 반월판 손상을 예방할 수 있는 정보를 제공하였다(LaPrade et al., 2010) (Figure 1, Table 1).

Fig. 1.

Video feedback for cutting maneuver (left: Landing direction of foot, right: eye and trunk directions)

Table 1.

Contents of video feedback to prevent lower extremity injury

자료분석

3차원 적외선카메라(Qualisys M3, SWE) 7대를 이용하여 획득한 원자료(raw data)는 Qualisys Track Manager(v2.11 build 2280, SWE)을 이용하여 좌표화 작업을 수행하였다. 그리고 획득한 3차원 영상분석 원 자료는 차단주파수(Cut-off frequency)를 6Hz로 설정한 뒤 4차 버터워스 저역통과필터(4th order Butterworth lowpass filter)를 적용하였으며 지면반력 데이터는 차단주파수를 10Hz로 정한 뒤 4차 버터워스 저역통과필터를 사용하여 필터링을 진행하였다(Donnelly et al., 2012; Mudie et al., 2017; Weinhandl et al., 2011).

본 실험에서 질주 후 방향전환 동작에 대해 구체적인 분석을 위하여 체중지지구간으로 정의하였고 두가지 이벤트(Event 1, Event 2)로 나누었다. Event 1은 착지 시 오른발의 초기 지면접촉시점, Event 2는 착지 후 신체중심의 높이가 최소로 나타나는 시점으로 정의하였다(Figure 2).

Fig. 2.

Definition of analysis phase

본 연구에서 종속변인으로 신체 중심의 최소 높이, 무릎관절의 각도, 각속도, 최대 지면반력, 관절모멘트, 그리고 관절력을 산출하였다. 이때 지면반력과 관절력은 연구참여자들의 체중으로, 관절 모멘트는 체중과 신장으로 각각 표준화하였다(McLean et al., 2005).

모든 자료분석에는 Visual 3D software(C-Motion Inc., Rockwille, MD, USA) 프로그램이 사용되었다.

연구결과

신체중심 수직위치 요인

교육 동영상 시청 전과 후의 신체중심의 최소 수직위치를 비교한 결과, 체중지지구간 동안 통계적으로 유의한 차이는 나타나지 않았다(Table 2).

Table 2.

The changes of vertical position of COM during cutting maneuver (Mean±SD)

무릎관절 운동학적 요인

교육 동영상 시청 전과 후의 무릎관절의 각도와 각속도 요인을 비교한 결과는 <Table 3>과 같다. 무릎관절의 벌림 각도는 교육 동영상 시청 후 초기접촉시점(E1) 시 증가하였다(t=3.781, p=.001). 무릎관절의 가쪽돌림 각도는 초기접촉시점(E1) 시 감소하였다(t=-3.426, p=.002). 무릎관절 굽힘 각속도는 교육 동영상 시청 후 초기접촉시점(E1) 시 증가하였고(t=4.757, p=.000), 신체중심의 최소높이시점(E2) 시에는 감소하였다(t=-2.523, p=.018). 좌우면에서 무릎관절의 벌림 각속도는 신체중심의 최소높이시점(E2) 시 감소하였다(t=2.388, p=.024). 그리고 수평면에서의 무릎관절 안쪽돌림 각속도는 교육 동영상 시청 후 초기접촉시점(E1) 시 증가하였다(t=-4.536, p=000).

Table 3.

The changes of angle and anular velocity of knee joint during cutting maneuver (Mean±SD)

지면반력 및 무릎관절 운동역학적 요인

교육 동영상 시청 전과 후의 최대 지면반력과 관절력 그리고 관절 모멘트를 추출한 결과는 <Table 4>와 같다. 좌우방향과 전후방향에서 최대 지면반력은 교육 동영상 시청 후 증가하였고(좌우축: t= 5.501, p=.000; 전후축: t=-3.437, p=.002), 수직방향에서는 감소하였다(t=13.686, p=.001). 방향전환 동작 시 최대 관절력의 경우 수직방향은 교육 동영상 시청 후 감소하였다(t=-3.296, p=.003). 관절 모멘트는 굽힘과 안쪽돌림 모멘트가 증가하였고(굽힘: t=4.177, p=.000, 안쪽돌림: t=-6.724, p=.000), 모음 모멘트는 감소하였다(t=5.521, p=.000).

Table 4.

The changes of GRF and kinetic variables of knee joint during cutting maneuver (Mean±SD)

논 의

본 연구의 목적은 올바른 방향전환 동작에 대한 교육 동영상을 시청한 후 무릎관절의 운동역학적 변인에 미치는 영향을 분석하는데 있고 이에 대한 논의는 다음과 같다.

무릎관절의 가쪽돌림 각도는 초기접촉시점(E1) 시 3.189° 감소하였다. 이는 교육 동영상 내용 중 착지 시 발을 정면 또는 진행방향(안쪽방향)쪽으로 향하게 접촉하도록 유도한 결과로 해석할 수 있다. 선행연구에서 무릎관절이 가쪽돌림된 상태에서 급격한 감속의 방향 전환을 하는 경우 전방십자인대 부상이 발생하였다고 보고하였으며 그렇기 때문에 접촉성 무릎 부상 방지를 위해서는 발의 정면 혹은 안쪽방향으로 착지될 필요가 있다(Boden et al., 2000; Joo et al., 2014). 특히 달리기 속도가 증가하였을 때 무릎관절에 대한 좌우면과 전후면의 불안정성이 높아지기 때문에 이러한 요소가 더욱 중요시된다(Kwon & Jung, 2007). 따라서 교육 동영상 시청을 통해 초기접촉 시 무릎의 불안정성이 감소된 것으로 사료된다.

무릎관절의 굽힘 각속도는 초기접촉시점 시 증가하였고 신체중심의 최소시점에서는 감소하였다. 또한 신체중심의 최소시점에서 벌림 각속도로 전환되었으며 안쪽돌림의 속도는 증가하였다. Brown et al.(2016)은 착지 시 나타나는 충격을 흡수하는데 무릎관절의 굽힘 속도는 가장 중요하다고 보고하였다. 반드시 굽힘 각도를 증가함으로써 충격을 최대한 흡수하는 효과가 있다. 이러한 연성착지 효과는 무릎관절이 많은 에너지를 흡수하여 다른 신체 조직에 걸리는 부하를 감소하는데 도움을 준다(Devita & Skelly, 1992). 또한 빠른 굽힘 각속도를 통해 전방으로 달려나가는 속도를 극대화시킬 수 있다(Benjaminse et al., 2017). 특히 신체중심이 낮은 상태에서 전방으로 달려나가기 위해 무릎관절을 펴는 속도는 더욱 증가하는 효과가 나타나게 된다(Devita & Skelly, 1992). 또한 동시에 진행방향으로 빠르게 이동하기 위해 벌림과 안쪽돌림의 각속도가 증가하여 올바른 방향전환 동작에 대한 교육 효과가 나타난 것으로 사료된다.

본 연구에서 하지관절 상해 예방에 대한 교육 동영상 시청이 방향 전환 동작 시 무릎관절의 운동역학적 변인에 미치는 효과를 살펴보았다. 좌우방향의 최대 지면반력은 교육 동영상 시청 후 1.281 N/BW 증가하였고 수직방향의 경우 1.285 N/BW 감소하였다. 방향전환 동작 시 좌우방향의 경우 지면반력 측정기에 오른발 착지 후 왼쪽으로 빠르게 진행하기 위하여 좌측으로 지면반력이 증가한 것이라고 판단된다. 수직방향의 경우 착지 시 높은 수직 지면반력과 자세의 불규칙 변화는 신체에 가해지는 부하로 인한 하지 근골격계의 부상과 밀접한 관련이 있다(Marquez et al., 2009). 생체역학적 관점에서, ACL 부상의 위험은 주로 무릎의 굽힘 각도가 작고, 지면반력이 크며, 무릎 전단력이 클 때 증가한다(Teng et al., 2017). 이는 교육 동영상 시청 후 방향전환 동작 시 부드럽게 착지로 인한 연성착지로 인해 최대 수직 지면반력이 감소하였고, 이에 따라 무릎관절에서 더 많은 에너지를 흡수하여 하지관절의 안정성이 증가한 것으로 사료된다.

교육 동영상 시청 후 무릎관절 최대 수직 관절력은 0.468 N/BW 감소하였고 관절 모멘트는 굽힘 및 안쪽돌림 모멘트는 증가하였으며 모음 모멘트는 감소하였다. 운동기술을 향상시키기 위해 훈련 프로그램을 수행할 경우 무릎관절의 굽힘 모멘트가 감소하는 경향이 있다(Sigward & Powers, 2006). 신체가 수직방향으로 내려오는 경우 하지관절에 충격이 가해지게 되는데 이때 무릎관절의 굽힘 가동 범위를 증가시켜 무게 중심의 하강 및 무릎관절의 모멘트가 감소되고 다음 단계의 동작을 수행할 때 폭발적인 힘을 발휘하도록 도와준다(Decker et al., 2003; Dill et al., 2014; Pandy & Shelburne, 1997). 하지만 본 연구에서는 무릎관절의 굽힘 각도에 변화가 없었고 굽힘 모멘트도 교육 동영상 시청 후 0.169 Nm/(BW×HT) 증가하였다. 비록 수동적인 무릎의 굽힘 동작에서는 시상면과 수평면의 모멘트가 증가하였지만 이렇게 될 경우 무릎관절의 능동적인 폄 동작에서는 무릎의 최대 굽힘모멘트가 비교적 증가할 가능성이 크다. 이로 인해 무릎 신전근의 장력 길이는 감소하게 되며 무릎에 가해지는 부하가 감소할 가능성이 크다(Dill et al., 2014). 특히 무릎관절의 굽힘 모멘트의 증가는 진행 방향으로의 움직임을 조절하고 무릎 관절을 안정시키는데 많은 도움을 준다(Kim et al., 2021). 반대로 수동적인 관절 움직임 시 무릎관절의 굽힘 모멘트의 감소는 근육의 장력을 증가시켜 전방으로의 전단력이 증가하기 때문에 전방십자인대의 부상을 야기할 수 있다(Orishimo et al., 2009). 이와 함께 모음 모멘트의 경우 동영상 교육 후 감소하였기 때문에 비교적 안정된 무릎관절의 움직임과 동시에 방향전환 동작 시 빠른 속도로 앞으로 나갈 수 있도록 야기한 것으로 판단된다.

본 연구의 제한점은 다음과 같다. 1) 통제된 실험실 상황에서 실험이 진행되었기 때문에 실제 스포츠 상황과 동작 수행에 차이가 있을 수 있다. 2) 연구참여자의 수가 많지 않아 측정결과를 일반화시키기에는 어려움이 있다. 따라서 향후 연구에서는 연구참여자의 수를 증가시켜 본 연구결과가 일반화될 필요가 있다.

결론 및 제언

본 연구의 목적은 올바른 방향전환 동작에 대한 교육 동영상을 시청한 후 무릎관절의 운동역학적 변인에 미치는 영향을 분석하는데 있다.

교육 동영상 시청 후 방향전환 동작 시 무릎관절의 각도는 가쪽돌림이 감소하였다. 그리고 무릎관절의 굽힘 각속도는 초기접촉시점 시 증가하였고 신체중심의 최소시점에서는 감소하였다. 또한 신체 중심의 최소시점에서 벌림 각속도로 전환되었으며 안쪽돌림의 속도는 증가하였다. 운동역학적 변인에서는 무릎관절의 수직 관절력이 감소하였고, 관절 모멘트는 굽힘과 안쪽돌림이 증가하였으며 모음 모멘트는 감소하였다.

본 연구에서는 하지 운동상해 예방과 관련된 교육동영상을 통해 방향전환 동작 시 무릎관절의 운동역학적 변인의 변화가 나타났다. 이를 통해 방향전환 동작 시 회전에 의한 하지 부상 위험이 감소할 것이라고 판단된다. 향후 연구에서는 방향전환 동작으로 인한 부상을 장기적으로 예방할 수 있는 방법에 관한 연구와 예측 유무와 같이 실제 스포츠 상황과 유사하게 연구를 설계하여 많은 학생, 생활스포츠 동호인, 그리고 전문 운동선수들이 부상 없이 스포츠에 참여할 수 있길 기대한다.

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