여자선수들의 무릎부상

전체 부상의 30%

전방십자인대(ACL) 부상

무릎부상의 44%

여자 > 남자 (4~7배)

서론

1

2

Treatment & rehabilitation

injury mechanism & prevention

125,000 ACL injuries occur in the US per year (1 in 3,000)

Surgical & rehabilitative Costs

$17-25,000 each

Loss of sports participation

Scholarship funding

Long-term disability

Up to 105 times greater risk of osteoarthritis

ACL Injury paradigm shift

여자선수들의 급격한 ACL 부상 증가부상원인과 위험요인을 찾고자 하는 연구 촉발

500% (여대, NCAA, 2002)

900% (여고, NFHS, 2002)

여자선수들의 ACL 부상원인과 위험요인 규명

문제 제기 및 연구 목적

3

Athlete interviews

신뢰도 감소

In-vivo arthroscopic

Clinical

Video analysis

양질의 자료 획득 힘듬, 연구자간의 해석의 차이

Cadaveric

Motion analysis

실제 부상 상황 아님

Electromyographic

Mathematical modelling

ACL loading & Injury mechanism Method

4

Lateral pivoting

Landing

Deceleration manoeuvres during sports

play

Non-contact ACL injury

5

외재적 원인(Extrinsic Mechanism)

신체 및 불안(perturbations)

무릎보호대

신발-바닥표면과의 관계

내재적 원인(Intrinsic Mechanism)

해부학

호르몬

근신경-생체역학

성의 차이로 인한 ACL 부상원인

6

접촉 부상 vs 비접촉 부상

운동 불안

무릎보호대의 효과

신발 vs 경기장 바닥 표면

ACL 부상의 외재적 원인

7

정의 및 부상 비율

접촉 부상: 무릎에 직접적인 가격을 받은 부상,

약 30%

비접촉 부상: 선수끼리 신체적 접촉이 없는부상 , 약 70%

접촉 부상 vs 비접촉 부상

8

Olsen et al. (2004)

핸드볼 선수

신체적으로 균형이 잡히지 않은 상태에서 선수들의협응력이나 움직임에서 차이 ACL 부상 위험

McLean et al. (2004)

Sidestep cutting

여자선수들은 Increased valgus & foot pronation

Less hip & knee flexion, hip abduction

운동 불안 (Motion Perturbations)

9

예방보호대 (prophylactic bracing)

전방으로의 경골 이동 감소

• Hamstring, quadriceps, gastrocnemius의수축이 없으면 29~39% 감소

• 위 근육들의 수축이 있으면 70~85% 감소

기능보호대 (functional bracing)

수술 후 운동수행력 향상 효과 없음

방향 전환 시 속도 감속

부상 예방, 재발 감소의 자료 충분치 않음

무릎보호대의 효과

10

ACL 부상 비율

Scranton et al. (1997)

• 천연잔디 > 인조잔디

• 마른잔디: 95% 이상

• 연습 vs 시합 비율(5대1), 시합 부상율(47.5%)

Olsen et al. (2004)

• 합성고무 바닥 > 나무 바닥

Baker (1998)

• 경기장 바닥표면, 신발과 ACL 부상과 강한 연관성이 없음

이 분야의 연구 지속 요구

신발 vs 경기장 바닥 표면

11

해부학

호르몬

근신경-생체역학

전방십자인대 부상의 내재적 원인

12

인체측정학적 차이

Q-Angle, 골반의 넓이 증가

대퇴 패임 넓이 감소

관절 이완(laxity)의 증가

햄스트링근의 유연성 증가

전방으로의 경골 이동 증가

발의 회내와 주상골 하강의 증가

신체질량지수와 나이의 영향

사춘기 성장기 동안의 근신경 생체역학적 변화

해부학적 요인

13

14

Beynnon et al. (2001)

대퇴길이 증가여성 스키어의 부상 위험증가

Myer et al. (2005)

하지 뼈 길이 증가 ACL 부상 위험 증가

그러나, 동적인 부상원인과 관련이 적음

신체의 해부학적 요인

변경 어려움부상원인 규명의 관심 저조

인체측정학적(anthropometric)차이

15

여성들은 골반이 넓고 형태 다양 Q-Angle의 증가

2가지 관점

Q-Angle의 증가부상 비율증가 (Zelisko et al., 1982)

정지상태에서 Q-Angle 측정동적상태에서 부상 비율차이 없음 (Myer et al., 2005)

동적인 상황에서 근-신경 요인및 하지의 정렬에 대한 설명추가 요구

Q-Angle, 골반의 넓이 증가

16

대퇴 패임 넓이 감소 ACL 더 작고 약함 부상위험증가

Uhorchak et al. (2003)

패임(<13mm)이 작은 여성이 큰 여성보다 부상위험이 16.8배 증가

뼈의 넓이로 패임 넓이를 표준화

성의 차이 없음

부상과의 연관성도 없음

대퇴 패임 넓이(femoral notch width) 감소

17

관절 이완

여자 선수 > 남자 선수

관절 이완과 과신전 ACL 부상 위험 증가 (약 2.7배)

정의

Lack of stability of a joint or joint prosthesis. Factors

involved are intra-articular disease and integrity of

extra-articular structures such as joint capsule,

ligaments, and muscles.

관절 이완(joint laxity)의 증가

18

ACL 환자들의 햄스트링근은정상인보다 더 이완(lax)

유연성

소년: 성숙해지면서 감소

소녀: 사춘기 이후에 증가

무릎의 동적인 조절 능력 감소

햄스트링근의 이완(lax)

대퇴사두근의 활성 지연

공동수축(co-contraction)

작용의 결여 때문

햄스트링근의 유연성 증가

19

ACL은 대퇴에 대해서 경골의 이동을 제한

이완이 증가된 여성: ACL 부상위험 2.7배

전방으로의 경골 이동

인대이완, 햄스트링근과 대퇴사두근의 활동

여자선수 > 남자선수

급격한 착지, 피봇 스포츠경골의 이동증가 ACL에 부하 증가

전방으로의 경골 이동(tibial translation) 증가

20

여자 선수들

발의 관절 이완 증가주상골 하강의 증가경골의 전방 이동 증가 ACL에 부하증가

발의 회내(pronation)와 주상골하강(navicular drop)의 증가

21

여성 육군 신병 모집시 ACL 부상 위험 지표

신장, 체중, 신체질량지수(체중/신장2)

1 표준편차 이상 : ACL 부상 증가(3.2~3.5배)

Buehler-Yund (1999)

여성들의 신체질량지수가 증가되는 나이는12세여자선수들의 무릎부상 비율이증가하는 시기

신체질량지수와 나이의 영향

22

사춘기 이전

ACL 부상 비율에서 성의 차이 없음

사춘기 이후

동적인 하지의 움직임을 조절하는 능력 감소여성들의 ACL 부상 비율이 현저히 증가

사춘기 성장기 동안의 근신경생체역학적 변화

23

ACL 부상에 영향을 미치는 에스트로겐

ACL 인대력(strength)에 영향을 미치는에스트로겐

에스트로겐이 근신경 기능과 조절에 미치는영향

경구용 피임제가 부상과 이완에 미치는 영향

호르몬적 요인

24

25

에스트로겐의 농도가 배란기에 최대

비접촉성 ACL 부상이 배란기에 증가

학자들간의 논란 일치된 결과 없음

ACL 부상에 영향을 미치는 에스트로겐

26

에스트라디올 (혈청 에스트로겐 농도)의 감소

ACL 섬유아세포에서 프로콜라겐 합성 감소인대의 장력 감소

여성 호르몬의 주기적인 변화에 의한 인대력의감소 여성의 ACL 부상 원인

호르몬이 ACL의 역학적 특성에 미치는 영향

에스트로겐이 콜라겐에 미치는 변화와 실험통제의 어려움불일치

ACL 인대력(strength)에 영향을미치는 에스트로겐

27

호르몬

하지 관절의 근신경 조절에 영향을 미침

여자선수들의 ACL 부상 원인

배란기

대퇴사두근의 근력 증가, 근육의 이완속도현저히 감소

월경주기 전구간 (premenstrual phase)

운동기능의 감소

에스트로겐이 근신경 기능과 조절에미치는 영향

28

Moller-Nielson & Hammar (1991)

경구용 피임제를 복용한 운동선수들

에스트로겐의 분비 억제동적인상황(근신경 조절), 수동적 상황(ACL 이완감소)무릎의 안정성 증가부상 비율감소

경구용 피임제가 부상과 이완에미치는 영향

29

길항근과 주동근의 관계

전방 전단력(shear)의 증가, 공동수축과압축력(compression)의 감소

근 활성의 크기와 타이밍의 변화

근육 군을 보호하는 조기 활성

고유수용기(proprioception)의 감소

내․외측 근육 활성 패턴의 불균형

피로의 증가

근신경적 요인

30

햄스트링근과 대퇴사두근의 공동작용

무릎의 과도한 전방 밀림과 외전 동작을막아줌무릎 관절을 보호

여자 선수

햄스트링근이 적게 동원되거나 약화

대퇴사두근의 활성 감소움직임 을수행하는 데 요구되는 굴곡모멘트 감소

무릎 신전근에 대한 무릎 굴곡근의 낮은동원 ACL 부상위험 증가

길항근과 주동근의 관계

31

햄스트링이 수축하여 관절을 압박 ACL을전방으로 당기는 힘에 대항해서 ACL을 보호

근육의 공동수축을 통한 관절의 압박

외반부하가 관절 접촉력에 의해 전달 ACL

보호

전방 전단력(shear)의 증가, 공동수축과압축력(compression)의 감소

32

Cowling & Steele (2001)

여성들은 착지 시 햄스트링근이 더 일찍 활성

남자들은 근육에 걸리는 부하를 더 잘 조절근육의공동수축

Besier et al. (2001)

비예측 상황에서 외반/내반, 내측/외측 모멘트 증가

ACL 부상 증가

Zazulak et al. (2005)

햄스트링 활성 감소 & 대퇴사두근 활성 증가착지 시에너지 흡수 감소, 지면반력 증가 ACL 부상 증가

근 활성의 크기와 타이밍의 변화

33

근력, 협응력

스포츠 활동 중에 ACL의 기계적 부하에직접적인 영향 미침

대퇴사두근의 조기 활성

방향전환과 착지 동작의 초기 접촉 순간에외번동작의 정렬을 증가시킴

근육 군을 보호하는 조기 활성

34

ACL

회전력의 감지 기능대퇴에 대한 경골의전방 이동을 감지

고유수용기의 결함

ACL 부상 원인에 중요한 역할

Proprioception

고유 수용기를 통하여 이루어지는 감각. 이 감각에 의하여 자기 몸의 위치와 자세, 운동 상태를 알 수 있음.

고유수용기(proprioception)의감소

35

여자 선수들은 점프 후 착지의 감속구간에서 외측햄스트링근의 활성이 내측보다 4배나 더 큰 불균형을보임 근력 조절이 감소 무릎의 불안정성 증가

내측과 외측 비율의 감소 외측 대퇴사두근의 불균형 외반 동작과 모멘트(관절의 회전력 )을 증가 전방전단력 증가 ACL 부상 위험 증가

내․외측 근육 활성 패턴의 불균형

36

대퇴사두근의 신장성 수축 후에 발생한 피로

장단지근(gastrocneumius )을 일찍활성화시키고 대퇴사두근의 활성을 지연

전방 경골 이동의 증가근신경 반응을 감소시킴

피로의 증가

37

ACL 부상 원인의 비디오 분석

시상면에서의 부상 원인: 전방 전단력

관상면에서의 부상 원인: ACL 파열 증가

횡단면에서의 ACL 부상 원인

부상 이전에 관한 연구

생체역학적 요인

38

Female Male

39

Dynamic lower extremity valgus

Hip adduction & internal rotation

Knee abduction & tibial external rotation &

anterior translation

Ankle eversion

40

41

Boden et al., 2000

경골의 외측 회전

무릎이 거의 최대로 신전

발 전체로 착지

외반 붕괴 (knee valgus collapse: knee

valgus, hip internal rotation and tibial rotation)

Anterior tibial shear

ACL 부상 원인의 비디오 분석

42

Olsen(2004 ), AJSM, 32(4), 1002-1012

20 ACL (12시즌, 1988-2000)

3 M.D. + 3 Coaches (일치도: kappa test)

32 ACL 핸드볼 선수: interview

Digitizing

Mechanisms

• Plant & cut movement

• Valgus & external or internal rotation with close to full extension

• 비디오 분석과 질문지 결과 비슷

ACL 부상 원인의 비디오 분석

43

Krosshaug(2007 ), AJSM, 35(3), 359-367

6명의 전문가 (17 male vs 22 female basketball players)

Mechanisms

• Sagettal: greater mean knee flexion angle

• Coronal: valgus knee collapse

논의• 부상시점 (비디오분석, 시뮬레이션, 실험실 동작분석)

– 지면접촉 후 곧바로 부상, 50ms (0.05초)이내

– 종목과 상황에 따라 다를 수 있음

ACL 부상 원인의 비디오 분석

44

Boden et al., (2009), AJSM, 37(2), 252-259

분석 시간: 30Hz, 5 consecutive still images

Mechanisms

• Sagittal – flatfooted or hindfoot contact

– Less plantar-flexed ankle angles at foot contact

– Larger mean hip flexion angle from foot contact to 3 frame

• Coronal– No knee & hip abduction

ACL 부상 원인의 비디오 분석

45

Hewett (2009), BJSM, 43, 417-422

분석 시간: foot contact(0), 50, 100, 150, 200ms

Mechanisms

• Sagittal – Less forward trunk lean

• Coronal– Greater lateral trunk & knee abduction

ACL 부상 원인의 비디오 분석

46

사이드스텝, 방향 전환 및 착지 동작

여자 vs 남자 선수들의 무릎 굴곡 각도에서 의견의불일치

Olsen et al. (2004) & Boden et al. (2000)

무릎 굴곡이 0도 ~ 30도 사이에서 ACL 부상

McLean et al. (2004)

동적인 근골격 모델 사용

최대로 전방으로 당기는 힘 ACL을 파열시키는데요구되는 부하에 미치지 못함

그러나, 외반 부하 ACL을 파열시키는데 충분함

시상면에서의 부상 원인: 전방전단력 (anterior shear)

47

외반 각도와 외반 모멘트

전방으로의 경골 이동을 현저히 증가 시킴ACL에 큰 부하

ACL 부상 위험을 예측하는 결정적 요인

외반 각도

• ACL 부상 집단 > 입지 않은 집단 (8도 더 큼)

• 여자 > 남자동적인 근신경 조절을 변화시키는지표

관상면에서의 부상 원인: 전방십자인대 파열 증가

48

비예측 스포츠 활동

내-외측 무릎 모멘트 증가

근육 활동이 10~25% 증가 (사이드스텝)

대둔근 (gluteus maximus)

엉덩이를 신전, 외전, 외측회전 시킴

과도한 엉덩이의 회전을 조절

엉덩 내측회전의 증가, 엉덩 근육 활성의감소 부하 증가 ACL에 긴장 증가

횡단면에서의 전방십자인대 부상원인

49

미래에 입을 부상 위험을 예측하는 좋은 단서

Shelbourne et al. (1998)

• 반대쪽 무릎 파열(1/26) > 수술쪽 다시 파열(1/38)

Boden et al. (2000)

• 양쪽 무릎 파열(10%)

Dunn et al. (2004)

• 재수술 비율

– 수술을 받은 집단 < 수술을 받지 않은 집단

– 나이가 젊은 집단은 수술하지 않고 치료하다가 실패 많음

ACL 부상이 재건 수술 후에 예방되는가?

부상 이전에 관한 연구

50

근-골격계 이상으로 인해 여러가지 요인에 의해 ACL

부상 발생

유전인자, 신체적, 심리적 요인 규명 요구

ACL 부상의 성의 차이 근-신경 요인은 가장중요하며 바꿀 수 있는 요인 예방

사춘기 여자 선수들 부상 위험 증가

관절의 이완, 동적인 관절의 안정성 감소

근력, 유연성, 협응력의 불균형

부상 원인, 예방, 재활의 연구 필요성 요구

결론

51