테크놀로지를 사용하여 여성 선수들의 ACL 부상 위험 요인 식별하기!

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Dr Matthew Bourne / Dr Tyler Collings / Benjamin Dutaillis

ACL 부상은 유행중

ACL 파열은 필드 및 코트 스포츠에서 점점 더 흔해지고 있으며, 여성선수들이 남성선수들보다 3~6배 자주 발생합니다. 놀랍게도, 호주는 세계에서 ACL 재건술 비율이 가장 높은 나라이며 (연간 약 5% 씩 증가 중), 젊은 여성이 가장 취약합니다. 핀란드, 남부 스웨덴 및 미국에서도 유사한 무릎 부상 비율의 추세가 관찰되었습니다.

그러나 재건술 이후 혹은 완전하게 재활한 후에도 여성 선수 중 3분의 2는 부상 전 수준의 훈련 및 경기로 돌아가지 못하며, 4분의 1은 두 번째 ACL 부상을 경험합니다. 이후 10-15년 동안 50-90%가 무릎 골관절염으로 이어집니다.

점차 증가하는 부상 발병률과 장기적인 결과를 고려하여, ACL 부상 위험을 줄이는 노력은 여성 스포츠 분야에서 일하는 사람들에게 최우선 과제가 되었습니다.

ACL 파열의 원인은 무엇인가요?

필드 및 코트 스포츠에서 대부분의 ACL 부상이 선수 간의 접촉 없이 발생하며, 일반적으로 방향 전환, 감속 또는 착지 동작 중에 발생합니다. 부상 당시, 동적 무릎 발구스 (무릎 내측으로 구부러짐), 무릎 굴곡의 제한, 측면 및 회전된 몸통 위치, 그리고 평평한 발 바닥 접촉이 흔한 원인으로 관찰됩니다.

무릎에서 ACL 부상은 경골 전방 전위, 무릎 발구스 및 내측 경골 내회전로 인한 다방향 힘의 결과로 발생합니다. 최초 ACL 부상 위험과 관련된 운동역학적 요인으로는 더 큰 무릎 발구스 모멘트와 최대 수직 지면 반작용 힘의 영향으로 꼽힙니다. 이는, 더 큰 부상 위험과 관련되어 있다고 설명되어지고 있습니다. 그러나, 최근까지 이러한 요인을 실험실 외에서 측정하기 어렵다는 문제가 있었습니다.

그림 1. 전방 십자인대 (ACL) 손상에 기여하는 운동역학적 요인. Lucarno 및 다른 연구(2021년)에서 적용된 그림.
그림 1. 전방 십자인대 (ACL) 손상에 기여하는 운동역학적 요인. Lucarno 및 다른 연구(2021년)에서 적용된 그림.

여성이 남성보다 더 취약한 이유는 무엇일까요?

여성 스포츠가 엘리트 수준에서 참가가 더 많아지면서 여성과 남성 경기 사이의 ACL 부상 비율의 차이가 점점 더 두드러지게 나타납니다.

역사적으로 생리학적 및 해부학적 요인들이 여성에서 남성보다 ACL 부상률이 불균형적으로 높은 이유로 지목되어왔습니다. 생리학적 측면 중 일부는 중요할 것으로 생각됩니다. 예를 들어, 좁은 과간절흔(intercondylar notch)이 ACL에 압력을 가할 수 있으며, 작은 ACL 볼륨은 인장 강도를 낮출 수 있습니다. 그러나 대부분의 생리학적 요인 중, 예를 들어 대퇴골 Q-앵글과 호르몬 차이와 같은 요소들은 증거가 부족합니다.

근력 및 운동역학적 요인은 광범위하게 연구되었으며, 여성은 일반적으로 남성에 비해 근력이 낮고 ACL 부하가 큽니다.

많은 전문가들이 여성이 성별 때문에 고유한 고위험군이라고 오해하지만, 근력 및 운동역학은 주로 수정 가능한 특성이 있습니다.

거의 모든 종목에서, 기초부터 엘리트 수준의 경기까지, 여성들은 남성들에 비해 훈련 시설, 리소스(코칭 포함), 의료 도움을 얻는 데 제한을 받고 있습니다. 더 나아가 여성은 스포츠 및 운동 의학 연구에서 위험 요인을 이해하는 데 제약이 있고 코치와 전문가가 근거에 기반한 훈련 및 재활 접근법을 시행하는 능력을 부족합니다.

ACL 손상을 예방할 수 있을까요?

메타-분석에서 나타난 바에 따르면, ACL 부상 예방 프로그램은 여성 선수들의 비접촉 ACL 부상 위험을 3분의 2로 줄인다는 결과가 나왔습니다. 특히 여자 축구 선수들에 대해 "신근경계" 운동 프로그램이 ACL 부상률을 45% 줄인다는 증거가 있습니다. 그러나 이러한 프로그램을 적용하는 비율이 낮고, 이러한 통제된 연구 외에서 부상률이 감소하는 증거가 제한적입니다.

아마도 하위 수준의 선수에게 효과적인 훈련 프로그램이 엘리트 스포츠의 더 복잡한 세계에서는 효과적이지 않거나 실현 가능하지 않을 수 있습니다.

예를 들어, 이러한 프로그램 중 3분의 1 미만이 근력 가이드라인을 충족하고, 67%만 플라이오메트릭/파워 트레이닝 가이드라인을 충족한다고 말씀드릴 수 있습니다. 또한 부상 예방에 대한 향상된 이해가 훈련과 경쟁이 요구하는 것에 비해 발전하지 못하고 있다는 일부 주장도 한 몫 하고 있습니다.

그러나 최근의 체계적 문헌고찰(Lima, 검토 중)에서는 ACL 부상 예방 프로그램이 고위험 활동 중 하지의 운동역학을 변화시키지 못한다고 합니다. 이로 인해 물음표가 따라옵니다: 이러한 프로그램이 ACL 부상을 어떤 메커니즘을 통해 예방하는 것일까요?

ACL 부상 위험 여성 선수 식별을 위한 현장 기반 기술 적용

선수의 부상 위험을 높이는 요인을 이해하는 것은 부상 예방 개입을 발전시키 첫 번째 단계입니다.

최근까지 호주 여성 풋볼 선수 및 축구 선수와 같은 엘리트 여성 선수들의 ACL 부상 위험 요인을 조사한 연구는 없었으며, 특히 풋볼 선수들은 세계 어디에서나 가장 높은 ACL 부상률을 보이는 것으로 나타납니다.

시즌 시작 전, 우리는 322명의 엘리트 여성 풋 선수에게 VALD의 ForceFrame, NordBord, ForceDecksHumanTrak을 사용하여 Isometric Hip Add/Abd, Eccentric Knee Flexion, 양발 Countermovement Jump (CMJ) 키네틱 및 Single leg 3단 Hop Test를 진행하였습니다 (Collings et al., 2022). 이후 18개월 동안 발생한 비접촉식 ACL 부상 사례를 기록하여 부상을 입은 선수와 그렇지 않은 선수 사이에 어떤 차이가 있는지 확인하려고 했습니다.

그림 2. 근력 및 운동역학 현장 테스트.
그림 2. 근력 및 운동역학 현장 테스트.
  1. Isometric hip adductor and abductor strength (ForceFrame).
  2. Eccentric knee flexor strength during the Nordic hamstring exercise (NordBord).
  3. Bilateral CMJ on portable force plates (ForceDecks).
  4. Single-leg triple vertical hop kinematics using a markerless motion capture system (HumanTrak).

우리는 어떤 결과를 찾았을까요?

연구 결과에서는 미래 비접촉 ACL 부상 위험과 관련된 여러 요인들이 밝혀졌습니다. 구체적으로는:

  • 고관절 내전근이 외전근에 비해 근력 비율이 낮은 경우,
  • 수직 점프 동적 무릎 발구스 및 동측 몸통 굴곡 회전각이 더 큰 경우,
  • CMJ 최대 take-off 힘이 더 큰 경우,
  • 이전 ACL 부상 경험이 있는 경우.

우리의 모든 테스트 결과에 대한 정규분 데이터는 여기에서 찾을 수 있습니다.

Tyler Collings가 수집하고 발표한 정규분포 데이터
Tyler Collings가 수집하고 발표한 정규분포 데이터

Hip strength

고관절 내전근에 비해 외전근이 강한 선수들은 미래 ACL 부 위험이 증가했습니다 (고관절 내전근/외전근 비율이 14% 줄어들 때마다 부상 위험이 1.97배 증가).

ForceFrame을 이용한 고관절 내전근 테스트 예시
ForceFrame을 이용한 고관절 내전근 테스트 예시

이 연관성을 설명하는 메커니즘은 명확하지 않지만, 이 두 근육 그룹 간의 불균형은 점프 및 방향 전환과 같은 고위험 작업 중 골반 관절의 조절에 영향을 미칠 수 있습니다.

Single-leg triple vertical hop kinematics

동적 무릎 발구스 및 동측 몸통 굴곡 회전각도 (즉, 기준 다리 쪽으로)가 크게 높은 상태에서 착지하는 것은 이후 ACL 부상 위험을 크게 증가시킵니다. 동적 무릎 발구스는 고관절 내회전 및 내전, 무릎 내전, 그리고 발목 외전의 조합으로 발생합니다.

HumanTrak을 이용한 Single-leg triple vertical hop 테스트 예시
HumanTrak을 이용한 Single-leg triple vertical hop 테스트 예시

일반적으로 여성은 고위험 착지 작업 중 남성보다 더 큰 동적 무릎 발구스를 나타냅니다. 그러나 ACL 부상 위험과의 관련성에 대한 증거는 덜 명확합니다. 동측 몸통 굴곡은 몸통의 움직임 각을 무릎 관절에 비해 증가시켜 무릎 내전 움직임을 증가시킬 수 있으며, 이로써 ACL 부하도 증가할 수 있습니다.

이러한 데이터는 한 다리에 착지할 때 동적 무릎 발구스와 측면 몸통 굴곡을 줄이는 전략이 미래 ACL 부상 위험을 줄일 수 있음을 시사합니다.

CMJ kinetics

CMJ 최대 take-off 힘을 더 많이 발생시킨 선수들은 낮은 힘을 발생시킨 선수들보다 이후 ACL 부 위험이 훨씬 높았습니다. 대퇴사두근과 뒷종아리 근은 점프 중 수직 지면 반작용 힘에 상당한 기여를 하며, 이러한 근육은 착지와 방향 전환 중에 ACL에 부하를 발생시키는 역할을 합니다.

ForceDecks를 이용한 Brisbane Lions AFLW 팀 선수들의 CMJ 테스트
ForceDecks를 이용한 Brisbane Lions AFLW 팀 선수들의 CMJ 테스트

아마도 대퇴사두근과 뒷종아리의 힘과 근비대를 촉진하는 훈련은 점프 성능을 향상시키지만, 알게 모르게 ACL 부상 위험을 증가시킬 수 있을 것입니다.

그럼에도 불구하고 ACL 부상 위험을 방지하기 위해 점프 힘을 줄이는 것은 가장 높은 수준의 경기를 원하는 선수들에게는 명백히 모순적인 접근법입니다. 대신, CMJ 힘을 발생시키는 여성 선수들은 무릎 관절 부하를 줄이거나 ACL을 "언로딩"할 수 있는 근육(즉, 대퇴근, 엉덩이 근육 등)을 발전시키기 위해 타겟팅된 운동처방을 받는 것이 유익할 수 있습니다.

그림 3. 근력 및 운동역학 값 범위에 따른 ACL 부상 위험 예측 확률. 예측된 확률은 단변량 (조절되지 않은) 로지스틱 회귀 모델에서 파생되었습니다. 점선은 기본 위험 (5.4%)을 나타내며, 예측 확률과 교차되는 지점은 ACL 부상 위험이 기본 위험에 비해 증가/감소하는 값을 나타냅니다. ACL 부상의 예측 확률이 2%, 5.4%, 10%, 15%, 및 20%에 해당하는 값은 검은 점으로 표시되어 있습니다. 아래 패널은 개별 ACL 부상 및 부상되지 않은 데이터의 분포를 나타냅니다. Collings et al 2022에서 가져온 그림입니다.
그림 3. 근력 및 운동역학 값 범위에 따른 ACL 부상 위험 예측 확률. 예측된 확률은 단변량 (조절되지 않은) 로지스틱 회귀 모델에서 파생되었습니다. 점선은 기본 위험 (5.4%)을 나타내며, 예측 확률과 교차되는 지점은 ACL 부상 위험이 기본 위험에 비해 증가/감소하는 값을 나타냅니다. ACL 부상의 예측 확률이 2%, 5.4%, 10%, 15%, 및 20%에 해당하는 값은 검은 점으로 표시되어 있습니다. 아래 패널은 개별 ACL 부상 및 부상되지 않은 데이터의 분포를 나타냅니다. Collings et al 2022에서 가져온 그림입니다.

현장 기반 측정치를 결합하면 부상 위험을 더 정확하게 예측 가능

다변량 임상 예측 모델에서 현장 기반 스크리닝 배터리를 결합하여 ACL 부상을 입은 선수 중 약 5명 중 4명을 올바르게 식별했습니다.

그러나 개별 변수들은 부상을 예측하는 데 아직 한계가 있습니다. 이것은 선수의 부상 위험을 평가할 때 이해해야 할 중요한 점입니다.

개별 변수들은 부상 위험을 예측하기에 부적합한 지표입니다. 이들은 부상의 복잡성을 포착하고 개인 간의 높은 차이를 설명할 수 없습니다. 부상 위험을 더 정확하게 평가하려면 테스트 배터리를 수행하고 중요한 변수들을 다변량 모델로 결합해야 합니다. 그러나 이는 개인의 대규모 데이터와 그들의 부상 기록이 필요합니다. 이러한 모델의 개발과 검증은 임상 실무에서 사용되도록 이전될 수 있는 흥미로운 연구가 될 수 있습니다.

근력과 운동역학의 다리 간 불균형은 어떠한가?

우리는 근력과 운동역학에서 다리 간 불균형이 ACL 부상 위험과 관련이 있는 설득력 있는 증거를 찾지 못했습니다. 이후 부상을 입은 선수와 부상을 입지 않은 선수 모두 다리의 근력에서 10-20%의 불균형을 나타내며, CMJ 지면 반작용 힘 변수에서 10-50%의 불균형을 나타냅니다. 이것은 적어도 엘리트 여성 축구 선수들 중에서는 어느 정도의 불균형이 "정상"이라는 것을 시사합니다.

우리는 NordBord에서 Knee Flexor 근력의 "방향이 없는" 불균형이 ACL 부상 위험 증가와 관련이 있다는 것을 관찰했습니다.

흥미로운 점은 NordBord에서 관측한 "방향이 없는" Knee Flexor 근력의 불균형이 ACL 부상 위험 증가와 관련이 있었지만, 강한 다리와 약한 다리 모두 동일한 빈도로 부상을 입었습니다. ACL 재건 후 Knee Flexor의 약점은 흔히 관찰되며, 이는 ACL 부상의 독립적인 위험 요인이 아니라 햄스트링 수술과 관련된 결과로 보입니다.

NordBord를 이용한 Nordic 햄스트링 근력 테스트 예시
NordBord를 이용한 Nordic 햄스트링 근력 테스트 예시
그림 4. ACL 부상을 입은 선수 (ACL 부 선수)와 입지 않은 선수 (미부상 그룹)를 위한 Hip 근력, Knee Flexor 근력 강도 및 CMJ 키네틱의 다리 간 불균형. 부상을 입지 않은 선수 (n < 262)는 밀도 곡선으로 표현되며, 명암이 드는 영역은 불균형의 증가를 나타냅니다. ACL 부상을 입은 선수는 검은 점으로 나타냅니다. 유의한 변수는 P 값으로 표시됩니다. Collings et al 2022에서 가져온 그림입니다.
그림 4. ACL 부상을 입은 선수 (ACL 부 선수)와 입지 않은 선수 (미부상 그룹)를 위한 Hip 근력, Knee Flexor 근력 강도 및 CMJ 키네틱의 다리 간 불균형. 부상을 입지 않은 선수 (n < 262)는 밀도 곡선으로 표현되며, 명암이 드는 영역은 불균형의 증가를 나타냅니다. ACL 부상을 입은 선수는 검은 점으로 나타냅니다. 유의한 변수는 P 값으로 표시됩니다. Collings et al 2022에서 가져온 그림입니다.

이전 ACL 부상

우리의 연구에서, 어떤 종류의 ACL 부상 경력이 있는 여성 축구 선수들은 없는 선수들보다 이후 ACL 부상을 입을 확률이 9.7배 더 높았습니다.

이전 ACL 부상은 여성의 필드 및 코트 스포츠에서의 이후 ACL 부상을 가장 강력하게 예측하는 요인으로 지속적으로 나타났습니다.

재발률이 높은 부상의 메커니즘은 완전히 이해되지는 않았지만, 우리는 이전에 여성 선수들이 부상 후 여러 년 동안 지속되는 하지 구조와 기능의 결핍을 나타낸 바 있습니다.

흥미로운 점은 이전에 다친 선수들은 일반적으로 다른 특이한 신체 프로파일을 나타내며, 이는 Knee Flexor 근력, Isometric Hip Abduction 근력 및 최대 Take-off 힘의 다리 간 불균형을 특징으로 하며, 이로써 그들을 93%의 정확도로 다치지 않은 선수들과 구분짓습니다.
그림 4. 단변량 및 다변량 로지스틱 회귀 모델의 수신자 조작 특성 곡선. 이 모델들이 ACL 재건술(ACLR) 경력이 있는 선수와 없는 선수를 구별하는 능력을 요약한 것입니다. Collings et al 2021에서 가져온 그림입니다.
그림 4. 단변량 및 다변량 로지스틱 회귀 모델의 수신자 조작 특성 곡선. 이 모델들이 ACL 재건술(ACLR) 경력이 있는 선수와 없는 선수를 구별하는 능력을 요약한 것입니다. Collings et al 2021에서 가져온 그림입니다.

우리의 최근 체계적 문헌고찰과 메타분석은 수직 점프 성능의 여러 힘판 파생 측정치에서 장기적인 결손을 나타냈습니다.

이것은 무릎 재건 수술 이후 훈련이 성공적으로 완료된 후에도 지속되며, 양쪽 다리로 점프하는 작업 중 ACL 재건(ACLR) 경력이 있는 개인들은 다리 중 부상을 입은 다리를 과도한 힘으로부터 보호하는 수단으로 그 부상되지 않은 다리를 선호하는 "언로딩" 전략을 나타냅니다 (그림 5).

싱글 레그 점프 중에는 ACLR 다리가 폭발적인 힘 부족을 나타내며, 모든 점프 유형과 모든 힘 측정치에서 결손이 나타났습니다. 이러한 결손이 재부상 위험을 증가시키는지, 그리고 특정 훈련을 통해 보완할 수 있는지 이해하기 위해 더 많은 연구가 필요합니다.

그림 5. Dutaillis 등의 2023 메타분석 개요. 왼쪽에는 표준화된 평균 차이 (SMD; 원)가 95% 신뢰 구간 (95% CI)와 함께 그려져 있으며, 부정적인 효과는 ACL 재건된 다리 또는 개인에서 낮은 값을 나타냅니다. 녹색 원은 ACL 재건된 다리/개인과 부상되지 않은 통제군 간의 비교를 나타냅니다. 파란 원은 ACL 재건된 다리와 부상되지 않은 대조 다리 간의 비교를 나타냅니다. 오른쪽에는 각 메타분석에 대한 SMD, 95% CI, 이질성(I2), ACL 재건력(n.injured) 및 대조/통제(n.uninjured) 다리/개인 및 레퍼런스가 보고되어 있습니다.
그림 5. Dutaillis 등의 2023 메타분석 개요. 왼쪽에는 표준화된 평균 차이 (SMD; 원)가 95% 신뢰 구간 (95% CI)와 함께 그려져 있으며, 부정적인 효과는 ACL 재건된 다리 또는 개인에서 낮은 값을 나타냅니다. 녹색 원은 ACL 재건된 다리/개인과 부상되지 않은 통제군 간의 비교를 나타냅니다. 파란 원은 ACL 재건된 다리와 부상되지 않은 대조 다리 간의 비교를 나타냅니다. 오른쪽에는 각 메타분석에 대한 SMD, 95% CI, 이질성(I2), ACL 재건력(n.injured) 및 대조/통제(n.uninjured) 다리/개인 및 레퍼런스가 보고되어 있습니다.

그럼... 여기서 어떻게 나아가야 할까요?

여성 선수들의 세계 무대에서의 성공은 여성 스포츠의 전문성 상승을 오랫동안 기다리던 움직임을 격려하고 있습니다.

그러나 여전히 여성들은 스포츠 참여와 고성능을 위한 많은 장벽을 직면하고 있으며, 그 중에는 높은 ACL 부상률도 포함되어 있습니다.

수십년 동안 실시된 중요한 연구 노력에도 불구하고, ACL 부상 예방 전략은 여전히 임상 실험과 전문가 의견에 크게 영향을 받고 있으며 경험적 증거보다는 혁신적인 현장 기반 인간 측정 기술이 필요합니다.

이는, 근력과 운동역학을 통해 빠르고 객관적인 측정을 가능하게 하는 기회를 제공함으로 임상 의사 결정을 크게 개선할 수 있습니다.

적합하게 개발되고 검증된 현장 기반 테스트를 결합하여 만들어진 임상 예측 모델들은 ACL 부상 위험에 노출된 선수들을 식별하는 데 잠재력을 보여주며, 훗날에는 맞춤형 위험 감소 전략의 설계에 기여할 수도 있을 것입니다.

궁극적으로, ACL 부상 위기를 해결하기 위해서는 선수의 부상 위험을 이해하고 부상의 근본적인 원인 (예: 부상 메커니즘과 원인적 위험 요인)을 해결하기 위한 훈련 개입을 실행해야합니다. 또한, 이를 위한 견고한 기술의 개발과 적용이 필요할 것입니다.

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