Wearable inertial sensor assessment of kinematic adaptations during unilateral jump landings in elite volleyball players with patellar tendinopathy

인체의 신체를 산악용 자전거의 정교한 쇼크 업소버(shock absorber)나 레이스카의 고급 서스펜션 시스템처럼 고성능 서스펜션 시스템이라고 상상해 보십시오. 요철을 지날 때, 그 쇼크 업소버는 압축되어 에너지를 흡수함으로써 라이더가 안장에서 튕겨 나가지 않도록 해야 합니다. 선수들이 끊임없이 공중으로 뛰어올랐다가 다시 착지하는 배구와 같은 스포츠에서, 그들의 다리는 이 필수적인 쇼크 업소버 역할을 합니다. '슬개건(patellar tendon)'은 이 시스템의 핵심적인 부분입니다. 이는 무릎뼈와 정강이뼈를 연결하는 질기고 로프 같은 띠로, 에너지를 저장하고 방출하는 스프링 역할을 합니다. 하지만 너무 많이 늘어난 고무줄이 휴식 없이 계속 늘어나면 결국 손상되는 것처럼, 이 건도 화가 나고 염증이 생길 수 있는데, 선수들은 이를 '점퍼스 니(jumper's knee, 슬개건염)'라고 부릅니다. 과학자들은 오랫동안 궁금해했습니다. 선수가 무릎 통증을 느낄 때, 통증으로부터 보호하기 위해 착지하는 '방식'을 바꾸는가? 몸을 판자처럼 뻣뻣하게 만드는가, 아니면 충격을 완화하기 위해 더 깊게 구부리는가? 우리가 이러한 미세한 움직임의 변화를 포착할 수 있다면, 부상이 발생하기 전에 이를 막아 선수들이 더 오래 경기에 참여할 수 있도록 할 수 있기 때문에 이는 매우 중요한 문제입니다.

이 연구는 바로 그 미스터리를 파헤치고 있지만, 한 가지 반전이 있습니다. 연구진은 선수들이 두 발로 점프하는 것을 관찰하는 대신, 한 발로 점프하는 모습을 관찰했습니다. 그들은 엘리트 배구 선수 중 '점퍼스 니(슬개건병증)'를 가진 선수들이 건강한 선수들과 비교했을 때, 다른 다리의 도움을 받아 속임수를 쓸 수 없는 상황에서 어떻게 다르게 움직이는지 보고 싶었습니다. 이를 위해 연구진은 실험실의 거대하고 비싼 카메라를 사용하는 대신, 여덟 개의 작은 웨어러블 모션 센서(IMU라고 불리는 관성 측정 장치)를 선수들의 몸에 부착했습니다. 이 센서들은 마치 작은 블랙박스처럼 모든 회전, 방향 전환, 그리고 도약 시의 충격을 기록하여, 팀이 코트 위에서 실시간으로 착지의 역학을 볼 수 있게 해줍니다.

연구진은 기존의 상식을 뒤집는 놀라운 사실을 발견했습니다. 과거 두 발 점프에 대한 연구들은 무릎 통증이 있는 선수들이 충격을 줄이기 위해 무릎을 더 깊게 구부려 부드러운 쿠션 역할을 할 것이라고 시사했습니다. 하지만 이 선수들이 한 발로 점프했을 때, 그들은 정반대의 모습을 보였습니다. 슬개건병증이 있는 선수들은 건강한 선수들보다 훨씬 덜 구부리며 무릎을 훨씬 더 곧게 펴고 착지했습니다. 이는 마치 충격을 흡수하기 위해 서스펜션을 압축하는 대신, 충격 흡수 장치를 딱딱하고 경직된 상태로 고정해 버린 것과 같습니다.

구체적으로, 데이터는 부상당한 선수들이 훨씬 작은 '가동 범위'를 가지고 있음을 보여주었습니다. 즉, 그들은 건강한 그룹에 비해 무릎이나 발목을 훨씬 덜 구부렸습니다. 착지할 때 그들의 무릎 각도는 훨씬 작았으며, 최대 굴곡 지점에 훨씬 더 빨리, 그리고 덜 깊게 도달했습니다. 이는 제자리에서 점프하든 박스에서 뛰어내리든 다양한 유형의 점프에서 공통적으로 나타났습니다. 반면 건강한 선수들은 관절을 스프링처럼 사용하여 깊게 구부림으로써 충격을 흡수했습니다. 부상당한 선수들은 통증이 있는 건을 너무 많이 늘리는 것을 피하려고 하는 듯 보였고, 그 결과 '뻣뻣한' 착지 전략을 채택했습니다. 그러나 이 전략에는 대가가 따랐습니다. 충분히 구부리지 않았기 때문에 충격이 여전히 그들에게 강하게 전달되었는데, 다만 이전과는 다른 방식으로 충격이 가해진 것입니다.

또한 연구는 선수들의 대칭성을 살펴보았습니다. 부상당한 선수들은 한쪽 무릎에 통증이 있으므로, 한쪽으로 무게 중심을 옮길 수 있기 때문입니다. 연구진은 부상당한 선수들이 실제로 덜 대칭적이라는 것을 발견했습니다. 그들의 아픈 무릎은 건강한 무릎보다 현저히 덜 구부러졌으며, 두 무릎 모두 건강한 그룹의 무릎보다 더 뻣뻣했습니다. 흥히, 착지 시 발생하는 실제 힘(지면에 부딪히는 강도)은 두 그룹 간에 거의 비슷했습니다. 이는 부상당한 선수들이 힘의 측면에서 '더 부드럽게' 착지한 것이 아니라, 관절의 움직임 측면에서 '더 뻣뻣하게' 착지했다는 것을 시사합니다.

저자들은 이 연구가 특정 시점의 스냅샷이라는 점을 주의 깊게 명시하고 있습니다. 우리는 이 연구를 통해 무릎 통증이 있는 선수들이 뻣뻣하게 착지한다는 것은 알 수 있지만, 뻣뻣한 착지가 통증을 유발했는지, 아니면 통증이 뻣뻣한 착지를 유발했는지는 증명할 수 없습니다. 이는 마치 타이어가 펑크 난 차가 천천히 달리는 것을 보는 것과 같습니다. 천천히 운전해서 타이어가 펑크 난 것인지, 아니면 타이어가 펑크 나서 천천히 운전하게 된 것인지 알 수 없는 것과 같습니다. 하지만 이 결과는 선수가 통증을 느낄 때, 설령 그 새로운 패턴이 착지에 있어 반드시 안전한 방식은 아닐지라도, 자신의 건을 보호하기 위해 움직임 패턴을 바꾼다는 강력한 암시를 줍니다.

연구진은 이 실험을 위해 30명의 엘리트 남성 배구 선수를 사용했습니다. 10명은 특정 설문지 점수(VISA-P) 80점 이하 및 특정 스쿼트 테스트 시 통증을 기준으로 확인된 슬개건병증 환자였습니다. 나머지 20명은 건강한 대조군이었습니다. 선수들은 한 발 점프를 수행했으며, 센서는 초당 100번의 속도로 데이터를 기록했습니다. 결과는 명확했습니다. 부상 그룹은 접촉 시, 점프의 힘이 정점에 달했을 때, 그리고 최대 굴곡 시에 유의미하게 낮은 무릎 굴곡 각도를 보였습니다. 예를 들어, 한 종류의 점프에서 건강한 그룹은 무릎을 평균 62.4도까지 구부린 반면, 부상 그룹은 46.6도까지만 구부렸습니다. 이는 '쇼크 업소버'가 압축될 수 있는 정도에 있어 엄청난 차이입니다.

요약하자면, 이 논문은 엘리트 배구 선수들이 '점퍼스 니'를 앓을 때, 더 많이 구부려 착지를 부드럽게 만드는 것이 아니라, 덜 구부림으로써 더 뻣뻣하게 만든다는 것을 시사합니다. 이러한 '뻣뻣한' 전략은 통증이 있는 건을 늘리는 것을 피하기 위한 방법으로 보이지만, 점프의 무거운 충격을 처리하기에는 최선의 방법이 아닐 수 있습니다. 이 연구는 웨어러블 센서가 선수들의 움직임에서 나타나는 미세하고 위험한 변화를 포착하는 데 훌륭한 도구임을 강조하며, 거대한 카메라가 가득한 실험실 없이도 부상 예방을 바라보는 새로운 방법을 제시합니다. 이는 때때로 우리가 통증을 느낄 때, 우리 몸이 스스로를 보호하려는 방식이 오히려 문제를 악화시킬 수도 있다는 사실을 일깨워 줍니다.