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외측 발목 염좌 코퍼의 정적 및 동적 자세 조절 전략: 압력 중심점에 대한 관점
Clinical Article

Korean J Sports Med 2022;40(2):110-119.

Published online: 1 June 2022

DOI: https://doi.org/10.5763/kjsm.2022.40.2.110

외측 발목 염좌 코퍼의 정적 및 동적 자세 조절 전략: 압력 중심점에 대한 관점

전형규1, 2, 이인제1, 2, *, 이세용1, 2, 3,

1연세대학교 체육학과

2국제올림픽위원회 한국연구센터

3연세대학교 미래융합연구원

Static and Dynamic Postural Control Strategies in Lateral Ankle Sprain Copers: A Perspective on Center of Pressure

Hyung Gyu Jeon1, 2, Inje Lee1, 2, *, Sae Yong Lee1, 2, 3,

1Department of Physical Education, Yonsei University, Seoul, Korea

2International Olympic Committee Research Centre Korea, Seoul, Korea

3Institute of Convergence Science, Yonsei University, Seoul, Korea

Correspondence: Sae Yong Lee Department of Physical Education, Yonsei University, 50 Yonsei-ro, Seodaemun-gu, Seoul 03722, Korea, Tel: +82-2-2123-6189, Fax: +82-2-2123-8375, E-mail: sylee1@yonsei.ac.kr

* Current affiliation: Department of Sports Rehabilitation Medicine, Kyungil University, Gyeongsan, Korea.

Received 10 January 2022       Revised 10 March 2022       Accepted 12 April 2022

Copyright ©2022 The Korean Society of Sports Medicine

(open-access):

This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

Abstract

Purpose

Although postural control assessment in patients with chronic ankle instability (CAI) has been thoroughly examined in the literature, few researchers have studied balance strategy in lateral ankle sprain (LAS) copers, who recover from LAS injury with no symptom progression. The purpose of this study was to investigate the difference in center of pressure (COP) variables during static and dynamic posture control among LAS copers, patients with CAI, and ankle healthy controls.

Methods

This case-control study recruited 20 patients with CAI, 20 LAS copers, and 20 controls. All participants filled out Ankle Instability Instrument and Foot and Ankle Ability Measure questionnaire and performed single-leg static postural control and Star Excursion Balance Test (SEBT).

Results

LAS copers showed less mediolateral COP range as compared to patients with CAI (p=0.001) and control (p=0.001) during static postural control. Furthermore, LAS copers have less anteroposterior COP standard deviation (SD) (p=0.034), range (p=0.009), velocity (p=0.013) than patients with CAI. Relative to patients with CAI, LAS copers had small mediolateral COP SD (p=0.022) and range (p=0.018) during the posteromedial direction of the SEBT. However, there was no significant difference in both mediolateral and anteroposterior COP variables during anterior and posterolateral directions of the SEBT (p≥0.05).

Conclusion

Based on these observed results, the authors conclude that greater postural control in LAS copers is one of the movement strategies to prevent recurrent LAS as a defense mechanism.

Keywords: Chronic ankle instability, Postural balance, Proprioception, Ankle injury, Dynamic balance

서 론

외측 발목 염좌(lateral ankle sprain, LAS)는 급작스러운 발목 관절의 안쪽번짐(inversion)으로 인해 통증, 부종, 비정상적 보행을 경험하는 부상으로 정의된다1. 또한, LAS는 앞목말인대(전거비인대, anterior talofibular ligament), 발꿈치종아리인대(종비인대, calcaneofibular ligament), 종아리근(비골근, peroneal) 힘줄뿐만 아니라 주변 신경 조직까지 손상시킴으로써 재부상률이 높은 부상이다2. 반복되는 LAS는 발목 관절의 구조적 및 기능적 결손을 초래하여 불안정성과 통증이 지속되는 만성 발목 불안정성(chronic ankle instability, CAI)으로 악화될 수 있으며3, 관절의 퇴행성 변화를 가속화하여 외상 후 골관절염(posttraumatic osteoarthritis) 발병으로 개인의 삶의 질을 악화시키게 된다4.
외측 발목 염좌 코퍼(LAS coper)는 LAS를 경험했음에도 불구하고 발목 재부상을 겪지 않는 집단으로 정의되는데5, 이들은 CAI 환자와는 다르게 부상의 잔여 증상이 없어 강도 높은 운동 참여가 가능하다6. 그러므로 코퍼가 활용하는 움직임 전략을 분석하는 연구는 두 가지 측면에서 필요하다고 할 수 있다. 첫째, 급성 발목 염좌 이후 움직임 전략이 변화된 환자들을 사전에 확인하여 CAI로 악화되는 것을 예방할 수 있을 것이다. 둘째, CAI 환자들의 스포츠 복귀를 위한 재활에 필요한 전략을 수립하는 데 도움을 줄 것이다. 즉, 코퍼에 관한 연구는 발목 불안정성의 만성화를 방지하는 전략을 확인하고, CAI 환자가 추구해야 하는 목표치를 제시하기 위해 수행할 필요가 있다.
LAS는 발목 주변의 고유수용성 감각(proprioception)을 손상시키고 근신경 조절(neuromuscular control) 능력의 결손을 일으켜 지속적인 LAS 발생의 가능성을 증가시키는데3, 이러한 증상은 최대 2년까지 지속된다고 보고된다7. 또한, 급성 LAS 후 CAI로 악화된 환자는 관절 위치 감각(joint position sense)과 운동감각(kinesthesia)의 저하를 포함한 다양한 기능적 결손으로 인해 움직임이 변화된다8,9. 이와는 반대로 코퍼는 발목 관절의 손상된 감각운동 기관(sensorimotor system)을 보상하기 위해 몸쪽(proximal) 관절을 활용하여 LAS 병력이 없는 대조군(healthy control group)과 유사한 움직임 전략을 활용하는데9, 이러한 점을 미루어 보아 코퍼는 감각운동 기관의 완전한 회복 여부와 상관없이 움직임 기능을 정상적으로 회복하였음을 예상할 수 있다. 특히, 코퍼가 활용하는 움직임 전략 중 이마면(frontal plane)과 시상면(sagittal plane)에서 신체 흔들림을 잘 제어하는 자세 조절(postural control) 능력을 갖춘 점은 주목할 만한 연구 결과이다10. 그러므로 CAI 환자들의 경우 만성 부상으로 인한 잔여 증상을 남기지 않고 코퍼와 같이 운동으로 복귀하기 위해서는 감각기관의 결손을 회복하는 것뿐만 아니라 정상적인 움직임 전략을 확보하는 것이 중요하다고 할 수 있다.
자세 조절은 시각, 전정기관(vestibular organ), 체성감각(somatosensory)을 포함한 감각기관의 정보와 운동기관의 상호작용 결과물로 나타나는 통합적 움직임을 통해 평가한다11. 따라서 자세 조절과 관련된 변인은 관절 안정성과 충분한 근력을 요구하고 신체 질량 중심 위치의 흔들림을 최소화한다는 관점에서 LAS의 발생과 밀접한 관련이 있는 체력 요인이라고 할 수 있다12. 자세 조절은 정해진 기저면(base of support) 내에서 최소한의 움직임으로 신체의 현 상태를 유지하는 정적 자세 조절과, 주어진 과제를 수행하며 신체 무게 중심의 평형을 유지하는 동적 자세 조절 두 가지 형태로 연구된다10,13. 압력 중심점(center of pressure, COP)은 발이 지면에 닿아 외적 토크를 발생시키는 지면반력(ground reaction force)의 작용점으로 자세 조절 검사 시 주요하게 관찰해야 할 변인 중 하나이다. 결과적으로 발에서 나타나는 움직임은 COP의 부하 위치에 따라서 달라질 수 있기 때문에14, COP는 발이 지면과 접촉하는 체중 지지기에서 발생하는 LAS 발생과 밀접한 관련이 있다고 할 수 있다.
선행연구에서 자세 조절 능력과 LAS 발생과의 관계를 규명하였는데10,12,13,15,16, 급성 LAS 환자들은 부상 후 현저히 저하된 정적 자세 조절 능력을 보였으며12 Star Excursion Balance Test (SEBT)를 이용한 동적 자세 조절 시 앞쪽(anterior, ANT), 뒤안쪽(posteromedial, PM), 뒤바깥쪽(posterolateral, PL) 방향에 대해서 도달 거리가 줄어들어 동적 균형 능력도 감소하는 것을 확인하였다13. 또한, CAI 환자는 정적 자세 조절 중 대조군에 비해 좌우 및 앞뒤 COP 이동 속도가 증가하였으며10,15, SEBT 동적 자세 조절 중 짧은 도달 거리를 보임으로써 급성 LAS 환자와 동일한 양상을 보여주었다. 코퍼와 함께 비교한 연구들을 살펴보면, CAI 환자가 SEBT의 PM 방향17과 ANT 방향18에서 코퍼와 대조군에 비해 적은 도달 거리를 보였다. 반면 Steib 등19은 CAI 환자와 대조군 간 ANT와 바깥(lateral) 방향에서 도달 거리의 차이를 보여주었으나 코퍼와는 통계적 차이가 없다고 보고하여 앞의 연구들과 상반된 결과를 보여주었다. Pionnier 등16도 CAI 환자가 발목 불안정성과 LAS 발생을 막기 위해 대조군보다 느리게 COP를 이동시키는 전략을 사용한다고 하여, 현재 발목 염좌 부상의 관점에서 균형 조절 능력에 대한 다양한 연구 결과들이 보고되고 있다.
정적 및 동적 균형 조절을 포함하여 코퍼가 CAI로 악화하지 않는 기전에 대해 선행연구들이 다양한 결과를 제시하고 있으나, 코퍼가 정적 및 동적 균형 조절 중 활용하는 움직임 전략과 질(quality)을 확인한 연구는 미비하다. SEBT를 수행한 선행연구들은 주로 도달 거리만을 비교한 결과가 대부분이며, COP를 이용하여 코퍼의 균형 조절 능력을 검사한 연구는 많지 않다. 그러므로 LAS와 밀접한 관련이 있는 COP의 이동, 속도 및 변동성과 관련된 변인들을 검사하여, 정적 및 동적 자세 조절 시 코퍼가 활용하는 전략과 질이 CAI 환자 및 대조군과 어떠한 차이가 있는지 확인할 필요가 있다.
따라서 본 연구는 코퍼, CAI 환자, 대조군 간 정적 및 동적 자세 조절 시 COP 변인의 차이를 확인하여 균형 조절의 전략과 질을 비교하고자 하였다. 본 연구의 가설은 “코퍼의 COP 이동, 속도 및 변동성을 포함한 정적 및 동적 자세 조절 전략은 CAI 환자와 대조군보다 우수할 것이다”라고 설정하였다.

연구 방법

1. 연구 대상

본 연구에서는 코퍼, CAI 환자, 대조군의 기준에 충족되는 피험자를 각 20명씩 모집하여, 총 60명의 연구 대상자가 실험에 참여하였다. 이는 세 집단 간 차이를 확인하기 위해 표본 수 계산 프로그램(G*power, version 3.1.9.2; University of Kiel, Kiel, Germany)의 결과에 근거하여 수집하였다. Wikstrom 등10의 연구에서 정적 자세 조절 검사를 통해 측정한 한 앞뒤 COP 변인(η2=0.185)을 이용하여, 유의수준 0.05, 그리고 검정력 0.80으로 설정한 결과 필요한 연구대상자 수는 48명으로 나타났으며, 본 연구에서는 선행연구보다 검정력을 높이기 위하여 25% (12명)를 추가 모집하여 실험을 진행하였다. 본 연구는 연세대학교 생명윤리심의위원회를 통해 승인받은 내용을 기반으로 수행하였다(No. 7001988-202001-HR-779-02). 본 연구에서 모집된 코퍼의 포함 기준은 Wikstrom과 Brown5의 연구를 참고하였으며, 세부 기준은 다음과 같다. (1) LAS 병력이 2번 이하인 자, (2) 발목 불안정성 조사지(Ankle Instability Instrument, AII) ‘예’ 항목이 3개 이하인 자, (3) 발/발목 운동능력 측정 조사지(Foot and Ankle Ability Measure, FAAM)의 일상생활(activities of daily living, ADL) 척도 점수가 99% 이상인 자; (4) FAAM 조사지의 스포츠(Sports) 활동 척도 점수가 97% 이상인 자, (5) 현재 발목 관절의 불안정 증상이 없는 자.
CAI 환자 모집을 위한 연구 포함 기준은 국제 발목 협의회(International Ankle Consortium)에서 제시한 권고안을 참고하였으며, 세부 기준은 다음과 같다20. (1) 염증반응과 통증을 동반한 심각한 LAS를 최소 1번 경험한 자, (2) 지난 6개월간 2번 이상의 발목 관절의 불안정성을 경험한 자, (3) AII의 ‘예’ 항목이 5개 이상인 자, (4) FAAM–ADL 척도 점수가 90% 미만인 자, (5) FAAM–Sports 척도 점수가 80% 미만인 자.
본 연구에서 대조군의 정의는 다음과 같다. (1) LAS를 경험하지 않은 자, (2) 현재 일상생활에서 발과 발목의 통증 및 불안정성이 없는 자(FAAM–ADL=100%), (3) 현재 스포츠 활동 중 발과 발목의 통증 및 불안정성이 없는 자(FAAM–ADL=100%). 세 집단의 연구 제외 기준은 다음과 같다: (1) 연구 참여 전 3개월간 엉덩이, 무릎, 발목 관절을 포함한 하지 부상을 경험한 자, (2) 과거 하지 골절 및 수술 병력이 있는 자, (3) 균형 능력 장애, 신경병증, 근신경계 등의 이상으로 정적 및 동적 자세 조절 측정에 지장이 있는 자.

2. 연구절차 및 측정도구

모든 연구 참여자는 일상생활과 스포츠 활동 시 주관적으로 자각하는 발목 관절의 통증 및 기능 수준을 조사하는 설문지인 AII, FAAM–ADL, FAAM–Sports를 작성하였으며, 이 조사지들은 한국어로 번역하여 신뢰도와 타당도 검증을 완료하였다21. 실험실에 구비된 운동복과 운동화를 착용한 후, 5분간 가벼운 달리기를 통해 준비운동을 수행했다. 데이터 분석을 위해 CAI 환자와 코퍼는 LAS가 발생한 부상 발(injured foot)을 측정하였고, 대조군은 주 발(dominant foot)을 사용하여 정적 및 동적 자세 조절 능력을 측정하였다.

1) 정적 자세 조절 능력 측정

정적 자세 조절은 연구 참여자가 힘 판(Accusway Plus balance force plate; AMTI, Watertown, MA, USA) 위에서 맨발로 선 뒤, LAS 병력이 있거나 주로 사용하는 한 다리(single-leg)로 반대 발을 드는 순간부터 10초간 균형을 유지한 상태로 측정하였다(Fig. 1A). 연구 참여자는 정적 자세 조절 측정 중 시선은 눈높이와 동일한 정면의 표시점을 주시하였으며, 양손은 엉덩뼈능선(iliac crest)에 올리도록 하였다. 비검사 다리의 엉덩 관절과 무릎 관절은 각각 90° 굽힘(flexion) 상태를 유지하였다(Fig. 1B). 정적 자세 조절 측정 실패 기준은 다음과 같다. (1) 지지하지 않은 발이 지면에 닿음, (2) 지지하는 발이 힘 판에 떨어짐, (3) 10초간 균형을 유지하지 못함. 정적 자세 조절 중 COP 데이터는 50 Hz로 기록되었다.

2) 동적 자세 조절 능력 측정

동적 자세 조절 측정은 SEBT를 이용하였다. 측정 절차를 간소화하기 위해 SEBT의 여덟 방향 중 선행연구에서 권고된 ANT (Fig. 2A), PM (Fig. 2B), PL (Fig. 2C) 세 방향에 대한 검사를 실시하였다22. SEBT 동적 자세 조절은 적외선 카메라(MX-F20; Vicon Motion Systems, Oxford, UK)와 힘 판(ORG-6; AMTI)을 포함한 3차원 동작 분석 시스템인 Nexus version 1.8.5 (Vicon Motion Systems)를 이용하여 평가하였다. 신체 분절 모델링 구성은 동적 자세 조절 측정 중 시작 구간과 종료 구간을 설정하기 위해 수행하였으며, 이를 위해 연구 대상자의 키, 몸무게, 다리 길이, 무릎 및 발목 너비의 측정과 29개의 반사 마커 및 추적을 위한 16개의 마커를 골반과 넙다리, 종아리, 발 분절에 부착하였다. 연구 대상자는 검사하는 발을 힘 판의 중앙에 위치한 후 딛고 있는 발이 지면에서 떨어지지 않도록 유지하며 체중을 지지하지 않는 다리를 각 방향으로 최대한 멀리 뻗도록 지시받았다. 동적 자세 조절 능력 측정 중 COP 위치 데이터는 한 발로 균형을 잡은 SEBT의 시작 구간부터 수집하였으며, 피험자가 각 방향으로 뻗을 수 있는 최대 지점을 종료 구간으로 정의하여 측정하였다. 양손을 엉덩뼈능선에 위치하여 동적 자세 조절 중 상체의 개입을 최소화하였다. SEBT 측정 실패 기준은 다음과 같다. (1) 다리를 뻗은 후 시작 자세로 돌아오지 못함, (2) 손이 엉덩뼈능선에서 떨어짐, (3) 힘 판 위에 지지한 발이 움직임, (4) 균형을 잃고 비검사 다리로 바닥을 접촉함. 연구 대상자는 각 방향마다 3번의 연습 시도 후 검사를 실시하였다.

3. 데이터 분석 및 처리

정적 자세 조절 검사 시 수집된 COP 데이터는 Balance Clinic Analysis 프로그램(version 2.02.01, AMTI)을 통해 처리되었으며, 5 Hz의 4차 저역(fourth-order low-pass) Butterworth 필터를 통해 노이즈를 제거하였다23. SEBT 동적 자세 조절 평가를 위해 부착된 반사 마커의 데이터는 모션 캡처 소프트웨어(Nexus version 1.8.5)를 통해 수집하였다. 동적 자세 조절을 측정하는 동안 수집된 마커 위치 데이터와 지면 반력 데이터는 Visual 3D 프로그램(version 6.01.06; C-Motion, Germantown, MD, USA)을 이용하여 처리하였으며, 이는 COP 데이터 수집의 시작 및 종료 구간을 확인하기 위해 사용하였다. SEBT의 최대 도달 지점은 2번째 중족골 머리(2nd metatarsal head)에 부착한 반사 마커의 위치 좌표를 힘 판으로부터 가장 먼 지점으로 정의하였다. COP 위치 데이터를 통한 COP 표준편차, 범위, 평균 속도를 계산하였으며, 정적 자세 조절의 경우 COP 경로 길이(path length)와 95% 면적을 함께 산출하였다24. 95% 면적 변인은 10초 동안 수집된 COP 경로를 통해 형성된 타원 면적의 95%를 산출했다. COP 경로 길이는 x축과 y축에서의 2차원 COP 좌표 값을 이은 선의 길이를 통해 계산하였다. COP 표준편차는 변동성(variability)을 측정하기 위한 변인으로, 측정 구간 동안 얼마나 일관된 균형 능력을 보여주었는지 확인하기 위해 수집하였다23.

4. 통계 처리

본 연구에서 수집된 모든 데이터는 IBM SPSS version 26.0 (IBM Corp., Armonk, NY, USA)를 통해 분석하였다. 모든 종속 변수에 대해서 Kolmogorov-Smirnov test를 통한 정규성 검증과 Levene test를 이용하여 동질성 검증을 실시하였으며, 두 검증 모두를 만족하지 못하는 변수에 대해서는 비모수 통계 검정을 실시하였다. 코퍼, CAI 환자, 대조군 간 정적 및 동적 자세 조절 시 COP 차이를 분석하기 위해 일원 배치 분산 분석(one-way analysis of variance, one-way ANOVA)과 Kruskal-Wallis H 검정을 수행하였다. 정적 자세 조절 검사의 4개 변인(COP 경로 길이, 좌우 COP 표준편차, 앞뒤 COP 표준편차 및 속도), SEBT-ANT의 2개 변인(좌우 COP 표준편차 및 평균 속도), SEBT-PL의 2개 변인(좌우 및 앞뒤 평균 속도)은 one-way ANOVA를 통해 검증하였다. 정적 자세 조절 검사의 4개 변인(95% COP 면적, 좌우 COP 범위 및 평균 속도, 앞뒤 COP 범위), SEBT-ANT의 4개 변인(좌우 COP 범위, 앞뒤 COP 표준편차, 범위 및 평균 속도), SEBT-PM의 모든 변인, SEBT-PL의 4개 변인(좌우 COP 표준편차 및 범위, 앞뒤 COP 표준편차 및 범위)은 Kruskal-Wallis H 검정을 통해 분석하였다. One-way ANOVA의 효과 크기(effect size)는 partial eta squared (η2p)의 값을 통해 계산하였으며, Kruskal-Wallis H 검정의 경우 H값을 이용한 eta squared (η2H)를 통해 산출하였다25. Eta squared의 효과 크기는 큼(large, ≥0.14), 중간(medium, ≥0.06) 작음(small, ≥0.01) 등 세 수준으로 분류하였다. 사후분석은 Bonferroni 검정을 사용하였다. 사후분석의 효과 크기 계산은 Cohen’s d 공식을 이용하였으며, 큼(≥0.8), 중간(≥0.5) 작음(≥0.8) 등 세 수준으로 분류하였다. 통계적 유의수준(α)은 0.05로 설정하였다.

결 과

세 집단 간 인구통계적 차이를 확인하기 위한 one-way ANOVA 분석 결과, 나이(F(2, 57)=0.656, p=0.523), 신장(F(2, 57)=0.092, p=0.913) 및 체중(F(2, 57)=0.231, p=0.794) 모두 유의한 통계적 차이가 나타나지 않았다(Table 1).

1. 정적 자세 조절 시 COP 차이

정적 자세 조절 시 COP 경로 길이(F(2, 57)=2.268, p=0.113)와 COP 95% 면적(H(2, 57)=3.123, p=0.210) 변인에서는 통계적으로 유의한 차이가 나타나지 않았다. 이마면에서의 정적 자세 조절 분석 결과, 좌우 COP 범위는 집단 간 유의한 차이를 보였으며(H(2, 57)=18.322, p<0.001, η2H=0.29), 사후분석 결과 코퍼가 CAI 환자(p=0.001, d=1.15)와 대조군(p=0.001, d=1.25)보다 좌우 COP 범위가 적은 것을 확인하였다. 그러나 이마면에서의 좌우 COP 표준편차(F(2, 57)=1.930, p=0.154)와 좌우 COP 속도(H(2, 57)=3.429, p= 0.180)는 집단 간 차이가 없었다(Table 2). 정적 자세 조절의 시상면에서는 앞뒤 COP 표준편차(F(2, 57)=3.756, p=0.029, η2p= 0.17), 앞뒤 COP 범위(H(2, 57)=8.365, p=0.015, η2H=0.11) 및 앞뒤 COP 속도(F(2, 57)=4.411, p=0.017, η2p=0.13) 변인에서 집단 간 차이를 관찰하였다. 사후분석 결과, 이마면에서 코퍼가 CAI 환자에 비해 작은 앞뒤 COP 표준편차(p=0.034, d=0.77), 적은 앞뒤 COP 범위(p=0.009, d=1.0) 및 느린 앞뒤 COP 평균 속도(p=0.013, d=0.82)를 가진 것으로 나타났다(Table 2).

2. 동적 자세 조절 시 COP 차이

이마면에서 SEBT-ANT 방향에 대한 동적 자세 조절 분석 결과, 좌우 COP 표준편차(F(2, 57)=0.342, p=0.712), 좌우 COP 범위(H(2, 57)=1.596, p=0.450) 및 좌우 COP 속도(F(2, 57)=1.372, p=0.262) 변인은 유의한 통계적 차이가 없었다(Table 3). 시상면에서 SEBT-ANT방향을 분석한 결과, 앞뒤 COP 표준편차(H(2, 57)= 2.249, p=0.325), 앞뒤 COP 범위(H(2, 57)=1.669, p=0.434) 및 앞뒤 COP 속도(H(2, 57)=1.944, p=0.378) 변인 모두 통계적 유의한 차이를 발견할 수 없었다(Table 3).
이마면에서 SEBT-PM 방향에 대한 동적 자세 조절 분석 결과, 좌우 COP 표준편차(H(2, 57)=6.292, p=0.043, η2H=0.08)와 좌우 COP 범위(H(2, 57)=6.342, p=0.042, η2H=0.08) 변인에서 집단 간 유의한 차이가 관찰되었으나, 좌우 COP 속도(H(2, 57)=2.227, p=0.328)는 집단 간 유사한 수준을 보였다(Table 4). 사후분석 결과, 코퍼는 CAI 환자에 비해 작은 좌우 COP 표준편차(p=0.022, d=0.91)와 적은 좌우 COP 범위(p=0.018, d=0.86)를 가진 것으로 나타났다. 시상면에서 SEBT-PM 방향을 분석한 결과, 앞뒤 COP 표준편차(H(2, 57)=1.952, p=0.377), 앞뒤 COP 범위(H(2, 57)=5.495, p=0.064) 및 앞뒤 COP 속도(H(2, 57)=2.414, p=0.299) 변인은 통계적 유의한 차이가 없었다(Table 4).
이마면에서 SEBT-PL 방향에 대한 동적 자세 조절 능력 분석 결과, 좌우 COP 표준편차(H(2, 57)=3.684, p=0.159), 좌우 COP 범위 (H(2, 57)=4.222, p=0.121) 및 좌우 COP 속도(F(2, 57)=0.026, p=0.975) 변인은 통계적 유의한 차이가 없었다(Table 5). 시상면에서 SEBT-PL방향을 분석한 결과, 앞뒤 COP 표준편차(H(2, 57)=0.744, p=0.689), 앞뒤 COP 범위(H(2, 57)=0.167, p=0.920) 및 앞뒤 COP 속도(F(2, 57)=0.368, p=0.693) 변인 모두 통계적 유의한 차이는 나타나지 않았다(Table 5).

고 찰

자세 조절 능력의 저하는 LAS 발생의 주요 내재적 위험 요인 중 하나로26, 급성 염좌로 인해 손상된 균형 능력은 지속적인 LAS 및 불안정성을 유발할 수 있다. 그러므로 LAS 병력이 있음에도 불구하고 CAI로 악화되지 않은 코퍼의 균형 능력을 확인하는 연구는 재부상을 예방한다는 관점에서 중요하다. 이에 본 연구는 코퍼, CAI 환자, 대조군 간 COP 변인을 중심으로 정적 및 동적 자세 조절 전략의 차이가 있는지 확인하기 위해 수행하였다. 본 연구의 주요 결과는 다음과 같다. (1) 코퍼는 CAI 환자와 대조군에 비해 신체 흔들림을 잘 제어하는 정적 자세 조절 능력을 가진 것으로 나타났다. 특히, 코퍼는 시상면에서 앞뒤 COP 표준 편차, 범위 및 평균 속도 세 변인 모두에서 CAI 환자보다 나은 정적 균형 능력을 보여주었다. (2) SEBT-PM 과제에서 코퍼가 CAI 환자보다 이마면에서의 더 적은 좌우 COP 표준편차와 범위를 가진 것으로 확인되었다. (3) SEBT-ANT와 SEBT-PL 방향에서는 좌우 및 앞뒤 COP 표준편차 및 범위 평균 속도의 차이는 관찰되지 않았다. 따라서 본 연구는 세 집단의 데이터를 비교, 분석한 결과 통계적으로 유의한 차이가 있음을 제시하였으며, 코퍼의 정적 및 동적 자세 조절 능력은 CAI 환자와 대조군보다 우수할 것이라는 가설을 증명하였다.
본 연구의 결과는 선행연구와 일치하는데, Wikstrom 등10은 코퍼가 CAI 환자보다 이마면과 시상면에서 느린 COP 속도를 가진다고 보고하였다. LAS의 발생 기전을 살펴보면 발목 염좌를 유발하는 안쪽번짐에 대해 긴종아리근(장비골근, peroneal longus)과 짧은종아리근(단비골근, peroneal brevis)이 즉각적으로 반응하지 못하기 때문에, 근육의 활성만으로는 LAS의 발생을 막기 어렵다(안쪽번짐 후 종아리근의 활성과 가쪽번짐[eversion] 동작의 생성은 각각 54, 176 msec의 시간이 필요하다)27. 또한, LAS 병력이 있는 집단과 CAI 환자들은 부상을 경험하지 않은 발이나 대조군에 비해 안쪽번짐에 반응하는 종아리근의 활성화 시간이 더욱 느려지기 때문에28, 빠른 COP 이동 속도에 반응하지 못하여 LAS를 경험하는 것으로 판단된다. 정적 자세 조절 능력을 비교한 선행연구 또한 CAI 환자(2.24 cm/sec)와 대조군(1.45 cm/sec) 간 앞뒤 COP 속도의 차이를 제시하여23, 앞서 언급한 CAI 환자와 LAS를 경험한 집단이 대조군과 달리 LAS를 경험하는 기전을 뒷받침하는 결과를 보여주고 있다. 후속 연구에서는 코퍼가 보여준 균형 능력이 부상 이전에 가지고 있던 개인의 특성인지, LAS를 경험한 후 부상과 관련한 증상을 해소하기 위한 노력의 결과인지 확인할 필요가 있다. 또한, 코퍼가 어떠한 분절과 관절을 활용하여 더 나은 자세 조절 능력을 보여주었는지 그리고 역동적인 과제에서도 동일한 양상을 보일 수 있는지 확인해야 할 것이다.
본 연구에서 코퍼는 정적 자세 조절 시 CAI 환자와 대조군에 비해 이마면에서 적은 COP 범위를 나타냈으며, 시상면에서는 CAI 환자보다 적은 COP 범위를 활용하는 것으로 확인되었다. 또한, 정적 및 동적 자세 조절 시 코퍼가 보여준 자세 조절 전략 중 CAI 환자보다 적은 COP 표준편차가 나타난 점은 주목해야 할 결과이다. 즉, 코퍼는 COP 표준편차를 낮게 조절하여 변동성을 줄이는 일관된 자세 조절 전략을 보여주었다고 할 수 있는데, 이는 신체 흔들림이 많아 발생할 수 있는 LAS를 예방하기 위한 방어 기제(defense mechanism)라고 할 수 있다. 이와는 반대로 CAI 환자는 정적 자세 조절 시 높은 COP 변동성을 보여주는데, 두 집단 간 자세 조절의 변동성 차이는 근신경 조절 능력의 기능장애(dysfunction), 변경된 근육 동원(altered muscular recruitment) 등 CAI와 관련된 요인들로 인해 발생한 것으로 보인다3,23. 코퍼의 움직임 전략은 LAS 발생 관점에서 긍정적으로 작용할 수 있으나, 움직임을 제한하므로 운동 수행 능력에 악영향을 미칠 가능성 또한 존재한다16. 발목 부상을 회피하기 위한 코퍼의 움직임 특성이 운동수행력과 어떠한 연관이 있는지 추후 연구에서 자세 조절과 관련 있는 동작을 통해 확인할 필요가 있다.
본 연구의 동적 자세 조절 검사 결과, SEBT의 세 방향 중 PM 방향에서만 유의미한 차이를 관찰하였다. 코퍼는 SEBT-PM 과제 수행 중 이마면에서의 COP 표준편차와 COP 범위가 CAI 환자보다 적었다. 지지하고 있는 다리에 무게 중심을 유지하며 각 방향으로 가능한 먼 거리에 하지의 반대 분절을 뻗는 SEBT의 특성을 고려했을 때, 본 연구에서 확인된 동적 자세 조절 결과는 PM 방향의 동작이 높은 난이도의 자세 조절 능력을 요구하기 때문인 것으로 판단된다. 실제로 PM 방향으로 수행되는 자세 조절은 SEBT의 모든 방향을 가장 잘 대표할 수 있는 과제로 보고되는데29, 이는 PM 방향으로 자세 조절이 무릎과 엉덩 관절의 많은 굴곡(flexion) 각도를 요구하는 높은 난이도이기 때문인 것으로 보여진다30. Hertel 등29은 SEBT의 여덟 방향 중 앞안쪽(anteromedial), 안쪽(medial), 뒤안쪽 등 세 방향의 동작이 발목 관절의 불안정성을 확인하기 위한 목적으로 유용한 동적 자세 조절 검사라고 보고하였다. 이 세 방향의 동작은 모두 지지하고 있는 발의 반대측에서 행해짐으로써, 과제 수행 중 불안정한 발목 관절로부터 반대 하지 분절이 거리가 멀어질수록 LAS 발생 및 CAI로 인해 저하된 자세 조절 능력이 부각된다고 할 수 있다. 이와는 반대로, 코퍼는 높은 수준의 동적 자세 조절 능력을 요구하는 과제에서 발목 염좌 병력이 없는 대조군과 유사한 능력을 보임으로써 추가적인 부상을 겪지 않는다고 판단된다. 이로써 코퍼는 LAS의 영향으로 인한 잔여 증상에서 완전히 회복했거나 증상 정도가 움직임에 영향을 미치지 않는 미비한 정도임을 확인할 수 있다3.
본 연구는 몇 가지 제한점이 존재한다. 첫 번째, 발목 관절 설문지를 통해 수집된 주관적 증상 점수는 회상 비뚤림(recall bias)로 인해 실제와 다소 상이할 수 있다. 두 번째, LAS 병력 유무 및 발목 관절의 기능 점수를 통해 코퍼, CAI 환자, 대조군 세 집단으로 분류하여 자세 조절 전략을 비교하였으나, 코퍼의 자세 조절 전략이 우수한 이유에 대해 인과관계 설명이 제한적이다. 세 번째, 정적 자세 조절은 발의 감각기관을 최대한 활용할 수 있도록 맨발로 측정하였으나, 대부분의 일상생활과 스포츠 참여가 신발을 착용한 상태로 이루어진다는 점에서 실험 결과와 차이가 있을 수 있다. 이러한 제한점에도 불구하고, 본 연구는 코퍼의 자세 조절 전략을 확인함으로써 LAS 및 CAI 환자들이 반복되는 LAS 발생을 막기 위해 정적 및 동적 자세 조절 능력을 향상시켜야 한다는 목표를 제시할 수 있을 것으로 기대한다.
본 연구는 코퍼, CAI 환자, 대조군의 자세 조절 전략을 비교하고 다음과 같은 결론을 제시하고자 한다. (1) 코퍼는 CAI 환자와 대조군보다 더 나은 정적 자세 조절 능력을 보였다. (2) 코퍼는 SEBT 과제 수행 시 CAI 환자보다 더 나은 동적 자세 조절 능력을 보여주었다. 결론적으로 LAS 후 자세 조절 능력을 향상시키는 것은 추가적인 염좌 및 발목 불안정성을 예방하는 데 중요하므로, 의료 및 운동 전문가들은 LAS 환자를 치료할 때 정적 및 동적 자세 조절 균형 능력을 효율적으로 높일 수 있는 재활을 고안하여야 할 것이다. 추후 연구에서는 신체 흔들림을 제어하는 능력이 뛰어난 코퍼의 자세 조절에 기여하는 요인들을 확인하고, 인과관계를 규명할 필요가 있다.

Acknowledgments

We thank the Institute of Convergence Science (ICONS) of Yonsei University and the International Olympic Committee (IOC) Research Centre Korea for Prevention of Injury and Protection Athlete Health.

Notes

Conflict of Interest

No potential conflict of interest relevant to this article was reported.

Author Contributions

Conceptualization: All authors. Data curation, Formal analysis: HGJ, IL. Methodology: All authors. Project administration: HGJ, SYL. Visualization: HGJ. Writing–Original Draft: HGJ. Writing–Review & Editing: IL, SYL.

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Fig. 1
Static balance assessment on the force plate. Anterior (A) and lateral (B) view.
kjsm-40-2-110-f1.tif
Fig. 2
Assessment Star Excursion Balance Test. Anterior (A), posteromedial (B), and posterolateral (C) directions.
kjsm-40-2-110-f2.tif
Table 1
Characteristics of participants and questionnaire scores
Variable Total LAS copers Patients with CAI Controls
Characteristic
No. of subjects 60 20 20 20
Sex, male:female 39:21 12:8 12:8 15:5
Age (yr) 27.2±4.42 27.85±4.50 26.3±4.95 27.45±3.80
Height (cm) 174.24±7.70 173.64±7.72 174.41±8.39 174.66±7.33
Body mass (kg) 70.93±13.37 71.95±13.61 71.57±16.60 69.26±9.47
No. of ankle sprains (reps) 3.46±8.24 1.35±0.49 9.03±12.68 0
Questionnaire
AII (number of ’yes’) 3.28±3.19 2.15±0.57 7.15±1.98 0
FAAM (%)
ADL 95.75±6.08 99.88±0.37 87.35±1.86 100±0
Sports 91.22±13.07 99.55±1.11 74.1±8.18 100±0

Values are expressed as number only or mean±standard deviation.

LAS: lateral ankle sprain, CAI: chronic ankle instability, reps: repetitions, AII: Ankle Instability Instrument, FAAM: Foot and Ankle Ability Measure, ADL: activities of daily living.

Table 2
Results of center of pressure (COP) value during static postural control
Variable LAS copers Patients with CAI Controls F/H p-value Effect size† Post-hoc analysis
COP path length (cm) 16.34±4.1 18.75±3.07 16.73±4.25 2.268§ 0.113 0.07 -
Area 95% confidence ellipse (cm2) 0.85±0.37 1.06±0.41 0.89±0.26 3.123‡ 0.210 0.02 -
Mediolateral COP
Standard deviation (cm) 0.20±0.05 0.22±0.04 0.21±0.03 1.930§ 0.154 0.06 -
Range (cm) 0.91±0.13 1.06±0.13 1.06±0.11 18.322‡ <0.001*** 0.29 Copers<CAI**
Copers<Control**
Mean velocity (cm/sec) 1.11±0.3 1.24±0.13 1.14±0.35 3.429‡ 0.180 0.03 -
Anteroposterior COP
Standard deviation (cm) 0.21±0.06 0.26±0.07 0.25±0.06 3.756§ 0.029* 0.17 Copers<CAI*
Range (cm) 0.99±0.22 1.30±0.38 1.18±0.31 8.365‡ 0.015* 0.11 Copers<CAI**
Mean velocity (cm/sec) 0.83±0.18 0.99±0.21 0.90±0.14 4.411§ 0.017* 0.13 Copers<CAI*

Values are presented as mean±standard deviation.

LAS: lateral ankle sprain, CAI: chronic ankle instability.

†Effect size was calculated as eta square for Kruskal-Wallis H (η2H) and as partial eta square (η2p) for one-way analysis of variance (ANOVA). ‡Statistical values were presented as H through Kruskal-Wallis H. §Statistical values were presented as F through one-way ANOVA.

*p<0.05, **p<0.01, ***p<0.001.

Table 3
Results of center of pressure (COP) value for anterior direction of Star Excursion Balance Test
Variable LAS copers Patients with CAI Controls F/H p-value Effect size† Post-hoc analysis
Mediolateral COP
Standard deviation (cm) 0.26±0.1 0.26±0.09 0.28±0.07 0.342§ 0.712 0.01 -
Range (cm) 1.14±0.89 1.10±0.44 1.10±0.35 1.596‡ 0.450 0.01 -
Mean velocity (cm/sec) 1.86±0.7 2.24±1.03 1.87±0.69 1.372§ 0.262 0.05 -
Anteroposterior COP
Standard deviation (cm) 0.10±0.07 0.12±0.14 0.08±0.02 2.249‡ 0.325 <0.01 -
Range (cm) 0.60±0.76 0.52±0.56 0.34±0.12 1.669‡ 0.434 0.01 -
Mean velocity (cm/sec) 1.39±0.72 1.74±1.2 1.27±0.41 1.944‡ 0.378 <0.01 -

Values are presented as mean±standard deviation.

LAS: lateral ankle sprain, CAI: chronic ankle instability.

†Effect size was calculated as eta square for Kruskal-Wallis H (η2H) and as partial eta square (η2p) for one-way analysis of variance (ANOVA). ‡Statistical values were presented as H through Kruskal-Wallis H. §Statistical values were presented as F through one-way ANOVA.

Table 4
Results of center of pressure (COP) value for posteromedial direction of Star Excursion Balance Test
Variable LAS copers Patients with CAI Controls Kruskal-Wallis H p-value Effect size† Post-hoc analysis
Mediolateral COP
Standard deviation (cm) 0.17±0.05 0.22±0.06 0.18±0.05 6.292 0.043* 0.08 Copers<CAI*
Range (cm) 0.76±0.24 1.05±0.41 0.82±0.29 6.342 0.042* 0.08 Copers<CAI*
Mean velocity (cm/sec) 2.44±1.13 2.38±1.06 2.01±0.77 2.227 0.328 <0.01 -
Anteroposterior COP
Standard deviation (cm) 0.11±0.02 0.12±0.08 0.10±0.02 1.952 0.377 <0.01 -
Range (cm) 0.45±0.12 0.51±0.41 0.38±0.08 5.495 0.064 0.06 -
Mean velocity (cm/sec) 1.72±0.72 2.04±1.49 1.41±0.58 2.414 0.299 0.01 -

Values are presented as mean±standard deviation.

LAS: lateral ankle sprain, CAI: chronic ankle instability.

†Effect size was calculated as eta square for Kruskal-Wallis H (η2H).

*p<0.05.

Table 5
Results of center of pressure (COP) value for posterolateral direction of Star Excursion Balance Test
Variable LAS copers Patients with CAI Controls F/H p-value Effect size† Post-hoc analysis
Mediolateral COP
Standard deviation (cm) 0.17±0.07 0.19±0.07 0.15±0.05 3.684‡ 0.159 0.03 -
Range (cm) 0.92±0.73 0.90±0.42 0.69±0.24 4.222‡ 0.121 0.04 -
Mean velocity (cm/sec) 2.55±1.14 2.51±0.82 2.48±0.88 0.026§ 0.975 <0.01 -
Anteroposterior COP
Standard deviation (cm) 0.11±0.04 0.15±0.12 0.11±0.03 0.744‡ 0.689 0.02 -
Range (cm) 0.58±0.49 0.76±1.15 0.49±0.33 0.167‡ 0.920 0.03 -
Mean velocity (cm/sec) 1.73±0.72 1.81±0.73 1.93±0.80 0.368§ 0.693 0.01 -

Values are presented as mean±standard deviation.

LAS: lateral ankle sprain, CAI: chronic ankle instability.

†Effect size was calculated as eta square for Kruskal-Wallis H (η2H) and as partial eta square (η2p) for one-way analysis of variance (ANOVA). ‡Statistical values were presented as H through Kruskal-Wallis H. §Statistical values were presented as F through one-way ANOVA.

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