Πρόβλεψη τραυματισμών στην άρθρωση του γόνατος μέσω μοντελοποίησης δυναμικών συστημάτων

Abstract

Introduction: Although numerous studies have been conducted on knee injury prevention, the overall effectiveness of significantly reducing the incidence of such injuries is limited. To enhance the analysis of injury causation factors, the implementation of systems thinking and system dynamics methods is recommended as more efficacious and effective approaches. Purpose: This doctoral research investigates the complex interrelationships among risk factors associated with knee injuries through the application of systems thinking and system dynamics methods. The objective is to enhance the strategies for preventing Anterior Cruciate Ligament (ACL) injury. Methods: This is achieved through a series of structured workshops informed by the systems thinking methodology known as Group Modeling Building. The model was developed through the collaboration of experts and stakeholders along with the collection of data on the theoretical nonlinear interrelationships among risk factors. Subsequently, a quantitative study encompassing analyses of endogenous risk factor data obtained from 91 professional and semi-professional football players was conducted. The data were collected through measurements performed at the sports facilities of the respective teams. The initial section of this analysis involves evaluating the assessment protocol with respect to its efficacy in categorizing athletes into high- and low-risk groups, as well as the quality of information it yields. This segment employs statistical techniques such as Discriminant Analysis and Exploratory Factor Analysis. The subsequent section investigates the linear and nonlinear interactions of risk factors and their impact on landing biomechanics. In this phase, Partial Least Squares Structural Equation Modeling (PLS-SEM) methodology is utilized. Results: The CLD model for ACL injury elucidated a series of intriguing nonlinear interrelationships between ACL risk and various intrinsic and extrinsic risk factors. Specifically, the interaction between institutional, psychological, neurocognitive, and neuromuscular factors, along with misalignment and injury history, appears to influence neuromuscular control. This, in turn, may alter the landing biomechanics, thereby predisposing the ACL to injury. According to the proposed CLD model, the risk of injury may be exacerbated if certain environmental and anatomical factors affect the shear forces exerted on the ACL. Additionally, analyses of the evaluation protocol underscored the significance of incorporating measures of core stability and landing biomechanics to identify athletes at an elevated risk for ACL injury. The PLS-SEM findings further revealed that the endurance of the core muscles, particularly the back muscles, along with the activation ratio of the thigh muscles, were the most influential factors affecting the vertical ground reaction force and balancing ability during single-leg landing from a jump.

Εισαγωγή: Παρά τον μεγάλο αριθμό των μελετών στον τομέα της πρόληψης των τραυματισμών στο γόνατο φαίνεται ότι η αποτελεσματικότητα ως προς τη μείωση στη συχνότητα των τραυματισμών δεν είναι ιδιαίτερα σημαντική. Ως μια πιο αποτελεσματική προσέγγιση στο θέμα της ανάλυσης των παραγόντων που προκαλούν τους τραυματισμούς προτείνεται η χρήση της συστημικής σκέψης και των δυναμικών συστημάτων. Σκοπός: O σκοπός της παρούσας διδακτορικής έρευνας είναι να αναλύσει τις δυναμικές σχέσεις των παραγόντων κινδύνου για τους τραυματισμούς τους γόνατος μέσω της μεθοδολογίας μοντελοποίησης δυναμικών συστημάτων για την αποτελεσματική πρόβλεψη και πιθανή πρόληψη των τραυματισμών του Προσθίου Χιαστού Συνδέσμου (ΠΧΣ). Μεθοδολογία: Το πρώτο μέρος περιλαμβάνει ποιοτική μελέτη που σκοπό έχει την ανάπτυξη ενός Causal Loop Diagram (CLD) μοντέλου για την ιχνογράφηση των παραγόντων κινδύνου για τραυματισμό του ΠΧΣ ενσωματώνοντας μια σειρά από εργαστηριακές ασκήσεις καθηγούμενες από τη μεθοδολογία συστημικής σκέψης Group Modeling Building. Το μοντέλο έχει αναπτυχθεί με την συμμετοχή ειδικών στο θέμα και ενδιαφερόμενων μερών, και τη συλλογή πληροφορίων σχετικά με τις θεωρητικές μη γραμμικές αλληλοσυσχετίσεις μεταξύ των παραγόντων κινδύνου. Στο επόμενο στάδιο υλοποιείται η ποσοτική μελέτη που περιλαμβάνει αναλύσεις δεδομένων ενδογενών παραγόντων κινδύνου από 91 επαγγελματίες και ημιεπαγγελματίες ποδοσφαιριστές που συλλέχθηκαν από μετρήσεις που πραγματοποιήθηκαν στις αθλητικές εγκαταστάσεις τον ομάδων. Στο πρώτο μέρος αυτής της ανάλυσης περιλαμβάνεται η εξέταση του πρωτοκόλλου αξιολόγησης ως προς την ικανότητα του να διαχωρίζει τους αθλητές σε υψηλού και χαμηλού κινδύνου και ως προς τις πληροφορίες που παρέχει. Σε αυτό το μέρος χρησιμοποιήθηκαν οι στατιστικές μέθοδοι Discriminant Analysis και Exploratory Factor Analysis. Στο δεύτερο μέρος, εξετάστηκαν οι γραμμικές και μη γραμμικές αλληλεπιδράσεις των παραγόντων κινδύνου και επιδράσεις τους στην εμβιομηχανική της προσγείωσης. Σε αυτό το στάδιο, χρησιμοποιήθηκε η μεθοδολογία Partial Least Squares Structural Equation Modeling (PLS-SEM). Αποτελέσματα. Το CLD μοντέλο για τον τραυματισμό του ΠΧΣ αποκάλυψε μια σειρά από ενδιαφέρουσες μη γραμμικές αλληλοσυσχετίσεις μεταξύ του κινδύνου του ΠΧΣ και ένα αριθμό από παράγοντες κινδύνου, τόσο ενδογενείς όσο και εξωγενείς. Πιο συγκεκριμένα, η αλληλεπίδραση μεταξύ κοινωνικοοικονομικών, ψυχολογικών, νευρογνωστικών, νευρομυϊκών παραγόντων, καθώς και, παραγόντων δυσευθυγράμμισης και του ιστορικού τραυματισμού φαίνεται να επηρεάζει τον νευρομυϊκό έλεγχο, ο οποίος στη συνέχεια μπορεί να μεταβάλλει την εμβιομηχανική της προσγείωσης, προδιαθέτοντας τον ΠΧΣ σε τραυματισμό. Επιπλέον, σύμφωνα με το προτεινόμενο μοντέλο CLD, ο κίνδυνος τραυματισμού μπορεί να αυξηθεί περαιτέρω εάν συγκεκριμένοι περιβαλλοντικοί και ανατομικοί παράγοντες επηρεάζουν τις διατμητικές δυνάμεις που επιβάλλονται στον ΠΧΣ. Επιπλέον, οι αναλύσεις του πρωτοκόλλου αξιολόγησης ανέδειξαν την σημαντικότητα ένταξης μετρήσεων που αφορούν τη σταθερότητα του κορμού και της εμβιομηχανικής της προσγείωσης για τον εντοπισμό αθλητών υψηλού κινδύνου για τραυματισμό του ΠΧΣ. Τέλος, τα ευρήματα του PLS-SEM έδειξαν ότι η αντοχή των μυών του κορμού και ιδιαίτερα των ραχιαίων μυών καθώς και ο λόγος ενεργοποίησης των μυών του μηρού ήταν οι πιο επιδραστικοί παράγοντες στην κατακόρυφη δύναμη αντίδρασης και στην ισορροπιστική ικανότητα κατά την μονοποδική προσγείωση από άλμα.