연구 논문

신경근 전기 자극 프라이밍이 배구 스파이크 수행 능력 및 3차원 운동학에 미치는 급성 효과

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DOI:

10.3791/72492

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2026년 9월 3일

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1Physical Education College, Jimei University, 2Xiamen Yixue Sports and Technology Co., Ltd, 3Taicang Experimental Senior High School, 4College of P.E and Sports, Beijing Normal University, 5Physical Education Department, Xiangtan University, 6Physical Education College, Zhengzhou University of Industrial Technology

* These authors contributed equally

이 논문에서

요약

본 연구는 남자 대학 배구 선수들을 대상으로 신경근 전기 자극(NMES) 프라이밍이 배구 스파이크 성능과 3차원 운동학에 미치는 급성 영향을 조사하였습니다. 시간 일치 대조군과 비교했을 때, NMES 컨디셔닝 그룹은 더 높은 공 속도를 보였으며, 하체 관절 각도, 분절 속도 및 어깨-골반 분리 각도에서 단계별 유의미한 차이를 나타냈습니다.

초록

배구 스파이킹은 상지, 몸통 및 하지 전반에 걸쳐 조정된 힘의 생성과 전달이 필요한 복잡한 폭발적 기술입니다. 신경근 전기 자극(NMES)은 신경근 활성화를 강화하기 위한 사전 조건화 전략으로 제안되어 왔으나, 단계별 배구 스파이크 운동학에 미치는 급성 효과는 여전히 불분명합니다. 본 연구에서는 남자 대학 배구 선수들을 대상으로 NMES 프라이밍이 스파이크 성능과 3차원 운동학에 미치는 급성 효과를 조사하였습니다. 30명의 참가자를 NMES 조건화 그룹(n = 15) 또는 대조군(n = 15)에 무작위로 배정하였습니다. 모든 참가자는 기초 스파이크 평가를 완료하였으며, 72시간 후에 두 번째 평가를 받았습니다. 두 번째 평가 직전에 NMES 그룹은 삼각근, 상완이두근, 상완삼두근을 포함한 상지 근육, 코어 근육으로서의 외복사근, 그리고 하지 근육으로서의 외측광근에 30분간 자극을 받았습니다. 대조군은 NMES 없이 동일한 시간 간격의 평가를 완료하였습니다. 3차원 운동학 데이터는 동기화된 4대의 카메라 3차원 동작 분석 시스템을 사용하여 수집되었습니다. 주 분석에서는 두 번째 평가 시 그룹 간의 성능 및 운동학적 변수를 비교하였습니다. 대조군과 비교하여 NMES 그룹은 더 높은 공 속도, 양발 접지 시 더 작은 무릎 및 발목 각도, 양발 도약 시 더 큰 고관절, 무릎 및 발목 각도, 그리고 더 높은 허벅지, 종아리 및 발 분절 속도를 나타냈습니다. 또한 NMES 그룹은 양발 도약 및 공 접촉 시 더 작은 어깨-골반 분리 각도를 보였습니다. 이러한 결과는 상지, 코어 및 하지 근육에 적용된 급성 NMES 프라이밍이 배구 스파이킹 중 단계별 관절 구성, 하지 분절 속도 및 공 속도에 영향을 미칠 수 있음을 시사합니다. 따라서 NMES는 경기 전 신경근 활성화 전략으로서 잠재력을 가질 수 있으나, 은폐된 할당, 맹검 평가 및 직접적인 그룹-시간 분석을 이용한 추가 연구가 필요합니다.

서론

배구는 폭발적인 힘과 협응력에 크게 의존하는 경쟁 스포츠이며, 스파이크는 득점을 위한 가장 중요한 수단 중 하나입니다1. 이 기술적 동작은 선수의 근출력 능력, 동작 타이밍 조절 및 신경근 조절 능력에 높은 요구치를 부여합니다2. 성공적인 스파이크는 도움닫기, 도약, 공중 타격의 세 가지 주요 단계로 구성됩니다. 이러한 단계 전반에서의 효과적인 수행은 협응된 힘의 생성과 운동 사슬의 각 분절을 통한 효율적인 에너지 전달에 달려 있습니다3. 이전 연구들에 따르면 고관절-슬관절-족관절의 삼중 신전, 몸통 안정성, 그리고 공을 치는 순간의 상지 관절 각도와 속도가 모두 스파이크 수행 능력에 영향을 미치는 중요한 요인임이 밝혀졌습니다4.

경기 및 고강도 훈련 중에 운동선수들은 종종 불충분한 신경 드라이브와 부족한 움직임 사전 활성화로 인해 어려움을 겪으며, 이는 운동 사슬의 협응력 저하와 근력 감소로 이어져 전반적인 운동 성능에 영향을 미칩니다5. NMES는 이를 해결하는 비침습적 신경 활성화 기술로, 최근 몇 년 동안 스포츠 과학 분야에서 상당한 주목을 받아왔습니다6. 연구에 따르면 NMES는 외부 전류를 통해 표적 근육군을 자극하고, 척수 운동 뉴런의 흥분성과 속근 섬유의 동원 효율을 높여 근력 출력과 운동 제어 성능을 향상시킬 수 있습니다7,8. NMES가 재활 및 근력 강화와 같은 장기적인 훈련 전략에 널리 사용되어 왔으나, 경쟁 스포츠 현장에서의 단발성 즉각 적용에 대해서는 충분히 검증되지 않았습니다9. 배구와 같은 스포츠는 정확한 타이밍과 통합된 움직임에 크게 의존함에도 불구하고, 운동학적 지표를 기반으로 스파이크의 3단계(어프로치, 도약, 공중 타격)에 미치는 NMES의 영향에 대한 경험적 연구 조사는 드문 실정입니다10. 배구 스파이크 점프는 빠른 신장-단축 주기(stretch–shortening cycle)가 특징입니다. 최종 어프로치 및 양발 접지 단계에서 고관절, 슬관절, 족관절이 굴곡됨에 따라 하지 근육은 편심성 부하를 받게 됩니다. 이어 도약 시에는 신속한 동심성 수축과 협응된 3중 신전이 즉각적으로 일어납니다. 이러한 편심성 및 동심성 작용 사이의 효율적인 전환은 스파이크 시 수직 충격량 생성과 도약 성능에 기여합니다.

스포츠 분야의 이전 NMES 연구들은 주로 재활, 단일 근육 강화 또는 일반적인 신경근 성능에 초점을 맞추어 왔으며, 복잡한 스포츠 특화 기술에 대한 즉각적인 적용 효과는 아직 명확하게 밝혀지지 않았습니다. 또한, 기존의 배구 생체역학 연구들은 다부위 NMES 컨디셔닝의 급성 효과를 직접적으로 조사하지 않은 채 주로 스파이크 기술, 관절 운동 또는 팔 스윙 패턴을 특성화해 왔습니다. 따라서 본 연구에서는 상지, 코어 및 하지 근육에 적용된 단일 NMES 세션이 배구 스파이크 성능 및 단계별 3차원 운동학적 차이와 관련이 있는지 조사하였습니다. 본 연구의 방법론적 기여는 무작위 및 시간 매칭 대조 설계 내에서 도움닫기, 양발 접지, 도약 및 공중 볼 접촉 이벤트 전반에 걸친 신체 분절 운동과 공 속도의 동기화된 분석에 있습니다. 이러한 접근 방식은 급성 신경근 컨디셔닝 중재를 전체 스파이크 시퀀스의 움직임 특성과 연결함으로써 기존의 배구 운동학적 분석을 확장합니다.

프로토콜

참가자 및 선정 기준

본 연구 프로토콜은 지메이 대학교(Jimei University) 학술윤리위원회의 승인을 받았으며(승인 번호 JD02RS02406), 헬싱키 선언을 준수하여 수행되었습니다. 등록 전 모든 참여자는 연구 목적, 실험 절차, 잠재적 위험 및 불이익 없이 언제든지 연구에서 철회할 수 있는 권리에 대해 상세한 설명을 들었습니다. 연구 관련 모든 절차를 수행하기 전, 모든 참여자로부터 서면 동의서를 받았습니다. 일반 대학교의 선택 배구 강좌 공고를 통해 배구 훈련 경험이 있는 건강한 남성 대학생 30명을 모집하였습니다. 잠재적 참여자들은 등록 전 건강 및 부상 이력 설문지를 작성하였습니다. 참여 자격 기준은 다음과 같습니다: (1) 남성 대학생일 것; (2) 정식 배구 훈련을 이수했을 것; (3) 배구 스파이크 기술에 있어 안정적인 숙련도를 보일 것; (4) 이전의 경기 또는 조직적인 배구 경험이 있을 것; (5) 테스트 절차를 안전하게 완료할 수 있을 것. 스파이크 수행에 영향을 줄 수 있는 현재의 근골격계 통증이나 부상이 있는 경우, 최근 상지, 하지 또는 몸통과 관련된 수술 이력이 있는 경우, 신경계 또는 심혈관계 질환이 있는 경우, 또는 NMES의 금기 사항이 있는 경우는 참여 대상에서 제외되었습니다. 참여자의 평균 연령, 신장 및 체중은 각각 20.2 ± 1.15세, 182.1 ± 3.17 cm, 70.6 ± 8.34 kg였습니다. 제조사 및 모델 또는 카탈로그 번호를 포함하여 본 연구에 사용된 장비와 재료의 상세 내용은 재료 표(Table of Materials)에 제공되어 있습니다.

무작위 배정, 할당 은폐 및 눈가림

기초 평가를 마친 후, 선정 기준을 충족한 참가자들을 단순 제비뽑기 방식으로 NMES 컨디셔닝 그룹 또는 대조군에 1:1 비율로 무작위 배정하였다. “NMES”라고 표시된 카드 15장과 “Control”이라고 표시된 카드 15장, 총 30장의 동일한 접이식 카드를 불투명한 용기에 넣고 참가자들이 개별적으로 뽑게 하였다. 카드를 뽑는 즉시 그룹 표시가 드러났기 때문에 공식적인 배정 은폐 절차는 사용되지 않았다. NMES 중재는 쉽게 식별 가능하므로, 참가자와 중재를 실시하는 인력은 그룹 배정을 맹검 처리할 수 없었다. 모션 캡처, 마커 추적 및 결과 평가를 담당한 평가자들 또한 중재 조건에 대해 맹검 처리되지 않았다. 배정 은폐와 평가자 맹검의 부재는 방법론적 한계로 인정되었다. 참가자들은 NMES 컨디셔닝 그룹(n = 15) 또는 대조군(n = 15)에 배정되었다. 독립 표본 t-검정 결과, 기초 시점의 연령, 신장, 체중 또는 체질량 지수에서 그룹 간 유의미한 차이가 나타나지 않았다(모두 p > 0.05).

실험 설계

본 연구는 무작위, 평행 집단, 2회 평가 대조 설계로 진행되었습니다. 모든 참가자는 기저선 스파이크 평가를 완료했으며, 72시간 후 두 번째 평가를 받았습니다. 72시간의 간격 동안 참가자들은 조직적인 훈련, 격렬한 운동 및 기타 고강도 신체 활동을 피하도록 안내받았습니다. 두 번째 평가 직전에 NMES 컨디셔닝 그룹의 참가자들은 30분간 NMES 중재를 받았습니다. 대조군 참가자들은 NMES 중재를 받지 않았으며 동일하게 시간을 맞춘 두 번째 평가를 완료했습니다. Table 1에 보고된 값들은 두 번째 평가 중에 얻은 결과입니다. 따라서 NMES 그룹의 값은 NMES 직후에 얻은 측정값을 나타내며, 대조군 값은 NMES 없이 두 번째 평가 중에 얻은 측정값을 나타냅니다. Table 1에는 기저선 값이나 전후 변화 점수가 제시되지 않았습니다.

실험 설정 및 장비

테스트는 실내 배구 코트에서 수행되었다. 사용된 장비로는 동기화된 LED 신호등, 3차원 동작 분석 시스템, 2.0 m x 1.5 m x 2.0 m 크기의 3차원 보정 프레임(그림 1A), 고속 카메라 4대, 주파수 변조 펄스 치료기 5대(그림 1B), 그리고 표준 배구공이 포함되었다. 카메라 4대는 4번 포지션의 공격 구역 인근에 설정된 보정 캡처 볼륨 주변에 배치되었다. 비디오는 1920 x 1080 픽셀의 해상도, 180 Hz의 샘플링 주파수, 1/1000 s의 셔터 속도로 기록되었다. 글로벌 x축은 좌우 방향을, y축은 스파이크 접근 방향을, z축은 수직 방향을 나타냈다. 테스트 전, 참가자들은 가벼운 러닝, 하체 및 상체 동적 스트레칭, 2인 1조 패스, 세팅, 수비 동작, 그리고 최대 하위 수준의 스파이크 연습으로 구성된 20분간의 표준 웜업을 완료했다.

전략 분석을 위한 번호가 매겨진 포지션(A)과 선수 이동 다이어그램(B)이 포함된 배구 코트 설정.
그림 1: 배구 스파이크 테스트를 위한 실험 설정. (A) 3차원 캘리브레이션 프레임(2.0 m × 1.5 m × 2.0 m). (B) 3차원 동작 분석을 위한 4대의 카메라 배치. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

스파이크 실험의 표준화

표시된 시작 지점을 4번 포지션의 도약 구역 뒤로 3 m 지점에 설정하였다. 두 번의 평가 동안 동일한 숙련된 세터가 모든 세트를 수행하며 3번 포지션에 위치하였다. 세터는 각 참가자가 동일한 어프로치와 스파이크 기술을 사용할 수 있도록 네트 위 일정한 높이와 위치로 공을 전달하도록 지시받았다. 상대방 코트에는 3 m x 3 m 크기의 표적 구역을 표시하였다. 유효한 시도는 다음과 같은 경우로 정의하였다: (1) 참가자가 표시된 시작 지점에서 출발하였을 때; (2) 규정된 어프로치, 양발 도약 및 공중 타격 시퀀스가 완료되었을 때; (3) 공을 정확하게 타격하였을 때; (4) 공이 미리 정의된 표적 구역 내에 착지하였을 때; (5) 해당 분석 기간 동안 해부학적 마커와 공 마커가 계속 보였을 때. 각 참가자는 두 번의 익숙해지기 위한 시도를 마친 후, 세 번의 유효한 시도를 얻을 때까지 기록 시도를 수행하였다. 시도 사이에는 60 s의 수동적 휴식 시간이 제공되었다.

세트가 부적절하거나, 참여자가 규정된 접근 방식을 변경했거나, 참여자가 공을 정확하게 타격하지 못했거나, 공이 미리 정의된 목표 구역 밖에 떨어졌거나, 마커의 가시성이 불충분한 경우 해당 시행은 무효로 간주되었습니다. 무효 처리된 시행은 제외되었으며, 3회의 유효한 시행이 기록될 때까지 반복되었습니다. 3회의 유효한 시행 중 가장 성적이 좋은 시행을 선택하여 운동학 및 성능 분석을 수행했습니다. 동일한 시행 선택 절차가 두 그룹과 두 번의 평가 모두에 적용되었습니다.

NMES 중재 및 자극 근육군

NMES 중재는 5대의 주파수 변조 펄스 치료기를 사용하여 30분 동안 실시되었습니다. NMES는 상지, 코어 및 하지 근육에 적용되었습니다. 자극된 상지 근육은 삼각근, 상완이두근 및 상완삼두근이었습니다. 자극된 코어 근육은 외복사근이었으며, 자극된 하지 근육은 외측광근이었습니다. 자가 점착형 전극을 해부학적 지표와 장치 제조업체의 지침에 따라 근복 위에 배치하였습니다. 자극 강도는 통증이나 참기 힘든 불편함 없이 근육 수축이 명확하게 보일 때까지 점진적으로 증가시켰습니다. 기록된 평균 출력값은 삼각근 35.73 W, 상완이두근 35.21 W, 상완삼두근 34.36 W, 외복사근 33.85 W, 외측광근 37.09 W였습니다. NMES 중재가 완료된 직후, 참가자들은 두 번째 스파이크 평가를 시작하였습니다. 대조군 참가자들은 전기 자극을 받지 않고 동일한 테스트 절차를 완료하였습니다.

자극 매개변수

주파수 변조 펄스 치료 장치는 모든 참가자에 대해 1000 Hz의 고정 펄스 주파수로 작동되었습니다. 자극 강도는 유일한 참가자별 출력 매개변수였으며, 통증이나 참기 힘든 불편함 없이 명확하게 보이는 근수축이 일어날 때까지 점진적으로 증가시켰습니다. 가용 연구 기록에는 펄스 파형, 펄스 폭, 듀티 사이클, 수축/휴식 주기 또는 램프업/램프다운 시간의 독립적인 설정값이 포함되어 있지 않았습니다. 이러한 매개변수들은 소급하여 회수할 수 없었으므로, 추정치 대신 이용 불가로 보고합니다.

NMES 금기 사항 및 안전 모니터링

등록 전, 연구진은 건강 이력 설문지와 구두 확인을 통해 참가자의 NMES 금기 사항을 스크리닝하였다. 이식형 전자 장치 또는 심박 조율기, 뇌전증, 임상적으로 진단된 심혈관 질환, 피부 감각 저하, 개방성 상처, 전극 부위의 피부 감염 또는 자극, 급성 근골격계 부상, 또는 전기 자극에 대한 이전의 이상 반응이 있는 참가자는 제외되었다. 전극 배치 전, 각 표적 근육 위의 피부에 상처, 자극, 감염 또는 기타 이상 징후가 있는지 점검하였다. 자극 도중 참가자들은 지속적으로 모니터링되었으며, 통증, 어지러움, 과도한 근육 경련, 피부 자극, 비정상적인 근육 수축 또는 기타 예상치 못한 증상이 나타나면 보고하도록 안내받았다. 과도한 불편함이 발생한 경우 자극 강도를 낮추었다. 참가자가 참기 힘든 통증, 어지러움, 지속적인 피부 자극, 비정상적인 근육 수축 또는 기타 잠재적으로 안전하지 않은 반응을 보인 경우 중재를 중단하였다. 모든 이상 반응과 이에 대해 연구진이 취한 조치는 기록되었다.

모션 캡처 및 캘리브레이션

각 테스트 세션 전, 2.0 m x 1.5 m x 2.0 m 크기의 3차원 캘리브레이션 프레임을 사용하여 측정 공간을 보정하였습니다. 모든 보정 지점은 최소 두 개의 카메라 뷰에서 확인 가능했습니다. 4대의 카메라는 모든 카메라 녹화 영상에서 식별 가능한 LED 신호를 사용하여 동기화하였습니다. 3차원 좌표는 3차원 동작 분석 소프트웨어와 직접 선형 변환(direct linear transformation) 절차를 통해 재구성되었습니다. 보정 품질은 캘리브레이션 프레임 제어 지점의 기지 좌표와 재구성된 좌표를 비교하여 평가하였습니다. 제곱평균제곱근(root-mean-square) 재구성 오차는 0.138 cm였습니다. 모든 필수 제어 지점이 명확하게 보이지 않거나 재구성 오차가 실험실 허용 기준을 초과하는 경우 보정을 반복하였습니다.

마커 배치 및 추적

각 참가자의 해부학적 지표에 21개의 반사 마커를 부착하였습니다. 마커 부착 위치는 머리 정수리, 좌우 귀, 좌우 견봉, 좌우 상전장골극, 좌우 요골두, 좌우 요골 경상돌기, 세 번째 손가락의 말절골, 좌우 경골 상단, 좌우 외과, 좌우 종골, 그리고 좌우 발의 말절골을 포함하였습니다. 배구공 표면에는 가벼운 반사 마커 하나를 추가로 단단히 부착하였습니다. 스파이크 동작 동안 마커가 고정되어 있는지 확인하기 위해 매 시도 전에 부착 상태를 점검하였습니다. 마커는 3차원 동작 분석 소프트웨어를 사용하여 수동으로 디지털화하고 프레임별로 추적하였습니다. 자동 궤적은 시각적으로 검토하였으며 필요한 경우 수동으로 수정하였습니다. 5프레임 이하의 연속적인 마커 결손은 3차 스플라인 보간법을 사용하여 재구성하였습니다. 결손 구간이 더 길거나 주요 이벤트에서 마커 데이터가 누락된 시행은 제외하고 다시 반복하였습니다.

이벤트 검출 및 기술적 단계 구분

동기화된 카메라 녹화 영상을 프레임 단위로 분석하여 네 가지 주요 이벤트를 식별하였습니다: (1) 초기 왼발 접지: 왼발이 바닥에 닿는 것이 눈에 보이게 나타난 첫 번째 프레임으로 정의함(그림 2A); (2) 양발 접지: 양발이 동시에 바닥에 닿아 있는 첫 번째 프레임으로 정의함(그림 2B); (3) 양발 도약: 양발이 바닥에서 완전히 떨어진 첫 번째 프레임으로 정의함(그림 2C); (4) 공 접촉: 타구하는 손이 공에 닿아 공이 움직이기 시작한 첫 번째 프레임으로 정의함(그림 2D). 도움닫기 단계는 초기 왼발 접지부터 양발 접지까지 이어졌습니다. 도약 단계는 양발 접지부터 양발 도약까지 이어졌습니다. 공중 타구 단계는 양발 도약부터 공 접촉까지 이어졌습니다11,12. 일관성을 유지하기 위해 모든 이벤트는 동일한 평가자가 식별하였습니다.

동작 분석 도표; 이동 경로를 보여주는 4개의 프레임; 운동학 연구, 생체역학 추적.
그림 2: 배구 스파이크의 주요 단계. (A) 왼쪽 발의 최초 접지. (B) 양발 접지. (C) 양발 도약. (D) 공 접촉. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

데이터 처리

본 연구에서 분석한 배구 스파이킹 기술의 운동학적 파라미터는 다음과 같습니다: 어깨-골반 분리각(그림 3A) [몸통 좌표계의 x축은 좌측 상전장골극과 우측 상전장골극을 연결하는 선으로 정의하고, y축은 상전장골극의 전방 방향으로 정의하며, z축은 두 상전장골극의 중점에서 종축상의 두 견봉 중점을 연결하는 선으로 정의함. 또한 우측 상전장골극에 대한 좌측 상전장골극의 로컬 벡터와 우측 견봉에 대한 좌측 견봉의 로컬 벡터가 형성하는 각을 좌표계의 xy 평면에 대해 회전시켜 산출함]; 어깨 관절각(그림 3B) [팔꿈치 관절, 어깨 관절, 고관절이 형성하는 각]; 팔꿈치 관절각(그림 3B) [어깨 관절, 팔꿈치 관절, 손목 관절이 형성하는 각]; 손목 관절각(그림 3B) [팔꿈치 관절, 손목 관절, 손가락 관절이 형성하는 각]; 고관절각(그림 3C) [어깨 관절, 고관절, 무릎 관절이 형성하는 각]; 무릎 관절각(그림 3C) [고관절, 무릎 관절, 발목 관절이 형성하는 각]; 발목 관절각(그림 3C) [무릎 관절, 발목 관절, 발가락이 형성하는 각]13,14,15,16,17,18,19. 허벅지, 종아리 및 발 분절 속도는 연속된 프레임 사이의 해당 분절 중심의 3차원 변위로부터 계산되었습니다. 선속도는 중앙 차분 수치 미분법을 사용하여 구하였으며 meters per second 단위로 표시하였습니다. 공 속도는 공 마커의 합산 3차원 변위를 1/180 s의 샘플링 간격으로 나누어 계산하였습니다. 최대 공 속도는 손과 공이 접촉한 후 첫 3프레임 동안 기록된 가장 높은 합산 속도로 정의하였으며 meters per second 단위로 표시하였습니다.

3D 관절 각도를 보여주는 운동학적 분석 도식: 어깨-고관절, 팔꿈치, 손목, 고관절, 무릎, 발목.
그림 3: 배구 스파이크의 운동학적 파라미터. (A) 어깨-고관절 분리 각도. (B) 어깨, 팔꿈치 및 손목 관절 각도. (C) 고관절, 무릎 및 발목 관절 각도. 여기를 클릭하여 이 그림의 확대 버전을 확인하십시오.

통계 분석

통계 분석은 SPSS를 사용하여 수행되었습니다. 연속 변수는 평균과 표준 편차로 표시하였습니다. 기저 시점의 그룹 간 연령, 신장, 체중 및 체질량 지수를 비교하기 위해 독립 표본 t-검정을 사용하였습니다. 일차 분석에서는 Mann–Whitney U 검정을 사용하여 NMES 컨디셔닝 그룹과 시간 매칭 대조 그룹 간의 2차 평가 운동학 및 수행 변수를 비교하였습니다. Mann–Whitney U 비교에 대해서는 표준화된 Z 통계량을 보고하였습니다. 효과 크기는 r = |Z|/√N으로 계산하였으며, 여기서 N은 각 비교의 총 표본 크기(N = 30)입니다. 값 0.10, 0.30 및 0.50은 각각 작은, 중간 및 큰 효과로 해석되었습니다. 평균 차이(NMES − 대조군)에 대한 95% 신뢰 구간은 보고된 평균, SD 및 표본 크기를 사용하여 Welch 방법을 통해 추정하였습니다. 운동학 및 수행 변수 간의 관계를 조사하기 위해 NMES 컨디셔닝 그룹의 2차 평가 데이터를 사용하여 피어슨 적률 상관 계수를 계산하였습니다. 상관 계수에 대한 95% 신뢰 구간은 Fisher의 z 변환을 사용하여 계산하였습니다. Benjamini–Hochberg 허위 발견율 보정은 각 이벤트군 내에서 개별적으로 적용되었습니다. 각 런업 이벤트군은 3개의 비교로 구성되었으며, 양측 도약 및 공 접촉 이벤트군은 각각 55개의 비교로 구성되었습니다. 통계적 유의 수준은 α = 0.05로 설정하였습니다(Table 2 및 Table 3).

결과

스파이크 성능 및 운동학적 파라미터의 그룹 간 차이

표 1은 2차 평가 시 배구 스파이크 성능 및 단계별 운동학적 파라미터의 집단 간 차이를 나타냅니다. 각 집단에는 15명의 참가자가 포함되었습니다. 공중 타격 단계 동안, 공 접촉 순간의 공 속도는 대조군보다 NMES 컨디셔닝 군에서 유의하게 더 높았습니다 (11.69 ± 2.14 vs. 9.95 ± 1.48 m/s; Z = −2.344, p = 0.019).

도약 단계의 초기 왼발 접지 시, 고관절 각도(139.31 ± 13.30° vs. 144.30 ± 14.28°; Z = −0.850, p = 0.395), 슬관절 각도(128.30 ± 20.94° vs. 141.40 ± 16.34°; Z = −1.846, p = 0.065) 또는 족관절 각도(83.20 ± 14.67° vs. 85.00 ± 20.52°; Z = −0.436, p = 0.663)에서 집단 간 유의미한 차이는 관찰되지 않았습니다.

도약 단계의 양발 접지 시, NMES 컨디셔닝 그룹은 대조군보다 유의하게 작은 무릎 각도를 나타냈습니다 (107.78 ± 13.38° vs. 117.59 ± 14.66°; Z = −2.095, p = 0.036). 발목 각도 또한 NMES 컨디셔닝 그룹에서 유의하게 더 작게 나타났습니다 (106.45 ± 14.50° vs. 118.91 ± 12.34°; Z = −2.510, p = 0.012). 고관절 각도에서는 그룹 간에 유의미한 차이가 발견되지 않았습니다 (130.15 ± 13.79° vs. 132.04 ± 11.52°; Z = −0.560, p = 0.575).

양측 이지 시, 어깨-골반 분리각은 대조군보다 NMES 컨디셔닝군에서 유의하게 작게 나타났습니다 (9.75 ± 6.65° vs. 17.98 ± 10.19°; Z = −2.121, p = 0.034). 또한 NMES 컨디셔닝군은 고관절 각도 (158.95 ± 6.57° vs. 153.09 ± 7.47°; Z = −2.033, p = 0.042), 무릎 각도 (172.15 ± 5.59° vs. 162.96 ± 24.43°; Z = −2.738, p = 0.006) 및 발목 각도 (149.32 ± 8.63° vs. 132.20 ± 24.43°; Z = −2.530, p = 0.011)에서 유의하게 더 큰 값을 보였습니다.

양측 이지 시 하지 분절 속도 또한 NMES 컨디셔닝 그룹에서 유의하게 더 높게 나타났다. 대퇴 속도는 NMES 컨디셔닝 그룹에서 4.01 ± 0.41 m/s, 대조군에서 3.70 ± 0.32 m/s였다 (Z = −2.385, p = 0.017). 종아리 속도는 각각 3.93 ± 0.50 m/s 및 3.51 ± 0.43 m/s였으며 (Z = −2.344, p = 0.019), 발 속도는 각각 3.91 ± 0.83 m/s 및 3.26 ± 0.98 m/s였다 (Z = −2.344, p = 0.019).

양측 이륙 시 어깨 각도(99.42 ± 21.85° vs. 101.02 ± 23.87°; Z = −0.306, p = 0.760), 팔꿈치 각도(72.54 ± 20.70° vs. 71.46 ± 18.14°; Z = −0.175, p = 0.861) 또는 손목 각도(145.44 ± 27.50° vs. 156.19 ± 14.40°; Z = −0.829, p = 0.407)에서 집단 간 유의미한 차이는 관찰되지 않았습니다.

공중 타격 단계의 볼 접촉 시, 어깨-골반 분리각은 대조군보다 NMES 컨디셔닝 그룹에서 유의하게 더 작았습니다(2.56 ± 4.01° vs. 7.49 ± 6.34°; Z = −2.421, p = 0.014).

볼 접촉 시 어깨 각도(141.04 ± 16.85° vs. 138.54 ± 13.55°; Z = −0.786, p = 0.432), 팔꿈치 각도(149.22 ± 9.00° vs. 141.75 ± 10.56°; Z = −1.615, p = 0.106), 손목 각도(154.23 ± 19.27° vs. 155.69 ± 8.97°; Z = −0.567, p = 0.570), 고관절 각도(156.16 ± 9.67° vs. 159.69 ± 11.54°; Z = −1.099, p = 0.272), 무릎 각도(156.15 ± 17.41° vs. 157.69 ± 17.53°; Z = −0.187, p = 0.852) 또는 발목 각도(120.22 ± 32.46° vs. 132.09 ± 12.62°; Z = −0.477, p = 0.633)에서 그룹 간 유의미한 차이는 관찰되지 않았다.

마찬가지로, 공과 접촉하는 시점의 허벅지 속도(1.55 ± 0.48 vs. 1.57 ± 0.33 m/s; Z = −0.820, p = 0.412), 종아리 속도(2.52 ± 0.76 vs. 2.32 ± 0.82 m/s; Z = −0.850, p = 0.395), 또는 발 속도(3.10 ± 1.28 vs. 2.58 ± 1.35 m/s; Z = −1.182, p = 0.237)에서도 그룹 간의 유의미한 차이는 발견되지 않았습니다.

전반적으로, 대조군과 비교하여 NMES 컨디셔닝 그룹은 더 빠른 공 속도, 양발 접지 시 더 작은 무릎 및 발목 각도, 양발 이지 시 더 큰 하지 관절 각도 및 분절 속도, 그리고 양발 이지 및 공 접촉 시 모두 더 작은 어깨-골반 분리 각도를 나타냈습니다.

표 1: 2차 평가 시의 수행 능력 및 단계별 운동학적 변수. 값은 평균 ± SD로 표시됨. 관절 및 어깨-엉덩이 분리 각도는 도(°)로, 공 및 분절 속도는 초당 미터(m/s)로 보고됨. 95% CI는 평균 차이(NMES − 대조군)를 나타냄. 약어: CI = 신뢰 구간; NMES = 신경근 전기 자극; SD = 표준 편차. 이 그림의 확대 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

런업 단계 동안의 상관관계

분석 결과, 접근 단계에서 왼발이 지면에 닿았을 때 고관절 각도와 족관절 각도 사이에 유의미한 부적 상관관계가 나타났습니다 (r = −0.575, p = 0.025) (표 2).

결과에 따르면, 도움닫기 단계의 발 접지 순간에 무릎 관절 각도는 고관절 각도와 유의미한 양의 상관관계를 보였으며 (r = 0.590, p = 0.020), 무릎 관절 각도는 발목 관절 각도와 유의미한 양의 상관관계를 나타냈다 (r = 0.935, p < 0.001) (표 2).

표 2: 도움닫기 단계 중 하지 관절 각도 간의 상관관계. 효과 크기는 피어슨 적률 상관계수(r)로 나타내었다. 약어: CI = 신뢰 구간; FDR = 허위 발견율; NMES = 신경근 전기 자극. 이 표의 더 큰 버전을 보시려면 여기를 클릭하십시오.

양측 이륙 시의 상관관계

양발 도약 시, 공의 속도는 팔꿈치 각도와 유의미한 음의 상관관계를 보였으며(r = −0.516, p = 0.049), 어깨-골반 분리각과는 유의미한 양의 상관관계를 보였습니다(r = 0.619, p = 0.024). 무릎 각도는 발목 각도와 유의미한 양의 상관관계를 보였고(r = 0.613, p = 0.015), 발의 속도와는 유의미한 음의 상관관계를 보였습니다(r = −0.515, p = 0.049). 허벅지 속도는 팔꿈치 각도(r = −0.518, p = 0.048)와 손목 각도(r = −0.518, p = 0.048) 모두와 유의미한 음의 상관관계를 보였습니다. 종아리 속도는 발의 속도와 강한 양의 상관관계를 보였습니다(r = 0.854, p < 0.001). 또한, 팔꿈치 각도는 손목 각도와 유의미한 양의 상관관계를 보였습니다(r = 0.585, p = 0.022) (표 3).

공중 타격 단계의 볼 접촉 시, 힙 각도는 발 속도와 유의미한 양의 상관관계를 보였습니다(r = 0.571, p = 0.026). 발목 각도는 손목 각도와 유의미한 양의 상관관계를 보였으며(r = 0.575, p = 0.025), 어깨-힙 분리각과는 유의미한 음의 상관관계를 보였습니다(r = −0.539, p = 0.038). 허벅지 속도는 종아리 속도와 강한 양의 상관관계를 보였으며(r = 0.845, p < 0.001), 어깨 관절 각도와는 유의미한 양의 상관관계를 보였습니다(r = 0.567, p = 0.027).

종아리 속도는 발 속도 (r = 0.624, p = 0.013), 어깨 관절 각도 (r = 0.518, p = 0.048) 및 어깨-고관절 분리 각도 (r = 0.621, p = 0.014)와 유의미한 양의 상관관계를 보였다. 어깨 관절 각도는 팔꿈치 각도 (r = 0.597, p = 0.019)와 유의미한 양의 상관관계를 보인 반면, 팔꿈치 각도는 어깨-고관절 분리 각도 (r = 0.630, p = 0.012)와 유의미한 양의 상관관계를 보였다 (표 3).

표 3: 도약 및 볼 접촉 시 스파이크 성능과 운동학적 변수 간의 상관관계. 효과 크기는 피어슨 적률 상관계수(r)로 나타냈다. 관절 및 어깨-고관절 분리각은 도(°) 단위로, 볼 및 분절 속도는 초당 미터(m/s) 단위로 보고하였다. 약어: CI = 신뢰 구간; FDR = 허위 발견율; NMES = 신경근 전기 자극. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

데이터 가용성:

본 연구의 결과를 뒷받침하는 비식별화된 참가자 수준의 운동학 및 수행 데이터는 Zenodo 리포지토리(DOI: 10.5281/zenodo.21876465)에서 공개적으로 이용 가능합니다. 해당 데이터셋에는 본 논문에 보고된 통계 분석에 사용된, 사전 정의된 배구 스파이크 이벤트에서 선택된 최상의 성능을 보인 유효 시행의 개별 참가자 값들이 포함되어 있습니다.

토론

본 연구는 배구 선수의 스파이크 성능에 대한 단회 즉각적 NMES 중재의 급성 효과를 조사하였으며, 특히 도움닫기, 도약 및 공중 타격 단계에서의 운동학적 변화에 초점을 맞추었습니다. 연구 결과, 하지와 주요 코어 근육군에 NMES를 즉각적으로 적용했을 때 참가자들의 관절 각도, 이동 속도 및 공 속도가 유의미하게 향상된 것으로 나타났습니다. 이는 NMES가 신경근 협응력과 움직임 출력 효율을 즉각적으로 개선할 수 있으며, 스파이크와 같이 폭발적인 힘을 필요로 하는 기술적 스포츠 동작을 실질적으로 보조할 수 있음을 보여줍니다.

결과적으로, 양발이 지면에 닿는 순간 실험군의 무릎 및 발목 각도가 대조군보다 유의하게 작았음을 나타냈습니다. 이는 하지가 더 큰 굴곡 정도를 보였음을 의미하며, 이는 지면에서 떨어지기 전 탄성 에너지를 저장하는 데 유리하고 신장-단축 주기(SSC)20,21의 핵심 기전입니다. 선행 연구들은 NMES가 척수 운동 뉴런의 흥분성을 높이고 더 많은 속근 섬유를 동원할 수 있음을 보여주었으며, 이는 본 연구에서 관찰된 움직임 준비 자세의 개선을 더욱 뒷받침합니다22,23,24. 또한, 본 연구에서는 무릎 각도와 발목 각도 사이에 높은 양의 상관관계(r = 0.935, p < 0.001)가 있음을 발견했습니다. 이는 NMES가 관절 협응력을 향상시키며, 하지 운동 에너지 전달의 안정성과 효율성 및 운동 사슬의 협응 안정성 원리에 유리함을 반영합니다25,26. 따라서 NMES는 관절 타이밍과 근육군 간의 협응력을 개선함으로써 전반적인 움직임의 질을 향상시킵니다27.

도약 단계에서 실험군은 대조군보다 고관절, 슬관절 및 족관절의 신전 각도가 유의하게 더 컸으며, 허벅지, 종아리 및 발의 속도가 모두 향상되었습니다(p < 0.05). 이는 더 완전하고 강력한 삼중 신전(triple-extension) 패턴을 나타내며, 이는 강력한 수직 추진력의 기초가 됩니다28,29. 이에 대한 잠재적 이유는 NMES가 힘 발생률(RFD)을 증가시켜 대뇌 피질의 구동력과 시냅스의 효율성을 높이기 때문인 것으로 보입니다30,31. 또한 본 연구에서는 공의 속도가 팔꿈치 각도와 음의 상관관계를 보임을 관찰하였습니다(r = −0.516, p = 0.049). 이는 상지를 너무 빨리 굽히거나 팔을 휘두를 때 각도가 적절하지 않으면 운동 에너지 전달이 불완전해져 타격 효율에 영향을 줄 수 있음을 의미합니다32,33. 이러한 결과는 신체 분절의 힘 전달 타이밍과 타격 효율성 간의 관계에 대한 이전 연구들과 일치하며, NMES가 신경근 구동력과 타이밍 협응력을 강화함으로써 운동 성능을 최적화할 수 있음을 시사합니다34,35.

공중 타격 단계에서 실험군은 대조군보다 어깨-골반 분리 각도가 유의하게 작았습니다 (Z = −2.421, p = 0.014). 이는 비행 중 더 강력한 몸통 안정성과 코어 제어 능력을 반영하며, 이는 상지 운동 궤적을 안정화하고 운동 에너지 손실을 줄여 타격의 정확도와 효율성을 향상시키는 데 도움이 됩니다36,37. 또한, 실험군의 허벅지와 종아리 속도 (r = 0.845) 및 종아리와 발 속도 (r = 0.624) 사이의 유의한 상관관계는 운동 사슬 노드 간의 협응 동작이 실시간으로 최적화되었음을 입증합니다. 이러한 하향식 운동 에너지 전달 방식은 타격 동작에 있어 매우 중요합니다38,39. NMES가 고유 수용성 입력과 운동 패턴을 즉각적으로 촉진하는 것이 이 현상의 가능한 설명 기전입니다40.

본 연구 결과, 두 번째 평가에서 NMES 컨디셔닝 그룹은 대조군에 비해 양발 접지 시 더 높은 공 속도와 더 작은 무릎 및 발목 각도를 보였으며, 양발 이지 시 더 큰 고관절, 무릎, 발목 각도 및 더 높은 하지 분절 속도를 나타냈고, 양발 이지 및 공 접촉 시 더 작은 어깨-골반 분리 각도를 보였습니다. 이러한 결과는 상지, 코어 및 하지 근육에 적용된 급성 NMES 컨디셔닝이 배구 스파이크의 운동학적 특성과 공 속도의 단계별 차이와 관련이 있음을 시사합니다. 그러나 본 연구에서는 근육 활성도, 힘 생성, 부상 위험, 장기적인 훈련 적응 또는 실제 경기 성적을 직접 측정하지 않았습니다. 따라서 관찰된 운동학적 차이를 NMES가 부상을 예방하거나 전반적인 운동 및 경기 능력을 향상시킨다는 근거로 해석해서는 안 됩니다. 또한, 주요 분석이 두 번째 평가에서 두 그룹을 비교했으므로, 본 결과는 NMES로 인한 개별 참가자의 확정적인 개선보다는 그룹 간의 차이로 해석되어야 합니다. 향후 연구에서는 배구 특이적 수행 능력에 대한 NMES의 급성 및 장기적 효과를 명확히 하기 위해 근육 활성도 및 운동역학의 직접 측정, 은폐 할당, 눈가림 결과 평가, 더 큰 표본 크기 및 그룹-시간 상호작용 분석이 포함되어야 합니다. 따라서 본 결과는 훈련된 남성 대학 배구 선수들에게 특이적인 것으로 해석해야 하며, 추가적인 근거 없이 여성 선수나 경기 경험이 현저히 다른 선수들에게 일반화해서는 안 됩니다.

두 번째 평가에서 NMES 컨디셔닝 그룹은 대조군에 비해 더 높은 공 속도를 보였으며, 관절 각도, 어깨-골반 분리, 그리고 하지 분절 속도에서 단계별 차이를 나타냈습니다. 이러한 결과는 단 한 번의 30분 NMES 컨디셔닝 세션이 배구 스파이크의 운동학 및 공 속도의 급성 변화와 관련이 있을 수 있음을 시사합니다. 본 연구에서는 부상 예방, 장기적 적응 또는 광범위한 경기 성과 이점을 측정하지 않았으므로, 결과를 이러한 측면으로 일반화해서는 안 됩니다.

공개 사항

저자들은 이해관계의 충돌이 없음을 밝힙니다. 원고 수정 과정에서 영어 편집, 문법 교정, 명확성 및 가독성 향상을 돕기 위해 생성형 인공지능 도구인 ChatGPT (OpenAI)가 사용되었습니다. 해당 AI 도구는 연구 데이터의 생성, 조작 또는 해석, 통계 분석 수행, 연구 결과 도출, 또는 도표의 작성 및 수정에는 사용되지 않았습니다. AI의 도움을 받은 모든 텍스트는 저자들에 의해 비판적으로 검토, 검증 및 수정되었으며, 저자들은 최종 원고의 정확성, 무결성 및 내용에 대해 모든 책임을 집니다.

감사의 글

본 연구는 푸젠성 청년 및 중년 교사 교육 연구 프로젝트(과학 기술) 핵심 과제(No. JZ240034), 푸젠성 사회과학 재단(No. FJ2025T011), 지메이 대학교 박사 연구 시작 펀드(No. Q202440) 및 교육부 산학 협력 교육 프로젝트(No. 231104575130151)의 지원을 받아 수행되었습니다.

재료

이 논문에 사용된 재료 목록
이름회사카탈로그 번호댓글
주파수 변조 펄스 치료기연구 기록에 제조사 명시되지 않음중국 광저우ZN-566
고속 카메라Sony Corporation일본 도쿄PXW-FS7
SPSSIBM미국 뉴욕주 아몬크Version 27 for Windows
3차원 동작 분석 시스템Visol Inc.대한민국 광명Kwon3D

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