Biomechanical assessment of Functional Landing Tests for ACL injury : gender differences

Introduction. Non-contact injuries of the anterior cruciate ligament (ACL) are one of the most common injuries that can occur in team sports. Cutting, landing, and pivoting are typical maneuvers in which these injuries occur, inducing unusually high loads on the joint when executed with extended hip and knee and valgus knee. Women are demonstrated to have higher injury rates than men due to anatomical, neuromuscular and hormonal factors. Clinicians developed a series of “Functional Tests” to assess lower limb kinematic variables associated with ACL injuries, to be employed in injury prevention, rehabilitation and training programs. Landing tasks have been considered a great evaluation tool, but the lack of their standardization makes it difficult to compare results. The purpose of this study is to assess gender differences in lower limb kinematics when executing multi-planar landing tasks. Materials and Methods. 20 males and 20 females (22.0 ± 2.1 years old) performed single-leg drop landing tests followed by a subsequent jump in one of four directions (vertical, lateral, forward, medial). Hip and knee joint angles were collected with a motion capture system and analyzed using Visual3D. The statistical analysis of the variables recorded at ground contact and in the following 100 ms was performed with the Two-Way ANOVA, with gender and test as factors. Results. Women exhibited significantly less hip flexion and knee external rotation, and higher knee abduction at ground contact. Women had increased peak hip adduction and knee abduction, but less peak hip flexion and knee flexion than men. Between-test comparisons showed that the execution of the lateral second jump generated the highest peak hip adduction with respect to the other tests, while the medial jump the lowest. The central second jump induced higher peak hip adduction than the medial jump combined with the lowest peak knee flexion. Discussion. The assessment of the proposed Functional Tests highlighted significant differences in male and female lower limb kinematics, showing how women executed a “stiffer” landing, with adducted hip and abducted knee, considered primary ACL injury risk factors. The between-tests comparison showed that the drop jump followed by the central jump induced a high hip adduction and the lowest knee flexion, this may imply a higher stress on the knee during the execution. The new elements introduced with these combined tasks may assist in developing a standardization of landing functional tests that clinicians can use in the evaluation of lower limbs biomechanics.

Introduzione. Gli infortuni da non contatto al legamento crociato anteriore (LCA) sono tra i più comuni negli sport di squadra. Cambi di direzione e atterraggi sono tipici gesti che possono causare questi infortuni, in quanto sottopongono l’articolazione a sovraccarichi inusuali quando sono eseguiti con anca e ginocchio estesi e ginocchio valgo. È dimostrato come le donne abbiano tassi di infortunio più alti degli uomini a causa di fattori anatomici, neuromuscolari e ormonali. Professionisti del settore hanno sviluppato una serie di “Test Funzionali” per valutare variabili biomeccaniche degli arti inferiori associate ad infortuni del LCA, per poi utilizzarli in programmi di prevenzione, riabilitazione e allenamento. I test che comprendono atterraggi sono considerati un ottimo strumento di valutazione, ma la mancanza di una loro standardizzazione rende difficile il confronto tra i risultati. Lo scopo di questo studio è quello di valutare le differenze tra sessi nella cinematica degli arti inferiori durante l’esecuzione di atterraggi multi-planari. Materiali e Metodi. 20 maschi e 20 femmine (età 22.0 ± 2.1 anni) hanno eseguito atterraggi monopodalici seguiti da un secondo salto in una di quattro direzioni (verticale, laterale, centrale e mediale). Tramite un sistema di analisi del movimento sono stati raccolti dati sulla cinematica di anca e ginocchio, poi analizzati in Visual3D. L’analisi statistica delle variabili al contatto con il terreno e nei successivi 100 ms è stata eseguita con un test ANOVA a due vie, con sesso e test come fattori. Risultati. Le donne avevano significativamente meno flessione dell’anca e rotazione esterna del ginocchio, ma più abduzione del ginocchio al contatto con il terreno. Avevano inoltre valori di picco di adduzione dell’anca e abduzione del ginocchio maggiori, ma minore flessione di anca e ginocchio. I confronti tra test hanno mostrato che l’esecuzione del secondo salto laterale generava il picco maggiore di adduzione dell’anca, mentre il mediale il minore. Il secondo salto centrale induceva un picco più alto di adduzione dell’anca rispetto al mediale, unito al picco più basso di flessione del ginocchio. Discussione. I test proposti hanno sottolineato differenze significative nella cinematica degli arti inferiori di uomini e donne, mostrando come le seconde eseguano atterraggi più “rigidi” con anca addotta e ginocchio valgo, considerati fattori di rischio per infortuni al LCA. Confronti tra test hanno mostrato che il salto centrale induceva elevata adduzione dell’anca e la minore flessione del ginocchio, ciò potrebbe indicare carichi più alti sul ginocchio. I nuovi elementi introdotti potrebbero aiutare nello sviluppo di una standardizzazione dei test con atterraggi, utilizzati da professionisti per la valutazione della biomeccanica degli arti inferiori.