SDLE- Development of a system dynamics model for the prediction of acute noncontact lower extremity injuries in team sports

Abstract

Introduction: Recent theoretical studies have suggested adopting systems thinking methodologies to examine risk of injury. However, their application remains limited in the domain of sports injuries. Objectives: The purpose of this study is to apply systems-thinking methodologies to examine the complex interactions of risk factors leading to acute non-contact Lower Extremity (LE) and Hamstring (HS) injuries using qualitative and quantitative procedures. Methodology: In the qualitative stage, a series of in-depth discussions of the core modeling team and stakeholders based on structured group modeling building workshops, in combination with an extensive literature review, were conducted. The output of this stage was a detailed causal loop model illustrating the complexity of the risk factors leading to hamstring injury (HI-CLD). In the quantitative stage, data on internal risk factors from 99 professional and semi-professional football athletes were collected using a holistic field-based screening protocol. The data on injuries were collected during the competitive season. The risk factor interrelationships and their direct, indirect, and mediating effects on injury were evaluated using the Partial Least Square Structural Equation Modeling (PLS-SEM) method. Two PLS-SEMs were formulated separately for Hamstring Injuries (HIs) and the frequency of acute noncontact LE injuries. Results: The HI-CLD specifies the injury risk factor interrelationships, showing the possible nonlinear effects of various factors. PLS-SEM results indicate that years of age > 24 and increased HS strength asymmetries have a statistically significant association with HIs. Further, previous injuries and LE strength asymmetries have been shown to have a direct statistically significant association with acute non-contact LE injuries. Furthermore, HS and core endurance measures have shown significant indirect effects in both models. Moreover, previous injuries and age have shown a significant moderating effect on both the PLS-SEM models. Conclusions: The results provide information on the complex interactions of risk factors affecting the likelihood of injury occurrence. Therefore, the models developed in this thesis can be used to formulate effective injury prevention strategies.

Εισαγωγή: Πρόσφατες θεωρητικές μελέτες έχουν προτείνει την υιοθέτηση μεθοδολογιών συστημικής σκέψης για την εξέταση του κινδύνου τραυματισμού. Ωστόσο, η εφαρμογή παρόμοιων μεθοδολογικών προσεγγίσεων στον τομέα των αθλητικών τραυματισμών παραμένει περιορισμένη. Στόχοι: Σκοπός αυτής της μελέτης είναι να εφαρμόσει μεθοδολογίες συστημικής σκέψης για να εξετάσει τις πολύπλοκες αλληλεπιδράσεις των διαφόρων παραγόντων κινδύνου που επιδρούν στην εκδήλωση οξέων μη-επαφής τραυματισμών στα κάτω άκρα και τραυματισμών των οπίσθιων μηριαίων. Για τον παραπάνω σκοπό χρησιμοποιήθηκαν ποιοτικές και ποσοτικές μεθοδολογικές προσεγγίσεις. Μεθοδολογία: Στο ποιοτικό μεθοδολογικό στάδιο, διεξήχθησαν μια σειρά από εις βάθος συζητήσεις της βασικής ομάδας μοντελοποίησης και των ενδιαφερομένων μελών (n = 8) σε εργαστήρια δομημένης ομαδικής μοντελοποίησης (group model building workshops), σε συνδυασμό με μια εκτενή βιβλιογραφική ανασκόπηση. Το αποτέλεσμα αυτού του σταδίου ήταν ένα λεπτομερές μοντέλο αιτιώδους βρόχου (Causal loop diagram) που απεικονίζει την πολυπλοκότητα των παραγόντων κινδύνου που οδηγούν σε τραυματισμό των Οπισθιών Μηριαίων (ΟΜ) [Hamstring Injury Causal Loop Diagram (HI-CLD)]. Στο ποσοτικό στάδιο της μελέτης, συλλέχθηκαν δεδομένα ενδογενών παραγόντων κινδύνου από 99 επαγγελματίες και ημιεπαγγελματίες αθλητές ποδοσφαίρου χρησιμοποιώντας ένα ολιστικό πρωτόκολλο προ-αγωνιστικού ελέγχου που εφαρμόστηκε στις αθλητικές εγκαταστάσεις των ομάδων. Επιπλέον κατά τη διάρκεια της αγωνιστικής περιόδου συλλέχθηκαν στοιχεία σχετικά με τους τραυματισμούς που εκδηλώθηκαν. Οι αλληλεπιδράσεις των παραγόντων κινδύνου και οι άμεσες, έμμεσες και διαμεσολαβητικές επιδράσεις τους στον τραυματισμό αξιολογήθηκαν με τη μέθοδο των μοντέλων δομικών εξισώσεων [Partial Least Square Structural Equation Modeling (PLS-SEM)]. Δύο μοντέλα PLS-SEM διαμορφώθηκαν έχοντας ως εξαρτημένη μεταβλητή στο ένα τους τραυματισμούς των ΟΜ και στο άλλο τη συχνότητα των οξέων μη επαφής τραυματισμών στα κάτω άκρα. Αποτελέσματα: Το HI-CLD καθορίζει τις αλληλεπιδράσεις των παραγόντων κινδύνου για τραυματισμό, δείχνοντας τις πιθανές μη γραμμικές επιδράσεις των διαφόρων παραγόντων. Τα αποτελέσματα του PLS-SEM υποδεικνύουν ότι η ηλικία > 24 ετών και οι αυξημένες ασυμμετρίες δύναμης των ΟΜ έχουν στατιστικά σημαντική συσχέτιση με τους τραυματισμούς των ΟΜ. Επιπλέον, οι προηγούμενοι τραυματισμοί και οι ασυμμετρίες δύναμης των κάτω άκρων αποδείχτηκε ότι έχουν άμεση στατιστικά σημαντική συσχέτιση με τους οξείς μη επαφής τραυματισμούς των κάτω άκρων. Επιπλέον, οι παράγοντες της αντοχής των οπίσθιων μηριαίων και των μυών του κορμού έδειξαν σημαντικές έμμεσες επιδράσεις και στα δύο μοντέλα. Τέλος, οι προηγούμενοι τραυματισμοί και η ηλικία έδειξαν σημαντική διαμεσολαβητική επίδραση και στα δύο PLS-SEM μοντέλα.