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인간 다리의 운동역학The Biomechanics of the

Human Lower Extremity

학습 목표

• 해부학적 구조가 하지 관절의 움직임 능력에 어떻게영향을 미치는지 설명할 수 있다.

• 하지 관절의 상대적인 가동성과 안정성에 영향을미치는 요인을 구별할 수 있다.

• 하지가 체중을 지탱하는 기능에 적응하는 방법을설명할 수 있다.

• 특정한 하지가 운동을 하는 동안 활동하는 근육을구별할 수 있다.

• 하지의 일반적 부상에 영향을 미치는 운동역학적요인을 기술할 수 있다.

도입 글

• 상지

– 큰 운동범위를 요구하는 활동

• 하지

– 체중 지지 & 보행 기능

– 축구 킥, 멀리뛰기 및 높이뛰기, 발레 등

• 이 장에서 다룰 내용

– 하지 관절과 근육의 기능

엉덩 구조

• 구상 관절

• 안정성: 엉덩 > 어깨 (더 깊은 관절와, 근육과 인대)

– 앞쪽 강화: iliofemoral & pubofemoral ligament

– 뒤쪽 강화: ischiofemoral ligament

• Iliopsoas Bursa

– iliopsoas & articular capsule 사이의 마찰 감소

• Deep Trochanteric Bursa

– greater trochanter of femur & gluteus maximus at attachment site to iliotibial tract 사이의 완충작용

• 대퇴골(Femur)은 중요한 체중 지지 뼈

엉덩 움직임

• 대퇴골의 움직임은 주로 엉덩 관절 회전

• Pelvic Girdle

– 2개의 엉덩 뼈 + 선골(sacrum)

– 전, 후, 측면 방향 회전

– 엉덩 및 척추 움직임과 협응

엉덩 근육

• 굴곡 근

– 주요 근육: iliacus and psoas major = iliopsoas

– 보조 근육: pectineus, tensor fascia latae

2관절 근육: rectus femoris, sartorius

• 신전 근

– 2관절 근육: gluteus maximus

– 3개의 햄스트링 근육: biceps femoris, semitendinosus, semimembranosus

• 외전 근

– 주 근육: gluteus medius, 부 근육: gluteus minimus

• 내전 근

– 관절 내측을 가로지르는 근육들: adductor longus, brevis, magnus, gracilis

대퇴골의 근육

• 대퇴골의 내/외 회전

– 외측 회전근: piriformis, femellus superior, gemellus inferior, obturator internus, obturator externus, quadratus femoris.

– 내측 회전근: gluteus minimus with assistance from tensor fascia latae, semitendinosus, semimembranosus, gluteus medius.

• 대퇴골의 수평 외전과 수평 내전

– 엉덩이가 90도 굴곡된 상태에서 일어남

엉덩에 가해지는 부하

• 엉덩 관절이 지지하고 있는 체중

– 엉덩 관절 위쪽 신체분절의 약 ½ , 총 체중의 약 1/3

• 엉덩 관절이 받는 총 부하는 지지하는 체중보다 더 큼

– 엉덩 관절 근 장력이 관절에 압축을 가하기 때문

• 걸을 때의 스윙 구간:

– 엉덩 관절의 압축력은 체중과 거의 비슷 (근 장력때문)

• 딱딱한 신발은 엉덩 관절 부하를 증가

• 보행 속도는 엉덩 관절 부하를 증가

엉덩에 가해지는 부하

• 엉덩 관절에 가해지는 부하

– 걸을 때의 지지 구간: 238% BW

– 계단 오르기: 251% BW, 계단 내려가기: 260% BW

– 3.5 mph 속도로 달리기: 520% BW

– 알파인 스키 : 410% BW, 가파른 경사: 780% BW

– 크로스 컨츄리 스키 (classical technique): 400%

(skating technique): 460%

• 체중과 착지 시의 힘발을 통해 위로 전달엉덩관절에 큰 압축 부하

• 지팡이, 목발부하 감소, 반대편 엉덩 관절 부하증가

엉덩의 일반적 부상

• 골절

– 주로 골다공증을 가진 노인의 대퇴골경(femoral neck)에서 발생

• 타박상

– 주로 접촉 스포츠에서 대퇴의 앞쪽에서발생

• 좌상

– 단거리 전력 질주 (피로, 신경근 손상) 시햄스트링 근육에서 주로 발생

무릎의 구조

• 관절낭 안에 3개의 관절을 가진 활액 관절

• 3개의 관절

– 경골대퇴 관절(Tibiofemoral Joint)

– 슬개대퇴 관절(Patellofemoral Joint)

• 반월판(Menisci)

• 인대

– tibial and fibular collateral: 외측 움직임 방지

– 전후방 십자인대(anterior and posterior cruciate)

– 장경인대(iliotibial band)

• 관절낭과 점액낭(Joint Capsule and Bursae)

무릎에서의 움직임

• 굴곡과 신전

– 슬와근(Popliteus): 굴곡근

– 사두근(Quadriceps): 신전근

• the rectus femoris, vastus lateralis,

vastus medialis, vastus intermedius

• 회전과 수동적 외전과 내전

• 슬개대퇴 관절 운동(Patellofemoral Joint

Motion)

무릎에 작용하는 부하

• 경골대퇴 관절(tibiofemoral Joint)에서의 힘

– 일상 생활에서 shear & compression 부하받음

– Medial tibial plateau

• 슬개대퇴관절(Patellofemoral Joint)에서의 힘

– 스쿼트 시, 반작용력은 체중의 7.6배

• 십자인대 또는 슬개대퇴 수술 후 재활 시유용

무릎의 일반적 부상

• ACL 부상: 무릎 뒤쪽에서 가해지는 힘, 스키

• PCL 부상: 무릎 안쪽에서 가해지는 힘

• MCL 부상: 외측에서 가해지는 힘, 미식축구

• 무릎 보호대(Prophylactic Knee Bracing)

– 장점

• 전십자인대 보호

• 20~30%의 추가 저항 제공

– 단점

• 하지근육 활동 패턴 변화

• 무릎이 더 적은 일, 엉덩 관절이 더 부하

• 단거리 달리기 속도 감소, 더 빠른 피로

무릎의 일반적 부상

• 반월판 부상(Meniscus Injuries)

– 내측 > 외측 (약 10배)

• 장경인대 마찰 증후군(Iliotibial Band Friction

Syndrome) = runner’s knee

– 과사용(overuse)

– 잘못된 트레이닝, 잘못된 하지의 배열

• 평영수영자의 무릎(Breaststroker’s Knee)

– 평영의 윕킥(whip kick)

– 391명의 73%

무릎의 일반적 부상

• 연골연화증 (Patellofemoral Pain

Syndrome)

– 달리기, 계단 오르내리기

– 여성>남성 (Q-angle 증가)

• 정강이 부목 (Shin Splints)

– 달리기, 무용 등의 과사용

– 경골 근육 손상, 골막 염증

– 연습방법 변화, 적당한 휴식

발목의 구조

• 발목 관절 구조

– distal tibiofibular, tibiotalar, fibulotalar

• 발목 인대 구조

발목의 움직임

• 배측굴곡근 (Dorsiflexion)

– 전경골근(Tibialis anterior)

– 장지신근(Extensor digitorum longus)

– 비골근(Peroneus tertius)

• 저측굴곡근 (Plantar Flexion)

– 비복근(gastrocnemius), 가자미근(Soleus)

– 보조근 [그림 8-23]

– Crap Skate (Van Ingen Schenau)

• 저측 굴곡 능력 향상: 스피드 스케이팅 기록 갱신(98년 동계 올림픽)

발의 구조

• 발의 구조

– 26개의 뼈와 수많은 관절로 구성

• 발의 관절

– 거골하 관절(Subtalar Joint)

– 족근중족관절(Tarsometatarsal)과중족간관절(Intermetatarsal Joints)

– 중족지절관절(Metatarsophalangeal)과족지절간관절(interphalangeal Joints)

• 족저궁(Plantar Arches)

– 족저근막(plantar fascia)

발의 근육

• 외재근(Extrinsic muscles): cross ankle

• 내재근(Intrinsic muscles): have both

attachments within the foot

• Toe Flexion and Extension

• Inversion and Eversion

• Pronation and Supination

발에 가해지는 부하

• 충격력: 보행속도와 체중에 의해 증가

– 체중의 50%

• 종골(calcaneous)에서 거골하관절(subtalar

joint)을 통해 분배

– 나머지 50%

• 중족골두(metatarsal heads)를 가로질러 전달

• 부하에 영향을 주는 발의 구조

– Pes planus(Flat arch): reduced forefoot load

– Pes cavus(High arch): increased forefoot load

발목과 발의 부상

• 발목 염좌(Ankle Sprains)

– Inversion sprain much more common than eversion sprains

– 달리고 도약 스포츠, 무용 (20~25%)

– 발목관절 보조기(브레이싱)와 테이핑: 장단점

• 과사용 부상(Overuse Injuries)

– 건염(Tendonitis): 달리기, 도약, 스키 등

– 과도한 회내(Excessive pronation): 달리기 등

– 스트레스 골절(Stress Fractures)

• 경골(49.1%), 족근골(25.3%), 중족골(8.8%), 대퇴골(7.2%), 비골(6.6%), 골반(1.6%)

발목과 발의 부상

• 발의 비정상 정렬(Alignment Anomalies of

Foot)

– 내반족(Varus), 외반족(Valgus)

• 원인: 선천적, 근력 불균형

– 무지외반증(hallux valgus)

– 경골과 대퇴골의 내반 및 외반

• Injuries Related to High and Low Arch

Structures

요 약

• 하지는 체중 지지와 이동 기능에 적합한 구조를가지고 있다.

• 엉덩이는 전형적인 구상관절(ball and socket)이다.

• 무릎은 2개의 과상관절(condyloid articulations)로이루어진 크고, 복합적인 관절이다.

• 발목은 거골(talus)과 함께 경골(tibia)과 비골(fibula)의관절을 구성한다.

• 손과 마찬가지로, 발은 많은 작은 뼈와 관절로이루어져 있다.

연구 문제

• 엉덩, 무릎, 발목 관절의 전-후-내-외를 지나는근육들의 목록을 작성하라. 하나 이상의목록에 포함되는 근육을 기입하라. 네 가지목록의 근육들이 일으키는 움직임을 작성하라.

– 엉덩 관절

– 무릎 관절

– 발목 관절

연구 문제

• 뼈, 인대, 근육을 포함한 엉덩관절의 구조를어깨관절의 구조와 비교하라. 두 관절 구조의장단점을 설명하라.

• 뼈, 인대, 근육을 포함한 무릎관절의 구조를팔꿈치관절의 구조와 비교하라. 두 관절구조의 장단점을 설명하라.

연구 문제

• 공을 찰 때 발생하는 하지의 연속적인움직임을 기술하라. 이들 움직임의주동근군을 밝혀라.

• 수직점프를 할 때 발생하는 하지의 연속적인움직임을 기술하라. 이들 움직임의주동근군을 밝혀라.

토 론

• 발뒤꿈치에 바벨을 대고 스쿼트를 하는 경우주동근의 기능에 어떻게 영향을 미치는지토론하라.

• 서 있는 동안 무릎관절이 엉덩관절보다 더체중을 지지함에도 불구하고 엉덩관절의압축력이 무릎관절의 압축력보다 더 큰이유가 무엇인지 토론하라.

실험 실습

• 느린 속도, 보통 속도, 빠른 속도로 걷는모습을 담은 비디오 테이프를 여러 번관찰하라.

– 3가지 걸음 사이에서 운동학적 다른 특징을표로 만들어라.

– 운동학적 특징의 차이와 관련한 근육활동의 차이를 설명하라.

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