기초 생체 역학(biomechanics)-무릎( the knee)

인체의 무릎(the knee)

무릎의 구조와 기능

무릎의 관절은 인체의 관절 중에 가장 큰 주요 2관절이 있다.

-          경골대퇴골 관, 정강넙다리 관절Tibiofemoral joint- 무릎의 주관절

-          슬개대퇴관절Patellofemoral joint

 

무릎관절의 기능으로는 다리를 접었다 펼 수 할 수 있고, 몸의 움직임이 있을 때 안정성을 제공해주며, 고관절과 비교했을때 무릎관절이 더 안정성을 보이는데, 이는 그만큼 가동성이 더 적기 때문이다.  보행능력을 제공해주기도 한다.

 

구조

구조를 살펴보게 되면, 고관절과 비교했을 때 고관절은 깊은 절구 관절로 딱 들어맞는 반면에, 무릎관절은 깊은 절구 모양을 가지고 있지 않기 때문에, 조화롭지 못하다.

대퇴골은 비교적 볼록한 면을 가지고 있지만, 경골은 거의 평면에 가까운 관절면을 나타낸다. 그래서 대퇴골과 경골 사이에 있는 반월연골(menisci) 이 오목하게 만드는 것을 도와준다.

 

연골

가쪽 반달 무릎연골(lateral meniscus) 은 3배 이상 두꺼워 더 많은 하중을 견뎌낼 수 있다.

반원연골은 (menisci) 관절의 안정성을 높여주고, 충격을 흡수하고 ,마찰을 줄여주며, 힘을 분배하는 역할을 한다.

반월연골이 없으면, 접촉면적이 50%로 줄어들게 되어, 더 많은 힘이 더 좁은 범위의 골에 압력을 가하기 때문에, 골관절염으로 발전할 수 밖에 없게 된다.

è 대퇴골의 관절구(condyle)는 하중이 2배로 증가하게 되고, 경골의 관절구는 6-7배로 증가하게 된다.

è 마찰 또한 20% 증가하게 된다.

 

 정강넙다리관절(tibiofemoral )

해부학적 축을 살펴보면 대퇴골과 경골의 축을 살짝 달라져, 자연스러운 외회전 각도(valgus angle)가 발생하게 된다.

 

Q-angle – 남성은 14도 여성은 17도 정도로 나타난다.

 

Q angle 은 고정되어 있는 상태보다 움직일 때 나오는 각도가 더 많은 정보를 제공하는데, 이 각도가 지나치게 커질 경우 인대와 슬개대퇴 관절에 통증을 불러 일으킬 수 있다.

 

외반슬(gene valgum)

-          양쪽 무릎이 서로 모아져 발목이 서로 멀어지는 현상

내반슬(gene varum)

양쪽 무릎이 과도하게 벌어지고 발목이 서로  모아지는 현상

 

관절낭(joint capsule)

무릎의 관절낭은 슬개골의 가장자리의 둥근형태로 붙어 있고, 관절구를 덮고 있다.

무릎의 인대, 근육 , 힘줄, 장경인대(iliotibial band)  들을 강화시켜준다.

무릎의 주요 인대들

-          내측 측부 인대Medial collateral ligament

-          외측 측부 인대Lateral collateral ligament

-          후방 십자 인대Posterior cruciate ligament

-          전방 십자 인대 Anterior cruciate ligament

 

 

무릎 관절 운동

 

무릎의 가동범위는 ADL 인대를 필요로 한다.

-          걸을때 0-60

-          계단 오를 때 – 0-83

-          계단을 내려올 때 – 0-90

-          신발끈 묶을 때- 0-017

-          풀스쿼트-0-117

 

 무릎을 신전했을 때 대퇴골의 움직임이 내측관절구를  더 길게 움직이게 하는데 그 이유는 외측 관절구가 더 작기 때문이다.

 

무릎의 인대들이 신전의 움직임을 제한 시키고, 관절 주머니 또한 팽팽하기 때문에 과도한 신전을 예방한다.

비복근(gastrocnemius)과 오금줄; 다리 무릎 뒷부분의 힘줄(hamstring) 도 무릎의 과도한 신전을 막아주는 역할을 하고 있다.

굴곡의 움직임도 관절낭의 팽팽함과 대퇴직근의 길이로 인해 제한된다.

 

슬개대퇴관절(patellofemoral joint)

슬개골과 대퇴골이 맞닿아 있고, 대퇴사두근의 역학적 이점을 갖게 해준다.

대퇴에 가는 하중을 분산시켜주며, 대퇴사두근으로부터 움직이는 힘을 통합시켜준다.무릎 앞쪽을 보호해주기도 한다.

슬개대퇴관절 움직임

Medial &lateral 경사가 발생하고, superior &inferior glide 운동, medial &lateral glide운동이 일어난다.