[운동역학] 관절의 기하학적 구조 1

힘에 영향을 미치는 요소들

인간 해부학의 복잡한 풍경 속에는 놀라움이 숨어 있습니다 -

근육입니다. 그러나 그것의 표면 아래에는 근육 섬유, 신경 요소 및 힘, 길이 및 속도 간의  관계가 상호 작용합니다.

근육구조

- 근육 섬유 배열

-생리학적 단면적

- 근육 섬유 유형

 

신경 요인

- 모터 유닛의 발사 속도 증가

- 운동 단위의 모집

 

힘- 길이 관계

- 능동 및 수동적 구성 요소

힘-속도 관계

- 높은 속도는 낮은 힘을 생성합니다.

 

 

관절 기하학 (joint geometry)

- 관절 기하학은 근골격계의 기본적인 측면으로, 근육에서 뼈로의 힘 전달 메커니즘을 지배합니다. 그러나 이러한 시스템 내에서 뼈는 자유롭게 움직이지 않습니다. 대신 관절에서 특정한 축을 중심으로 회전할 수 있습니다. 이 회전 운동은 선형 구동기인 근육이 관절을 통해 각도를 바꿈으로써 가능해집니다. 모멘트 암과 힘의 모멘트(토크)와 같은 개념을 이해하는 것이 이 관계를 이해하는 데 중요합니다.

 

간단한 모델을 고려해 보면,

 우리는 관절 기하학이 알려진 경우 근육 길이(I)를 추정할 수 있는지 알아봅니다. 이를 위해 근육 삽입(또는 원점)과 관절의 회전 중심 사이의 거리를 파악해야 합니다. 다행히도 이러한 거리는 인간의 움직임과 상관없이 일정하며 MRI와 같은 기술을 통해 추정할 수 있습니다. 게다가, 관절 각도는 모션 캡처를 통해 측정할 수 있습니다. 코사인 법칙을 사용하여 근육 길이(I)를 관절 각도(θ)의 함수로 계산할 수 있으며, 여기서 a와 b는 알려진 고정된 값으로 대표됩니다.

**I^2 = a^2 + b^2 - 2ab·cos( q) 

 

따라서 관절 각도가 변함에 따라 근육의 길이도 변화합니다. 이 관계는 팔꿈치를 굴저 내리는 경우와 같은 상황에서 브라키아리스 근육의 길이가 변화할 때 특히 중요합니다.

 

근육과 관절 속도를 구별하는 것이 중요합니다. 근육 속도는 변동되며 짧아지는 속도가 변화하지만, 관절 속도는 동안 불변합니다. 결과적으로 두 개체 간의 피크 속도는 다를 수 있습니다. 또한 근육 섬유 길이가 활동 범위에 미치는 영향은 중요합니다. 다양한 종류의 근육 섬유는 다른 특성을 나타낼 수 있습니다.

• let's imagine an arm system where a = 30mm, b= 150mm
• a constant angular velicyy at -1dgree/s
•  

muscle vs joint

 

이러한 생체 역학적 모델은 임상 개입 및 훈련 실천을 안내하는 데 중요합니다. 이러한 모델은 EC 결합, 근육 구조, 힘-길이 및 힘-속도 관계와 같은 다양한 측면을 이해하는 데 도움이 됩니다. 예를 들어, 보행 모델부터 근육 기능에 대한 병리학적 영향을 평가하고, 스포츠 생체 역학(휠체어 추진)에서 외과 수술 예측까지 다양한 응용 분야가 있습니다.

 

 

이소키닉 테스트(isokinetic test) 기계의 활용은 생체 역학적 연구에서 일반적입니다. 이 기계는 테스트 중에 일정한 각 속도를 유지하려고 노력하며 이는 과학적 엄격성을 제공합니다. 그러나 이러한 기계에서 데이터를 해석하는 것은 어려울 수 있습니다. 왜냐하면 일정한 각 속도가 근육의 길이 변화와 동일하지 않기 때문입니다. 모델링 접근 방식은 이러한 복잡성을 이해하는 데 큰 도움이 될 수 있습니다. 예를 들어, 서로 다른 속도에서의 운동 중에 근육의 최대 짧아짐 속도는 힘-속도 관계에 영향을 미치며, 속도가 증가함에 따라 힘이 급격히 감소한다는 것을 인식하는 것이 중요합니다.