뼈운동형상학 - 운동면, 자유도, 관점의 문제

운동면

뼈 운동 형상학(osteokinematics)은 신체에 대한 3가지의 기본적인(주요한) 면들인 시상면, 이마면, 그리고 수평면에서 일어나는 뼈의 운동을 설명합니다. 이러한 운동면(plane of motion)들은 그림 1-4에서 보여주는 것과 같이 사람이 해부학적 위치(anatomic position)로 서 있는 상황에서 설명됩니다. 시상면(sagittal plane)은 머리뼈의 시상 봉합에 대해 평행하게 지나가는 면으로서 신체를 오른쪽과 왼쪽 부분으로 나눌 수 있습니다. 이마면(frontal plane)은 머리뼈의 관상 봉합에 대해 평행하게 지나가는 면으로서 신체를 앞쪽과 뒤쪽 부분으로 나뉩니다. 수평(또는 가로) 면(horizontal or transverse plane)은 수평선에 대해 평행하게 지나가는 면으로서 신체를 위쪽과 아래쪽 부분으로 나눕니다. 좀 더 특정한 용어들은 신체의 다양한 부위를 설명하는 각 장에서 정의됩니다.

돌림 축

뼈는 돌림 축(axis of rotation)과 직각을 이루고 있는 운동면 내에서 관절에 대해 돌림 운동을 합니다. 일반적으로 축의 위치는 볼록한 관절면을 통과합니다. 예를 들어, 어깨관절은 3개의 모든 운동면에서 움직임이 일어나기 때문에 3개의 돌림 축이 있습니다. 서로에 대해 직각을 이루고 있는 3개의 축은 모두 관절 내에서 고정되어 있는 것으로 설명되고 있으나 사실은 가동범위 내내 각각의 축은 이동하게 됩니다. 볼록 관절면이 완전히 구형이고 이와 관절하는 오목의 관절면 또한 완전한 구형에 상반된 형태로 되어 있다면 돌림 축은 계속해서 고정되어 있게 됩니다. 어깨관절의 위팔뼈 머리와 같이 대부분의 볼록 관절면은 완전한 구형이 아니라 다양한 표면 만곡을 가지는 불완전한 구형입니다. 

 

 

 

 

자유도

자유도(degree of freedom)는 관절에서 허용되는 독립적인 움직임 방향의 수입니다. 관절이 3개의 기본적인 운동면 모두에서 움직임이 허용될 때 각운동에 대한 자유도는 3도까지 가질 수 있습니다. 예를 들어 그림 1-5에서 보여주는 것과 같이, 어깨 관절은 자유도 3의 각운동을 갖고 있습니다. 손목 관절은 자유도 2만을 갖고 있으며(시상면과 이마면 내에서의 돌림 운동), 팔꿈치 관절은 자유도 1만을 갖습니다(시상면 내에서의 돌림 운동).

여기에서 별도의 언급이 없다면, 자유도라는 용어는 관절에서 허용된 각운동의 면들(planes of angular motion)의 수를 나타냅니다. 그러나 공학의 관점에서 엄격하게 본다면 자유도는 각운동뿐만이 아니라 병진(선형) 운동에도 적용됩니다. 인체에 있는 모든 윤활 관절들은 근육에 의해 능동적으로 유발되거나 관절 구조 내의 자연적 느슨함에 의해 수동적으로 유발되는 약간의 병진 운동을 갖고 있습니다. 대부분의 관절에서 일어나는 약간의 수동적 병진운동을 부가적 움직임(accessory movement 또는 관절놀이, joint play)이라 하고 3개의 선형(linear)운동 방향으로 흔히 정의됩니다. 해부학적 자세에서 부가적 움직임의 공간적 방위와 방향은 3개의 돌림축을 이용하여 설명될 수 있습니다. 예를 들어, 이완되어 있는 어깨관절에 있어 위팔뼈는 앞-뒤, 안-가쪽, 위-아래 방향으로 수동의 병진운동을 할 수 있습니다. 많은 관절에 있어 병진 운동의 양은 임상적으로 관절의 건강함을 검사하기 위해 사용됩니다. 관절에 대해 뼈가 과도하게 병진 운동한다면 인대 손상이나 비정상적 느슨함이 있다는 것을 의미할 것입니다. 관절에서의 비정상적 병진 운동은 능동 운동의 질적인 특성에 영향을 미침으로써 미세 외상의 가능성과 관절 속 스트레스의 증가를 유발할 것입니다.

 

 

 

뼈 운동 형상학: 관점의 문제

일반적으로 관절은 둘 또는 그 이상의 뼈들이나 분절들의 연결로 구성됩니다. 따라서 관절에서의 움직임은 두 가지의 관점에서 고려될 수 있습니다. (1) 몸 쪽 분절이 상대적으로 고정되어 있는 먼 쪽 분절에 대해 돌림 운동할 수 있습니다. 그리고 (2)먼 쪽 분절은 상대적으로 고정되어 있는 몸 쪽 분절에 대해 돌림운동할 수 있습니다. 이러한 두 가지의 관점은 그림 1-6에서처럼 무릎관절의 굽힘운동에서 찾아 볼 수 있습니다. 예를 들어, 무릎관절 굽힘이라는 용어는 덥다리와 종아리 사이의 상대적 운동(relative motion)으로 설명할 수 있습니다. 실제로는 두 분절이 동시에 돌림운동을 하지만, 여기에서는 이것을 설명하고자 하는 것이 아니라 일차적으로 돌림운동을 하는 뼈를 설명하기 위한 것입니다. 예를 들어, 넙다리쪄에 대한 정강뼈의 움직임 그리고 정강뼈에 대한 넙다리뼈의 움직임이라는 용어는 뼈운동형상학적 관점에서 상대적 운동에 대한 개념을 설명하고 있는 것입니다. 팔에서 수행되는 대부분의 일상적 움직임은 몸뽁분절에 대한 먼 쪽 분절의 운동형상학(distal-on-proximal segmental kinematics)을 수행합니다. 이것은 손에 쥔 물건을 자신 쪽으로 가져오거나 또는 멀리하는 동작을 고려해 보면 이해할 수 있습니다. 팔에 있는 관절의 몸쪽분절은 대개 근육, 중력, 또는 몸쪽분절의 관성에 의해 고정되어 있는 반면, 먼쪽분절은 상대적으로 자유로워 먼쪽분절이 돌림운동하게 됩니다. 

음식 먹기와 공 던지기는 팔에 의해 사용되는 몸쪽분절에 대한 먼쪽분절의 운동 형상학의 흔한 예들입니다. 또한 팔은 팔 굽혀 펴기를 수행하는 동안 팔꿈치 관절을 굽힘 시키고 폄시키는 것과 같이 먼 쪽 분절에 대한 몸 쪽 분절의 운동형상학(proximal-on-distal segmental kinematics)도 수행할 수 있습니다.

다리는 일상적으로 먼 쪽 분절에 대한 몸 쪽분절의 운동형상학과 몸쪽분절에 대한 먼쪽분절의 운동형상학 둘 다를 수행합니다. 이러한 2가지 운동형상학은 보행의 중요한 두 단계에서 부분적으로 나타납니다. 여기서 두 단계란 체중부하를 지지하기 위해 다리가 지면을 디디고 있는 기간인 디딤기(stance phase)와 다리가 앞으로 전진하고 있는 기간인 흔듦기(swing phase)입니다. 보행 이외의 많은 다른 활동에서도 이러한 2가지의 운동형상학적 전략을 사용합니다. 예를 들어, 공을 차기 위한 준비로서 무릎관절을 구부리는 것은 몸쪽분절에 대한 먼쪽분절의 운동형상학의 한 유형입니다. 이와는 대조적으로 쪼그려 앉기 자세로 내려가는 것은 먼쪽분절에 대한 몸쪽 분절의 운동 형상학에 대한 예입니다. 두 번째의 예에 있어, 무릎관절의 넙다리네갈래근은 신체가 점진적으로 내려가는 것을 조절하기 위해 비교적 큰 근수 축력을 발휘해야 합니다.