"보행의 기본 개념: 걷기의 운동형상학과 운동역학 (2) (체중 부하 수용기/한쪽 다리 지지기/유각기 다리 전방 이동)"

보행의 기본 개념 걷기의 운동형상학과 운동역학. 이번 글에서는 걷기의 기본 개념에 대해 자세히 살펴보았습니다. 걷기는 일상생활에서 무심코 하는 행동 중 하나이지만, 각 관절과 근육이 어떻게 작용하는지 이해함으로써 더욱 효과적인 보행을 실현할 수 있습니다.

 

 

"보행의 기본 개념: 걷기의 운동형상학과 운동역학 (2)"
 (체중 부하 수용기/한쪽 다리 지지기/유각기 다리 전방 이동)

 

안녕하세요, 여러분! 오늘은 걷기의 기본 개념에 대해 알아보려고 합니다. 걷기는 우리 일상에서 무의식적으로 이루어지지만, 실제로는 각 관절의 특정 기능과 근육의 활동이 조화롭게 작용하여 일어나는 복잡한 행동입니다. 지금부터 보행의 각 단계에서 중요한 개념을 알아보겠습니다.

 

 

 

 

< 특유의 기능 >

① 체중 부하 수용기 (초기 닿기와 부하 반응기)

    > 전방 움직임    / 안정    / 충격 흡수

 

② 한쪽 다리 지지기 (중간 입각기와 말기 입각기)

    > 안정    / 전방 움직임의 유지

 

③ 유각지절이 전방으로 움직이는 단계 

(전유각기, 초기 유각기, 중간 유각기, 말기 유각기)

    > 발이 바닥에서 떨어진다.    / 다리의 전방 움직임
    / 입각기에의 다리의 준비

 

 

공부를 시작하기 전에,

🥦 보행주기 (gait cycle) ; 걸음걸이 단계를 한번 관찰해 보세요.

 

 

(1) 체중 부하 수용기 
(초기 닿기와 부하 반응기):

 

이 첫 번째 단계는 발이 지면에 닿는 순간부터 시작됩니다. 이를 초기 닿기라고 하며, 체중 부하 수용기는 발이 지면에 닿았을 때 발생하는 부하를 효과적으로 전달하고, 이에 대한 반응을 조절하는 과정입니다. 이 단계에서는 발의 지지와 부하에 대한 균형을 유지하는 것이 중요합니다.

1) 초기 닿기 (IC) ; 보행주기 0%

초기 닿기(initial Contact) = 발이 바닥에 닿는 순간.
; 그 순간 직전의 약 1 cm 높이로부터의 자유 낙하에 의해서, 

단시간에 강한 지면 반응력이 발생하게 되고,

이곳에서 발생하는 지면 반응력(Ground Reaction Force) 벡터는

3개의 관절에 불안정한 상황 유발 

 

> 족관절(ankle jt.) ; 저굴방향의 모멘트 plantar flex.
> 고관절(hip jt.) ; 굴곡방향의 모멘트 flex.
> 체간(trunk) ; 굴곡방향의 모멘트 flex.

슬관절에서는 신전방향의 모멘트에 의해서 안정성이 높아짐.

 

이 단계(초기닿기)에서 다리는

안정하면서 전진할 수 있는 태세를 취하게 된다.

* 반대측의 다리 = 전유각기 

 

 

 

- 초기닿기(IC)에서의 주요 이벤트
발꿈치 흔들지레의 이상적인 기능을 보장하기 위한 바닥에 발 닿기

 

2) 부하 반응기 (LR) ; 보행주기 0~12%

바닥 닿기와 관찰하는 다리에 하중이 옮겨감으로써

발생하는 충격이 흡수되기 때문에

신체 중량이 바닥에 충돌해도 신체를 격렬하게 흔들리지 않도록 되어있다.

[체중의 60%가 불과 0.02초 사이에 관찰하는 다리로 옮겨감.] 

 

발꿈치 흔들지레에 의해서 발바닥이 바닥에 접근하게 되고,

이 운동이

슬관절(knee jt.),

족관절(ankle jt.) 및 거골하관절(subtalar jt.)의 충격흡수의 기전을 작동시킴.

 

지면 반응력(Ground Reaction Force) 벡터의 크기와 방향은 각 관절에서 큰 회전 모멘트가 된다. 

 

 

그리고 충격흡수를 위해,

보행주기 중 근육의 활동이 가장 크게 요구되지만

이때에 필요한 동적 안정성을 위해, 슬관절이 중요한 역할 수행.

 

이 때, 대퇴사두근과 슬괵근(hamstrings)의 단시간의 동시수축이 일어난다.

* 반대측 다리 = 전유각기  

 

- 부하 반응기(LR) 에서의 주요 이벤트
> 제어된 슬관절 굴곡이 충격흡수와 슬관절의 안정을 가져옴.
> 발꿈치 흔들지레의 기능
> 고관절의 안정성이 체간의 직립자세에 도움이 됨

 

 

 

 

(2) 한쪽 다리 지지기 
(중간 입각기와 말기 입각기):

 

두 번째로, 한쪽 다리가 지면을 지지하는 단계입니다. 중간 입각기와 말기 입각기는 걷기 동안 한쪽 다리가 몸을 지탱하고 힘을 전달하는 단계로, 고관절과 슬관절의 움직임이 중요합니다. 각 관절의 기능을 정확히 파악하고 조절함으로써 안정된 보행이 가능해집니다.

1) 중간 입각기(Mst) ; 보행주기의 12~31%

전체 하중이 한쪽 다리에 실리고,

지지하고 있는 발 위에서 신체가 제어되면서 움직이고 있다.

 

중간 입각기 동안에, 동적 안정성이 슬관절에서 족관절로 옮겨짐.

 

 

부하 반응기(Loading Respons) 동안에서의, 

고관절과 슬관절 주위의 강한 근육활동은 명백히 감소하고, 

중간 입각기(Mid Stance)의 초기에 활동이 없어짐.

 

중간 입각기(Mid Stance)에서는

하퇴삼두근(Triceps Surae m.)의 원심성 수축(eccentric)이 다리의 안정성을 제어한다.

이것은 특히 슬관절에서 현저하다.

그리고 족관절 흔들지레에 의한 제어된 하퇴의 전방 움직임을 가능케 한다.

중간 입각기(Mid Stance) 동안에,

① 지면 반응력 벡터에 의한 모멘트 방향 변화 (knee & hip jt. 에서)

② 반대측 유각지절에서 발생하는 내딛는 힘(내미는 힘) 

두 가지는 중요한 의미를 가진다.

 

 

중간 입각기(MSt) 초기에

지면 반응력 벡터가 슬관절의 후방을 통과하고 있는 동안,

안정화를 위해 대퇴사두근(Q-m.)의 활동이 필요.

 

중간 입각기(MSt) 후기에서

지면 반응력 벡터가 슬관절의 전방을 통과하면,

대퇴사두근(Q-m.)의 활동은 종료한다.

 

* 반대측의 다리 = 초기 유각기에서 중간 유각기로 움직인다.

 

- 중간 입각기(MSt)에서의 주요 이벤트
> 하퇴의 제어된 전방 움직임 

 

 

2) 말기 입각기(Tst) ; 보행주기의 31~50%

발이 중족지절간 관절을 받침점으로 하여 움직인다.

그리고 신체 중력중심은 전족부의 지지면의 바로 위에서 벗어나, 멀리 전방으로 이동한다(trailing limb).

 

말기 입각기(TSt) 동안에

발꿈치는 바닥에서 떨어지게 되고,

이 때 저굴근(plantar flexors)의 강력한 원심성 수축(eccentric c.)으로 인해

족관절을 동적으로 안정시킴으로써 슬관절과 고관절은 수동적으로 안정하게 된다.

 

거골하관절(Subtalar jt.)의 외반의 감소에 의해서,

발은 딱딱한 "흔들지레"를 형성하고,

신체 중량은 중족지절간 관절을 받침점으로 하여 움직이게 됨.

 

➡️ 말기 입각기(Terminal Stance)에서는,

신체 질량의 가속에 의한 두 가지 요소가 전방 움직임을 발생시킨다.

 

① 신체 중력중심은 지지면의 바로 위보다 앞에 있으므로, 

신체는 이른바 호(arc)를 그리는 자유 낙하와 같이 전방으로 낙하한다. 

(Perry(1992) 이것이 전방 움직임의 주요한 구성 요소이다.)

 

② 전방으로의 가속은 말기 유각기에 있는

반대측 다리의 전방으로의 내딛는 힘에 의해서 지원되고 있다.

- 말기 입각기(TSt)에서의 주요 이벤트
> 발꿈치 들고 걷기의 시점에서 족관절이 배굴하여 있다.
> Trailing limb(후행 사지) 즉 고관절의 과신전

 

🔍 Trailing limb(후행 사지) 관련 논문보기

These legs were made for propulsion: advancing the diagnosis and treatment of post-stroke propulsion deficits - Journal of Neuro

 

 

🥦 보행주기 (Gait cycle) ; 전방움직임과 흔들지레 기능을 살펴보세요.

어떤 기능을 하고 있을까요?

 

 

(3) 유각지절이 전방으로 움직이는 단계 
(전유각기, 초기 유각기, 중간 유각기, 말기 유각기):

 

마지막으로, 유각지절의 움직임이 전방으로 진행되는 단계입니다. 전유각기에서 시작하여 초기, 중간, 말기 유각기로 나뉘며, 이는 걷기의 순환적인 패턴을 형성합니다. 각 유각기에서는 다양한 근육군의 협동운동이 필요하며, 걷기의 효율성과 안정성에 영향을 미칩니다.

1) 전유각기(PSw) ; 보행주기의 50~62% 

다리는 하중이 제거되고,

슬관절(knee jt.)의 신속하고 큰 굴곡에 의해서 유각기(swing phase)의 준비가 이루어진다.

신체 중량은 전족부의 바로 위에서 벗어나, 전방으로 이동한다.

 

이 때 발가락은 아직 바닥에 접하여 있으나, 체중부하는 반대측의 다리가 이어받는다.

전유각기(pre-swing)에서는 양발이 바닥에 접하여 있다. (=> 말기 양다리 지지기)

* 반대측 다리 = 초기 닿기 or 부하 반응기

 

🎈 전유각기(PSw)는 입각기에 포함되어 있으나,

여기서 초기 유각기(iSw)에 필요한 슬관절 굴곡각도의 절반 이상이 발생하므로,

기능적으로 보면 유각기에 속한다. (Perry 1992)

 

이 굴곡(knee jt.)은 주로 수동적이다.

여기서는 "분절 간의 동역학"이 작용하고,

고관절(hip jt.)의 굴곡 운동이 슬관절(knee jt.) 굴곡의 원인으로 되어있다. (Powers 1999)
(* hip jt. 에서의 hip flexion은 knee jt. 에서의 knee flexion을 유발한다.)

 

전유각기(PSw)를 "발끝밀기" 또는 "박차고 나감"으로 불리기도 한다. 
이것은 신체를 전방으로 가져가는 움직임에서 비롯된 것이다.
이 단계에서 주된 현상은 다리를 전방으로 스윙시키기 위해 

발끝에 힘을 사용하는 것입니다. (Perry 1992, Kirtley 2001)

 

- 말기 입각기(PSw)에서의 주요 이벤트
> 수동적 슬관절 굴곡 40도
> 족관절 저굴

2) 초기 유각기(ISw); 보행주기의 62~75% 

발이 바닥을 떠나고,

대퇴(Femur)는 신속하게 전방으로 스윙(Swing)하기 시작하고,

다리는 0.1초 동안에 약 20cm 앞으로 움직이고, (Perry 1992)

이런 초기 유각기(ISw)를 가속기라고도 한다. 

 

전유각기(Pre-Sw)를 마친 족관절(ankle jt.)은 아직 약간 저굴위치이다.

발을 바닥에서 떼고 전방으로 움직이기 위해서는

족관절의 배굴방향의 움직임만으로는 불충분하고

기본적으로 고관절과 슬관절의 굴곡에 의해서 비로소 가능해진다.
[ankle jt. (dorsi flex.) + hip jt. (flex.) + knee jt. (flex.)]

<= 발을 전방으로 움직이기 위해서. 

 

단관절근인, 

장내전근(Adductor longus)과 장골근(iliacus) 이외에

2관절근인,

박근(Gracilis)과 봉공근(Sartorius)이

구심성으로 수축하고, 고관절과 슬관절을 동시에 굴곡한다.

 

슬관절 굴곡은 또한 대퇴이두근 단두(short head)의 활동에 의해서 지원된다.

(슬괵근(hamstrings) 중, 2관절근은 고관절의 신전에도 관여하므로 활동하지 않음.)

 

* 반대측의 다리 = 중간 입각기의 초기  

 

 

- 초기 유각기(ISw)에서의 주요 이벤트
> 고관절 굴곡 15도
> 슬관절 굴곡 60도 

3) 중간 유각기(MSw); 보행주기의 75~87% 

골반은 중립위치에 있고, 대퇴(femur)는 굴곡운동을 계속한다.

슬관절(knee jt.)은 신전하기 시작하고 하퇴는 바닥에 대해서 직각을 이룬다.

발은 바닥에서 떨어져 있고, 바닥과 발과의 간격(약 1cm)은 고관절과 족관절의 각도에 의존한다.

 

 

대퇴의 전방으로의 내딛는 힘에 의해서 

굴근군의 활동은 최소한으로 되고, 슬관절은 거의 수동적으로 신전한다. 

이 단계의 마지막에는 슬괵근(hamstrings)이 활동한다. 

 

* 반대측의 다리 = 중간 입각기의 후기

 

- 중간 유각기(MSw)에서의 주요 이벤트
> 고관절 굴곡이 25도로 증가
> 족관절이 중립위(neutral zero position)까지 배굴 

 

4) 말기 유각기(TSw); 보행주기의 87~100% 

말기 유각기(Terminal Swing) = 유각기에서 입각기로 옮겨가는 단계

 

고관절은 굴곡한 상태이고, 슬관절은 중립위까지 신전한다.

발은 체간에서 떨어진 전방이고 다음에 대기하고 있는 발꿈치 닿기로서는 이상적인 위치에 온다.

족관절은 중립위 그대로이다.

 

 

말기 유각기(TSw) 동안,

다리는 입각(stance) 준비를 하기 위해,

대퇴사두근(Q-m.)과 슬괵근(hamstrings)이 동시에 활동한다.

 

슬괵근(hamstrings)의 원심성 수축(eccentric)은 대퇴의 전방 움직임에 브레이크를 건다.

고관절과 슬관절은 이 단계의 마지막에 각각 전방으로

최대로 움직인 상태에서 약간 원래로 되돌아오는 일이 있다. (0~5도)
(but, 이 약간의 변화는 육안으로는 관찰할 수 없음.)

🎈 고관절 굴곡(20도)과 슬관절 신전과 골반의 회전(5도)은

보폭(Step)의 확보에 있어 필요.

[hip flex. (20도) / knee ext. / pelvic rot. (5도)] = 보폭 확보에 있어 중요.

 

* 반대측의 다리 = 말기 입각기  

 

- 말기 유각기(TSw)에서의 주요 이벤트
> 슬관절이 중립위까지 신전(0~5도 굴곡 위치)

 

 

🥦 앞에서 배운 내용을 생각하면서,

보행주기(Gait cycle) ; 보행 걸음을 분석해 보세요.

 

 

 

 

"보행의 기본개념: 걷기 운동형상학 / 운동역학 (2)"를 마무리하며,

 

이러한 기본 개념은 걷기의 운동형상학과 운동역학을 이해하는 데 큰 도움이 됩니다.

이는 정상 보행에서 벗어난 비정상 운동을 식별하고,

더 나아가 깊이 있는 문제를 파악하는 데 사용될 수 있습니다.

 

본질적인 기초를 활용하여 건강한 보행 습관을 기르는 것이 중요하니,

우리 모두 걷기의 기초를 잘 이해하여 더 건강한 삶을 즐기시길 바랍니다.

 

건강한 발걸음으로 행복한 하루 보내세요!

 

 

 

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"운동화 vs. 하이힐: 다른 신발, 다른 보행 패턴 (걸음걸이)"

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