보행분석
Gait Analysis
KOCW 공개강의
한서대학교 레저해양스포츠학과
김 승 재
3차시
I부 보행의 기본 원리
제3장 기본적 기능
(기립 안정성, 진행, 발 라커, 충격흡수)
차시별 강의주제
차시 강의주제
1 오리엔테이션
2 I부
보행의 기본 원리
제1장 보행주기, 제2장 주기별 보행양상, 제3장 기본적 기능(신체의 분류, 이동 기능)
3 제3장 기본적 기능(기립 안정성, 진행, 발 라커, 충격흡수) 4
정상 보행II부
제3장 기본적 기능(에너지 보존), 제4장 발목관절과 발 복합체 5 제4장 발목관절과 발 복합체, 제5장 무릎관절
6 제5장 무릎관절, 제6장 엉덩관절
7 제6장 엉덩관절, 제7장 머리, 몸통, 골반, 제8장 팔
8 중간고사: 제1장~제8장
9 제9장 모든 다리의 기능
10
병적 보행III부
제10장 병적 보행 기전, 제11장 발과 발목의 편위
11 제11장 발과 발목의 편위
12 제12장 무릎의 보행 편위
13 제13장 엉덩관절의 보행 편위, 제14장 키노비아(Kinovea) 프로그램 활용 I 14 현장적용 제15장 키노비아(Kinovea) 프로그램 활용 II
기말고사: 제9장~제15장
기립 안정성(Upright Stability) I
• 기립자세에서 안정성은 신체의 정렬과 개개 관절의 근육 활동성 사이에서 기능적인 균형에 의해 결정됨
• 상체 분절의 질량중심점(COM)이 지지하는 관절의 중심점 위에 정렬되었을 때 그 다리는 수동적 안정성을 가짐
• 다음의 3가지 해부학적 상태가 기립 안정성을 변화시킴
a. 전달요인(체중의 70%)과 이동요인(체중의 30%) 사이에 위 부위가 무거운(top-heavy) 관계
b. 지지하는 다리의 다중분절(multisegmented) 속성 c. 다리 관절들의 윤곽(contour)
• 체중의 정렬은 가장 주요한 요인이며, 서 있거나 걷는 동안의 체중의 영향은 지면반력 벡터(GRFV)나 신체 벡터에 의해 확인됨(그림 3-7)
• 보행 동안 관절중심점에 대한 신체 벡터의 변화하는 정렬이 안정성의 크기와 방향을 정의할 수 있음
• 이는 안정성을 유지하거나 관절 운동성에 기여하는 근육과 인대의 요구에 대한
기립 안정성(Upright Stability) II
기립 안정성(Upright Stability) III
• 인대로 싸인 뼈는 운동성보다 안정성에 중점을 두고 구성되어 있음
• 개개 다리는 3개의 주요
분절(넓적다리, 종아리, 발) 기둥으로 되어 있지만 단순한 모델로 표현하면 넙다리뼈와 정강뼈 2개의 긴 경체로 볼 수
있는데 뼈의 폭에 대한 길이가 큰 비율은 9도를 넘는 경사는
안정성을 잃게 한다(그림 3-9)
기립 안정성(Upright Stability) IV
• 심지어 이러한 안정성의 범위는 넙다리뼈에 가용하지 않음. 개개 분절의 가느다란 질량은 해부학적 중심점에서 약 7% 위에 COM에 위치해 약간 위쪽이 무거움
• 넙다리뼈 관절면의 큰 곡률은 종아리뼈 고원부(tibial plateau)와 비교해 수동적인 안정성을
감소시키면서 움직임을
향상시킴(그림 3-10)
기립 안정성(Upright Stability) V
• 하지만 선 자세에서 엉덩관절과 무릎관절에서 수동적 안정성은 부족한 근육 조절을 인대 장력(tension)과
대항하는 벡터로 대체하여 하여 얻을 수 있음
• 전달요인의 신체 벡터는 무릎관절 앞쪽에 정렬되어 강한 무릎관절 뒤쪽 인대들이 팽팽해지고, 이와 유사하게
엉덩관절에서는 강한 앞엉덩넙다리뼈인대(anterior iliofemoral ligament)가 폄을 제한하게 됨(그림 3-11)
• 하지만 발목관절에서는 이에 비길만한 수동적 안정성의
근원이 없기 때문에 발등굽힘과 발바닥굽힘은 중립자세를
훨씬 넘는 큰 운동범위(ROM)을 가짐(그림 3-12)
기립 안정성(Upright Stability) VI
기립 안정성(Upright Stability) VII
기립 안정성-안정된 기립자세(Quiet Standing) I
• 안정된 신체 정렬을 얻기 위해 자기수용감각, 관절 운동성, 근육 제어의 기능적 통합이 요구됨
• 안정된 기립자세에서 정상인의 균형 빔(beam) 측정은
시상면에서 신체 벡터가 머리중심(귀 관)에서 4번 허리뼈 1cm 앞을 지나 발목관절 1.5~5cm 앞의 발로 떨어짐을 보임(그림 3-13)
• 정상적 편안한 서기 자세는 신체무게중심이 엉덩관절 축 6cm 뒤쪽과 무릎관절 6cm 앞쪽으로 지나면서 최소의 안정성 한계를 활용하며, 근육활동은 단지 가지미근과 장딴지근에 국한됨
• 안정된 기립자세는 시상면과 관상면에서 완전하게 정적이지 않고 양다리사이로 체중이 천천히 끊임없이 이동하는 것을 나타남
• 두 가지 메커니즘(심장 동역학과 절대 자세 감각 또는
자기수용감각의 부족)이 미세한 신체 불안정성에 영향을 미침
기립 안정성-안정된 기립자세(Quiet Standing) II
기립 안정성-동적 안정성(Dynamic Stability) I
• 보행 동안 신체는 지지 다리 뒤에서 앞으로 이동하는 동시에 바닥 지지면이 발뒤꿈치→발바닥 → 앞발로 변화함
• 이러한 2가지 변인은 입각기에 걸쳐 신체의 수동적 안정성의 부족을 가져옴
• 보행 동안 평균 온걸음 폭은 여성이 약 7cm, 남성이 약 8cm이며, 토우아웃(toe-out) 각도는 여성이 약 5°, 남성이 약 7°임(그림 3-14)
기립 안정성-동적 안정성(Dynamic Stability) II
• 다리는 입각기 시작부터 부하가 걸리기 때문에 몸통에 대한 발의 앞쪽 디딤은 신체 벡터를 엉덩관절 앞과 무릎관절 뒤로
정렬시킴(그림 3-15a)
• 두 관절에서 폄근의 반응은 체중의 낙하를 억제하는 폄근 모멘트를 제공함. 중간 입각기 동안 신체는 지지하는 발 위로 전진하면서 폄근 모멘트가 영(0)으로 다가감(그림 3-15b)
• 이 시점을 넘어서는 신체의 전진은 엉덩이와 무릎에서 능동적인 폄을 유도함. 발바닥굽힘근에 의한 능동적 제어는 체중이 앞으로 떨어지는 것을 제어하는데 필요함(그림 3-15c)
• 따라서 입각기에 걸쳐 근육작용은 중력과 운동량의 영향을 감속시키는데 있음
• 빠른 보행은 신체 벡터가 증가함에 따라 감속하는 근육작용의
기립 안정성-동적 안정성(Dynamic Stability) III
기립 안정성-단다리지지(Single Limb Support) I
• 양 발이 동시에 지면에 닿을 때, 몸통은 양쪽 면에서 지지됨(그림3-16)
• 이 균형은 한 다리를 흔들기 위해 들면서 갑자기 잃어버림
• 상체(HAT)의 중심은 지지다리 안쪽으로 정렬되고, 그 연결 고리(link)는 매우 큰 가동성을 가진 엉덩관절임
• 두 개의 예비 동작이 단다리 위의 서기 균형을 유지하는데 필수적인데 이 예비 동작은 신체 중심의 가쪽 이동과
골반과 몸통을 유지하기 위한 엉덩관절 부위의 지역 근육 안정화임(그림3-17)
• 정적인 서기 동안 가쪽 이동은 몸통의 중심을 발위에
기립 안정성-단다리지지(Single Limb Support) II
진행(Progression) I
• 보행의 기본 목적은 신체를 현재의 장소에서 새로운 장소로 움직여 손과 머리가 다양한 기능을 수행할 수 있도록 하는 것임
• 보행의 목적을 달성하기 위해 체중을 앞으로 가져가는 것은 추진력에 의함(그림 3-18)
• 입각기를 통한 추진력은 발과 발목에 의해 만들어진 축 시스템에 의해 보존됨
• 연속된 흐름에서 뒤꿈치, 발목, 앞발은 무릎관절의 폄 자세를 유지하는 동안 신체를 앞으로 나가게 허용하는 발 라커(foot rocker)가 보조해 줌(그림 3-19)
• 반대쪽 다리가 앞으로 스윙하는 것은 2번째 끄는 힘을 제공하는데(그림 3-20) 이 힘은 전방 정렬과 다리의 가속 전진에 의해 추진됨
• 따라서 진행의 주요 결정요인은 첫 걸음의 시작, 발 라커의 작용, 체중의
진행(Progression) II
진행(Progression) III
진행(Progression) VI
진행(Progression)-초기걸음(Initial Step) I
• 서기에서 걷기로 전환하는 단순히 보이는 보행 과제는 압력
중심(COP)의 방향과 무게중심(COM) 변위에 의해 가장 잘 구별되는 일련의 운동 형태임
• 최초 위치에서 정적인 양 발의 중간 지점에서 순차적으로 3개 방향으로 움직임(그림 3-21)
• 첫 번째 방향은 스윙할 다리를 향하는 가쪽과 뒤쪽으로의 움직임, 두 번째 방향은 입각기 발을 향해 안쪽으로 COP 움직임의 급격한 반전, 마지막 세 번째 방향은 COP의 앞쪽 변위임
• 즉, 첫번째 동작은 준비동작, 두번째는 체중이동, 세번째는 진행이라고 할 수 있음
• 첫번째 운동형태는 양쪽 가자미근의 이완과 앞정강근의 활성화에 의한 발목에서 눈에 띄지 않는 변화로 시작함(그림 3-22)
• 가자미근의 억제와 앞정강근의 활성화 사이의 상대적 타이밍은 보행의
진행(Progression)-초기걸음(Initial Step) II
진행(Progression)
• 일단 보행이 시작되면 지지 발 위의 신체의 전진은 입각기 다리의 이동성에 결정됨
• 초기 발 접촉 후 앞으로 향하는 다리 위에 빠른 체중의 하강과 함께 입각기 시작점에서 도전이 시작됨
• 넙적다리가 단지 20° 굽혀지고 힘은 주로 바닥을 향하고, 신체의 전진 과정은 이 힘이 진행과 안정성을 병행하는 형태로 다시
방향을 잡아야 보존됨
• 따라서 발은 회전축(pivot) 시스템을 제공하면서 반응하는데, 연쇄적인 형태로 뒤꿈치, 발목, 앞발이 신체를 앞으로 부드럽게 전진하게하는 로커의 역할을 하며, 발 라커(foot rocker)라고 부름
• 이를 발 라커에는 뒤꿈치 라커(heel rocker), 발목 라커(ankle
발 라커-발꿈치라커(Heel Rocker) I
• 체중이 입각기가 시작되는 다리 위에 떨어지면서 전방 낙하에 의해 발생된 운동량이 뒤꿈치 라커에 의해 보존됨(그림 3-23)
• 뒤꿈치의 바닥 접촉은 발꿈치뼈 거친면(calcaneal tuberosity)의 둥근 표면에 의해 이루어짐
• 이 지점과 발목관절 중심점 사이의 뼈 분절은 체중이 발 위에 떨어지면서 바닥을 축으로 회전하는 불안정한 지레(lever)로 작용함
• 발 낙하의 속도를 제어하는 앞 정강뼈 근육의 작용은 다리를 앞으로 이끄는 정강뼈와 결속을 일으킴. 이러한 진행 효과는 넙다리네갈래근에 의한 넙적다리에 전이됨(그림 3-24)
• 발꿈치라커의 끝부분(12% GC)에서 전체 발은 바닥과 닿게 되고, 정강뼈는 바닥과 수직, 무릎관절은 20°로 굽혀짐
발 라커-발꿈치라커(Heel Rocker) II
발 라커-발목관절라커(Ankle Rocker)
• 일단 앞발이 바닥에 닿으면 발목관절은 계속되는 진행을 위해 받침점(fulcrum)이 됨
• 발이 정지함과 함께 정강뼈가 이어지는 운동량에 반응하여 수동적 발등굽힘에 의해 전진을 계속함(그림 3-25)
• 신체 벡터(즉, 압력 중심)는 이 시기 동안에 발의 종축(길이축)을 따라 발허리뼈 머리까지 나아감
• 발목관절 라커의 결정적인 측면은 가자미근-힘줄 복합체의
양보하는 특성임. 이 복합체가 정강뼈를 무릎굽힘을 위한
안정된 토대로 만들기 위해 수축하면서 장딴지근의 도움을
받는 가자미근은 정강뼈 전진을 허용함
발 라커-앞발라커(Forefoot Rocker) I
• 신체 벡터(즉, 압력 중심)의 기저 부위가 발허리뼈 머리에 다다르면서 뒤꿈치가 들어올리게 됨
• 발허리뼈 머리의 둥근 윤곽이 앞발 라커로 작용하고,
체중이 발 지지면을 넘어서면서 앞쪽 진행이 가속화됨(그림 3-26)
• 이 구간이 보행주기 동안 가장 강한 추진력을 발생하며, 신체 질량은 긴 지레의 끝 부분에서 수동적 체중이 되며, 그 낙하 속도는 종아리세갈래근(장딴지근과 가자미근)의
강력한 작용에 의해 억제됨
발 라커-앞발라커(Forefoot Rocker) II
충격흡수(Shock Absorption) I
• 앞으로 끄는 다리에서 앞 발까지 체중의 이동은 비록 양다리지지기에서 발생되지만 급격한 변화로 시작됨.
단다리지지기의 끝에서 체중은 앞으로 끄는 앞 발로부터 가용한 안정성 한계점을 넘어 이동함
• 그 낙하의 시작점에서 체중지지 다리의 발은 입각기를 위해 자리잡는 동안 여전히 바닥면에서 약 1cm 위에 있음(그림 3- 28)
• 따라서 신체는 짧은 순간 동안 실질적인 자유낙하 상태에 있으며, 바닥 임팩트의 최대 강도는 발목, 무릎, 엉덩이에서 충격흡수 반작용에 의해 감소됨
• 발목에서는 앞정강근이 발을 잡기(신장성 수축) 전에
발뒤꿈치 접촉이 5° 원호의 발바닥굽힘을 시작하게 함(그림 3-
충격흡수(Shock Absorption) II
• 다리에 부하가 빠르게 걸려서 2가지 지면반력(GRF) 형태가 발생되는데, 첫번째 부하는 지면반력의 초기 상승 팔을
부분적으로 방해하는 순간적 발뒤꿈치 과도(heel transient)임(0.02초의 60% BW)(그림 3-29)
• 체중이동은 지면반력 곡선의 첫번째 피크(peak)까지 계속됨
• 넙다리네갈래근이 무릎굽힘의 속도를 감속하기 위해 수축(신장성 수축)하면서 이 근육은 상당량의 부하력을
흡수함(그림 3-31). 이때 관절부하력과 바닥 충격력 모두 감소함
• 다리에 가해진 충격력은 시상면 지면반력 곡선의 F1으로 나타남(그림 3-29)
• 정상적인 보행 속도에서 낙하로 인한 가속도는 F1 피크를 약 체중의 110%정도 증가시킴
