달리기의 고관절 슬관절 발목과 발의 근육활동

달리기 동안 다리와 몸통의 모든 근육들은 한걸음주기의 다양한 부분에서 활동한다. 근전도계(EMG)를 이용한 근육 활동의 측정은 해당 운동형상학을 조절하고 있는 근육의 역할에 대한 단서를 제공해 준다. 깊은 근육들은 좀 더 얕은 쪽에 있는 큰 근육들과 중요한 협동적인 역할을 수행함으로써 몸통과 다리 관절들의 동작을 안정화시키 고 조절하는 데 도움이 된다.

고관절의 근육 활동

대둔근(gluteus maximus)은 고관절의 신전을 시작하고 부하반응기를 준비하기 위해 처음 닿기 이전에 활동한다. 대둔근은 부하반응기의 초기에 가장 큰 EMG 신호를 보여 주는데, 한걸음주기의 5%와 10% 사이에서 정점을 이룬다. 대둔근은 처음 닿기 다음에 신체가 아래쪽으로 향하는 속도를 감속시키기 위해 짧게 원심성으로 활동한다. 대둔근은 신체를 지지하고 고관절의 신전을 만들어내기 위해 중간디딤기(한걸음 주기의 20%) 때까지 동심성으로 활동한다. 디딤기의 나머지 기간과 초기유각기 내내 활동하지 않다가, 고관절의 신전을 시작하기 전에 고관절의 굴곡을 감속시키기 위해 후기유각기 동안 다시 원심성으로 활동하게 된다. 대둔근 활동의 크기는 주로 달리기속력의 증가와 함께 증가하게 되는데, 이것은 전진하고 있는 다리를 감속시키기 위해 증가된 원심성 활동의 요구가 근육에 부과되는 것과 일치한다. 특히, 대둔근에 요구되는 최대 힘은 달리기 속력이 3.5m/sec에서 7.0m/sec로 증가하면 3배로 증가하고, 9.0m/sec로 속력이 증가하면 6배로 증가한다고 추정되고 있다. 따라서, 큰 볼기근의 기 여는 장거리 달리기보다 단거리 달리기와 연관되는 달리기 속력 이 훨씬 더 중요하다.달리기 동안 큰볼기근 활동에 변화가 생기면 달리기와 관련된 흔한 손상과 연관되는데, 특히 무릎넙다리관절통증(patellofemo- ral joint pain)이 그러하다. 그러나, 현재 EMG 문헌에서는 손상이 있는 대상자와 없는 대상자에 일치하는 근육 활동의 양상을 찾지는 못하였다.큰 모음근(adductor magnus)은 중간디딤기 근처에서 정점(peak)의 활동을 보여준다. 엉덩관절이 굽힘 되었을 때가 펌 토크를 발 생시 키기에 좋은 생체역학이라는 것을 고려해 보면, 큰 모음근이 엉덩관절의 펌 토크를 증대시키기 위해 활동할 것이다.뒤넙다리근육(hamstring muscle) (즉, 넙다리두갈래근, 반막 근, 반힘줄근) 또한 처음 닿기 이전에 활동하며 한걸음주기의 약 30% 때까지 계속 활동한다. 그러나, 한걸음주기의 이 부분 동안 전반적인 엉덩관절 폄에 대한 뒤넙다리근의 상대적인 기여는 큰 볼기근의 기여에 비해 대략 절반 정도밖에 안 된다. 34 뒤넙다리근은 한걸음주기의 70% 때까지 사실상 비활동을 유지하며, 한걸음주기의 85~90%에서 절대정점(overall peak, 정점들 중 최고 정점)의 활동에 도달한다. 이런 원심성 활동의 돌발 (burst)은 그 다음에 일어날 처음 닿기 이전에 고관절 신전을 시작하기 직전 고관절 굴곡을 감속시키는 일차적인 기여자가 된다. 고관절 굴곡근육인 장요근(iliopsoas)은 발가락떼기의 이전과 이후에 주로 활동하며, 이는 한걸음주기의 30%에서 60%까지에 해당한다. 발가락 떼기를 통해, 장요근은 원심성으로 활동하고, 뒤이어 발가락 떼기 직후와 초기흔듦기에 구심성 활동을 한다. 원심성활성에 이어 바로 구심성수축이 나타나는 이러한 양상을 신장-단축 주기(stretch-shortening cycle)라 하며, 원심성을 통한 신장반사 및 힘줄에 저장된 탄성에너지의 결합된 효과의 결과로 구심성 수축의 힘을 강화시킨다. 장요근 활동의 정점은 고관절의 굴곡을 시작하고 다리를 앞쪽으로 가속시키기 위해 최대 힘을 발휘하게 되는 발가락 떼기 직후에 일어난다. 달리기 속력이 증가함에 따라, 장요근의 활동 크기 및 이와 연관된 힘 출력 또한 이 기간 내에서 증가하게 된다. 대퇴직근(rectus femoris)과 봉공근(sartorius)은 초기흔듦기 동안 고관절의 굴곡을 보조한다. 그러나, 이 근육들은 여러 관절을 지나기 때문에 달리기에 대한 전체적인 기여는 좀 더 복잡하다.

슬관절의 근육활동

슬관절 신전근육에는 대퇴사두근(quadriceps)의 4가지 모든 갈래들(즉, 대퇴직근, 외측광근, 중간광근, 내측광근)은 처음 닿기에 앞서 근육 활동의 돌발(burst)을 보이며 한걸음주기의 20% 때까지 지속한다. 그러나, 대퇴사두근은 슬관절의 굴곡을 원심성으로 조절하여 신체의 질량중심을 지지하기 위해 대부분의 부하반응기 동안 활동한다. 대퇴직근(rectus femoris)은 고관절 굴곡을 도와주기 위해 한걸음주기의 40%에서 60%까지 근육 활동의 두 번째 돌발을 보인다. 한 걸음주기의 80%에서, 넙다리네 갈래근의 모든 갈래들이 지면과의 발닿기를 위한 준비로 활동하게 된다. 슬관절 굴곡근육인 슬건근(hamstring muscle)은 달리기의 한 걸음주기에 걸쳐 비슷한 활성 양상을 보인다. 슬건근은 고관절의 신전에 기여하기 때문에 입각기 내내 낮은 수준에서 중간 수준까지의 활동을 보인다. 유각기초기 동안 슬건근은 비활동을 하지만, 두 번째이며 좀 더 큰 돌발 활동이 한걸음주기의 70% 지점에서 시작하여 90% 근처에서 정점을 이루게 된다. 이런 두 번째 활동 기간의 일차적 목적은 무릎의 신전을 감속시키기 위한 것이며, 이렇게 함으로써 바로 뒤이어 나타날 지면과의 발 닿기(foor contact)를 위해 다리를 적절하게 위치시키게 된다. 특히, 빠른속력의 달리기 동안 슬건근이 가장 좌상(strain injury)을 당하기 쉬운 지점이 지면과 발닿기를 하는 디딤기의 이 부분 동안이다. 고관절 굴곡과 무릎 신전의 결합으로 인해 길어진 위치에서 작동하게 되는 것과 근육에 부과된 높은 관성 부하에 의해 손상의 위험이 증가하게 되는 원인이 된다.

발목과 발의 근육활동

발목과 발의 근육에 전경골근과 후경골근, 비복근과 가자미근이 대표적이다. 낮은 수준의 전경골근(tibialis anterior) 활동은 처음닿기 직후에 발앞부(forefoor)가 지면과 접촉하기 위해 내려놓는 동작을 조절 할 때 분명하게 나타난다. 이러한 활동의 크기는 발뒤부치기 (rearfoot strike)를 사용하는 달리기 주자들에서 가장 크게 되는데, 그 이유는 지면에 대한 발의 각도가 증가하기 때문이다. 전경골근은 유각기 동안 가장 활동적이다. 발가락 떼기 이후에 발목의 발등쪽굽힘을 시작하고 다리가 앞쪽으로 흔듦에 따라 발이 지면에 걸리지 않기 위해, 구심성의 작은 돌발(burst) 활동이 초기 흔듦기 동안 일어난다. 아주 작은 발목 동작에도 불구하고, 전경골근 활동의 정점이 후기흔듦기 동안에 나타난다. 이러한 활동은 발목의 발바닥쪽굽힘근육의 활동과 동시에 일어나, 그다음에 나타날 처음 닿기를 준비하기 위한 발목의 뻣뻣함에 기여한다. 비복근(gastrocnemius)과 가자미근(soleus)은 거의 동일한 활동 양상을 보인다. 두 근육은 처음닿기 전에 활동하며 중간디딤기 근처에서 정점에 도달한다. 가자미근은 비복근보다 약간 먼저 정점의 활동에 도달한다. 한걸음주기의 10%에서부터 20%까지, 이 두 근육은 지면에 고정된 발에 대해 정강뼈(tibia)가 회전운동 할 때 발목의 발등쪽굽힘을 조절하기 위해 원심성으로 기능한다. 중간디딤기에서 발가락 떼기 때까지, 비복근과 가자미근은 전유각기(pre swing) 동안 발목을 빠르게 발바닥쪽굽힘을 시켜 신체가 앞쪽으로 나아갈 수 있도록 구심성으로 활동한다. 이 두 근육은 그다음에 일어날 발 닿기 직전까지 흔듦기 내내 비활동을 유지한다. 발앞부치기를 하면 지면의 힘이 발목의 빠른 발등쪽굽힘을 유발한다. 따라서, 발목의 발바닥쪽굽힘근육은 처음 닿기 시에 저절로 원심성으로 반응하여, 매 디딤기 동안 이러한 근육들에 의해 초래된 전체 부하가 더 커짐으로써 아킬레스힘줄(Achilles tendon)의 손상 위험은 물론 발바닥쪽굽힘근육의 손상 위험도 증가하게 된다.후경골근이 근육의 해부학적 위치와 깊이를 고려해 볼 때, EMG 신호 강도를 정확하게 측정하기 위해 근육속전극이 요구된다. 달리기 동안 슬건근의 활동을 연구한 몇몇 연구에서는 전체 디딤기 내내 활동을 유지한다고 보고하였다. 하퇴(lower leg)와 발목의 많은 다른 근육들과 유사하게, 후경골근도 처음 닿기 직전에 활동한다. 이러한 시기는 이 근육이 한걸음주기의 10%에서 부터 20%쯤에 정점의 활성에 도달할 수 있는 충분한 시간을 제공해준다. 이런 활동 기간은 목말밑관절(subtalar joint)의 외번(eversion)과 일치하여, 후경골근이 발의 외번을 조절하기 위해 디딤기의 초기 절반 동안 원심성으로 활동한다는 것을 나타낸다. 중간디딤기에서부터 발가락 떼기까지, 후경골근은 첫째 발허리발가락(MTP) 관절의 신전의 원인이 되는 권양기기전(windlass mechanism)과 함께 목말밑관절의 내번(inversion)을 시작하기 위해 구심성활성으로 전환된다. 후경골근은 그다음에 일어날 발닿기 직전까지 유각기 내내 비활동을 유지한다. 요약하면, 달리는 동안 고관절의 굴곡근은 활동의 크기가 달리기속력의 증가와 함께 증가하여, 전진하고 있는 다리를 감속시키는 증가된 원심성 활동의 근육을 요구한다. 슬관절의 슬건근은 유각기말기에 신전을 감소하여 디딤기시에 적절한 안정을 제공한다. 발목과 발에서 신체가 앞으로 나갈수 있게 비복근과 가자미근이 구심성활동을 한다.