근육 건축

Muscle architecture

근육 구조는 근육의 기계적 기능을 결정하는 거시적 수준의 근육섬유의 물리적 배열이다. 평행, 펜네이트, 하이드로스타트를 포함한 몇 가지 다른 근육 구조 유형이 있다. 힘 생성과 기어는 근육 길이, 섬유 길이, 펜네이션 각도, 생리학적 단면적(PCSA) 등 근육 파라미터에 따라 달라진다.[1]

건축 유형

근육 구조의 일부 유형.

평행과 펜네이트(정점이라고도 한다)는 근육 구조의 두 가지 주요 유형이다. 세 번째 하위 범주의 근육 하이드로스타트도 고려될 수 있다. 구조 유형은 근육 섬유가 힘을 발생시키는 축에 상대적인 방향으로 결정된다. 주어진 근육에 의해 발생하는 힘은 단면 면적, 즉 존재하는 평행 사자의 수에 비례한다.[2]

평행

평행근육구조는 섬유들이 힘을 생성하는 축과 평행한 근육에서 발견된다.[1] 이러한 근육은 종종 빠르고 광범위한 움직임에 사용되며 해부학적 단면적(ACSA)으로 측정할 수 있다.[3] 평행근육은 띠, 방추형 또는 부채꼴의 세 가지 주요 범주로 더욱 정의할 수 있다.

스트랩

띠근육은 띠나 허리띠처럼 생겼으며 수축 방향으로 종방향으로 흐르는 섬유질을 가지고 있다.[4] 이 근육들은 다른 근육 종류에 비해 넓은 부착력을 가지고 있으며 휴식 길이의 약 40%-60%까지 짧아질 수 있다.[3][4] 후두근과 같은 끈근육은 노래뿐만 아니라 음성 제작에 사용되는 기본 주파수를 조절하는 것으로 생각되어 왔다.[5] 이 근육의 또 다른 예는 인체에서 가장 긴 근육인 사토리우스다.

방추형

방추형 근육은 중앙이 넓고 원통형 모양이며 끝이 가늘어진다. 방추형의 이러한 전체적인 형태는 흔히 스핀들이라고 불린다. 이 근육형의 작용선은 종종 힘줄인 부착점들 사이에서 직선으로 흐른다. 모양 때문에 방추형 근육에서 발생하는 힘이 작은 부위에 집중된다.[3] 이러한 건축 유형의 한 예로 인간의 이두박근이 있다.

수렴성

수렴근, 즉 삼각근의 섬유는 한쪽 끝(일반적으로 힘줄에서)에 모여 팬 모양으로 다른 쪽 끝의 넓은 영역에 걸쳐 퍼져 있다.[3][6] 인간에서 전공하는 펙탈리스와 같은 수렴근은 성질이 넓기 때문에 다른 평행섬유에 비해 부착 부위의 당김이 약하다. 이 근육들은 섬유들이 어떻게 수축하고 있는지에 따라 당기는 방향을 바꾸는 능력 때문에 다용도로 여겨진다.[3]

전형적으로, 수렴근은 다양한 정도의 섬유 긴장을 경험한다. 이것은 주로 근육섬유의 길이와 삽입점이 다르기 때문이다. 쥐잡이에 대한 연구는 힘줄이 꼬인 이 근육에 무리를 주는 것을 살펴보았다. 힘줄이 뒤틀린 상태에서 수렴근육의 얼굴 위로 균일하게 변형되는 것이 발견되었다.[7]

페나테

평행근육에서와 달리 펜네이트근육의 섬유는 힘을 발생시키는 축(펜네이션 각도)에 각을 이루며 주로 중심 힘줄에 삽입한다.[3][8] 이 구조 때문에 직렬로 발견되는 사구체의 수가 적어 섬유 길이가 짧아진다.[2][3] 이것은 또한 주어진 근육에 더 많은 섬유가 존재할 수 있도록 허용하지만, 존재하는 섬유의 수와 힘 전달 사이에 절충이 존재한다.[3][8] 무통근에서 발생하는 힘은 평행근육에서 발생하는 힘보다 크다.[3] 펜네이트 섬유가 비스듬히 삽입되기 때문에 해부학적 단면적은 평행섬유근처럼 사용할 수 없다. 대신 펜팔 근육에는 생리학적 단면적(PCSA)을 사용해야 한다. 펜네이트 근육은 더 나아가 유니, 바이, 멀티펜네이트로 나눌 수 있다.

펜네이트 근육의 섬유 각도.

유니펜네이트

단발성 근육은 근육 섬유가 힘을 생성하는 축에 대한 하나의 섬유 각도로 향하며 모두 힘줄의 같은 쪽에 있는 근육이다.[1] 단결근의 펜네이션 각도는 다양한 휴식길이로 측정되었으며 일반적으로 0°에서 30°[1]까지 다양하다. 측면 위궤양은 이러한 근육구조의 한 예다.

비펜나이트

힘줄의 양쪽 면에 섬유가 있는 근육은 2피니트로 간주된다.[1] 인간의 중이에 있는 스테피우스와 사두근의 직장 대퇴골은 비페니트 근육의 예다.

멀티펜네이트

세 번째 유형의 펜네이트 하위 그룹은 다연장 구조로 알려져 있다. 인간의 어깨에 있는 델토이드 근육과 같은 이러한 근육은 힘을 발생시키는 축을 따라 여러 각도로 방향을 잡은 섬유들을 가지고 있다.[1]

하이드로스타트

근력 하이드로스타트는 경화된 골격계와는 독립적으로 기능한다. 근육 하이드로스타트는 일반적으로 볼륨을 일정하게 유지하는 결합조직의 막에 의해 지지된다. 일정한 체적을 유지하면 섬유들이 골격 지지대가 필요한 근육의 구조를 안정시킬 수 있다.[9] 근육 섬유는 긴 축에 상대적인 세 가지 일반적인 작용 라인을 따라 수축함으로써 근육의 형태를 변화시킨다: 평행, 수직, 헬리컬. 이러한 수축은 전체 구조에 압축력을 가하거나 저항할 수 있다.[10] 작용의 세 선을 따라 동기화된, 압축적인, 저항적인 힘의 균형으로, 근육은 다양하고 복잡한 방법으로 움직일 수 있게 한다.[10]

나선 섬유의 수축은 하이드로스타트의 신장 및 단축을 유발한다. 이러한 근육의 일방적인 수축은 구부러진 움직임을 유발할 수 있다. 헬리컬 섬유는 왼손 또는 오른손잡이 배열로 방향을 잡을 수 있다. 직교 섬유의 수축은 하이드로스타트의 비틀림이나 비틀림을 유발한다.

힘생성

근육 구조는 근육량, 섬유 길이, 섬유유형, 펜네이션 각도를 통한 힘 생산에 직접적인 영향을 미친다.

근육량은 단면적에 의해 결정된다. 해부학적 단면 영역은

어디에

  • 은(는) 볼륨을 의미한다.
  • 은(는) 길이를 의미한다

근육에서 CSA의 보다 정확한 측정은 섬유 각도를 고려한 생리적 CSA(PCSA)이다.

어디에

  • 은 근육량을 의미한다.
  • 은(는) 섬유 각도를 의미한다.
  • 은(는) 섬유 길이를 의미한다.
  • 은(는) 근육 밀도를 나타낸다.

PCSA는 근육에 의해 생성된 힘을 각 근육섬유의 축을 생성하는 힘을 따라 생성된 힘의 합계와 연관시키고, 주로 펜네이션 각도에 의해 결정된다.[3][8]

섬유 길이는 또한 근육 해부학의 주요 변수다. 섬유 길이는 섬유에 직렬로 있는 사리의 수와 각각의 길이 모두의 산물이다. 섬유질이 길이를 변경함에 따라 개별 사구체는 길이를 줄이거나 늘이지만 총 수는 변하지 않는다(운동과 조절에 따른 긴 시간 계산 제외). 섬유 길이를 표준화하기 위해 길이-장력 관계(L0)의 정점에서 길이를 측정하여 모든 사문이 동일한 길이로 유지되도록 한다. (L0에서) 섬유 길이는 체인의 강도가 길이에 영향을 받지 않기 때문에 힘 생성에 영향을 주지 않는다. 마찬가지로 섬유 단면 증식이나 다중 섬유는 여러 체인을 병렬로 두는 것과 같이 힘을 증가시킨다. 속도는 역방향으로 영향을 받는다 - 사커는 특정 힘 하에서 초당 일정한 비율로 짧아지기 때문에 사커의 수가 많은 섬유는 절대(상대적인 속도는 아님) 속도가 더 높을 것이다.[11] 섬유질이 짧은 근육은 단위 근육량당 PCSA가 높아 힘생성이 큰 반면 섬유질이 긴 근육은 단위 근육량당 PCSA가 낮아 힘생성이 낮아진다. 그러나 섬유질이 긴 근육은 섬유질이 짧은 유사한 근육보다 절대적인 속도로 짧아진다.[2]

근육섬유의 종류는 생산을 강요하는 것과 관련이 있다. 제1형 섬유는 천천히 산화하며, 힘이 느리게 상승하고 전체적으로 힘이 적게 발생한다. I형 섬유는 섬유 직경이 더 작고 수축이 느리다. 타입 IIa 섬유는 빠른 산화성으로 빠른 수축과 빠른 힘 상승을 나타낸다. 이 섬유들은 수축 시간이 빠르고, 적당한 피로 저항성으로 인해 반복적인 활동으로 많은 양의 힘을 생산하지는 못하지만, 일부를 유지한다. IIB형 섬유는 빠른 글리콜리틱으로 또한 빠른 수축과 빠른 힘 상승을 나타낸다. 이 섬유들은 매우 큰 힘 생산을 보여주지만 쉽게 피로해지고 따라서 쉬지않고 몇 개 이상의 수축에도 힘을 유지할 수 없다.

펜네이션 각도

펜네이션 각도는 전체 근육의 세로축과 그 섬유 사이의 각이다. 세로축은 근육의 축을 발생시키는 힘이며, 펜네이트 섬유가 비스듬히 놓여 있다. 근육섬유의 긴장이 증가함에 따라 펜네이션 각도도 높아진다. 펜네이션 각도가 크면 힘줄에 전달되는 힘이 작아진다.[9]

근육 구조는 힘과 속도 관계에 영향을 미친다. 이 관계의 구성 요소들은 섬유 길이, 사자의 수, 그리고 펜네이션 각도들이다. 예를 들어, 펜네이트 근육에서, 섬유들이 짧아질 때, 펜네이션 각도는 섬유들이 회전하면서 증가하여 생성된 힘의 양에 영향을 미친다.[2]

건축 기어비

건축 기어비(AGR)는 전체 근육의 수축 속도와 단일 근육섬유의 수축 속도를 연관시킨다. ARG는 운동 중 근육의 기계적 요구에 의해 결정된다. 펜네이션 각도의 변화는 펜네이션 근육에 가변적인 기어를 허용한다.[12] 가변적인 펜네이션 각도는 수축 중 전근육 기하학에도 영향을 미친다. 섬유 회전의 정도는 근육의 두께나 폭을 증가시킬 수 있는 이동 과정 중의 단면적을 결정한다.[12] 펜네이션 각도는 연습 개입을 통해 수정할 수 있음

고단 기어비 저단 기어비
수축 속도비(근육/섬유) 전근육 ≫근섬유 대략 1:1 비율
전근육에 의해 발달된 힘 저력 수축 고력 수축
전근육에 의해 발달한 속도 고속 수축 저속 수축
펜네이션 각도(섬유 회전) 펜네이션 각도 증가 펜네이션 각도의 분 또는 없음
단면 분산 두께 증가(아포뉴로 사이의 거리 증가) 두께 감소(아포뉴로 사이의 거리 감소)

높은 기어비는 전체 근육의 수축 속도가 개별 근육 섬유보다 훨씬 클 때 발생하며, 기어비가 1보다 클 때 발생한다. 기어비가 높으면 전체 근육의 저력, 고속 수축이 발생한다. 펜네이션의 각도는 두께의 증가를 동반한 수축 동안에 증가할 것이다. 두께는 근육의 아포뉴로 사이의 영역으로 정의된다. 낮은 기어비는 전체 근육과 개별 섬유의 수축속도가 거의 같을 때 발생하여 기어비가 1. 낮은 상태로 나타나는 조건에는 전체 근육의 높은 힘과 저속수축이 포함된다. 펜네이션 각도는 전형적으로 거의 변화가 없다. 근육 두께가 줄어들 것이다.

참조

  1. ^ a b c d e f Lieber, Richard L., Friden, Jan (November 2002). "Functional and clinical significance of skeletal muscle architecture" (PDF). Muscle & Nerve. 23 (11): 1647–1666. doi:10.1002/1097-4598(200011)23:11<1647::aid-mus1>3.3.co;2-d. PMID 11054744. Retrieved November 17, 2012.{{cite journal}}: CS1 maint : 복수이름 : 작성자 목록(링크)
  2. ^ a b c d Narici, Marco (April 1999). "Human skeletal muscle architecture studied in vivo by non-invasive imaging techniques: functional significance and applications" (PDF). Journal of Electromyography and Kinesiology. 9 (2): 97–103. doi:10.1016/s1050-6411(98)00041-8. PMID 10098710. Retrieved November 20, 2012.
  3. ^ a b c d e f g h i j Liem, Karel F., Bemis, William E., Walker, Warren F. Jr., Grande, Lance (2001). Function anatomy of the vertebrates: an evolutionary perspective. Emily Barosse. ISBN 0-03-022369-5.{{cite book}}: CS1 maint : 복수이름 : 작성자 목록(링크)
  4. ^ a b Brooks, Darrell MD (2012). "Functional microvascular muscle transplantation". Retrieved November 20, 2012.
  5. ^ Erickson, Donna, Baer, Thomas, and Harris, Katherine S. "The role of the strap muscles in pith lowering" (PDF). Haskins Laboratory: Status Report: 275–284. Retrieved November 20, 2012.{{cite journal}}: CS1 maint : 복수이름 : 작성자 목록(링크)
  6. ^ Moore, Keith L. (2018). Clinically oriented anatomy (Eighth ed.). Philadelphia: Wolters Kluwer. pp. 30–32. ISBN 9781496347213.
  7. ^ Dean, Mason N., Azizi, Emanuel, Sumers, Adam, P. (2007). "Uniform strain in broad muscles: active and passive effects of the twisted tendon of the spotted ratfish Hydrolagus colliei". Journal of Experimental Biology. 210 (19): 3395–3406. doi:10.1242/jeb.007062. PMID 17872993. Retrieved November 20, 2012.{{cite journal}}: CS1 maint : 복수이름 : 작성자 목록(링크)
  8. ^ a b c Alexander, R. M. & A. Vernon. (1975). "The dimensions of knee and ankle muscles and the forces they exert". J Hum Mov Stud. 1: 115–123.
  9. ^ a b "The Musculature". 2004. Retrieved November 29, 2012.
  10. ^ a b Kier, William M. (1985). "Tongues, tentacles and trunks: the biomechanics of movement in muscular-hydrostats". Zoological Journal of the Linnean Society. 83 (4): 307–324. doi:10.1111/j.1096-3642.1985.tb01178.x.
  11. ^ National Skeletal Muscle Research center (January 2006). "Muscle Physiology". Retrieved November 29, 2012.
  12. ^ a b Azizi, Emanuel, Brainerd, Elizabeth L. and Roberts, Thomas J. (2008). "Variable gearing in pennate muscles". PNAS. 105 (5): 1745–1750. Bibcode:2008PNAS..105.1745A. doi:10.1073/pnas.0709212105. PMC 2234215. PMID 18230734.{{cite journal}}: CS1 maint : 복수이름 : 작성자 목록(링크)
  13. ^ Enright, K; Morton, J; Iga, J; Drust, B (2015). "The effect of concurrent training organisation in youth elite soccer players" (PDF). European Journal of Applied Physiology. 115 (11): 2367–81. doi:10.1007/s00421-015-3218-5. PMID 26188880. S2CID 14667961.