Quadriceps Femoris

해부학적 고려사항

• Vastus intermedius, vastus lateralis, rectus femoris, vastus medialis(longus, obliquus)
• Extension의 80%는 vastus group에서 생산하며 rectus femoris는 20%를 생산
• Vastus group는 오로지 무릎의 폄만 가능하지만 rectus femoris는 엉덩관절 굽힘과 무릎의 폄이 가능
• Knee extensor mechanism : quadriceps femoris, quadriceps tendon, patella, patellar tendon
• Vastus medialis obliquus는 무릎뼈의 안정화와 방향에 있어 중요한 의미를 가짐

기능적 고려사항들

• 무릎 폄근육은 굽힘근육들에서 생산된 토크보다 약 2/3 더 큼
• Isometric activation
  - 무릎 관절을 안정시키고 보호
• Eccentric activation
  -COM(center of mass)의 하강 속도를 조절(sitting, squating)
  -무릎에 대한 충격을 흡수
  -Heel Contact Phase에서 무릎은 GRF에 대한 반응으로 약간 굽힘
  -관절에 가해지는 부하의 충격을 완충시키는데 도움
   (달리기 단계 중 initial foot contact phase, 높은 계단에서 내려오기)
  -무릎이 폄된 상태로 보조기를 착용할 시에 충격을 흡수하는 기전의 부분 상실
• Concentric activation
  -넙다리뼈나 정강뼈를 무릎 폄으로 가속
  -COM의 상승시키는데 도움(오르막길, 점프, sit to standing)

Quadriceps Femoris에 대해 부과된 외적인 토크의 요구 : CKC VS OKC

• 넙다리뼈에 대한 정강뼈의 무릎 폄 : 다리 무게의 외적인 모멘트 팔은 폄을 향할 수록 증가
• 정강뼈에 대한 넙다리뼈의 무릎 폄 : 상체 무게의 외적인 모멘트 팔은 폄을 향할 수록 감소

Quadriceps Femoris의 내적인 토크-관절각도 관계 Internal Torque-Angle Relationship

• 최대 무릎 폄(내적인) 토크는 일반적으로 45도에서 70도 굽힘 사이에서 일어남
• 80도에서 30도 굽힘 사이에서 적어도 최대 토크의 90%를 유지
• 높은 계단 오르기, 의자에서 일어서기, 스포츠에 참가흔 동작 중에 부분적으로 쭈그려 앉은 자세 유지하기 등
  정강뼈에 대한 넙다리뼈의 운동형상학을 필요로 하는 많은 기능적 활동들에서 사용됨
• 완전한 폄 쪽으로 가까워짐에 따라 내적인 토크에서 빠르게 감소가 발생하며, 흥미롭게도 외적인 토크 또한 빠른 감소를 보임
• 무릎 굽힘 45도에서 70도, quadriceps femoris에 대한 저항에 적용에 초점을 둔 closed-kinematic chain 운동이 대중적

무릎뼈의 기능적 역할

• 넙다리뼈와 네갈래근 사이에서 "Spacer"로 작용, 무릎 폄근육기전의 내적인 모멘트 팔을 증가
• 무릎뼈의 존재를 통해 폄 토크를 증가 시킴 (Torque = Force x Moment Arm)
• 무릎 폄근육의 모멘트 팔이 무릎굽힘과 폄의 완전한 운동호 동안 상당히 변화됨
• 시상면에서의 가동범위 동안 무릎 폄 모멘트 팔의 길이에 영향을 끼치는 요소
  - 무릎뼈의 형태와 위치
  - 먼쪽 넙다리뼈의 형태(융기사이고랑의 깊이도 포함)
  - 축폐선의 이동

무릎넙다리관절의 운동역학

• 높은 크기의 압박력에 일상적으로 노출되어 있음
• 평지를 걷는 동안 체중의 1.3배, SLR 시에 체중의 2.6배, 계단을 오르는 동안 체중의 3.3배. 깊게 무릎읖 구부리는 동작일 때 체중의 7.8배까지 올라감
• Quadriceps femoris에서 생산된 능동적인 힘들에 의해 주로 발생하지만, 압박력의 크기는 근호라성 시점에서의 무릎굽힘의 양이 강력하게 영향을 미침
• Quadriceps tendon을 가로질러 patellar tendon을 통해 몸쪽과 먼쪽으로 힘들이 전달됨
• 무릎굽힘이 증가되면 폄근육 기전에 대한 힘의 요구를 확실히 상승시키게 되고, 무릎넙다리관절에 적용되는 힘도 상승시키게 됨
• Quadriceps tendon과 patellar tendon의 벡터가 동일 선상에 위치하고 있으며 서로가 반대의 방향을 향하고 있으면 무릎넙다리관절에 주어지는 근육에 의한 압박력은 사라진다.
• 압박력과 관절의 접촉면적은 굽힘과 함께 증가하여 60-90' 사이의 무릎굽힘에서 최대가 됨
• 근육에 의해 발생된 가장 큰 압박력과 연관된 위치에서 가장 큰 관절멸의 접촉면적을 가진다는 것은 스트레스로 유발되는 연골의 퇴행으로부터 관절을 보호하게 된다는 것을 의미함
• 관절연골이나 연골밑뼈에서의 불편함 도는 퇴행 없이 정상적으로 정렬된 무릎넙다리관절로 일생 동안 살아갈 수 있도록 큰 압박력을 견딜 수 있게 해준다.
• 무릎넙다리관절에 높은 힘을 받는 사람들은 무릎넙다리통증증후군(patellofemoral pain syndrome) 의 발달에 기여하는 요소가 됨

Reference

1. Brunnstrom's Clinical Kinesiology
2. Clinical Kinesiology and Anatomy by Lippert, Lynn S.
3. Kinesiology of the Musculoskeletal System By Donald A. Neumann