근골격계 1장역학의 기초

01 · FREE-BODY VIEW

몸 전체에서
하나만 떼어 봅니다.

움직임을 이해하려면 먼저 보고 싶은 마디를 따로 그립니다. 체중과 바닥반력은 바깥에서 들어오는 힘입니다. 근육과 관절면의 힘은 몸 안에서 생기며, 대부분 직접 측정하기 어렵습니다.

따라서 움직임 자료에서 역으로 구한 근육 힘은 관측값이라기보다 모델의 추정값입니다. 어떤 근육을 넣고, 지레팔을 어디에 두며, 힘을 나누는 규칙을 어떻게 정했는지에 따라 답이 달라집니다.

같은 움직임도 내부의 힘 배분은 하나로 정해지지 않습니다.

02 · STRESS & STRAIN

힘보다 먼저,
면적과 방향을 붙입니다.

응력은 힘을 그것이 지나가는 면적으로 나눈 값입니다. 같은 힘이라도 더 좁은 곳에 모이면 응력이 커집니다. 변형률은 원래 길이에 비해 얼마나 변했는지를 나타냅니다.

몸의 조직은 방향에 따라 성질이 다릅니다. 섬유와 하중이 어긋나면 축 응력의 일부는 섬유 면을 미끄러지게 하는 전단 응력으로 돌아갑니다. 3D 장면의 기울어진 면에서 그 두 성분을 직접 볼 수 있습니다.

03 · STRESS–STRAIN SURFACE

한 점이 아니라
곡면을 봅니다.

처음에는 접혀 있던 섬유가 펴지며 비교적 쉽게 늘어납니다. 그 뒤에는 하중에 비례해 변하고, 어느 지점을 지나면 원래 모양으로 완전히 돌아오지 못합니다. 더 진행하면 손상이 쌓이고 마침내 파괴됩니다.

2D 곡선에 하중 속도 축을 하나 더 올리면 곡선이 더 이상 선이 아니라 면이 됩니다. 조직마다 이 면의 기울기가 다르며, 그 차이가 곧 속도 의존성의 크기입니다.

아래 곡면은 조직 사이의 성향을 비교한 도식입니다. 파괴 지점을 환자에게 적용하거나 운동 강도를 정하는 표가 아닙니다.

숫자를 인용할 때는 조직·방향·수분·온도·속도를 함께 적습니다.

04 · TIME DEPENDENCE

시간도 하중의
한 부분입니다.

같은 힘을 오래 유지하면 조직은 조금씩 더 늘어날 수 있습니다. 이를 크리프라고 합니다. 반대로 늘어난 길이를 고정하면 필요한 힘이 서서히 줄어듭니다. 이를 응력이완이라고 합니다.

늘렸다 되돌릴 때 모든 에너지가 돌아오지는 않습니다. 들어갈 때와 나올 때 곡선 사이의 차이가 히스테리시스이며, 일부 에너지는 열로 바뀝니다.

같은 총량이라도 한 번에 오래 주는 것과 짧게 나누어 주는 것은 같은 자극이 아닙니다.

05 · SOLID + FLUID

젖은 조직에서는
물이 먼저 버팁니다.

연골처럼 물이 많은 조직을 갑자기 누르면, 처음에는 물이 빠져나갈 시간이 없습니다. 물의 압력이 하중을 나누어 받고, 시간이 지나 물이 이동하면 고체 그물이 더 많은 몫을 받습니다.

이 때문에 연골을 단순한 고무 쿠션처럼 보면 놓치는 것이 생깁니다. 얼마나 눌렀는지만 아니라 얼마나 오래 유지했는지와 물이 얼마나 잘 이동하는지가 중요합니다.

화면의 비율은 이중상 모형의 원리를 보여 주는 예시입니다. 실제 연골의 하중 분담률은 부위·상태·시험 조건에 따라 달라집니다.

06 · CLINICAL READING

숫자를 보기 전에
조건을 묻습니다.

연구의 숫자는 환자에게 곧바로 붙는 답이 아닙니다. 어떤 조직을, 어느 방향에서, 어떤 속도로, 어떤 상태에서 측정했는지 먼저 확인해야 합니다.

근골격계 모델이 제시한 근육 힘도 마찬가지입니다. 실제로 직접 잰 값인지, 움직임에서 역산한 값인지, 어떤 최적화 규칙을 썼는지를 구분해야 합니다.

모형은 생각을 돕는 도구입니다. 환자 앞에서는 반응을 다시 확인해야 합니다.