근육의 힘-속도 관계, 지렛대 사용

1. 근육의 힘-속도 관계

 근육이 단축성 수축 혹은 신장성 수축을 한다면, 그때 근육의 길이 변화율은 잠재되어 있는 힘의 양과 관련이 깊다. 약한 저항에 대해 단축성 수축을 하면, 근육은 빠르게 수축한다. 저항이 증가한다면 근육은 수축하는 속도가 최대 속도보다 감소한다. 결과적으로, 저항(부하)이 점점 증가하면 속도는 감소하여 0이 되고 등척성 수축(Isometric contraction)이 된다. 등척성 수축은 근육의 길이가 변하지 않는 상태에서 힘을 만들어내는 수축으로 관절을 지나는 근육은 활성이 되었지만 해당하는 관절에서 움직임이 제한이 되어 있을 때 일어나게 된다. 저항(부하)이 등척성 수축을 유지할 수 있는 힘 이상으로 증가한다면, 근육은 길이가 늘어나기 시작하고 신장성 활동을 하게 되어 신장성 수축이 이루어지게 된다. 저항이 약간 증가하면 근육이 길어지는 속도는 상대적으로 감소할 것이다. 저항이 더 커지게 되면 길이가 길어지는 속도 또한 상대적으로 증가할 수 있을 것이다. 결과적으로 저항(부하)는 근육이 더 이상 버틸 수 없는 지점까지 증가할 것이다. 이러한 현상은 통제를할 수 없는 길이로 변하거나 저항을 떨어뜨리는 결과를 낳게된다. 이러한 설명을 통해 힘의 생성과 근수축 속도의 사이에는 반비례한 관계가 성립하는 것을 알 수 있다. 무언가의 움직임을 유발하기 위해서는 필요한 힘이 증가할수록, 단축성 수축의 속도가 감소하게 되는 것이다. 반면에, 힘의 생성과 신장성 수축의 속도 간의 관계는 비례한 것을 볼 수 있다. 무언가의 움직임을 제어하기 위해서는 필요한 힘이 증가하면, 신장성 수축의 속도는 최소한 제어가 되지 않는 지점까지는 증가하는 것이다.

2. 당기는 각도

 뼈에 대한 당기는 각도(Angle of full)는 지렛대 사용에 있어서 고려해야 할 중요한 요인 중 하나이다. 당기는 각도는 근육의 견인선(벡터, vector)과 근육이 붙는 뼈 사이의 각도로 정의된다. 일관성과 명료성을 위해 언급되는 각도가 관절로의 각도라는 것음 특정화할 필요가 있다. 관절이 움직임으로써 부착점의 각도는 거의 당기는 작은 각도를 포함한다. 당기는 각도는 뼈가 작은 근육군의 수축을 통해 해부학적 자세로부터 멀어지며 감소하게 된다. 움직임의 범위는 뼈의 해부학적 구조나 관절의 형태에 따라 다르다. 근육의 대부분은 50도보다 작은 각도에서 움직이는데, 관절의 움직임을 만들어내기 위해 필요한 힘(근력)의 양은 당기는 각도의 영향을 받게 된다. 힘(근력)의 양에는 회전 요소(Rotary component), 비회전 요소(Nonrotary component)의 안정 요소(Stabilizing component)와 탈구 요소(Dislocating component) 등 세 가지 요소가 포함되어 있다.

- 회전 요소(Rotary component) : 뼈의 긴축(지레)에 수직으로 움직이는 요소이다. 근력의 힘선이 해당 근육이 붙어 있는 뼈에 90도로 위치한다면, 그 근력은 회전력이 되고 힘은 100%가 움직임에 영향을 미치게 된다. 결과적으로 모든 힘은 해당하는 축에 대한 회전을 위해 사용되는 것이다. 회전 요소는 당기는 각도가 90도에 가까울수록 커진다.

- 비회전 요소(수평 요소, Nonrotary component) : 당기는 각도가 90도를 기준으로 큰지 작은지에 따라 나누어진다. 90도보다 작다면, 작용하는 힘은 뼈를 관절의 축 방향으로 바로 당겨오기 때문에 안정적이며 관절 내의 압력을 증가시켜 전체 관절의 안정성을 증가시키게 된다. 이를 안정 요소(Stabilizing component)라고 한다. 만약 90도보다 크다면, 작용하는 힘은 뼈를 관절의 축에서부터 멀리 당겨오기 때문에 관절을 압박력을 감소시켜 견인력을 높이게 된다. 이러한 힘의 작용은 관절 주위의 인대 구조물에 더 많은 스트레스를 주게 되며, 이를 탈구 요소(Dislocating component)라고 한다.

 움직임에 있어 이상적인 당김각은 90도가 되었을 때로, 이때 움직임을 시작하는 것이 좋다. 턱걸이를 예로 들어보면, 팔꿈치의 각도를 90도에 가깝게 굴곡시키지 않으면 운동을 수행하기에 어려움이 있다. 이러한 수행은 움직임에 있어서 효율적으로 작용하도록 더 큰 힘을 만들어내는 근육을 위한 해결책으로 볼 수 있다.