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범식 장
4 years ago
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1 4 장 : 인간뼈의성장과발달의 운동역학 The Biomechanics of Human Bone Growth and Development

2 학습목표 뼈의구성물질과구조가어떻게역학적부하에견디는지설명할수있다. 뼈의성장과성숙과정을기술할수있다. 운동과무중력환경이뼈의미네랄 (mineralization ) 에미치는영향을기술할수있다. 골다공증의중요성과예방에대한최근이론을논의할수있다. 여러가지형태의역학적부하와뼈부상의관계를설명할수있다.

3 도입글 뼈의성장을멈추게하는요인은무엇인가? 스트레스골절의원인은무엇인가? 우주비행이왜우주비행사의뼈의미네랄밀도를감소시키는가? 골다공증이란무엇이며어떻게예방할수있을까? 뼈의구성과구조, 뼈의성장과발달, 스트레스에대한뼈의반응, 골다공증및뼈부상에대하여운동역학적으로논의

4 용어 지렛대 (Lever) 강도 (Stiffness) 압축력 (Compressive Strength) 인장력 (Tensile Strength) 다공성골 (Porous Bone) 피질골 (Cortical Bone) 소주골 (Trabecular Bone) 스트레인 (Strain) 이방성 (Anisotropic)

5 뼈의구성성분 탄산칼슘과인산칼슘 ( 미네랄 ) 뼈전체무게의 60-70% 차지 강도 (stiffness) 및압축력 (compressive) 결정요인 콜라겐 단백질 유연성및인장력 (tensile strength) 결정요인 물 뼈전체무게의 25-30% 차지 뼈의강도 (strength) 결정요인

6 뼈의구조 다공성뼈의두가지범주 : 피질골 : 구멍이많이없는조직 소주골 : 구멍이많은조직 구멍이많은뼈일수록 : 인산칼슘과탄산칼슘 ( 미네랄 ) 의비율이적음 비 - 미네랄조직 (non-mineralized tissue ) 의비율이많음

7 피질골과소주골 피질골 (Cortical Bone) 구멍이적고, 광물질을많이함유 뼈부피의 5-30% 가비광물질조직 소주골보다강도가높아골절되기전에스트레스에더강하지만, 스트레인에약화 소주골 (Trabecular Bone) 뼈부피의 30-90% 가비광물성조직 골절전스트레인에더강하지만, 스트레스에약화 소주골의비율이높은척추골은충격흡수력을증가 나이가들면서뼈의강도가더빠르게감소

8 뼈의구조적특성 피질골과소주골은이방성 (anisotropic) 피질골이소주골보다단단하고강한반면, 소주골은충격흡수력이좋다. 뼈는압축스트레스 (compressive stress) 에강하고, 전단스트레스 (shear stress) 에가장약함

9 뼈의형태 인체의골격계 축골격 (Axial Skeleton) 사지골격 (Appendicular Skeleton) 형태와기능에따른분류 단골 (Short Bones) : 제한적활주운동, 충격흡수 편평골 (Flat Bones) : 주요장기와조직보호, 근육과건의부착점제공 불규칙골 (Irregular Bones) : 예 - 척추골 장골 (Long Bones) : 사지골격계의뼈대형성 관절연골 (Articular Cartilage) : 윤활작용

10 뼈의성장 길이성장 장소 : 골단 (epiphyses) or 골단판 (epiphyseal plates) 약 18 세에멈춤, 25 세까지지속되는경우도있음 부피성장 일생동안직경이증가 골막 (Periosteum) 의내부층에서새로운뼈조직의중심층 (concentric layers) 을형성 조골세포 (osteoblasts): 골조직을형성 파골세포 (osteoclasts): 골조직을재흡수

11 성인뼈의발달 조골세포와파골세포의균형 나이가들면서점진적으로콜라겐은감소, bone brittleness 는증가 나이가들면서뼈밀도와뼈강도가약화 여성들이더심각 뼈의미네랄함유최고치 여성 : 약 25~28 세, 남성 : 약 30~35 세 뼈밀도및강도가 20 대초반부터감소

12 여성뼈와노화뼈의특징 여성들의뼈부피와밀도 50세또는폐경기이후일년에 0.5%-1.0% 씩손실 폐경기이후 5-8년사이에일년에 6.5% 씩손실 노화 뼈밀도손실 뼈의역학적특성감소 다공성증가 소주골의결합과융화의문제로뼈의약화

13 스트레스에대한뼈의반응 울프의법칙 (1982, 독일과학자 ) 뼈에작용하는힘에반응해서크기, 형태, 밀도가변함 뼈강도의증가및감소는뼈에작용하는힘의증가및감소와관련 골밀도에영향을주는요인 체중, 신체활동, 음식, 생활양식, 유전자, 인종 체중이많은사람 > 적은사람, 흑인 > 백인 ( 근육의차이 ) 근력훈력, 정기적인체중부하운동이가장많은영향

14 뼈의모델링및리모델링 뼈의모델링 ( 골비대 ) 만약, 스트레인 > 모델링역치, 뼈의모델링 조골세포의활동이우세하면뼈의모델링이일어나뼈의질량과밀도가증가 뼈의리모델링 ( 골위축 ) 만약, 스트레인 < 리모델링역치, 뼈의리모델링 조골세포와파골세포활동의균형또는파골세포활동이우세하면뼈의리모델링이일어나뼈의질량이유지되거나감소

15 골비대 골비대 조골세포활동의우세로뼈의질량증가 테니스선수 근력의비대및요골 (radius) 의비대 부하가클수록뼈의광물화도증가 여러종목의국가대표선수의대퇴부밀도측정 역도 > 투창 > 육상 > 축구 > 수영선수 부하의크기가부하의빈도보다더영향 정기적인운동은골격계전체에서골밀도를증가 육상선수 : 하지뿐아니라상지에서도골밀도증가

16 골위축 골위축 파골세포활동의우세로리모델링을통해서뼈의질량감소 뼈의칼슘, 무게, 강도동반감소 누워서지내는환자, 비활동적인노인, 우주비행사 뼈의질량이감소 특히, 소주골에서골절에대한저항력감소

17 골위축 우주비행사 칼슘의손실 하나의가설 : 중력의차이로인한뼈의혈류변화 운동프로그램 근육의힘을사용하여뼈에실리는역학적스트레스를늘려골손실을예방 미래 : 짐을메고다님으로써골질량유지 지구로돌아왔을때골질량이어느정도까지회복될수있을까?

18 골다공증 뼈의질량과강도의감소로골절이발생하는질환 주로폐경기또는여성노인에게서발견 여성골절의 ½ 이상, 남성은 1/3 골다공증의일반적인부위 요골 (Radius) 척골 (Ulna) 대퇴경부 (Femoral neck) 척추 (spine)

19 골다공증의두가지유형 유형 I 골다공증 = 폐경기이후골다공증 50 세이후의약 40% 가경험 첫골다공성골절 대퇴경부 (femoral neck) 골절 : 3 배 척추골절 : 3 배 손목골절 : 6 배 유형 II 골다공증 = 나이 - 관련골다공증 70 세이후의대부분의여성과남성이경험 남녀 60 세이후 90% 골절이골다공증골절 사망의주요원인

20 골다공증의증상 척추의통증, 변형 체중부하에의한요추압박골절로신장 (height) 감소 흉부척추후만증 (thoracic kyphosis) 체중부하가척추앞쪽에걸리기때문 할머니의곱추등 (Dowager s hump) 척추압박골절 50세이상의여성중 26% 가척추압박골절경험 남성에게할머니의곱추등이나타나지않는이유? 척추직경의증가 압박스트레스줄임 척추강도유지

21 여성운동선수의 3 가지문제 1. 식사장애 62% 이상의여성운동선수에게서나타남 주로지구력또는외모와관련된스포츠 장기간의식사장애 신경성식욕부진 (anorexia nervosa) 또는신경성대식증 (bulimia nervosa) 2. 월경불순 (Amenorrhea) : - 낮은에스트로겐수치, 낮은체지방, 과도한훈련 - 초경지연 (1 차 ), 월경주기가 3~6 회사라짐 (2 차 ) 3. 골다공증 : 뼈의질량및강도의감소 주변의친구, 부모, 코치등은즉시의사에게연락

22 골다공증치료 골다공증의위험인자제거 신체활동의부족, 과도한체중감소, 흡연 에스트로겐, 칼슘, 비타민 D 결핍 과도한단백질과카페인섭취 카페인은적은양의칼슘을섭취하는폐경기여성의뼈의미네랄밀도에부정적인영향 건강한젊은여성에게는영향이없음 호르몬대체요법 ( 약물치료 ) 에스트로겐 ( 여성 ), 테스토스테론 ( 남성 ) 적절한신체활동

23 ACSM 권고사항 1) 건강한골격을위해체중부하신체활동을하라. 2) 체중이가해지지않는뼈를위해근력운동을하라. 3) 뼈의손실을막고뼈의질량을향상시키기위해서신체활동을증가시켜라. 4) 운동이폐경기이후의호르몬이상을해결하지는않는다. 5) 여성노인들의낙상을예방하기위해서는근력, 유연성, 협응성을포함한적절한운동프로그램을수행하라.

24 일반적인뼈부상 골절 단순 (Simple) 복합 (Compound) 박리 (Avulsion) 나선형 (Spiral) 태클을받은축구선수의다리부상 굽힘모멘트 (Bending Moment) 스키선수가넘어지면서몸이회전되면서얻는부상 염력부하 (torsional loads) 가경골에작용되어박리골절을발생

25 스트레스골절 ( 피로골절 ) 스트레스골절 ( 피로골절 ) 낮은강도의힘이반복적으로지속 뼈의복원과정이끝나기전에추가로손상 육상선수들이많이발생 경골 : 50%, 중족골 : 20%, 그외대퇴경부와치골 원인 뼈의재형성전에훈련기간과강도증가 근육피로, 표면, 급격한방향전환

26 골단부상 (Epiphyseal Injuries) 골단부상부위 : 연골성골단판 (Cartilaginous epiphyseal plate) 관절연골 (Articular cartilage) 뼈돌기 (Apophysis) 갑작스럽고반복적인부하는성장판에부상를입힘 골단접합부 (epiphyseal junction) 를빨리폐쇄시키고뼈성장을종료

27 골단부상 (Epiphyseal Injuries) 골연골증 (Osteochondrosis) 골단에혈액공급이중단 조직의괴사및골단의기형 골단염 (Apophysitis) Sever s disease, Osgood-Schlatter s disease 뼈돌기 (apophysis) 의골연골증 외상성박리골절 (traumatic avulsions) 과관련 종골과경골조면 (tibial tubercle) 부위에발생

28 요약 뼈의역학적기능은신체조직을지지및보호하고뼈에부착된근육에의해제어되는견고한지렛대시스템으로작용한다. 뼈의강도와골절에대한저항은뼈의물질구성과조직구조에따라다르다. 뼈의밀도는조골세포와파골세포의활동을통해계속해서변한다. 골다공증은노인들에게서많이발생한다. 골다공증은호르몬요법과생활습관개선및규칙적인운동프로그램으로예방할수있다.

29 토론 ( 개인 ) 달리기, 등산, 수영, 사이클, 역도, 테니스종목중에서골밀도증가에영향을주는순서대로나열하고, 그순서에대한논리적근거에대해서토론하라. 육상선수들의피로골절을예방할수있는방법에대해서토론하라.

30 토론 ( 그룹 ) 노년층골다공증환자를위한 6 주간의운동프로그램을작성하라. 우주 ( 무중력상태 ) 에서뼈의미네랄밀도의손실을막기위한방법에대해서토론하라.

31 실험실습 해부학모델에서형태별로각각세개의뼈를선택하여라. 선택한뼈의크기와형태에따른운동역학적기능에대해서논의하라. 예 ) 뼈 1 형태의설명 : 건 (tendon) 부착위치 : 근육이발휘하는힘의방향

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Microsoft PowerPoint - 3-개구리_골격.pptx 골격계 The skeletal system 동물의골격 골격이없는경우 (no skeleton) 유체골격 (hydrostatic skeleton): 내부체액이채워져근육이수축할수있는원동력제공 외골격 (exoskeleton): 칼슘이나키틴질의골격이몸의바깥을구성 내골격 (endoskeleton): 체내에단단한골격이존재 골격의기능 생명기관의보호 (Protect the