근육의 힘-속도 관계
1) 힘-속도 곡선(Force velocity curve)
- 근육 길이의 변화 속도와 최대 힘 생산 사이의 관계를 나타낸 곡선
- 수직축은 힘 / 수평축은 근육 길이 변화 속도
ㄱ. 동심성(Concentric) 힘-속도 관계
- 동심성 활동시 발생하는 힘은 근육 단축 속도에 반비례(수축 속도 증가 시 교차 연결 수 감소)
- 등척성 수축때 교차 연결 수가 최대가 되어 동심성보다 큰 힘 생산
ㄴ. 편심성(Eccentric) 힘-속도 관계
- 편심성 활동시 발생하는 힘은 근육 신장 속도에 비례(정확한 이유 X)
- 인간은 근육 손상을 막기 위한 보호기전에 의해 편심성으로 높은 속도에서 최대 활성 X
- 동심성보다 근섬유가 적게 동원됨
ㄷ. 편심성 힘 생산이 동심성 힘 생산보다 큰 이유
- 각각의 교차 연결이 따로 당겨지고 떨어지므로 각 교차 연결에서 생산된 평균 힘이 동심성 보다 큼
- 교차연결 형성 시 동심성 보다 더 빠른 재부착 단계 가짐
- 신장된 근육의 직렬 / 병렬 탄성 요소에 의해 생산된 수동 장력이 기여함
2) 일률(Power)
- 힘 X 수축속도
- 양의 일(positive work) : 부하에 대해 동심성 수축
- 음의 일(negetive work) : 부하에 대해 편심성 수축 후 근육에 에너지를 저장해 감속하는 역할
- (ex. 계단을 내려갈 때 넙다리네갈래근이 편심성 수축을 하면서 체중을 서서히 낮춰 천천히 내려올 수 있는 감속 역할을 함)
신경을 통한 근육 활성
1) 동원(Recruitment)
- 근섬유의 활성을 유발하는 운동신경세포의 초기 활성
- 신경은 알파운동신경세포의 세포막을 가로지르는 전압 전위 변경으로 운동 단위 동원
ㄱ. 동원 과정
- 임계전압에서 이온들이 세포막을 가로질러 활동 전위(action potential) 생성
- 활동 전위는 알파운동신경세포의 축삭을 통해 신경근육이음부의 운동종말판으로 내려감
- 근섬유가 활성화되어 수축 발생
ㄴ. 운동신경세포 크기
- 헤너만의 크기 원리(henneman size principle) : 운동신경세포가 작을수록 먼저 동원되어 힘이 부드럽게 증가 가능
- 작은 운동신경세포 : 느리고 작게 연축 하며 낮은 힘을 장시간 지속시킬때 동원
- 큰 운동신경세포 : 빠르고 크게 연축하며 큰 힘을 요구할 때 동원
| 운동 단위 | 운동신경세포 크기 | 연축반응 | 특성 | 동원순서 |
|
느린 운동 단위 (S) |
작은 운동신경세포 | 느리고 작음 |
느리고 산화적 특성 피로 저항 높음 |
1 |
|
빠르고 쉽게 피로 운동 단위 (FF) |
큰 운동신경세포 | 빠르고 큼 |
해당적 특성 쉽게 피로해짐 |
3 |
|
빠르고 피로에 저항 운동 단위 (FR) |
조금 큰 운동신경세포 | S와 FF의 중간 |
산화적과 해당적 모두 가짐 피로 저항 중간 |
2 |
ㄷ. 동원의 생리학적 이득
- 작은 운동 단위는 움직임시 초기에 동원되어 낮고 장시간 지속되는 힘을 발생시킴
- 큰 운동단위는 작은 운동단위 동원 이후 동원되어 큰 힘을 연속적으로 보내줌
- 이러한 동원의 이득은 장시간 안정된 자세 유지시키는 근섬유 활성화와 필요할 때만 큰 힘을 사용할 수 있어 에너지의 효율적 사용 가능
2) 비율부호화(Rate coding)
- 운동신경세포 동원 이후 근섬유에서 생산되는 힘이 연속적인 활동 전위의 방전율에 의해 조정되는 것
- 운동 단위 처음 동원 시 10Hz로 방전하고 수축 동안 50Hz까지 증가
- 첫 번째 연축 이후 근섬유가 완전 이완 시 두 번째 활동 전위가 제공되면 첫 번째와 똑같은 힘만 발생
ㄱ. 비 융합된 강축(unfused tetanus)
- 근육이 완전 이완되기 전에 활동 전위가 연속으로 주어져 가중된 역학적 연축이 발생되는 것
ㄴ. 융합된 강축(fused tetanus)
- 비 융합된 강축이 역학적 연축과 융합되어 안정화된 근육 힘을 발생시키는 것
- 단일 근섬유에서 가능한 가장 큰 힘 나타냄
- 높은 빈도의 활동 전위를 받은 운동단위가 낮은 빈도의 활동전위 운동 단위보다 큰 힘 생성
ㄷ. 비율부호화의 생리학적 이득
- 근육 힘의 증가가 부드럽게 조절될 수 있는 기전
- 빠르게 연속으로 운동 단위를 활동 전위로 방전시키기 위해 사용됨
※정리 문제
1. 동심성 힘-속도 곡선과 편심성 힘-속도 곡선의 차이에 대해 설명하라
2. 편심성 힘 생산이 동심성 힘 생산보다 큰 이유?
3. 인체의 움직임 중 음의 일이 발생하는 경우?
4. 운동 단위 동원이란?
5. 헤네만의 크기 원리에 대해 설명하라
6. 비율 부호화에 대해 설명하라
답 ↓
1. 동심성 힘-속도 곡선에서 힘은 근육 단축 속도에 반비례, 편심성 힘-속도 곡선에서 힘은 근육 신장 속도에 비례함
2. 각각의 교차 연결이 따로 당기고 떨어져 각 교차연결이 생산하는 평균 힘이 크고, 교차 연결의 재부착이 빠르고, 신장된 근육의 직렬 / 병렬 탄성 요소에서 수동 장력이 발생하기 때문
3. 음의 일이란 근육이 부하에 대해 편심성 수축 시 에너지를 저장하는 것으로 계단을 내려갈 때 넙다리네갈래근이 편심성 수축을 하면서 체중을 점진적으로 낮추는 것
4. 운동신경세포의 초기 활성으로 연관된 근섬유의 활성을 유발하는 것
5. 근육 활성의 증가에 따라 작은 운동 단위에서 큰 운동 단위로 동원되는 것
6. 비율부호화는 근섬유에서 생산되는 힘이 연속적인 활동 전위의 방전에 의해 조정될 수 있는 것으로 연속적인 활동전위의 발생으로 연축이 일어나며 최종적으로 근육에서 융합된 강축이 발생해 강한 힘을 낼 수 있는 것
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