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무릎
문제

무릎뼈는 넙다리네갈래근에 대해 도르래의 역할을 한다. 얻을 수 있는 이점으로 옳은 것은?

해설
무릎뼈는 넙다리네갈래근의 힘줄을 앞쪽으로 이동하기 때문에 무릎관절폄근 기전의 내적인 모멘트팔을 증가시킴. 무릎뼈는 넓적다리네갈래근의 토크를 증가시킴
같은 주제 다음 문제무릎관절을 구성하는 뼈로 옳은 것은?이 문제가 수록된 문제집2026 Edition 코어 물리치료사 패키지 Full-Pack99,000원 · 무료 체험 가능

심화 해설

무릎뼈(patella)는 인체에서 가장 큰 종자뼈(sesamoid bone)로, 넙다리네갈래근(quadriceps femoris)의 힘줄 속에 묻혀 있어 무릎관절의 폄(extension) 기전에서 도르래(pulley) 역할을 합니다. 무릎뼈가 넙다리네갈래근 힘줄을 앞쪽으로 밀어내면, 힘줄이 작용하는 힘의 방향과 무릎관절의 회전축 사이 거리가 멀어지게 됩니다. 이 거리가 바로 내적 모멘트팔(internal moment arm)이며, 무릎뼈가 있음으로써 이 모멘트팔이 증가합니다 [1][2].

토크(torque)는 힘과 모멘트팔의 곱으로 산출됩니다. 넙다리네갈래근이 내는 힘의 크기가 같더라도 모멘트팔이 커지면 무릎관절에 작용하는 폄 토크(extension torque)가 증가합니다. 따라서 무릎뼈의 도르래 기능은 넙다리네갈래근이 더 적은 수축력으로도 동일한 폄 토크를 만들 수 있게 하여, 무릎 폄 동작의 효율을 높입니다 [2][4].

반대로 무릎뼈가 없거나 두께가 얇아지면 모멘트팔이 줄어들고, 같은 토크를 만들기 위해 넙다리네갈래근이 더 큰 힘을 내야 합니다. 인공관절치환술(TKA)에서 무릎뼈 두께를 자연 상태보다 두껍게 하면 폄 기전의 모멘트팔이 증가할 수 있지만, 폄 기구(extensor apparatus)에 과도한 긴장을 유발할 수 있어 임상적으로는 신중하게 결정합니다 [2].

혼동 주의! 모멘트팔(moment arm)과 지레팔(lever arm)은 다릅니다. 무릎뼈는 넙다리네갈래근 힘줄의 위치를 바꾸어 내적 모멘트팔을 증가시키지만, 뼈 자체의 길이인 지레팔을 늘리지는 않습니다. 보기 5번의 '지레팔 길이 감소'는 무릎뼈의 기능과 반대 방향의 서술입니다.

무릎뼈는 충격을 분산하고 무릎관절을 보호·안정화하는 기능도 함께 수행하지만 [1], 문제에서 묻는 '도르래 역할'로 얻는 직접적인 기계적 이점은 모멘트팔 증가와 그에 따른 토크 증가입니다. 핵심! 무릎뼈가 넙다리네갈래근 힘줄을 앞쪽으로 이동시키면 무릎 폄근의 모멘트팔이 증가하고, 결과적으로 폄 토크가 커진다는 인과 관계를 기억해야 합니다 [2][4].
참고 문헌 (논문 출처)
  • [1]
    Deciphering the influence of evolutionary legacy and functional constraints on the patella: an example in modern rhinoceroses amongst perissodactyls.일반논문Mallet C, Houssaye A. (2024) · DOI: 10.7717/peerj.18067
  • [2]
    Patellar thickness can critically impact knee joint biomechanics after total knee arthroplasty.일반논문Guo N, Maas A, Grupp TM, Schütz P, Windhagen H, Taylor WR, Hosseini Nasab SH. (2026) · DOI: 10.1302/2046-3758.155.bjr-2025-0055.r2
  • [4]
    High-grade trochlear dysplasia increases patellofemoral joint pressure and decreases the knee extension torque, and tibial tubercle anteriorisation does not correct these effects: Biomechanical study in vitro.일반논문Dan M, Moralidou M, Kuder I, van Arkel RJ, Dejour D, Amis AA. (2025) · DOI: 10.1002/ksa.12570

임상 시나리오

무릎뼈 도르래 기능의 임상 적용무릎 폄 기전의 모멘트팔과 토크 이해

무릎뼈는 넙다리네갈래근 힘줄을 앞쪽으로 이동시켜 무릎관절 폄근의 내적 모멘트팔을 증가시킵니다. 같은 근력이라도 모멘트팔이 커지면 폄 토크가 증가하므로, 무릎 폄 효율이 높아집니다.

무릎뼈 절제술이나 두께 감소 시 모멘트팔이 줄어 같은 토크를 내려면 넙다리네갈래근이 더 큰 힘을 내야 합니다. 반대로 인공관절치환술에서 무릎뼈를 과도하게 두껍게 하면 모멘트팔은 커지지만 폄 기구에 과도한 긴장을 유발할 수 있습니다.

주의

모멘트팔과 지레팔을 혼동하지 마십시오. 무릎뼈는 뼈 길이인 지레팔을 늘리지 않고 힘줄 주행을 바꾸어 모멘트팔만 증가시킵니다.

핵심 개념

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