발 형태 비교

Comparative foot morphology
인간과 코끼리의 해골입니다.

비교 발 형태학에서는 다양한 육상 척추동물의 말단 사지 구조의 형태를 비교하는 것을 포함한다.각 유형의 유기체에 대해 발이 수행하는 역할을 이해하는 것은 체형, 발 모양, 구조 배치, 하중 조건 및 기타 변수의 차이를 고려해야 한다.하지만, 많은 다른 육지 척추동물의 발 사이에도 유사점이 존재한다.개의 발, 말의 발굽, 코끼리의 원고와 페스 그리고 인간의 발은 구조, 조직 그리고 기능의 공통적인 특징을 공유합니다.이들의 발 구조는 균형, 선 자세 및 이동 유형(걷기, 발걸음, 질주 및 달리기 등)에 필수적인 하중 전달 플랫폼 역할을 한다.

생체모방학의 분야는 다양한 육생 척추동물의 발 형태학을 인간공학적 문제와 비교함으로써 얻은 정보를 적용한다.예를 들어, 척추 손상으로 인한 마비 때문에 외부 정형화를 착용하거나 당뇨병 관련 다리 절단 후에 보철물을 사용하는 사람들에게 발의 부하 전달을 바꿀 수 있는 통찰력을 제공할 수 있다.이러한 지식은 서 있을 때 사람의 균형을 향상시키고, 더 효율적으로 걷고, 운동할 수 있게 하며, 그렇지 않으면 그들의 이동성을 향상시킴으로써 삶의 질을 향상시키는 기술에 포함될 수 있다.

구조.

대표적인 육상 척추동물의 팔다리의 구조:

스케일링 및 사지 조정의 가변성

코끼리 골격

네발자리와 [1]쌍발자리의 사이와 사이, 선 자세와 이동 중 하중의 특성뿐만 아니라 신체와 사지의 규모와 비율에 상당한 차이가 있다.전방-후방 체질량 분포는 사지하중에 영향을 미치는 포유류의 사지동물마다 상당히 다르다.서 있을 때, 많은 육지 사족동물은 [2][3]뒷다리보다는 앞다리에 더 많은 체중을 지탱한다; 하지만,[4][5][6] 그들이 움직일 때 신체량과 사지의 하중의 분포는 변한다.인간은 상지질량보다 하지질량이 더 크다.개와 말의 뒷다리는 앞다리보다 약간 더 큰 질량을 가지고 있는 반면 코끼리는 상대적으로 긴 팔다리를 가지고 있다.코끼리의 앞다리는 [7]뒷다리보다 길다.

말과[8] 개에서 뒷다리는 1차 추진에 중요한 역할을 한다.인간의 다리 이동은 일반적으로 [9]각 하지에 동일한 하중을 분배한다.코끼리(가장 큰 육지 척추동물)의 이동은 코끼리의 뒷다리와 [10]앞다리에 유사한 하중 분포를 보인다.사족류와 이족류의 보행과 달리기 기트는 그들의 앞다리와 뒷다리의 상대적인 움직임 단계뿐만 아니라 그들의 오른쪽 팔다리와 왼쪽 [5][11]팔다리의 상대적인 움직임에서 차이를 보인다.앞에서 언급한 변수들 중 다수는 신체와 사지 치수의 스케일링과 사지 조정 및 움직임 패턴의 차이와 관련이 있다.그러나 체중 지지 단계 동안 발과 발 구조의 기능적 기여에 대해서는 거의 알려져 있지 않다.일부 대표적인 육상 척추동물의 말단 사지 및 발 구조의 비교 형태학은 몇 가지 흥미로운 유사점을 드러낸다.

사지 구조의 원기둥 구조

사자의 사지 골격, 각진 골격의 예

많은 육생척추동물도 사지의 치수, 사지의 배위, 사지의 크기 등에 차이가 있으며, 개, 말, 코끼리는 원위부 앞다리 구조가 원위부 [7][8][12]뒷다리와 유사하다.인간의 손 구조는 일반적으로 발의 구조와 모양과 배열이 유사하다.육지 척추동물 사족류와 쌍족류는 일반적으로 연속적으로 정렬되고 상대적으로 수직 방향으로 쌓이고 확장된 [1][13][14]사지에 준기둥 형태로 배열된 원위부 및 발 내골격 구조를 가지고 있다.개와 말에서 근위 사지의 뼈는 수직으로 향하고 발목과 발의 원위 사지의 구조는 각진 방향을 가진다.인간과 코끼리에서, 팔다리와 발의 뼈의 수직 기둥 방향은 연관된 골격근-텐돈 [6]단위에서도 명백합니다.말의 발에는 반원 모양으로 둘레를 향한 외손톱(발굽)이 있다.아래 뼈는 반수직 [15][16]방향으로 배열됩니다.개의 발에도 반수직 방향으로 배열된 뼈가 있다.

인간과 코끼리에서 발바닥 콤플렉스의 기둥 방향은 발바닥 방향으로, 코끼리에서는 뒷다리 구조의 [6]반발바닥 정렬로 대체된다.인간과 코끼리의 발뼈와 관절의 방향 차이는 그들이 [17]지형의 변화에 적응하는 데 도움을 준다.

원위부 쿠션

너구리와 코끼리의 발에 있는 원위부 쿠션

대표적인 육지 척추동물은 발밑에 원위부 쿠션을 가지고 있는 경우가 많다.개의 발에는 중간과 원위쪽 발을 따라 여러 개의 점탄성 패드가 있습니다.그 말은 개구리라고 알려진 중앙 디지털 패드를 가지고 있는데, 그것은 발의 원위쪽에 위치하고 [12]발굽으로 둘러싸여 있다.인간은 발 [18][19]뒷부분의 피부와 뼈에 고정된 단단한 섬유질과 탄력 있는 지방 패드를 가지고 있다.

코끼리의 발은 아마도 척추동물에서 발견되는 가장 특이한 원위부 쿠션 중 하나를 가지고 있다.앞발과 뒷발에는 가장 큰 육지 척추동물에 의해 가해지는 엄청난 부하에 대처하기 위해 비늘이 있는 거대한 지방 패드가 포함되어 있습니다.게다가, 연골과 같은 돌기(앞다리는 프리폴렉스, 뒷다리는 프리홀룩스)가 코끼리의 [20]발뼈에 원위부 쿠션을 고정하는 것으로 보입니다.

이러한 모든 유기체(개, 말, 사람 및 코끼리)의 원위부 쿠션은 이동 중에 압축과 팽창 단계를 번갈아 가면서 역동적인 구조이다. 따라서 이러한 구조가 골격계가 [18][19][20][21]경험하는 하중을 감소시키는 것이 제안되었다.

조직

발 구조 배치:

육지 척추동물의 말단 사지의 체형, 스케일링, 형태학이 매우 다양하기 때문에 발 구조의 성격과 구성에 대해서는 어느 정도 논란이 있다.발 구조를 이해하기 위한 한 가지 조직적 접근법은 발 구조의 지역 구조에 대한 차이를 만듭니다.발 구조는 근위부에서 원위부로 분할되며 모양, 치수 및 기능의 유사성에 따라 그룹화됩니다.이 접근법에서 발은 뒷발, 중간발, 앞발의 세 가지 세그먼트로 설명할 수 있다.

뒷발은 [22]발의 가장 가까운 뒷부분이다.기능적으로 이 영역에 포함된 구조는 일반적으로 견고하며 발의 다른 구조보다 더 큰 크기와 둘레를 가지고 있다.뒷발의 구조는 보통 발이 지면에 닿을 때 사지의 근위부와 원위부 사이에 큰 하중을 전달하도록 조정된다.이는 인간과 코끼리 발에 뚜렷하게 나타나며, 여러 형태의 이동에서 [23]처음 접촉할 때 뒷발이 더 큰 하중을 받는다.개와 말의 뒷발 구조는 코끼리와 인간의 발에 비해 상대적으로 가까운 위치에 있다.

미드풋은 뒷발과 앞발 사이의 발의 중간 부분입니다.이 지역의 구조물은 크기가 중간이며 일반적으로 뒷발에서 앞발로 하중을 전달합니다.중족부의 인간 횡관절은 뒷발의 시상하관절에서 앞발 관절(중족골 및 골간) 및 관련 뼈(중족골 및 골간)[24]로 힘을 전달합니다.개, 말, 코끼리의 중간 발에는 인간의 중간 발과 유사한 기능을 가진 유사한 중간 구조가 포함되어 있습니다.

앞발은 발의 가장 원위부를 나타냅니다.인간과 코끼리의 경우, 이 지역에 포함된 뼈 구조는 일반적으로 더 길고 좁습니다.앞발의 구조는 터미널 스탠스의 추진 및 하중 [6][23]전달에 대한 지렛대를 제공하는 역할을 합니다.

기능.

대표적인 육상 척추동물에서 발의 부하 전달:

개발

개발

개의 발은 손가락 방향으로 되어 있다.준수직 주상 방향으로 배치된 원위부 발 구조와 관절하는 사지 근위부 뼈의 수직 주상 방향은 골격과 지면과의 무게를 지탱하는 접촉 시 하중을 전달하도록 잘 정렬되어 있다.길쭉한 중족골과 손가락의 [6]각진 방향은 발목 관절 근위부에서 발끝으로 발끝까지 근육 힘줄 단위의 기계적 에너지를 저장하고 방출할 수 있는 영역을 확장한다.근육 힘줄 단위가 길어지면, 부하 스트레인은 기계적 활동을 용이하게 합니다.이러한 근육 힘줄 단위 구조는 [25]이동에 필수적인 힘의 지상 반응 전달을 돕기 위해 잘 설계된 것으로 보인다.또한 원위부 발바닥의 패드는 발바닥이 지면과 접촉하는 동안 충격 흡수를 강화함으로써 부하 감쇠를 가능하게 하는 것으로 보입니다.

말발

말발 부분

말의 발은 음침한 방향으로 되어 있다.뼈와 결합조직의 원기둥 방향은 이동의 무게를 지탱하는 단계 동안 하중을 전달하기 위해 유사하게 잘 정렬되어 있다.두꺼운 각질화 및 반원형 발굽은 하역 시 모양이 변합니다.마찬가지로 발굽 후단의 중앙에 위치한 완충 개구리는 하중을 가할 때 압축되고 하중을 가할 때 팽창한다.발굽과 완충 개구리의 구조는 충격 [21]흡수를 위해 발굽 캡슐과 함께 작동할 수 있습니다.말발굽은 또한 하중 중에 동적으로 작용하여 내골격에 심각한 변형을 일으킬 수 있는 높은 하중으로부터 완충될 수 있습니다.

코끼리발

현대 코끼리의 다리 뼈대

코끼리의 뒷다리와 발은 반식물로, 인간의 발 구조와 기능과 매우 흡사하다.발바닥과 메타포디얼은 사람의 발과 마찬가지로 아치를 형성하도록 배치되어 있다.코끼리의 각 발의 6개의 발가락은 유연한 [20][26]피부 껍질로 둘러싸여 있습니다.개의 발과 비슷하게, 코끼리의 지골은 아래쪽으로 향합니다.코끼리의 원위 지골은 땅에 직접 닿지 않고 각각의 손톱/발굽에 [27]부착됩니다.원위부 쿠션은 발바닥 [28]표면에서 뒷발, 중간발, 앞발 뼈 내의 근육 힘줄 단위와 인대 사이의 공간을 차지합니다.원위부 쿠션은 감각 구조(마이스너와 파키니아 소체)에 의해 고도로 신경화되어 원위부 발은 코끼리의 [20]가장 민감한 구조 중 하나입니다.코끼리의 발 쿠션은 압축 시 기계적 하중을 저장 및 흡수하고, 발 조직 스트레스를 허용 [20]수준 이내로 유지하기 위해 넓은 면적에 걸쳐 운동 하중을 분산해야 하는 요건에 대응합니다.또한 코끼리의 근골격계 발바닥과 발바닥의 쿠션이 맞물려 말발굽과[6] 인간의 [29]발바닥과 비슷하게 작용한다.코끼리에서, 중족골과 발가락의 뼈 요소들의 거의 반쪽 큐풀 모양의 배열은 인간의 [29][30]발바닥의 아치 구조와 흥미로운 유사성을 가지고 있다.

최근, 영국 왕립 수의대 과학자들은 코끼리가 자이언트 판다의 여분의 "엄지"와 비슷하게 위치한 여섯 번째 의족 발가락인 세사모이드를 가지고 있다는 것을 발견했다.그들은 이 여섯 번째 발가락이 [31]코끼리의 무게를 지탱하고 분배하는 역할을 한다는 것을 알아냈다.

사람의 발

인간과 고릴라의 골격(비자연적인 자세로 나타난 고릴라)

사람의 발의 독특한 정렬은 다양한 조건에 적응할 수 있는 원위-다리 구조를 낳습니다.움직임이 적고 튼튼한 발꿈치 뼈는 초기 단계(보행의 초기 접촉 및 하중 반응 단계, 주행 중 부주의한 발뒤꿈치 타격) 동안 큰 하중을 받아들이고 전달하도록 형성되고 정렬됩니다.뒷발의 발바닥보다 작고 짧은 중간 발의 발바닥은 뒷발과 앞발 사이에 하중을 전달하기 위한 방향을 잘 잡은 것으로 보인다. 이는 하중을 전달하고 늦은 자세 단계에서 발바닥 복합체를 단단한 레버에 고정하는 데 필요하다.반대로, 중간 발의 뼈와 관절은 하중을 전달하고 관절 간 움직임을 허용하여 발을 느슨하게 채운 구조를 만들어 다양한 표면에 걸쳐 발을 고도로 순응시킵니다.이 구성에서는 발뒤꿈치 타격 및 초기 중량 [17]수용 시 발생하는 큰 하중을 발이 흡수 및 감쇠할 수 있습니다.긴 중족골과 비교적 긴 지골을 가진 앞발은 정지 종료 단계에서 하중을 전달하여 전진 운동량의 푸시오프와 전달을 용이하게 합니다.앞발은 서서 점프할 때 균형을 잡는 레버 역할도 한다.또한, 뒷발, 중앙발, 앞발을 가로지르는 발의 아치는 단단한 레버에서 유연한 무게 수용 구조로 [23][24]발을 전환하는 성질에 중요한 역할을 한다.

달리는 걸음걸이의 경우, 보통 걷는 것의 반대입니다.발바닥에 발볼이 닿으면 [32]발뒤꿈치가 떨어진다.힐 드롭은 아킬레스건을 탄력적으로 연장합니다.이 연장은 푸시오프 [33]중에 반전됩니다.

임상적 영향

수의사나 사람의 건강관리 전문가들은 종종 개, 말, 코끼리 또는 사람의 발에 이상이 생겼을 때 반응한다.이들은 일반적으로 임상 치료 계획을 수립하고 실행하기 위해 병리학의 성격을 이해하기 위해 조사한다.예를 들어, 개의 발과 뒷발은 점프와 달리기의 충격을 흡수하고 움직임의 유연성을 제공하기 위해 함께 일한다.발 이외의 부위에 있는 개의 골격 구조가 손상된 경우 발에 보상 하중이 가해질 수 있습니다.직진 또는 느슨한 어깨, 곧은 답답함, 느슨한 엉덩이 및 앞발과 뒷발 사이의 균형 결여와 같은 구조적 결함은 모두 보행 이상을 야기할 수 있으며, 이는 구조적 결함을 보완할 때 발 구조에 과부하를 가함으로써 뒷발과 발을 손상시킬 수 있다.

말의 경우 발굽이 건조하면 발바닥의 외측 구조가 경직될 수 있습니다.발굽이 단단해지면 발의 하중 감쇠 능력이 떨어져 말의 말발바닥에 큰 무게를 견딜 수 없게 됩니다.인간의 발에 유사한 특징적인 특징이 페스 캐버스 정렬 기형의 형태로 나타난다. 페스 캐버스 정렬 기형은 단단한 발 콤플렉스를 만드는 단단한 결합 조직 구조와 관절 합성에 의해 생성된다.페스카부스(pes cavus) 특징적인 감소된 하중 완화 기능을 가진 개인은 증가된 하중 전달을 보상할 수 있다(예: 무릎, 엉덩이, 관절 또는 요추에 [24]대한 과도한 하중).발 장애는 포획된 코끼리들에게서 흔하다.그러나 그 원인은 제대로 [34]파악되지 않았다.

「 」를 참조해 주세요.

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외부 링크