다리자세(leg position)에 따른 이상근(piriformis)의 기능(function)과 작용(action)

 논문 읽어주는 남자

 이상근(piriformis)은 운동학적으로 전문가들 사이에서 눈 여겨보는 근육(muscle) 중 하나입니다. 모든 근육이야 빠짐없이 중요하지만, 이상근(piriformis)이라는 근육은 다양한 요인으로 인해 길이적인 변화, 기능과 작용의 부전(dysfunction), 보상반응(compensation), 게다가 불편함과 통증까지 동반하기 쉽기 때문입니다. 때문에 이상근(piriformis)이라는 근육은, 전문가뿐만 아니라 비전문가 사이에서도 점점 더 알려지고 언급되는 근육으로 변해가고 있습니다.

이상근(piriformis)의 기능부전으로 인해 가장 발생하기 쉬운 증상은 이상근증후군(piriformis syndrome)입니다. 이에 대해서는 이미 이전에도 여러 번 다룬 적이 있습니다. 하지만 이상근(piriformis)의 기능부전에 대한 원인에 대해서는 이번 포스팅처럼 자세히 다룬 내용은 없었습니다. 비록 다리자세에 따른 이상근(piriformis)의 변화에 대한 내용이긴 하지만, 자세적인 요인에서 오는 변화와 적응은 언제나 강력합니다. 더군다나 본 포스팅에서 다루는 다리자세는 우리 모두가 일상적으로 쉽게 취하고 생활하는 자세이기도 합니다. 해서 개인적인 생각으로는, 이상근(piriformis)의 기능부전에 대해서 아래에서 다루고 있는 내용들의 비중이 실질적으로 상당히 크다는 말씀을 드리고 싶습니다.

 

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 내복사근(internal oblique abdominal), 복횡근(transversus abdominal), 이상근(piriformis), 골반기저근(pelvic floor)과 같은 가로지르는 방향성 골반근육(pelvis muscle)은, 관골(hip bone) 사이의 천골(sacrum)을 압박(compression)하여 천장관절(sacroiliac joint)의 안정성(stability)에 기여할 수 있습니다. 표면근전도 측정결과, 다리의 교차가 내복사근(internal oblique abdominal)의 활동을 유의하게 감소시키는 것으로 나타났습니다. 이것은 다리의 꼬임이 복근(abdominal)의 활동을 대체한다는 것을 의미합니다. 지금까지의 연구에서는 양반다리 자세에서의 이상근(piriformis) 및 골반구조(pelvis structure)에 관한 자료는 없었습니다.

 본 연구의 방법으로는, 건강한 피실험자의 기립자세에서, 정상적으로 앉은 자세(sitting) 그리고 양반다리 자세(cross-legged sitting)로 골반(pelvis)과 대퇴골(femur)의 각도를 측정하고, 방부처리된 골반(pelvis)에서 이러한 자세를 가정하여 이상근(piriformis)의 신장(elongation)을 측정했습니다. 이상근(piriformis)의 힘에 의한 골반륜(pelvic ring)의 변형 및 장요인대(iliolumbar ligament)의 변형을 방부처리된 골반(pelvis)에서 측정하였습니다.

 위와 같은 방법으로 인한 조사결과, 양반다리 자세는 정상적으로 앉은 자세와 비교하여 11.7%, 게다가 기립자세와 비교했을 때에는 21.4% 가량 상대적인 이상근(piriformis)의 신장(elongation)이 나타났습니다. 이러한 자세에서 적용된 이상근(piriformis)의 근력(strengthening)은 골반륜(pelvic ring)의 내측 변형과 천장관절(sacroiliac joint) 및 치골결합(pubic symphysis)의 압박(compression)을 초래했습니다.

 양반다리 자세로 앉는 것은 매우 흔합니다. 우리는 이것이 천장관절(sacroiliac joint)의 안정성(stability)에 기여한다고 생각합니다. 본 연구는 천장관절(sacroiliac joint)의 압축에 따른 이상근(piriformis)의 영향을 보여줍니다. 다리를 교차하게 되어 발생되는 이상근(piriformis)의 신장(elongation)은, 천골(sacrum) 및 대퇴골(femur) 사이에서의 능동적(active) 또는 수동적(passive)인 긴장감(tension)을 형성할 수 있습니다.

 

 이상근(piriformis)은 둔부의 짧은 측면(lateral) 회선근(rotator) 중 가장 큰 근육(muscle)입니다. 기시점(origin)은 2~4번째 천추(sacrum)의 복측 표면의 측면 부위입니다. 섬유다발(fiber bundle)은 대전자(greater trochanter)의 위쪽(superior) 내측(medial)에 부착(attachment)됩니다. 좌골신경(sciatic nerve)은 이상근(piriformis)의 하단 또는, 부분적으로 근육을 통과합니다. (Beaton and Anson, 1937; Chiba, 1992; Lee and Tsai, 1974) 다른 심부외회전근(deep external rotator)과는 달리, 이상근(piriformis)만이 고관절(hip joint)과 천장관절(sacroiliac joint)을 가로지르며, 그 결과 대퇴골(femur)의 움직임이 천골(sacrum)과 천장관절(sacroiliac joint)에 작용합니다.

 체중부하활동(weight bearing activity)에서 이상근(piriformis)의 기능(function)은 주로 보행(gait) 중 작용하거나, 과도한 내회전(internal rotation)을 억제(inhibition)하는 것으로 간주하며, 또한 둔부의 하중(weight) 및 위치(location)와도 관련됩니다. 비체중부하(non weight bearing) 중의 이상근(piriformis)의 기능은, 대퇴골(femur)의 외회전(external rotation) 및 90˚ 굴곡(flexion)에서의 고관절(hip joint)의 신전(extension) 및 외전(abduction)입니다. (Travell and Simons, 1992)

 이상근(piriformis)은 천골(sacrum)에 간접적인 힘을 가합니다. 근육의 평면은 전면(anterior)에 가깝게 위치하고, 천장관절(sacroiliac joint)의 평면에 약 30°의 각도를 이룹니다. (Mitchell, 1965)

 임상적으로 이상근(piriformis)은 둔부 및 하지근육의 통증(pain)과 같은 증상을 동반한, 대좌골공(greater sciatic foramen)에 위치한 좌골신경(sciatic nerve)의 압박(compression)과 관련됩니다. (Douglas, 1997; Freiberg and Vinke, 1934; Parziale 등, 1996) 다수의 환자에서 좌골신경통(sciatica)은 이상근(piriformis)의 경련(spasm)으로 야기될 수 있습니다. (Sayson et al., 1994) 통증(pain)은 앉은 자세 또는 하지의 활동으로 인해 악화됩니다.

 

 아직까지 이상근(piriformis)의 기능(function)에 대해서는, 요골반(lumbopelvis)의 역학(mechanic)과 관련하여 요통(low back pain)과는 연계되지 않습니다. 요통(low back pain)은 일반적으로 척추질환(spinal disorder), 특히 탈출된 디스크(herniated discs) 또는 골단관절(apophysial joint)의 병변(lesion)으로 언급됩니다. (Kelsey and White, 1980) 우리는 천장관절(sacroiliac joint)의 안정성(stability)과 관련된 추가적인 이론을 소개했습니다. (Snijders et al., 1998, 2004) 여기에서는 안정성(stability)을 근육제어(muscle control), 인대(ligament) 및 관절낭(joint capsule)의 손상방지 등을 포함한 관절(joint)의 기계적인 제어(mechanical control)로 정의합니다. 생체역학적인 모델에 의하면, 횡방향으로 주행하는 근육의 힘으로 인하여, 관골(hip bone) 사이의 천골(sacrum) 압박(compression)을 설명합니다. 편안하게 앉고 서있는 동안, 우리는 심부근육(deep muscle)을 형성하는, 낮은 수준의 긴장성 활동(tonic activity)을 측정했습니다. (Snijders et al.1995, 1998, 2004, Richardson et al., 2002) 앉아있을 때의 이와 같은 활동은, 다리를 교차했을 때 감소합니다. (Snijders et al.1995) 이것은 다리를 교차했을 때, 이상근(piriformis)을 포함하여 척추(spine)에서 고관절(hip joint)까지의 구조(structure)가 연결되어있다는 것을 의미합니다. 천장관절(sacroiliac joint)로 지향하기 때문에, 이상근(piriformis)은 다리의 움직임(movement)적인 작용(action)뿐만 아니라, 천장관절(sacroiliac joint) 안정적인 기능(function)에도 기여할 수 있습니다. 후자는 특히 다리가 고정되어있을 때, 입각기(stance phase) 또는 앉아있을 때(sitting)와 동일합니다. 그러므로 우리는 천장관절(sacroiliac joint)의 압박(compression)과 관련될 수 있는 기하학적인 변화의 정량화를 목적으로, 다리의 교차를 연구하기로 결정했습니다.

 

 앉거나 서있을 때의 고관절(hip joint) 각도를 측정하기 위해, 건강한 피험자 10명(남성 5명, 여성 5명, 연령 22-31세, 신장 1.65~1.83m, 체중 51-89kg, 체질량지수 19~27)을 선발했습니다. 사용된 의자는 평평한 좌석에 조절 가능한 높이 및 등허리 받침대가 있어서, 각 피험자는 등받이에 기대어 앉을 때 똑바로 앉을 수 있었습니다. 골반(pelvis)과 대퇴골(femur)의 각은 세 가지로, 또는 피험자가 가능할 경우 네 가지로, 서로 다른 자세로 기록되었습니다. 첫 번째는 똑바로 서서, 두 번째는 엉덩이(hip)와 무릎(knee)이 90° 굴곡(flexion)된 상태에서 의자에 똑바로 앉아서, 세 번째는 피험자가 의자에 다리를 교차하고 똑바로 앉아서 (예를 들어, 한쪽 무릎이 다른 쪽 무릎 위로), 네 번째는 피험자가 똑바로 앉아서 다리를 교차하고 (예를 들어, 한쪽 무릎이 다른 쪽 무릎 위로) 발목(ankle)도 교차한 상태에서 (즉, 발목 뒤에 다른 발목) 기록되었습니다.

 시상면(sagittal plane)에서 골반(pelvis)의 후방경사(posterior tilit)에 대한 기준으로, 세 개의 다리에 놓여있는 T자형 평면과 전상장골극(anterior superior iliac spine) 및 관상면(frontal plane) 사이의 각도를 기록했습니다. (그림 2A) T자형 평면의 다리는 골반(pelvis)의 크기와 일치하도록 서로를 향해 움직이거나 넓어질 수 있습니다. 대퇴골(femur)의 굴곡(flexion) 및 내전(adduction)은 대전자(greater trochanter)에서 외측상과(lateral epicondyle)까지의 각각의 라인과 함께, 관상면(frontal plane) 및 시상면(sagittal plane) 사이의 각도로 결정되었습니다. (그림 2B, C) 축 방향의 대퇴골(femur)의 회전(rotation)을 기준으로, 대퇴골(femur)의 축과 일치하는 수직면에 경골(tibia)의 각도를 기록했습니다. (그림 2D) 모든 각도는 T자형 평면 및 기재된 선에 각각 배치된 디지털 관절각도계를 사용하여 측정되었습니다.

 앞선 생체 내 연구에서 발견된 각도는 네 개의 방부처리된 표본(남성 2명, 여성 2명)에 대하여, 네 가지 자세를 모의실험하여, 이러한 자세에서 이상근(piriformis) 길이를 측정하는 데에 사용되었습니다. 골반(pelvis)과 대퇴골(femur)의 근위부(proximal) 절반을 분리한 후, 대퇴근막장근(tensor fasciae latae)과 대둔근(gluteus maximus) 및 중둔근(gluteus medius)의 막(covering)을 제거하여, 골반륜(pelvic ring)과 고관절(hip joint)의 관절낭(joint capsule) 및 인대(ligament)를 훼손하지 않고 이상근(piriformis)을 노출시켰습니다. 따라서 다른 고관절(hip joint) 각도에서의 생체 내 상황에 필적하는 고관절(hip joint) 구도를 얻기 위해, 고관절(hip joint)의 무결성이 유지되었습니다. 골반(pelvis)은 고관절(hip joint)의 운동범위(range of motion)를 방해하지 않고, 조절 가능한 경사도를 가진 고정대에 장착되었습니다. 고관절(hip joint)을 느슨하게 하기 위해 미국정형외과의사협회(American Association of Orthopaedic Surgeons)의 고관절(hip joint) 운동의 표준을 준수하는 완전한 수동운동범위(full passive range of motion)가 적용되었습니다. (Greene and Heckman, 1994) 마킹 포인트로 두 개의 작은 핀이 이상근(piriformis)의 후방(posterior) 측면(lateral)에 배치되었으며, 그중 하나는 근위부(proximal)에 가까운 천골(sacrum)에 위치시켰으며, 다른 하나는 대전자(greater trochanter) 근처의 힘줄(tendon)에 위치시켰습니다. 골반경사(pelvis tilt)는 디지털 관절각도계와 T자형 평면을 사용하여, 고정대의 기울기를 조정하여 치골(pubis) 및 양쪽 전상장골극(anterior superior iliac spine)에 고정되었습니다. 관절각도계가 있는 레버를 대퇴부(femur)의 말단부에 부착하여 고관절(hip joint)의 조절을 용이하게 하고, 대퇴골(femur)의 굴곡(flexion), 내전(adduction), 회전(rotation)을 결정했습니다.

 

 네 가지의 자세를 시뮬레이션하기 위해, 골반(pelvis)과 대퇴골(femur)을 이전의 생체 내 측정을 통해 얻게 된 각도로 배치했습니다. 다리를 교차하는 자세에서, 대퇴골(femur)은 가장 낮은 위치의 다리에서 발견되는 각도보다 몇 도 더 크기 때문에, 가장 높은 위치의 다리에서 생체 내의 측정된 각도로 위치했습니다. 각 위치에서, 이상근(piriformis)의 두 핀 사이의 거리를 줄자로 측정되었습니다.

 

 결과적으로 생체 내 측정결과에 따르면, 서 있는 자세에서 앉은 자세로 전환할 때, 고관절(hip joint)의 굴곡(flexion)은 평균 88˚이며, 후면부(posterior)의 골반경사(pelvis tilt)가 12˚에서 32˚로 변합니다. 다리의 교차는 결과적으로, 추가적인 골반경사(pelvis tilt) 9˚, 위쪽 다리의 굴곡(flexion) 15˚, 내전(adduction) 22˚, 외회전(external rotation) 17˚를 야기했습니다. 아래쪽 다리는 비교 가능한 내전(adduction)을 보였으나, 추가적인 굴곡(flexion) 및 회전(rotation)은 없었습니다. 추가적으로 발목(ankle)의 교차는(10명 중 6명만 가능, 5명 중 4명의 여성) 골반경사(pelvis tilt) (+1˚), 굴곡(flexion) (±2˚) 및 내전(adduction) (+4~5˚)이 발생되었으나, 고관절(hip joint)에서 내회전(internal rotation)의 변화가 발생했습니다. (2˚와 17˚)

 체외 측정 시, 골반(pelvis) 및 대퇴골(femur)의 정렬(alignment)을 서 있는 자세에서 앉은 자세로 전환할 때, 110mm의 평균적인 이상근(piriformis)의 평균 신장(elongation) 9mm가 발견되었습니다. (다리 교차는 결과적으로 이상근(piriformis)을 추가적으로 14mm 신장(elongation)시켰습니다) 추가적으로 발목(ankle)까지 교차한 결과, 이상근(piriformis) 길이가 2mm 감소했습니다.

 

 서로 다른 자세에서 측정한 고관절(hip joint)의 기하학적인 변화는, 다리를 교차하고 앉은 자세가 왼쪽 및 오른쪽 엉덩이(hip) 모두에서 상당한 굴곡(flexion) 및 내전(adduction)을 의미한다는 것을 보여줍니다. 이것은 이상근(piriformis)을 과도하게 신장(elongation)시킵니다. 연신율은 기하학적 구조, 즉 천추 배면부의 표면과 대퇴골(femur) 대전자(greater trochanter)의 위쪽(superior) 표면 내측(medial) 부분 사이의 거리에 의해서만 결정됩니다. 그러므로 방부처리된 골반(pelvis)에서 발견되는 길이는, 생체 내 상황에서의 길이와 유사합니다. 방부처리된 표본에서 6.9% 및 17.1% 사이의 상대적인 연신율(변형률)은 앉은 자세로부터 다리를 교차한 자세로 전환하는 것을 시뮬레이션할 때 발견되었습니다. 서 있는 자세에서 앉는 자세로 전환했을 때에는, 더 적은 신장(elongation)이 관찰되었습니다.

 네 개의 방부처리된 표본 중, 두 가지는 다리 교차 시 50% 또는 그 이상의 이상근(piriformis) 신장(elongation)의 좌우 차이를 보였습니다. 이와 같이 제한된 물질이 생체 내 상황에 대한 결론을 정당화하지는 못하지만, 이러한 좌우의 차이는 다리 교차 시의 측면부(lateral)의 편측성 선호도와 관련될 수 있으며, 향후 연구를 위한 쟁점이 됩니다. 이것은 또한, 두 개의 여성 표본에서의 이상근(piriformis)의 신장(elongation)이 두 개의 남성 표본에서보다 더욱 컸으며, 특히 서 있는 자세에서 앉은 자세로 전환할 때 관찰됩니다.

 

 이상근(piriformis)은 천골(sacrum)에서 대전자(greater trochanter)로 주행하므로, 우리는 그 수축(contraction)이 천장관절(sacroiliac joint)의 안정성(stability)에 영향을 미칠 것으로 기대합니다. 반듯이 서 있을 때와 다리를 교차하고 앉을 때 사이에서, 평균적으로 21.4%의 상대적인 연신율은, 수동기계적반응(passive mechanical response)뿐만 아니라,(Berne and Levy, 1988; McHugh et al.,1998) 이상근(piriformis)의 스트레칭(stretching)에 대한 신장성유도수축반응을 시사합니다. (Magnusson et al.,1996; McHugh et al.,1992, 1998) 그러나 이러한 추측은 천장관절(sacroiliac joint)의 이완(relaxation)평가와 함께, 바늘전극 근전도검사 연구에 의해 검증되어야 합니다. (Richardson et al.,2002) 좌골신경통(sciatica)은 이상근(piriformis)의 경련(spasm)이 원인이 될 수 있기 때문에, 이상근(piriformis)의 활동에 대한 내용들은 흥미롭습니다. (Sayson et al.,1994)

 골반륜(pelvic ring) 기하학에서, 이상근(piriformis)의 수축(contraction) 결과로 인하여, 좌우 관골구(acetabulum)에 작용(action)하는 압력(pressure)은 관골(hip bone)을 안쪽으로 밀어내어 천장관절(sacroiliac joint)과 치골결합(pubic symphysis)의 압박(compression)을 초래할 수 있다고 결론 내릴 수 있습니다. 이것은 현재의 체외 측정에 의해 확인되었습니다.

 이상근(piriformis)의 천장관절(sacroiliac joint) 안정성(stability) 및 골반륜(pelvic ring)의 지지(support)로 예상되는 영향이 신체의 다른 자세(position)에도 적용된다면, (Snijders et al.,1998) 이러한 영향은 발(foot)을 들었을 때(lifting)나 보행(gait) 중 입각기(stance phase) 자세일 때 나타날 가능성이 큽니다. 이러한 상황은 팔(arm)과 손(hand)이 고정되어있다는 공통점이 존재합니다. 그렇지 않다면, 이상근(piriformis)의 수축(contraction)은 고관절(hip joint)의 외회전(external rotation)을 야기할 것입니다.

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 김형욱이 읽어주는 '자세(position)에 따른 이상근(piriformis)'

 몇 가지 다리자세에 따른 이상근(piriformis)의 변화는, 이미 너무 쉽게 알고 있는 사실 중 하나이긴 합니다. 이상근(piriformis)은 둔근 심부층(deep)에 형성된 외회전근(external rotator)으로써, 어떠한 자세로 앉게 되든 고관절(hip joint)의 굴곡(flexion)작용으로 인해, 반드시 신장(elongation)될 수밖에 없는 근육(muscle)입니다. 여기에 굴곡(flexion) 이외의 다른 작용(action)까지 더해진다면, 이상근(piriformis)은 더욱 늘어날 수밖에 없습니다. 중요한 것은 현대인들 대다수가 좌식생활을 한다는 사실과 함께, 업무 중에 다리를 꼬고 앉아있는 시간의 양이 크다는 데에 있습니다. 이러한 자세들은 하지의 정렬(alignment) 자체에도 영향을 주겠지만, 이상근(piriformis)과 이를 둘러싼 근육들만을 고려해봐도, 하지에 부정적인 영향을 얼마나 끼칠 수 있을지를 알게 됩니다.

 본문에서는 명칭만 언급되었지만, 이상근증후군(piriformis syndrome)은 이상근(piriformis)이 단축(shortening)되어 발생되는 증상이 아니라, 오히려 신장(elongation) 및 긴장(tightness)이 동반되어 발생되는 증상입니다. 때문에 이상근증후군(piriformis syndrome)을 포함한 다양한 하지의 문제와 둔근(gluteus muscle)의 약화(weakness)된 근력(strengthening)회복을 위해서라면, 다리의 자세와 좌식생활 시의 앉게 되는 자세들의 수정과, 이를 방지하고 대응할 수 있는 것들까지 확장하여 고민해봐야 합니다.

 

 

ref. Chris J. Snijders a. Paul F.G. Hermans a. Gerrit Jan Kleinrensink. 2005. Functional aspects of cross-legged sitting with special attention to piriformis muscles and sacroiliac joints. Clinical Biomechanics 21.

 

 

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