무릎통증(knee pain)과 관련된 기능적인 문제, 생체역학적인 과부하(biomechancial overload)

 논문 읽어주는 남자

 본 포스팅은 무릎통증(knee pain)과 관련하여 기능적인 문제 중 하나인, 생체역학적인 과부하(biomechancial overload)를 다룬 내용입니다. 무릎(knee)은 본래 하지관절(lower limb joint) 중에서도 손상(injuty) 가능성이 매우 높은 관절(joint)에 해당합니다. 위아래 관절(joint)의 가동성(mobility)을 대신하기 때문입니다. 본래 슬관절(knee joint)은 안정적인 요소가 더욱 중요한 관절(joint)임에도 불구하고, 고관절(hip joint)과 족관절(ankle joint)의 가동성(mobility) 결함으로 인해, 그만큼 안정적인 요소는 감소되는 데에 근본적인 이유가 존재합니다.

 일상에서 겪는 사소한 불편함이나 하지관절(lower limb joint)을 경유하게 되는 다양한 근육(muscle)들의 기능부전(dysfunction) 또한 이에 해당되는 동시에, 슬관절(knee joint)의 안정성(instability) 결함을 영향을 줍니다. 그만큼 무릎(knee)은 우리에게 있어, 시도 때도 없이 다양한 요인에서 오는 스트레스를 감당해야 하는 부위인 것입니다.

 기능적으로 살펴봤을 때, 역학적으로 발생하는 과부하(overload)에도 다양한 요인들이 존재합니다. 본 포스팅에서 해당 내용을 소개합니다. 또한 본 포스팅에는 다양한 전문가들이 발표한 연구들의 핵심내용도 함께 소개됩니다.

 

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 무릎(knee)의 문제를 지닌 환자의 재활(rehabilitation)은 안정화(stabilization)에 이르기까지 통합적인 기능성 운동(FIT)의 접근법으로 진행되어야 합니다. 실제로 관찰할 수 있는 가장 일반적인 임상적인 특징에는 다음과 같은 것들이 존재합니다. 슬개대퇴트래킹장애(patello-femoral tracking disorder), 장경인대증후군(iliotibial band syndrome), 전방십자인대(anterior cruciate ligament) 파열 수술 후의 기능제한, 부분적으로 단열된 내측반월판(medial meniscus), 무릎관절염(knee osteoarthritis) 및 슬관절 전치환술(knee arthroplasty) 이후의 기능적 제한 등이 있습니다.

 보존적인 전략으로는 무릎(knee)의 내측 붕괴로 인한 외반(valgus)으로의 과부하(overload) 방지, 2차적으로 거골하관절(subtalar joint)의 과회내(hyperpronation) 또는 고관절(hip joint)의 관상면(frontal plane) 안정성(stability) 결여(트렌델렌버르그(trendelenberg) 신호)를 포함합니다. 안정화(stabilization) 전략으로는 내측광근(vastus femoris)의 사선섬유(VMO) 활성화(activation)를 보장하는 슬개대퇴 트래킹(patello-femoral tracking)의 적절한 운동제어(motor contral)를 훈련(training)하는 것을 포함합니다. 통합적인 기능성 운동(FIT)에는 한 다리로 서 있기(single leg stance), 스테핑(stepping), 스쿼트(squat) 및 런지(lunge)가 포함됩니다.

 

무릎(knee)이 둔부(hip)에 형성된, (a) 관상면(frontal plane)에서의 무릎(knee)의 중둔근(gluteus medius) 조절(control), (b) 무릎(knee)의 내반력(valgosity)을 초래하는 중둔근(gluteus medius)의 불충분함.

 무릎(knee)에는 "숨길 곳이 없다."라는 표현이 있습니다. 기능적으로 이러한 운명은 종종 운동사슬로 연결되는 발이나 엉덩이에 의해 봉인됩니다. (Griffin 등. 2000) 무릎(knee)의 힘은 엉덩이에 '노예처럼' 붙어있는 것으로 특징지어졌습니다. (Bobbert and van Zandwijk. 1999) 무릎(knee)의 생체역학적인 과부하(biomechancial overload)에는 다양한 원인이 존재합니다.

 

트렌델렌버르그(trendelenberg) 신호와 무릎(knee)의 내반력

거골하관절(subtalar joint)의 과회내(hyperpronation) 및 무릎(knee)의 내반력(valgosity)

 가장 일반적인 사항 중 하나는, 무릎(knee)의 과도한 움직인손상(movement impairment) 또는 거골하관절(subtalar joint)의 과회내(hyperpronation) 및 관상면(frontal plane)으로의 고관절(hip joint) 불안정성(instability)이 됩니다. (예를 들어, 트렌델렌버르그(trendelenberg)) (Hewett 등. 2005, McLean 등. 2005) 더욱 낮은 운동사슬장애(kinetic chain dysfunction)의 핵심적인 요소는 중둔근(gluteus medius)의 약화(weakness)입니다. (Powers. 2003) Mascal 등은 골반(pelvis)의 하강(depression)과 함께 과도한 무릎 외반(knee valgus)은, 내려가는 운동 동안 반대쪽 중둔근(gluteus medius)의 약화(weakness)를 나타내는 지표라고 증명했습니다. (Mascal 등. 2003) Ireland는 이러한 약화(weakness)는 무릎통증(knee pain)을 겪는 환자에게서 일반적이라는 것을 보여주었습니다. 특별히 고관절(hip joint) 외전(abduction)의 강도(strength) 26% 및 고관절(hip joint) 외회전(external rotation)의 강도(strength) 36%의 결핍을 발견했습니다. 따라서 부상(injury)의 비율을 감소시키는 것은, 상대적으로 증가된 외반 움직임(valgus movement)을 가진 사람들을 발견하고 지속적으로 평가(assessment)하는 데에 달려있습니다. (McLean 등. 2005)

 여성운동선수는 시즌 동안 남성보다 무릎부상(knee injury)에 대한 더 큰 위험에 놓여있다고 알려져 있습니다. (Nadler 등. 2000) 특히, 증가한 동적인 외반(dynamic valgus)의 부하를 지닌 여성은 전방십자인대(anterior cruciate ligament)의 손상(injury) 위험성이 증가합니다. (Hewett 등. 2005). 여성들은 부하(load)를 흡수하거나 자세(position)를 전환하는 등의 상황에서, 중둔근(gluteus medius)이 활동하는 지속 기간이 더욱 짧습니다.

 

슬개대퇴의 전방전단력(patello-femoral anterior shear)

 생체역학적인 과부하(biomechancial overload)의 또 다른 원인은, 타이트(tightness)한 후관절낭(posterior capsule)에 의한 무릎(knee)의 이차적인 과도한 전방전단력(anterior shear force)입니다. 여성은 남성과 비교하여, 착지(landing) 중에 서로 다른 근육활성화패턴(muscular activation pattern)을 이용하는 것으로 나타났습니다. (즉, 대둔근(gluteus maximus)의 감소 및 대퇴직근(rectus femoris)의 증가된 활성(activation)) (Zazulak 등. 2005) 감소된 둔부근육(gluteus)의 활동(activation)과 증가된 대퇴사두근(quadriceps femoris)의 활동(activation)은 비접촉 전방십자인대 손상(non-contact anterior crucial ligament injury)에 대한, 여성운동선수의 증가된 민감성에 기여할 가능성이 있다고 결론지었습니다.

 남성과 여성의 건강한 대학생 축구선수들을 비교해보면, 여성들은 사이드 스테핑(side stepping) 동작이 감속하는 동안, 관상면(frontal plane)의 모멘트(moment)는 증가하는 반면, 시상면(saggital plane)의 모멘트(moment)는 감소함을 보였습니다. (Sigward and Powers. 2006) 무릎(knee)의 조직보존성의 이러한 기능장애(dysfunction)는, 전방십자인대(anterior crucial ligament)의 과부하(overload)로 이어질 수 있는 무릎(knee)의 전면(anterior) 지지력이 부족하다는 관점에서 위험한 상태로 여겨지고 있습니다. 또한, 여성은 대퇴사두근(quadriceps femoris)의 활동(activation)이 증가하고 굴곡근(flexor)의 순수한 모멘트(moment)가 작아서 시상면(saggital plane)에서의 보호력이 더 낮은 것으로 나타났습니다. (즉, 경골(tibia)의 앞쪽(anterior)으로 평행이동하는 경향이 증가됩니다.)

 

무릎관절(knee joint)에서 발생하기 쉬운 관절(joint)의 보상(compensation)

 무릎 과부하(knee overload)가 발생할 수 있는 가장 일반적인 기능장애(disfunction) 요소들은 다음과 같습니다.

· 거골하관절(subtalar joint)에서의 과회내(hyperpronation)

· 횡아치(transverse arch)의 불충분

· 가자미근(soleus)의 단축(shortness)

· 장경인대(iliotibial band)의 단축(shortness)

· 햄스트링(hamstring) 및 대퇴사두근(quadriceps femoris)의 불균형

· 고관절(hip joint) 관절낭(joint capsule)의 긴장(tightness)

· 장요근(iliopsoas)의 단축(shortness)

· 내전근(adduction)의 단축(shortness)

· 이상근(piriformis)의 단축(shortness)

· 둔근(gluteus)의 약화(weakness) 또는 억제(inhibition)

 

무릎관절(knee joint)에 영향을 주는 근육(muscle)

 효과적으로 재활(rehabilitation)적인 운동처방을 내리기 위해서는, 원인과 결과를 구별하는 것이 필요합니다. 예를 들어, 타이트(tightness)한 고관절(hip joint) 굴곡근(flexor)은 전체 범위에서 작용하고 무릎(knee)을 보호하는 둔근(gluteus)의 기능(function)에 부정적인 영향을 줄 수 있습니다. 무릎(knee)의 내측(medial) 붕괴와 관련된 대퇴사두근(quadriceps femoris) 또는 슬개건염과 같은 무릎(knee)의 신전기능장애(즉, 과도한 외반)는, 일반적으로 중둔근(gluteus medius)의 기능부전(dysfunction) 및 장경인대(iliotibial band)의 긴장(tightness)으로 인한 이차적인 결과입니다. 일어서거나 앉을 때, 무릎(knee)의 전방전단력(anterior shear force)은 일반적으로 약화(weakness)된 대퇴사두근(quadriceps femoris)만의 결과는 아니지만, 아마도 고관절(hip joint)의 후관절낭(posterior capsule)의 뻣뻣함(stiffness) 및 대둔근(gluteus maximus)의 약화(weakness)로 인한 것으로 기인할 가능성이 가장 높습니다. 따라서, 보존적인 전략으로는 뻣뻣한 고관절(hip joint)의 후관절낭(posterior capsule) 캡슐을 신장(lengthening)시켜주고, 힙힌지(hip hinge)를 수행하는 방법을 대상자에게 훈련(training)하는 것입니다.

 생체역학적인 무릎(knee)의 과부하(overload)는 너무 흔하므로, 예방적인 과정이 필요합니다. 7세 미만의 어린이는 보행(gait) 중의, 특히 과회내(hyperpronation)되는 운동장애(dysfunction)가 발생하는 것으로 나타났습니다. (Ganley and Powers. 2005). 사춘기 전에, 또는 사춘기 여성운동선수는 미래에 발생할 수도 있을 하체(lower limb)의 손상위험을 감소시킴으로써, 생체역학적인 최적화의 이점을 얻을 수 있을 것이라고 제안합니다. (Hewett 등. 2005)

 

내측광근(vastus femoris)의 사선섬유(VMO) 운동

 안정화(stabilization) 전략으로는 무릎(knee)에서의 최종적인 범위에서의 신전운동(extension movement)은 내측광근(vastus femoris)을 훈련(training)하기 위해 권장되었습니다. 발뒤꿈치 활주(heel slide)는 햄스트링(hamstring) 및 대퇴사두근(quadriceps femoris)의 공동 활성화훈련(activation training)을 위해 수행하는 것이 좋습니다. 햄스트링(hamstring) 및 중둔근(gluteus medius) 훈련 또한 훈련(training)이 됩니다.

 

기능적인 움직임(functional movement)을 위한 훈련(training)

기능적인 움직임(functional movement)을 위한 훈련(training)

 신경근훈련(neuromuscular training)은 여성운동선수의 운동수행능력(performance)과 하체(lower limb)의 생체역학적인 이점을 향상시키는 것으로 나타났습니다. (Hewett 등. 2002, Myer 등. 2005, Paterno 등. 2004)

 Hewett 등은 대학생 여성운동선수들에게 플라이오메트릭 스쿼트(plyometric squat)를 하는 동안 회외근훈련(external rotator training)의 도입이 미래에 부상(injury) 발병률을 전향적으로 감소시킨다는 것을 보여주었습니다. 이 훈련에서 네 가지의 중요한 구성요소는 플라이오메트릭(plyometric) 및 움직임(movement), 코어(core)의 강화(strengthening) 및 균형, 저항훈련(resistance training) 및 스피드훈련(speed training)입니다. (Myer 등. 2005)

 Gary Gray는 스타 매트릭스를 통합하는 밸런스 리치(balance reach)와 같은 운동(exercise)을 개척했습니다. (Gray. 2001, Lisbenson. 2002, 2003, 2006, McGill. 2006) 한 사지에서 다른 사지와 다른 각도에서 도달하면서 균형을 잡거나 지지함으로써 시상(sagittal), 정면(frontal) 및 횡단면(transverse plane)에서 삼면 운동(tri-planer movement)을 훈련(training)할 수 있습니다. 상지(upper limb)의 움직임(movement)을 추가하여 테니스(tennis), 야구(baseball), 골프(golf), 볼링(bowling) 등의 밀거나 당기는 것과 관련된 기능적인 활동(function movement)을 더욱 쉽게 할 수 있습니다.

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 김형욱이 읽어주는 '무릎통증(knee pain)과 생체역학적인 과부하(biomechancial overload)'

 본 포스팅에서 소개된 내용처럼, 무릎통증(knee pain)과 관련하여 생체역학적인 과부하(biomechancial overload)가 발생할 수 있는 요인에는 너무나 많은 경우의 수와 변수들이 존재합니다. 단순히 일상에서의 과사용(overuse)을 넘어서, 하지 대부분 근육(muscle) 간의 불균형과 무릎손상(knee injury) 이후의 기능적인 측면까지 포함합니다. 그렇다 보니, 특정한 하나의 문제로만 무릎통증(knee pain)을 야기하는 것이 아니라, 인접한 관절(joint)을 포함하여 이에 해당되는 연부조직(soft tissue)의 기능장애(dysfunction)까지 범위가 넓혀져 문제를 점점 가속화시킬 것입니다. 그러니 무릎통증(knee pain)을 이미 느끼고 있다면, 현상황에서는 분명히 무릎(knee)을 포함한 하지 전체가 제 기능을 상실했다고 여겨도 전혀 부족한 말이 아닐 것입니다.

 이렇게 역학적인 과부하(mechancial overload)로 인한 무릎통증(knee pain)을 해소하기 위해서는 다양한 운동적인 접근이 필요합니다. 본 포스팅에서 제시한 근육(muscle)의 불균형을 해소하기 위한 강화훈련(strengthening training)만 하더라도, 다양한 근육(muscle)과 훈련(training)들이 소개됩니다. 임상적인 관점에서 강화(strengthening)가 반드시 필요한 근육들은 내측광근(vastus femoris)의 사선섬유(VMO)와 중둔근(gluteus medius)의 전체 섬유가 됩니다. 이들은 통해서 무릎(knee)에 가해지는 역학적인 스트레스를 감소하는 동시에, 무릎(knee) 자체의 근력(strengthening) 또한 증가시킬 수 있게 할 것입니다. 추가적으로 슬개골(patella)의 자유로운 활주(sliding)와 함께, 알맞은 운동조절(motor control)을 위한 신경근훈련(neuromuscular training) 또한 적절한 시기에 수행되어야 할 것입니다.

 

 

ref. Craig Liebenson. 2006. Functional problems associated with the knee—Part one: Sources of biomechancial overload. Journal of Bodywork and Movement Therapies.

 

 

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