연부조직의 통증과 근육의 역할
근수축기전(The Mechanisim of Muscle Contraction)
신경근골격계중 근육성분은 별개의 장에서 다룰 정도로 방대한 부분이다. 모든 생물학적 기능은 잘 조화된 신경근육계에 의해서 이루어진다. 신경근육계의 결함은 기능 장애, 통증 및 장애를 초래한다.
“다양한 근육계”(그림3-1)라는 책의 표지에 그물을 거두어들이는 젊은 사람의 그림이다. 이는 미묘한 군형과 눈과 손의 조화를 요구하는 복잡한 작업으로 신체의 모든 근골계가 작용한다. 지난 수 십년간 신경기능 및 생체공학적 운동과 기능과의 관계가 연구되었다.
한 동작이 수행되려면, 중추신경계(CNS)(그림3-2)내의 신경계 수준에서 계획이 이루어진다.
궁극적인 기능은 협동작용과 효율적이고 통증을 유발하지 않는 움직임을 할 수 있는 되먹이기 작용을 가지는 신경근육의 정밀한 작용에 의해서 이루어진다. 목적수행을 위해서는 이러한 계통의 신경근육 조절이 중요하다. 근방추계는 이런 복잡한 신경근육골격계의 중요한 부분이다.
방추세포 - 감마계
(Spindle Cell - Gamma Systems)
이 계통은 수 세기간 신경생리학적 실험을 통해 연구되었지만, 최근에야 그 임상적인 중요성이 대두되고 있다.
“근육도 감각을 느끼는가? 동작뿐만 아니라 통증도 인지하는가?”라는 의문이 있다. 우리는 근육에서의 통증신호도 받는다. 그러나 피부나 관절낭에서 신호를 보내듯이 근육도 어떤 일이 일어나고 있는지에 대한 신호를 보내는가? 근육에서 비롯되는 운동에 대한 감각이 있는가? 1900년 Sherrington은 “근육이나 건, 관절 내에 특별한 감각구조”의 존재를 “근육 감각”이라고 설명하였다.
이러한 감각을 인지하는 수용체를 “외부수용체”(exteroceptors)라 부른다. 의식적인 감각과 관계없으나, 일차적 운동기능을 가지는 것을 “고유수용체”(proprioceptors)라 하였다. 감각수용체는 주로 이러한 관절과 관절 주변의 인대 내에 위치하며 관절을 고정시킨다. 근육내의 고유수용체는 근방추세포와 골지건 기관내에 있는 신경 수용체다.
근방추는 핵배낭(nuclear bags)과 핵사슬(nuclear chain)(그림3-2)의 두 가지 형태의 근방추내 섬유로 구성되어 있다. 각 방추마다 두 개의 핵배낭섬유와 세 개 내지 다섯 개의 핵사슬이 있다. 방추의 길이는 2-3mm 나비는 0.15mm 정도이다. 미세한 기능을 하는 작은 근육은 몸통이나 사지의 큰 근육보다 단위 근육당 높은 밀도의 많은 단추를 갖고 있다. 방추근육은 근섬유의 양쪽 끝에 붙어서, 근섬유와 마찬가지로 같은 정도의 길이 변화를 한다. 이들은 섬세한 장력계기로 작용을 한다.
또 다른 근육 건 고유수용체는 근육과 건 섬유 접합부위에 있는 골지건 기관이다. 골지건 기관은 방추섬유 수의 1/3 내지 1/2 정도로 존재한다.
이 기관들은 신경섬유의 지배를 받는 탄력있는 낭속에 있다. 이 낭이 신전되면, 신경말단들이 변형되고, 척수에 다량의 정보를 전달한다. 골지건 기관은 근섬유와 직렬로 배열되어 근장력을 측정하는 장력변환기(force transducer)이다.
신경 축삭은 골지건 기관에서 척수까지 정보를 전달한다. 구심성 섬유는 축삭 직경과 상대적인 전도속도에 따라 제Ⅰ,Ⅱ 등으로 분류한다. 이들은 근방추(Ⅰa)와 (Ⅰb)에서 정보를 전달한다(그림3-3).
제Ⅰa신경 말단은 핵배낭과 핵사슬의 중앙부를 감싸고 있다. 제Ⅱ구심성 섬유는 작은 축삭으로서 근방추내에서 끝난다. 방추계의 상위 피질 조절(그림3-4)은 신경생리실험에서 잘 증명되었다. 방추계를 지배하는 자율신경과 체성신경이 있지만 척수에서 자율신경-체성신경간의 관계는 아직 규명되지 않았다(그림3-5).
외부자극에 의해서 활동 근육이 신전(예: 신장)되면 근육은 그 전보다 더 가하게 수축할 수 있다. 근섬유가 신장되면 근방추섬유도 똑같이 신전되어 제Ⅰa신경섬유로 즉시 척수로 신호를 보낸다.
방추계는 알파운동신경섬유의 조절을 받아 근방추계의 길이를 조절한다(그림3-6). 이 반사는 동시에 감마계를 조절한다(그림3-7).
이들의 신호는 동질운동신경계에는 억제 작용을, 길항운동계에는 흥분작용을 한다. 이 작용은 교차적인 주동 및 길항작용을 일으켜 길항근은 주동근 작용에 상응하여 이완한다. 이런 반사는 Ⅰa신경 축삭과 운동신경 A 사이에 단일 신경연접(synapse)으로 이루어지기 때문에 즉각적 반응을 보인다.
근 수축에 의한 근 장력은 골지기관의Ⅰb 섬유를 통한 동질운동신경을 억제시켜 이 장력을 배우 증가시킨다(그림3-8). 이 작용은 과부하를 방지하고 근육이나 건의 파열을 초래할 수도 있는 갑작스런 장력의 상승을 막는다.
신전반사는 외부에서 근 길이의 신장을 억제하는 작용에 대항해서 근 긴장도를 자동적으로 수정할 수 있다. 하지만 이 반사가 많은 신경연접을 동원하는 보다 상위중추에서만 통제된다면 정상적인 수의운동에 의한 섬세한 협동작용을 저해할 것이다. 알파 운동신경 조절 하의 근섬유 단축은 근방추 섬유를 느슨하게 하여서 Ⅰa 구심성신경의 활동이 근육기능을 손상하지 않도록 한다. 근추섬유의 운동조절로 원치 않는 활동을 방지한다. 이러한 활동의 손상을 신경근골격계 손상과 관련하여 연구중이다.
흥분-수축결합(Excitation Contraction Coupling)
근육의 신경말단이 통증감각을 수용하는 곳으로 알고 있는데, A(알파) 또는 제Ⅱ그룹부터 제Ⅳ그룹으로 재분류되었다. 이들은 감각소구체를 갖고 있지 않으며 대개 소동맥이나 주위의 결체조직에 존재한다. 근육내의 신경말단부위에서는 특이한 신경펩타이드(neuropeptide)가 발견되지 않았다. 실험적인 조건하에서, 대다수의 제Ⅲ,Ⅳ그룹 원심성 근섬유는 강한 신전과 같은 근육의 변성에 의해서 활성화된다.
통증이 있는 근육은 대개 반응이 없거나 억제되는 반면에 염증이 있는 관절을 보호하고 있는 근육은 경축을 보인다. 주동근이 수축하지 않기 때문에 염증이 있는 근육이 관여하게 되면 근육은 활동하지 않는다. 주동근의 작용을 보조근이 대신하기 때문에 약화된 근육을 강화하기 위한 운동은 실패하게 된다. 또한 길항근의 동시수축(cocontraction)은 마비된 근육의 적절한 수축을 일으키지 못한다.
침해수용기(nocieceptor)에서의 원심성 교감 활동의 기여는 아직 확실치 않다. 대다수의 자율신경계 요인이 국소 근육 손상에 동반되지만, 그 기전은 아직 모른다.
Cross Bridge Cycle
조직이 손상 받으면 상당기간 감각 역치가 낮아진다. 이 때문에 손상 후 유발자극이 오래 지속되는 것이다. 그와 같은 손상의 지속은 세포내 저장고에서 칼슘을 방출시키는 근형질세망(sacroplamic reticulum)의 파열에 기인 할 수도 있다. 칼슘이 마이오신(mosine)과 액틴 필라멘트(actn filament)를 미끄러지게 하여 전기적 활동 없이 수축이 일어나는데, 이때 부가되는 산소의 이용은 저산소증을 일으킨다. 저산소증은 칼슘펌프의 에너지원으로서 아데노신 삼인산염(APT)이 감소된다(그림2-24). 이 펌프의 작용이 손상되면 세포내 칼슘이 증가되어 기능적 구축(통증유발점)을 일으켜 만성통증을 유발한다.
이런 신경생리학적 개념은 근육통의 많은 양상을 설명할 뿐 아니라 경부통, 요통 및 포착성증후군에서도 중요하다. 근막통증후군과 측두하악골 기능장애와 같은 만성 근골격계 통증증후군의 통증유발점에서 관찰되는 방사통의 역할은 아직 확실하지 않다.
근긴장은 근육이 신전될 때 발생하고 이는 근 고유의 강직과 반사적 근강직의 2요소로 구성된다. 고유의 근강직은 근육의 액토미오신(actomyosin) 결합의 기계적 점탄성질( viscoelasticity)에 의해 결정되고, 반사적 근강직은 알파 운동신경의 흥분성과 신장에 의해 유발되는 일차적 근방추 구심성신경의 활동성에 의해 결정된다. 근골격계가 손상되면 본질적으로 반사적 근강직인 보호적 경축이 즉각적으로 발행하고 이것이 완화되지 않으면 점탄성계의 지속적인 강직이 되어 만성통증과 기능장애의 원인이 될 수 있다.
보호기전으로서 근경축, 즉 통증-긴장-경축의 개념은 손상부위를 보호하는 것으로 생각되고 있지만 과학적으로 증명되지는 않았다. 경축된 근육은 전기적으로 반응이 없기 때문에 이러한 개념에 대해 최근에는 이의가 제기되고 있다.
Headoy는 이러한 근육들이 신장에 의해 예방 가능한 기능적인 구축을 유발한다고 생각했다. 이러한 근육들이 통증유발점이라고 생각되는데, 이는 구축이 완화되면 경축을 보이는 근육들이 즉각적으로 신장될 수 있기 때문이다. 이러한 작용은 염증반응의 5내지 15분 후에 일어나는 감마운동 신경계의 억제 때문이다. 이런 억제는 근본적으로 근방추계의 작용이다.
동일 근육의 활동성의 정도는 근방추계내의 정적 또는 동적 방추상 구심성 신경(fusiform afferent)의 신전 크기와 속도에 의해 결정된다. 근방추계(spindle system)의 활동성은 상위부의 명령에 의해 조절되어지나(그림3-9), 피부, 관절, 근육 등으로부터의 구심성 수용체의 영향을 받는다. 이런 척추반사는 방추 신경계의 활동을 증가시키고 구심성 근방추 신경의 방사(discharge)를 증가시키고 따라서 동일 근육과 원위부 근육의 근긴장을 증가시킨다.
뇌졸중의 경직과 같은 상위운동신경 질환에서의 하행로(descending pathway)에 의한 근 방추계에 대한 중추성 조절에 대해서는 잘 알려져 있지만(그림3-10), 말초성 요소의 영향에 대한 문헌 고찰은 많지 않다. 상위운동신경의 조절이 과다하게 강조된 운동에서 알파와 감마 운동신경의 동시작용에 대해 일치하지 않는 점이 상당히 많다.
말초에서의 조절을 보다 더 강조하면, 근방추계는 수용체로서 뿐 아니라 말초성 수용체의 신호를 통합하는 감마 운동 신경계의 중요한 단계로 생각된다. 알파 운동 신경은 근방추계로의 상행(ascending pathway)경로의 영향을 받을 뿐 아니라 근육, 피부, 관절의 원심성 신경의 자극에 의해서도 조절된다.
근골격계 통증기전(The Mechanisms Musculoskeletal Pain)
슬관절 손상에 대한 몇 연구는 전방 십자인대의 신전이나 긴장에 대해 민감한 기계적 수용체(mechanoreceptor)의 활성화가 슬관절 근육의 정적 또는 동적 민감도에 영향을 준다고 결론지었다. 한 연구는 감마 근방추계를 통해 관절의 수용체가 관절의 강직과 안정성을 조절한다는 가설을 지지하였다.
견관절에서는 상완관절와 낭(glenohumoral joint capsule)의 제한되고 통증을 수반하는 운동이 뚜렷한 근력의 약화를 초래한다. 관절낭의 통증이 사라지고 관절 운동범위의 최대치를 회복했을 때 반사적 억제가 감소된다.
이러한 가설은 동적, 정적 알파세포와 미세전극 기록에 의한 결과에 근거를 두고 있다. 제Ⅰ형 근육의 감마 운동 신경은 반응을 안하는 것으로 밝혀졌다. 제Ⅱ형 근육의 구심성신경은 주로 동적 감마운동에 작용하는 반면, 제Ⅲ형은 정적운동 신경에 작용한다. 분명히 근육의 종류가 다르면 그것이 정적이든 동적이든 수축하는 근육에서의 다른 종류의 구심성 신경에 의해 자극된다.
제Ⅱ형과 제Ⅲ형 구심성 신경은 흥분성과 억제성 효과를 일으킨다. 굴곡세포는 흥분성 신호에 대해 신전 세포보다 강력하게 반응한다. 관절낭이나 인대 같은 서로 다른 관절구조가 자극되면 피부에서의 구심성 신경과 같이 일차적인 원심성 근방추계가 변화한다. 이러한 사실은 진단과 치료에서 반사운동신경 활동에 대한 관절과 피부 구조의 영향을 의미한다.
제Ⅲ형과 제Ⅳ형 근육의 구심성 신경은 화학적 물리적 자극에 대한 반응이 다르다. 포타슘, 젖산, 아리키도닉산이 증가하면 제Ⅲ형과 제Ⅳ형 구심성 신경의 활동이 증가한다.
따라서 근강직은 근육의 구심성 신경에 대한 다양한 화학적 기계적 효과에 의해 증가된다. 이러한 작용은 근강직이 경부와 상하악운동근(jaw closing muscle)과 같이 근방추가 풍부한 작은 근육에서 확연하게 나타나는 사실을 부분적으로 설명한다.
이차적 양성 되먹이기 기전(그림3-9)은 이 기전이 이차적 근육에서 반응을 유발하고, 유사한 양상의 반응을 보여 결국 이차적 근강직 또는 방사통을 만드는 것을 보여준다.
알파 방추 신경을 조절하는 하행 경로의 영향은 스트레스나 정신적 불안이 근육의 강직에 영향을 주는 것을 부분적으로 설명할 수 있다. 작업장에서의 근육통은 자세를 유지하는 근육의 활동과, 숙련된 동작이나 활동적인 움직임을 만드는 근육의 조절 사이의 부조화, 즉 느린 연축과 빠른 연축의 부조화에 의해 나타나는 것이다.
지속적 근 수축에 의한 근육통은 허혈을 유발하고 결과적으로 이차 되먹이기 기전을 활성화시킨다. 조직손상에 의한 방어적 경축뿐만 아니라 방사통, 통증 유발점은 이런 반응의 결과일 것이다.
근강직과 틍증을 유발하는 연부조직 손상은 결국 신경생리학적 연구에 의해 설명될 수 있으며, 이것은 증상을 설명할 수 있을 뿐 아니라 도수의학, 통증유발점치료 및 정확한 교정운동과 같은 치료방법을 정당화할 수 있다.
병태생리학적 기전에서 후근신경절(dorsal root ganglion)을 통한 전달은 통증의 지각에 앞서 유해자극이 먼저 전달되는 양상과 같은 것으로 설명하였다. 통증을 수반한 근골격계 질환의 치료에 있어서 기능과 장애도 통증의 경감만큼이나 중요하므로 이러한 사실을 염두에 두어야 한다. 대부분의 근골격계 질환에서 급성통증은 소실되나, 결과적으로 장애를 유발하는 잔류 장애는 많은 주의를 필요로 한다.
근수축이완 생리기능(Physiology Of Muscle Contraction and Relaxation)
통증감소를 위한 물리치료도 기능적 장애를 최소화하기 위한 운동을 목표로 한다. 정적 및 동적 운동 모두에게 느린 연축 섬유와 빠른 연축 섬유를 위한 적절한 운동은 주위깊은 평가와 연구가 필요하다. 과다한 활동성의 통증유발점은 침근전도상 교감신경계에 의해 활성화된 근방추체섬유에 의한 활동성을 관찰함으로써 잘 이해되고 있다. 신경근활동의 근방추계에 대한 이해는 더 많은 임상적 연구를 요구할 것이다.
정통추나 &카이로프랙틱교육기관
대한수기물리치료학회
(http://cafe.daum.net/iptti)
'질환별 도수치료학' 카테고리의 다른 글
| [스크랩] 요추의 정상적인 신체역학(Normal Body Mechanics) (0) | 2014.04.01 |
|---|---|
| [스크랩] 요통(Low Back Pain) Ⅰ. (0) | 2014.03.28 |
| [스크랩] 교감신경계를 통해 전달되는 통증(Pain Mediated Through The Sympathetic nervous System) (0) | 2014.03.24 |
| [스크랩] 통증지각의 대뇌피질의 역할(Role Of The Cerebral Cortex In Pain Perception) (0) | 2014.03.21 |
| [스크랩] 통증조절(Pain Modulation) (0) | 2014.03.19 |