관절의 유형 역학적 형태분류 회전축 위치

관절의 분류, 구조, 기능에 대한 관절학은 운동학 전반적인 연구를 위한 중요한 토대가 된다. 외상, 노화, 장기간 고정, 질환은 관절의 구조와 기능에 영향을 준다. 관절의 해부학적 구조와 기능을 알아본다.

관절의 유형

관절의 유형에 따라 부동관절, 반관절, 가동관절로 분류한다. 부동관절(synarthrosis)은 불규칙성 치밀결합조직에 의해 뼈들이 서로 연결을 이룬다. 비교적 단단한 이러한 연결은 움직임이 없거나 아주 작은 움직임을 허용한다. 부동관절의 예로는 두개골의 봉합, 상악골과 하악골에 박혀있는 치아, 원위 경비관절, 그리고 전완과 하퇴의 골간막을 들 수 있다.부동관절의 기능은 뼈들을 서로 결합시키고, 한 뼈에서 최소한의 관절운동을 갖는 다음 뼈로 힘을 전달시키는 것이다. 부동관절은 상대적으로 큰 접촉면을 통해 힘을 분산시키므로 손상의 가능성을 감소시킨다. 반관절(amphiarthrosis)은 주로 섬유연골이나 초자연골에 의해 형성된 뼈들 사이의 연결이다. 아마도 가장 흔한 반관절의 예로 척추의 추체간 관절(interbody joint)을 들 수 있다. 이 러한 관절은 추간판을 갖고 있으며 그 안에 깊숙이 박혀 있는 수핵은 인접한 척추 사이의 힘을 흡수하고 분산시키는 탄력적 인 완충장치(cushion)의 역할을 한다. 반관절의 다른 예로는 치골결합과 흉골병관절(manubriosternal joint)이 있다. 이들 관절은 비교적 제한된 움직임을 허용한다. 또한 이들 관절은 뼈들 사이의 힘을 전달하고 분산시킨다. 가동관절(diarthrosis)은 뼈 사이에 체액으로 차 있는 관절강을 갖고 있는 관절이다. 윤활막(synovial membrane)이 있어서, 가동관절은 윤활관절(synovial joint)이라고 흔히 쓴다. 윤활관절은 상지와 하지에 있는 대부분의 관절들이다. 가동관절 또는 윤활관절은 움직임을 위해 특수화된 몇가지 요소를 갖고 있다. 관절강은 윤활액(synovial fluid)으로 차 있다. 윤활액은 뼈들의 끝을 덮고 있는 관절연골(articular cartilage)을 위해 윤활작용과 영양을 제공한다. 관절은 관절낭(articular capsule)을 형성하는 결합조직의 주변막(peripheral curtain)에 의해 둘러싸여 있다. 관절낭은 조직학적으로 구별되는 2개의 층으로 구성되어 있다. 내층은 얇은 윤활막(synovial membrane)으로 구성되며, 3개에서 10개의 세포층으로 균등분배되어 있다. 이 막은 인접 모세혈관에 대한 관문으로서 작용하며, 정상적인 관절의 윤활액쪽으로 혈장의 체액과 용질의 투과만을 허용한다. 또한 윤활막의 세포들은 하이알루론산염(hyaluronate)과 윤활작용을 하는 당단백질(즉, lubricin)을 만들고 관절액에 보낸다. 윤활관절의 관절낭중 외층 또는 섬유층은 불규칙성 치밀결합조직으로 구성된다. 관절낭은 뼈들 사이의 지지와 관절 내용물을 밀봉한다. 관절낭은 섬유관절낭과 윤활막의 연결부까지 관통하는 모세혈관망을 갖는 작은 혈관들(blood vessels)의 공급을 받는다. 또한 감각신경들(sensory nerves)은 통증과 고유감각에 적합한 수용기들을 갖고 섬유관 절낭을 신경지배한다.광범위한 관절의 형태와 기능적 요구를 수용하기 위해 때로는 다른 요소들이 윤활관절 내에 나타난다. 관절내 원판(intraarticular disc) 또는 반월판(meniscus)은 윤활관절의 관절면들 사이에 놓여 있는 섬유연골의 패드이다. 이러한 구조물들은 관절의 일치성을 증가시키고 힘 분산을 도와준다. 관절내 원판과 반월판은 신체의 몇몇 관절 내에서 발견된다.

역학적 형태분류

윤활관절을 깊이 있게 이해를 돕기위해 움직임의 역학에 대한 이해가 필요하다. 역학적 형태의 유사성을 사용하여 관절들은 세분하여 분류해 본다. 경첩관절(hinge joint)은 속이 빈 원통형과 그 속에 있는 중심판에 의해 형성된 문의 경첩과 유사한 구조이다. 경첩관절에서의 각운동은 경첩 또는 회전축에 대해 직각으로 놓인 면에서 주로 일어난다. 완척관절은 경첩관절의 전형적인 예이다. 모든 윤활관절에서는 회전과 함께 약간의 병진운동(즉, 미끄러짐)이 일어난다. 또한 손가락과 발가락의 지절간관절도 경첩관절로서 분류된다.차축관절(pivot joint)은 원통형에 둘러싸인 중심핀에 의해 형성된다. 경첩관절과는 다르게, 차축관절에 있어 움직이는 관절면은 회전축과 평행한 방향을 향하고 있다. 이러한 역학적 방향은 축돌림과 같은 일차적인 각운동을 만들어내며, 중심축에 대한 문 손잡이의 축돌림과 유사하다. 차축관절의 좋은 두 가지는 근위 요척관절과 제2경추의 치돌기와 제1경추의 전궁에 의해 형성된 환축추관절이 있다. 타원관절(ellipsoid joint)은 한쪽 방향이 더 긴 볼록관절면과 이와 유사하게 한쪽 방향이 더 긴 오목관절면이 만나 형성된 관절이다. 타원형으로 만나는 관절면들은 두 관절면들 사이에서 일어나는 축돌림은 매우 제한되는 반면, 굴곡 신전 그리고 외전-내전과 같은 이평면 운동들은 허용된다. 요수근관절은 타원관절의 예이다. 구와관절(ball-and-socket joint)은 구형의 볼록관절면이 찻잔과 같은 와(socket)와 짝을 이루고 있는 관절이다. 이 관절은 세평면에서의 운동이 허용된다. 타원관절과는 다르게 구와관절의 두 관절면이 보여주는 곡선의 대칭성은 탈구가 일어남이 없이 축돌림을 허용하게 된다. 인체내의 구와 관절은 관절와상완관절과 고관절이 있다. 평면관절(plane joint)은 두 개의 편평한 관절면 또는 비교적 편평한 두 개의 관절면이 짝을 이룬 관절이다. 한쪽 관절면에 대한 다른 관절면의 미끄러짐과 약간의 회전이 결합된 움직임을 보이는데 책이 책상 표면 위에서 미끄러지는 것과 같다. 대부분의 수근간관절은 평면관절로 고려된다. 수근골 사이의 움직임을 유발하거나 제한하는 내적인 힘은 근육이나 인대에 의한 장력에 의해 제공된다. 안장관절(saddle joint)의 각 관절면은 두 개의 면을 갖고 있는데, 한 면은 볼록이고 다른 한 면은 오목이다. 이러한 면들은 서로에 대해 거의 직각으로 놓여 있으며 상반된 곡선을 갖고 있다. 안장관절의 형태는 말의 안장과 기수의 비유를 사용하면 가장 잘 시각화할 수 있다. 안장을 앞에서 뒤쪽 방향으로 보면, 안장은 안장의 머리에서 안장의 뒤쪽으로 이어지는 오목면을 나타낸다. 안장을 측면에서 보면, 안장은 말의 등을 가로지르는 한쪽 가죽 발받침(stirrup)에서 다른 가죽 발받침으로 이어지는 볼록면을 나타낸다. 기수 또한 두 가지의 곡선을 갖고 있는데 안장의 형태에 꼭 맞는 오목곡선과 볼록곡선을 나타낸다. 엄지의 수근중수관절은 안장관절의 가장 분명한 예이다. 상호간에 맞물려 있는 이 관절의 특성은 큰 이평면 운동을 허용하는데 대능형골과 첫 번째 중수골 사이의 축돌림은 제한된다. 과상관절(condylar joint)은 오목관절면이 매우 얕다는 것을 제외하면 구와관절과 매우 흡사한 관절이다. 과상 관절은 대개 2도의 자유도를 갖는다. 3도의 자유도를 가질 수 없는 이유는 인대나 뼈의 불일치성이 이를 제한하기 때문이다.

회전축 위치

문의 경첩을 사용한 비유에 있어 문이 회전하는 동안 회전축(즉, 경첩을 통과하는 핀)은 움직이지 않기 때문 에 고정되어 있다. 따라서 회전축이 고정된 상태에 문에 있는 모든 지점들은 같은 회전의 호를 보이게 된다. 그러나 해부학적 관절에서는 뼈가 회전 동안 회전축이 같이 움직이는게 대부분이다. 따라서 해부학적 관절에서 회전축의 정확한 위치를 찾기가 힘들다. 해부학적 관절에서 회전축의 위치를 추정하는 간단한 방법은 두 개의 수직선의 교차점은 슬관절 90도 굴곡의 호(arc)에 대한 회전의 순간적인 축(instantaneous axis of rotation)을 나타낸다. 순간적이라는 말은 축의 위치가 특정호에 대해서만 유효하다는 것을 나타낸다. 순간적인 축을 계산하는데 사용된 각도의 범위가 작을수록 순간적인 축의 위치에 대한 추정값은 좀더 정확해진다. 작은 각도의 연속적인 운동호에 대한 일련이 선들을 그려본다면, 순간적인 축들의 위치는 운동의 호의 각 부분에 대한 점들을 이어 선으로 그릴 수 있게 된다. 회전의 순간적인 축들의 위치가 나타내는 연속적인 경로를 축폐선(evolute)이라 한다. 슬관절과 같이 짝을 이룬 관절면들의 일치성이 낮거나 관절면 만곡의 반경에 있어 그 차이가 클수록 축폐선의 경로는 더 길어지고 복잡해진다. 회전의 순간적인 축의 위치를 계산하기 위해 사용된 각각의 호들이 작을수록 축폐선의 결과는 좀 더 정확해진다. 많은 임상적 상황에 있어 관절에 대한 회전축의 위치를 계산하는데 있어 단순한 추정을 이용할 필요가 있다. 이러한 추정들은 각도 측정(goniometry)을 수행할 때, 또는 관절에 대한 토크를 측정하거나, 의지나 보장구를 만들 때 필요하다. 관절에서의 회전의 순간적인 축을 정확하게 규정하기 위해서는 연속적인 X선 측정을 필요로 한다. 이러한 방법은 보통의 임상 상황에서는 비실용적이다. 따라서 운동의 전체 호에 대한 회전의 평균 축(average axis of rotation) 을 생각하는것이 더 타당할 것이다.