자세조절 운동계 근긴장도 자세긴장도 전후방향 안정성

자세조절의 뿌리가 되는 운동계에는 고차의 이마겉질과 운동겉질, 근반응 공동작용을 협동시키는 척추신경회로망과 뇌줄기 협응, 그리고 신체 위치를 공간상에서 조절하는 데 효과적인 움직임을 만들어내는 운동신경세포와 근육의 힘발생과 연관된 계통에 대해 알아본다.

자세조절 운동계의 근긴장도

근긴장도(muscle tone)는 근육이 신장 되는 것에 대해 저항하는 힘을 의미하는데 즉, 근 자체의 뻣뻣함(stiffness)을 말한다.근긴장도는 수동으로 환자의 팔다리를 이완된 상태에서 굽히거나 필 때 근육의 저항감을 느낌으로써 검사 할 수 있다. 근긴장도는 무엇을 말하며 균형유지에 어떤 도움을 주는가? 비신경성과 신경성 기전이 근긴장도 혹은 뻣뻣함에 영향을 미친다. 정상적이고 의식이 있는 이완된 사람에서 어느 정도의 근긴장이 존재한다. 그러나, 이완된 상태에서는 근 전도상(EMG)에 정상 골격근의 전기적 활동이 기록되지 않는다. 이런 이유로 연구자들은 근섬유 안에서 낮은 수준으로 교차결합(cross-bridge)의 지속적 재순환을 유발 하는 소량의 유리 칼슘 때문에 비신경성 근긴장도가 발생한다고 주장하고 있다. 또한 근육이 신장되는 것에 저항하는 신장반사의 활성화와 관련된 신경성 근긴장 혹은 뻣뻣함도 있다. 신장반사가 정상 근긴장도에 영향을 미친다는 것은 확실하다. 그러나 기립 자세조절에서 신장반사가 근긴장도에 영향을 미친다는 것은 확실치 않다. 한 이론에 따르면, 기립 자세를 유지하는 동안 신장반사가 피드백 역할을 한다고 한다. 따라서, 서 있는 동안 앞뒤로 동요 (sway)되는 사이 발목근육이 신장되고 이 때문에 신장반사가 활성화되는 것으로 주장했다. 신장반사 때문에 근육의 반사적 단축이 생겨서 앞뒤로 동요되는 것이 조절된다는 것이다.

자세긴장도

직립자세로 있을 때, 중력에 대항하는 항중력자세근의 활동이 증가하는 것을 자세긴장도(postural tone)라 한다. 다양한 계통에서 들어오는 감각입력은 자세긴장도에 매우 중요하다. 척수뒤(감각)뿌리가 손상되면 자세긴장도가 감소하는 것으로 보아 자세긴장도에 대한 몸감각 입력의 중요성을 알 수 있다. 한쪽 발에 피부감각 입력이 활발해지면 반응이 생겨 자동적으로 발을 지지기저면쪽으로 펴게 만들어 폄근의 자세긴장도를 증가시킨다. 머리의 방향이 변화하면서 활성화되는 안뜰입력 역시 목과 팔다리의 자세긴장도 분포에 영향을 미치며 이를 안뜰목(vestibulocollic)그리고 안뜰척수(vestibulospinal) 반사라 한다. 머리의 방향이 변화하여 목으로부터의 몸감각 입력이 활발해지면 몸통과 팔다리의 자세긴장도 분포가 영향받을 수 있다. 이런 것을 긴장목반사(tonic neck reflex)라고 한다. 시각계와 안뜰계로부터의 입력 역시 자세긴장도에 영향을 미친다. 중력에 대해 몸을 지지하는 중요 기전으로서 자세긴장도 개념을 매우 중요하게 다루고 있다. 특히 많은 임상가들은 직립자세에서 정상적인 안정성을 조절하는 데 있어 몸통분절의 자세긴장도가 중요하다고 주장한다. 연구자들은 정적기립 동안 신체의 많은 근육이 적극적으로 흥분하는 것을 확인했다. 정적 기립동안 흥분되는 일부 근육에는 중력선이 무릎과 발목의 조합앞으로 지나가기 때문에 비복근과 가자미근이 있고, 몸이 뒤로 동요될 때는 전경골근이 흥분하고,중둔근과 대퇴근막장근, 슬건근육과 엉덩관절의 젖힘을 방지하는 장요근이 긴장한다. 그리고 중력선이 척주 앞으로 지나기 때문에, 몸 통에 있는 등부분 척추기립근과 배근육의 간헐적 활성화가 함께 흥분한다. 코어 안정성에 필수적인 배근육과 다른 몸통근육의 적절한 활성화는 호흡활동에 대한 자세 보상을 포함하여, 효과적인 자세조정에 중요하다. 이 연구에 따르면 몸 전체 근육은 정적기립 시 좁게 제한된 수직 자세를 유지하기 위해 적극적으로 활성화된다. 정적 자세조절(static postural control)이라는 용어는 통상적으로 안정하여 서 있는 동안의 자세조절을 묘사하지만 일반적으로 조절이라는 것이 실제로는 역동적이라는 사실을 알고 있다. 자세조절은 자세계통이 공간 상에서 몸의 위치를 파악할 수 있게 한다. 이것이 어느 지점으로 이동하고 어떤 운동이 필요한지를 예상하도록 하기 위해 운동에 대한 지각을 끊임없이 표출하고, 능동적으로 감각정보를 처리하는 것이다.

전후방향의 안정성

발목관절 전략(ankle strategy)및 관련 근공동작용은 수직 동요(sway) 조절에 확인하는 첫째 패턴 중 하나이다. 발목관절 전략은 주로 발목관절 주위로 신체운동을 집중시켜 질량중심을 안정된 위치로 회복시키는 것이다.힘판이 뒤로 이동하면 실험 대상자는 앞으로의 균형 상실을 교정하는 것과 연관된 신체운동 및 전형적 공동작용근 활동을 보인다. 근육활동은 동요가 시작되고 나서 약 90~100msec쯤 비복근에서 시작 하고 이어서 20~30msec 후에 슬건근이 활성화되며 마지막에 척추기립근이 활성화된다. 비복근이 활성화되면 서서히 발바닥굽힘 토크 (torque)가 발생하여 신체를 뒤로 움직이도록 한다. 뒤쪽 불안정에 대응하여 안정성 회복에 이용되는 근활성화는 먼쪽 전경골근에서 시작되어 대퇴사두근과 복근육으로 이어진다. 단지 발목관절에서만 움직임이 발생함에도 불구하고 발가락 위 방향으로의 힘판 회전에 반응하여 발생하는 신경근 반응에는 발목관절, 무릎관절 및 고관절의 근육활성화도 포함된다. 이 실험을 통해 얻어진 증거는 발목관절 근육이 신장될 때 같은쪽 고관절 및 무릎관절 근육을 포함하여 근공동작용이 신경계에 프로그램화된 것이라는 가설을 지지한다. 회전에 대한 이 반응은 불안정하기 때문에 균형을 회복하기 위해서는 신체 반대편 근육이 활성화된다. 과학자들은 고관절 전략(hip strategy)운동을 신체 동요 조절을 위한 또 다른 전략으로 확인했다. 이런 전략은 발목관절의 반위상(antiphase) 돌림과 함께 고관절에서 크고 빠른 움직임을 발생시켜 질량중심의 운동을 조절한다. 힘판이 뒤로 이동하면 실험 대상자는 앞으로 동요된다. 좁은 들보(beam) 위에 실험 대상자가 서 있을 때 앞쪽 동요에 전형적으로 반응하는 근육과 평평한 면에 서 있는 동안 앞쪽 동요에 반응하는 근육은 다르다. 동요가 발생 하고 90~100msec가 지나서 배근육이 활성화되고 이어서 대퇴사두근이 활성화된다. 엉덩관절 전략은 들보에서 있을 때처럼 지지기저면이 발보다 더 작거나 미끄러울 때 혹은 더 크고 빠른 교란에 반응하여 평형을 회복하는데 이용된다고 하였다. 연구자들은 최근에 진폭과 속도가 증가한 외부교란에 대응할 때는 발목에서 고관절에 걸친 운동전략의 연속성이 존재한다는 사실에 주목하였다. 내딛기 전략(stepping strategy)은 발목관절 및 고관절 전략과 같은 정위전략(in-place strategy) 균형회복이 불충분할 경우 질량중심 아래에 지지기저면을 다시 정렬시키고자 할 때는 발내딛기를 이용한다. 최근 연구에 따르면, 많은 조건 하에서 질량중심이 지지기저면 안에 잘 유지될 때 조차도 발의 내딛기 그리고/또는 뻗어닿기가 발생한다고 하였다. 발목관절, 고관절, 그리고 내딛기 전략 및 이들과 수반되는 근공동작용이 별개의 독립체로서 제시되었지만 연구자들은 신경학적으로 정상인 대부분의 사람이 기립자세에서 앞뒤 동요를 조절할 때 이 전략을 다양하게 혼합하여 사용한다는 것을 보여주었다. 선택 근육의 활성화 패턴 및 신체 동작패턴에 관한 정보는 균형회복에 이용되는 운동조절 전략에 어떤 정보를 제공할 수 있다. 요약하면, 신장반사는 정상 근긴장도에 영향을 준다. 몸 전체 근육은 정적기립 시 좁게 제한된 수직 자세를 유지하기 위해 적극적으로 활성화된다. 기립자세에서 앞뒤 동요를 조절할 때 발목관절, 고관절, 내딛기 전략을 다양하게 혼합하여 사용한다.