Re: stabilizer 다열근 근육기능, 생체역학 관점으로 탐구!!

[문형철]

다열근은

요추·경추의 분절 안정성에 핵심적이며,

위축·지방 침윤·운동단위 동원 이상·트리거포인트 형성이 만성 통증과 밀접히 연관됩니다.

아래는

최근(2023–2025) 발표된 생체역학·근막·재활 관점의 관련 논문 

1. The Role of Multifidus in the Biomechanics of Lumbar Spine: A Musculoskeletal Modeling Study (2023)

• 저널: Bioengineering (Basel)
• 핵심: OpenSim 기반 250개 개체별 모델로 다열근 유무·위축이 L4/L5·L5/S1 압축·전단력에 미치는 영향 분석. 다열근 없을 때 굴곡 시 압축력 과대추정(최대 1.8배)과 시뮬레이션 실패율 증가. 다열근의 “fine-tuning” 역할 강조.
• 관련성: 생체역학 모델링의 기초 논문. TRP·위축 시 하중 집중 메커니즘과 연결 가능.

요추 **multifidus(다열근)**를 근골격계 모델에 포함하는 것이 요추 부하(특히 압축력) 추정 정확도와 시뮬레이션 성공률에 중요하다는 것을 OpenSim 기반 모델링으로 확인한 연구입니다. Multifidus 없이는 압축력이 과대 추정되고, 특히 깊은 굴곡 자세에서 시뮬레이션이 자주 실패합니다. 비대칭 위축은 시상면 굴곡 자세에서 하부 요추에 미치는 영향이 미미했습니다.

연구 목적

Multifidus의 생체역학적 역할과 모델링에서의 필요성, 그리고 비대칭 multifidus 위축이 요추 부하에 미치는 영향을 조사했습니다.

방법

• OpenSim trunk musculoskeletal model 사용.
• Multifidus 상태에 따라 5개 그룹 설정:
  • Group 1: 전체 multifidus 포함
  • Group 2: multifidus 없음
  • Group 3: multifidus 최대 등척성 힘의 절반
  • Group 4: L5/S1 수준 비대칭 위축
  • Group 5: L4/L5 수준 비대칭 위축
• 체간 굴곡 각도 0°, 30°, 60°, 90° 시뮬레이션.
• Static optimization으로 근육 활성/힘 계산 후 L4/L5 및 L5/S1 joint reaction force(압축력·전단력) 비교.

주요 결과

• Multifidus가 없는 모델(Group 2)에서 L4/L5 압축력이 가장 높았습니다.
• 극단 사례에서 Group 2의 정규화된 압축력(상부 체중 대비):
  • 30° 굴곡: 444% (Group 1의 1.82배)
  • 60° 굴곡: 568% (1.63배)
  • 90° 굴곡: 576% (1.13배)
• 90° 굴곡 시 시뮬레이션 성공률:
  • Group 2(multifidus 없음): 49.6%
  • Group 3(절반 힘): 84.4%
  • Group 4·5(비대칭 위축): 89.6~92.8%
  • Group 1(전체): 92.8%
• 비대칭 위축은 체간 굴곡 자세에서 하부 요추 부하에 거의 영향이 없었습니다.

결론 및 해석

Multifidus를 모델에 포함하면 시뮬레이션 성공률이 높아지고 압축력 과대 추정 위험이 줄어듭니다. Multifidus는 분절 간 균형을 미세 조절(fine-tuning)하는 능력이 있으며, longissimus·iliocostalis 같은 다른 erector spinae 근육으로 완전히 대체할 수 없습니다. 해부학적으로 가장 깊은 fascicle은 인접 척추를 연결하고, 짧은 섬유 길이와 큰 PCSA를 가져 안정화에 특화되어 있습니다.

이 그림은 논문의 **연구 설계(study design)**를 한눈에 보여주는 흐름도입니다. OpenSim 기반 근골격계 모델로 multifidus의 역할을 체계적으로 비교한 과정을 나타냅니다.

1. 250 intact models

• 기본이 되는 건강한 체간(trunk) 근골격계 모델 250개를 준비했습니다.
• 각 모델은 동일한 구조를 가지며, 이후 조건에 따라 변형됩니다.

2. 5 groups (Multifidus 조건에 따른 그룹 분류)

각 모델에 아래 5가지 조건을 적용하여 총 1,250개(250 × 5) 모델을 생성했습니다.

그룹                               조건                                                                   설명

Group 1	With entire multifidus	완전한 multifidus 포함 (정상 기준)
Group 2	Without multifidus	multifidus 완전 제거
Group 3	With multifidus 50% MIF	multifidus 최대 등척성 힘(MIF)을 절반으로 감소
Group 4	Asymmetric atrophy on L5/S1	L5/S1 수준에서 multifidus 비대칭 위축
Group 5	Asymmetric atrophy on L4/L5	L4/L5 수준에서 multifidus 비대칭 위축

3. 4 postures (4가지 체간 자세)

각 그룹 모델에 대해 다음 4가지 굴곡 자세를 시뮬레이션했습니다.

• Upright (0°, 직립)
• 30° Flexion
• 60° Flexion
• 90° Flexion

4. 4 outputs for comparison (비교 출력값)

정적 최적화(static optimization)로 근육 힘을 계산한 뒤, 아래 4가지 joint reaction force를 추출하여 그룹 간 비교했습니다.

• L4/L5 compressive force (압축력)
• L5/S1 compressive force (압축력)
• L4/L5 shear force (전단력)
• L5/S1 shear force (전단력)

그림의 의미

이 설계는 “multifidus의 존재 여부·힘 감소·비대칭 위축”이 요추 하부(L4/L5, L5/S1)의 부하에 어떻게 영향을 주는지, 그리고 시뮬레이션이 안정적으로 수렴하는지를 정량적으로 검증하기 위한 구조입니다.

5. Multifidus Dysfunction and Chronic Low Back Pain: Systematic Review and Meta-analysis of the Supporting Data for Accurate Diagnosis and Successful Treatment Outcomes Associated With Restorative Neurostimulation (2025)

• 저널: International Journal of Spine Surgery
• 핵심: 다열근 기능장애 대상 restorative neurostimulation의 통증·장애·삶의 질 개선 효과 메타분석. 1·4년 추적에서 임상적으로 의미 있는 개선.
• 관련성: 다열근 기능 회복 치료의 근거. 만성 요통과 다열근 위축·억제 연결.

이 논문은

2025년 12월에 게재된 비교적 최신 체계적 문헌고찰 + 메타분석입니다.

만성 요통(Chronic Low Back Pain, CLBP)에서

**multifidus 기능 이상(dysfunction)**의 진단과,

이를 치료하는 **restorative neurostimulation(회복성 신경자극)**의 근거를 종합한 연구입니다.

배경
Multifidus는 요추 분절 안정성에 가장 중요한 근육으로,

만성 요통 환자에서 흔히 위축·억제·섬유화 등의 기능 이상이 관찰됩니다.

이 기능 이상이 요통의 주요 기전 중 하나로 제안되면서,

이를 직접 표적으로 하는 치료법인 restorative neurostimulation이 등장했습니다.

Restorative Neurostimulation이란?

• 요추 medial branch nerve를 자극하여 multifidus를 반복적으로 수축시키는 이식형 신경자극 장치입니다.
• 기존의 통증 차단(pain relief) 목적이 아니라, 근육 기능 자체를 회복시켜 분절 안정성을 되찾는 “disease-modifying” 접근입니다.
• 대표적인 기기로는 ReActiv8 등이 있습니다.

주요 결과 (체계적 고찰 + 메타분석)

• Multifidus 기능 이상이 있는 만성 기계적 요통 환자에서 restorative neurostimulation은 통증, 장애(disability), 삶의 질을 임상적으로 의미 있게, 그리고 지속적으로 개선했습니다.
• 기전 연구(mechanistic studies)에서는 multifidus의 섬유화(fibrosis) 역전과 근방추(muscle spindle) 구조의 정상화가 확인되었습니다.
• 즉, 단순히 통증을 가리는 것이 아니라 근육의 병태생리를 개선하는 효과가 있다는 증거가 제시되었습니다.

결론
Restorative neurostimulation은 multifidus 기능 이상을 동반한 만성 요통 환자에서 지속적인 임상적 호전을 제공하는 치료법으로, 정확한 진단(multifidus dysfunction 확인)이 성공적인 치료 결과와 연관됩니다.

6. Preval‎ence of Myofascial Trigger Points in Patients with Radiating and Non-Radiating Low Back Pain: A Systematic Review (2025)

• 저널: Biomedicines
• 핵심: 요통 환자에서 활성/잠재 MTrP 유병률 종합. Quadratus lumborum, gluteus medius, iliocostalis 등에서 높음. 다열근도 중요한 통증원으로 언급됨.
• 관련성: TRP·근막성 통증 관점의 체계적 고찰. 다열근 TRP의 임상적 중요성 뒷받침.

이 논문은 요통(방사통이 있는 경우와 없는 경우) 환자에서 **근막 통증유발점(Myofascial Trigger Points, MTrPs)**이 어느 근육에 얼마나 흔하게 나타나는지 체계적으로 정리한 리뷰입니다.

연구 목적

요통에서 근육 조직이 증상의 중요한 원인 중 하나라는 점이 알려져 있고, 기존 메타분석에서도 MTrP를 대상으로 한 치료가 통증과 기능 개선에 효과가 있다는 보고가 있습니다. 이에 따라 요통 환자에서 활성(active) 및 잠재(latent) MTrP의 유병률을 종합적으로 파악하고자 했습니다.

연구 방법

• PubMed, Cochrane, Web of Science 등에서 검색
• 영어·스페인어로 된 기술·관찰·실험 연구 중 요통 환자의 활성/잠재 MTrP 유병률을 보고한 논문 포함
• 최종적으로 방법론적 질이 수용 가능한 9편의 논문을 질적 합성

주요 결과

요통 환자에서 확인된 활성 MTrP 유병률은 다음과 같습니다:

근육                                                                          활성  MTrP 유병률

요방형근 (Quadratus lumborum)	30–55%
중둔근 (Gluteus medius)	34–45%
이상근 (Piriformis)	42%
대요근 (Psoas)	5–10%
요장늑근 (Lumbar iliocostalis)	33–38%

• 잠재 MTrP는 중둔근에서 가장 높았고(최대 74%), 요방형근에서도 관찰되었습니다.
• 방사통이 있는 요통(특히 요천추 신경근병증)에서는 둔부 근육(특히 중둔근)의 MTrP가 더 흔하게 나타났습니다. 이는 신경인성 요소가 관여할 가능성을 시사합니다.
• 비방사성 요통에서는 요방형근의 활성 MTrP 비율이 상대적으로 높았습니다.

결론

• 요통 환자에서 요방형근, 중둔근, 장늑근 등의 MTrP(활성·잠재)는 비교적 흔하게 존재합니다.
• 유병률은 통증의 만성화 정도와 원인(비특이적 vs 신경근성)에 따라 달라집니다.
• 다만 대부분의 연구가 수기 촉진에 의존하고 있어 주관성이 있고, 연구 간 이질성이 커서 결과의 일반화에는 한계가 있습니다. 향후 MTrP 진단 기준의 표준화가 필요하다고 저자들은 강조했습니다.

임상적 의미

• 요통 환자에서 요방형근과 중둔근은 우선적으로 평가·치료할 가치가 있는 근육입니다.
• 방사통이 있는 환자에서는 둔부 근육의 근막 통증유발점을 함께 고려하는 것이 합리적입니다.
• 이전 대화에서 다룬 multifidus 기능 이상과는 별개로, 근막성 통증 요소도 요통 관리에서 중요할 수 있음을 보여줍니다.

7. Lumbar Multifidus Dysfunction and Chronic Low Back Pain: Overview, Therapies, and an Update on the Evidence (2025)

• 저널: Pain Practice (PubMed 기준)
• 핵심: 다열근 기능장애의 병태생리(반사 억제→위축→불안정), 진단, 치료(운동 조절 훈련·restorative neurostimulation) 최신 근거 정리.
• 관련성: 통증·기능장애·치료 통합 리뷰. 생체역학적 불안정과 TRP·억제의 연결고리.

이 논문은

요추 다열근(multifidus) 기능 이상이 비특이적 만성 요통의 중요한 원인 중 하나로 부각되고 있는 배경을 정리하고,

관련 치료법과 최신 근거를 업데이트한 리뷰입니다.

핵심 내용

1. 배경

• 만성 요통 환자 중 상당수는 명확한 방사선학적 원인이 없는 비특이적 만성 요통(NSCLBP)입니다.
• 최근 연구들에서 요추 다열근의 기능 장애(반사 억제, 위축, 지방 침윤, 운동 조절 이상)가 이러한 비특이적 만성 요통의 발생과 지속에 기여할 수 있다는 점이 점점 더 인정되고 있습니다.
• 초기 손상 후 반사 억제가 발생하면 척추 안정성이 떨어지고, 이로 인해 추가 손상이 반복되는 악순환이 생깁니다.

2. 치료 접근 정리

논문은 치료를 크게 두 가지로 구분합니다.

① 증상 완화 중심 치료 (전통적 보존 치료)

• 환자 교육, NSAID, 척추 도수치료, 일반적인 물리치료 등
• 주로 통증 경감이 목적

② 다열근 기능 회복 중심 치료

• Motor control exercises (운동 조절 운동): 다열근을 선택적으로 활성화하는 훈련
  → 증상 개선 효과는 있으나, 일반 물리치료 대비 우월성에 대한 근거는 혼재됨
• Restorative neurostimulation (예: ReActiv8): 다열근의 반복적 수축을 통해 기능 회복을 목표로 하는 치료
  → 통증과 장애에 대해 의미 있고 지속적인 개선을 보인 유망한 중재로 평가

3. 결론

• 비특이적 만성 요통은 다열근의 위축, 지방 침윤, 비정상적 기능과 연관되어 있습니다.
• 기존 많은 치료들이 증상 완화에 머무르는 반면, motor control exercise와 restorative neurostimulation은 기능 회복을 지향한다는 점에서 차이가 있습니다.
• Restorative neurostimulation은 특히 장기적 효과에 대한 근거가 축적되고 있으나, 더 엄격한 대조군 연구와 다른 치료와의 비교 연구가 필요하다고 저자들은 강조합니다.

임상적 의미

이 논문은 2025년 시점에서 multifidus 기능 이상에 대한 이해를 정리하고, 증상 완화 치료와 기능 회복 치료를 구분해서 제시한 리뷰입니다. 특히 restorative neurostimulation을 유망한 옵션으로 평가하면서도, 아직 추가 근거가 필요하다는 균형 잡힌 시각을 보여주고 있습니다.

Restorative Neurostimulation Therapy Compared to Optimal Medical Management: A Randomized Eval‎uation (RESTORE) for the Treatment of Chronic Mechanical Low Back Pain due to Multifidus Dysfunction

저널: Pain and Therapy 2025;14(1):401–423
DOI: 10.1007/s40122-024-00689-0
발표일: 2025년 1월 15일

이 논문은

앞서 설명한 RESTORE 시험의 1년 결과 논문입니다.

Multifidus 기능 이상과 연관된 만성 기계적 요통 환자에서

**ReActiv8 (restorative neurostimulation)**을 최적 약물·비약물 치료(OMM)와 직접 비교한

다기관 무작위 대조 시험 결과입니다.

연구 목적

Multifidus 기능 이상 때문에 생긴 난치성 기계적 만성 요통에서,

restorative neurostimulation이 OMM보다 더 나은 결과를 보이는지 검증하는 것입니다.

연구 설계

• 다기관, 공개 라벨(open-label) 무작위 대조 시험
• 대상: 수술 적응증이 없고 요추 수술 이력이 없는, multifidus 기능 이상이 있는 만성 기계적 요통 환자
• 무작위 배정
  • 치료군: ReActiv8 이식 + 지속 OMM
  • 대조군: OMM 단독
• 1년 시점에서 1차 평가 (이후 대조군은 cross-over 가능)

주요 결과 (203명 분석)

평균 나이 47세, 요통 유병 기간 평균 11년

평가 항목                                                                     ReActiv8군                          OMM군                              유의성

ODI (장애 지수)	−19.7점	−2.9점	p < 0.001
NRS (통증)	−3.6점	−0.6점	p < 0.001
EQ-5D-5L (삶의 질)	+0.155	+0.008	p < 0.001

• 1차 평가 지표(ODI)에서 치료군이 임상적으로 의미 있는 차이를 보이며 우월했습니다.
• 통증과 삶의 질에서도 통계적·임상적으로 유의한 개선을 보였습니다.
• OMM 단독군은 1년 후에도 거의 개선이 없거나 악화된 경우가 많았습니다.

결론

Restorative neurostimulation은

multifidus 기능 이상을 동반한 비수술적 만성 기계적 요통 환자에서

안전하고, 가역적이며, 임상적으로 효과적이고 내구성이 우수한 치료법으로 확인되었습니다.

OMM 대비 우월성이 1년 동안 입증된 것은

이 환자군의 unmet need를 해결하는 중요한 근거가 됩니다.

임상적 의미

• Multifidus 기능 이상이 명확히 있는 환자에서 기존 보존적·중재적 치료가 실패한 경우, 이 치료를 조기에 고려할 수 있는 근거가 강화되었습니다.
• 단순히 통증을 가리는 치료가 아니라 근육 기능을 회복시키는 접근이라는 점에서 기존 신경자극술과 차별화됩니다.

저널: European Spine Journal 2026;35:2858–2871
DOI: 10.1007/s00586-025-09601-6
발표일: 2026년 1월 22일
Open Access

이 논문은 독일에서 진행된 실제 임상(real-world) 관찰 연구로, multifidus 기능 이상과 연관된 만성 기계적 요통 환자에게 **restorative neurostimulation (ReActiv8)**을 시행한 후 2년간의 내구성을 평가한 연구입니다.

연구 목적

무작위 대조 시험(RCT)이 아닌 실제 진료 환경에서, restorative neurostimulation의 효과가 2년 동안 지속되는지 확인하는 것이 목적입니다.

연구 방법

• 독일 5개 센터에서 진행된 다기관 전향적 관찰 연구
• 대상: 보존적·최소침습적 치료에 실패한 기계적 만성 요통 + multifidus 기능 이상 환자 (N=87)
• 평가 항목: 통증(NRS), 장애(ODI), 삶의 질(EQ-5D)
• 추적 기간: 3개월, 6개월, 1년, 2년
• 추가로 painDETECT 점수를 이용해 혼합 통증(mixed pain) 여부도 분석

주요 결과 (2년 시점, complete case n=74)

• 통증(NRS): 7.6 → 3.4 (p < 0.001)
  • ≥30% 감소: 75.7%
  • ≥50% 감소: 56.8%
• 장애(ODI): 42.4 → 25.1 (p < 0.001)
  • 최소 임상적 중요 차이(MCID) 달성: 64.4%
• 삶의 질(EQ-5D): +0.233 개선
• painDETECT High(혼합 통증 가능성 높음)군과 Low군 모두 비슷한 개선 양상을 보임
• 2년 동안 lead migration 없음, 예상치 못한 심각한 기기 관련 부작용 없음

결론

실제 임상 환경에서도 restorative neurostimulation은 multifidus 기능 이상을 동반한 만성 요통 환자에서 2년간 통증과 기능 개선이 지속되었습니다. 혼합 통증 환자도 순수 nociceptive 환자와 유사하게 반응했으나, 기능 회복을 극대화하려면 추가적인 보존적 재활 치료가 필요할 수 있다고 저자들은 언급했습니다.

• ReActiv8은 L2 medial branch를 자극해 다열근을 선택적으로 수축시키는 반면, 전침은 국소 근육·신경 자극입니다. 완전히 동일한 기전은 아닙니다.
• 다열근은 깊기 때문에 정확한 자입 깊이가 중요합니다. 초음파 유도가 안전성과 효과를 높입니다.
• 지방 침윤이 심한 만성 환자에서는 전침만으로 구조적 회복이 제한적일 수 있어, 운동 치료와 병행하는 것이 좋습니다.

왜 L2 medial branch를 자극하는가?

다열근(multifidus)은 segmental innervation을 받습니다.

각 요추 레벨의 medial branch of the dorsal ramus가 해당 레벨과 그 아래 레벨의 다열근 섬유를 지배합니다.

• L2 medial branch는 주로 L3 횡돌기(transverse process)를 지나는 부위에서 자극이 가능합니다.
• 이 위치에서 자극하면 L3 이하 여러 레벨의 다열근 섬유를 한꺼번에 수축시킬 수 있습니다(polysegmental innervation).
• 즉, 한 레벨(L2)만 자극해도 요추 다열근의 상당 부분을 선택적으로 활성화할 수 있다는 해부학적 장점 때문에 L2를 선택한 것입니다.

또한 L2 medial branch는 운동 섬유를 포함하고 있어, 자극 시 다열근의 선택적·부드러운 수축을 유도하기에 적합합니다.

다른 레벨보다 이 위치가 다열근 전체 커버리지와 기술적 접근성 면에서 유리하다고 알려져 있습니다.

전기 자극 조건 (실제 임상 프로토콜)

ReActiv8의 표준 자극 파라미터는 여러 임상시험(ReActiv8-A, ReActiv8-B 등)과 제조사 매뉴얼에서 일관되게 다음과 같이 사용됩니다.

파라미터                                        값                                                      비고

주파수 (Rate)	20 Hz	대부분의 연구에서 고정 (범위 1–26 Hz 가능)
Pulse Width	214 μs	표준값 (31–336 μs 조절 가능)
Amplitude	환자별 개별 설정	부드러운 tetanic 수축이 유발되는 강도 (보통 0–7 mA)
자극 패턴	10초 ON + 20초 OFF	1분에 2회 수축
1회 세션	30분	하루 2회 (아침·저녁)
하루 총 자극 시간	최대 60분	기기 자체 제한

요약:

• 주파수는 20 Hz로 고정하는 것이 표준입니다.
• 이 조건으로 다열근이 부드럽게 수축(tetanic contraction)하도록 진폭만 환자별로 조절합니다.
• 환자는 하루 2회, 각각 30분씩 스스로 세션을 시작합니다(prone 또는 side-lying 자세).

이 프로토콜은 “근육을 지속적으로 자극해서 수축을 반복시킴으로써 억제된 운동 조절을 회복”시키는 것이 목적입니다.

이 논문은

multifidus 기능 이상과 연관된 난치성 기계적 만성 요통에 대한

**restorative neurostimulation (ReActiv8)**의 임상 적용을 위한 실용적 가이드입니다.

환자 선별, 진단, 기전, 시술 포인트, 근거를

종합적으로 정리한 리뷰입니다.

핵심 내용 요약

1. 배경과 기전

• 만성 기계적 요통의 중요한 원인 중 하나로 **multifidus의 운동 조절 장애(arthrogenic muscle inhibition)**와 그에 따른 위축·지방 변성이 제시됩니다.
• Multifidus는 요추 분절 안정성에 핵심적인 역할을 하는데, 통증으로 인해 억제되면 안정성이 떨어지고 통증 악순환이 생깁니다.
• Restorative neurostimulation은 이 억제를 우회하기 위해 L2 medial branch를 자극해 multifidus의 반복적·선택적 수축을 유도함으로써 운동 조절을 회복시키는 치료입니다.

2. 환자 선별 (가장 중요한 부분)

논문은 적절한 환자 선별이 치료 성공의 핵심이라고 강조합니다.

적합한 환자 특징:

• 비수술적 기계적 만성 요통
• 요통이 다리 통증보다 뚜렷함 (방사통이 주된 증상이 아님)
• 기존 보존적 치료(물리치료, 약물 등) 실패
• Multifidus 기능 이상을 시사하는 소견

진단에 유용한 검사:

• Prone Instability Test (PIT)
• Multifidus Lift Test
• MRI상 multifidus 지방 침윤
• 초음파를 이용한 근육 활성화 평가 등

단순히 통증이 있다고 해서 적응증이 되는 것이 아니라, multifidus 기능 이상이 명확히 있는 환자를 골라야 한다고 강조합니다.

3. 임상적 의미와 근거

• ReActiv8-B 무작위 대조 시험(활성 자극 vs sham) 결과를 기반으로 치료의 효과를 설명합니다.
• 이 치료는 통증을 단순히 가리는(palliative) 접근이 아니라, 근육 기능을 회복시키는 restorative 접근이라는 점을 강조합니다.
• 시술 후 물리치료·운동과 병행할 때 효과가 더 좋을 수 있다고 언급합니다.

4. 시술 관련 포인트

• 리드 위치: L2 medial branch가 L3 횡돌기를 지나는 부위에 양측 배치
• 자극 목적: 부드러운 tetanic 수축을 유발
• 환자 교육: 하루 2회, 30분 세션을 스스로 시행하도록 교육하는 것이 중요

다열근(Multifidus) 형태 변화가 경추 조직에 미치는 생체역학적 영향

논문 정보

• 제목: Biomechanical effects of altered multifidus muscle morphology on cervical spine tissues
• 저자: Guangming Xu, Chenxing Li, Zhizhong Sheng
• 학술지: Frontiers in Bioengineering and Biotechnology (2025년 2월 20일)
• DOI: 10.3389/fbioe.2025.1524844 (Open Access)

연구 목적

척추주위근의 지방 침윤과 위축은 경추 질환에서 흔히 관찰되며,

특히 다열근 퇴행이 만성 목 통증과 경추 불안정에 중요한 역할을 할 수 있다는 배경에서 시작되었다.

이 연구는

유한요소 모델(FE model)을 이용해

**다열근 부피 위축 정도(100%, 80%, 50%)**가 경

추 조직(추간판, 관절낭, 연골 종판)의 응력·변형과 가동범위(ROM)에 미치는 영향을 정량적으로 분석하고자 했다.

방법

• 건강한 남성 지원자의 CT 데이터를 기반으로 C2–C7 경추 유한요소 모델을 구축.
• 다열근을 포함한 모델 3종 생성:
  • Model A: 다열근 100% (정상)
  • Model B: 80%
  • Model C: 50% (심한 위축)
• 다열근은 비선형 초탄성(hyperelastic)·비압축성으로 모델링하고 뼈와 결합(bound) 처리.
• 하중 조건: 머리 무게 + 1 Nm 모멘트 적용 (굴곡, 신전, 측굴, 축회전).
• 분석 항목: 추간판 응력, 관절낭 변형률, 하부 연골 종판 응력, 분절 ROM.
• 모델 타당성은 기존 문헌의 ROM 데이터와 비교해 검증.

주요 결과

• 추간판 응력:
  • 굴곡 시 Model C의 C5–6 분절 응력이 Model A 대비 55%, Model B 대비 22% 증가.
  • 신전 시에도 C5–6에서 41%(A 대비), 20%(B 대비) 증가.
  • 하부 분절(C4–C7)이 상부보다 전반적으로 높은 응력을 보임.
• 관절낭 변형률:
  • 굴곡 시 Model C의 C5–6이 Model A 대비 51%, B 대비 24% 증가.
  • 신전 시에도 하부 분절(특히 C5–6)에서 최대 변형률 기록.
• 하부 연골 종판 응력:
  • Model A에서는 C5–6이 최대였으나, Model B·C에서는 최대 위치가 C4–5로 이동.
  • 위축이 심해질수록 응력 집중 패턴이 변화.
• ROM:
  • 위축이 심할수록 하부 분절(C4–5, C5–6) ROM이 유의하게 증가.
  • 굴곡 시 C5–6 ROM이 Model C에서 Model A 대비 18% 증가.

전반적으로 위축 정도가 클수록 경추 조직의 응력·변형이 증가하고, 특히 하부 경추 분절에서 변화가 두드러졌다.

논의 및 결론

• 정상 다열근은 경추에 가해지는 하중을 효율적으로 분산시키지만, 위축 시 특정 추간판·관절낭·종판에 과도한 응력이 집중된다.
• 다열근은 경추 후관절 캡슐에 직접 부착되는 해부학적 특성 때문에 위축이 관절 안정성과 감각운동 기능에 영향을 줄 수 있다.
• 하부 분절 ROM 증가는 분절 불안정과 연관되며, 장기적으로 추간판 퇴행을 촉진할 가능성이 있다.
• 한계: 다열근을 수동 구조로만 모델링(능동 근수축력 미반영), 다른 경부 근육·신경·혈관 미포함, 등척성 위축만 고려(실제 임상에서는 근강성·섬유 유형 변화 동반).

결론: 다열근 부피 위축은 경추 조직의 기계적 반응을 변화시키며, 위축이 심할수록 추간판 응력·관절낭 변형·종판 응력과 하부 분절 가동성이 증가한다. 이는 조직 손상 위험을 높이므로, 임상에서 다열근 기능 운동을 적절히 강화하여 위축을 예방하는 것이 중요하다.

각 패널 설명

• A (Internal view of the vertebral body):
  경추 추체의 내부 구조입니다. 흰색 부분은 피질골(cortical bone)이고, 파란색으로 표시된 부분은 해면골(cancellous bone)을 나타냅니다. 모델에서 피질골은 삼각 셸(triangular shell) 요소로, 해면골은 사면체(tetrahedral) 요소로 구현되었습니다.
• B (Intersegmental ligaments):
  분절 간 인대 구조를 보여줍니다. 노란색과 파란색으로 표시된 부분은 관절낭(joint capsule)과 인대(ligaments)를 나타냅니다. 논문에서는 인대를 비선형 곡선(non-linear curves)으로 모델링했습니다.
• C (Lateral view of cervical spine model):
  C2–C7 경추 전체 모델의 측면 모습입니다. 노란색 띠 형태로 보이는 구조는 인대(또는 다열근 포함 모델에서는 다열근의 일부를 포함한 연조직)를 나타내며, 파란색 부분은 추간판(intervertebral disc) 영역을 표시한 것입니다. 이 모델에 다열근을 추가하여 100%, 80%, 50% 위축 조건을 시뮬레이션했습니다.

각 패널 설명

• A (View of part of the deep multifidus muscle):
  심부 다열근(deep multifidus)의 일부입니다. 보라색 막대는 두 인접 척추를 연결하는 짧은 근속(fascicle)을 나타내며, 다열근이 분절 간 안정성에 기여하는 구조를 단순화하여 표현한 것입니다.
• B (Lateral view of the deep multifidus muscle):
  심부 다열근의 측면 모습입니다. 여러 보라색 막대가 척추 후방(극돌기·횡돌기 부위)에 부착되어 있는 형태를 보여줍니다.
• C (Lateral view of the superficial multifidus muscle):
  표층 다열근(superficial multifidus)의 측면 모습입니다. 심부보다 더 길고 여러 분절을 건너뛰는 근속이 보라색으로 표시되어 있습니다.
• D (Holistic view of the cervical spine including the multifidus muscle):
  다열근이 포함된 경추 전체 모델의 측면 모습입니다.
  • 보라색: 다열근 근속(fascicles)
  • 노란색: 인대(ligaments) 또는 다른 연조직 구조
    이 모델에서 다열근은 비선형 초탄성(hyperelastic)·비압축성 재질로 정의되었고, 뼈와 결합(bound) 처리되었습니다.

• (100% multifidus):
  정상 상태의 다열근 근속(fascicle)입니다. 보라색 막대가 가장 두껍게 표시되어 있으며, 완전한 부피(100%)를 가진 다열근을 나타냅니다.
• B (80% multifidus):
  경도 위축 상태입니다. A에 비해 보라색 막대의 굵기가 줄어들어 다열근 부피가 80%로 감소한 모델을 보여줍니다.
• C (50% multifidus):
  중등도~중증 위축 상태입니다. 보라색 막대가 가장 가늘어져 다열근 부피가 50%로 감소한 모델을 나타냅니다.

논문 요약: 무증상자에서 속도와 부하를 달리한 전방 체간 굴곡 과제 중 요추 다열근의 운동단위 행동

논문 정보

• 제목: Motor unit behavior of lumbar multifidus during a forward trunk bending task performed under different speeds and loads in asymptomatic participants
• 저자: Peemongkon Wattananon 등
• 학술지: Scientific Reports (2025년 12월 29일)
• Volume 15, Article number: 44822
• DOI: 10.1038/s41598-025-28869-8 (Open Access)

연구 목적

요추 다열근(LM)은 정적·동적 안정성에 핵심적인 역할을 하지만, 운동단위(Motor Unit, MU) 수준에서의 행동에 대한 연구는 아직 부족하다.
이 연구는 다음을 목적으로 했다:

1. 표면 EMG 분해(dEMG)를 이용한 LM 운동단위 행동 측정의 세션 내 재검사 신뢰도 평가
2. 무증상자에서 속도와 부하가 LM의 운동단위 행동(활동전위 진폭, 발화율)에 미치는 영향 조사

방법

• 대상: 무증상 성인 29명(남녀, 20–40세)
• 과제: 60초간 능동적 전방 체간 굴곡(kettlebell을 들고 실시)
  • 속도: 15회/분(저속) vs 25회/분(고속)
  • 부하: 체중의 5% vs 10%
  • 조건 조합: 저속·저부하(LL), 저속·고부하(LH), 고속·저부하(HL), 고속·고부하(HH)
• 측정:
  • dEMG 센서(L5 극돌기 양쪽 2 cm)로 운동단위 활동전위(MUAP) 진폭과 발화율(firing rate) 추출
  • IMU로 각속도 확인
• 분석: 세션 내 재검사 신뢰도(ICC), 2요인 반복측정 ANOVA(속도 × 부하)

주요 결과

• 신뢰도: 대부분의 매개변수에서 세션 내 재검사 신뢰도가 양호함(ICC > 0.70). 특히 진폭 관련 지표의 신뢰도가 높았으며, 일부 발화율 지표는 상대적으로 낮게 나타남.
• 속도 효과:
  • 속도가 증가할수록 최고·평균 활동전위 진폭과 평균 발화율이 유의하게 증가.
• 부하 효과:
  • 부하가 증가할수록 평균 활동전위 진폭과 평균 발화율이 유의하게 증가.
• 다열근은 속도와 부하가 높아질수록 운동단위의 크기(진폭)와 발화 빈도를 모두 증가시키는 방식으로 요구에 적응함.

논의 및 결론

• dEMG를 이용한 LM 운동단위 행동 측정이 신뢰할 수 있으며, 임상·연구에 활용 가능하다.
• 속도와 부하 증가는 LM의 운동단위 동원을 강화한다. 이는 크기 원리(size principle)와 힘-속도 관계에 부합하는 신경근 적응이다.
• 동적 과제에서 속도와 부하를 조절하는 것이 LM 활성화를 높이는 데 효과적일 수 있다.
• 이러한 결과는 요통 재활 프로토콜 설계 시 속도·부하 조절이 중요한 변수임을 시사한다.

결론: LM 운동단위 행동 측정은 신뢰성이 있으며, 속도와 부하를 높인 운동이 LM의 발화율과 진폭을 증가시킨다. 이는 다열근 활성화 강화와 요통 재활에 유용한 근거가 된다.

각 패널 설명

• A (센서 부착 위치):
  참가자의 후방에서 본 센서 배치입니다.
  • IMU Sensors: 관성 측정 장치(Inertial Measurement Unit)로, T3(흉추), L1(요추), S2(천추) 극돌기에 부착되어 체간 굴곡 시 각속도를 측정합니다.
  • dEMG Sensors: 분해 근전도(decomposition EMG) 센서로, 양쪽 요추 다열근(L5 극돌기 양쪽 약 2 cm 외측)에 부착되어 운동단위 활동전위와 발화율을 기록합니다.
  • Reference Electrodes: 기준 전극으로 장골능(iliac crest) 부위에 부착됩니다.
• B (Starting Position):
  과제 시작 자세입니다. 참가자가 똑바로 선 상태에서 양손으로 kettlebell(체중의 5% 또는 10% 무게)을 들고 있습니다. 이때부터 메트로놈에 맞춰 전방 굴곡을 시작합니다.
• C (End Position):
  과제 종료 자세(전방 굴곡 끝점)입니다. 체간을 앞으로 숙인 상태에서 kettlebell을 바닥에 가까운 위치로 내린 모습입니다. 이 자세에서 다시 시작 자세로 돌아오는 동작을 반복합니다.

실험 과제 요약

참가자는 이 설정에서 60초 동안 전방 체간 굴곡 동작을 반복했습니다.

• 속도: 15회/분(저속) vs 25회/분(고속)
• 부하: 체중 5% vs 10%

이 그림은 dEMG와 IMU를 이용해 요추 다열근의 운동단위 행동을 속도와 부하 조건별로 측정한 실험의 기본 설정을 보여줍니다.

그림 구성

• 왼쪽 4개 패널: Motor unit action potential (MUAP, 운동단위 활동전위 진폭)
• 오른쪽 4개 패널: Motor unit firing rate (운동단위 발화율)

각 조건별로 색상으로 구분된 개별 운동단위의 파형이 표시되어 있습니다.

4가지 조건

1. Low speed and low load (저속·저부하)
2. High speed and low load (고속·저부하)
3. Low speed and high load (저속·고부하)
4. High speed and high load (고속·고부하)

해석 포인트

• 왼쪽(MUAP): 각 운동단위의 활동전위 크기(진폭)를 나타냅니다. 속도와 부하가 높아질수록 진폭이 큰 운동단위가 더 많이 동원되는 경향을 시각적으로 확인할 수 있습니다.
• 오른쪽(Firing rate): 각 운동단위의 발화 빈도(초당 펄스 수)를 보여줍니다. 특히 속도가 빨라지면 발화율이 전반적으로 상승하는 패턴이 관찰됩니다.

이 그림은 dEMG가 여러 운동단위를 개별적으로 분리하여 분석할 수 있음을 보여주며, 논문에서 보고한 “속도와 부하 증가 시 진폭과 발화율이 증가한다”는 결과를 시각적으로 뒷받침합니다.

논문 요약: 후방 요추 추체간 유합술(PLIF) 중 근위부 다열근 손상이 인접 분절에 미치는 생체역학적 영향 – 유한요소 연구

논문 정보

• 제목: Biomechanical effect of proximal multifidus injury on adjacent segments during posterior lumbar interbody fusion: a finite element study
• 저자: Wei Wei 등
• 학술지: BMC Musculoskeletal Disorders (2023년 6월 24일)
• DOI: 10.1186/s12891-023-06649-7 (Open Access)

연구 목적

요추 유합술 후 인접 분절 퇴행(Adjacent Segment Degeneration, ASD)은 흔한 합병증이며, 척추주위근(특히 다열근)은 요추 안정성 유지에 중요하다.
이 연구는 후방 요추 추체간 유합술(PLIF) 시 근위부 다열근 손상이 상부·하부 인접 분절의 생체역학(가동범위, 응력)에 미치는 영향을 유한요소 분석으로 정량적으로 조사하고자 했다.

방법

• 건강한 성인 남성 CT 데이터로 요천추(L1–S1) 유한요소 모델 구축 후 다열근 힘 부하.
• 4가지 모델 비교:
  1. NM: 정상 모델 (다열근 완전 보존)
  2. PFM: L4/5 PLIF + 근위부 다열근 보존
  3. TLPFM: L4/5 PLIF + 전방 후궁절제 + 근위부 다열근 절단
  4. HLPFM: L4/5 PLIF + 반측 후궁절제 + 일부 근위부 다열근 절단
• 분석 항목: 상부(L3/4)·하부(L5/S1) 인접 분절의 ROM, 최대 von Mises 응력, 다열근 힘과 일량(work).
• 하중 조건: 500 N 수직 압축 + 굴곡(FL), 신전(EX), 측굴(LB), 축회전(AR).

주요 결과

• PLIF 자체만으로도 상부·하부 인접 분절의 ROM과 최대 von Mises 응력이 증가.
• **근위부 다열근 절단 모델(특히 TLPFM)**에서 상부 인접 분절의 ROM과 응력이 가장 크게 증가 (측굴 제외).
  • 예: 상부 분절 ROM이 정상 대비 굴곡·신전에서 최대 58% 이상 증가.
• 하부 인접 분절은 굴곡·신전에서 PFM에서, 측굴·회전에서 TLPFM에서 증가가 두드러짐.
• 다열근의 힘과 일량은 TLPFM에서 가장 큼 → 손상된 다열근이 보상하려고 더 큰 힘을 내는 것으로 해석.
• 근위부 다열근을 보존한 모델이 인접 분절의 생리적 기계적 거동을 더 잘 유지.

논의 및 결론

• PLIF 후 인접 분절의 ROM과 응력 증가는 ASD 발생의 기계적 기전과 연관된다.
• 근위부 다열근 손상(절단 또는 후궁절제에 따른 손상)은 이 변화를 더욱 악화시켜 상부 인접 분절 불안정성을 높인다.
• 다열근은 유두돌기(mammillary process)에 부착되어 후관절과 매우 가깝기 때문에, 수술 중 다열근 보존이 후관절 보호와 ASD 예방에 중요하다.
• 결론: 근위부 다열근을 보존하면 인접 분절의 생리적 기계적 거동을 유지하는 데 도움이 되며, ASD 발생과 진행을 예방하는 데 기여할 수 있다