Ⅳ. 근육 손상
1. 근육
근육은 체중의 약 45%를 차지하고 있다. 근육은 인체조직 중에서 수축성이 강한 조직으로서 화학적 에너지를 기계적 에너지로 바꾸어 수축이나 이완을 통해서 인접관절을 움직이며, 골격이나 피부에 부착하여 인체의 형태를 이루고 전신적인 운동이나 호흡운동, 심장박동, 혈관이나 각종 선과 도관들의 수축운동 및 내장의 연동운동 등 부착부위에 따라 매우 다양하다.
근육에는 크게 자기 마음대로 움직일 수 있는 수의근(가로무늬근=횡문근 이라고도 함)과 마음대로 되지 않는 근육인 불수의근(민무늬근=평활근 이라고도 함)으로 나눌 수 있으나 여기서는 수의근이 주로 문제가 되기 때문에 이에 국한하여 설명하기로 한다.
일반적으로 근육(筋肉, muscle)이라 하면 골격근(骨格筋, skeletal muscle)을 의미하고 이는 우리의 운동과 밀접한 관계가 있다.
이렇게 중요한 근육은 어떻게 구성되었을까? 보통 "살(肉)" 이라고 할 수도 있는 이 조직은 실제는 덩어리로만 된 것이 아니고 각각 그 기능이 다른 여러 가지 근육으로 되어 있다. 예를 들어 손가락을 펼 때 사용되는 근육과 굽힐 때 사용되는 근육이 각각 다르다. 허리를 굽힐 때나 펼 때도 마찬가지 원리가 적용된다. 이렇게 분리될 수 있는 근육을 따로 떼어보면 사람의 근육은 적어도 434개 이상의 근육으로 되어 있다.
이 근육들을 모두 합하면 그 무게가 전체 사람의 몸무게의 40-45%를 차지하게 된다. 이것을 다시 근 섬유수로 계산하면 약 2억 5천만개의 개개 근육 섬유로 되어 있음도 밝혀져 있다.
이 근육섬유(muscle fiber)가 근육기능의 중요한 단위가 되는 것이며, 이것은 둥근기둥이나 모난 기둥같고 그 평균길이는 약 3cm, 두께는 10-100 마이크론(1마이크론은 1/1000mm임)이다.
근육섬유의 크기도 대소 부동하여 운동량이 많은 근육에서는 적은 근육에서 보다 그 섬유가 길고 굵은 것이 보통이다. 예컨대 권투선수들의 튀어나온 팔의 근육, 혹은 무용수들의 다리 근육 같은 것은 그 좋은 예가 된다. 중요한 것은 근육섬유의 수가 증가하는 것보다 양적(근육섬유의 직경 증가)으로 증가하는 것이다. 그런가 하면 오랫동안 병석에 있어 운동을 못하는 경우 그 해당 근육이 가늘어지게 된다. 이러한 현상들을 각각 증가하였을 때는 비대(hypertrophy) 그리고 감소하였을 때는 실용성 위축(disuse atrophy)이라고 한다.
위와 같은 극단적 예가 아니더라도 사람이 날 때부터 노인이 될 때까지 근육섬유의 크기가 일정하게 변함도 또한 잘 알려진 사실이다. 따라서 근육의 변화를 판정할 때는 그 사람의 나이 그리고 그 근육의 위치 등이 항상 고려되어야 한다. 일반적으로 말하여 근섬유는 청년기까지 서서히 커지다가 노년으로 가며 서서히 줄어든다고 할 수 있다. 한편 근육섬유의 두 끝은 대개 힘줄 끝에 붙어 뼈와 연결되지만 혀근육, 얼굴의 표정근같이 점막(粘膜)또는 피부안에서 가지를 내며 그치는 것도 있다.
2. 근섬유의 구조
근섬유(muscle fiber)는 근육기능의 중요기본 단위이고 크기가 가변적이다. 우리는 우리 몸의 어떤 구조이든지 세포로 구성되어 있음을 알고 있다. 그리고 개개의 세포는 하나의 핵을 가지고 세포막으로 다른 세포와 분리되어 있음도 알고 있다.
그런데 근육세포(muscle cell)는 이런 점에서 약간 예외적이다. 즉 근육의 가장 중요한 기능인 수축(contraction)과 이완(relaxation)을 가장 효율적으로 하기 위하여 여러 개의 근섬유를 여러 개의 핵이 둘러싸면서 막으로 경계를 이루게 되어 결국 뭉쳐진 세포질(sarcoplasm)내에 여러 개의 핵을 가지는 다핵세포(multinucleated cell)이다.
1) 근초
세포막에 해당하는 것은 근초(sarcolemma)라 하는데 이 막은 근섬유의 형질막(plasmalemma)으로 3중막이며 보통 정상 근섬유에서는 잘 보이지 않는다. 이 막은 아주 얇고 투명하나 탄력성이 있으며 전자현미경으로 보면 수많은 동굴 같은 것이 나타나는데 이는 아마도 당분이나 단백질 등을 근섬유내로 받아들이고 기타 대사물을 걸러내는 역할을 한다고 생각되고 있다.
2) 근세포핵
핵(nucleus)은 전술한 바와 같이 여러 개 핵으로 길이가 몇 cm 되는 보통 크기의 섬유에도 수백개의 핵이 있고 긴 섬유에는 몇 천개가 있다. 따라서 근세포는 일종의 형질체(plasmodium)로 간주할 수 있다. 즉 태생기에 많은 근육모세포(myoblast)가 융합하고 또 핵분열만 일어나되 세포체 분열이 뒤따르기 못한 결과라고 할 수 있다.
근육세포핵은 일반적으로 납작한 타원형이지만 길쭉한 것도 있으며 세포막 바로밑에서 불규칙한 나선상 또는 세로줄 위에 여기저기 흩어져 나타난다. 즉 태아의 근육이나, 근방추(muscle spindle)를 제외하고는 핵은 근육섬유 내부에는 좀체로 나타나지 않는다. 이것 또한 다른 조직과 현저히 다른 것이다. 따라서 근섬유내로 핵이 이동하면 병적이라 할 수 있는 근거가 된다.
3) 근형질
근형질(sarcoplasm)은 곧 다른 조직세포의 세포질에 해당하며, 그 안에 근원섬유(myofibrils)가 담겨있고 Golgi체, mitochondria, glycogen, 지질 등을 함유한다. 이러한 소기관(organelles)은 핵 주위에 비교적 많이 모여 있으나 근원섬유 사이에도 고루 퍼져있다. 어떤 경우에는 좀 더 많은 근형질이 모여 근원섬유를 많은 묶음으로 나누기도 한다. 이러한 근형질의 양은 동물의 종류에 따라, 또 같은 동물이라도 근육의 종류에 따라 다르며 한 예로 개구리 근육은 이 근형질이 약 40%를 차지한다고 한다. 일반적으로 대부분은 지속적 활동성 근육(음식을 씹을 때 쓰는 저작근, 호흡과 관련된 근육 등)들은 근형질의 양이 많음에 비하여, 급격히 수축하고 또 쉽게 피로하는 근육은 근형질 양이 적다.
4) 근육형질망
근육형질망(sarcoplasmic reticulum)은 endoplasmic reticulum이 근섬유 내에서 특히 잘 분화 발달된 것인데 특수한 구조의 배열상태로 나타난다. 이는 전자현미경의 도입과 더불어 확실하게 알려진 구조로서 복잡한 계통(canalicular system)이다. 이 근형질망은 근육수축에 필요한 많은 calcium을 간직한 중요한 소기관으로 근세관(sarcotubules)과 소낭 또는 조(cisternae)들이 불규칙하게 연결되어 한 계통을 이루어 각 근원섬유를 둘러싸고 있다. 이는 다른 세포의 agranular endoplasmic reticulum에 해당 하지만 ribosomes에 연결되어 있지 않고 또 가로 달리는 특수한 띠(bands)들과 일정한 관계를 갖고 있는 점이 다르다. 이들이 근섬유 표면에서 유리되는 활성물질을 섬유 안으로 퍼지게 하는 전도체의 구실을 한다고 믿어지는 소위 T system과 연결된다. T system은 가로로 가는 손가락 같은 돌출을 의미한다.
5) 근원섬유
근원섬유(myofibril)는 어떤 의미에서 근육섬유의 소 기본구조단위라 할 수 있다. 이는 근육섬유에 가로 무늬와 세로줄의 구조를 나타내게 하는데 매우 섬세한 섬유로서 근형질을 거의 꼭 메우고 있다. 그 평균 지름은 1-2 마이크론이다. 이것이 수축성 구조의 가장 작은 단위라고 생각하였었는데 전자현미경으로 검사하면 원섬유가 더욱 더 작은 단위로써 구성된 사실을 알 수 있다. 이를 근사(myofilaments)라 한다.
6) 근사(myofilament)
근사는 그 크기와 화학적 조성이 다른 두 단백질인 actin과 myosin filaments로 되어 있다. Actin근사는 더 가늘고 주로 밝은 띠를 이루고 myosin근사는 좀더 굵고 길며 어두운 띠 주성분을 이루되 450Å 거리를 두고 서로 평행하며 그 중간에 actin근사가 있다.
7) 흰(밝은)섬유와 붉은(어두운)섬유
골격근에 있어서 근원섬유와 근육형질의 분량의 비례에 따라 흰(밝은)섬유(white or clear fiber)와 붉은(어두운)섬유(red or dark fiber)의 구별을 한다. 흰 섬유는 원섬유가 많고 근형질이 적으며, 붉은 섬유는 근형질이 비교적 많아서 육안적 혹은 광학현미경에서 어둡게 보인다. 즉, 붉은 섬유는 흰 섬유에 비하여 좀더 가늘고 그 핵은 근초 바로 아래에만 있지 않고 내부에도 나타나며 수축이 느리고 피로가 더디 오는 등 여러 가지에서 흰 섬유와 다르다. 사람과 많은 포유류에서는 흰 섬유가 대부분을 차지하며 항상 붉은 섬유와 섞여있다.
8) 밝은 띠와 어두운 띠
광학현미경에서 iron hematoxylin염색을 하면 담홍색 띠와 검은 띠가 나타나는데 이는 초생체표본에서 광굴절율이 다른 두 부분 즉 밝은 부분과 어두운 부분이 번갈아 배열된 소위 밝은 띠(light bands)와 어두운 띠(dark bands)에 해당하는 것이다. 밝은 띠는 단굴절질(isotropic substance), 어두운 띠는 중굴절질(anisotropic substance)로 된 것이며 이 들은 각각 주위에 있는 원섬유의 같은 종류의 띠들과 같은 높이에 있기 때문에 근육섬유 전체로서 밝고 어두운 두 띠로서 독특한 가로무늬(cross striation)가 나타난다. 횡문근이란 이름도 여기에서 비롯된 것이다. 어두운 띠를 흔히 A 또는 Q대라 하고 밝은 띠를 I 또는 J대라 한다. 그런데 자세히 보면 이 밝은 띠와 어두운 띠가 좁은 선으로 다시 둘로 나누어져 있음을 알게된다. 즉 밝은 띠대의 중간선은 다소 진하게 염색되는데 이를 Z 반(disk)이라 한다. 또 Z반과 어두운 띠대 중간에는 가끔 좁은 어두운 선이 보이는데 이를 N띠라 부른다. 한편 어두운 띠대의 중간선은 오히려 엷게 염색되는데 이를 H띠, 그리고 H띠 중간을 횡단하는 좁은 어두운 선을 M띠라 부른다.
9) 근절(筋節) 혹은 근반(筋盤)
Z선은 근원섬유를 완전히 횡단하여 근초 내면에 닿아있는데 실험적으로 trypsin처리하면 Z선이 소화되고 Z선에서 근원섬유가 많은 조각으로 나누어지기 때문에 이 Z선 사이의 원섬유 부분을 근절(sarcomeres)혹은 근반(muscle disk)이라 한다. 그 길이는 이완된 근에서는 2~3 마이크론 정도이다. 다시 말하여 근절은 한 암대와 그 두 끝에 달린 명대의 반쪽씩으로 된 것으로 이는 근원섬유의 구조상 또는 기능상 단위이다.
3. 골격근의 수축작용
이상 근원섬유의 구조에서 기술한 바와 같이 actin과 myosin의 두 종류 근사들이 손가락 마주 끼듯 함으로서 근육이 수축되고, 또 이완할 수 있다. 그런데 이러한 근육의 수축작용은 어떻게 시작되는가? 이것도 오로지 근육에 분포하고 있는 신경섬유의 영향에 있다. 근원섬유는 항상 신경섬유의 강한 영향을 받는다. 즉 그 수많은 근원섬유들이 일사불란하게 한가지 방향으로 힘의 작용이 되려면 신경의 control이 무엇보다도 중요하다. 예를 들어 우리가 잘 아는 이른바 소아마비 환자에서 하지 근육이 심한 위축을 받게 되는데, 사실상 근육자체의 혈관분포 등은 모두 정상이지만 그런 상태가 나타난다.
신경섬유는 근육의 섬유조직 성분 내에 들어있다. 하나의 운동신경섬유가 공급하는 근원섬유의 수는 일정치 않으나 눈 근육과 같이 섬세한 운동이 필요할수록 신경섬유의 상대수가 증가한다. 반대로 엉덩이 근육 같이 별로 섬세한 운동이 필요하지 않은 것은 100개 이상의 근원섬유를 하나의 신경섬유가 지배하게 된다. 하나의 신경섬유 그리고 그것의 영향하의 모든 근원섬유를 합하여 운동단위(motor unit)라고 한다.
4. Motor end-plate
신경섬유가 근원섬유에 가서 부착되는 구조를 motor end-plate라 한다. 이 nerve ending은 한 근육에 하나임이 원칙이나 아주 긴 근원섬유는 2개를 가질 수도 있다. 이 nerve fiber는 결국 척수전각세포의 axon으로 한 세포에서 평균 100~200개 근원섬유에 간다. 이 axon이 근원섬유에서 끝날 때 그 윗면을 Schwann세포로서 얇은 세포질성 막을 만들고 아랫면에서는 axon이 팽창하면서 근초에 가까이 가게된다. 이 하나 하나의 종말부에는 많은 수의 synaptic vesicles가 있다. 이러한 neuromuscular junction은 결국 신경세포와 근육세포와의 synapse이다. end-plate에 도달한 신경자극은 chemical mediator로 충만한 vesicles로부터 acetylcholine을 유리시킨다. 이 acetylcholine은 synaptic cleft로 유리되어 postsynaptic membrane을 가진 근육세포의 상당량의 막에 영향을 주게된다.
Acetylcholine은 sarcolemma를 Na이온이 더 잘 통과하게 하고 이는 탈극(depolarization)을 시작하는데 이는 근초를 통하여 근육섬유 전체에 흐르고 또 T system을 통하여 근섬유 내로 들어가게 된다.
이상과 같이 운동신경의 절대적 영향 아래서 골격근은 수축 이완하면서 개체에 필요한 운동을 하게 된다. 여기에 필요한 energy의 확보 및 사용 등은 여기에서 취급될 것이 아니겠으나, 어떤 운동을 하려면 근육운동의 조화가 아주 중요하다. 즉 어떤 근육이 수축을 하여 팔을 구부리려면 그 반대쪽 근육은 이완시켜줘야 한다. 그렇지 않으면 원만한 운동을 시행할 수 없게 된다
<참고>
▷골격근
․통각 수용기, 고유수용기가 존재 ․뇌 척수신경의 지배 ․수의근, 근세포는 원주상으로 10․100μ굵기
▷평활근
․근세포 크기가 일정치 않음 ․통각수용기(0), 고유수용기(×) ․완만하고 리듬있는 수축(신축성이 높다)
․열,화학적 자극에 감각도가 높다. ․교감,부교감신경의 지배(불수의근)
◎ Type I : 적근, 피로↓, myoglobin, granular materia 가 많다. 산소대사, 더 굵다.
Type II : 백근, 피로↑, myoglobin, granular materia 가 적다. 당분해 대사.
◉ 체중에 근육이 차지하는 비율은: 40~45%
◉ 근육은 골막에 부착됨.
◎ sarcolemma(근초): 근섬유 둘러쌈. sarcoplasm(근장): 근원섬유 둘러쌈.
endomysium(근상막) : 근섬유 다발 여러개 둘러쌈. perimysium(근외막) : 근섬유 다발을 둘러쌈.
◉ 골격근의 모양 (근섬유의 배열에 따라)
▷방추상(사지의 대부분은 방추상, 수축속도가 빠르다)
․길고 가는 형 ex)봉공근 ․짧고 굵은 형 ex)늑간근
▷우모상
․단일우모근 ex)반막장근 ․쌍우모근 ex)대퇴직근
․다우모근 ex)삼각근 ․방형근 ex)방형회내근, 능형근
◉계단효과
․연축이 연속해서 일어나는 것 같이 반복해서 자극하면 수축은 차차 커지게 되는 현상 →강축
◉근수축(optimum or neutral speed로 수축해야 효과적)
:근육의 길이가 짧아지는 것을 의미하는 것이 아니라 근육내 장력이 발생되는 것을 말한다.
◉신장(stretching)
․A띠는 그대로, I띠의 길이가 늘어난 상태 (미오신은 일정하고 액틴이 늘어남)
․능동적 동작보다는 수동적 동작에 의해 발생
◉근수축시 적용되는 기본법칙
․접근법칙: -수축시 기시점과 정지점이 함께 가까워지는 현상, 구심성 수축 ex) 견갑골 내전
․감념법칙: 기시점과 정지점이 같은 면으로 동작
근섬유 전체의 뒤틀림이나 나선형의 움직임을 없애거나 적게하는 법칙
동일면상에 곡선운동을 직선운동으로 바꾸려는 경향
SCM의 경부회전, 봉공근의 고관절 외회전 운동
ex) 견갑골 하방 회전
⇒감념, 접근 동시: Biceps brachii 작용
◉수축시 작용방향별 수축
▷문합형 근육(shunt muscle)
․분출형 근육보다 힘이 세다.
․근육 한점은 고정된 뼈에 부착, 다른 부착지점은 움직이는 뼈에 부착
․움직이는 뼈에 붙어 있는 길이 〉고정되어 있는 뼈에 붙어 있는 길이
․근육을 옆으로 비키는 동작을 하게 되며 뼈의 장축 방향으로 잡아당기게 된다.
․주관절 굴곡시 상완요골근 작용
▷분출형 근육(spurt muscle)
․움직이는 뼈에 붙어있는 길이 〈 고정되어 있는 뼈에 붙어 있는 길이
․근육은 솟아오르는 동작을 하게 되며 뼈를 횡단하여 옆으로 잡아당기게 된다.
․주관절 굴곡시 상완이두근의 작용
◉신경지배율
․한개의 운동신경이 지배하는 근섬유 수
◎원심성 수축시 resistance effect↑ ⇒ slow speed
구심성 수축시 resistance effect↑ ⇒ incresed speed
◉협력근(synergist)
▷보조협력근
․주동근 보조하고 불필요한 운동을 제한하는 근육
․주동근을 일차적으로 직접 도우는 작용
․좌우 외복사근이 체간 굴곡에 작용하는 것
▷순수협력근
․여러개의 관절에 관여하는 근육이 작용시 주동근이 작용하게 불필요한 운동을 제한하며 효과적인 운동하게 작용
․주동근을 이차적으로 작용, 섬세한 운동시
․수지운동시 수근관절이 30°정도 신전 위치에 있도록 도와주는 근육.
◉근력 : 수축하는 동안 발생된 근육내의 최대 긴장도
중력이나 저항을 이겨내는 능력
◉근력 증가시 근섬유의 발달형태
․근섬유 수는 고정
․운동에 의해 원섬유 내의 근 필라멘트의 수는 증가 → 근자체의 부피증가 → 근력증가
◉근력 강화기전
․근력이 poor와 good사이 일 경우 근력 강화 운동이 필요
․근력증강은 최대의 저항량으로 반복을 적게
․근지구력 증가는 작은 저항으로 반복 많게
․준비운동은 최대 저항량보다 조금 적게
◉근력 검사시 근력 정도를 구분하는데 중요한 인자
․저항의 양(N/G)
․ROM의 범위/중력의 유무(F/P)
․근수축의 유무(T/Z)
◉피로(motor end plate에서 일어난다.)
․정상시 근육내 젖산 농도 : 0.015%
․아픔을 느끼기 시작시 젖산 농도 : 0.3%
․근피로시 젖산 농도 : 0.4%
◉관절감각수용기
․GTO(관절 근육 감각 수용기) : 신장보다 수축에 민감, 방어기전
․pacinian corpuscle : 순간적인 자극을 감지
․Ruffini ending : 천천히 순응, 자극의 강도와 속도 감지...
◉근육 감각 수용기
․GTO, Muscle spindle
․free nerve ending
․pacinian corpuscle
◎Muscle spindle(sensory ending)
․핵낭 핵쇄상: Ia 섬유(Primary, annulospiral ending)
․핵쇄상: II섬유(secondary, flowerspray ending)
(motor ending)
․핵낭 섬유: dynamic γ 섬유(종판형태)
․핵쇄상 섬유: static γ섬유(꼬리모양)
◎근육에 분포된 신경 중 신경이 차지하는 비율은? 40%
◉신장반사(strech reflex)
: Ia 섬유는 길항근 α섬유와 중개 섬유를 거쳐 연결, 주동근과 협력근 α섬유와 단일 접합성 연결(monosynapsis)
◉굴곡반사 (withdrawal reflex)
유해자극→굴근 α운동신경 흥분→굴근 수축, 신근 이완
→신근 α운동신경 억제
◉교차 신전 반사
․굴근반사를 일으키는 유해 자극이 더 커지면 굴근반사가 몸의 반대쪽과 다른 척수부위까지 확대되어 교차신전 반사 야기
◉억제 반사
․MS에서 Ia섬유에 의한 길항근 억제
․GTO에서 Ib섬유에 의한 주동근과 협력근 억제 → clasp-knife reflex
․α운동 뉴런의 feedback에 의한 억제
◉γ-loop
γ운동신경 자극 → 추내근 섬유 수축 → MS장력 증가, 감각신경 말단 흥분 →Ia섬유 흥분
→척수에서 α운동 신경을 monosynaptic하게 흥분 → synergist 흥분
◉협동근으로 작용하면서 길항근으로도 작용하는 근육
3) 병리
① 출혈이 손상 모세혈관으로부터 일어난다.
② 염증이 생긴다.
③ 부종이 삼출된 혈액과 염증성 삼출액으로 생긴다.
④ 건과건막에 손상이 동반되면 활액이 근육내로 나온다.
⑤ 모세혈관은 2-3주 후, 섬유소에 의한 격리로 막힌다.
⑥ 혈병과 섬유소가 그 부위에 형성된다. 섬유소의 응고는 섬유성 반흔조직이 손상 근육섬유와의 융합을 초래한다. 이것은 손상 정도에 따라 7일에서 3주 정도 걸린다.
6. 진단 및 치료
1) 진단
진단을 위한 근골격계 문제에 관한 객관적 자료수집은 활력증강, 피부상태, 운동범위(ROM), 자세, 근력, 근력의 크기, 긴장도, 보행능력, 신경 혈관상태, 그리고 부종, 염증, 기형과 같은 비정상적인 상태를 사정함으로써 얻어진다.
2) 치료
손상에 따라 급성기의 고통스러운 반응 시기가 지나면 손상 받은 근육과 관절 구조의 섬유 증식과 경직이 이차적인 문제가 되는데 이에 대하여 환자가 능동적으로 자신의 기능장애를 방지하는 예방책이 가장 최선의 치료이다.
(1) 치료의 원리
․급성 염증 반응 : 침상에서 휴식.
․경우에 따라 지지를 한다.
․염증성 반응 : 예방과 치료가 중요.
․동통의 이완을 위한 치료 실시.
․운동성과 근력의증진을 위한 운동치료 실시.
․온열치료와 마사지 실시 : 경찰법 → 유날법 → 강찰법 → 경찰법