Ⅳ. Base Element Impairments of the Muscular System
1. Muscle strength
① active factors
․ muscle fiber의 number (firing of a motor unit)
․ contractile element (atrophy,hypertrophy)
․ arrangement (series or parallel => strap, spiral, pennate)
․ fiber 의 근본적인 length
․ contractile element 의 구성 (disrustion, over-lengthened, over-lapped)
․ large physiologic cross-section
․ frequency of firing of motor units
② Passive
․ parallel elastic tension
․ series elastic tension
③ Atrophy
․ decrease in sarcomeres
④ Hypertrophy
․ increase in sarcomeres ( parallel>series )
1) Decreased Muscle Strength Caused by Atrophy
① sarcomeres 감소 + connective tissue의 감소 -> muscle의 active, passive tension에 영향 -> joint의 dynamic/static support의 영향 -> muscle의 joint control에 있어서 active torque + stability저하
․ ex) peroneal m.의 약화는 eversion뿐만 아니라 inversion의 passive stability에도 영향
② passive tension
․ joint의 alignment에 영향 + synergist의 tension에도 영향
․ ex)muscle이 강한 사람과 약한 사람의 elbow 의 neutral 각도
③ physical structure와의 관계
․ trunk의 forward -> upright
- hip extensor후에 lumbar extensor
- lumbar extensor 후에 hip extensor
- hip extensor의 약화가 있는 사람은 lumbar ex.후에 pelvic forward
☞이런 이유로 해서 atrophy의 치료는 간단히 muscle의 strength만 하는 것이 아니라 종합적으로 movement pattern을 정확한 평가하고 그것을 증명하고 뒷받침 할 수 있는 가설이 필요하다.
2) Clinical relevance of Muscle Atrophy
① 정확한 manual testing
․ MMT
․ movement pattern
․ habitaul적인 요소,특히 patient의 inactive요소(e.g sleeping)
② 2 weeks of training
․ muscle tension 20%증가(contractile capacity), neural activation 80%향상
③ 4 weeks of training
․ cross-sectional area 증가 , cellular level +protain의 변화(contractile element증가)
3) Decreased Muscle Strength Secondary to Strain
① cause
․ excessive stretching for short duration
․ excessive physiologic loading usually associated with eccentric contraction
② atrophy보다도 strain의 weakness는 pain을 일으킨다.
③ resting position때 muscle은 elongation된다.
․ ex) trapezius muscle strain일 때 shoulder는 drop되거나 forward 된다.
․ 이런 이유로 tapping이 필요하고 운동을 할 때도 pain free range에서 해야한다.
4) Increased Muscle Strength Caused by Hypertrophy
① overload에 대한 protein과 contractile 반응
․ ligament, tendon, muscle의 connective tissue의 양의 증가
② stress를 받으면 stronger해지고 stiffer 해지지만 stress가 없으면 약해진다.
③ strengthening Ex
․ maximal load
․ muscle의 tension-generating capacity ↑
․ stiffness와 joint의 stability ↑
2. Muscle Length
Muscle은 다음 three mechanism 중 하나에 의해 lengthened
① prolonged elongated position
② injurious strain
․ disruption of the cross bridges
③ sustained stretching
․ sarcomerees가 확장되는 lengthened position에서 immobilization
1) Over-stretch weakness
① muscle은 lengthened position을 유지할 때 약화된다.
․ ex) bed rest를 처방 받은 환자
- 길어진 doriflexors와 짧아진 plantarflexors.
- 이 문제는 결국 발을 아래로 당기려 할 때 plantar flexion에 힘을 가해지고 dorsiflexor muscle은 더욱 길어지게 한다.
․ ex) 잠자는 동안의 생기는 post. Gluteal medius의 prolonged stretch.
- 일반적으로 uppermost leg positioned in adduction, flexion, and medial rotation 자세로 자는 pelvic이 넓은 여성에게 보여진다.
- MMT 하는 동안 환자는 반대 position을 유지하지 못하거나 range상 어떤 지점에서 검사자의 지속적인 저항에 자세를 유지하지 못한다.
- 환자가 섰을 때 늘어난 근육에 의해 hip adduction 자세가 되고 다리 길이가 확연히 차이 날수 있다.
․ ex) lower shoulder pushing forward된 side-lying으로 자는 사람
- scapula adduct
- forward tilt
- lower trapezius와 rhomboid muscle stretch
- side-lying position에서 top shoulder는 팔이 무겁거나 thorax가 클 때, stretch에 민감 -> Scapula abduct, forward position
- glenoid내의 humeral head가 forward position으로 이동하게 되는 원인이 된다.
< over-stretch weakness된 muscle의 몇 가지 특징
․ postural alignment는 이상적인 것보다 길어진 muscles의 의해 control 된다. 그래서 depressed shoulder나 hip adduction, medial rotation 자세가 되는 것이다.
․ 해당 근육의 ROM 동안의 muscle test는 weak, 뿐만 아니라 shortened muscle test position도 그러하다.
▷ Case presentation 1 ◁
① History
․ 20살 여대생으로 waitress 일이 약간의 원인이 있을 거라는 back pain을 갖고 있다.
․ 방사선 소견으로 그녀의 lumbar c-curve는 right convexity하고 iliac crest는 left가 1 inch 높다. 그리고 서 있을 때 pelvic anterior tilt
② Symptoms
․ 환자는 옷이 좌우 제대로 맞지 않다.
․ 비록 날씬하지만 그녀는 매우 넓은 pelvis
․ right side 위로 left leg를 올리고 잔다.(Hip flexion, adduction, medial rotation.)
③ Muscle length and strength
․ Muscle length test : shortened Lt TFL
․ MMT
- gluteus medius의 posterior portion이 3+/5
- external oblique abdominal muscle도 grade 3+/5
․ left hip adduction 25도 되었고 patella는 바닥에 닿을 정도로 medial rotate 되었다.
․ Home program
- post. Gluteus muscle의 shortened position에서 strengthening
- hook-lying position에서 pelvic의 neutral tilt를 유지하는 동안 external oblique abdominal muscle의 isometric contraction
- Hip flexor length testing position은 TEL stretch로 used
- Prone에서 knee flexion, hip lateral rotation
- hip의 tilt를 바로 하는 것과 external oblique abdominal, gluteal muscle을 수축하기 위한 교육을 받아야 한다.
- 자는 동안 hip adduction, medial rotation을 방지하기 위해 pillow를 사용해야 한다.
④ Outcome
․ 3주 후 두번째 방문 때 환자는 놀랍게 좋아졌다.
․ 그녀의 iliac crest의 level이나 spinal lateral curvature는 더 이상 임상적으로 나타나지 않았다.
․ 그녀의 ant. Pelvic tilt는 해결되고 더 이상 back pain을 호소하지 않았다.
@ clinical relevance
․ 이 사례는 over-stretch weakness가 진단 됐을 때 근력 운동과 stretch를 완화시키는 운동이 바른 alignment와 symptoms를 제거할 수 있다는 걸 증명하였다.
․ 환자의 형태학적 특징으로 이루어진 잠자리는 over-stretch weakness의 원인이 될 수 있다. 비슷한 mechanism에 의해 upper trapezius muscle도 over-stretch weakness 될 수 있다.
․ 이렇게 muscle length 변화가 온 후, 적절한 교정이 없다면 painful muscle strain으로 진행될 수 있다. resting상태에서의 오랜 passive stretch도 이 상태를 촉진시키는 요인이 될 수 있다.
< over-stretch weakness를 확인하는 key factor >
․ ROM동안에 muscle의 약함이 증거
․ 증가된 resting muscle length는 ideal anatomic length보다 중요하고, postural alignment 검사에서 명백해진다.
2) Increased Muscle Length Secondary to Strain
muscle pain이 muscle의 shortness 또는 과도한 length이든 지간에 중요한 차이 때문에 strain은 논의되어야 한다. 보통 shoulder girdle의 부분적인 painful muscle의 치료적 접근은 cold spray와 stretch를 적용한다. 그리고 stretching techniques 적용하기 전에 실제 muscle length를 평가하지 않는다. Length muscle이 painful 이 될 수도 있기 때문에 거기에다 stretching을 적용해선 안 된다. 예로 무거운 물건을 들다 tension injury를 받은 muscle은 strain 되었다고 할 수 있다. 만약 그 muscle이 계속 tension을 받으면 muscle은 elongate, painful 될 것이다.
Postural alignment examination시 muscle의 elongated 보일 때의 strain이 shortness보다 pain의 원인이라 생각된다. Strain은 stretch된 muscle filament tear의 minor form이고, muscle의 생리적인 제한을 넘은 결과로 z-line에 있는 actin filament의 파열이다.
Disruption(파열)은 muscle의 contratile elements인 tension-generationg한 능력의 영향으로 myofilament의 alignment가 달라지는 것이다. 많은 case에서 본 것처럼 중요한 것은 muscle weakness와 만졌을 때와 근수축시 저항을 줄 때의 pain이다.
Muscle이 strain 되었다면 회복 과정은 muscle이 강한 저항이나 지속적 tension을 받지 않을 때 더 쉬워질 것이다. 대부분의 근육들은 joint에 의한 해부학적 제한으로 적절한 resting length 유지하는데 도움이 된다. Shoulder나 hip 같은 postural muscle들은 과도하게 stretch 될 수 있다. 예로 만약 upper trapezius가 strain을 입었을 때 shoulder girdle의 무게는 근육에게 무리를 주게 된다. Shoulder의 당김은 muscle을 elongated 시키게 되고, 근육들은 치유 될 수 없게 된다. 결국 strained muscle은 painful하게 된다. 왜냐하면 실생활이나 쉴 때 조차도 tension이 있기 때문이다.
이런 불안은 muscle이 정상적 resting length가 되고 passive tension이 감소하고 환자가 muscle의 relax 위해 지시를 따를 때 제거된다. 그러므로 수의적이거나 불수의적인 수축성 활동을 얼마든지 없앨 수 있다. 근육에 과도한 load가 가해지는걸 환자가 점점 피할수록 muscle은 3~4주 내에 치유 될 수 있다.
Strained muscles의 MMT에서의 전형적인 연구 결과는 검사한 extremity가 end range에서 중력에 대해 자세를 유지하기에는 무력하다는 것이다.
게다가 range motion에 저항이 주어지면 어떤 지점에서는 tension을 유지하지 못하고 pain이 나타나게 된다. Muscle의 tension-generation capacity는 더욱 나쁘게 된다. 심한 strain을 받았다면, motion of joint의 movement는 특징적인걸 보일 것이고 range-of-motion은 더 나쁘게 될 것이다.
▷ Case presentation 2 ◁
① history
․ 32-year-old woman
․ shoulder 높이의 conveyor belt에서 음식상자를 운반하는 직업
․ scapula의 vertebral border와 thoracic spine사이에 갑작스럽고 심한 통증
․ 일을 하다 통증이 발생된 후 즉시 일주일에 세 번, 열치료와 shoulder exercise
② symptom
< observation >
․ 60 pounds overweight with large arms and breasts
․ shoulder의 윗부분이 bra straps로 눌려 압박을 받고 있음.
< pain scale(10 scale) >
․ shoulder motion : 6-8 scale
․ rest : 4-5 scale
③ muscle length and strength
< examination >
․ right scapula- abduction & anterior tilt 되어있음
․ MMT : trapezius 모든 fiber의 약화(upper, lower, middle) 3등급
․ weakness & pain으로 인해 움직이는 능력에 제한이 따르고 중력이 감소된 position에서 정상범위로 움직임.
< management >
․ 환자 scapula의 정확한 alignment를 맞춰주고, 환자의 팔을 support 해줌. 그 후 right shoulder girdle의 근조직들이 relax 해지고, pain 경감됨.
․ Tape적용
- right shoulder girdle의 posterior support해줌.
- scapula neutral position 유지.
- scapula의 abduction & depression 방지함으로써 trapezius의 strain을 약간 감소시킨다.
․ bra strap & tape 적용
- 환자의 목 부분에 걸어줌으로써 shoulder의 바깥부분이 downward되는 걸 방지.
- 앉거나 서있을 때 pillow로 support.
- 5일 후 모든 shoulder exercise 삭제함.
④ outcome
․ 두 번째 방문하고 4일 후부터 pain이 줄어듬.
․ tapping : 2일 동안 적용
․ 환자의 피부에는 여러 자극 반응이 사라졌고, 지지한 strap을 제거한 후도 rest시 pain이 사라졌다.
․ 예방차원으로 다시 tapping 적용
․ 세번째 방문
- 일주일 후에 rest시 pain이 오랫동안 없었고
- gravity를 줄인 side-lying position에서 pillow를 support하고 shoulder flexion을 160도 정도 수행함.
- side-lying position에서 shoulder flexion시 scapula의 upward rotation & adduction, 반대로 standing position 에서는 scapula 의 motion이 제한됨.
․ 환자의 shoulder girdle에 tapping적용 : scapula의 neutral position을 유지할 수 있도록.
․ tape은 2일정도 유지. 2주 동안 3번 적용함.
․ 환자에게 앉거나 서있을 때 shoulder가 내려가는 것을 방지하기 위해 support한다.
․ 점진적인 exercise program처방
- 중력이 최소인 side-lying에서 shoulder flexion
- shoulder flexion, elbow flexion, hand gliding up the wall.
- shoulder flexion & elbow extension
- shoulder flexion & abduction ( 가벼운 부하를 준다.)
․ 6주 동안 8번의 방문 후
- 환자는 30pound의 물건을 어깨까지 들어올림.
- 환자의 직업에 있어 충분한 임무를 수행할 정도로 돌아감.
@ clinical relevance
환자의 shoulder girdle의 pain정도는 검진 시 자세적인 muscle의 과도한 늘어남으로 올 수 있다. shoulder가 내려간 환자는 muscle strain에 요인이 된다. muscle이 늘어나고 strain되었을 때뿐만 아니라 짧아진 경우에도 muscle spasm or pain을 감소시키는 적절한 처방이 항상 되는 것은 아니다. stretching & muscle의 과도한 힘을 유발하여 strain을 입었을 때에는 금기이다.
strain시 평가방법- passive로 muscle의 shortened position에 놓고 증상의 효과를 기록하는 방법. 만약 stretch로 인해 증상이 감소되었다면 strain에 일시적인 진단으로 될 수 있다.
shoulder girdle의 전형적인 movement를 관찰하면, 각각 muscle은 정확한 movement 의 segment control를 한다. atrophy된 & strain된 muscle은 MMT결과 outrage에 weakness된 경향을 보일 뿐만 아니라 palpation시 pain을 유발할 것이며 최대로 짧아져 있을 것이다. muscle의 length와 pain이 존재하면 단지 strain으로 인한 atrophy or weakness가 온다.
muscle stain의 management로 치유를 촉진시키는 느리고 점진적인 exercise program 을 시작해야 한다. 약화된 근육에는 적절한 부하를 주어 정확한 joint segment에 부착하여 움직일 수 있도록 한다. 점진적으로 부하를 증가시켜 muscle strength를 향상시키고 joint segment의 정확한 movement를 이룰 수 있다.
3) Lengthened muscle secondary to anatomic adaptation-the addition of sacomeres
① usually by casting
․ muscle의 늘어난 상태를 유지시킴(muscle cell을 series로 연결한 sarcomere포함)
② Williams & Gold spink의 증명
․ muscle`length tension curve(해부학적으로 늘어나서 발생됨)
③ active tension 의 양
․ shortened<control<lengthened
․ 같은 muscle이라도 shortened position 보다 normal position의 tension이 크다.
④ shortened position
․ lengthened muscle : actin & myosin의 greater overlap 되어 control muscle보다 tension 이 크다.
⑤ 최대로 늘어났을 경우 : 최대 tension
⑥ 최소로 늘어났을 경우 : 최소 tension
⑦ lengthened muscle(sarcomere 의 숫자가 증가한 경우)이 shortened position일 경우
․ myofilament의 과도한 overlap- maximal tension 이 될 수 없다.
⑧ MMT - lengthened (sacomeres added inseries) muscle은 짧아진 위치에서 joint 분절을 지지하지 못한다.
⑨ muscle은 강한 압박 후에 길이변화하기도 한다.(joint angle이 10-15도 변화)
⑩ example
․ habitual posture(adducted scapula)
․ mmt : serratus anterior muscle, addutor muscle(lengthened serratus anterior ) 결과 - strong
․ scapula abduction & upwardly rotation(shortened serratus anterior)시에는 too weak to hold the scapula in its correct position
▷ Case 3 presentation ◁
① History
․ 수영을 즐기는 50세의 남성으로 어깨의 전, 외측부분에서 동통을 느껴 진단을 받아본 결과 impingement sing으로 진단 받음. 수영강사가 운동프로그램을 짜주어서 시행함
․ Ex program : shoulder adduction, shoulder extension
․ scapular는 adduction되어 있으며 양 견갑골사이의 길이는 정상보다 짧음
․ rhomboid M is more prominent
② Symptom
․ Rt shoulder flexion range :170, painful 160-170
․ shoulder abduction and upward rot은 shoulder flexion동안 decreased.
․ passsive로 해주었을 시 full ROM
③ Muscle length and strength
․ scapular abduction시 serratus m 의 weakness 보임
․ scapular adduction시 normal
④ Outcomes
․ Teach shoulder abduction, upward rot with his Rt scapular gravity lessen position while avoid painful range.
․ Goal is that the patient can move his scapular abduction and upward rotation so that angle of the scapular reach the mid axillary line by the end of the range of shoulder flexion.
․ 3주 후 통증이 사라짐
@ Clinical relevance
postural impairment시 각각의 근육들은 최대의 저항이 가해진 상태에서 자세를 유지할 수 없다. 그러나 10-15도 가량 elongate상태에서는 가능하다. 결국 근육이 weakness가 아닌 maladaptive length change라 보임.
근육의 길이가 변하면 또한 근육의 의해 움직임이 생기는 관절에도 변화가 생김.
이러한 근길이가 있을 경우에는 정상 범위를 만들기 위해서는 근길이가 짧은 상태에서 load는 적은 상태에서 운동하도록 한다.
4) Shortened Muscle Caused by Anatomic Adaptation-the Loss of Sarcomeres
▷ Case Presentation 4 ◁
① History
․ 34세의 남자로써 매주 50- 60 mile 정도 장거리 달리기를 하며 요통으로 인하여 물리치료 의뢰
․ 직업은 세일즈맨이며 고객을 만나기 위해 많은 시간을 운전하는데 사용함
․ 동통은 낮에는 증가하며 밤에는 사라짐
② symptom
․ 가만히 서 있을때 flat lumbar 이며, forward bending 시 lumbar flx이 보이나 hamstring muscle의 단축으로 인하여 lumbar, hip flx이 제한되어 있으며 SLR이 60도 정도로 제한이 보임
․ 운전 시 spine을 굴곡 시키기 위하여 의자를 가장 뒤로 붙인채 사용하여 무릎이 최대한 Ext가 되도록 함
③ Muscle length and strength
․ hamstring M을 stretch 하기 위하여 straight -back chair 사용하여 hip position 90'유지
․ 수시로 hamstring M에 있어서 stretching하도록 교육하고 이 자세를 항상 유지토록 함
․ 의자 받침대를 이용하여 isometric contraction 유도
=> 무릎을 신전 시킨 상태에서 하루에 5, 6번 주기로 10번 반복토록 함
④ outcome
․ lumbar flx 상태를 제외하면 통증은 사라짐. 4주 후에는 SLR 범위가 10‘ 가량 증가
․ forward bending 시 flx 되는 compensatory motion 사라짐.
@ Clinical relevance
근육의 단축을 평가하고 그것에 대해 지도하기 위해서는 다음과 같은 질문이 필요하다
(1) 스포츠 나 다른 기능적인 행위를 할 때 단축된 근육이 운동범위에 영향을 미치는지?
(2) 해부학적으로 어떠한 구조적 변화가 있는지?
(3) 환자가 단축 혹은 늘어난 근육으로 인하여 동통을 호소하는지?
(4) 환자가 근육의 단축을 느끼는 것을 야기할만한 어떠한 근육excursion의 rate나 actual degree가 있는지?
5) Dissociated Length Changes in synergistic Muscle
보통 한 근육이 늘어나면 그것의 길항근은 단축된 것으로 보이지만 자세히 살펴보면 항상 그렇다고 말할 수 없다. hip에 있어서 flexor and extensor 근육이 단지 hip을 굴곡 신전만 시키기보다는 action이 완전하기 위해서 rotation or abduction이라는 대상작용이 필요한 것으로 봤을 때 그 보다 더 많은 역할을 한다고 생각할 수 있다.
예를 들면 hip flexor muscle의 lengthening test시 terminal action시 hip이 abd. or med rot이 되면서 10도 가량 더 범위가 증가하는 경우가 있는데 이 경우 iliopsoas muscle이 아닌 TFL의 단축인 경우이다.
또 다른 예로 hamstring muscle의 근길이를 시험해 볼 때 msd rot를 방지하면 마지막 범위에서 15도 가량의 flx이 보일 수 있다.
synergistic muscle이 서로 근길이에 차이가 생긴다면 compensatory movt. 가 많아지고 결국 동통으로 연결될 수 있다.
6) Muscle and Soft-Tissue stiffness
Stiffness, which is defined as the change in tension per unit of change in length.
이와 같은 정의는 stiffness가 단지 muscle에서 만을 규정지었으므로 반론의 여지가 많다.
이 책에서는 stiffness를 이렇게 정의 내린다.
Stiffness refers to the resistance present during the passive elongation of muscle and connective tissue, not during active muscle and connective tissue.
이 책에서는 spring으로 묘사했는데 spring을 강제로 늘어뜨릴 때의 resistance를 근육에서의 stiffness로 비유.
근육은 신장시 저항을 느끼게 해주는 extracellular and intercelluar series elastic fiber로 구성되어 있고 primary resistance를 하는 intracelluar 에 large connective tissue, protein titin을 소유
근육내의 titin protein, tixotropy(various gel) 이 많을수록 stiffness가 증가되며 hypertrophy시 근육내의 protein과 connective protein이 많아지므로 stiffness도 증가하며 atrophy시에는 stiffness 감소.
stiffness가 pain에도 영향을 끼칠수 있다. 한가지 실례로 요통을 가진 환자들의 hamstring을 검사해보면 요통을 가진 사람에게 있어서 특히 hamstring의 stiffness가 많다는 걸 알 수 있다.
관절에 stiffness가 있다면 그 주변에 있는 관절의 대상작용을 일으킴으로써 근골격 동통을 증가.
7) Compensatory relative flexibility
① compensatory movt.
․ Increased stiffness of one muscle group can cause compensatory movement at an adjoining joint that is controlled by or joints with less stiffness.
② Example
․ prone on lying 자세에서 rectus femoris M.을 stretching 시 pelvic과 spine에서의 움직임은 115-125 degree사이에서 일어나는 것이 정상.
․ 만일 45-115사이에서 그러한 움직임이 보인다면 rectus femoris M이 stiffer than pelvic and spine, not short.
8) Explanation of figure
① Optimal balance of muscle stiffness and joint stability
․ no compensatory movt.
․ Stffness compare
- Ant support structure of the spine and passive stiffness of abdomianl > rectus femoris m
② Shortness of rectus femoris muscle
․ no compensatory movt.
․ Stifness copmpare => same figure 1
③ Stiffness and shortness of rectus femoris muscle
․ compensatory movt exist
․ figure3a 에서는 rectus femoris m의 shortness로 인하여 주변조직의 compensatory movt가 일어나는 것
․ 3b에서는 대상작용으로 인하여 rectus femoris m의 shortness상태에서도 ROM을 행할 수 있는 것.
․ 3c는 그대상작용을 방지했을 때의 ROM의 제한이 보임.
․ stiffness compare
- Ant support structure of the spine and passive stiffness of abdomianl < rectus femoris muscle
④ Stiffness and not shortness of rectus femoris muscle
․ compensatory movt exist
․ Rectus femoris muscle이 shortness하지는 않기 때문에 ROM에 제한은 없다.
․ stiffness compare
- Ant support structure of the spine and passive stiffness of abdomianl < rectus femoris muscle
⑤ Compensatory motion with passive flextion controlled by active muscle contraction
․ compensatory movt exist but disappear when active motion
- rectus femoris m의 stiffness로 인하여 pelvic의 post tilt or abdominal m. 의 contract.
⑥ Exaggerated post pelvic tilt
․ do not genmerate enough tension시 pelvic tension시 일어남.
․ compensatory movt
- pelvic ant tilt and lumbar extension