어깨의 기능해부학과 생체역학

어깨의 기능해부학과 생체역학

일반적으로 어깨 즉, 견관절은 인체에서 굉장히 큰 가동범위를 갖는다. 인체와 가까운 근위부의 견관절 가동범위가 크기 때문에 인체와 멀게 위치한 원위부의 손이 정교하면서도 정확한 자세를 취할 수 있게 되고 섬세한 동작까지 완벽하게 구사할 수 있다. 그러나 이렇게 큰 가동성은 상대적으로 안정성을 낮추어 회전하는 동작, 특히 어깨를 머리위로 들어올리는 오버헤드 동작에서 견관절에 대한 상해들이 매우 빈번하게 발생할 수 있다.

견갑대는 견갑골, 쇄골, 상완골 3개의 뼈로 구성되어 있으며, 이 뼈들은 서로 연결되어 견관절, 견쇄관절, 흉쇄관절, 견흉관절 4개의 관절을 통하여 몸통과 연결된다. 정상적인 움직임과 동작이 생성될 때 견갑대의 동적인 움직임을 위해서는 4개의 관절 모두 완벽한 기능적 움직임이 필요하다.

견관절

견관절은 구관절 또는 구상관절, 윤활관절로 둥근 상완골두가 얇은 관절와와 연결된다. 관절와는 관절순과 밀접한 관련이 있다. 상완골두는 관절와보다 크며, 거상시 어떤 단계에서나 25~30%만이 관절와와 접한다. 견관절은 정적 또는 동적 움직임에서 안정성을 유지한다. 정적인 움직임에서는 관절순과 관절남의 인대를 통해 가능하며, 동적인 움직임에서는 삼각근과 회전근개를 통해 동적 안정성을 유지한다. 관절낭은 관절순에 붙어 관절을 감싼다. 이것은 위, 중간, 아래 오목위팔인대와 오훼상완인대에 의해 크게 강화된다.

견쇄관절

견쇄관절은 쇄골의 외측 끝과 견봉 간의 활주관절이다. 이 관절은 다소 약하며, 두 관절면 사이에는 섬유연골성 디스크가 있고 얇은 섬유성 관절낭이 관절을 감싼다. 견쇄관절에 위치한 견봉쇄골인대는 앞,뒤,위,아래 부분으로 구성되어 있다. 

오훼쇄골인대는 오훼돌기와 쇄골을 연결하고 견봉쇄골인대와 함께 견봉에 대한 쇄골의 위치를 유지시킨다.오훼쇄골인대는 다음 두가지로 나뉜다. 쇄골이 견봉에 겹쳐지는 것을 제어하는 능형인대, 견봉에서 쇄골이 상방이동하는 것을 제한하는 원추인대로 구분된다. 

팔이 거상될 때 쇄골이 후방회전이 일어나서 견갑골의 회전을 혀용하고 완전거상을 가능하게 한다. 완전거상이 일어나기 위해서는 쇄골이 약 50도 회전하여야 한다. 회전이 일어나지 않으면 약 110도에서 가상이 제한될 수 있다.

오훼견봉인대는 오훼돌기와 견봉을 연결하고 있다. 이 인대는 견봉과 오훼돌기를 이어 견관절 위로 오훼견봉궁을 형성한다. 상방의 오훼견봉궁과 하방의 상완골두 사이에 있는 견봉 아래 공간에는 극상근 건, 이두박근 장두 건, 견봉 아래 주머니가 있고, 이들은 과도한 상완골두의 이동이나 반복적인 오버헤드 동작 시의 충돌로 인해 자극 또는 염증이 발생하기 쉽다. 

흉쇄관절

쇄골은 흉골의 흉골병과 연결되어 흉쇄관절을 형성한다. 흉쇄관절은 상지를 몸통과 직접 연결하는 유일한 관절이다. 흉골 측 관절면이 흉골보다 커서 쇄골이 흉골보다 높은 위치에 있도록 한다. 두 관절면 사이에는 섬유연골성 디스크가 존재한다. 이것은 내측 압력에 대한 충격흡수 역할을 함과 동시에 상방탈구를 억제한다. 관절 디스크의 존재로 쇄골이 디스크 위에서, 디스크도 흉골 위에서 분리되어 움직인다.

흉쇄관절은 골격 배치상 매우 약하지만, 쇄골의 흉골 끝을 아래 방향과 흉골 쪽으로 당기는 닻과 같은 역할을 하는 강한 인대에 의해 고정된다. 주요 인대는 쇄골의 상방탈구를 억제하는 전흉쇄인대와 후흉쇄인대, 쇄골의 측방탈구를 억제하는 쇄골간인대, 쇄골의 측방 및 상방탈구를 억제하는 늑쇄인대가 있다.

상완골이 180도 벌려질 때 견갑골은 외전 및 상방회전이 필수적이다. 흉쇄관절과 견쇄관절에서도 쇄골 운동이 반드시 일어나야 한다는 사실을 알아야한다. 견갑골의 상방회전을 위해 쇄골에서는 약 40도의 거상이 필요하다. 

견흉관절

견흉관절은 진짜 관절은 아니나 흉곽 위에서 견갑골의 운동은 견과절의 총 움직임에 있어 필수적이다. 견갑골은 3가지 회전과 2가지 수평이동을 포함하는 움직임을 할 수 있다. 견갑골의 회전은 직각의 3축 주위에서 발생한다. 앞뒤 축을 중심으로 위/아래 회전이 발생하고, 위아래 축을 중심으로 안쪽/외회전이 발생하며, 안쪽가쪽 축을 중심으로 후방회전이 발생한다. 

회전이 일어날 때 견갑골은 흉곽 위에서 앞뒤 족과 위아래 쪽으로 견갑골의 거상, 하강이 발생한다. 앞뒤 쪽으로의 직선운동은 늑골에 의해서 제한되기 때문에 전인, 후인이 앞뒤 직선 운동의 결과로 발생한다. 

상완골이 거상되는 동안 견갑골과 상완골은 견관절의 일치성, 견괍골에 붙어 있는 많은 근육들의 길이-긴장 관계, 알맞은 견봉 아래 공간을 확보하기 위해 조화를 이루면서 움직여야 한다. 흔히 견흉리듬이라고 하는데, 상완골이 올라갈 때 견갑골은 상방회전되고 뒤쪽이 들리며 가쪽으로 상방회전 뒤쪽으로 수평이동한다.

견갑골 움직임 패턴의 변화는 회전근개 건의 질환적 내부 충돌, 견관절 불안정성, 오십견과 골관절염에서 나타날 뿐만 아니라 피로, 상체 자세와 뻣뻣함, 심지어 어깨를 많이 들어 올리는 오버헤드 동작을 하는 선수의 과거병력에서도 나타난다.

견관절의 안정성

4개의 복합적인 견관절이 상당한 가동성이 있으므로 견관절의 정상적인 기능을 위해서는 안정성 유지가 필수적이다. 불안정성은 많은 어깨상해의 원인이 된다. 견관절에서 상완골두는 비교적 평평한 견갑골의 관절와와 연결된다. 견관절 운동 시, 상완골두가 관절와에 대해 적절한 위치를 유지해야 한다. 

마찬가지로 관절와는 상완골두가 움직일 때 안정된 기반을 유지하는 동시에 적절히 위치를 조절해야 한다. 견관절은 원래 불안정하며, 동적 및 정적 안정장치의 합치된 작용에 안정성을 의존한다.

정적 안정장치

견관절의 주된 정적 안정장치는 상완인대, 후방 관절낭, 그리고 관절순이다. 하상완인대는 견관절의 굴곡, 신전, 회전 제어에 주된 역할을 한다. 전상완인대는 견관절의 신전, 외전, 그리고 가쪽으로 돌릴 때 팽팽해진다. 후상완인대는 굴곡과 가쪽으로 돌릴 때 팽팽해진다. 하상완인대는 견관절의 외전, 신전 그리고 가쪽으로 팽팽해진다. 또한 중간상완인대와 견갑하근 건은 외회전을 45~75도 외전에서 제한하고 견관절 전방 안정성에 중요한 역할을 한다. 하상완인대는 상완골두의 전후 탈구를 제어하는 주된 역할을 하며, 견관절의 오버헤드 운동 시 가장 중요한 안정장치가 된다.

회전근개 근육들의 건은 상완골두 주위의 정지부에서 견관절의 관절낭으로 합일도니다. 이들 근육이 수축하면 긴장이 발생하고 관절낭을 동적으로 팽팽하게 하여 상완골두가 관절와에 있도록 한다. 이것은 상완골두의 운동을 동적 및 정적으로 조절한다.

후방 관절낭은 견관절의 굴곡, 외전, 내회전 시 또는 이 동작이 결합되었을 경우 팽팽해진다. 후방 관절낭의 상부와 중부는 견과절의 내회전 시 가장 긴장된다.

견관절 내의 뼈와 관절면은 정적 안정성에 기여하도록 배치되어 있다. 관절와의 하부에 강하게 밀착하고 상부에서 느슨하게 부착된 관설순은 관절와의 깊이를 약 2배 증가시켜 견과절 안정성을 증가시킨다. 견갑골은 관상면의 움직임과 어깨 위로의 동작을 용이하게 할 수 있도록 전방으로 흉곽에 대해 30도, 상방으로 3도 기울어져 있다. 관절와는 하부 안정성 조절을 위하여 상방으로 5도 기울어져 있다.

동적 안정장치

견관절을 지나는 근육은 많은 움직임이 가능한 골격과 인대의 구조에 대한 보상으로 동적 안정성을 제공하는 운동과 기능을 한다. 견관절의 운동에는 골곡, 신전, 외전, 내전, 회전 운동이 포함된다.

견관절에 작용하는 근육은 두 그룹으로 분류될 수 있다. 첫 번째 그룹은 몸통에 기시하여 상완골에 정지하는 근육으로 광배근과 대흉근이 포함된다. 두 번째 그룹은 견갑골에서 시작하여 상완골에 정지하는 근육인 삼각근, 대원근, 오훼완근, 견갑하근, 극상근, 극하근, 소원근이 포함된다. 

이들 근육은 회전근개를 형성하여 관절낭과 연결되며 구조를 강화하는 역할을 한다. 이두박근과 삼두박근은 관절와에 부착하여 주관절 운동에 영향을 준다.

견갑하근, 극하근, 극상근, 소원근은 회전근개를 이루는 근육들로서 이두박근 장두와 함께 관절와에 대해 상완골두의 위치를 조절하고 과도한 전이 또는 변위가 일어나지 않도록 동적 안정성을 제공한다.

회전근개 근육의 동시수축을 통해 상완골두가 안정된다. 이것은 상완골두를 관절와 방향으로 압박하는 작용을 하여 상완골두의 변위를 최소화 한다. 이 힘쌍은 반대 방향으로 작용하여 축을 중심으로 하는 회전을 일으킨다. 또한 이 힘쌍들은 상완골의 위체에 상관없이 견관절의 동적 평형을 가능하게 한다. 만약 회전근개 근육들 간의 균형이 깨어지면 견관절 기능에 이상이 생긴다.

힘쌍은 수평면에서 전방의 견갑하근과 후방의 극하근 및 소원근 사이에서도 존재한다. 극하근, 소원근, 견갑하근의 동시수축은 오버헤드 동작 시 상완골두를 압박하면서 아래로 내린다.

관상면에서는 삼각근과 하부 회전근개 근육이 중요한 상호작용을 한다. 팔의 완전내전시, 삼각근의 동시수축은 수직 상방향의 힘을 발생시켜 상완골두를 관절와에 대하여 상방이동하게 한다. 하부 회전근개 근육들의 동시수축은 압박력과 삼각근의 작용에 대응하는 상완골 하방이동을 발생시켜 상완골두를 안정시킨다. 극상근은 상완골두를 관절와 쪽으로 압박하고 이 안정된 기반 위에서 삼각근과 함께 외전을 일으킨다. 동적 안정성은 극상근 수축에 의한 관절 압박력 증가와 하부 회전근개 근육의 수축에 의한 상완 골두 하강에 의해 이루어진다. 이두박근 장두건은 주관절 굴곡과 회외 시 상완골의 상방이동을 제한하여 동적 안정성에 기여한다.

견갑골의 안정성과 가동성

견관절 근육과 같이 견갑골 근육은 견관절의 정상기능을 위해 중요한 역할을 한다. 견갑골 근육은 흉곽에서 견갑골의 움직임을 일으키고 상완골 운동에 대해 관절와의 위치를 동적으로 조절하는 것을 돕는다. 견갑골 근육에는 견갑골을 거상하는 견갑거근과 상부 승모근, 견갑골을 모으는 중부 승모근과 능형근, 견갑골을 내전 및 하강시키는 하부 승모근, 견갑골을 하강하는 소흉근, 견갑골을 외전 및 상방회전시키는 전거근 등이 포함된다. 이들은 견관절 근육과의 밀접한 길이-긴장관계를 유지하는 기능을 한다.

견갑골은 이들 근육을 통해서만 흉곽과 연결된다. 근육이 흉곽 상에서 견갑골이 제자리에 있도록 안정시킴으로써 상완골에 대한 회전근개의 기능이 정상적으로 작용할 수 있다. 다른 견갑골 근육이 견갑골을 안정시키는 동안 전거근이 견갑골을 움직인다는 주장이 있다. 견갑골 근육은 원하는 동작과 움직임의 속도에 따라 등척성, 구심성, 원심성으로 작용한다.

견갑골면

견갑골면은 휴식자세에서 견갑골의 각도를 말하는 것이다. 관상면에 시상면으로 35~45도가 보통이다. 상지가 견갑골면에 위치하면 상완골의 기계적 축은 견갑골의 기계적 축과 일직선이 된다. 견관절낭은 느슨한 상태이고, 삼각근과 극상근이 상완골 거상에 최적인 위치가 된다. 이면에서 상완골의 운동은 관상면이나 시상면에서 보다 덜 제한적인데, 이것은 견관절낭이 뒤틀리지 않기 때문이다. 회전근개 근육들은 견갑골에서 기시하여 상완골에 정지하기 때문에 상완골을 견갑골면에 위치시키면 이들 근육의 길이를 증가시켜 길이-긴장 관계를 향상시킨다. 또한 이것은 근육의 힘을 증가시킬 수 있다. 견관절의 근력강화운동을 견관골면에서 많이 실시하도록 권장되고 있다.