관절의 안정성은 견고한 뼈의 적합성에 의해 완성되는 것이 아니라 근육들, 인대들, 관절주머니, 반달연골들, 그리고 체중에 의해 제공된 힘들과 물리적 억제에 의해 제공된다.

Meniscus, 반달연골

해부학적 고려사항

 

  1. 초승달 모양의 섬유연골성 구조
  2. 편평한 정강뼈의 관절면들을 얕게 파인 부분으로 전환
  3. Quadriceps Femoris, Semimembranosus는 양쪽 meniscus에 부착되고, Popliteus는 가쪽 Meniscus에 부착됨
  4. Peripheral border는 혈액공급이 풍부하지만 internal border에는 대게 혈관이 없어 혈액공급이 이루어지지 않음
  5. 안쪽반달연골 계란형의 모양, 안쪽곁인대와 인접관절주머니의 깊은 면에 부착하는 바깥모서리를 가짐
    가쪽반달연골
    원형의 모양, 가쪽곁인대와 가쪽반달연골의 바깥모서리 사이를 지나감

기능적 고려사항

  1. 일차적으로 Tibiofemoral joint를 가로지르는 압박 스트레스를 감소
  2. 그외에 운동 동안의 관절 안정화, 관절연골에 대한 윤활작용, 고유감각 제공
  3. 관절연골에 대한 압력을 줄여주면서 무릎을 보호
  4. 걸음을 걸을 때마다 반달연골들이 압박되면서 주변부에서의 변형이 일어나는데,
    이러한 기전을 통해 무릎관절에서의 압박력을 흡수
    (circumferential tension 원주형의 장력, hoop stress 고리형 스트레스)

흔한 손상기전

Stefan Lohmander

Lohmander " 앞십자인대(anterior cruciate ligament)의 급성 손상의 50%는 반달연골 동시 손상과 연관된다."

  1. 일반적으로 반달연골의 찢어짐은 부분적으로 굽혀진 상태로 체중을 지지하고 있는 무릎에 주어진 강력한 축돌림(axial rotation)과 연관되어 발생한다.
  2. 안쪽반달연골판은 가쪽반달연골판보다 손상의 빈도가 2배가 더 높다.
    Valgus Force(밖굽이 힘)으로 인해 안쪽곁인대와 뒤-안쪽관절주머니에 대한 큰 스트레스를 발생
  3. 무릎의 불량정렬 혹은 인대의 불안정성(특히, 앞십자인대)의 병력을 가지고 있을 경우 위험도가 증가

뼈운동형상학 Osteokinematic

굽힘과 폄, 그리고 무릎관절이 약간 굽힘되어 있을 때 수평면 상에서 안쪽돌림 및 가쪽돌림

굽힘과 폄

  1. 굽힘과 폄을 위한 안-가쪽 돌림축은 고정되어 있는 것이 아니라 넙다리뼈관절융기들 내에서 이동
  2. 축의 곡선 이동을 축폐션(evolute), 축의 이동경로는 넙다리뼈관절융기들의 편심성 만곡(eccentric curvature)에 의해 영향을 받음
  3. 이러한 축의 이동은 무릎의 굽힘근육과 폄근육들에 대한 내적인 모멘트 팔의 길이를 변경

ICR(Instantaneous Center Of Rotation) : 관절의 구름과 미끄럼 시에 축의 위치가 고정되어 있지 않고 움직임. 이러한 움직임은 무릎의 보조기를 만들 때 유의해야할 사항이다. 

안쪽돌림과 가쪽돌림 (axial rotation)

  1. 가쪽돌림의 가동범위 : 안쪽돌림의 가동범위 = 2 : 1
  2. 축돌림은 무릎의 굽힘이 커질수록 증가
  3. 90'로 굽힘된 무릎은 약 40-50도의 전체 축돌림이 가능
  4. 과신전된 무릎일 때 축돌림은 최대한 제한됨
  5. 넙다리뼈에 대한 정강뼈의 가쪽돌림은 정강뼈가 고정된 넙다리뼈에 대해 가쪽으로 돌림할 때 일어남
    정강뼈에 대한 넙다리뼈의 가쪽돌림은 넙다리뼈가 고정된 정강뼈에 대해 안쪽으로 돌림할 때 일어남

관절운동형상학 Arthokinematic

무릎의 폄

  1. 넙다리뼈에 대한 정강뼈의 폄 동안, 정강뼈의 관절면은 넙다리뼈관절융기들에 대해 앞쪽으로 구르면서 앞쪽으로 미끄러짐
  2. 정강뼈에 대한 넙다리뼈의 폄 동안, 넙다리뼈관절융기들은 정강뼈의 관절면에 대해 앞쪽으로 구르면서 뒤쪽으로 미끄러짐
  3. Quadriceps Femoris는 구르기를 조정하고 미끄러짐에 의해 발생된 수평 전단력에 대해 반달연골들을 안정화시킴

Screw-home Motion, Terminal Rotation of Knee, 무릎의 "나사집" 돌림

  • 폄된 상태에서 무릎이 완전히 잠기기 위해서는 약 10도의 가쪽돌림이 필수적
  • 폄의 마지막 30도 동안에 일어나는 무릎의 비틀림에 근거하여 나사집 돌림(screw-home)
  • 결합형 돌림운동(conjunct rotation) : 축돌림(axial rotation)과는 다름
  • 성인 무릎의 전반적인 접촉면적을 최대화시키며 관절의 일치성을 이루어 안정성을 제공
  • 3가지의 요소들에 의해 추진
    1. 안쪽넙다리뼈관절융기의 형태(가장 중요한 요소)
    2. Anterior cruciate ligament(앞십자인대)에서의 수동장력
    3. Quadriceps Femoris의 약간 가쪽 당김

무릎의 굽힘

  • 완전히 폄된 무릎이 잠기지 않기 위해서는 관절은 약간 안쪽으로 돌림해야 한다. (Popliteus, 오금근)
  • 정강뼈에 대한 넙다리뼈의 굽힘을 시작하기 위해서는 넙다리뼈를 가쪽돌림
    넙다리뼈에 대한 정강뼈의 굽힘을 시작하기 위해서는 정강뼈를 안쪽돌림

무릎의 안쪽과 가쪽돌림

  • 무릎은 정강뼈와 넙다리뼈 사이에서 일어나는 축돌림(axial rotation)을 최대화시키기 위해 부분적으로 굽힘이 필수
  • 정강뼈에 대한 넙다리뼈의 축돌림은 스핀하고 있는 넙다리뼈관절융기들에 의해 반달연골들이 압박을 받게 되어 변형
  • 반달연골들은 오금근 및 반막근과 같은 능동적인 근육들과의 연결에 의해 강화됨

Medial/Lateral Collateral Ligament 안쪽과 가쪽곁인대

해부학적 고려사항

  • 관절의 안쪽면을 가로지르는 편평하고 넓은 구조
  • Popliteus(오금근)의 힘줄은 양 곁인대 사이를 주행함

Medial(Tibial) Collateral Ligament

  1. 얕은 섬유
  • 평행하게 주행
  • 넙다리뼈의 안쪽관절융기에서 시작하여 안쪽무릎지지띠섬유들과 섞인 후에 정강뼈의 안쪽-몸쪽면에 부착
  • Sartorius(넙다리빗근), Gracilis(두덩정강근) 힘줄들의 먼쪽 부착부위들의 바로 뒤쪽에 부착
  1. 깊은 섬유
  • 사선으로 주행
  • 뒤-안쪽관절주머니, 안쪽 반달연골, Semimembranosus(반막근)의 힘줄에 부착
  • 얕은섬유들보다 밖굽이(valgus force)에 대해 손상이 더 빈번함

Lateral(Fibular) Collateral Ligament

  • 가쪽위관절융기(Lateral Epicondyle)와 종아리뼈머리(fibular head) 사이를 거의 수직으로 주행
  • 둥글고 강한 다발
  • Biceps Fermoris(넙다리두갈래근)의 힘줄과 섞이게 됨
  • 인접 반달연골에 부착되지 않음

기능적 고려사항

  • 일차적 기능은 이마면 내에서 과도한 무릎운동을 제한하는 것
  • Medial Collateral Ligament : Valgus Force(밖굽이)를 제한
    Lateral Collateral Ligament : Varus Force(안굽이)를 제한
  • 이차적 기능은 시상면의 움직임 동안에 광범위한 안정화의 장력을 생산하는 것
  • 완전히 폄 상태에서 안쪽곁인대와 뒤-안쪽관절주머니는 중요한 안정자, 그렇지만 밖굽이(Valgus)에 취약함
    (Clip Injury, 측면태클 손상)
  • 또다른 기능으로 곁인대들과 인접 관절주머니는 안쪽과 가쪽돌림의 끝범위에서 저항을 제공함
  • 발을 지면에 고정된 상태에서 넙다리뼈를 왼쪽으로 강력하게 돌리는 것은 오른쪽 안쪽곁인대의 손상을 초래
  Valgus Force Varus Force
일차적인 억제 안쪽곁인대
(especially, superficial fibers)
가쪽곁인대
이차적인 억제

뒤-안쪽 관절주머니
앞십자인대와 뒤십자인대
가쪽에서의 관절 접촉
가쪽반달연골의 압박
안쪽지지띠섬유들
거위발
장딴지근(안쪽갈래)

활꼴복합체
엉덩정강띠
넙다리두갈래근의 힘줄
안쪽에서의 관절 접촉
안쪽반달연골의 압박
앞십자인대와 뒤십자인대
장딴지근(가쪽갈래)

Anterior/Posterior Cruciate Ligament 앞/뒤십자인대

일반적인 고려사항

  • 융기사이패임(intercondylar notch) 내에 교차되고 있는 인대들
  • 넓은 윤활막에 덮여 있는 관절주머니속 구조
  • 윤활막과 인근 조직들에 위치하고 있는 작은 혈관들로부터 혈액공급
  • 무릎관절에 다양한 방향에서이 안정성을 제공
  • 두개의 인대가 동시에 작용할 시에 모든 무릎 운동의 끝범위에 제한
  • 정강뼈와 넙다리뼈 사이에서 만들어지는 앞-뒤쪽 전단력에 대한 저항의 대부분을 제공
  • 기계수용기(mechanic receptor)이 내제되어 신경계통에 고유감각성 되먹임을 제공
    앞십자인대에 대한 변형을 유발할 수 있는 근활성을 반사적으로 제한하며 보호의 역할을 수행

Anterior Cruciate Ligament 앞십자인대

해부학과 기능

  • 정강뼈고원(tibial plateau)에서 앞융기사이영역(anterior intercondylar area)에 있는 패인 부위를 따라 연결
  • 가쪽넙다리뼈관절융기의 안쪽면에 부착하기 위해 뒤쪽, 위쪽, 그리고 가쪽방향으로 사선주행을 한다.
  • 앞-안쪽다발, 뒤-가쪽다발로 분류
  • 뒤-가쪽다발에 위치한 섬유들은 무릎이 완전한 폄에 다다름에 따라 점점 더 팽팽해짐(그 외의 섬유들은 전체 시상면 가동범위 내내 비교적 팽팽한 상태로 있음)
  • 뒤관절주머니, 곁인대들의 일부, 모든 무릎굽힘근육들 또한 체중지지 활동들 동안 무릎을 안정화시키는데 도움
  • Quadriceps femoris에 의해 발생되는 정강뼈 앞쪽 병진에 대하여 제한
  • Anterior Drawer Test

손상의 흔한 기전들

  • 넓은 범위의 안정성을 제공하는 데에 이상적이지만 쉽게 손상되는 경향
  • 손상의 공통된 변수는 장력이 주어진 상태에서 인대에 주어진 높은 속도의 신장
  • 지면반발력의 방향과 크기, 보호적인 근육 힘들의 양, 조절 그리고 정확한 순서, 주변 조직들의 완전성과 내구력, 그리고 무릎의 정렬과 위치가 포함
  • 3가지의 유해한 요소 + 다른 흔한 기전
    1. 약간 굽힘된 또는 완전히 폄된 무릎에 대한 강력한 Quadriceps femoris의 활성
    2. 무릎의 두드러진 valgus collapse(밖굽이 붕괴)
    3. 무릎의 과도한 가쪽돌림(즉, 고정된 정강뼈에 대한 엉덩관절에서의 과도한 안쪽돌림
    4. 발이 지면에 고정된 동안 무릎의 과도한 폄

Posterior Cruciate Ligament 뒤십자인대

해부학과 기능

  • 정강뼈의 뒤융기사이영역에서부터 가쪽넙다리뼈관절융기의 가쪽면까지 부착
  • 앞묶음(앞-가쪽, 상대적으로 조금 더 큼), 뒤묶음(뒤-안쪽, 상대적으로 작음)
  • Hamstring은 PCL의 대항근 (특히, 굽힘 각도가 90도 위치에 근접하여 뒤넙다리근이 정강뼈의 긴 축에 거의 수직으로 정렬될 때)
  • Hamstring이 수축하고 있을 때, Quadriceps femoris의 강력한 수축이 제공되면 PCL에 대한 변형을 감소시킴
  • Posterior Drawer Test
  • 고정된 종아리에 대해 넙다리뼈의 앞쪽 병진운동의 범위를 제한
  • Popliteus는 넙다리뼈의 앞쪽 병진운동에 대하여 제한, PCL의 결손이 있을 경우 Popliteus의 중요도 증가

손상의 흔한 기전들

  • 자동차 사고 또는 미식축구와 같은 접촉 스포츠에서의 강력한 외상과 관련
  • 모든 PCL의 손상의 절반은 연골, ACL, 그리고 뒤-가쪽관절주머니를 포함한 다른 무릎구조와 연루
  • 손상 기전
    1. 완전히 굽힘된 무릎(with plantarflexion)으로 넘어질 때
    2. 계기판 손상(dashboard injury) : 자동차 앞쪽 충돌에 의해 탑승자의 무릎이 계기판을 가격
    3. 발이 지면에 고정된 상태에서, 특히 무릎이 굽힘된 동안 무릎에 적용된 큰 축돌림 또는 밖굽이-안굽이로 적용된 Torque
    4. 관절의 뒤쪽면에 큰 틈을 유방하는 무릎의 심각한 과다폄

대시보드 손상(계기판 손상, Dashboard injury)의 손상 기전

 

Reference

  1. Brunnstrom's Clinical Kinesiology
  2. Clinical Kinesiology and Anatomy by Lippert, Lynn S.
  3. Kinesiology of the Musculoskeletal System By Donald A. Neumann