Tibiofemoral Joint 정강넙다리 관절
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
- 초승달 모양의 섬유연골성 구조
- 편평한 정강뼈의 관절면들을 얕게 파인 부분으로 전환
- Quadriceps Femoris, Semimembranosus는 양쪽 meniscus에 부착되고, Popliteus는 가쪽 Meniscus에 부착됨
- Peripheral border는 혈액공급이 풍부하지만 internal border에는 대게 혈관이 없어 혈액공급이 이루어지지 않음
- 안쪽반달연골 계란형의 모양, 안쪽곁인대와 인접관절주머니의 깊은 면에 부착하는 바깥모서리를 가짐
가쪽반달연골 원형의 모양, 가쪽곁인대와 가쪽반달연골의 바깥모서리 사이를 지나감
기능적 고려사항
- 일차적으로 Tibiofemoral joint를 가로지르는 압박 스트레스를 감소
- 그외에 운동 동안의 관절 안정화, 관절연골에 대한 윤활작용, 고유감각 제공
- 관절연골에 대한 압력을 줄여주면서 무릎을 보호
- 걸음을 걸을 때마다 반달연골들이 압박되면서 주변부에서의 변형이 일어나는데,
이러한 기전을 통해 무릎관절에서의 압박력을 흡수
(circumferential tension 원주형의 장력, hoop stress 고리형 스트레스)
흔한 손상기전
Lohmander " 앞십자인대(anterior cruciate ligament)의 급성 손상의 50%는 반달연골 동시 손상과 연관된다."
- 일반적으로 반달연골의 찢어짐은 부분적으로 굽혀진 상태로 체중을 지지하고 있는 무릎에 주어진 강력한 축돌림(axial rotation)과 연관되어 발생한다.
- 안쪽반달연골판은 가쪽반달연골판보다 손상의 빈도가 2배가 더 높다.
Valgus Force(밖굽이 힘)으로 인해 안쪽곁인대와 뒤-안쪽관절주머니에 대한 큰 스트레스를 발생 - 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
- 굽힘과 폄을 위한 안-가쪽 돌림축은 고정되어 있는 것이 아니라 넙다리뼈관절융기들 내에서 이동
- 축의 곡선 이동을 축폐션(evolute), 축의 이동경로는 넙다리뼈관절융기들의 편심성 만곡(eccentric curvature)에 의해 영향을 받음
- 이러한 축의 이동은 무릎의 굽힘근육과 폄근육들에 대한 내적인 모멘트 팔의 길이를 변경
안쪽돌림과 가쪽돌림 (axial rotation)
- 가쪽돌림의 가동범위 : 안쪽돌림의 가동범위 = 2 : 1
- 축돌림은 무릎의 굽힘이 커질수록 증가
- 90'로 굽힘된 무릎은 약 40-50도의 전체 축돌림이 가능
- 과신전된 무릎일 때 축돌림은 최대한 제한됨
- 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
- 넙다리뼈에 대한 정강뼈의 폄 동안, 정강뼈의 관절면은 넙다리뼈관절융기들에 대해 앞쪽으로 구르면서 앞쪽으로 미끄러짐
- 정강뼈에 대한 넙다리뼈의 폄 동안, 넙다리뼈관절융기들은 정강뼈의 관절면에 대해 앞쪽으로 구르면서 뒤쪽으로 미끄러짐
- 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
- 안쪽넙다리뼈관절융기의 형태(가장 중요한 요소)
- Anterior cruciate ligament(앞십자인대)에서의 수동장력
- 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
- 얕은 섬유
- 평행하게 주행
- 넙다리뼈의 안쪽관절융기에서 시작하여 안쪽무릎지지띠섬유들과 섞인 후에 정강뼈의 안쪽-몸쪽면에 부착
- Sartorius(넙다리빗근), Gracilis(두덩정강근) 힘줄들의 먼쪽 부착부위들의 바로 뒤쪽에 부착
- 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 |
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
- 약간 굽힘된 또는 완전히 폄된 무릎에 대한 강력한 Quadriceps femoris의 활성
- 무릎의 두드러진 valgus collapse(밖굽이 붕괴)
- 무릎의 과도한 가쪽돌림(즉, 고정된 정강뼈에 대한 엉덩관절에서의 과도한 안쪽돌림
- 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
- 완전히 굽힘된 무릎(with plantarflexion)으로 넘어질 때
- 계기판 손상(dashboard injury) : 자동차 앞쪽 충돌에 의해 탑승자의 무릎이 계기판을 가격
- 발이 지면에 고정된 상태에서, 특히 무릎이 굽힘된 동안 무릎에 적용된 큰 축돌림 또는 밖굽이-안굽이로 적용된 Torque
- 관절의 뒤쪽면에 큰 틈을 유방하는 무릎의 심각한 과다폄
Reference
- Brunnstrom's Clinical Kinesiology
- Clinical Kinesiology and Anatomy by Lippert, Lynn S.
- Kinesiology of the Musculoskeletal System By Donald A. Neumann