무릎 Screw-home 운동

 

  Screw-home(나사잠김) 운동이란 무릎관절이 펴질 때(Extension) 마지막 30˚ 동안에 자동적으로 일어나는 무릎관절의 비틀림운동이다. 비틀림은 폄(Extension)운동할 때 정강뼈가 가쪽(Lateral)으로 굽힘(Flexion)운동할 때 안쪽(Medial)으로 일어난다. 이 운동은 단독으로 수행될 수는 없고 굽힘과 폄 운동시 역학적으로 연관되어 일어나기 때문에 "결합형 돌림운동(conjunct rotation)"이다. 또한 이 운동은 무릎관절이 완전 폄(full extesnion)에서 굽힘각이 30˚ 이후 부터 일어나는 가쪽돌림과 안쪽돌림 운동과는 다른 운동이다. 이 운동이 무릎관절의 다른 운동과 비교해보기 위해서는 일단 무릎관절의 운동들에 대해 알아볼 필요가 있다. 아래는 무릎관절의 운동에 관해 간략하게 설명하였다. 간단하게만 알아보고 Screw-home(나사잠김)운동에 관하여 알아보자.

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'Screw-home'의 의미​

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  'Screw-home'이란 나사(Screw)가 완전히 잠기어 집(home)에 있는 것처럼 가장 안정된 상태(position of greatest stability)를 의미한다. 이 상태는 나사가 더 이상 돌아가지 않을 만큼 마찰저항력이 생겨 정지되었거나 또는 나사를 돌리는 주체(사람 또는 나사를 돌리는 산업로봇)가 의도한 만큼 나사가 돌아간 상태를 의미한다. 그래서 'Screw-home'을 우리말로 번역하면 '나사잠김'이라고 하는게 적당하다고 하겠다. 간혹 해석을 직역해서 '나사집'이라고 하는 곳도 있는데 나사집은 나사를 보관하는 통이나 함(函)을 의미하기 때문에 적합하지 않다. 또한 이 운동은 능동적으로 일어나는게 아니라 무릎의 「완전 폄(full extension)」시 수동적이면서 자동적으로 일어나는 운동이기 때문에 능동태인 '잠금'이 아닌 수동태인 '잠김'이 옳다고 하겠다. 또한 Screw-home은 완전폄 30°동안에 '굽힘'과 '폄'시에 발생하기 때문에 '잠김'뿐만 아니라 '풀림'도 해당되지만 '나사잠김풀림'은 입에 딱 붙지 않고 또한 이 운동이 완전폄 30° 동안에만 발생하기 때문에 비교적 폄운동에 치우쳐진 경향이 있어서 '나사잠김'이 좋겠다. 또한 'home'이라는 말이 잠겨있는 상태를 의미하기 때문에 '나사잠김'이 더 옳다고 보겠다.  참고로 나사잠김운동(Screw-home motion)의 다른 이름은 「Knee Locking movement」, 또는 「locking and unlocking movement of the knee」이다. 다름 이름으로는 완전폄은 「closed-chain activity」 완전폄에서 굽힘은 「open-chain activity」이다.

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'Screw-home'의 관찰(observation)

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  무릎관절에서 일어나는 screw-home 돌림운동을 관찰하기 위해, 상대방에게 무릎관절이 약 90°로 굽힘된 상태로 앉아 있게 한다. 그리고 피부위에서 정강뼈결절(tibial tuberosity)과 무릎뼈의 끝부분(apex of the patella) 사이를 연필로 그린다. 완전한 넙다리뼈에 대한 정강뼈의 폄을 완성한 후에, 같은 자리에 선을 다시 그려서 가쪽돌림된 정강뼈의 위치 변화를 기록해 본다. 

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  외부에서 잘 관찰되지 않지만 같은 잠김운동이 정강뼈에 대한 넙다리뼈의 폄(Extension)작용 동안에도 일어난다.(아래그림 A, B를 비교) 예를 들어, 쪼그려 앉은 위치에서 일어설 때, 고정된 정강뼈에 대해 넙다리뼈의 안쪽돌림할 때 무릎관절은 폄된 상태로 잠기게 된다. 움직이는 부분이 넙다리인지 아니면 종아리인지는 상관없이 아래그림 A와 B에서 나타내고 있는 두 가지 무릎관절 폄 움직임은 완전히 폄될 때 무릎관절이 가쪽돌림되는 것을 보여주고 있다.(무릎관절의 가쪽돌림 움직임의 정의는 넙다리뼈가 고정되어 있을 때 정강뼈가 가쪽으로 정강뼈가 고정되어 있을때 넙다리뼈가 안쪽으로 움직이는 것을 의미한다. 위의 무릎관절의 가쪽돌림에 관한 이미지를 참고하도록 하자.)

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'Screw-home'의 작동 매커니즘 - Tibial-on-femoral Screw-home motion (넙다리뼈에 대한 정강뼈의 나사잠김운동)

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● Tibial-on-femoral Screw-home motion (넙다리뼈에 대한 정강뼈의 나사잠김운동) Mechanism 1
	무릎관절이 펴지는 동안 정강뼈는 앞쪽으로 구르지만 동시에 뒤십자인대(poterior cruciate ligament PCL)가 잡아당기기 시작한다. 이 때문에 정강뼈는 넙다리뼈를 통해 앞쪽으로 미끌어진다. 참고로 무릎관절이 완전하게 펴지면 앞십자인대는 팽팽하게 당겨지고 뒤십자인대는 느슨해진다.

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옆의 이미지는 앞십자인대와 뒤십자인대에 의해서 생기는 4가지 연결선의 움직임을 보여주는 것이다. 연결선의 길이는 보정되어 있지 않은 것이다. 단지 십자인대에 의해 어떻게 무릎관절이 구르고(Roll) 미끄러지는(Slide)지 보여준다.

● Tibial-on-femoral Screw-home motion (넙다리뼈에 대한 정강뼈의 나사잠김운동) Mechanism 2
	무릎이 펴지는 마지막 30°동안, 「정강뼈 안쪽관절융기 고원(the plateau of tibia medial condyle)」은 계속해서 미끄러진다. 왜냐하면 안쪽관절면이 가쪽관절면보다 더 길기 때문이다.

옆의 이미지는 오른쪽다리 정강뼈의 관절위면을 위에서 본 것이다. 안쪽관절면이 가쪽관절면보다 더 크고 길다. 안쪽관절면의 반달판은 C자형 형태를 취하고 있고 가쪽관절면의 반달판은 O자 형태를 취하고 있다.

● Tibial-on-femoral Screw-home motion (넙다리뼈에 대한 정강뼈의 나사잠김운동) Mechanism 3
	가쪽관절면은 정지하고 안쪽관절면은 계속해서 미끄러진다. 또한 완전 폄 직전 상태에서 앞십자인대가 팽팽해 지기 때문에 넙다리뼈 가쪽면에 붙어 있는 앞십자인대가 정강뼈를 가쪽으로 당기게 된다.(알다시피 넙다리뼈는 고정되어있다.) 그래서 정강뼈는 가쪽돌림하게 되며 무릎관절은 잠긴다. 이것을 나사잠김운동(Screw-home motion)이라한다.

옆의 이미지는 앞십자인대를 중심으로 무릎관절의 굴림을 안정화시키는 작용을 보여주고 있다. 앞십자인대는 무릎관절이 굽힘에서 폄으로 이행되면서 당겨졌다 풀어졌다 당겨졌다를 반복하는데 무릎관절이 완전폄되어 있기 직전에는 당겨져 있는 것을 볼 수 있다. 완전 폄시에는 나사잠김운동(Screw-home motion)이 일어나기 때문에 앞십자인대가 약간 느슨해진다.

● Tibial-on-femoral Screw-home motion (넙다리뼈에 대한 정강뼈의 나사잠김운동) Mechanism 4
	무릎관절이 완전 폄(full extension) 상태에서 굽히기 시작하면 정강뼈는 뒤로 구르며 앞십자인대를 늘인다. 늘려진 앞십자인대가 복원력으로 인하여 정강뼈를 당기며 정강뼈는 뒤로 미끄러지기 시작한다.정강뼈의 안쪽관절면이 가쪽관절면보다 길기 때문에 안쪽관절면이 먼저 움직이면서 정강뼈를 안쪽돌림시킨다. 또한 오금근(Popliteus)이 긴장하여 수축되면서 정강뼈를 안쪽돌림하게 한다.

● Tibial-on-femoral Screw-home motion (넙다리뼈에 대한 정강뼈의 나사잠김운동) Mechanism 5
	무릎이 굽혀지는 0°~30°동안 정강뼈의 안쪽관절면은 미끄러지고 상대적으로 정강뼈는 안쪽돌림하게 된다. 이렇게 함으로써 무릎관절은 풀리게 된다.

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'Screw-home'의 작동 매커니즘 - Femoral-on-tibial Screw-home motion (정강뼈에 대한 넙다리뼈의 나사잠김운동)

● Femoral-on-tibial Screw-home motion (정강뼈에 대한 넙다리뼈의 나사잠김운동) Mechanism 1
오른쪽다리 무릎관절을 앞에서 본모습 (Anterior view of the right knee joint)	무릎관절이 펴지는 동안 정강뼈는 앞쪽으로 구르지만 동시에 뒤십자인대(poterior cruciate ligament PCL)가 잡아당기기 시작한다. 이 때문에 넙다리뼈는 정강뼈를 통해 앞쪽으로 미끌어진다. 참고로 무릎관절이 완전하게 펴지면 앞십자인대는 팽팽하게 당겨지고 뒤십자인대는 느슨해진다.

옆의 이미지는 뒤십자인대를 중심으로 무릎관절의 굴림을 안정화시키는 작용을 보여주고 있다. 뒤십자인대는 무릎관절이 굽힘에서 가장 많이 늘어지고 45°에서 완전 폄되면서 뒤십자인대가 당겨져 수축되는것을 볼 수 있다. 완전 폄시에는 나사잠김운동(Screw-home motion)이 일어나기 때문에 정강뼈가 고정되어 있다면 뒤십자인대가 약간 느슨해진다.

  

● Femoral-on-tibial Screw-home motion (정강뼈에 대한 넙다리뼈의 나사잠김운동) Mechanism 2
오른쪽다리 무릎관절을 앞에서 본모습 (Anterior view of the right knee joint)	무릎이 펴지는 마지막 30°동안, 넙다리뼈 안쪽관절면은 계속해서 미끄러진다. 왜냐하면 안쪽관절면이 가쪽관절면보다 더 길기 때문이다.

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  위의 이미지에서 알 수 있듯이 넙다리뼈의 안쪽관절면이 가쪽관절면보다 길다.  넙다리뼈의 관절면은 앞에서 보았을 때는 가쪽이 더 길어보이지만 앞면은 정강뼈와의 관절면이 아니라 무릎뼈와의 관절면이기 때문에 정강뼈와의 작용에 의해 생기는 나사잠긴운동과는 상관이 없다. 참고로 앞쪽에서 보았을 때 가쪽면이 더 긴 이유는 이 부분이 무릎뼈와 관절을 이루며 무릎뼈가 도르레처럼 작동하는데 가쪽 홈을 더 길게해서 무릎뼈의 가쪽 이탈을 방지하기 위함이다. 또한 안쪽넙다리관절융기의 관절면은 가쪽넙다리관절융기의 관절융기사이 고랑 쪽으로 접근할 때 가쪽으로 약 30°의 굽이 곡선을 이루고 있다. 안쪽넙다리관절융기의 관절면은 가쪽넙다리관절융기의 관절면에 비해 좀 더 앞쪽방향으로 나와 있다.

● Femoral-on-tibial Screw-home motion (정강뼈에 대한 넙다리뼈의 나사잠김운동) Mechanism 3
오른쪽다리 무릎관절을 앞에서 본모습 (Anterior view of the right knee joint)	넙다리뼈의 가쪽관절면은 정지하고 안쪽관절면은 계속해서 미끄러진다. 또한 완전 폄 직전 상태에서 뒤십자인대가 팽팽해 지기 때문에 넙다리뼈 안쪽면에 붙어 있는 뒤십자인대가 넙다리뼈를 안쪽으로 당기게 된다.(알다시피 정강뼈는 고정되어있다.) 그래서 넙다리뼈는 안쪽돌림하게 되며 무릎관절은 잠긴다. 이것을 나사잠김운동(Screw-home motion)이라한다.

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● Femoral-on-tibial Screw-home motion (정강뼈에 대한 넙다리뼈의 나사잠김운동) Mechanism 4
오른쪽다리 무릎관절을 앞에서 본모습 (Anterior view of the right knee joint)	무릎관절이 완전폄(full extension)상태에서 굽히기 시작하면 넙다뼈는 뒤로 구르며 뒤십자인대를 늘인다. 늘려진 뒤십자인대가 복원력으로 인하여 넙다리뼈를 당기며 넙다리뼈는 뒤로 미끄러지기 시작한다. 넙다리뼈의 안쪽관절면이 가쪽관절면보다 길기 때문에 안쪽관절면이 먼저 움직이면서 넙다리뼈를 가쪽돌림시킨다. 또한 오금근(Popliteus)이 긴장하여 수축되면서 넙다리뼈를 가쪽돌림하게 한다.

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● Femoral-on-tibial Screw-home motion (정강뼈에 대한 넙다리뼈의 나사잠김운동) Mechanism 5
오른쪽다리 무릎관절을 앞에서 본모습 (Anterior view of the right knee joint)	무릎이 굽혀지는 0°~30°동안 넙다리뼈의 안쪽관절면은 미끄러지고 상대적으로 넙다리뼈는 가쪽돌림하게 된다. 이렇게 함으로써 무릎관절은 풀리게 된다.

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'Screw-home'의 발생인자

  Screw-home 돌림운동의 역학은 적어도 3가지 인자에 의해 추진된다. 아래는 그 3가지 인자를 나열하였는데 넙다리뼈에 대한 정강뼈의 완전 폄시 발생하는 나사잠김을 기준으로 설명하였다.

• 안쪽넙다리관절융기 형태
• 앞십자인대에서의 수동장력
• 넙다리네갈래근의 가쪽 당김

  가장 중요한 인자는 안쪽넙다리관절융기의 형태이다. 아래그림B에서 나타내고 있는 것과 같이, 안쪽넙다리관절융기의 관절면은 관절융기사이 고랑 쪽으로 접근할 때 가쪽으로 약 30°의 굽이 곡선을 이루고 있다. 안쪽넙다리관절융기의 관절면은 가쪽넙다리관절융기의 관절면에 비해 좀 더 앞쪽방향으로 나와 있기 때문에, 넙다리뼈에 대한 정강뼈의 폄 동안 정강뼈는 가쪽으로 굽이된 안쪽넙다리관절융기의 관절면 경로를 따라 움직이게 된다. 정강뼈에 대한 넙다리뼈의 폄 동안, 넙다리뼈는 정강뼈에 대해 안쪽으로 굽이된 경로를 따라가게 된다. 둘 중의 어떤 경우라도, 결과는 완전한 폄 동안 무릎관절이 가쪽돌림이 일어난다.(무릎관절의 가쪽돌림에 대한 정의는 위를 참고하자.)  

 

'Screw-home'의 발생이유

  무릎은 완벽한 경첩관절(hinge joint)이 아니다. 구르면서 때로는 미끄러지고 그리고 가쪽돌림과 안쪽돌림도 하기 때문이다. 나사잠김운동이 발생하는 이유를 알아보기 위해서는 이와 대칭되는 팔꿈치 관절을 관찰해보면 그 이유를 알 수 있다. 팔꿈치에는 과신전을 막기 위해 자뼈(Ulna)에 팔꿈치머리(Olecranon)가 있다. 하지만 무릎에는 이 역할을 해야하는 정강뼈의 특별한곳이 없다. 그에 해당되는 무릎뼈가 종자뼈로 분리되어 있어 과신전을 막는 기능을 기대하긴 어렵다. 대신 무릎뼈는 넙다리네갈래근의 움직임을 보조하는 도르레역할을 한다.​

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​무릎관절은 과신전(hyper extension)을 막기 위한 구조물이 없기 때문에 무릎관절을 비틀어버림으로써 과신전을 막는다. 이것은 마치 트랙을 이동하는 바퀴를 이탈시킴으로써 더이상의 전진을 막는 것과 같다.

 

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