근방추 : 개별 근육의 길이 변화와 스트레칭 속도를 중추신경계에 알려줌

근방추 란?

거의 모든 근육에는 근방추(Muscle Spindle)가 있습니다. 이 섬세한 감각 수용체는 중추신경계 (CNS)에 개별 근육 길이의 변화 와 스트레칭 속도를 알려줍니다. 이 정보를 사용하여 중추신경계는 공간에서 우리 몸의 사지의 위치와 움직임을 계산합니다.

이는 운동 제어, 자세 유지 및 안정적인 보행을 위해 요구되는 사항입니다. 길이 변화에 대한 근방추의 반응은 또한 근육 신장에 저항하기 위해 신장 반사를 통해 운동 뉴런을 활성화함으로써 근육의 수축을 조절하는 데 중요한 역할을 합니다.

• 많은 신경근 질환이 근방추 기능에 영향을 미치며, 특히 영향을 받는 환자의 불안정한 보행, 빈번한 낙상 및 운동 실조 행동에 기여합니다.

고유 수용성 감각의 역할

골지힘줄기관(GTO, Golgi tendon organ), 관절 수용기(joint receptor) 및 기타 감각 시스템도 고유수용감각(proprioception)에 기여하지만 근방추(muscle spindle)는 가장 중요한 고유수용기(proprioceptor)입니다.

• 근방추는 골격근 에서 가장 흔하게 발견되는 감각 기관 이며 거의 모든 근육에 존재합니다.

• 그러나 큰 근육 덩어리 내의 근방추 밀도는 낮아서 감지하기가 다소 어렵습니다. 대략적인 추정치는 인체 전체에 약 50,000개의 근방추를 제안했습니다(흥미롭게도 인간의 근방추는 대부분 안면 근육에 없습니다).

유연성에 역할을 하는 두 가지 중요한 고유수용기는 근방추와 골지힘줄기관(GTO)이며 함께 반사적으로 근육 경직을 조절합니다. 골지힘줄기관(GTO)의 기능은 근육 수축을 일으키는 역할을 하는 근방추의 반대라고 생각할 수 있습니다. 골지힘줄기관(GTO)이 자극되면 수축을 방해하여 관련 근육을 이완시킵니다.

근방추의 구성

근방추는 길쭉한 모양의 작은 감각 기관으로 고유수용감각에 관여합니다.

방추(spindle)는 여러 개의 추내 근육 섬유로 구성된 자체 운동 공급 장치가 있는 신장 수용체입니다. 일차(그룹 Ia) 구심성 및 이차(그룹 II) 구심성 코일의 감각 말단은 추내근섬유의 비수축성 중앙 부분을 감습니다. 감마 운동 뉴런(Gamma motor neuron)은 추내근섬유(intrafusal muscle fiber)를 활성화하여 휴지기 발화율(resting firing rate)과 구심 신경의 신장 민감도를 변경합니다.

• 결합 조직의 외피에 둘러싸인 여러 개의 수정된 근육 섬유로 구성됩니다.

• 변형된 섬유를 추내 섬유라고 합니다. 이 섬유는 규칙적이고 힘을 생산하는 추외근 섬유와 평행하게 배향됩니다.

• 핵배열에 따라 핵주머니 또는 핵사슬섬유로 신경지배되어 명명된다.

• 방추내 근섬유는 사람의 경우 길이가 최대 8mm입니다. 각 근방추는 평균 8-20(인간) 추내근섬유를 포함합니다. 8~25μm의 직경을 가진 방추내근섬유는 방추외근섬유보다 훨씬 가늘다.

근방추의 기능

근방추는 근배 근처의 근육 섬유를 나선형으로 감은(또는 감싸고 있는) 실이라고 상상해 보십시오. 근육이 길어지거나 늘어남에 따라 방추를 잡아당겨 나선 모양을 잃고 늘어납니다. 이는 근육이 수축하라는 신호를 보내며(그 후 나선형이 모양을 되찾음) 근육이 과도하게 늘어나지 않도록 보호합니다. 이 과정을 신장 반사 라고 합니다.

근방추의 연결된 근육이 빠르게 늘어나면 근방추는 두 가지 일이 발생할 수 있습니다.

• 기능적으로 근방추는 신장 감지기이며 근육이 늘어나거나 짧아지는 양과 속도를 감지합니다. 따라서 근육이 늘어나면 길이의 변화가 방추와 추내근섬유로 전달되어 나중에 유사하게 늘어납니다.

• 너무 멀리, 너무 빨리 신장되는 것을 방지하기 위해 근육이 수축하라는 신호를 보낼 수 있습니다. 반사적 근육 수축의 자극은 신장(stretch reflex) 또는 근신장 반사(myotatic reflex)로 알려져 있습니다.

• 반대쪽 근육, 즉 신장되는 근육에 대한 길항근을 억제하여 더 이상의 신장에 기여할 수 없도록(즉, 상호 억제, reciprocal inhibition) 수축을 방지할 수 있습니다.

• 사람의 경우, 근방추의 감각 신경 분포는 축삭 전도 속도가 다른 그룹 Ia 및 그룹 II 구심성 섬유 모두에서 발생합니다. 감각 말단은 가지와 정맥과 같이 확장된 불규칙한 코일을 형성합니다.

• 이러한 고유수용성 구심성 섬유(proprioceptive afferent fiber)의 세포체는 배근 신경절(dorsal root ganglion)에 있는 모든 뉴런의 5-10%를 구성합니다.

궁극적으로 근방추는 인근 관절과 연조직이 너무 많이 늘어날 위험이 있음을 뇌에 경고하는 기능을 합니다. 이들은 신체 인식(고유수용감각 및 운동감각 인식)을 이해하는 데 중요한 개념입니다.

따라서 방추는 주어진 저항을 극복하기 위해 근육이 활성화되어야 하는 정도를 나타냅니다. 부하가 증가하면 근육이 더 많이 늘어나고 근방추의 결합으로 인해 근육이 더 많이 활성화됩니다. 정확한 움직임을 수행하는 근육은 수축 활동을 정확하게 제어할 수 있도록 질량 단위당 많은 방추를 가지고 있습니다.

☑ 예 :

근방추 활동의 간단한 예는 슬개골 바로 아래에 있는 슬개건에 날카로운 두드림에 대한 반응으로 다리가 갑작스럽게 발로 차는 무릎반사(knee jerk reflex : Patellar reflex)입니다. 슬개골 아래의 무릎 신근 근육 그룹의 힘줄을 두드리면 근방추 섬유가 늘어납니다. 이것은 동일한 근육에서 방추외 근섬유의 활성화를 유발합니다. 이러한 섬유가 활발하게 짧아지면 무릎 반사가 발생합니다. 이것은 차례로 추내근섬유를 단축시키고 멈추게 합니다.

근방추의 기능 장애

근방추의 기능에 문제가 발생할 수 있습니다. 상부 운동 뉴런 병변은 척추상 억제의 상실로 이어질 수 있습니다. 기저핵 장애는 과도한 척추 상부 활성화를 유발할 수 있습니다. 근방추에 문제가 있는 경우 경직(과반사라고 하는 과도한 힘줄 반사를 유발하는 수동 신장에 대한 저항의 속도 의존적 ​​증가)과 같은 비정상적인 근긴장으로 나타날 수 있습니다. 근방추와 관련된 경직의 원인은 여러 가지가 있습니다.

• 감마 운동 뉴런의 과잉 입력이나 중앙 시냅스의 흥분성 증가는 경직으로 나타날 수 있습니다. 이것은 대개 피질 손상과 억제 충동의 상실로 인해 발생합니다.

• 경직은 렌쇼세포(renshaw cell)의 문제로 인해 발생할 수 있습니다.렌쇼세포는 알파 운동 뉴런에 의해 자극된 후 피드백 메커니즘에 의해 알파 운동 뉴런을 억제하여 자동 억제를 일으키는 개재뉴런입니다. 렌쇼세포의 문제는 알파 운동 뉴런에 대한 억제 손실로 이어져 계속 발화합니다.

• 경련은 Ia 구심성의 적절한 시냅스 전 억제의 손실로 인해 발생할 수 있습니다.

• 근육 섬유의 신경 관련 또는 구조적 변화로 인해 발생할 수도 있습니다.

근이영양증과 같은 뇌졸중 및 운동 장애로 인한 기능 장애도 근방추의 기능에 영향을 미친다고 종종 생각됩니다. 예를 들어, 뇌졸중은 감마 운동 시스템의 문제로 인해 약화, 민첩성 상실, 고유 수용 및 피부 자극에 대한 과도한 반사 반응을 유발하는 것으로 알려져 있습니다. 그러나 현재 연구에 따르면 감마 모터 시스템은 골격-운동 시스템의 결함에 책임이 없습니다. 뇌졸중 환자의 근방추 방전율은 정상인과 유사한 것으로 나타났다. 말초 구심성 입력에 대한 반사 반응이나 척추상 드라이브에 대한 반응에는 차이가 없었습니다.

구조적 수준에서, 노인의 근방추는 추내 섬유가 적고, 캡슐 두께가 증가하며, 일부 근방추는 탈신경의 징후를 보입니다. 일반적으로 고유수용시스템 및 노화와 함께 상당한 구조적 및 기능적 변화가 발생하며 이러한 변화는 노인 및 동물의 고유 수용 기능이 점진적으로 감소하는 것과 일치합니다. 이러한 변화는 노인에게서 관찰되는 잦은 낙상 및 운동 제어 문제에 기여할 수 있습니다.

근방추 형태의 변화와 관련된 몇몇 경우에 손상된 고유 감각은 많은 질병에서 이차적인 영향으로 기록되었습니다. 따라서 모든 신경근 질환에서 치료 전략은 고유수용감각과 근방추 기능을 회복/유지하는 것을 목표로 해야 합니다.

예를 들어 근이영양증골격근 섬유의 퇴화를 특징으로 합니다.추내근섬유에 대한 변성의 영향을 조사한 연구에서 근방추의 고유 수용 기능이 근이영양증에서 보호된다는 사실을 발견했습니다.

연구에 따르면 근이영양증 환자는 수동적 움직임을 감지하고 움직임 방향과 속도 측면에서 건강한 피험자가 인식하는 것과 유사한 환상적인 움직임을 경험했습니다. 그들은 또한 근이영양증 환자가 정상인과 비교했을 때 유사한 공간적 및 시간적 움직임 특성으로 반응할 수 있음을 발견했습니다.

근이영양증 환자를 위한 일반적인 치료 개입은 근력을 높이고 근육 피로와 퇴화를 줄이는 것을 목표로 해야 합니다. 또한, 치료 전략은 모든 신경근 질환에서 고유수용감각과 근방추 기능을 회복/유지하는 것을 목표로 해야 합니다.

근방추와 골지힘줄기관(GTO)

근육을 안전하고 건강하게 유지하려면 신체의 가장 기본적인 기본 구조적 구성 요소와 이들이 함께 작용하는 방식을 잘 이해해야 합니다. 이 지식은 효과적인 운동 지도의 기초를 제공하기 때문입니다. 이러한 구성 요소 중 두 가지인 골지힘줄기관(GTO)과 근방추는 신경계에 속하며 운동에 영향을 미치는 기능을 합니다.

유연성에 역할을 하는 두 가지 중요한 고유수용기인 골지힘줄기관(GTO)과 근방추는 함께 반사적으로 작용하여 근육 경직을 조절합니다. 골지힘줄기관(GTO)이 자극되면 수축을 방해하여 관련 근육을 이완시킵니다. 근육이 골지힘줄기관(GTO)에 의해 억제되면 그 과정을 자가 억제라고 합니다. 골지힘줄기관(GTO)의 기능은 근육 수축을 일으키는 역할을 하는 근방추의 반대라고 생각할 수 있습니다.

근방추는 근배 근처의 근육 섬유를 나선형으로 감은(또는 감싸고 있는) 실이라고 상상해 보십시오. 근육이 길어지거나 늘어남에 따라 방추를 잡아당겨 나선 모양을 잃고 늘어납니다. 이는 근육이 수축하라는 신호를 보내며(그 후 나선형이 모양을 되찾음) 근육이 과도하게 늘어나지 않도록 보호합니다. 이 과정을 신장 반사라고 합니다.

근방추의 관련 근육이 빠르게 늘어나면 근방추는 두 가지 일이 발생할 수 있습니다. 반대쪽 근육(늘어지는 근육에 대한 길항제)을 억제하여 더 이상의 스트레칭에 기여할 수 없도록 수축을 방지할 수 있습니다. 근방추의 관련 근육 수축이 일어날 때 동시에 일어나는 길항근의 이완을 상호 억제라고 합니다. 궁극적으로 근방추는 인근 관절과 연조직이 너무 많이 늘어날 위험이 있음을 뇌에 경고하는 기능을 합니다. 이들은 신체 인식(고유수용감각 및 운동감각 인식이라고도 함)을 이해하는 데 중요한 개념입니다.

골지힘줄기관(GTO)은 근육이 수축하거나 늘어날 때 근육 내의 근육 긴장을 감지합니다. 수축 시 골지힘줄기관(GTO)이 활성화되면 자동 반사인 수축 억제(autogenic inhibitor)를 일으킨다. 스트레칭 중에 골지힘줄기관(GTO)이 활성화되면 작동하는 근육(주동근) 내의 근방추 활동을 억제하여 더 깊은 스트레칭을 얻을 수 있습니다.

골지힘줄기관(GTO)은 장력의 변화와 장력의 속도에 민감하며, 근건 연결부에 위치하기 때문에 과부하를 감지하자마자 뇌에 정보를 보내는 역할을 합니다. 정적 스트레칭은 근육 긴장이 골지힘줄기관(GTO) 반응에 신호를 보내는 방법의 한 예입니다. 그래서 약한 힘의 스트레칭을 7초 이상 유지하면 근육의 긴장도가 높아져 골지힘줄기관(GTO)이 활성화되고,

근육이 수동적으로 신장되기 직전에 근육이 수축함으로써 자가 억제가 유도될 수 있다는 것도 언급할 가치가 있는데, 이는 고유수용성 신경근 촉진(PNF)이라는 방법입니다. PNF는 근육에 더 많은 스트레칭을 얻기 위해 고유수용기의 자극을 통해 신경근 메커니즘의 반응을 촉진하는 스트레칭 방법입니다.

이 방법의 실질적인 예는 파트너가 수동적으로 근육을 스트레칭하기 직전에 6~15초 동안 근육 내에서 낮은 등급(최대 힘의 50%) 수축을 생성하는 것입니다. 스트레칭 전 수축은 관련 근육(스트레칭될 근육) 내의 근방추 활동을 감소시켜 뇌가 임박한 스트레칭 동안 운동 범위의 증가를 더 기꺼이 받아들입니다.

근방추와 골지힘줄기관(GTO)은 이 주기를 거쳐 안전하고 효과적으로 스트레칭을 돕습니다. 이것은 스트레칭이 더 깊어질 수 있도록 스트레칭을 7-10초 동안 유지하는 이유이기도 합니다. 골지힘줄기관(GTO)와 근방추는 부상을 방지하기 위해 반사 작용을 통해 함께 작동합니다.

운동 능력과 골지힘기관

우리 몸은 외부 정보를 활용하여 조정을 강화하고 인식을 개선하며 고유 감각 수준을 높입니다. 이 정보는 신체에 의해 이해되고 전반적인 실행 및 움직임의 사용에 기여합니다.

이러한 제어는 근육 섬유의 반사 및 잠재적으로 근육 섬유의 억제에 대한 제어로 이어지는 말초 수용체에서 비롯됩니다. 실제 우리의 감각적 통제와 관련한 운동 프로그래밍은 전운동 피질 내에서 발생하지만 이 제어의 일부는 근육과 힘줄 복합체 내부에 있는 두 개의 매우 중요한 수용체가 제공하는 정보에 의해 공급됩니다.

각 근섬유에는 근방추라고 하는 수많은 수용체가 있습니다. 근방추는 변화의 길이와 속도를 이해하기 위해 척수 또는 신경계에 피드백과 정보를 제공합니다. 근방추는 추내 섬유 내의 각 근육 내에 존재합니다.

근육의 구성

근육 내에는 추내근섬유(intrafusal muscle fiber)와 추외근섬유(extrafusal muscle fiber)가 있습니다. 추내근섬유는 수축하지 않지만 대신 신장과 위치를 감지하는 신경 섬유를 가지고 있으며, 섬유 끝에 액틴(actin)과 미오신(myosin)만 포함합니다. 추외근섬유의 근섬유 함량이 더 크기 때문에 추내근섬유보다 약 36배 더 많은 힘을 생성할 수 있습니다.

근육이 늘어나면 추내근섬유 주위에 존재하는 근방추가 구심성 신호를 척수로 보냅니다. 척수에서 개재신경원(interneuron)은 근육을 자극하여 신장되는 길항근(antagonistic muscle)에 억제 효과가 있는 신장 반사를 유발합니다.

요컨대, 개재신경원은 구심성 신호를 원심성 신호와 연결한 다음, 추외근섬유가 수축하도록 활성화하는 역할을 하는 알파 운동 신경세포(alpha motor neuron)에 연결됩니다. 이것은 스트레칭이 클수록 근육에서 오는 수축이 더 크다는 것을 의미하며, 골지힘줄기관으로 안내합니다.

골지힘줄기관(GTO)

근건접합부(musculotendinous junction)에 존재하는 감각수용기관으로 근육(muscle)이 힘줄(tendon)에 연결되고 힘줄이 뼈(bone)에 연결되는 곳입니다. 골지힘줄기관(GTO)의 목적은 긴장을 감지하고 잠재적으로 억제 정보를 근육을 자극하는 운동 뉴런으로 보내는 것입니다. 이 보호 메커니즘은 가장 강력한 운동 뉴런인 알파 운동 뉴런(alpha motor neuron)을 억제합니다.

근육과 근육에 부착된 결합 조직이 근육을 당기거나 근육의 활성화를 통해 늘어나거나 길어지면 골지힘줄기관(GTO)이 콜라겐에 의해 꼬집어지고 이것이 구심성 신호(척수로 보내짐)를 자극합니다. 이것은 골지힘줄기관(GTO)이 활성화되어 근력을 모니터하는 것처럼 보입니다. 힘줄 기관을 자극하는 데 필요한 힘의 양은 활성화 방식에 따라 다릅니다.

시간이 지남에 따라 목표는 근육 섬유를 강화하여 더 두꺼운 힘줄과 더 보수적인 골지힘줄기관(GTO)을 만드는 것입니다. 그러나 골지힘줄기관(GTO)은 그 순간의 몸과 그 능력에 비해 지나치게 보수적이지는 않을 것입니다.

운동과 연결

우리는 근방추와 그 역할을 이해하고 골지힘줄기관과 그것이 근육을 보호하는 방법과 대부분의 경우 다양한 운동의 편심 운동을 담당하는 방법을 이해합니다. 이 두 수용체 모두 고유수용감각에 엄청나게 기여한다는 점에 주목하는 것이 중요합니다. 고유수용감각(proprioception)은 공간에서 인식의 지식 또는 위치입니다. 이것은 폭발적인 움직임을 실행하는 동안 필요한 양의 근육 섬유를 발화할 수 있는 데 매우 유용합니다.

긴 편심 운동(시간과 거리 모두)이 힘줄 크기와 근육 크기의 더 큰 증가로 이어진다는 것을 알고 이해한다면 느린 편심 운동이 우리의 골지힘줄기관(GTO)과 근방추를 훈련시켜 억제하는 데 더 자유롭다는 것을 이해할 수 있습니다. 또한 플라이오메트릭 움직임을 일관되게 훈련하면 반응 속도가 근방추 발화에 따라 달라진다는 것도 알고 있습니다.

근방추는 빠른 스트레칭을 인식하면 뇌와 통신하여 수축을 유도하여 근육을 단축하고 찢어지지 않도록 보호합니다. 이것은 근육의 신전-단축-주기(stretch shortening cycle)와 플라이오메트릭을 활용하는 것으로 돌아갑니다.

느린 훈련/빠른 훈련
말초 수용체가 어떻게 작동하는지 이해하면 속도 기반 훈련을 향상시키는 가장 좋은 방법을 이해하는 데 도움이 됩니다. 골지힘줄기관(GTO) 억제를 변경해야 하는 경우 더 느린 편심 운동을 통해 작업할 수 있고 더 많은 긴장 상태와 더 많은 근육 비대를 통해 힘줄을 강화할 수 있습니다. 근방추의 능력을 훈련하려면 신전-단축-주기 동안 통신을 강화하기 위해 올림픽 역도와 같은 빠른 움직임과 플라이오메트릭을 활용해야 합니다. 몸이 빠른 긴장을 감지하는 능력을 향상시키면 더 빠르게 움직이고 더 빠른 속도로 힘을 가할 것입니다.