고유수용성감각 : 눈으로 보지 않아도 내몸의 상태를 알 수 있게 하는 6번째 감각

고유수용성감각은 6번째 감각?

가장 중요한 내부 감각 중 하나는 고유수용성감각 (proprioception) 또는 위치 감각(position sense)이라고합니다. 고유수용성감각 은 매일 우리 삶에 영향을 주며, 복잡한 작업을 수행 할 수있게 해줍니다.

우리는 모두 시각, 청각, 후각, 맛 및 촉각을 포함하는 5가지 표준 감각에 익숙합니다. 이러한 감각은 우리가 외부 세계와 상호 작용하는데 무척 중요한 역할을 하죠. 또한 우리는 내부 기능을 담당하는 몇 가지 감각을 가지고 있습니다.

아리스토텔레스 시대 이후 로 여섯 번째 감각의 아이디어를 명백하게 거부 한 이래로, 그 중 다섯 개의 감각 만을 두고 생각을 해왔지만, 많은 연구자들은 우리 몸을 지각 할 수 있는 6번째 감각에 대한 생각을 진지하게 받아 들였습니다.

고유 감수성으로 알려진이 감각이 5가지 표준 감각과 함께 추가 감각으로 간주 될 수 있는지에 대한 많은 논쟁이 여전히 남아 있지만 결국, 오감은 우리가 외부 세계를 경험하도록 허용하는 반면, 고유수용성감각 은 몸에 대해서 이해하도록 합니다.

 

고유수용성감각 이란?

고유수용성감각(Proprioception)은 인간이 직접 볼 필요없이 팔다리를 제어 할 수 있게 합니다. 예를 들어 복잡한 운전과제를 한번 생각해볼까요? 운전을 할 때, 우리는 도로를 주시하고 핸들과 손을 동시에 조절 할 수 있으며, 속도를 유지하기 위해 페달에 적절한 힘을 가하기도 합니다.

좀더 운전에 능숙해진 운전자는 라디오 방송국을 바꿀 수 있고, 작은 음식을 먹거나, 뒷 좌석에 있는 물건에 손을 대거나, 잠시 다른 일을 할 수 있습니다.

우리가 어떤 일을 성공적으로 수행하기 위해 팔다리를 관찰해야 한다면, 운전을 할 때 가속페달과 브레이크 페달로 바꿀 때마다 발을 내려다보아야 할 것입니다. 또 우회전을 원할 경우에는 팔을 응시해야합니다. 이렇게 산만해지면 운전을 거의 불가능하게 되겠죠?

고유수용성감각 처리

인간은 독점 수용을 위한 하나의 기관을 가지고 있지 않습니다. 대신 감각은 전체 신경계 전체에서 처리됩니다. 모든 근육과 관절 내부에는 긴장과 수축의 정도를 지속적으로 측정하는 근방추(muscle spindles)와 골지(Golgi tendons)라는 작은 미터가 있습니다.

이 정보는 spinocerebellar tract라고 불리는 척수의 신중한 고속도로를 올라가서 소뇌로 나아갑니다. 소뇌는 신체의 모든 근육과 관절의 정보를 받아들이고 팔다리가 우주에서 있어야하는 위치를 계산합니다. 시스템이 완벽하지는 않지만 기본 작업 완료를위한 대략적인 예상을 제공합니다. 우리는보다 기술적으로 까다로운 작업을 위해 사지 위치를 확인하기 위해 비전을 사용할 수 있습니다.

 

 

고유수용성감각 수용기의 기능

반사적반응

관절에 위치한 관절수용기를 적절히 자극하여 관절 주위의 근육에 반사적인 촉진이나 억제를 일으킬 수 있다.

관절각도의 감지기

관절수용기는 자신의 관절이 현재 어떤 자세와 각도에 위치하는가를 인식하는 역할을 한다.

운동감각

운동감각이란 자신의 팔다리와 체간의 위치나 움직임에 대해 인식하는 능력이다.

힘 감각

고유수용성감각 의 상태를 검사하기 위한 요소이며 일반적으로 힘 재현검사를 이용하여 평가한다. 힘 감각은 자신이 발휘하고 있는 힘의 정도를 감지하는 능력이다.

 

 

관절수용기의 종류와 특성

관절수용기는 관절의 운동과 관절의 위치를 신호화 하는 역할을 합니다. Newton은 관절수용기를 모양(shapes)과 역치수준(threshold levels), 분포(distribution) 그리고 적응특성(adaptive properties)에 따라 크게 4가지로 구분하였는데, Ⅲ형은 순수한 관절수용기이나 Ⅳ형은 통증 수용기의 일종이라 할 수 있으며, 각 관절수용기 모양과 기능, 부위별 밀도의 정도, 위치에 차이가 있습니다.

관절 수용기의 자극은 밀집되어 있는 위치와 관절에 가해지는 부하의 정도에 따라 결정됩니다. 관절수용기중Ⅰ~Ⅲ형 수용기는 관절의 위치, 관절 내의 압력 변화 그리고 관절 운동의 속도와 강도, 방향에 대한 정보를 부호화하여 중추신경계로 보냅니다.

Ⅰ형 관절수용기 (Type Ⅰjoint receptor)

Ⅰ형 관절수용기는 루피니 종말과 유사한 모양을 하고 있고, 관절주머니의 표면부와 근방추/골지힘줄기관 복합체 그리고 근건 단위 내에 위치하고 있으며, 교원 섬유들 사이에 산재되어있습니다. 기능은 정적 또는 동적인 생리학적 기능을 촉진하는 역할을 합니다.

Ⅱ형 관절수용기 (Type Ⅱ joint receptor)

Ⅱ형 관절수용기는 파시니안 소체 유사 관절수용기는 관절주머니의 심부층과 관절 지방패드 부위에 위치하며, 이 관절 수용기의 분포는 근위부보다는 발목이나 손목과 같은 원위부에 많이 분포되어 있으며, 턱 관절과 허리부위의 관절주머니 심부에도 위치합니다. Ⅱ형 관절수용기는 가속되는 자극이나 진동 자극에 민감하게 반응하며 특히, 국소적 압박과 신장성 부하에 쉽게 반응합니다.

Ⅲ형 관절수용기

Ⅲ형 관절수용기는 골지힘줄기관(Golgi tendon organ)의 형태를 하고 있1고 Ⅰ형과,Ⅱ형의 관절수용기에 비해 더 굵으며, 관절수용기중 가장 크고, 모양은 말이집 모축삭과 한 개의 소체로 구성되어 있습니다. 분포 위치는 관절 인대에 위치하고, 관절의 움직임에 방향과 정확한 관절의 자세를 감지하는 역할을 합니다.

주로 팔다리 관절에 가쪽인대와 척주의 발꿈치발배인대, 가시사이 인대 등에 분포하고 있으나 목뼈부에는 존재하지 않는 것이 특징입니다. 이 관절수용기의 기능은 근육의 긴장을 반사적으로 억제하는 역할을 하며, 관절의 능동 또는 수동적 운동시에 관절가동범위의 끝 부분에서 길이 방향의 견인 자극 시에 자극됩니다. 이 관절수용기는 느리게 적응하고 Ⅰ형 관절수용기보다 좀 더 높은 역치 수준을 가집니다.

Ⅳ형 관절 수용기

Ⅳ형 관절 수용기는 유해수용기인 자유신경 종말이며 근육과 인대, 피하조직과 관절주머니 조직 전체에 주로 분포하고, 경질막과 앞세로인대, 뒤세로인대, 척추뼈사이인대등에 위치하며, 근육섬유 조직 자체에는 분포하지 않습니다. 또한 윤활막 조직과 반원판에도 존재하지 않습니다.

이 관절수용기의 기능은 통증을 일으키는 역할을 하며. 또한 접촉이나 압력 그리고 유해성 자극인 통증과 염증에 일차적으로 민감하게 반응하고 Ⅰ형과 Ⅱ형과 비슷하게 높은 역치 수준을 보이며 적응하는 시간이 거의 소요되지 않습니다. 즉 통증 원인이 되는 자극원이 제거될 때까지 통증이 지속된다는 의미입니다. 또한 기계적 자극 이외에도 화학적 자극이나 열자극, 염증 등에 의해서도 자극됩니다.

 

근육수용기의 종류 및 특성

 

근방추 Muscle spindle

근방추는 근육이 어느 정도의 길이로 늘어나는지 또 어느 정도의 속도로 늘어나는지를 감지하는 수용기입니다. 근방추를 구성하고 있는 근육섬유들을 방추속근육섬유라고 하고, 이들과 구분하기 위하여 근육의 수축에 관여하는 일반적인 근육섬유들을 방추바깥근육섬유라고 합니다.

근방추는 인간의 섬세한 운동에 관여하는 근육에서 많은 수가 발견되는데, 손의 근육과 같이 아주 미세한 각도의 조절이 필요한 근육들은 가장 높은 밀도의 근방추를 가지고 있습니다. 이와는 대조적으로 넙다리네갈레근과 같이 큰 운동을 담당하는 근육들은 상대적으로 적은 근방추를 가지고 있습니다. 근방추와 같은 감각장치들은 근육의 길이와 그 변화율 및 근육과 힘줄의 긴장도 등의 정보를 중추신경계로 전달하여 인간의 자세유지와 여러 근육들의 협동작용을 가능하게 합니다.

☑ 근방추와 골지힘줄기관(GTO)은 둘 다 사람의 움직임에 영향을 주는 기능을 하는 신경계의 구성 요소입니다. 골지힘줄기관과 근방추는 서로 반사적으로 작용하여 근육의 경직을 조절합니다. 골지힘줄기관(GTO)이 자극되면 관련 근육이 수축을 중단하여 이완됩니다. 골지힘줄기관(GTO)이 근육을 억제할 때 이를 자가 억제라고 합니다. 기능적으로 골지힘줄기관(GTO)은 근육의 수축을 유도하는 근방추와 대조됩니다. 근수축에 대한 이해를 위해서는 두 요소의 차이점에 대해서 확인해볼 필요가 있습니다. [근방추와 골지힘줄기관의 차이점] 글에서 자세한 내용을 보실 수 있습니다.

 

골지힘줄기관 Golgi tendon organ, GTO

근방추가 근육의 길의 또는 속도를 감지하는 수용기라 한다면 골지힘줄기관은 근육 긴장도를 감지하는 수용기입니다. 골지 힘줄기관은 근육 긴장도를 감지하는 수용기로, 골지힘줄기관은 근육섬유가 힘줄로 이행되는 부위에서 약 15~20개의 방추바깥근육섬유와 직렬도 연결되어 있습니다. 이 수용기는 특정 근육에 있 근방추보다 적은 수가 존재하고 느리게 수축하는 근육에서 매우 풍부하게 존재합니다.

근육섬유와 평행하게 배열되어있는 근방추와는 달리 골지힘줄기관은 근육섬유와 일렬로 배열되어 있어서 근육이 수축할 때와 신장될 때 모두에서 골지힘줄기관은 자극받게 되지만, 근육이 신장될 때보다는 수축할 때 더 자극을 받게 됩니다.

또한 골지힘줄기관은 운동신경과 감각신경 둘 다 분포되어있는 근방추와는 달리 원심성 결합이 없기 때문에 중추신경계의 조정을 받지 않습니다. 따라서 운동신경은 분포하지 않고 1~2개의 감각신경인 groupⅠb섬유가 분포합니다.

골지힘줄기관의 기능은 근육의 신장이나 수축으로 인해 발생하는 장력 변화에 민감하여 약 2 ~ 25 g정도의 약한 힘에 반응한다. 골지힘줄기관의 기능은 근육수축을 조정하는 것으로 볼 수 있으며, 신장수용기라고 부르는 것은 잘못된 표현일 수 있습니다. 또한 골지힘줄기관은 근육의 과도한 신장에 의해 근육의 손상을 방지하는 되먹임억제기능을 합니다.

 

근육수용기의 기능

 

신장반사

근방추는 근육의 신장이나 혹은 근육길이의 상대적인 변화를 감지하는 신장수용기로서 근육이 신장되면 근육이 늘어난 정보가 근방추에 있는 들신경섬유를 통해서 척수로 전달되고, 척수에 있는 운동신경은 근육을 수축시킵니다. 특정한 근육이 갑작스럽게 신장되면 근육과 평형하게 위치하고 있는 근방추도 신장되고, 근방추의 감각신경은 이러한 신장에 의해 자극을 받으며 결과적으로 근육이 수축하고 짧아지는 현상을 신경반사라고 합니다.

 

억제 Inhibition

같은 관절에 작용하는 근육에는 굽힘근과 폄근이 있어 서로 반대로 작용합니다. 이와 같은 대항 관계에 있는 근육들 중 한 무리가 수축할 때 이를 주동근이라 하고 다른 한 무리를 대항근이라 합니다. 그러나 관절에 작용하는 작용근과 대항근이 모두 같은 기능을 한다고는 할 수 없으며, 조금씩 작용하는 바는 다르지만 협동적으로 작용하는 둘 이상의 근육으로 구성된 경우가 많습니다. 같은 관절에 작용하는 주동근 운동신경원에는 단일 연접성 흥분작용이 미치고, 대항근 운동신경원에는 억제작용이 미칩니다. 이러한 대항근 운동신경원에 대한 억제는 억제성 사이신경원이 작용을 하게됩니다.

자가억제의 신경학적 기전은 골지힘줄기관에 분포하는 group Ib 들신경섬유는 척수로 들어가서 자극받은 근육과 협력근을 지배하는 알파운동신경섬유를 억제시키고, 또한 대항근을 지배하는 알파운동신경섬유를 흥분시키는 원인입이다. 이러한 자가억제를 통하여 자극받은 주동근과 협력근은 이완하게 되고, 대항근은 수축 됩니다.

 

소유 의식 구축

중요하게도, 고유수용성감각 과 신체 부위의 움직임과 위치를 감지 할 수있는 우리의 능력은 신체의 소유에 대한 감각, 또는 우리 몸이 다른 사람이 아니라 우리 몸에 속한다는 지식에 크게 기여합니다. 최근 과학자들은 뇌가 신체 소유권을 위해 시각적인 입력을 필요로 하지 않는다는 것을 발견했습니다. 그리고 몇 가지 연구에 따르면 고유 감각과 다중 감각 통합은 유아기의 신체 인식 개발에 중요합니다. 그러나 이것이 척수 손상 또는 좀 더 상위의 신경 손상으로 인해 독점 수용력이 작동하지 않는 사람들에게는 구현 된 자기의 감각을 방해 하게 됩니다.

고유수용성감각 이 우리 몸을 감지하고 신체의 소유 감각을 개발하는 데 필수적이며, 절대 틀리는 법이 없습니다. 특히 자신의 몸에 대한 감각을 눈으로 보는 것과 비교해보면 모순이 되곤 합니다. 가장 잘 알려진 예는 "고무 손 환상(rubber hand illusion)[영상바로가기]"을 꼽을 수 있습니다.

이 환영은 기본적으로 고무 손과 사람의 (숨겨진) 손을 동시에 부드럽게 문질러 고무 손이 신체의 일부라는 것을 누군가에게 납득시키는 방식으로 테스트를 합니다. 사람의 두뇌가 손의 감각을 실제 손에서 고무 손으로 옮기게 합니다. 이렇게 감각이 옮겨지는 현상을 고유수용성 드리프트(proprioceptive drift)라고 합니다. 연구에 따르면 이 고유수용성 드리프트는 가상 현실을 사용하여 발생할 수도 있습니다.

 

 

결론

대부분의 생리학적 과정과 마찬가지로 고유수용성감각 은 도전적인 연습으로 개선이 가능하며, 질병이나 사용하지 않음에 의해 손상될 수도 있습니다. 피아니스트는 손가락에 고유감각을 훈련시켜 자신의 눈을 감은 상태에서도 엄청나게 복잡한 음악을 연주 할 수 있습니다. 하지만 이 피아니스트가 전에 보지 못했던 곡을 연주하려고 한다면, 복잡한 부분을 숙달하기 위해 손을 봐야 할 것입니다.

대조적으로, 뇌졸중으로 고통받는 환자는 회복 과정에서 종종 균형과 조정에 어려움을 겪습니다. 고유수용성감각 은 발목 염좌나 당뇨병성 신경병증과 같은 근골격계에 영향을 주는 질병이나 부상으로 인해 손상 됩니다. 이러한 유형의 질환으로 고통받는 환자는 낙상과 반복 부상을 입기 쉽기 때문에 문제가 복합적으로 나타납니다. 이러한 이유로 물리치료사는 독창적인 교육을 통해 환자와 협력하여 보다 강력한 포지션 감각을 얻을 수 있습니다.

환자를 위한 교육방법은 일반적으로 고르지 않거나 불규칙적인 표면에서 운동을 하며, 시각적 확인을 제거하기 위해 눈가리개를 착용하고 관절의 균형을 잡는 것으로 구성됩니다. 이러한 운동은 까다롭지만 환자는 대개 몇 주 안에 기능적인 발전을 볼 수 있습니다.