발가락뼈사이관절, 걷기의 후기 디딤기 동안 발앞부에 있는 관절들의 작용

 

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발가락뼈사이관절

 

손가락의 구조와 마찬가지로, 각각의 발가락은 두 개의 중요한 관절을 포함하고 있다: 몸쪽발가락뼈사이관절(proximal interphalangeal joint)과 먼쪽발가락뼈사이관절(distal interphalangeal joint)이다. 엄지발가락은 엄지손가락과 유사한 구조를 가지고 있어, 단 하나의 발가락뼈사이관절(interphalangeal joint)만을 보유하고 있다는 특징이 있다.

 

발에 존재하는 모든 발가락뼈사이관절은 매우 유사한 해부학적 특성을 공유하고 있다. 이러한 관절은 기본적으로 두 가지 주요 구성요소로 이루어져 있는데, 하나는 좀 더 몸쪽에 위치한 볼록한 형태의 발가락뼈머리이고, 다른 하나는 좀 더 먼쪽에 위치하며 이와 맞물리는 오목한 형태의 발가락뼈바닥이다.

 

몸쪽발가락뼈사이관절의 오목면을 명확하게 관찰할 수 있도록 둘째발가락의 몸쪽발가락뼈를 제거한 상태를 보여주고 있다. 발가락뼈사이관절에 존재하는 다양한 결합조직들의 구조적 특징과 기능적 역할은 전반적으로 발허리발가락관절에서 이전에 설명된 내용과 매우 유사한 양상을 보인다.

 

이러한 관절들은 곁인대, 발바닥판, 그리고 관절주머니와 같은 기본적인 구조물들을 포함하고 있으나, 이들의 크기와 구조적 특징은 발허리발가락관절의 것들과 비교했을 때 상대적으로 작은 규모를 보이며, 그 경계도 덜 명확한 특징을 가지고 있다.

 

발가락뼈사이관절에서 일어나는 운동은 주로 굽힘과 폄 동작으로 제한되어 있다는 특징이 있다. 이러한 관절의 운동 범위를 살펴보면, 일반적으로 굽힘 동작의 가동 범위가 폄 동작보다 더 크게 나타나며, 해부학적 위치에 따른 차이도 존재하여 먼쪽 관절보다는 몸쪽 관절에서의 운동성이 더 큰 경향을 보인다. 특히 폄 동작의 경우, 발가락 굽힘근육들의 작용과 발바닥인대에서 발생하는 수동적인 장력에 의해 그 범위가 자연스럽게 제한되는 특징을 가지고 있다.

걷기의 후기 디딤기 동안 발앞부에 있는 관절들의 작용

 

발의 앞쪽 부분에 위치한 관절들은 해부학적으로 발목발허리관절에서부터 시작하여 먼쪽발가락뼈사이관절에 이르기까지 각각의 발가락선과 밀접하게 연관된 여러 관절들을 포함하고 있다. 이러한 관절들은 보행 주기의 각 단계에 따라 발앞부(forefoot)에 필요한 유연성과 안정성을 적절히 제공하는 중요한 역할을 담당한다.

 

보행 주기 중 디딤기가 끝나가는 시점에서는, 발중간부(midfoot)와 발앞부가 밀기(push off) 동작과 관련된 다양한 스트레스를 효과적으로 수용하기 위해 충분한 안정성을 확보해야 한다. 이러한 안정성은 발 내부에 존재하는 국소적인 내재근과 외재근의 협응된 활성화를 통해 얻어지며, 추가적으로 안쪽세로활의 상승 작용을 통해 더욱 강화된다. 이때 발생하는 활의 상승 정도는 개인차가 크지만, 일반적으로 밀기 단계에서 평균적으로 6 mm 정도의 상승이 관찰된다. 이러한 활의 상승을 가능하게 하는 주된 생체역학적 메커니즘은 "권양기 효과(windlass effect)"라고 불리는데, 이는 발끝으로 서는 동작을 통해 가장 잘 이해할 수 있다.

 

발바닥근막이 몸쪽발가락뼈에 부착되어 있는 해부학적 특성으로 인해, 발허리발가락관절들이 완전히 폄되면 안쪽세로활에서 발생하는 장력이 증가하게 된다. 이러한 생체역학적 원리에 따르면, 증가된 장력은 활을 효과적으로 상승시키고 안정화하는 결과를 가져온다. 보행 중 발꿈치와 발의 대부분이 지면에서 떨어지게 되면, 체중의 중심이 점진적으로 안쪽 발허리뼈머리 방향으로 이동하게 된다. 

 

이러한 체중 이동이 일어나는 부위에는 특별한 해부학적 구조물들이 존재하는데, 지방패드는 뼈 조직에 가해지는 잠재적인 손상성 스트레스를 효과적으로 분산시키는 역할을 하며, 종자뼈는 엄지발가락의 긴 굽힘 근육을 기계적 스트레스로부터 보호하는 중요한 기능을 수행한다. 발바닥근막이 적절히 신장되고 발의 활이 충분히 강화되어 안정화가 이루어지면, 둘째와 셋째 발가락선은 해부학적으로 장딴지근(gastrocnemius)과 가자미근(soleus)의 강력한 수축에 의해 발생하는 상당한 크기의 굽힘 모멘트를 효과적으로 전달할 수 있는 견고한 지렛대 역할을 수행하게 된다.

 

 

특히 디딤기의 마지막 단계에서는 발바닥근막에 작용하는 장력이 놀랍게도 거의 체중의 100%에 달하는 것으로 추정된다.26 이러한 강력한 힘이 발꿈치뼈에서 발가락의 바닥부까지 원활하게 전달되는 것이 매우 중요한데, 만약 발바닥근막의 기능이 저하되면 활을 상승시키는 권양기 기전의 효율성이 현저히 감소하게 된다. 이러한 현상은 실제 임상에서 발바닥근막절개술을 받은 환자나 통증성 발바닥근막염을 앓고 있는 환자들에서 관찰되는 비효율적이거나 보상적인 "밀기" 동작을 통해 명확하게 확인할 수 있다.

 

정상적인 발의 기능과 비교해볼 때, 불안정한 "평발(flat foot)"을 가진 사람이 발가락 끝으로 서기를 시도할 때 나타나는 병리역학적 특징은 매우 흥미로운 연구 대상이 된다. 이러한 환자들의 경우, 비록 신경근육계의 병리적 소견은 없다 하더라도, 최대한의 근력을 동원하여 노력함에도 불구하고 발꿈치를 들어올리는 능력이 현저하게 저하되어 있음을 관찰할 수 있다.

 

이는 효과적인 안쪽세로활의 부재로 인해, 불안정하고 적절히 고정되지 않은 발중간부와 발앞부가 체중부하에 의해 쉽게 처지게 되기 때문이다. 이러한 비정상적인 상태는 일반적으로 발목발허리관절이 발등굽힘 방향으로 과도하게 움직이는 결과를 초래하게 되는데, 이는 정상적인 상태에서 나타나는 약간의 발바닥쪽굽힘과는 상반되는 현상이다. 이러한 비정상적인 운동형상학적 반응은 외재성 발가락 굽힘근들을 과도하게 신장시키고 발가락의 정상적인 폄 동작을 제한하는 결과를 가져온다. 이러한 병리적 상태의 구체적인 원인과 결과 관계는 매우 복잡할 수 있지만, 결과적으로 발허리발가락관절들의 폄 동작이 제한됨으로써 발의 안정성을 확보하기 위한 권양기 효과의 효율성이 현저히 감소하게 된다.