무릎 안에는 무엇이 있을까요 — 반월판·십자인대·연골

무릎은 어떤 관절 두 개로 이루어져 있을까요

무릎은 허벅지뼈와 정강뼈가 만나는 경골대퇴관절과, 무릎뼈가 허벅지뼈 앞면에 얹혀 미끄러지는 슬개대퇴관절로 이루어져 있습니다. 흔히 무릎을 경첩에 비유하지만, 실제로는 굽히고 펴는 동안 미끄러짐과 회전이 함께 일어나는 관절입니다.

허벅지뼈(대퇴골)의 아래 끝은 안쪽과 바깥쪽 두 개의 둥근 덩어리로 갈라집니다. 이것을 내측과와 외측과라고 부릅니다. 정강뼈(경골)의 위 끝은 비교적 평평한 받침이어서, 둥근 뼈가 평평한 받침 위에 놓인 모양입니다. 그래서 무릎은 안쪽 칸과 바깥쪽 칸, 두 개의 방으로 나뉘어 체중을 받습니다. 종아리의 가는 뼈인 비골은 정강뼈 바깥쪽 아래에 붙어 있을 뿐 허벅지뼈와 직접 맞닿지 않습니다.

오른쪽 무릎을 앞에서 본 그림으로, 무릎뼈는 그려져 있지 않습니다. 허벅지뼈의 두 과(Condyle) 아래에 반월판(Meniscus)이 깔려 있고, 두 과 사이 홈에서 전방·후방십자인대(Cruciate)가 엇갈립니다. 출처: Henry Gray, Anatomy of the Human Body 20판(1918) 그림 347, 퍼블릭 도메인(Wikimedia Commons).

뼈끝의 맞닿는 면은 매끈한 관절 연골(유리연골) 로 덮여 있습니다. 흔히 "무릎 연골이 닳는다"고 할 때 가리키는 것이 이 층입니다. 이와 별개로 두 뼈 사이에는 반월판이라는 연골판이 끼어 있습니다. 둘 다 연골이라고 부르지만 위치와 하는 일이 다릅니다.

무릎뼈(슬개골)는 대퇴사두근의 힘줄 안에 들어 있는 뼈입니다. 무릎뼈 뒷면도 관절 연골로 덮여 있고, 허벅지뼈 앞면의 홈을 따라 위아래로 미끄러집니다. 이 관절이 슬개대퇴관절입니다. 허벅지 앞 근육이 무릎뼈를 감싸고 정강뼈까지 이어지는 구조는 대퇴사두근 네 갈래 글에 정리해 두었습니다.

반월판은 무릎에서 어떤 일을 할까요

반월판은 둥근 허벅지뼈와 평평한 정강뼈 사이의 틈을 메워, 뼈가 맞닿는 면적을 넓히고 체중을 고르게 나누는 일을 합니다. 반월판을 떼어 낸 무릎에서는 접촉 면적이 절반 아래로 줄고 압력이 크게 올랐습니다.

반월판은 정강뼈 위에 안쪽과 바깥쪽 하나씩 놓인 초승달 모양의 연골판입니다. 가장자리는 두껍고 안쪽으로 갈수록 얇아져, 둥근 허벅지뼈 끝을 받치는 오목한 접시 역할을 합니다. 1980년 일본 연구팀은 논문에서 두 반월판의 차이를 이렇게 설명했습니다. 외측 반월판은 둥근 C자 모양이고 뒤쪽 절반의 가장자리가 관절낭이나 정강뼈에 붙어 있지 않아 더 잘 움직입니다. 내측 반월판은 벌어진 C자 모양이고 가장자리 전체가 인대로 고정돼 있습니다 [1].

정강뼈 윗면을 위에서 본 그림입니다. 그림 위쪽이 무릎 앞쪽입니다. 내측 반월판(Medial meniscus)은 넓게 벌어진 C자, 외측 반월판(Lateral meniscus)은 고리에 가까운 모양이고, 그 가운데에 십자인대가 붙는 자리가 있습니다. 출처: Henry Gray, Anatomy of the Human Body 20판(1918) 그림 349, 퍼블릭 도메인(Wikimedia Commons).

같은 연구팀은 절단된 다리에서 얻은 무릎 7개를 편 자세로 고정하고, 누르는 힘을 올려 가며 허벅지뼈와 정강뼈가 맞닿는 면적을 본떠 쟀습니다. 변성이 없던 무릎에 1000N을 실었을 때 접촉 면적은 반월판이 있을 때 평균 1,150 mm², 반월판을 떼어 낸 뒤 520 mm²였습니다. 반월판이 있을 때 접촉 면적의 약 70%가 반월판 위였습니다. 최고 압력은 2~3 MPa 안팎에서, 반월판을 떼어 내자 약 6 MPa까지 올랐습니다 [1].

반월판을 떼어 내자 같은 무게가 절반 아래의 넓이에 실렸습니다. Fukubayashi와 Kurosawa(1980)의 평균값으로 만든 그림이며(AI로 제작, 수치는 직접 대조), 절단된 다리에서 얻은 무릎을 편 자세로 고정하고 인대를 자른 뒤 잰 실험입니다.

연구팀은 반월판이 체중을 받고 넓게 퍼뜨리는 일을 한다고 결론지었습니다. 반월판이 없으면 드러난 좁은 연골 면에 높은 압력이 걸리고, 퇴행 변화가 시작될 수 있다고 추정했습니다 [1]. 이것은 압력 측정에서 미루어 본 해석이고, 연골이 실제로 닳는 과정을 따라가 본 결과는 아닙니다.

안쪽과 바깥쪽의 몫은 조금 달랐습니다. 같은 연구에서 바깥쪽 칸은 안쪽 칸보다 접촉 면적 가운데 반월판이 차지하는 비율이 더 컸습니다 [1]. 1975년 무릎 14개를 조사한 연구도 비슷했습니다. 공개된 초록 기준으로, 150 kg까지 실었을 때 바깥쪽에서는 외측 반월판이 하중의 대부분을 받았고, 안쪽에서는 반월판과 드러난 연골이 하중을 대략 반씩 나눠 받았습니다. 연구팀은 반월판이 체중을 받는 면적을 크게 넓히고 무릎의 안정성도 높인다고 보았습니다 [2].

1980년 연구는 몸에서 떼어 낸 무릎을 고정한 뒤 인대와 관절낭을 자르고 잰 실험이어서 근육과 인대가 제 역할을 하지 못했습니다. 무릎을 편 자세 하나만 쟀고, 무릎의 주인은 41세에서 80세 사이였습니다 [1]. 숫자 자체보다 "반월판이 없으면 같은 무게가 절반 넓이에 실린다"는 방향을 읽는 편이 맞습니다.

무릎의 인대 네 개는 각각 무엇을 막을까요

무릎에는 관절 안쪽 깊이 두 개의 십자인대가, 양옆에 두 개의 측부인대가 있어 정강뼈가 앞뒤로 밀리거나 옆으로 꺾이는 것을 막습니다. 아래는 교과서 수준의 해부학입니다.

• 전방십자인대: 정강뼈 윗면의 앞쪽 가운데에서 시작해 허벅지뼈 외측과의, 두 과 사이 홈을 향한 면으로 비스듬히 올라갑니다. 정강뼈가 허벅지뼈 앞으로 밀려 나가는 것을 주로 막고, 비트는 움직임도 제한합니다.
• 후방십자인대: 정강뼈 윗면의 뒤쪽에서 시작해 허벅지뼈 내측과의, 두 과 사이 홈을 향한 면으로 올라갑니다. 정강뼈가 뒤로 밀려 나가는 것을 주로 막습니다. 두 십자인대는 이름 그대로 관절 안에서 X자로 엇갈립니다.
• 내측측부인대: 무릎 안쪽 면에서 허벅지뼈와 정강뼈를 잇는 넓고 납작한 띠입니다. 무릎이 안쪽으로 꺾이는 힘(외반력)을 버팁니다. 깊은 층은 내측 반월판 가장자리와도 이어져 있습니다.
• 외측측부인대: 무릎 바깥쪽 면에서 허벅지뼈와 비골 머리를 잇는 둥근 끈 모양의 인대입니다. 무릎이 바깥쪽으로 꺾이는 힘(내반력)을 버팁니다. 내측측부인대와 달리 반월판과 떨어져 있습니다.

인대 하나가 한 방향만 맡는 것은 아닙니다. 관절낭, 반월판, 무릎을 지나는 근육이 함께 무릎을 붙잡습니다. 무릎 뒤를 지나는 햄스트링처럼 무릎을 움직이는 근육은 인대와 달리 스스로 힘을 내어 관절을 안정시킵니다. 레그 익스텐션이 전방십자인대를 얼마나 당기는지는 레그 익스텐션은 무릎에 나쁠까요에서 연구로 따져 보았습니다.

무릎을 굽히면 뼈가 맞닿는 자리는 어떻게 달라질까요

무릎을 굽히면 허벅지뼈가 정강뼈 위에서 뒤로 굴러가는데, 바깥쪽이 안쪽보다 훨씬 많이 움직입니다. 그 결과 무릎을 굽히는 동안 정강뼈에 대해 허벅지뼈가 바깥쪽으로 돌아갑니다.

무릎을 편 자세(왼쪽)와 깊이 굽힌 자세(오른쪽)에서 허벅지뼈 끝이 정강뼈 위에 닿는 자리를 옆에서 본 개념도입니다. 굽힐수록 허벅지뼈가 정강뼈 위에서 뒤로 굴러가며, MRI 연구에서는 바깥쪽이 안쪽보다 훨씬 많이 움직였습니다. 그림은 바깥쪽에서 본 모습이고 각도와 거리는 측정값이 아닙니다(AI로 제작).

2005년 영국 연구팀은 서거나 쪼그려 앉은 자세를 찍을 수 있는 개방형 MRI로 체중을 실은 남성 10명의 무릎을 찍었습니다. 공개된 초록 기준으로, 무릎을 살짝 뒤로 젖힌 자세에서 120도까지 굽히는 동안 허벅지뼈 외측과는 정강뼈에 대해 뒤로 22 mm 움직였습니다. 120도에서 끝까지 쪼그려 앉을 때는 10 mm를 더 움직여, 외측과가 정강뼈 뒤로 거의 빠질 듯한 위치까지 갔습니다 [3].

안쪽은 달랐습니다. 허벅지뼈 내측과는 120도까지 앞뒤로 거의 움직이지 않다가, 그 뒤에 9 mm 뒤로 움직여 내측 반월판의 뒤쪽 뿔 위에 올라앉았습니다. 바깥쪽만 크게 움직인 결과, 120도까지 굽히는 동안 허벅지뼈는 바깥쪽으로 20도 돌았습니다. 이 회전은 체중을 실었을 때 더 크고 더 일찍 나타났습니다 [3].

반월판도 가만히 있지 않습니다. 1999년 같은 병원 연구팀은 젊은 축구 선수 16명이 무릎을 완전히 편 자세에서 90도까지 굽히는 동안의 반월판을 개방형 MRI로 쟀습니다. 공개된 초록 기준으로, 체중을 실었을 때 내측 반월판의 앞쪽 뿔은 평균 7.1 mm, 뒤쪽 뿔은 3.9 mm 움직였습니다. 외측 반월판은 앞쪽 뿔이 9.5 mm, 뒤쪽 뿔이 5.6 mm로 더 많이 움직였습니다 [4]. 가장자리가 덜 고정된 외측 반월판이 더 많이 움직인다는 1980년 연구팀의 해부학적 설명과도 방향이 맞습니다 [1].

1975년 연구의 공개된 초록에서도, 하중이 없을 때 접촉은 주로 반월판 위에서 일어났고 그 자리는 무릎을 편 자세에서 바깥쪽이던 것이 90도에서는 뒤쪽 바깥쪽으로 옮겨 갔습니다 [2]. 무게를 싣지 않은 조건이라 스쿼트에 그대로 옮기기는 어렵지만, 굽힐수록 접촉이 뒤쪽으로 간다는 방향은 위의 MRI 결과와 같습니다.

무릎뼈 쪽도 굽힘 각도에 따라 달라집니다. 2005년 미국 연구팀은 통증이 없는 16명(여성 8명, 남성 8명)을 개방형 MRI 안에서 서거나 쪼그린 자세로 찍었습니다. 공개된 초록 기준으로, 체중을 거의 싣지 않은 조건에서 남성의 슬개대퇴관절 접촉 면적은 무릎 굽힘 0도, 30도, 60도에서 각각 평균 210, 414, 520 mm²였습니다. 여성은 30도와 60도에서 더 작았지만 무릎뼈 크기로 나눠 보면 차이가 없었고, 한쪽 다리에 체중의 45%를 실으면 접촉 면적이 평균 24% 늘었습니다 [5]. 60도를 넘는 깊은 각도는 이 연구에서 재지 않았습니다. 깊이 앉을 때 무릎뼈 뒤에 걸리는 힘은 풀스쿼트는 무릎을 망가뜨릴까요에서 따로 다루었습니다.

이 연구들의 참가자는 모두 10~16명이었고 무릎 질환이 없는 사람들이었습니다. 무릎이 아픈 사람의 움직임이 같은지는 이 결과로 알 수 없습니다.

MRI에서 반월판 파열이 보이면 모두 통증의 원인일까요

50세가 넘은 일반인의 MRI에서 반월판 파열은 흔했고, 파열이 있는 사람 가운데 절반 넘게는 무릎 통증이 없었습니다. MRI의 파열 소견만으로 지금의 통증을 설명하기는 어렵다는 뜻입니다.

2008년 미국 연구팀은 무릎 문제와 상관없이 무작위 전화로 모집한 50~90세 주민 991명(여성 57%)의 오른쪽 무릎을 MRI로 찍었습니다. 반월판 파열이나 파괴가 있는 비율은 전체의 35%였고, 내측 반월판(28%)이 외측 반월판(12%)보다 흔했습니다. 나이가 많을수록 늘어, 50~59세 여성에서 19%, 같은 나이 남성에서 32%, 70~90세 여성에서 51%, 같은 나이 남성에서 56%였습니다 [6].

통증과의 관계는 약했습니다. 반월판 파열이 있던 297명 가운데 180명(61%)은 지난 한 달 동안 무릎 통증, 쑤심, 뻣뻣함이 한 번도 없었습니다. 엑스레이에서 관절염이 보이는 사람끼리 비교하면, 거의 매일 증상이 있는 사람의 파열 비율은 63%, 증상이 없는 사람은 60%로 차이가 없었습니다 [6].

연구팀은 이 결과를 50세 미만에게 일반화할 수 없다고 밝혔습니다. 젊고 활동적인 사람의 반월판 파열은 건강한 무릎이 다쳐서 생긴 경우가 많고, 중년 이후에는 퇴행 과정으로 생긴 파열이 대부분이라는 설명입니다 [6]. 무릎이 걸리거나 잠기는 증상은 조사하지 않았다는 점도 한계로 적었습니다 [6].

저는 이 연구를 이렇게 읽습니다. 헬스장에서 무릎이 시큰해 찍은 MRI에 반월판 파열이 나왔다고 해서, 그것이 곧 지금 아픈 이유라고 단정할 필요는 없습니다. 아픈 자리, 다친 순간이 있었는지, 무릎이 걸리는지를 진찰과 함께 맞춰 보아야 합니다.

이럴 때는 진료를 받아 보세요

무릎을 굽히고 버티는 구조가 여러 겹이어서, 운동 뒤의 가벼운 뻐근함은 대부분 하루 이틀 안에 가라앉습니다. 다음은 운동을 조절해 보기 전에 진료가 먼저인 경우입니다.

• 무릎이 비틀리거나 "뚝" 소리가 난 뒤 몇 시간 안에 무릎이 부어오릅니다
• 무릎이 어느 각도에서 걸려 끝까지 펴지지 않습니다
• 걷거나 방향을 바꿀 때 무릎이 힘없이 꺾이거나 빠지는 느낌이 듭니다
• 다친 다리에 체중을 싣기 어렵습니다
• 쪼그려 앉거나 몸을 비틀 때 무릎 안쪽이나 바깥쪽 관절 틈의 한 자리가 되풀이해 아프고, 무게를 줄여도 2주 넘게 이어집니다

다친 순간의 신호는 운동 중 뚝 소리와 함께 아팠다면과 운동하다 다친 직후 이틀에 정리해 두었습니다. 무릎이 부었다면 달리고 나서 부은 무릎을, 무릎 안쪽 아래가 아프다면 반월판 손상과의 구별을 다룬 거위발건염을, 아픈 자리가 애매하다면 아픈 자리로 짚어 보는 무릎 통증을 먼저 읽어 보시면 좋겠습니다.

저희는 마취통증의학과(통증의학) 전문의가 광화문·종로에서 근골격계 통증을 비수술적으로 진료합니다. 진찰과 초음파로 아픈 구조를 좁혀 보고, 수술이 필요해 보이는 손상이라면 그렇게 말씀드립니다.