레그 익스텐션은 무릎에 나쁠까요

레그 익스텐션이 무릎에 나쁘다는 말은 어디서 나왔을까요

레그 익스텐션이 무릎에 나쁘다는 걱정은 크게 두 갈래입니다. 하나는 전방십자인대, 다른 하나는 무릎뼈 뒤쪽 관절입니다. 앉아서 무릎을 펴는 운동은 무릎을 거의 편 구간에서 정강뼈를 앞으로 끌어당기는데, 그 힘을 받아 내는 구조가 전방십자인대입니다. 무릎뼈 뒤쪽 이야기는 아래에서 따로 다룹니다.

오른쪽 무릎을 굽힌 채 앞에서 본 그림으로, 무릎뼈는 그려져 있지 않습니다. 허벅지뼈 두 관절융기 사이에서 전방십자인대(Anterior cruciate)와 후방십자인대(Posterior cruciate)가 서로 엇갈리는 모습을 볼 수 있습니다. 출처: Henry Gray, Anatomy of the Human Body 20판(1918) 그림 347, 퍼블릭 도메인(Wikimedia Commons).

무릎 안에는 십자 모양으로 엇갈린 인대가 두 개 있습니다. 전방십자인대는 정강뼈가 허벅지뼈 앞으로 미끄러지지 않게 막고, 후방십자인대는 뒤로 밀리지 않게 막습니다. 레그 익스텐션에서 대퇴사두근이 수축하면 그 힘은 무릎뼈 아래 슬개건을 거쳐 정강뼈 윗부분을 당깁니다.

2012년 Escamilla 연구팀의 문헌고찰은 이 힘의 방향이 무릎 각도에 따라 바뀐다고 설명합니다. 무릎 굽힘 0~60도 무렵에서 대퇴사두근은 정강뼈를 앞으로 당겨 전방십자인대에 부하를 주고, 약 60도보다 깊게 굽힌 구간에서는 오히려 뒤쪽으로 당겨 부하를 덜어 줍니다. 햄스트링은 모든 각도에서 정강뼈를 뒤로 당겨 전방십자인대의 부담을 덜어 줍니다 [3].

스쿼트나 레그프레스처럼 발이 바닥이나 발판에 붙어 있는 운동은 닫힌 사슬 운동, 레그 익스텐션처럼 발끝이 허공에서 움직이는 운동은 열린 사슬 운동이라고 부릅니다. 닫힌 사슬 운동에서는 햄스트링이 함께 일하고, 레그 익스텐션에서는 대퇴사두근이 거의 혼자 일합니다. 걱정의 뿌리는 여기에 있습니다. 레그 익스텐션이 어느 근육을 키우는지는 레그 익스텐션은 어디를 키울까요에서 따로 다뤘습니다.

레그 익스텐션은 전방십자인대를 실제로 얼마나 당길까요

레그 익스텐션은 무릎을 거의 편 구간에서 전방십자인대를 당기지만, 인대가 온전한 사람에게서 인대를 끊을 만큼 당긴다는 연구는 찾지 못했습니다.

Escamilla 연구팀은 1998년에 남성 10명이 12회 반복할 수 있는 최대 무게로 스쿼트, 레그프레스, 레그 익스텐션을 하는 동안 무릎 안의 힘을 근육 모델로 추정했습니다. 전방십자인대의 장력은 레그 익스텐션에서만 나타났고, 무릎을 거의 편 구간에서 생겼습니다. 스쿼트와 레그프레스에서는 후방십자인대의 최대 장력이 레그 익스텐션의 약 두 배였고, 무릎을 굽힐수록 커졌습니다 [1]. 스쿼트는 햄스트링 활성도 레그프레스와 레그 익스텐션의 약 두 배였습니다 [1].

모델 계산이 아니라 인대의 늘어남을 직접 잰 연구도 있습니다. Beynnon 연구팀은 1997년 전방십자인대가 정상인 사람에게서 인대가 늘어나는 비율(변형률)을 직접 재며 스쿼트와 앉아서 무릎을 굽혔다 펴는 동작을 비교했습니다. 두 운동의 최대 변형률은 차이가 없었습니다. 스쿼트에서는 저항을 더해도 변형률이 달라지지 않았지만, 앉아서 무릎을 펴는 동작에서는 저항을 더하면 변형률이 커졌습니다 [2]. 연구팀은 스쿼트가 앉아서 무릎을 펴는 운동보다 전방십자인대를 꼭 더 보호하는 것은 아니라고 해석했습니다 [2]. 공개된 초록에는 참가자 수와 저항의 크기가 나오지 않습니다.

2012년 문헌고찰은 이런 자료를 모아 다음과 같이 정리했습니다 [3].

• 앉아서 하는 무릎 펴기와 서서 하는 운동 모두, 전방십자인대 부하는 무릎 굽힘 10~50도에서 크고 10~30도 사이에서 가장 컸습니다. 60도를 넘으면 부하가 없었습니다.
• 같은 10~50도 구간에서는 앉아서 하는 무릎 펴기의 부하가 스쿼트·레그프레스·런지보다 컸습니다.

인대가 얼마까지 버티는지를 잰 연구도 있습니다. Woo 연구팀은 1991년 시신 무릎 27쌍에서 넙다리뼈–전방십자인대–정강뼈를 한 덩어리로 잡아당겨 끊어지는 힘을 쟀습니다. 22~35세 시신 무릎을 해부학적 방향으로 당겼을 때 최대 하중은 평균 2160N(표준편차 157N)이었고, 나이가 많은 무릎일수록 이 값이 작았습니다 [8]. 다만 레그 익스텐션에서 인대에 걸리는 힘을 이 값과 직접 견준 원 자료는 이 글에서 확인하지 못해, 몇 배의 여유가 있다고 숫자로 말하지는 않겠습니다.

한계도 분명합니다. 인대 변형을 직접 잰 연구는 십자인대와 무관한 무릎 수술을 받는 환자에게서 이뤄졌고, 대개 맨몸이나 가벼운 저항만 썼습니다. 모델 연구는 인대의 힘을 직접 재지 않고 계산으로 추정합니다. 연구팀도 두 방법의 결과를 조심해서 해석해야 한다고 적었습니다 [3]. 무거운 무게로 수년간 레그 익스텐션을 한 사람의 인대가 어떻게 되는지를 추적한 연구는 이 글에서 찾지 못했습니다.

저는 이 결과를 이렇게 읽습니다. 전방십자인대가 온전한 사람에게 레그 익스텐션은 무릎을 거의 펼 때 인대를 당기는 운동이지만, 그 자체로 인대를 끊는 운동이라고 볼 근거는 없습니다.

전방십자인대를 다쳤거나 재건 수술을 받았다면 피해야 할까요

전방십자인대 재건 수술 뒤에는 레그 익스텐션을 언제, 어느 각도로 시작할지를 재활 단계에 맞춰 정해야 하지만, 무조건 피해야 한다는 근거는 약합니다.

재활에서 레그 익스텐션을 꺼린 이유는 이식한 인대가 아직 약한 시기에 늘어날 수 있다는 걱정이었습니다. Perriman 연구팀은 재건 수술 뒤 열린 사슬 운동과 닫힌 사슬 운동을 비교한 무작위 대조시험 10편(참가자 485명, 74%가 남성)을 모았고, 그 가운데 5편의 자료를 합쳐 메타분석했습니다. 정강뼈가 앞으로 밀리는 정도(전방 이완), 대퇴사두근 근력, 환자가 보고한 기능 모두 어느 추적 시점에서도 두 운동 사이에 유의한 차이가 없었습니다. 열린 사슬 운동을 수술 뒤 6주 안에 시작한 경우와 그 뒤에 시작한 경우 모두 그랬습니다 [4].

같은 분석에는 조심할 대목도 있습니다. 무릎뼈 힘줄로 만든 이식건은 열린 사슬 운동을 일찍 시작해도 이완이 늘지 않았지만, 햄스트링 힘줄로 만든 이식건은 연구마다 결과가 엇갈렸습니다. 수술 6주째부터 무릎을 끝까지 펴는 범위로 빠르게 넓힌 연구에서는 열린 사슬 운동 그룹의 이완이 평균 1.4mm 더 컸고(재파열과 관련된다고 보는 2mm보다는 작았지만 신뢰구간의 위쪽 끝은 이를 넘었습니다), 12주까지 무릎 굽힘 45~90도 범위로만 운동한 연구에서는 차이가 없었습니다. 연구팀은 근거의 질을 낮음~중간으로 평가했고, 수술 후 첫 12주에는 열린 사슬 운동을 조심스럽게 도입하라고 권했습니다 [4].

2012년 문헌고찰은 수술 초기처럼 인대 부하를 줄여야 할 때 앉아서 하는 무릎 펴기를 무릎 굽힘 90도에서 약 45도 사이의 범위로 하라고 제안했습니다. 특히 햄스트링 힘줄로 만든 이식건이나 기증받은 이식건은 더 조심스럽게 진행하라고 적었습니다 [3]. 연구팀은 이 권고 가운데 상당 부분이 과학적 자료보다 임상 경험에 기대고 있다고도 밝혔습니다 [3].

수술 뒤 재활 중이라면 운동 범위와 시작 시점은 수술한 의료진과 재활 담당자의 계획을 따르는 것이 맞습니다. 이 글은 건강한 무릎을 가진 분이 헬스장에서 하는 레그 익스텐션을 기준으로 씁니다.

무릎뼈 뒤쪽 관절에는 어느 각도에서 부담이 클까요

레그 익스텐션에서 무릎뼈 뒤 슬개대퇴관절의 스트레스는 무릎을 거의 편 구간에서 크고, 깊게 굽힌 구간에서는 오히려 스쿼트나 레그프레스보다 작았습니다.

레그 익스텐션에서 무릎은 90°(굽힘)에서 0°(폄)까지 움직입니다. 연구에서 전방십자인대를 당기는 힘과 무릎뼈 뒤 관절의 스트레스는 무릎을 거의 편 쪽(주황색)에서 컸고, 수술 초기처럼 부하를 줄여야 할 때는 90°에서 45°까지(청록색)로 범위를 좁히는 방법이 제안됐습니다. 개념도입니다(AI로 제작).

무릎뼈(슬개골)는 허벅지뼈 앞쪽 홈에 얹혀 대퇴사두근의 힘을 정강뼈로 전하는 도르래 역할을 합니다. 무릎뼈 뒷면과 허벅지뼈가 맞닿는 곳이 슬개대퇴관절입니다. 연구에서 말하는 스트레스는 관절이 받는 힘을 맞닿은 면적으로 나눈 값이어서, 힘이 같아도 맞닿는 면적이 좁으면 커집니다.

Steinkamp 연구팀은 1993년 18~45세의 무릎이 정상인 20명(남녀 각 10명)을 대상으로 레그프레스와 레그 익스텐션의 슬개대퇴관절 부하를 무릎 굽힘 0·30·60·90도에서 계산했습니다. 0도와 30도에서는 무릎 모멘트, 관절 반력, 관절 스트레스 세 가지가 모두 레그 익스텐션에서 컸습니다. 60도와 90도에서는 셋 모두 레그프레스에서 컸습니다. 두 운동의 스트레스 곡선은 무릎 굽힘 48도에서 교차했습니다 [5]. 공개된 초록에는 무릎 펴기의 저항을 어떻게 걸었는지가 나오지 않습니다. 연구팀은 슬개대퇴관절염 환자가 일상 동작에 쓰이는 범위에서는 레그 익스텐션보다 레그프레스를 더 잘 견딜 수 있다고 보았습니다 [5].

2014년 Powers 연구팀은 저항을 거는 방식에 따라 결과가 달라진다는 점을 짚었습니다. 무릎 통증이 없는 24~40세 10명(남녀 각 5명)이 맨몸 스쿼트와 두 가지 앉은 무릎 펴기를 했습니다. 하나는 발목에 추를 다는 방식이고, 다른 하나는 정강이에 댄 패드가 늘 정강이와 직각으로 저항을 거는 기구 방식이었습니다. 두 무릎 펴기의 무게는 허벅지 바깥쪽 근육(외측광근)의 근전도가 스쿼트와 비슷해지도록 맞췄고, 평균 4kg 남짓이었습니다 [6].

결과는 이랬습니다 [6].

• 무릎 굽힘 0·15·30도에서는 두 무릎 펴기의 슬개대퇴관절 스트레스가 모두 스쿼트보다 컸습니다. 0도에서 발목 추 방식은 평균 8.4MPa, 기구 방식은 7.9MPa, 스쿼트는 0.3MPa였습니다.
• 45도에서는 세 운동 사이에 차이가 없었습니다.
• 90도에서는 스쿼트가 12.3MPa로 가장 컸고, 기구 방식은 6.5MPa, 발목 추 방식은 0.5MPa였습니다.
• 발목 추 방식은 무릎을 펼수록 스트레스가 커졌지만, 기구 방식은 전 범위에서 5~8MPa 안팎으로 비교적 고르게 유지됐습니다.

연구팀은 계단을 오르내릴 때의 스트레스가 약 4MPa라는 선행 자료를 기준으로 삼아, 스쿼트는 0~45도, 발목 추 방식의 무릎 펴기는 45~90도 범위로 하면 스트레스를 그보다 낮게 유지할 수 있다고 제안했습니다. 기구 방식은 전 범위에서 4MPa를 넘었으므로 조심해서 쓰라고 적었습니다 [6]. 다만 이 값은 검증되지 않은 모델로 계산한 추정치이고, 참가자는 통증이 없는 사람들이었으며, 무게를 드는 구간만 분석했다는 한계를 연구팀이 직접 밝혔습니다 [6]. 헬스장의 레그 익스텐션 기구는 저항이 걸리는 방식이 기구마다 달라, 이 연구의 두 방식 가운데 어느 쪽에 가까운지 단정하기 어렵습니다.

1998년 Escamilla 연구의 결과도 같은 방향입니다. 슬개대퇴관절을 누르는 힘은 스쿼트·레그프레스에서는 무릎을 깊게 굽혔을 때, 레그 익스텐션에서는 무릎을 펴는 동작의 중간 범위에서 가장 컸습니다 [1]. 누르는 힘이 가장 큰 각도와 스트레스가 가장 큰 각도가 꼭 같지는 않다는 점은 함께 보아야 합니다.

정리하면 레그 익스텐션과 스쿼트는 무릎뼈 뒤쪽에 부담을 주는 각도가 서로 반대입니다. 스쿼트에서 무릎이 발끝을 넘을 때의 슬개대퇴관절 이야기는 스쿼트할 때 무릎이 발끝을 넘으면 안 될까요에 정리해 두었습니다. 이 연구들은 모두 통증이 없는 사람에게서 계산한 추정값이고, 참가자는 10~20명이었습니다.

무릎 앞쪽이 아픈 사람도 레그 익스텐션을 해도 될까요

무릎 앞쪽이 아픈 분에게도 레그 익스텐션이 금지 운동은 아니지만, 무릎을 거의 편 구간은 줄여서 쓰는 편이 나을 수 있습니다.

Witvrouw 연구팀은 2000년 슬개대퇴통증 환자 60명을 무작위로 나눠 5주 동안 닫힌 사슬 운동만 또는 열린 사슬 운동만 하게 했습니다. 두 그룹 모두 통증이 유의하게 줄고 기능이 좋아졌습니다. 일부 기능 검사에서는 닫힌 사슬 운동 그룹의 결과가 더 좋아, 연구팀은 닫힌 사슬 운동이 조금 더 효과적이라고 보았습니다 [7]. 공개된 초록에는 열린 사슬 운동으로 무엇을 어느 각도에서 했는지, 기능 검사의 구체적인 수치가 나오지 않습니다.

위의 각도 연구들을 함께 놓고 제 판단으로 옮기면 이렇습니다.

• 무릎이 아프지 않다면 레그 익스텐션을 전 범위로 해도 무리한 운동이라고 보기는 어렵습니다. 무게를 반동 없이 조절할 수 있는 정도로 둡니다.
• 무릎 앞쪽이 아프다면 무릎을 90도쯤 굽힌 자리에서 45도 무렵까지만 펴는 식으로 범위를 좁히고 무게를 낮춰, 그 범위에서 아프지 않은지를 먼저 봅니다. 기구 방식은 범위를 좁혀도 스트레스가 크게 줄지 않았으므로 무게를 함께 줄이는 쪽이 중요할 수 있습니다.
• 무릎 앞쪽이 아픈 날 레그 익스텐션 대신 레그프레스를 고른다면, 이번에는 깊게 굽힌 구간이 무릎뼈 뒤쪽에 더 부담스럽다는 점을 기억합니다 [5].

이 목록은 건강한 사람을 잰 연구에서 끌어낸 해석입니다. 범위를 좁힌 레그 익스텐션이 무릎 앞쪽 통증을 더 빨리 줄이는지를 직접 비교한 결과는 아닙니다. 대퇴사두근 가운데 안쪽 갈래만 따로 키워야 무릎이 낫는다는 말이 맞는지는 대퇴사두근 네 갈래 중 대퇴직근만 다른 점은 무엇일까요에서 다뤘습니다.

통증이 생기면

레그 익스텐션 다음 날 허벅지 앞이 양쪽 고르게 뻐근하다가 며칠 안에 풀리는 것은 대개 근육통입니다. 아래와 같은 경우는 각도나 무게를 바꾸는 것으로 넘기지 않는 편이 좋습니다.

• 무릎이 붓거나 열감이 있습니다
• 무릎이 걸리는 느낌이 들거나, 힘이 풀리며 꺾이는 느낌이 있습니다
• 운동 중 무릎 안에서 뚝 하는 소리와 함께 아픈 뒤 무릎이 불안정합니다
• 계단을 내려가거나 오래 앉았다 일어날 때처럼 일상 동작에서도 무릎 앞쪽이 아픕니다
• 범위와 무게를 줄였는데도 2주 넘게 같은 자리가 아픕니다

무릎 앞쪽이 아프다면 러너 무릎(슬개대퇴통증)을, 무릎뼈 아래 힘줄을 누르면 아프다면 슬개건염을, 계단을 내려갈 때 아프다면 계단 내려갈 때 무릎이 아프다면을 먼저 읽어 보시면 좋겠습니다. 아픈 자리가 애매하면 아픈 자리로 짚어 보는 무릎 통증이, 무릎이 부었다면 달리고 나서 부은 무릎이 도움이 될 수 있습니다.

저희는 마취통증의학과(통증의학) 전문의가 광화문·종로에서 근골격계 통증을 비수술적으로 진료합니다. 인대 파열이 의심되면 수술 여부를 판단하는 과로 안내해 드리고, 그렇지 않다면 어느 각도와 무게에서 운동을 다시 시작할지를 함께 정할 수 있습니다.