척추는 어떻게 하중을 견딜까요 — 추체·디스크·후관절

척추 한 마디는 어떻게 생겼을까요

허리 척추 한 마디는 앞쪽의 추체와 디스크, 뒤쪽의 후관절 두 개가 함께 하중을 받는 구조입니다. 위아래 척추뼈 두 개와 그 사이의 디스크, 이들을 잇는 인대를 묶어 운동 분절(motion segment)이라고 부릅니다 [1].

척추뼈 앞쪽의 둥근 기둥이 추체입니다. 추체와 추체 사이에 디스크(추간판) 가 끼어 있습니다. 추체 뒤로는 고리 모양의 뼈(척추궁)가 척수와 신경이 지나는 통로를 둘러쌉니다. 이 고리에서 위아래로 돌기가 뻗어 나와, 위 척추뼈의 아래관절돌기와 아래 척추뼈의 위관절돌기가 좌우 한 쌍의 작은 관절을 이룹니다. 이것이 후관절입니다. 한 마디에서 앞쪽의 디스크 하나와 뒤쪽의 후관절 두 개, 모두 세 곳이 맞닿아 움직입니다.

허리 척추뼈 두 개를 옆에서 자른 단면(왼쪽이 배 쪽). 추체(Body) 사이의 Inter-vertebral fibro-cartilage가 디스크이고, 오른쪽 아래 Capsular ligt.가 후관절을 싸는 관절주머니입니다. 이 단면에서는 수핵과 섬유륜이 따로 구분돼 그려져 있지 않습니다. 출처: Henry Gray, Anatomy of the Human Body 20판(1918) 그림 301, 퍼블릭 도메인(Wikimedia Commons).

허리 척추를 둘러싼 척추기립근과 다열근, 복벽 근육도 하중을 나눕니다. 근육은 척추를 잡아 주는 동시에 척추를 누르는 힘도 보탭니다. 이 글은 뼈와 디스크, 관절의 구조만 다루고, 근육이 부하를 나누는 방식은 컨벤셔널 데드리프트는 어떤 근육을 쓸까요에서 종목별로 볼 수 있습니다.

척추는 왜 곧지 않고 S자로 휘어 있을까요

옆에서 본 척추는 목과 허리에서 앞으로 볼록하고, 등과 엉치에서 뒤로 볼록한 곡선을 이룹니다. 목의 앞굽음(경추 전만), 등의 뒤굽음(흉추 후만), 허리의 앞굽음(요추 전만), 엉치뼈의 뒤굽음이 이어진 모양입니다.

척추를 옆에서 본 모습(왼쪽이 배 쪽). 목(cervical)과 허리(lumbar)는 배 쪽으로, 등(thoracic)과 엉치는 등 쪽으로 휘어 있습니다. 허리 쪽 추체가 위쪽보다 굵은 것도 보입니다. 출처: Henry Gray, Anatomy of the Human Body 20판(1918) 그림 111, 퍼블릭 도메인(Wikimedia Commons).

곡선의 크기는 사람마다 꽤 다릅니다. 120편이 넘는 논문을 검토한 2014년 문헌고찰은 요추 전만 각도가 나이, 성별, 체질량지수, 인종, 운동 종목 같은 여러 요인에 따라 달라서 모두에게 똑같은 정상값을 정하기 어렵다고 보았습니다 [2]. 측정 자세나 각도에 포함하는 척추뼈 수에 따라 값이 달라진다는 점도 지적했습니다.

같은 고찰에서 요추 전만 각도는 척추분리증·척추전방전위증(협부형)과는 관련이 있었지만, 다른 퇴행성 변화와의 관련은 확인되지 않았습니다. 허리 통증과의 관련은 근거가 결론을 내리기 어려운 수준이었고, 가장 좋은 전만 범위는 아직 모른다고 정리했습니다 [2]. 헬스장에서 "허리가 너무 휘었다", "일자 허리다"라는 말을 들었더라도, 그 곡선 하나로 허리가 약하다고 단정할 근거는 부족합니다.

디스크 안의 수핵과 섬유륜은 무슨 일을 할까요

디스크는 물기 많은 수핵을 여러 겹의 섬유륜이 감싸고, 위아래를 얇은 연골판이 막은 압력 용기처럼 일합니다. 2017년 디스크 생체역학 문헌고찰의 정리를 따르면 구성은 이렇습니다 [1].

• 수핵: 디스크 가운데의 젤 같은 조직으로, 성인 디스크 부피의 40~50%를 차지합니다. 물기가 많아서 누르는 힘이 걸리면 내부 압력이 올라가고, 그 압력이 둘레의 섬유륜을 팽팽하게 당깁니다. 수핵의 수분은 나이가 들며 약 90%에서 70% 정도로 줄어듭니다.
• 섬유륜: 수핵을 둘러싼 15~25겹의 동심원 층입니다. 각 층은 힘줄처럼 질긴 콜라겐 섬유 다발로 되어 있고, 층마다 섬유가 비스듬히 반대 방향으로 엇갈립니다. 수핵의 압력을 받아 테두리 방향으로 버티는 힘을 냅니다.
• 연골 종판: 디스크 위아래를 추체와 잇는 두께 약 0.6mm의 얇은 연골판입니다. 누르는 힘이 걸리면 종판이 추체 쪽으로 최대 1mm가량 휘어 들어가고, 그만큼 수핵의 압력이 줄며 하중 일부가 섬유륜으로 옮겨 갑니다.

같은 고찰은 허리 디스크를 몸에서 가장 큰, 혈관이 없는 기관으로 설명합니다. 디스크가 닳은 경우에는 수핵의 물과 단백질(프로테오글리칸)이 줄면서 수핵 압력이 떨어지고, 누르는 하중이 섬유륜 쪽으로 더 옮겨 간다고 정리했습니다 [1].

수핵의 압력은 자세에 따라 크게 달라집니다. 1999년 연구팀은 45세, 체중 70kg 남성 자원자 1명의 퇴행이 없는 4~5번 허리 디스크 수핵에 지름 1.5mm의 압력 센서를 넣고 약 24시간 동안 기록했습니다 [3].

• 엎드려 누운 자세 0.1MPa, 편하게 선 자세 0.5MPa
• 선 채로 몸을 앞으로 숙인 자세 1.1MPa
• 받침 없이 앉은 자세 0.46MPa, 최대로 숙여 앉은 자세 0.83MPa
• 20kg을 허리를 둥글게 숙여 들 때 2.3MPa, 무릎을 굽혀 들 때 1.7MPa, 몸에 붙여 들 때 1.1MPa
• 밤사이 누워 있는 동안 0.1MPa에서 0.24MPa로 올라감

편하게 선 자세와 비교하면 20kg을 허리를 숙여 든 조건의 압력은 4배를 넘었습니다. 다만 사람 1명을 잰 결과이고, 공개된 초록만으로는 들기 조건이 어떻게 통제됐는지 자세히 알기 어렵습니다. 연구팀도 단일 대상 설계의 한계를 밝히면서, 근육 활동이 디스크 압력을 높이고 자세를 자주 바꾸는 것이 디스크로 영양을 실어 나르는 액체 흐름에 중요하다고 조심스럽게 결론지었습니다 [3]. 압력이 높다는 것이 곧 손상을 뜻하지는 않습니다. 허리를 말고 드는 동작이 실제로 디스크를 다치게 하는지는 연구 사이에 논쟁이 있는 주제여서 이 글에서 결론을 내리지 않습니다.

후관절은 하중을 얼마나 나눠 질까요

허리 척추에 걸리는 누르는 힘은 대개 디스크가 받지만, 허리를 젖히거나 디스크 높이가 낮아지면 후관절의 몫이 커집니다.

1980년 Adams와 Hutton은 사체의 허리 분절에 선 자세(허리가 앞으로 휜 자세)와 앉은 자세(살짝 굽힌 자세)를 흉내 내 하중을 걸었습니다. 오래 하중을 걸어 디스크 높이를 줄인 뒤에는 선 자세에서 후관절이 압박력의 약 16%를 버텼고, 앉은 자세에서는 전혀 받지 않았습니다 [4]. 공개된 초록에는 분절 수와 하중 크기 같은 세부 조건이 나오지 않습니다.

2017년 문헌고찰도 같은 방향으로 정리합니다. 척추궁 쪽이 받는 하중은 허리를 굽혔을 때보다 젖혔을 때 크고, 오래 눌려 있거나 퇴행으로 디스크가 좁아졌을 때 커진다는 것입니다 [1]. 디스크 높이는 하루 중에도 고정돼 있지 않습니다. 앞의 1999년 연구 초록은 7시간 수면 동안을 디스크가 물을 머금는(hydration) 구간으로 적었고, 이 동안 수핵 압력은 0.1MPa에서 0.24MPa로 올라갔습니다 [3].

후관절은 움직임의 방향도 정합니다. 허리에서는 아래 척추뼈의 위관절돌기가 위 척추뼈의 아래관절돌기를 바깥쪽에서 감싸듯 맞물립니다. 교과서적 해부학에서는 이 맞물림이 허리의 비틀림과 앞으로 미끄러지는 움직임을 막는 데 한몫한다고 설명합니다. 사체 분절 실험들을 모은 문헌고찰에서도 분절이 가장 크게 버틴 움직임은 비틀기였고, 그다음이 뒤로 젖히기, 옆으로 굽히기, 앞으로 굽히기 순이었습니다 [1].

압박·굽힘·전단은 척추에 어떻게 다르게 걸릴까요

같은 무게라도 척추를 위아래로 누르는 힘(압박), 앞뒤로 접는 힘(굽힘), 앞뒤로 미끄러뜨리는 힘(전단)은 척추의 서로 다른 부분에 부담을 줍니다.

• 압박: 바벨을 어깨에 지고 똑바로 서 있을 때처럼 척추를 위아래로 누르는 힘입니다. 사체 실험들을 정리한 문헌고찰에서 지나친 압박은 언제나 추체의 종판(뼈 끝판)을 먼저 손상시켰고, 수핵이 위아래로 밀려 들어가 슈몰 결절을 만들 수 있었습니다 [1]. 똑바로 누르는 힘에는 디스크보다 뼈 끝판이 먼저 무너지는 셈입니다.
• 굽힘: 척추를 앞이나 뒤로 접는 힘입니다. 같은 고찰에서 수핵이 섬유륜을 뚫고 나오는 탈출은 디스크가 굽혀진 상태에서, 또는 여러 방향의 힘이 한꺼번에 걸릴 때 일어났고, 빠르게 하중을 걸수록 잘 생겼습니다. 굽힘과 압박이 함께 걸리면 섬유륜에 방사형 균열과 탈출이 한 번의 큰 하중으로도, 반복 하중의 피로로도 생길 수 있었습니다. 비틀림이 더해지면 디스크 뒤쪽이 더 약해질 것으로 보았습니다 [1].
• 전단: 위 척추뼈를 아래 척추뼈에 대해 앞으로 밀어내는 힘입니다. 상체를 앞으로 숙이면 상체 무게가 척추를 앞으로 미끄러뜨리는 방향으로 작용하고, 밀거나 당기는 동작에서도 생깁니다. 2012년 Gallagher와 Marras는 사람 척추 분절의 전단 강도와 피로 실험 자료를 분석해, 하루 100회 이하의 가끔 걸리는 전단력은 1000N, 하루 100~1000회 반복되는 전단력은 700N을 한계로 권했습니다 [5].

이 숫자들을 읽을 때는 조건을 함께 봐야 합니다. 대부분 사체의 척추 분절을 기계로 눌러 얻은 값이고, 근육이 척추를 붙잡는 살아 있는 몸과는 다릅니다. 전단 한계는 반복 작업을 하는 근로자를 위한 권고여서, 훈련된 사람의 한 세트에 그대로 대입할 기준은 아닙니다. 공개된 초록에는 이 한계가 몇 개의 분절, 어떤 나이의 자료에서 나왔는지가 나오지 않습니다.

디스크가 한번 구조적으로 손상되면 되돌리기 어렵다는 점은 알아 둘 만합니다. 2006년 Adams와 Roughley는 종판 골절, 방사형 균열, 탈출 같은 구조 손상은 나이가 들면 누구에게나 생기는 변화가 아니며, 노화의 다른 특징보다 통증과 더 가깝게 관련된다고 보았습니다. 성인 디스크는 스스로 회복하는 능력이 제한돼 있어 구조 손상이 되돌려지지 않는다고 설명했습니다. 유전, 나이, 영양 공급 부족, 그동안 받은 하중이 디스크를 약하게 만들면 일상 동작에서도 손상이 생길 수 있다고 정리했습니다 [6]. 이 논문은 새 실험이 아니라 기존 문헌을 다시 해석한 고찰입니다.

저는 이 구조를 이렇게 정리합니다. 척추는 한 가지 힘에만 약한 막대가 아니라, 힘의 종류마다 먼저 버티는 부분이 다른 구조입니다. 누르는 힘은 추체와 디스크가, 젖히는 쪽은 후관절이 더 많이 받고, 굽힘과 비틀림이 겹칠 때 디스크 뒤쪽이 약해질 수 있습니다. 어떤 허리 자세로 들어야 하는가는 이 구조 설명만으로 답이 나오지 않는 문제여서 따로 다룰 주제입니다.

이럴 때는 진료를 받아 보세요

운동 뒤 허리 근육이 하루 이틀 뻐근한 것은 흔한 근육통입니다. 근육통과 다친 신호를 가르는 기준은 데드리프트 다음 날 허리가 뻐근한데, 근육통일까요 다친 걸까요에 정리해 두었습니다. 다음은 운동 조절보다 진료가 먼저인 경우입니다.

• 허리 통증이 엉덩이 아래, 다리 쪽으로 뻗치거나 다리가 저립니다
• 다리 힘이 빠지거나 발끝·발뒤꿈치로 서기가 어렵습니다
• 대소변 보기가 어려워지거나 사타구니·항문 주변 감각이 둔해졌습니다. 이 경우는 바로 응급실로 가야 합니다
• 들다가 뚝 하는 느낌과 함께 갑자기 심한 통증이 생겨 허리를 펴기 어렵습니다
• 무게를 줄이고 쉬었는데도 2주 넘게 같은 자리가 아픕니다
• 밤에 누워 있어도 아프거나, 열·체중 감소가 함께 있습니다

허리에서 다리로 내려가는 저림은 종각역 인근에서 허리와 다리 저림으로 진료받을 때를, 엉치 한 곳이 계속 아프다면 천장관절증후군과 허리디스크의 감별을 먼저 읽어 보시면 좋겠습니다. 허리 주사가 걱정된다면 신경차단술과 허리 주사, 얼마나 아플까도 도움이 될 수 있습니다.

저희는 마취통증의학과(통증의학) 전문의가 광화문·종로에서 허리를 포함한 근골격계 통증을 비수술적으로 진료합니다. 통증이 디스크와 후관절, 근육 가운데 어디에서 오는지 가려 보고, 운동을 어느 무게에서 다시 시작할지 함께 정합니다.