1. 척추의 해부학적 구조 

척추신경질환을 이해하는데 있어 척추와 척수신경의 해부학적 구조에 대한 지식은 매우 중요하며 향후 척추질환에 대한 치료계획을 수립하는데 필수적이다. 

1)척주와 추골 

(1) 척주(vertebral column): 

척주는 추골과 그사이에 섬유성 연골인 추간판(interverteral disc)과 수많은 인대로 구성된 몸 중심의 긴 원통모양의 뼈로써 성인은 대략 72-75cm 정도이다. 

(2) 척주 만곡( vertebral curvature): 

성인은 정상적으로 4개의 척추 만곡을 가지고 있는데 이것을 생리적 만곡이라 한다. 위로부터 경부만곡(cervical curvature), 흉부만곡 (thoracic curvature), 요부만곡(lumbar curvature), 천미 만곡(sacrococcygeal curvature)이 있고 이것은 인류가 직립 보행을 하면서 중력에 대한 몸의 평형을 유지하기 위해 생성된 것이다. 일차 만곡(primary curvature)은 척추가 후방으로 굽어 있는 상태이며 흉부 만곡과 천미 만곡이 이에 해당되고 네발동물과 같이 태아나 신생아기의 척추 형태이다. 경부 만곡은 생후 3-9개월 째 유아가 고개를 들고 앉기 시작하면서 발달하며 요부만곡은 생후 12-18 개월 째 걷기 시작하면서 발달하므로 이차 만곡 또는 대상성 만곡(secondary or compensatory curvature)이라고 한다. 측방 만곡(lateral curvature)은 시상면(sagittal plan-정면에서 몸의 정중심을 통과하는 선)에 대하여 생기지 않은 것이 원칙이나 성장기의 체위, 생활 습관, 대동맥의 위치, 오른손잡이의 영향으로 약간 우측으로 향한 측만증(scoliosis)이 일반인에게 더 흔히 관찰된다. 경부만곡은 뇌와 두개골을 지지해면서 스프링과 같은 역할을 하여 척주에 가해지는 충격이 뇌로 전달되는 것을 방지하기 적합하도록 구성되었고 흉부

만곡은 폐의 용적을 늘리고 심장을 보호하는 역할을 하며 요부만곡은 상부 체간의 하중을 지탱하고 중심을 잡기 용이하도록 형성된다. 천미 만곡은 골반내 장기를 보호하고 여성에 있어 산도를 형성하는데 중요한 역할을 한다. 

(3) 척추관( spinal canal) 

척추관은 머리의 대후두공(foramen magnum)으로부터 천골 하단의 열공까지 척추 내부에 비어 있는 공간으로써 추체의 추공(vertebral foramen)이 서로 연결되어 형성된다. 척추관은 내부에 척수(spinal cord), 신경근(spinal nerve root), 마미(cauda equina), 경막(dura matter), 뇌척수액(cerebrospinal fluid), 혈관, 경막외 지방조직(epidural fat tissue)을 담고있으며 측방으로 추간공(intervertebral foramen)을 통하여 신경근과 혈관을 출입시킨다. 위에서 바라본 척추관의 모양은 경추에서 둥근 삼각형이며 가장 크고, 흉추에서는 좁은 원형이되며, 요추에 이르러 다시 커지면서 각진 삼각형이 되고 천추에서는 점점 작아지면서 사라진다. 

(4) 척주 운동 

굴곡(flexion)과 신전(extension)- 청소년기에 가동성이 크며 노년기에 줄어든다. 

굴곡: 경추-60°, 흉요추-45° 신전: 경추-50°, 흉요추- 30° 

측방굴곡( lateral bending)-하부 경추와 상부 흉추에서 최대굴곡 할 수 있다. 

경추-50°, 흉요추-50° 

회선운동(rotation)- 경추부의 제2경추에서 최대이며 경추부는 운동영역이 매우 넓지만하부 요추로 갈수록 회전 반경은 줄어든다. 

경추-70°, 흉요추-40° 

(5) 추간판( intervertebral disc) 

추간판은 각각의 추체를 서로 단단히 연결해주어 추체를 안정화시키면서 성분이 섬유성 연골로 구성된 점성탄력체(viscoelastic tissue)로 척추에 가해지는 충격을 흡수하고 척추 운동에 유연성을 제공하는 역할을 한다. 정상적으로 제1경추와 제2경추사이를 제외하고 23개의 추간판이 있고 요추부로 내려 갈수록 넓이와 높이가 커지고 높아진다. 

대략 추간판은 전체 척주 길이의 1/4 정도이며 요추부에서는 척추체 높이의 약 1/3 정도의 높이를 보인다. 

추간판은 수핵(nucleus pulposus), 섬유륜(annulus fibrosus), 연골단판( vertebral endplate)으로 구성되어 있다. 수핵은 95%의 수분과 교원질, hyaluronic acid, protegrycan 과 같은 교양질로 구성되어 있고 운동시 척추의 충격을 흡수하고 척추에 가해지는 압 력을 고르게 분산시키는 역할을 한다. 섬유륜은 수핵을 감싸고 있으며 강인하고 탄력성있는 탄력섬유질로 구성되어 척추를 안정화하고 충격을 흡수하는 역할을 담당한다. 

연골단판은 인접한 추체와 섬유륜을 서로 연결해 주고 상호간의 수액 교환을 담당하며 영양분이나 화학물질에 대한 투과 장벽의 역할도 한다. 또한 성장기에는 추체 발육을 담당하는 성장판의 역할도 수행한다. 

추간판은 인체의 성장이 끝나 가는 20대 초반부터 퇴행성변화를 시작하고 이러한 퇴행성 변화는 다른 장기와 마찬가지로 일생을 두고 점차적으로 진행하는 생리적이고 비가역적인 현상이다. 퇴행성 변화는 수핵을 구성하고 있는 proteoglycan 중에 물분자와 친화력이 강한 keratan sulfate라는 성분이 양적으로 감소하면서 수핵내의 탈수화가 일어 나고 부드럽고 탄력적인 collagen typeII 성분이 딱딱하고 비탄력적인 typeI으로 변화를 일으켜 수핵내의 수분 함유량이 줄면서 탄성을 잃는 탈수화 현상으로 시작한다. 섬유륜 역시 구성 성분이 탈수화 되면서 탄력성을 잃게되고 섬유질 사이에 틈이 갈라지고 이부위에 교원섬유질과 비교원질 단백 및 -protein이 침윤하여 척추체 사이에 운동 불안정성이 증가하게된다. 한편 연골단판면에 수액 확산교환(fluid diffusion transportation)을 위해 존재하는 미세구멍(micropore)이 막혀감에 따라 추간판의 물질대사가 감소한다. 

이러한 퇴행성 변화는 추간판에 탄력성과 유연성을 감소시키고 하중에 대한 힘의 재분배능력과 충격에 대한 흡수능력을 상실하게 되어 인접 추체간의 척추 분절 운동에 장애를 초래한다. 척추는 힘의 균형을 잃고 안정성을 상실하게 되며 척추분절 사이에 발생한 과도한 긴장은 후방관절과 지지인대 및 근육에 집중되어 통증을 유발한다. 

(6) 척추 인대 

척추체의 앞뒤로 전종인대(anterior longitudinal ligament)와 후종인대(posterior longitudinal ligament)가 있어 척추체를 강인하게 지지해주며 후궁(lamina)사이에는 황색인대(ligamentum flavum)가 있다. 그외 횡돌기간인대(intertransverse ligament), 극간 인대(interspinous ligament), 극상인대(supraspinous ligament), 관절인대(capsular

ligament)가 있으며 척추체의 안정성을 유지하는 필수적인 조직들이다. 예상하지 못한 생리적 운동 범위 이상의 급작스러운 척추 운동은 척추 인대의 손상을 입히며 이로 인한 척추체의 운동제한이나 동통을 척추 염좌라고 한다. 극간인대와 황색인대를 제외한 인대는 통증 수용체를 갖고 있어 매우 통각에 민감하지만 수핵과 섬유륜의 안쪽 2/3에 는 통증 수용체가 없어 통증을 느낄 수 없다. 따라서 추간판의 퇴행성 변화로 섬유륜의 바깥 1/3까지 균열이 발생하면 묵직하고 애매한 통증을 느낄 수 있으며 균열을 따라 수핵이 밀고 나오면서 통증 수용체와 신경을 자극할 때 본격적인 통증을 발생시킨다. 

2. 척추생체역학 

척추 추간판의 변성은 수핵과 섬유륜의 생화학적 성상의 변화와 대사성 환경의 변화로 발생하는데 이러한 변화는 척추에 가해지는 반복적인 기계적 자극이나 자가면역반응 (autoimmune reaction)이 관여하는 것으로 알려져 있다. 따라서 척추질환을 이해함에 있어 척추에 가해지는 긴장과 변성간의 상호관계를 생체역학적인 측면을 알아둘 필요가 있다. 

척추에 가해지는 부하의(loading) 70%는 전방의 척추체에서 담당하고 나머지 30%는 후관절돌기와 관절면이 분담한다. 추간판은 수핵이 추간판 횡단면의 50-60%를 점유하고 있으며 섬유륜이 수핵을 완전히 둘려 싸면서 추체사이를 강인하게 연결시켜 줌으로써 척추의 안정성(stability)과 굴곡성(flexibility)을 제공한다. 섬유륜의 전방과 측방은 후방에 비해 약 2배 정도 두꺼우며 후방의 섬유륜의 섬유층이 적고 인접한 섬유층과 거의 평행하게 달리므로 수핵의 후방 탈출이 쉽게 발생한다. 

추간판은 creep and relaxation이라는 점성 탄력(viscoelasticity) 특성을 갖는데 creep은 일정한 압박 하중에 노출된 추간판의 시간에 따른 변형의 정도에 대한 표현으로 척추의 creep 은 수핵을 구성하는 액체가 추간판의 안에서 밖으로 점진적으로 이동하며 압력하중에 의한 추간판 내부압력의 변화를 최소화한 후 압박이 사라지면 다시 액체를 복원시킬 수 있는 독자적인 능력이 있다. 이러한 수핵의 높은 압력 흡수능력은 proteoglycan으로 구성된 겔(gel)에 의해서 발생하며 겔은 자신의 체적보다 9배 많은 수분과 결합하는 능력이 있다. 따라서 이러한 현상은 아침과 저녁에 약 1%의 신장차이를 보이는 원인된다. 

총체적으로 볼 때 수핵은 직접적인 하중의 전달보다는 수직부하(vertical load)의 분산 재분배역활을 주로 담당하며 정상적인 추간판의 높이, 인대의 긴장도, 관절의 정렬을 유지하는데 필수적인 역할을 한다. 반면 섬유륜은 수직부하의 전달과 접선부하(tangental load)를 감당하며 척추의 안정성을 유지하고 수핵이 없이 섬유륜 단독으로도 정상범위 안에서의 운동 부하를 극복하기에 충분할 만큼 강인하다. 수핵의 퇴행성 변화는 척주에 가해지는 수직부하에 대한 겔의 충격흡수장애 및 하중의 분산 재분배 장애를 유발하여 섬유륜은 심한 수직부하와 접선부하를 동시에 받게되어 퇴행성 변화를 가속화시킨다.