소개

우리는 아킬레스건이 적절한 부하(loading)를 필요로 한다는 점과 여러 재활 모델이 개발되어 왔다는 점을 알고 있습니다. 그럼에도 불구하고 아킬레스건병(아킬레스건 통증) 재활 후 많은 환자들이 만족스럽지 않은 결과를 경험하며, 더 만성적인 건병으로 이어지곤 합니다. 현장에서는 부하를 힘줄의 수용 능력, 조직의 자극 정도(tissue irritability), 증상 반응에 따라 처방하고 점진적으로 진행합니다. 일반적으로 양측 운동이 편측 운동보다 더 쉽고, 점프(hopping) 운동이 점프가 없는 운동보다 더 부담이 크다는 것도 알고 있습니다.  

로드(loading) 요인에 대해 이미 많이 알고는 있지만, 실제 임상에서 우리가 고려하는 요인은 대부분 외부 운동 처방 용량에 기반해 있으며, 환자 개인의 힘줄 특성(내부 요인)이 미치는 영향을 거의 무시하고 있습니다. 대부분의 재활(rehabilitation) 의사결정은 운동 선택, 반복 횟수, 외부 저항, 속도, 관절 가동범위(range of motion) 같은 외부 운동 용량에 근거합니다. 그러나 처방된 과제가 힘줄이 실제로 경험하는 내부 기계적 용량(internal mechanical dose)으로 어떻게 이어지는지는 훨씬 덜 명확합니다.

이 논문은 왜 어떤 환자에게는 운동이 도움이 될 수 있는지, 반면 다른 환자에게서는 같은 운동이 거의 또는 전혀 효과를 내지 못할 수 있는지를 생체역학적으로 설명합니다. 우리는 이 생체역학 연구를 임상 사례와 핵심 시사점으로 나눠 정리해보려고 합니다.

방법

Funaro 등은 중부 아킬레스건 아킬레스건병증 환자를 대상으로, 6가지 흔한 재활 운동 동안 아킬레스건 내부의 변형(텐던 변형률)을 추정하기 위해 대상별(개인별) 단면적(단면) 유한요소 모델링 연구를 수행했습니다.

지난 5년 이내에 아킬레스건 통증이 간헐적으로 나타났던 병력이 있고, 그 증상이 연속 6주를 초과한 경우 연구에 포함했습니다. 또한 해당 기간 중 건 통증이 악화됐다가 호전된 에피소드가 최소 1회 이상 있었어야 했습니다. 그뿐 아니라, 아킬레스건 중간(중부) 부위에서 만져서 확인되는 국소적이고 통증이 있는 두꺼워짐이 있어야 했으며, 이는 아킬레스건 건병증(아킬레스건 tendinopathy)에 대한 초음파(sonographic) 근거로 뒷받침돼야 했습니다. 

다음의 경우에는 연구 참여자가 제외되었습니다: 이전에 아킬레스건 수술을 받은 사람, 아킬레스건 파열이 있었던 사람, 콜라겐 조직과 관련된 전신 질환이 있는 사람, 그리고 부착부위(삽입부) 아킬레스건 건병증(인서셔널 아킬레스 텐디노패시)이 있는 경우. 또한 종골(뒤꿈치뼈) 골극(calcaneal spurs), 족저근막염(plantar fasciitis) 또는 발과 발목의 다른 질환이 있는 사람도 제외되었습니다. 

참여자 전원이 빅토리아 스포츠 사정-아킬레스 설문지(VISA-A)를 작성해, 통증과 기능에 대한 정보를 얻었습니다. 

참가자들은 먼저 등속성 다이너모미터에서 최대 족저굴곡(maximal plantarflexion) 수축을 수행했습니다. 그다음 3차원 자유손 초음파를 이용해 아킬레스건을 휴식 시와 수축 시에 평가했습니다. 수축은 최대 노력의 30% 및 60%에서 진행했습니다. 이 측정값을 바탕으로 연구진은 각 참가자에 대해 건 길이, 신장(elongation), 단면적(cross-sectional area), 힘(force), 강성(stiffness)을 추정했습니다. 

두 번째 실험 세션에서는 참가자들이 6가지의 일반적인 재활 운동을 무작위 순서로 각각 5회 반복했습니다. 운동은 양측 발뒤꿈치 들기, 양측 발뒤꿈치 내리기, 무릎을 편 상태에서의 한쪽 발뒤꿈치 내리기, 걷기, 무릎을 굽힌 상태에서의 한쪽 발뒤꿈치 내리기, 그리고 양측 호핑이었습니다. 모션 캡처, 포스 플레이트 데이터, 표면 근전도(EMG)를 근골격 모델링과 결합해, 각 운동 동안 가자미근과 양쪽 비복근에서 발생한 힘을 추정했습니다.

이 측정값들은 각 참가자의 아킬레스건을 바탕으로 개인화된 컴퓨터 모델을 만들기 위해 사용됐습니다. 주요 모델에는 건의 개별적인 형태, 강성(stiffness), 그리고 근육 힘이 포함돼 있었으며, 이를 통해 연구진은 아킬레스건의 중간부(midportion)에서의 변형률(strain)을 추정하고, 운동을 변형률이 낮은 것부터 높은 것 순으로 정렬(순위화)할 수 있었습니다.

참가자 간 차이를 설명하는 요인을 살펴보기 위해 추가 모델 2개를 만들었습니다. 한 모델은 개별 힘줄 강성은 유지하되 평균 근육 힘을 사용했고, 다른 모델은 개별 근육 힘은 유지하되 평균 힘줄 강성을 사용했습니다. 이를 통해 저자들은 예측된 힘줄 변형률이 근육-힘 생성의 영향이 더 큰지, 아니면 힘줄의 특성의 영향이 더 큰지를 비교할 수 있었습니다. 바깥쪽 힘줄의 형태는 개인화했지만, 내부의 소힘줄(subtendon) 배치와 비틀림(twist)은 개별 측정이 아니라 일반적인 해부학적 모델을 기반으로 했습니다.

이 연구의 1차 결과는 아킬레스건 통증(아킬레스건병증)이 있는 참여자에서, 여섯 가지 운동 각각에 대해 아킬레스건 중간부에서의 평균 최대 변형률(스트레인)이었습니다. 이어서 연구진은 최고 국소 변형률과 그 위치, 그리고 참여자 간 변형률의 변이를 함께 살펴보았습니다. 선행 연구 근거에 기반해, 건 적응에 필요한 최적 변형률 범위로 5~7%를 사용했습니다. 

중요하게도, 모든 측정은 어떤 재활 계획을 시작하기 전에 수행되었습니다. 이러한 방식으로, 본 연구는 재활 계획을 도입하기 전 통증성 건병증 단계에서 아킬레스건의 특성과 하중에 대한 반응을 반영합니다.

결과

중부 힘줄 부위(Achilles) 아킬레스건 병증 환자 21명이 모집됐고, 이들 중 남성 17명, 여성 4명이었다. 평균 연령은 49세(+/-13세)였으며, 평균 키는 178 cm(+/-8 cm), 평균 체중은 75 kg(+/- 12kg)이었다. 평균 VISA-A 점수는 73(+/- 19)이었다. 

가장 낮은 평균 중부 섬유 구간의 아킬레스건 긴장(부상)부터 가장 높은 수준까지, 다음 순위가 공개되었습니다.

모든 운동은 서로 통계적으로 유의하게 달랐습니다. 다만 무릎을 편 상태에서의 보행과 편측 힐 드롭은 유사한 긴장(부하)을 유발해 예외였습니다. 

이 결과를 바탕으로, 집단 평균은 신전된 무릎 상태에서의 편측 힐 드롭과 보행이 힘줄 적응을 촉진하는 데 필요한 부하(스트레인)를 제공한다는 것을 보여줍니다.

흥미로운 결과가 나왔는데, 아킬레스건 견인(염좌/스트레인)을 환자 개인별 수준에서 봤을 때와, 건 적응에 필요한 최적의 스트레인(필요 스트레인 5–7%)을 비교했을 때 차이가 확인됐습니다. 어떤 사람들은 양측 종아리 올리기(양발 뒤꿈치 들기) 같은 비교적 쉬운 운동에서 5–7% 범위에 도달했지만, 다른 사람들은 굽힌 무릎 뒤꿈치 드롭이나 호핑처럼 더 강도 높은 과제에서만 그 범위에 도달했습니다. 또한 저스트레인에서 고스트레인으로 가는 운동의 순서는 일부 참가자들 사이에서 달랐습니다. 

각 운동에서 제안된 5~7% 변형률 범위에 도달한 참가자 수는:

최적의 아킬레스건 변형률에 도달하기 위해서는, 일부는 더 까다로운 운동이 필요했던 것으로 보였습니다. 

컴퓨터 모델은 몇몇 작은 부위에서 힘줄에 매우 높은 변형률이 나타났는데, 특히 굽힌-무릎 상태의 힐 드롭과 호핑을 하는 동안에 두드러졌습니다. 이 수치들은 전체 힘줄이 그만큼 늘어났다고 해석해서는 안 됩니다. 모델 안에서 나타난 아주 작은 국소 “핫스팟”을 의미하며, 힘줄의 모양, 힘줄-하부 구조(서브텐던) 경계, 그리고 모델을 어떻게 구축했는지에 대한 가정에 민감합니다. 이런 국소 피크는 대개 힘줄의 중간 또는 상부-중간 영역에서, 가자미근 서브텐던 근처에서 발견됐습니다. 정확한 위치는 환자마다 달랐습니다. 임상적으로는 힘줄에 가해지는 부하가 고르게 분포되지 않는다는 점을 시사하지만, 피크 값 자체만으로는 아직 운동 처방을 안내하기에 충분하지 않습니다.

연구진은 환자마다 근육 긴장(스트레인) 차이를 설명해주는 요인이 무엇인지도 물었습니다. 각 사람의 고유한 종아리 근육 힘을 그대로 유지했을 때, 각 사람의 힘줄 강성만 유지했을 때보다 완전히 개인화된 모델에 훨씬 더 가까운 결과가 나왔습니다. 그렇다고 힘줄 강성이 중요하지 않다는 뜻은 아닙니다. 이 모델들에서는 예측되는 스트레인에 개인의 힘 생성이 더 큰 영향을 미친다는 의미입니다.

질문과 생각

중요하게도, 이번 연구는 계산 모델링(computational modelling) 연구였습니다. 즉, 추정된 힘줄(건) 변형률에 맞춰 운동을 처방하면 통증, 기능, 회복 시간, 스포츠 복귀에 도움이 되는지 검증한 것은 아닙니다. 그렇지만 이 연구에서 얻은 정보는 재활 과정에 도움을 줄 수 있습니다.

우리는 이미 운동 처방의 용량(dosing)에 대해 많이 알고 있어요. 외부 부하, 반복수, 세트 수, 템포, 관절 가동범위, 빈도, 과제 복잡도 등을 이미 조절하고 있고, 재활은 반드시 개인화돼야 한다는 것도 이미 알고 있죠. 그럼 여기서 정말로 새로워진 건 뭔데요? 이 연구는 외부 힘(external)과 내부 힘(internal) 사이의 건(tendon) 부하 차이에 대해 새로운 이해를 제공합니다. 우리는 환자에게 아킬레스건에 외부 부하를 주는 과제를 처방하고, 그 결과 아킬레스건은 내부 기계적 자극을 받게 됩니다. 이 둘은 서로 관련은 있지만, 완전히 똑같지는 않아요. 우리는 부하를 세 가지 수준으로 나눌 수 있습니다:

1. 처방 용량: 물리치료사가 선택하는 내용

• 운동
• 외부 저항
• 세트와 반복 횟수
• 속도
• 빈도

2. 투여 용량: 환자가 실제로 만들어내는 것

• 관절 가동범위
• 힘
• 이동 속도
• 노력
• 보상
• 피로

3. 내부 힘줄 용량: 힘줄이 겪는 것

• 근육 손상(긴장) 정도
• 부하(긴장) 분포
• 로딩 속도
• 기간
• 누적 기계적 노출

임상 현장에서는 주로 1단계를 다루고, 2단계의 일부를 관찰합니다. 이번 연구는 3단계를 추정해 보려 했습니다. 따라서 이 연구는 일반적인 재활 원칙을 뒤집지 않습니다. 대신, 표준적인 진행이 곧 표준적인 생물학적 용량으로 이어진다고 가정하는 것은 위험하다고 경고합니다.

우리에게 가장 중요한 과제는, 어떤 부하를 어떤 환자에게 적용했을 때 힘줄 적응에 필요한 최적의 변형(스트레인)을 만들어낼 수 있는지 판단하는 것입니다. 이번 연구는 생체역학적 분석으로, 아킬레스건의 건병증(테인다노패스) 환자에서 힘줄 적응에 필요한 자극에 대한 중요한 정보를 제공했습니다. 하지만 개별 환자에 맞춘 “레시피”를 제시하진 못했습니다. 그렇다면 이 정보를 실제 진료에 어떻게 활용할 수 있을까요, 그리고 우리의 진료 방식은 어떻게 바뀌어야 할까요?

이 일반적인 위계(계층 구조)는 임상적으로 여전히 유용합니다. 양측 작업부터 시작해서, 일측 작업으로 넘어가고, 굽힌 무릎에서의 체중부하로 진행한 뒤, 마지막으로 호핑으로 이어지는 흐름이죠. 다만 이 흐름은 고정된 재활 프레임워크로 쓰기보다는, 출발점으로 활용해야 합니다. 임상적으로는 각 환자에 대해 “최적” 부하를 정확히 특정할 수는 없지만, 훈련 용량이 부족한지, 효과적인지, 아니면 과도한지 정도는 추정해 볼 수 있습니다.

임상 예시로 한번 쪼개서 볼게요:

환자 A: 수용(용량) 저하와 짜증스러운(예민한) 건

환자를 한 명 떠올려 보세요.

• 일상 보행 중 통증;
• 양측 종아리 올리기(칼프 레이즈) 수행 능력이 떨어짐;
• 피로가 두드러짐;
• 다음 날 바로 반응이 뚜렷한 증상 관리.

이 환자에게는 양측 발뒤꿈치 들기 동작만으로도 이미 유의미한 힘줄 자극이 될 수 있습니다.

이 연구는 양측 운동이 평균적으로는 낮은 부담을 보였지만, 일부 참여자들은 운동 중에 제시된 목표 범위에 도달했다는 것을 보여줬습니다. 프로토콜 초반에 나오는 것처럼 보여도, 양측 작업을 “너무 쉬워서”라고 일단 치부하지 마세요. 대신, 환자가 견딜 수 있는 운동부터 시작하세요. 예를 들면:

• 양측 종아리 올리기(양쪽 다 같이);
• 앉은 자세에서의 발목저측굴곡;
• 관절가동범위 감소;
• 느린 템포;
• 볼륨을 낮춰요.

환자에게서 기능이 좋아지고 회복이 진행되는 것이 확인될 때에만 진도가 나아가야 합니다. 단순히 시간표에 일측 운동을 시작하라고 적혀 있기 때문만은 아닙니다.

환자 B: 과제 부하가 적게 걸려 있어(언더로딩) 강한 편인 환자

운동선수 같은 환자를 떠올려보세요. 그 환자는:

• 양쪽과 한쪽 종아리 올리기를 쉽게 수행할 수 있습니다.
• 피로가 거의 없네요;
• 노력 대비 결과가 낮아요;
• 프로그램에 대한 반응이 거의 없습니다.
• 운동(스포츠)에서 요구하는 수준보다 낮은 상태로 유지됩니다.

이 환자에서는 일반적인 종아리 올리기(카프 레이즈)로는 힘을 충분히 만들어 힘줄을 의미 있게 자극하기 어려울 수 있습니다. 운동이 정말로 충분히 어렵게 설정돼 있는지 확인해 보세요:

• 충분한 외부 하중이 사용되고 있나요?
• 전체 뒤꿈치 들기 높이가 유지되나요?
• 세트 전체를 진행할수록 수행 능력이 떨어지나요?
• 마지막 반복이 거의 피로에 가까운가요?
• 환자가 체중을 반대쪽 다리로 옮기고 있나요?
• 편평한 무릎(직접 무릎)과 굽힌 무릎(굴곡 무릎)에서의 발끝세움(족저굴곡)을 모두 훈련하고 있나요?

이렇게 진행해 보세요:

• 외부 저항이 증가합니다;
• 한쪽에 체중을 싣는 것;
• 더 큰 범위;
• 굽힌 무릎의 부하;
• 더 빠른 로딩;
• 홉핑;
• 종목(스포츠) 특화 에너지 저장 작업입니다.

운동을 완료했다고 해서 건에 적절한 자극이 전달됐다는 것이 증명되지는 않습니다.

환자 C: ‘무리 없는’ 운동에 대해 예상보다 강한 반응

무릎을 곧게 편 상태에서 한쪽 다리로 하는 힐 레이즈는 잘 견디는데, 다음 동작 후에는 통증/증상이 악화되는 환자를 떠올려 보세요:

• 팔굽혀진 무릎(굴곡) 상태의 힐 드롭;
• 홉핑;
• 속도나 음량이 약간 증가하는 것.

이 논문은 굽힌 무릎 편측 스텝다운(힐 드롭)이 곧은 무릎 편측 스텝다운보다 대체로 더 큰 스트레스를 유발했으며, 점프 동작에서 가장 높은 스트레스를 보였다고 추정했습니다. 다만 개인차도 상당했습니다. 그러니 플레어(얼굴이 찡그려지거나 반응하는 양상)를 곧바로 두려움, 순응도 저하, 또는 치료 실패로 해석하지는 마세요. 해당 환자에서는 이 운동이 예상보다 더 큰 내부 기계적 단계로 작용할 수도 있습니다.

수정:

• 무릎 위치;
• 외부 부하;
• 범위;
• 이동 속도;
• 반복 횟수;
• 세트 수;
• 주간 빈도.

예를 들어, 까다로운 편측 무릎 굴곡 자세의 힐 드롭을 더 가벼운 앉은 자세의 종아리 레이즈로 바꿔 먼저 용량(부하)을 쌓은 뒤, 원래 과제로 돌아가세요. 작아 보이는 운동 수정만으로도 힘줄에 걸리는 부하가 크게 달라질 수 있습니다.

괴상한 이야기

아주 중요한 주의사항이 하나 있습니다. 이 연구는 참여자들이 시간에 따라 어떻게 변화하는지(추적) 평가한 것이 아닙니다. 즉, 대상자들은 아킬레스건(건병증) 재활을 시작하기도 전, 특정 한 시점에서만 평가됐습니다. 따라서 이 정보를 활용하면 더 나은 재활 결과를 얻을 수 있다고 단정할 수는 없습니다. 

이 연구의 중요한 한계는, 건강한 사람과 동물 및 in-vitro 연구를 바탕으로 ‘제안된 최적 변형률 범위’를 사용했다는 점입니다. 하지만 병적인 힘줄은 다른 로딩 범위가 필요할 수 있습니다. 또한 용량은 힘줄의 자극(과민) 정도와 수용 능력, 증상의 만성화 정도, 로딩 이력, 재활 단계에 따라 달라질 수 있습니다. 

현재 연구에서 주의 깊게 고려할 또 하나의 중요한 점은, 연구가 일부 반복 동안 스트레인을 1회 평가했지만, 정해진 시간 동안 운동 전반을 평가하지는 않았다는 것입니다. 예를 들어, 보행은 제안된 목표 범위 안에 들어가 있었지만, 연구에서는 보행 속도, 걸음 수(보행 리듬/케이던스), 지속 시간, 경사도 등은 평가하지 않았습니다. 따라서 아킬레스건의 적응은 단지 스트레인 크기에만 좌우되는 것이 아니라, 시간과 속도(전환율)에도 의존합니다. 

이 연구는 인장 하중과 변형에 초점을 맞췄지만, 힘줄에는 압축 하중도 항상 일정 비율 존재합니다. 또한, sub-tendon 사이의 마찰 접촉은 제외했는데, 이로 인해 분석은 단순해졌지만 한계가 될 수 있습니다. 

집으로 가져갈 메시지

이 논문은 새로운 아킬레스 재활 프로토콜을 제시하지 않습니다. 대신 운동 용량을 생각하는 데 더 정확한 방법을 제공합니다. 평균 운동 강도(계층) 결과는 대체로 예측 가능했습니다. 양측 종아리 운동은 추정 힘줄(건)에 대한 변형률(긴장/부하)을 가장 낮게 만들었고, 일측 부하가 더 컸으며, 굴곡된 무릎에서의 일측 부하는 그보다 더 컸고, 호핑(점프/뛰기)은 가장 높은 변형률을 보였습니다. 가장 중요한 발견은 개별 환자들이 항상 그 평균 패턴을 따르지는 않았다는 점입니다.

같은 운동이라도 환자에 따라 내측 힘줄(건) 부하가 비교적 낮을 수도, 중간일 수도, 높을 수도 있습니다:

• 근력 생성;
• 힘줄(건) 형태
• 단면적;
• 물성.

따라서 ‘실용적인 변화’는 기존 재활 원칙을 포기하는 게 아니라, 운동 라벨(표기)이 부하(load)를 정의한다고 덜 확신하게 되는 것입니다. 양측 운동은 어떤 사람에게는 너무 쉬울 수 있지만, 다른 사람에게는 딱 맞을 수 있습니다. 물리치료사로서 우리는 아킬레스건건병증(Achilles tendinopathy) 재활을 위해 ‘환자 개인’에 맞춘 운동을 처방하는 것을 목표로 해야 합니다. 단지 일반적인 프로토콜 기반 운동만 처방하는 게 아닙니다. 우리가 이미 하는 것처럼 외부 부하(external loads)를 조절하고, 환자별 내부 부하(internal loads)를 함께 인지한다면, 지금 우리 앞에 있는 환자에게 맞춰 운동 처방을 개별화할 수 있어야 합니다. 즉, 단지 일반적인 진행(progressione)만 따라가는 방식이 아니라는 뜻입니다.

가장 큰 한계는 이 연구가 약 5–7%의 변형률이 치료적으로 최적이라고 가정한다는 점입니다. 다만 이러한 최적 구간이 아킬레스건 장애(Achilles tendinopathy) 환자에서는 입증된 바는 없습니다. 이 연구는 해당 범위에 도달할 것으로 예측된 운동이 무엇인지 보여줍니다. 하지만 그 범위에 도달하면 결과가 개선된다는 점을 보여주지는 않습니다.

참조

Funaro, A., Shim, V., Mylle, I., & Vanwanseele, B. (2025). 종(種)·주제별 바이오메카닉스가 아킬레스건 병증 환자의 힘줄(건) 변형률에 미치는 영향. Scientific Reports, 15(1).