계단을 천천히 내려갈 때 대퇴사두근은 체중에 의한 무릎 굴곡을 제어하며 길이가 늘어나면서 장력을 낸다. 이때 대퇴사두근의 수축 형태로 옳은 것은?

근육이 장력을 내면서 길이가 늘어나는 수축은 이심성(원심성) 수축이며, 계단 하강 시 대퇴사두근이 이심성으로 작용해 굴곡 속도를 제어한다.

계단을 내려가는 동작은 닫힌 사슬 운동(closed kinetic chain exercise)에서 대퇴사두근이 어떻게 기능하는지를 보여주는 대표적인 예입니다. 계단을 내려갈 때 무릎은 체중을 지지하면서 굴곡이 일어나고, 이때 대퇴사두근은 무릎이 과도하게 굴곡되며 주저앉는 것을 제어하는 역할을 합니다. 중요한 점은 무릎이 굴곡되는 방향과 대퇴사두근이 내는 힘의 방향이 서로 반대라는 것입니다. 대퇴사두근은 무릎을 신전시키는 근육이지만, 계단 하강 시에는 무릎이 굴곡되는 것을 허용하면서 동시에 그 속도를 조절하기 위해 활성화됩니다. 이처럼 근육이 활성화되어 장력을 내면서도 근육의 전체 길이가 늘어나는 수축 형태를 이심성 수축(eccentric contraction)이라고 합니다.

이심성 수축은 구심성 수축(concentric contraction)에 비해 더 큰 장력을 발휘할 수 있고, 동일한 일을 수행할 때 에너지 소비가 상대적으로 적으며, 근육 손상과 지연성 근육통(delayed onset muscle soreness)을 더 잘 유발하는 특징이 있습니다. 계단 하강은 이러한 이심성 수축을 일상생활에서 반복적으로 수행하는 대표적인 활동입니다. 근거 자료^[2]에서는 계단 내려가기(stair descent)를 편심성 편향 운동(eccentric-biased exercise)으로 분류하고 있으며, 이는 계단 오르기(stair ascent)가 구심성 편향 운동(concentric-biased exercise)으로 분류된 것과 대비됩니다. 이 연구 설계 자체가 계단 하강 시 하지 근육, 특히 대퇴사두근의 주된 수축 양식이 이심성 수축임을 전제로 하고 있습니다.

임상적으로는 무릎 관절의 병리와 관련하여 이심성 조절 능력이 중요하게 평가됩니다. 근거 자료^[3]과 ^[4]는 슬관절 전치환술(total knee arthroplasty, TKA) 이후 환자들이 계단 내려가기에 지속적인 어려움을 호소한다고 보고하고 있습니다. 이는 수술 후 대퇴사두근의 근력 약화와 함께, 체중을 지지하며 무릎 굴곡을 제어하는 이심성 수축 능력의 저하가 계단 하강 기능 장애의 핵심적인 원인이 될 수 있음을 시사합니다. 특히 계단 오르기보다 내려가기가 더 어렵다고 느끼는 이유는, 내려가는 동안 체중을 지탱하면서 무릎 굴곡을 감속(deceleration)시키는 고강도의 이심성 근력이 요구되기 때문입니다.

보기에서 등척성 수축(isometric contraction)은 근육의 길이 변화 없이 장력만 발생하는 경우이고, 구심성 수축(concentric contraction)은 근육이 짧아지면서 장력을 내는 경우입니다. 등속성 단축(isokinetic shortening)은 일정한 속도로 근육이 짧아지는 구심성 수축의 한 형태이며, 무수축(수동 신장)은 근육이 활성화되지 않은 채 외력에 의해 늘어나는 상태를 의미합니다. 계단을 천천히 내려갈 때 대퇴사두근은 활성화되어 장력을 내면서도 무릎 굴곡에 의해 길이가 늘어나므로, 이는 이심성 수축에 해당합니다.