수축성 조직의 신경생리적 특성
근육힘줄 단위의 신경생리적 특성도 신장에 대한 근육의 반응에 영향을 주고, 또 근육을 신장하기 위한 신장 중재의 효율성에도 영향을 준다. 특히 근방추와 골지힘줄기관이라는 2개의 감각수용기는 역학적 수용기로서, 신장에 대한 근육의 반응을 중추신경계로 전달하는 역할을 한다.
근방추(Muscle Spindle). 근방추는 근육의 주요 감각수용기(stretch receptor)로서, 빠르고 지속적인 신장에 예민하게 반응한다. 근방추의 주요 기능은 근육 길이의 변화와 속도 변화를 감지하여 그 정보를 전달하는 것이다. 근방추는 근방추속근 섬유(intrafusal muscle fiber)라 불리는 특별한 근감각 섬유로서, 감각섬유(들신경) 종말과 운동섬유(날신경) 종말로 구성된 작은 낭에 둘러싸여 있는 수용기이다. 근방추속근 섬유는 뼈대근의 대부분을 구성하는 근방추바깥근 섬유와 나란히 주행한다. 근방추속근 섬유 끝은 근방추바깥근 섬유와 연결되어 있기 때문에, 근육이 신장되면 근방추속근도 함께 신장된다. 근방추속근의 수축은 중간 영역에서 일어나는 것이 아니라, 말단부에서 이루어진다. 그러므로 근방추속근이 자극받아 수축을 하게 되면 그 중간 영역이 신장하게 된다. 작은 직경의 감마운동신경은 근방추속근의 말단부인 수축성 영역을 지배하여 근방추를 자극한다. 큰 직경의 알파 운동신경은 근방추바깥근 섬유를 지배한다.
근방추속근의 섬유에는 일반적으로 두가지 형태가 있다: 핵낭(nuclear bag)과 핵사슬(nuclear chain). 이 섬유들은 중심 부위의 핵의 배열 때문에 이름이 붙여졌다. 1차 들신경(type Ia 섬유) 의 종말은 핵낭섬유에서 시작하고, 빠르고, 지속적인 신장(긴장성)에 반응한다. 그러나 핵사슬섬유에서 시작하는 2차 들신경 종말(type II)은 긴장성 신장에만 반응한다. 1차 섬유와 2차 섬유는 알파 운동신경이나 감마 운동신경과 연접(synapse)하며, 1차 섬유는 근방추바깥근이 자극받을 때 흥분하고, 2차 섬유는 근방추속근이 자극받을 때 흥분한다. 신장에 대해 감각섬유가 자극받는 방법에는 두 가지 있는데, 하나는 근육의 전제적인 늘어남에 의한 것이고, 다른 하나는 감마신경에 의한 근방추속근 섬유 수축으로 일어나는 것이다.
골지힘줄기관(Golgi Tendon Organ). 골지힘줄기관(GTO)는 근방추바깥근 섬유의 근육힘줄접합부 주위에 위치한 감각기관이다. GTO는 근육힘줄 단위의 긴장도 변화를 감지한다. 신경종말에 둘러 쌓여있는 GTO는 힘줄의 콜라겐(collagen) 가닥들 사이에 존재하면서 ib섬유들을 통해 감각을 전달한다. 이 감각기관은 수동신장이나 근수축의 결과로 야기되는 아주 미세한 근육힘줄단위의 장력변화에도 민감하게 반응한다. 근육의 장력이 증가하면 GTO섬유가 알파 운동신경 활동을 억제시키고, 신장이 시작되면, 근육힘줄 단위의 긴장을 감소시킨다. 신경근육계의 관점에서 보면, 억제는 신경의 활동을 감소시키고 시냅스를 변화시켜 근 수축력을 반사적으로 감소시키는 상태라고 볼 수 있다. 처음에는 GTO가 높은 근 긴장성에만 일종의 보호기전으로 근 활동성을 억제시킨다고 생각하여 왔다. 그러나 최근에는 GTO가 수동신장이나 능동적인 근 수축의 작은 역치에도 반응하여 지속적인 감지를 수행하는 기관으로 알려져있다.
신장으로 인한 근육의 신경생리적 반응. 근육힘줄 단위에 빠르고 지속적인 신장력(stretch force)이 가해지면, 근방추속근 섬유의 1차, 2차 섬유(들신경)가 길이의 변화를 감지하고, 근방추바깥근 섬유는 척수에 있는 알파 운동신경원을 통하여 활성화되어 신장된 근육의 장력을 증가시키고 신장반사를 촉진시킨다. 증가된 장력의 길이에 저항하여 종래에는 신장운동의 효과를 적절하게 수행하는 것으로 추측된다. 늘어난 근육에서 신장반사(stretch reflex)가 일어나면, 그 관절 반대쪽 근육들의 활성화가 떨어지는데, 이것을 상호억제(reciprocal inhibition)라고 부른다. 하지만 이런 현상은 아직 동물실험에서만 보고되고 있다. 신장운동을 할 때, 근육에서 일어나는 신장반사, 근 긴장성의 가중, 늘어나는 근 길이에 대한 반사적 저항을 최소화하기 위해서는 짧은 시간에 빠른 신장보다는 낮은 강도의 신장을 오랜 시간 천천히 적용하는 것이 더 효과적이다.
이와 대조적으로, GTO는 신장된 근육섬유의 긴장도를 감지하여 신장력이 지속된다면 근육힘줄 단위의 장력 레벨을 단계적으로 억제시키는데, 이것을 자동억제(autogenic inhibition)라고 부른다. GTO에 의한 근 수축 요소의 억제작용은 신장운동을 할 때 반사성 근육 이완(reflex muscle relaxation)에 기여하여, 적은 근육 긴장에도 근육의 길이를 늘인다. 근육에 낮은 강도로 느린 신장을 적용하면, GTO의 흥분만큼 신장반사가 활성화되지 않을 것 같고, 그래서 근육긴장을 억제시키지 못할 것 같다. 즉, 근육의 병렬탄성요소를 이완시키지 못할 것이다.
요약하면, 근육의 역학적 특성과 신경생리적 특성을 분석연구해 봤을 때, 신장 절차에 의한 근육 신장성 향상은 근육수축성 요소의 억제(반사적 이완) 때문이기 보다는 점탄성이고 비수축성 결합조직에 가해진 장력 스트레스 때문인것 같다. 비수축성 연부조직의 신장효과는 아래에서 설명될 것이다.