▲ 정대영 강남성모정형외과 원장

발의 균형과 추진력은 단순히 발바닥에 힘을 주고 걷는 문제가 아니라, 신체 전체의 정렬, 신경과 근육의 협응이 복합적으로 작용하는 현상이다.

발은 지면과 맞닿는 유일한 구조물로, 체중을 지탱하면서 동시에 다음 움직임을 위한 추진력을 만들어낸다. 균형을 유지하기 위해서는 발바닥의 아치 구조가 중요한 역할을 한다. 내측 종아치, 외측 종아치, 그리고 앞뒤를 잇는 횡아치는 충격을 흡수하고 힘을 분산시켜 균형에 대한 지면 반발력을 체간으로 전달한다. 만약 발의 아치가 적절하게 유지되는 것이 힘들어지면 발목과 무릎, 골반까지 정렬에 대한 균형을 잃게 되고 에너지를 훨씬 많이 사용하는 현상이 나타나게 된다.

추진력은 발이 지면을 딛고 밀어내는 순간에 발생한다. 즉 보행 3단계인 ▲충격흡수기 ▲안정 지지기 ▲추진기 중 마지막 단계에서 일어나는 과정이다. 이때 ‘윈들래스 메커니즘(Windlass mechanism)’이 작동되는 것이 중요하다. 이를 한국말로 풀어 설명하면, 발바닥에 있는 족저근막(plantar fascia)이 마치 도르래에 줄이 감기듯 긴장하면서 아치를 끌어올리고 추진력을 만들어내는 과정이라고 할 수 있다. ‘윈들래스’라는 단어 자체가 밧줄을 감아올리는 장치에서 유래한 만큼, 엄지발가락이 뒤로 젖혀질 때 족저근막이 긴장하며 발의 아치가 끌어올려 지는 현상을 얘기하는 것이다.

족저근막은 해부학적으로 보면 인체에서 가장 두꺼운 근막이고 종골의 내측 결절 직하방에서 기시해 발바닥을 따라 전방으로 뻗으며 5개의 종족골두와 족지골, 심부 중족골간 인대에 폭 넓게 부착해 있다. 크게 5개의 끈으로 나뉘어 발바닥을 주행하며 천층과 심층으로 나뉘어 부착하게 되는데 천층은 발바닥 피부 바로 밑의 천층 근막에, 심층은 각 중족골두의 내ㆍ외측에 부착하며 사이로 굴근이 통과하도록 한다. 기본적으로 족저근막이 가지고 있는 가장 중요한 기능이 ‘Windlass mechanism(권양 기능)’이며 종아리를 거상시켜 지면을 차고 나갈 때 추진력을 효율적으로 전달하도록 하는 역할을 한다.

보행 중 추진 기간 동안, 지면 반작용 힘은 발가락을 족배굴곡시켜 족저근막을 중족골두 주변으로 당겨서 후족과 전족은 근접하게 되고 안정성에 필요한 아치 높이를 증가시키고 발이 하나같이 움직이는 강체(剛體ㆍrigid lever)로 변해 지면을 효율적으로 밀어낼 수 있는 상태가 된다.

생리학적으로는 이 과정에서 족저근막과 아치의 긴장이 고유수용기와 피부 기계수용기를 자극한다. 그 신호는 척수와 소뇌로 전달돼 발목과 종아리 근육의 협응을 미세하게 조정하고 엄지발가락이 신전되며 족저근막이 긴장할 때, 주변 근육군 중 특히 후경골근, 장무지굴근, 종아리 근육이 동시에 활성화돼 발의 강직성과 안정성이 극대화된다. 이는 단순히 기계적인 장력 변화에 그치지 않고, 신경계가 순간적으로 반응해 추진력 방출 시점을 최적화한다는 점에서 중요한 생리학적 의미를 갖는다.

생역학적으로 보면, ‘윈들래스 메커니즘’은 발이 ‘유연한 적응기(flexible adapter)’에서 ‘강체 지렛대(rigid lever)’로 전환되는 핵심 순간이다. 뒤꿈치가 닿을 때 발은 회내(pronation)돼 지면의 변화에 적응하지만, 발끝으로 밀어낼 때는 발이 회외(supination)되며 단단한 구조가 된다. 이때 족저근막의 긴장이 아치를 들어 올리며 저장됐던 탄성 에너지가 방출돼 추진력이 극대화되며 동시에 아킬레스건의 되돌이힘(recoil)과 종아리 근육의 수축이 더해져, 보행이나 달리기에서 강력한 전진력을 만들어낸다. 지면 반력은 발끝을 통해 신체 위쪽으로 전달되며 ▲무릎 ▲엉덩이 ▲체간으로 이어지는 운동 사슬 속에서 전신을 앞으로 밀어내게 되는 것이다.

결국 발에서 ‘윈들래스 메커니즘’은 구조적ㆍ생리적ㆍ생역학적으로 통합된 현상이다. 해부학적으로는 족저근막과 아치, 뼈 구조의 상호작용이고, 생리학적으로는 고유수용기와 신경근 반사의 협응이며, 생역학적으로는 유연한 발이 강체 지렛대로 변환돼 에너지를 방출하는 과정이다. 이 메커니즘이 무너지면 보행의 추진력이 떨어지고, 족저근막염이나 아치 붕괴, 무릎과 골반의 부하 증가로 이어질 수 있다.

발에서 작동하는 ‘윈들래스 메커니즘’은 정상적인 보행과 달리기에서 추진력을 만들어내는 핵심적 장치이지만, 이 과정이 무너지거나 과부하가 걸리면 다양한 증후군으로 이어질 수 있다. 가장 대표적인 것이 족저근막염이다. 엄지발가락이 신전될 때 족저근막이 긴장하며 아치를 끌어올려야 하는데, 반복적인 장력 증가와 미세 손상이 누적되면 족저근막이 만성적으로 염증 반응을 일으킨다. 특히 아침에 첫발을 디딜 때 심한 통증이 나타나는 것은 밤새 근막이 이완된 상태에서 다시 강하게 긴장되며 미세파열 부위가 자극되기 때문이다. ‘윈들래스 메커니즘’의 효율이 떨어지면 족저근막에 더 큰 부하가 걸려 증상이 악화된다.

또 엄지발가락 관절 자체의 변형, 즉 무지외반증도 ‘윈들래스 메커니즘’과 깊은 관련이 있다. 엄지발가락이 내측으로 휘어 변형되면 신전이 제한되고, 그 결과 족저근막이 충분히 긴장되지 못하게 되고 아치가 효과적으로 끌어올려 지지 못하고 발은 유연한 상태에 머물러 보행의 마지막 추진력이 약화된다. 이는 곧 전족부의 불안정성을 불러오고, 다른 발가락이나 중족골두에 과부하가 걸려 중족골 통증증후군(metatarsalgia)으로 이어질 수 있다.

아울러 다른 관련 증후군으로는 편평족(flatfoot)과 요족(cavus foot)이 있는데 편평족에서는 내측 종아치가 무너져 족저근막이 지나치게 늘어나고, 엄지발가락 신전 시에도 긴장력이 충분히 전달되지 않는 현상이 일어난다. 따라서 ‘윈들래스 메커니즘’이 제 역할을 하지 못해 족저근막염이나 후경골근 기능부전과 같은 병리적 상태로 이어질 수 있다.

이와 반대로 요족에서는 아치가 과도하게 높아 이미 족저근막이 긴장된 상태에 있기에, 보행 시 추가적인 긴장 여력이 부족해 윈들래스 효과가 제한된다. 이 경우 충격 흡수 능력이 저하돼 피로골절, 발목 불안정, 아킬레스건 병변이 동반될 수 있다.

지속적인 족저근막 긴장으로 인해 종골 부위에 골극(calcaneal spur)이 형성되는 경우도 흔하고, 이는 반복적인 당김이 종골 기시부에서 골막을 자극해 뼈가 과잉 성장한 것으로, 결국 ‘윈들래스 메커니즘’이 제대로 작동하지 못하는 상황과 맞물려 통증을 심화시킨다.

또 당뇨병성 신경병증이나 말초 신경 손상으로 고유수용기 피드백이 떨어질 때도 문제가 될 수 있고, 족저근막이 긴장해 아치를 들어올려야 하는 순간에 신경학적 조절이 지연되거나 약화되면 발은 강체 지렛대로 변환되지 못하고 불안정한 상태로 추진력을 만들어내며 반복적 손상 위험이 커지게 된다.

이렇듯 ‘윈들래스 메커니즘’과 관련된 발의 증후군은 단순히 국소적인 통증으로만 끝나지 않고. 엄지발가락의 움직임, 족저근막의 장력, 아치의 탄성, 그리고 발목과 종아리 근육의 협응이 모두 결합된 결과물이 무너질 때, 보행과 달리기라는 전신의 기본 패턴이 흔들리고 그 파급효과가 무릎, 골반, 척추에까지 이어지게 되는 것이다.

따라서 족저근막염, 무지외반증, 중족골 통증증후군, 편평족, 요족, 종골 골극, 그리고 고유수용성 조절 장애까지 모두 ‘윈들래스 메커니즘’의 실패 또는 비효율과 직결되는 임상적 양상이라 할 수 있다.

정대영 원장  koreaareyou@naver.com

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