외안근의 구조와 운동 김성희

외안근의 구조와 운동

김성희

경북대학교 의과대학 신경과

Anatomy and Principles of the Eye Movements

Sung-Hee Kim, MD, PhD

Department of Neurology, School of Medicine, Kyungpook National University, Kyungpook National University Chilgok Hospital, Daegu, Korea

The eye movements, as mechanical events, are subject to the general laws of kinematics. An understanding of the anatomy and kinetic principles of the extraocular muscles is essential for the understanding of the abnormalities of binocular vision. Although a very detailed knowledge of this subject is not required for the understanding of the clinical facts, a few fundamental concepts are needed to be discussed. This article reviewed the anatomy of the extraocular muscles and the basic principles of the monocular and binocular movements.

Keywords: Extraocular muscle; Anatomy; Duction; Version

서  론 

우리는 삼차원의 세상에서 살고 있으며, 대부분의 인체 움직임은 삼차원 운동자유를 가진다. 안와라는 작고 한정적인 구획에 고정되 어 있는 상태로 보이는 안구의 운동도 원칙적으로 삼차원 운동자유 를 가지며, 양쪽 눈이 긴밀히 연결되어 상호 영향력을 주고 받으며 움 직인다. 입체적인 운동 범위를 지니고 있으며 단안 및 양안의 복잡한 연계 작용을 가지는 안구운동을 이해하기 위해서는 외안근의 해부학 적 구조 및 운동역학에 대한 기본적 이해가 필요하다. 본고에서는 이 에 대해서 기술하고자 한다.

외안근의 해부와 구조

1. 개괄

안와(orbit)에는 한 쌍의 수평직근과 한 쌍의 수직직근, 한 쌍의 사 근으로 구성된 세 쌍의 외안근이 있다(Fig. 1). 네 개의 직근(rectus

muscle)은 안와첨단(orbital apex)의 Zinn고리(annulus of Zinn)에서 시 작하여 안구 적도면(equatorial plane) 앞에서 공막(sclera)에 부착한다.

두 개의 사근(oblique muscle)은 안구의 안쪽-앞쪽에서 시작해서 비스 듬히 바깥쪽으로 주행하여 적도면 뒤에서 공막의 귀쪽으로 붙는다.

직근들과 사근들이 서로 작용하는 힘의 벡터는 100°-110°를 형성하 며, 전체적으로 코쪽으로 편향되어 있다.

이들 외안근에 내재해 있는 근긴장에 의해 형성되는 힘이 코쪽으로 편향되어 있기 때문에, 6개 외 안근이 전체적으로 균형을 이루기 위해서는 테논낭(Tenon’s capsule) 의 귀쪽 부분이 지니는 긴장력(tension)이 필요하다(Fig. 2). 또한, 직근 들이 뒤로 잡아당기는 힘은 사근들이 앞으로 잡아당기는 힘에 의해 일부만이 상쇄되기 때문에 전체 힘의 벡터는 앞쪽으로 편향되어 있 다. 따라서 테논낭은 안와 뒷부분의 조직들을 안와에 고정시킴으로 써 전체적 균형 유지를 위해 필요한 힘을 제공한다.

2. 외안근의 기시점

네 개의 직근과 상사근 및 위눈꺼풀 올림근은 안와피라미드(orbit

Correspondence to: Sung-Hee Kim, MD, PhD

Department of Neurology, School of Medicine, Kyoungpook National University, 807 Hoguk-ro, Buk-gu, Daegu 41404, Korea Tel: +82-53-200-2168, Fax: +82-53-200-2029, E-mail: [email protected]

Received: May 13, 2019 / Accepted: May 23, 2019

REVIEW

Kim SH•Anatomy and Principles of the Eye Movements

pyramid)의 꼭짓점에서 시작한다.

이 기시점에서 상기 외안근들은 서로 원형의 패턴으로 배열되며(annulus of Zinn), 시신경관(optic ca- nal)과 위안와틈새(superior orbital fissure)로 둘러싸여 있다(Fig. 3). 이 들 구조물들에 의해 안와피라미드 꼭짓점에서 형성되는 구멍을 통해 서 시신경(optic nerve), 눈동맥(ophthalmic artery), 3번 뇌신경의 일부 와 6번 뇌신경이 안와로 진입한다. 이 기시점에서 외안근 및 외안근의 힘줄 섬유들(tendon fibers)이 서로 맞물려 외안근을 단단히 고정하고 있기 때문에 시신경 박리(avulsion)를 유발할 수 있을 만한 외상이 일

어나도 외안근의 박리 손상은 잘 일어나지 않는다. 한편 내직근 및 상 직근의 기시부와 시신경 경막이 연결되어 있기 때문에 시신경염(optic neuritis) 환자들은 눈을 움직일 때 통증을 겪을 수 있다.

3. 직근의 주행과 부착

내직근은 안와 안쪽 벽에 닿아서 주행하고, 외직근은 안와 바깥쪽 벽과 맞닿아 주행한다. 하직근은 주행 경로의 절반 동안 안와 바닥과 닿아 있고, 상직근은 위눈꺼풀올림근에 의해서 안와 천정과 분리된 채 주행한다. 이 직근들이 처음 시작했던 주행 각도를 계속 유지한다 면 안구에 도달할 수 없으므로, 적도면 약 10 mm 뒤쪽 지점부터 직근 의 주행경로는 안구를 향해 점진적으로 휘어진다.

직근들의 주행 경 로에서 나타나는 이러한 휘어짐은 외안근과 안와조직을 연결하는 muscle pulleys라는 구조물로 인해 가능하다(Fig. 4). 각각의 직근은 최 종적으로 각막가장자리(corneal limbus)로부터 일정한 간극을 두고 공막에 붙는다.

직근들이 각막가장자리로부터 똑같은 간극을 두고 부착되지 않 기 때문에, 직근들은 동심원보다는 나선에 가까운 원형으로 배열되 어 있다(spiral of Tillaux). 내직근과 각막가장자리 사이의 거리가 가장 가깝고, 그 다음이 하직근, 외직근, 상직근 순서로 멀어진다(Fig. 5).

직 근들이 안구에 부착되어 있는 선은 일직선을 형성하지 않고 보통 약 간 굴곡을 그리고 있다. 가장 곧은 직선 형태로 붙어 있는 것은 내직근

A

B C

Fig. 2. Tenon’s capsule and intermuscular membrane. Redrawn from Von Noor- den & Campos.²

과 외직근인데, 이들 수평직근들도 각막가장자리를 향해 일반적으로 약간의 굴곡을 가지고 부착된다. 상직근과 하직근의 부착 부위는 각 막가장자리를 향해 더 뚜렷이 휘어져 있으며 대개 위쪽/바깥쪽으로 사선을 그리고 있다. 따라서 수직직근 부착부의 귀쪽 말단은 코쪽 말 단보다 각막가장자리로부터 더 떨어져 있다. 상직근의 공막 부착부는 안구를 수직으로 나누는 선(vertical meridian)에 의해서 비대칭적으

Fig. 4. Diagrammatic representation of structure of orbital connective tissues and their relationship to the fiber layers of the rectus extraocular muscles. IR, inferior rectus muscle; LLA, lateral levator aponeurosis; LPS, levator palpebrae superioris muscle; LR, lateral rectus muscle; MR, medial rectus muscle; SO, su- perior oblique muscle; SR, superior rectus muscle. Redrawn from Clark et al.⁵

Fig. 5. Insertions of rectus muscles. Average measurements are in millimeters.

Redrawn from Von Noorden & Campos.²

Kim SH•Anatomy and Principles of the Eye Movements

로 잘리는데, 코쪽보다는 귀쪽의 비율이 더 크다. 반면 하직근의 공막 부착부는 안구 수직선에 의해서 대칭적으로 이등분된다. 외안근의 부착부와 각막가장자리 사이의 정상 거리는 외안근 관련 수술을 시 행할 때 중요하다. 또한 톱니둘레(ora serrate)부터 각막가장자리까지 의 거리는 안구의 앞뒤 직경에 따라 달라진다. 따라서 외안근부터 각

막가장자리까지의 거리는 연령과 굴절이상 정도에 영향을 받는다. 영 아기 사시 수술을 시행할 때 환자마다 외안근 부착점의 이런 변이를 고려해야 한다.

직근은 바깥의 안와층(orbital layer)과 안쪽의 안구층(global layer) 으로 구성되어 있다. 안구층은 공막에 직접 부착하며, 안와층은 mus- cle pulley와 결합한다(Fig. 6). 안와층과 결합하는 pulley는 외안근 앞 쪽에, 적도면으로부터 5-10 mm 뒤쪽에 위치한다.

Pulley는 광범위한 신경전달물질에 의해 신경지배를 받는 유연한 구조물로서 주시 방향 에 따라서 위치가 변화한다. 즉 pulley는 눈운동 과정에서 일종의 도 르래처럼 작용함으로써 눈이 움직일 때 눈이 옆으로 미끄러지는 것을 방지하는 역할을 한다.

Pulley 위치의 유연한 적응력과 외안근들의 다양한 부착지점은 안구 동역학에서 중요한 역할을 담당하고 있을 것으로 생각되지만, 아직 그 역할의 구체적인 면모는 충분히 밝혀지 지 않고 있으며 논쟁의 대상으로 남아 있다.

4. 사근의 주행과 부착

상사근은 시신경공(optic foramen)의 안쪽-위쪽에서 시작해서 안 와 내벽의 윗부분과 평행하게 앞으로 주행하여 안와 위벽과 내벽 사 이에 존재하는 도르래(trochlea)에 도착한다. 도르래는 전두골(frontal bone)의 도르래오목(trochlear fossa) 안쪽면에 형성되는 4-6 mm의 튜 브형 구조물이다. 도르래를 통과한 후 상사근은 약 54°의 각을 이루면 서 가쪽-뒤쪽으로 휘어 주행하는데, 도르래에서 10 mm 멀어진 후부 터는 힘줄(tendon)을 형성한다. 이 상사근 힘줄은 상직근 밑으로 주행 한 후 공막에 부착하여 상직근의 바깥으로 나오며, 공막 부착지점은

Fig. 6. Sagittal MRI of human orbit showing that the inferior oblique (IO) moves anteriorly in supraduction and posteriorly in infraduction. The global layer of the inferior rectus (IR) contracts modestly in infraduction and inserts on the globe, while the orbital layer contracts more vigorously and inserts on the IO/IR pulley.

ON, optic nerve. Redrawn from Clark et al.⁵ Fig. 7. Relationships of tendons of superior oblique muscle. Measurements are in millimeters. Redrawn from Von Noorden & Campos.²

안와의 수직선 위에 위치한다. 상사근 부착부의 앞쪽 말단은 상직근 가쪽 말단보다 3-4.5 mm 뒤에 위치하며, 각막가장자리로부터 13.8 mm 뒤에 위치한다(Fig. 7). 상사근의 부착 폭은 변이가 큰 편이며(7-18 mm) 평균 11 mm이다. 상사근의 총 주행경로는 약 40 mm이며, 도르래를 지 난 후 꺾어진 힘줄의 주행 길이는 19.5 mm이다.

하사근은 모든 외안근 중에서 가장 짧으며 보통 37 mm 정도이다.

하사근은 안와의 앞쪽-아래쪽 구석에서 시작하는데, 이곳은 상악골 의 안와판과 가까우며 코눈물뼈관(nasolacrimal canal)의 입구와도 가 깝다. 하사근의 시작점은 눈확위패임(supraorbital notch)에서부터 수 직의 선을 그어서 안와 아래쪽 경계와 만나는 점과 일치한다. 하사근 은 기시점으로부터 뒤-위-가쪽 방향으로 주행하는데, 안와 바닥과 하 직근 사이를 통과하여 짧은 힘줄을 이루면서 공막의 외후면에 부착 한다(Fig. 8). 부착면의 폭은 4-15 mm, 평균 9 mm이다. 부착부는 하사 근이 시작하는 곳을 향해 오목한 굴곡을 형성한다. 다른 외안근들과 달리 하사근은 힘줄 부분이 거의 없고 근육으로만 구성되어 있으며, 안구의 수직면과 51°를 형성하고 있다.

외안근의 운동

눈운동은 기계적이며 물리적인 운동으로서 운동역학의 일반 법칙 을 따른다. 자유롭게 지지되는 회전 타원체의 움직임은 다음의 여섯 가지 운동의 조합으로 설명된다. 좌우로 움직이거나, 아래위로 움직이 거나, 앞뒤로 움직일 수 있으며(선형운동: translatory movements), 수 직축, 수평축, 또는 앞뒤축을 중심으로 회전할 수 있다(회전운동: ro-

tatory movements). 선형운동이 일어날 때 회전타원체의 중심은 선형 운동과 더불어 이동한다. 반면 순수한 회전운동에서는 타원체의 중 심은 움직이지 않으며 영속도(zero velocity)를 가진다.

안구는 선형운동이 아니라, 안구 내에 존재하는 회전중심(center of the rotation)을 기준으로 회전운동을 수행한다. 예전에는 이러한 회전 운동의 중심이 고정되어 있다고 간주했으나, 최근 연구들은 회전운 동 중심이 완전히 고정되어 있지 않다고 밝히고 있다. 엄격하게 측정 했을 때 눈의 회전중심은 영속도를 가지지 않으며, 따라서 일견 단순 해 보이는 눈운동도 실제로는 상당히 복잡하다. 1차 회전중심은 각막 으로부터 시선(ling of sight)을 따라서 약 13.5 mm 뒤로 떨어진 곳에 있 으며, 이는 안구 적도면에서 1.3 mm 떨어져 있는 곳이다. 양쪽 안와의 가쪽 경계선 중앙을 연결하는 가상의 선이 두 눈의 회전중심을 관통 한다(Fig. 9).

1. 단안운동

엄격한 의미에서 안구의 회전중심은 완전히 고정되어 있지 않지만, 임상적으로는 안구가 거의 고정된 회전중심을 가지고 있다고 간주한 다. 안구는 3가지 축 중 하나를 중심으로 회전할 수 있는데, 시선과 일 치하는 앞뒤축(y-축), 시선과 직각을 이루는 수평축(x-축) 또는 수직 축(z-축)이 있다. 이들 3가지 축은 모두 회전중심을 관통한다. 또한 수 직축과 수평축은 적도면, 즉 Listing 평면에 놓여 있다고 간주한다.

단일 눈의 회전운동을 단안운동(duction)이라고 명명한다. 안구의 z-축을 중심으로 회전하는 수평 운동을 내전(adduction), 외전(abduc- tion)이라고 하며, x-축을 중심으로 회전하는 수직 운동을 상전(eleva-

in millimeters. Redrawn from Von Noorden & Campos.² Fig. 9. Axes of rotation, center of rotation, and equatorial plane.

Kim SH•Anatomy and Principles of the Eye Movements

tion), 하전(depression)이라고 한다. 내전, 외전, 상전, 회전이 단안의 네 가지 기본운동이다. 앞뒤축(y-축)을 중심으로 하는 회전운동은 회선 (cycloduction)이라고 하는데, 각막의 상극이 코쪽으로 향하면 내회선 (incycloduction), 귀쪽으로 향하면 외회선(excycloduction)이라고 한다.

제1위치(primary position)는 머리와 몸을 똑바로 세운 상태에서 정 면을 보게 했을 때 눈의 위치를 말한다. 제2위치(secondary position)는 안구가 내전, 외전, 상전, 또는 하전을 한 번 했을 때 자리하는 위치를 일컫는다. 수평 및 수직회전이 복합된 회전 운동 후 눈이 자리하는 위 치를 제3위치(tertiary position)라고 한다.

1) 직근의 운동

수평직근은 제1위치에서 수평의 근육면을 공유하며, 수평직근의 회전축은 제1위치의 z-축과 일치한다. 결과적으로 수평직근들 중 하 나가 수축하면 수직축을 중심으로 하는 순수 회전운동이 발생한다.

외직근은 시선을 바깥으로 이동시키며, 내직근은 시선을 안쪽으로 이동시킨다. 일반적으로 이들 수평직근의 운동과 수반되는 수직운동 이나 회선운동은 일어나지 않는다. 하지만 처음 눈의 위치가 올라가 있거나 내려가 있는 상황에선 수평직근의 운동에 상전이나 하전이 동 반된다. 이러한 현상은 일부 Duane증후군 환자에서 안쪽을 보게 했 을 때 나타나는 upshot-downshoot 현상을 설명해 줄 수 있다.

수직직근의 운동은 조금 더 복잡하다. 상직근과 하직근의 운동면 은 거의 일치하는데, 제1위치에서 상직근과 하직근의 근육면(muscle plane)은 안구 y-축과 약 23°의 예각을 형성한다(Fig. 10). 즉 이들 상직 근 및 하직근의 실제 회전축은 안구 적도면에 존재하는 x-축과 완전 히 일치하지 않고 23° 사이각을 형성한다. 따라서 제1위치에서 상직근

Table 1. Action of the Extraocular Muscles from the Primary Position

Muscle Primary Secondary Tertiary

Medial rectus Adduction - -

Lateral rectus Abduction - -

Inferior rectus Depression Excycloduction Adduction Superior rectus Elevation Incycloduction Adduction Inferior oblique Excycloduction Elevation Abduction Superior oblique Incycloduction Depression Abduction

이 수축하면 안구가 위로 올라갈 뿐만 아니라 내전되고, 내회선된다 (Table 1). 만일 안구가 23° 외전된 상태에 있다면 상직근의 회전축은 x-축과 거의 일치하며, 그때 상직근이 수축하면 내전이나 내회선 성분 없이 순수한 상전운동이 발생한다. 즉 눈이 외전된 상태에서 상직근 의 상전운동은 최대가 되며, 내회선운동은 최소가 된다. 만일 안구가 67° 내전된 상태에 있다면, 상직근의 수축은 상전 없는 순수한 내회선 운동을 유발할 수 있을 것이다. 하지만 물리적으로 안구는 67°까지 내 전할 수 없기 때문에 안구가 최대한 내전된 상태라고 하더라도 상직 근이 수축할 때 어느 정도의 상전운동이 발생할 수밖에 없다. 하직근 에서도 동일한 설명이 적용될 수 있는데, 하직근은 상직근과 달리 안 구 밑에 부착되어 있으므로 안구를 주로 하전시키며 약간의 내전운 동을 일으킨다. 하직근의 하전운동은 눈이 외전된 상태에서 최대가 된다. 또한 하직근은 눈을 외회선시키며, 이 외회선운동은 눈이 내전 된 상태에서 최대가 된다.

2) 사근의 운동

두 사근은 동일한 작용면을 공유하고 있으리라 추정되며, 이 작용 면은 안구의 앞-안쪽에서 뒤-가쪽으로 향하고 있다. 따라서 이들 사 근의 근육면은 안와의 내측면이나 회전축들과 일치하지 않는다. 상사 근의 근육면은 안와의 내측면과 약 54°의 각도를 형성하고 있다(Fig.

11). 제1위치에서 비교적 큰 각도를 형성한 상태로 존재하기 때문에 사 근들의 주된 작용은 회선(cyclorotation) 운동이다.

제1위치에서 상사근은 내회선, 하전 및 외전운동을 유발한다(Ta-

ble 1). 안구가 내전된 상태에 있을 때 눈의 내측면과 사근의 근육면이

형성하는 각도는 줄어들며, 따라서 이때 상사근은 주로 하전운동을

유발한다. 만일 눈이 54° 내전된 상태에 있다면 상사근의 수축은 순수

한 하전운동을 발생시킬 것이다. 안구 위치가 바깥쪽으로 이동할수

록 안구의 내측면과 사근의 근육면이 이루는 각은 증가하며 내회선

운동이 증가한다. 만일 안구가 36° 외전된 상태에 있다면 그때 상사근

의 수축은 순수한 내회선운동을 유발한다. 요약하면, 상사근은 안구

가 내전된 상태에서 주로 하전 운동을 일으키며, 안구가 외전된 상태

에서 주로 내회선 운동을 일으킨다. 한편, 하사근은 제1위치에서 수축

했을 때 외회선, 상전, 외전운동을 일으킨다. 하사근의 상전운동은 안 구가 내전된 상태에서 최대가 되며, 하사근의 외회선운동은 안구가 외전된 상태에서 최대가 된다.

2. 양안운동

지금까지 각개 외안근 운동을 기술할 때 각 근육이 독립적으로 움 직이는 것처럼 간주했지만 실제 일어나는 안구운동은 일반적으로 양 안운동이다. 따라서 다음의 여러 양안운동법칙들에 대한 고려가 필 요하다.

1) Donders 법칙

안구는 3개 축을 중심으로 하는 3차원의 회전 자유를 가지고 있지 만, 그중 시선과 일치하는 앞뒤축을 따르는 회전운동은 상당히 제한 되어 있다. 만일 시선축을 중심으로 하는 회전운동에 제약이 없다고 한다면, 안구의 기본운동과 그 조합으로 인한 운동결과는 무한수의 회선운동을 산출할 수 있으며 그런 상황은 공간 지남력에 있어 상당 한 어려움을 야기할 수 있다. 그러나 실제의 눈운동에 있어서는 그러 한 무한수의 무작위 회선운동은 일어나지 않는다. 1848년 Donders는 시선의 위치는 공간 좌표와 관련된 망막의 수평선 및 수직선의 방향 에 의해 결정된다고 했다.

즉 망막 수평선 및 수직선의 방향은 안구 의 상전-하전 및 내전-외전 정도에 따라 결정되며, 그 위치에 도달하기 까지 움직인 안구의 경로와는 무관하다. 어떠한 안구운동 이후에 눈 이 처음의 제1위치로 돌아왔을 때 망막 수평선 및 수직선의 방향은 움직이기 시작하기 이전의 망막 수평선 및 수직선 방향과 일치한다.

달리 말하면, Donders의 법칙은 망막 수평선-수직선의 방향이 눈의 위치를 결정하며, 앞뒤축을 중심으로 하는 안구회전운동이 제한되

지 않을 때 발생할 수 있는 무한수의 회선운동이 실제 안구운동에서 는 일어나지 않음을 뜻한다.

2) Listing 법칙

널리 알려진 Listing 법칙을 기술한 Listing은 Donders의 법칙에 완 전히 새로운 개념을 추가하지는 않았으나 Listing과 Helmholtz를 위 시한 그의 후계자들은 안구 회전운동의 기하학과 산술학을 더욱 정 밀하게 다듬고 서술했다.

Listing은 안구가 제1위치에서 시작해서 다 른 위치로 움직일 때, Listing평면이라고도 불리는 적도면에 놓인 축을 중심으로 하는 단일 회전운동을 통해 이동한다고 했다. 눈이 제1위치 에 있을 때 Listing평면은 안와 내에 고정되어 있으며 눈의 회전중심 및 적도선을 관통한다(Fig. 12A). 즉 Listing 법칙은 제1위치에서 시작 하는 모든 눈운동은 y-축을 중심으로 하는 회선운동 없이, 수평축 (x-축) 또는 수직축(z-축)을 중심으로 하는 회전에 의해 발생함을 뜻 한다.

제3위치로 이동하는 눈운동 또한 Listing 법칙을 따르는데, 이 때 눈은 Listing평면과 시선이 이루는 사이각의 절반만큼 기울어진 축을 중심으로 회전한다(half angle rule) (Fig. 12B).

3) Sherrington 법칙

원칙적으로 한 근육의 수축은 한 가지 운동을 유발한다. 그러한 운 동을 유발하는 외안근을 작용근(agonist)이라고 하며, 작용근의 운동 방향과 반대방향으로 움직이는 근육을 길항근(antagonist)이라고 한 다. 즉 내직근이 안구의 내전운동을 유발하는 반면, 외직근의 안구의 외전운동을 유발하므로 내직근과 외직근은 서로 길항근이다. 한편 동일한 방향으로 함께 작용하는 근육들은 협동근(synergist)이라고 한다. 가령 상사근과 하직근은 모두 안구의 하전운동을 유발하므로 서로 협동근이다. 하지만 상사근은 내회선운동을 유발하는 반면 하 직근은 외회선운동을 유발하므로, 회선운동이라는 측면에서 보았을 때 상사근과 하직근은 서로 길항근이다. 두 눈에서 같은 방향으로의 운동을 유발하는 근육들을 동향근(yoke muscle)이라고 한다. 가령 우 안의 내직근과 좌안의 외직근은 서로 같이 작동하여 두 눈을 왼쪽으 로 이동시키는 동향근이다. 동향근은 다양한 눈운동 종류에 따라서 조합이 달라질 수 있다. 예를 들어, 앞서 보았듯이 두 눈을 왼쪽으로 이 동시킬 때 한 눈의 내직근은 다른 눈의 외직근과 서로 동향근으로 작 동한다. 하지만 눈모음운동(convergence)에서는 한 눈의 내직근과 다 른 눈의 내직근이 동향근이다.

길항근들은 한 눈에서 작용하는 반면, 동향근은 서로 다른 눈에서

작용한다는 사실에 주의해야 한다. 길항근이란 한 눈 안에서 작용하

는 눈운동과 관련된 용어이므로, 억제성 마비(inhibitory palsy)와 관

련해서 흔히 사용되는 반대쪽길항근(contralateral antagonist)이라는

Kim SH•Anatomy and Principles of the Eye Movements

용어는 엄밀한 의미에서 오류라고 볼 수 있다. 억제성 마비의 대표적 인 예로서, 오른쪽 상사근이 마비된 환자가 습관적으로 우안으로 주 시를 하면 추후 왼쪽 상직근의 마비가 나타난다. 우안 상사근이 마비 된 환자가 우안으로 장기간 주시했을 때, 내림근 역할을 하는 상사근 의 운동이 마비되어 있기 때문에 올림근(즉, 상직근과 하사근)에 대한 신경지배가 정상보다 감소하기 때문이다. 우안 올림근들에 대해 신경 지배가 감소하면 Hering 법칙에 의거해서 좌안 올림근들에 대한 신경 지배도 같이 감소하므로 결과적으로 좌안이 충분히 올라가지 않는 현상이 나타난다.

Sherrington이 수행했던 실험은 구체적으로 살펴보면 다음과 같 다.

Sherrington은 우측 3번 및 4번 뇌신경을 절단해서 6번 뇌신경에 의해 지배되는 외직근을 제외한 모든 외안근을 마비시켰고, 남아 있 는 외안근의 작용에 의해서 우안이 벌어진 상태가 됨을 관찰했다. 시 간이 흘러서 마비된 외안근들이 위축되었을 때 우측 각막을 전기적 으로 자극하자 양안이 왼쪽으로 편위되었다. 이때 왼눈은 왼쪽으로 자유롭게 움직일 수 있었던 반면, 우안은 안구 중앙선을 넘어서 왼쪽 으로 움직이지는 못했다. 즉, 처음에 우안이 벌어진 위치(divergent po- sition)에 있었던 것은 우안 외직근과 길항작용을 하는 우안 내직근의 작용이 결여되어 있었기 때문인데, 뇌 중추가 두 눈을 왼쪽으로 이동 시키라는 신호를 보냈을 때 상호지배에 따른 억제신호가 우안 외직근 에 전달되어 내직근 작용의 결손에도 불구하고 우안이 왼쪽으로 움

직여서 눈이 중앙선 가까이 위치할 수 있었다고 풀이된다.

작용근이 수축하라는 흥분신호를 받을 때마다, 동일한 양의 억제 신호가 그 길항근에게 전달되어 길항근은 이완된다. 즉 작용근의 수 축-이완 상태는 길항근의 상태에 지배적인 영향을 미친다. 이를 상호 신경지배(reciprocal innervation)에 대한 Sherrington 법칙이라고 한다.

서로 상반되는 외안근 운동에 대한 이 섬세한 상호조율작용은 안구 운동을 부드럽게 안정시키는 역할을 담당한다. 만일 작용근이 수축 할 때 길항근이 이완하지 않고 동시에 수축한다면 퇴축증후군(retrac- tion syndrome)과 같은 비정상 눈운동이 나타나게 된다.

Sherrington 법칙은 외안근 운동에 국한되지 않고 신체의 모든 가로무늬근(striat- ed muscles)에 적용된다. Sherrington의 상호신경지배 법칙은 생리학 적으로도 임상적으로도 중요한데, 이는 한 눈에 단일 외안근 마비가 발생했을 때 어째서 양눈의 사시가 일어나는지를 설명해 준다.

4) Hering 법칙

실제로 하나의 외안근에 국한되는 단독 신경지배는 있을 수 없으 며 한 눈에 국한되는 신경지배 또한 있을 수 없다. 하나의 눈운동을 수 행하는 신경신호들은 통합되기 마련이며, 일련의 눈운동들이 서로 연계되어 일어난다. 두 눈에서 각각 해리된 상태로 나타나는 눈운동 은 병적인 상황에서 나타난다. 어떤 눈운동을 일으키기 위해 통합 신 경신호가 전달될 때마다, 각 눈의 해당되는 근육들은 수축하거나 이

A B

완하라는 신호를 받게 되며, 이때 흥분신호와 억제신호의 정보량은 동일하다. 이를 Hering 법칙이라고 한다.

Hering 법칙은 마비사시(paralytic strabismus)에서 일차편위(pri- mary deviation)와 이차편위(secondary deviation)의 기전을 설명해 준 다. 복시 검진을 위해 시행하는 교차눈가림 검사(alternate cover test) 는 양쪽 눈을 번갈아 가려서 양안 융합을 차단한 상태에서 융합기전 에 의해 억제되어 있던 양안의 비정상 정렬이 잘 발현되도록 유도한 다. 환자의 한쪽 눈을 1-2초 정도 가린 후 반대편으로 빨리 옮겨 가는 것을 반복하는데, 가리는 눈의 반대편 눈 움직임을 관찰한다. 교차눈 가림을 실시할 때, 양안의 안위 배열 이상이 한쪽 눈의 약화 때문에 일 어났다고 해도 Hering의 법칙으로 인하여 양안이 모두 움직일 수 있 다. 가령 우안의 내전 장애가 있어 외사시가 있는 환자가 주로 정상안 인 좌안으로 사물을 주시한다고 가정했을 때, 이 환자의 주시안인 좌 안을 가리면 비주시안이었던 우안으로 목표 사물을 봐야 하므로, 바 깥으로 쏠려 있던 우안이 안쪽으로 움직인다. 바깥쪽으로 쏠려 있던 마비안이 주시점을 보도록 이끄는 힘은 Hering 법칙에 따라서 정상 좌안에도 동일하게 작용하므로 좌안이 바깥쪽으로 편위되도록 만든 다. 이후 좌안의 눈가림을 벗겼을 때 다시 정상 주시안으로 주시점을 다시 보기 위해 바깥쪽으로 쏠려 있던 좌안이 안쪽으로 움직인다. 이 렇게 정상안으로 주시하는 동안 가려진 마비안의 편위를 일차 편위, 반대로 마비안으로 주시하는 동안 가려진 정상안의 편위를 이차 편 위라 한다. 정상 눈의 이차 편위보다 마비된 눈의 일차 편위가 작다. 따 라서 눈가림검사에서 나타나는 양안의 편위 정도를 비교하여 어느 눈이 마비안인지 가려낼 수 있다. Hering 법칙은 외안근에만 적용되 며, 외안근의 동향근에 해당하는 기능적 연관성을 가지는 근육들이 없는 다른 신체 부위에는 적용되지 않는다.

REFERENCES

1. Sevel D. The origins and insertions of the extraocular muscles: develop- ment, histologic features, and clinical significance. Transactions of the American Ophthalmological Society 1986;84:488.

2. Von Noorden GK, Campos EC. Binocular Vision and Ocular Motility.

Theory and Management of Strabismus 2002.

3. Simonsz HJ, Harting F, de Waal BJ, Verbeeten BW. Sideways displacement and curved path of recti eye muscles. Archives of Ophthalmology 1985;

103:124-128.

4. Apt L. An anatomical reevaluation of rectus muscle insertions. Transac- tions of the American Ophthalmological Society 1980;78:365.

5. Clark RA, Miller JM, Demer JL. Location and stability of rectus muscle pulleys. Muscle paths as a function of gaze. Investigative Ophthalmology

& Visual Science 1997;38:227-240.

6. Demer JL. Mechanics of the orbita. Developments in Ophthalmology 2007;

40:132.

7. Ruskell GL, Kjellevold Haugen IB, Bruenech JR, Van Der Werf F. Double insertions of extraocular rectus muscles in humans and the pulley theory.

Journal of Anatomy 2005;206:295-306.

8. Souza-Dias C, Preto-Diaz J, Uesugui CF. Topographical aspects of the in- sertions of the extraocular muscles. Journal of Pediatric Ophthalmology and Strabismus 1986;23(4):183-189.

9. Miller JM, Demer JL, Rosenbaum AL. Two mechanisms of up-shoots and down-shoots in Duane’s syndrome revealed by a new MRI technique.

Strabismus and Ocular Motility Disorders 1990:229-234.

10. Haustein W. Considerations on Listing’s law and the primary position by means of a matrix description of eye position control. Biological Cyber- netics 1989;60:411-420.

11. Crawford J, Martinez-Trujillo J, Klier E. Neural control of three-dimen- sional eye and head movements. Current Opinion in Neurobiology 2003;

13:655-662.

12. Wong AM. Listing’s law: clinical significance and implications for neural control. Survey of Ophthalmology 2004;49:563-575.

13. Sherrington C. Experimental note on two movements of the eye. The Jour- nal of physiology 1894;17:27-29.

14. Huber A. Electrophysiology of the retraction syndromes. The British Jour- nal of Ophthalmology 1974;58:293.

15. Hering E. The theory of binocular vision. Plenum Press, New York 1977.