서     론

   음성의 피치는 성대의 진동수와 비례하는데 Hirano의 body-cover 이론에 의하면 성대의 진동수는 기본적으로 성대의 긴장도에 의해 결정된다.¹⁾ 성대의 긴장도를 결정하는 주된 후두내근으로는 상후두신경의 외분지에 의해 신경지배받는 윤상갑상근과 하후두신경에 의해 지배받는 갑상피열근이 있는데 주로 윤상갑상근에 의해 조절된다. 이 윤상갑상근은 윤상연골과 갑상연골에 부착되어 있어 수축시 두 연골간 거리를 좁혀주어 성대를 길게 하면서 긴장도를 증대시키므로서 성대 진동수가 증가하여 기저주파수의 조절에 중요한 역할을 하게된다.²⁾ 윤상갑상근은 세부분으로 다시 세분되는데³⁾ 수직 방향으로 펼쳐져 있는 수직근(pars recta)과, 비스듬하게 사선 방향인 사경근(pars oblique) 및 거의 수평 방향인 수평근(pars horizontalis)이며 근육의 방향에 따라 각각의 운동방향이 다르다는 것이다. 수직근은 피치조절에 가장 중심적인 역할을 하는 부분으로서 수축시 윤상갑상관절이 회전운동을 하게 되는데 관절을 축으로 갑상연골이 윤상연골을 향해 앞쪽으로 기울어져 윤상갑상 연골간 거리가 좁아지므로 성대가 길어지면서 긴장도가 증대하게 된다. 반면에 사경근은 피치상승에 있어 주된 역할은 아니지만 수직근의 역할과 더불어 부수적인 역할을 하는데 수축시 윤상갑상 관절내에서 갑상연골이 앞으로 빠져나가는 갑상연골 변위에 의해 직접 성대를 길게 하므로서 긴장도가 증대하게 된다.⁴⁾ 또한 이러한 근육들은 발화(發話) 및 노래시에도 다양한 역할을 하는데 숙달된 가수 및 숙달되지 못한 가수들에서 수직근과 사경근은 서로 다른 피치조절 기능을 가지며⁵⁾ 윤상갑상관절의 회전운동은 억양의 변화때 주로 나타나고 전방변위는 어절 단위에서 나타난다고 보고되었다.⁶⁾⁷⁾ 그러나 이러한 보고에 대한 근전도 연구는 이제까지 시행되지 않아 많은 의문점으로 남아있는 실정이다.
   본 연구에서는 이러한 현상을 연구하기 위해 직접 사람 윤상갑상근의 수직근과 사경근을 확실히 구분하여 선형 근전도침을 삽입한 후 각 근육에 대한 발화시의 피치조절 기능의 차이를 규명하여 유의한 결과를 얻었기에 문헌과 함께 보고하는 바이다.

대상 및 방법

   양성 갑상선 질환으로 갑상선 일측엽 절제술을 받은 환자 8예를 대상으로 하였다. 모든 환자의 발성기관은 술전 검사에서 정상이었으며 갑상선 기능은 술 전 및 술 후 모두 정상이었다. 과거력상 후두질환이나 신경학적 질환이 없었고 노래를 위한 특별한 훈련을 받지 않았다. 수술시 병변측의 반회후두신경의 손상은 없었으며 상후두신경 및 윤상갑상근은 정상측은 되도록 완전히 노출하지 않았고 병변측의 윤상갑상근은 노출하였으나 손상을 주지 않았고 상후두신경은 병변측 갑상 상엽 박리시 노출되지 않은 경우가 대부분 이었으나 노출된 경우 주의하여 갑상선 상엽으로부터 박리하였다. 본 실험에 대한 진행은 수술전 모든 환자에게 설명한 후 환자의 동의하에 실시하였다.

실험방법

근전도 검사
   갑상선이 절제되지 않은 정상측의 윤상갑상근은 수직근과 사경근으로 쉽게 육안으로 확인되는데 선형 근전도침을 각각 근육의 방향에 평행하게 삽입 후 빠지지 않게 5-0 vicryl로 고정시켰다(Fig. 1). 근전도선을 절개부위를 통해 외부로 나오게 한 다음 상방의 피부에 반창고로 고정하여 빠지지 않게 하였다. 술 후 약 5~7일 사이에 음성신호의 변화에 따른 변화와 각각의 근육에 대한 근활동도를 비교 분석하였다. 선형 근전도침은 44ga×100 mm paired hook wire 및 25 ga×50 mm cannula(Nicolet Biomedical, #019-772900, Medison, USA)를 사용하였고 근전도기구는 Nicolet II EMG system(Nicolet Biomedical, Medison, USA)을 사용하였던바 음성신호 및 2개의 근전도 신호를 3 channel 상에 나타나게 하였으며 근전도 기구에 내장된 프로그램에 의해 입력된 근전도 신호는 모두 정류 및 적분된 신호로 바꾸어 음성신호에 따른 변화를 관찰한 다음(Figs. 2 and 3) 근전도 신호를 다시 smoothing 처리하면 완만한 곡선 상태로 나타나는데 이 신호를 이용하여 각각의 근육에 대한 근활동도를 비교 분석하였다(Figs. 4 and 5).

음성 표본 및 분석
   먼저 호흡시의 근활동도를 알기 위해 먼저 심호흡 및 가쁜 호흡시 근활동양상을 비교하였다. 발성시의 활동도를 알기 위해 음성표본은 세가지로 구분하여 사용하였는데 기본 단모음 5가지를 편안하게 지속적으로 발성케 하여 각각의 기저주파수에 대한 근전도 활동도를 확인하고, 단문장 발화시의 활동도를 측정하기 위해 안녕하십니까?라는 말미 억양상승과, 안녕합니다라는 말미 억양하강을 사용하였다. 복합문장에서의 피치변화시의 활동도를 알기 위해 시 “고향의 봄” 중 나의 살던 고향은 꽃피는 산골이라는 문장을 피치 변화를 주면서 자연스럽게 발화하게 하였던바 특히 “꽃피는”에서 피치를 상승시켰다. 피치변화에 따른 각 근육들의 활동도 변화는 정확한 수치화를 할 수 없어 정량분석은 시행하지 못하였으며 정성분석을 시행하여 근활동도의 양상을 비교하였다. 각 근육들의 활동도는 환자들마다 다양한 활동도와 변화의 양상이 달라 수치상으로는 객관화할 수 없어 주관적인 관찰에 의해 의해 활동도의 곡선이 완만하게 상승할 경우는 mild, 급격하게 상승하면 marked로 규정하였고 그 중간을 moderate로 규정하였다.

결     과

심호흡 및 가쁜 호흡시 활동도 차이
   Table 1에서와 같이 심호흡(deep inspiration)시의 수직근과 사경근의 활동도는 대상자 8명중 3명에서는 정확한 측정을 할 수 없었으나 2명에서는 같은 활동도를 보였고 2명에서 수직근에서 높은 활동도를, 1명에서는 사경근에서 높은 활동도를 나타내어 전체적으로 비슷한 양상의 활동도를 나타낸다고 하겠다. 가쁜 호흡(pants)시의 활동도는 3명에서 사경근에서 높은 활동도, 2명에서 수직근에서 높은 활동도 및 2명에서 측정불가 및 1명에서는 같은 활동도를 보여 전체적으로 비슷한 양상의 활동도를 보였다.

기본 단모음에 대한 활동도

   단순 지속모음에 대한 활동도는 수직근 및 사경근에서 각 모음에 대한 활동도의 차이를 나타내지 못하였다.

단문장 회화음의 억양 변화에 대한 활동도 변화

   단문장 “안녕하십니까?”에서 문장이 시작되기 직전의 준비단계에서의 활동도 시작(early activation)은 6예에서 사경근의 활동도의 증가가 수직근에 비해 먼저 나타났고 문장이 시작되면서 서서히 활동도가 증대되는 양상을 보였으며 2예에서는 비슷한 활동도의 시작을 나타내었다(Table 2). 그러나 활동도의 시작 후 사경근은 완만한 활동도의 증대를 나타냈으나 수직근은 문장이 시작되기 전 일부 활동도를 보이지만 문장이 시작되면서 활동도가 급격히 상승하였다. 문장의 말미에서는 의문문 형태의 억양 상승에서는 1예를 제외한 모든 예에서 수직근의 활동도가 현저히 증대하였으나 사경근에서는 수직근에 비해 현저한 상승을 나타내지 못하였다(Fig. 4).

복합문장 회화음의 억양 변화에 대한 활동도 변화

   복합문장 중에서도 단문장에서와 같이 2예를 제외한 모든 예에서 문장이 시작되기 직전의 준비단계에서는 사경근의 활동도 증가가 먼저 나타났고 서서히 활동도가 증대되는 양상을 보였으나 수직근은 사경근에 비해 늦게 활동도의 증대가 나타나나 문장이 시작되면서 활동도가 급격히 상승하였다. 문장중에서 억양의 변화에 대한 활동도의 변화는 수직근에서 보다 활동적이었으며 문장중의 피치상승에서는 수직근에서 사경근에 비해 1예를 제외한 모든예에서 높은 활동도를 나타내었다(Table 3, Fig. 5).

고     안

   성대진동수를 직접 의미하는 음성의 기저주파수는 후두내근의 활동정도, 공기역학적 및 기타 구조물들의 역학적 작용 등 매우 다양한 상호 작용에 의해 결정된다. 그러나 근전도 연구 및 후두 모델에 의한 연구에 의하면 윤상갑상근이 기저주파수를 결정하는 주된 근육이며 또한 지속모음에 대한 피치의 변화도 이 근육의 활동에 의하는데 그 기전은 윤상갑상근이 활동시 윤상연골과 갑상연골사이의 거리가 좁아지고 성대가 길어지면서 성대의 긴장도가 증대하여 피치가 증가하며, 활동도가 없어지게 되면 반대로 성대가 짧아지면서 긴장도가 하강하여 원래의 피치를 나타내게 된다.⁸⁾⁹⁾ 그러나 Hollien은¹⁰⁾ 윤상갑상근의 작용에 의한 성대의 길이 조절이 중요한 피치조절기능이지만 피열연골간근 및 후윤상피열근의 작용에 의한 피열연골의 전후 운동에 의해서도 성대 길이가 조절되는 중요한 역할을 한다고 보고하였다. 갑상피열근도 피치조절에 중요한 역할을 하는데 Titze 등은¹¹⁾ 갑상피열근은 피치를 상승시키기도 하고 하강시키기도 한다고 하였다. 성대진동에 직접 영향을 주지는 않지만 간접적으로 영향을 주는 근육은 후두외근이다. 후두외근이란 후두에 영향을 주어 후두기능에 변화를 초래하는 모든 근육을 의미하는데 여기에는 설골상부근, 설골하부근(경부근), 인두수축근 및 외설근 등이 있다. 이 근육은 후두를 상하로 움직이게 하므로서 후두의 생리적 기능중의 하나인 이물질에 대한 방어기능 및 연하운동을 수행하며 음성의 질에도 변화를 준다는 사실은 매우 잘 알려져 있지만 성대의 진동에 어떠한 영향을 주는가에 대한 연구는 미비한 실정이지만 최근 Hong 등¹²⁾의 연구에 의하면 경부근의 수축은 후두와 기관을 전,하방으로 잡아당기는 운동 즉 laryngotracheal downward pulling과 laryngotracheal forward bending을 초래하여 피치가 증대되는데 그 이유는 후두기관의 하강으로 인한 후두기관의 공기의 압력증대에 의한 성문하압력의 증가와 후두기관의 전하방으로의 기울림에 의해 윤상갑상거리의 단축으로 인한 성대의 길이증대와 긴장도증대에 의해 pitch가 증대된다고 보고하였다.
   윤상갑상근에 의한 기저주파수의 영향은 윤상갑상근과 윤상연골 및 갑상연골사이의 관절운동 등 다양한 해부학적 구조에 의해 설명되어질 수 있다. Vilkmann 등⁷⁾에 의하면 성대긴장도에 가장 많은 영향을 주는 것은 윤상갑상관절에서 윤상연골과 갑상연골의 두가지 운동양상 즉 회전운동(rotation)과 전위운동(anterior translation)에 의해 성대가 길어지면서 긴장도가 증대하게 된다고 보고하였다. 이러한 운동은 윤상갑상근의 수축방향에 의해 결정되는데 인간에서의 윤상갑상근은 주행하는 방향에 따라 수직근, 사경근 그리고 수평근으로 구성되어있으며 근육의 방향에 따라 운동양상이 다르게 나타난다. 수직근은 피치조절에 가장 중심적인 역할을 하는 근육으로 성대길이를 보다 효과적으로 길게 하지만 사경근도 수축시 윤상갑상 관절내에서 갑상연골이 앞으로 빠져나가는 갑상연골 변위에 의해 성대를 길게하여 긴장도를 증대시킨다. 또한 Hong 등의 보고에서도¹²⁾ 사경근의 이러한 운동은 피치조절에 있어 주된 역할은 아니지만 수직근의 역할과 더불어 부수적인 역할을 하게 된다고 한다. 그러나 수평근의 역할에 대해서는 보고된 적이 없으며 본 연구에서도 조사하지 않았다.
   본 연구에서 나타난 결과에 의하면 먼저 각 모음에 따른 기저주파수에 대한 윤상갑상근의 역할은 수직근 및 사경근에서 비슷한 양상을 보여 정상 모음 발성시는 윤상갑상관절에서 수직근에 의한 전방 회전운동과 사경근에 의한 전방 변위운동이 동시에 비슷하게 나타난다는 사실을 알 수 있었으며 모음에 따른 윤상갑상근의 활동도의 차이는 발견할 수 없었다. 그러나 잘 알려져 있듯이 각 모음은 모음에 따른 고유기저주파수를 가지고 있다. 즉 고설음에서는 고주파수를, 저설음에서는 저주파수를 가지는 특성을 나타낸다. 이러한 현상을 모음의 고유기저주파수라 하는데 특히 고설음에서 기저주파수가 높게 나타나는 기전에 대해 Honda는¹³⁾ 고설음시 혀, 설골 및 후두의 상하운동에 의한 성대의 수직긴장도의 변화보다는 성대의 횡적 긴장도의 변화에 의해 혀의 높이에 따라 피치가 변한다고 보고하였다. 그는 이설골근(geniohyoideus)과 이설근(genioglossus)과 동시에 윤상갑상근에 근전도검사를 시행한 결과 이 설근들의 활동도와 비례하여 윤상갑상근의 활동도가 증대하는 현상을 보고하였는데 이러한 현상은 고설음시 혀가 상승하면서 동시에 윤상갑상근의 활동에 의해 윤상갑상근의 거리가 좁아져 성대의 횡적 긴장도가 증대된다는 사실을 발표하였다. 이러한 사실은 Vilkman에¹⁴⁾ 의해서도 보고되었던바 고설음시 혀가 상승할때 반사적으로 윤상갑상근의 활동도가 증대되어 성대의 횡적긴장도가 증대된다고 보고하였다.
   윤상갑상근의 수직근과 사경근의 기능의 차이에 대해서는 대부분 동물 실험에 의한 결과로서 윤상갑상관절에서 전, 후방 전위운동은 실제로 잘 일어나지 않는다고 보고되었다.¹⁵⁾ 또한 상, 하 후두신경을 동시에 자극하였을 때 실제로 갑상연골이 운동하지 않으며¹⁶⁾ 실제로 전방전위운동이 발생하려면 윤상갑상 관절의 인대가 느슨해야 하고 관절면이 길어야 하는데 실제로 그러하지 못하기 때문에 전위운동이 발생하지 않는다고 보고되었다.¹⁷⁾ 그러나 다른 보고에 의하면¹⁸⁾ 비록 윤상갑상관절의 해부학적 구조가 매우 다양하지만 약 80%에서 실제 전위운동이 나타난다고 한다. Hong 등¹²⁾은 개를 이용한 실험에서 수직근을 자극하였을 때 사경근을 자극하였을 때 보다 많은 주파수의 증대와 윤상갑상연골간 거리의 단축을 나타내며 사경근에서는 수직근보다 적지만 주파수의 증대와 윤상갑상연골간 거리의 단축을 역시 보인다고 하였다. 또한 수직근과 사경근을 동시에 자극하였을 때 각각 단독으로 자극하였을 때 보다 많은 주파수의 상승 및 윤상갑상연골간 거리의 단축을 발견하였던바 수직근에서는 윤상갑상 관절에서의 전방 회전운동과 사경근에서는 전방 전위운동에 의해 동시 작용시 가장 효과적인 주파수의 상승이 있다고 보고하였다.¹⁹⁾²⁰⁾ 또한 Hong 등¹²⁾은 피치상승을 목적으로하는 제 4 형 갑상연골 성형술에서도 수직근과 사경근의 수축방향으로 접근봉합을 시행한 경우 피치의 상승이 보다 효과적이라고 보고하여 이들 두 근육의 기능적 차이의 중요성들이 보고되어져 왔다. 그러나 실제 사람에서 이들 두 근육의 기능상의 차이에 대해서는 보고가 많지 않다.⁵⁾ Honda에 의하면¹³⁾ 윤상갑상근에 대한 근전도 연구에서 기저주파수의 조절에 있어 수직근보다 주로 사경근의 활동에 의한다고 보고하여 발화시의 조음상에서의 주파수 조절이 주로 사경근에 의하며 수직근은 갑작스런 피치 변화시 활동적이라고 보고하였다. Fujisaki⁶⁾와 Vilkman⁴⁾의 연구에서는 윤상갑상관절에서의 회전운동은 억양의 변화때 주로 나타나고 전방변위는 어절 단위에서 나타난다고 하였으며 McHenry 등²¹⁾은 피치조절 및 발화시의 억양조절이 수직근과 사경근의 활동 모두에 의해 나타나지만 개개인에 따라 수직근 또는 사경근이 보다 활동적일 수 있다고 보고하였다. 그러나 본 연구에서는 정상발화시 사경근의 활동도가 수직근에 비해 먼저 나타났고 문장이 시작되면서 수직근이 보다 활동적임을 관찰하여 수직근이 피치조절에 보다 활동적이지만 서로 상호 보완적으로 작용한다는 사실을 알 수 있었다.

결     론

   본 연구의 결과 수직근과 사경근은 서로 다른 피치조절 기능을 가지며 수직근은 억양의 변화 및 말미의 피치상승때 주로 활동하고 사경근은 발화시작 전에 미리 전방변위를 발생시켜 성대를 어느 정도 긴장시킨 다음 어절에서 피치의 변화에 따라 활동도가 달라지며 문장중의 피치상승에서는 수직근이 보다 활동적임이 관찰되었다.

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