신체활동이 퇴행성관절염(osteoarthritis)을 예방할 수 있다는 연구결과가 나왔다.
델라웨어대 기계공학부 데이비스 버리스 교수는 운동이 연골에서 유출된 체액을 다시 재흡수하는 것을 도울 수 있다는 실험결과를 미국진공학회 (AVS) 62차 국제 학술대회 및 전시회에서 발표했다고 메디컬뉴스투데이가 21일(현재시간) 보도했다.
충격을 흡수하고 관절의 마찰을 줄여주는 연골은 무릎관절 끝 부분의 뼈를 덮어주는 딱딱하고 물렁한 물체이다. 연골조직의 약 80%는 체중을 지지하고 관절 표면에 윤활유역할을 하는 활액으로 구성되어 있다. 활액이 사라지면 연골 두께는 감소하고 마찰이 증가하여 뼈가 쇠약해지고 무릎에 퇴행성관절염 통증이 발생한다.
하지만 퇴행성관절염 증세가 나타나려면 일반적으로 수십년이 걸리기 때문에 무엇이 몇일, 몇 달, 몇 년에 걸쳐 관절에서 연골의 체액 빠짐(deflation) 현상을 막는지 의문을 가지게 됐다.연골은 많은 구멍을 가지고 있기에 활액은 시간이 지남에 따라 구멍에서 빠져나오게 된다. 사실은 활액은 위쪽 다리뼈와 아래쪽 다리 사이의 막 형태 벽으로 된 구멍으로 끊임없이 흘러나오고 있다.
버리스 교수는 운동이 체액이 확산되는 속도보다 빠르게 일어나면, 연속적인 무릎 운동이 연골의 체액 빠짐 현상을 방지할 수 있을 것이라는 가설을 세우고 연구를 시작했다.
연구팀은 연골 골판(cartilage plug)을 조그만 원형의 구체 구멍에 고정시킴으로써 접촉부위가 활액의 확산속도보다 빠르게 움직이게 되면 조직세포를 둘러싼 틈새 공간 내의 압력(간질 압력: interstitial pressure)이 지속적으로 유지된다는 사실을 확인했다.
하지만, 사람들이 특별한 활동 없이 매일 앉거나 서 있는 긴 시간을 감안할 때 무릎 관절에서 체액 빠짐 현상이 일어나지 않는 원리에 대해서는 확인할 수가 없었다. 이에 따라 사람들이 움직이지 않을 때 유출된 체액을 연골이 재흡수하는 원리에 대해 관심을 가지게 됐다.
버리스 교수는 “연구결과 연골의 체액 재흡수 과정이 베어링 작동 과정에서의 윤활 원리에 따른 유체역학적인 가압현상(hydrodynamic pressurization)에 의해 진행되는 것으로 나타났다”고 말했다. 유체역학적인 가압현상은 두 표면의 상대운동(relative motion)이 두 표면 사이의 체액으로 하여금 삼각쐐기(triangular wedge) 상태에서 가속화시키는 경우에 발생한다.
예를 들어 정상 타이어가 수면 위로 빨리 달리게 되면, 상호접촉부위에 막이 형성되어 윤활유처럼 작용할 때까지 압력이 작용하게 되는데 이를 수막현상(hydroplaning)이라고 한다. 타이어에 구멍이 많으면, 바깥 쪽 물의 압력이 물로 하여금 타이어 속으로 들어가게 만든다.
연구팀은 유체역학적인 가압현상이 체액이 빠진 연골을 다시 체액으로 채울 수 있는지 알아보기 위해 일반적인 연골보다 큰 연골샘플을 유리에 붙여서 쐐기형태를 이루게 했다.
그 결과 사람의 평소 걷는 속도보다 느리게 미끄러지는 속도에서는 연골은 얇아지고, 시간이 지나면서 마찰 증가 현상이 나타났다. 반면, 미끄러지는 속도가 사람의 평소 걷는 속도에 점차 가까워질수록 연골은 두꺼워지고, 마찰은 감소하게 됐다.
연구팀은 유체역학적인 가압현상이 유출됐던 체액으로 하여금 연골로 유입되도록 한다고 결론을 내렸다.
버리스 교수는 “우리는 (활액의) 유입과 유출 간의 역학적인 경쟁관계를 관찰했다”며 “연골 두께가 관절에서 수십년에 걸쳐 유지될 수 있으며, 그 이유에 대해 처음으로 직접적인 인사이트를 가지게 됐다”고 말했다.
그는 “신체 활동이 간질 내 윤활현상과 관련된 자연적인 체액 빠짐 과정을 방지한다”고 덧붙였다.
