2035년 미래의 병원, 어떠한 의료 기술로 환자를 치료할까?
2035년 12월, ♤♤잡지사에 다니는 영서는 광신 병원을 찾았다. 전문 의사 선생님들과 나눈 인 터뷰를 소개하고자 한다. 다음 만화 속에 나오는 의료 기술과 첨단 의료 기기로 어떻게 환자를 치료 하는지 생각해보자.
, 과학기술예측조사 5권, p.96, 2012
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-영 서: 안녕하세요. 오늘 선생님들을 찾아뵙게 된 건, 그동안 저희 잡지 독자들의 궁금증에 답하려는 의도에서 시작되었는데, 전화로만 질문하는 데에 한계를 느껴 이렇게 직접 오게 되었습니다.
바쁘신 중에 시간을 내 주셔서 감사합니다. (중략)……
의사 1: 인공장기도 빼놓을 수 없죠. 수혈과 더불어 수요는 많은데 반해 공급이 적던 것을 인공 기기 로 극복 가능하게 된 대표적인 경우니까요. 현재는 인공심장, 인공간, 인공신장 등 인공장기 를 제작하는 3D RP(Rapid Printing) 장비가 들어와 있습니다. 3D RP 장비로 각 인공장기를 이루는 세포와 세포가 자라는 데 필요한 부가물질을 프린팅하여 장기를 제작하는데요, 일단 빠르게 많은 양을 제작 할 수 있다는 점에서 유용합니다. 환자 개인적으로는 장기 이식이 시급 한 경우에 환자의 신체에 맞는 장기를 맞춤 제작할 수 있다는 장점이 있고요. 이 외에도 장기 이식에 있어서는 그동안 많은 발전이 있었습니다. 뇌를 포함한 모든 장기가 손상 없이 냉동 보 존되어 필요한 경우 해동하여 이식하는 것이 가능해졌거든요. 저는 개인적으로 인공장기보 다 이렇게 기증된 장기를 보존하여 이식하는 것을 더 선호하는 편입니다.
영 서: 그렇군요. 계속해서 얘기를 듣고 싶은데요, 시간이 한정되어 있어 넘어가는 점 양해 바랍니 다. 요즘 병을 찾는 최첨단 방법이나 치료법은 무엇이 있을까요?
의사 2: 일단 요즘은 여러 가지로 진단이나 치료에서 그 속도나 정확도가 확실히 높아졌다고 생각합 니다. 몸으로 느낄 정도니까요. 특히, 저는 요즘 진단 시 캡슐을 사용하는데요, 이 캡슐은 물 과 함께 그냥 알약처럼 드시면 되는 겁니다. 그러면 위와 장을 거쳐 이동 한 캡슐이 위장관 내 에서 압력, pH, 온도 등을 측정해서 무선으로 서버에 정보를 보내는 거죠. 빠르고 확실하게 치료 방향을 잡는 데 있어 유용합니다.
얼마 전에 염증성 대장질환에 걸린 환자를 보게 됐는데, 이 또한 캡슐 검사를 통해 파악했죠.
시토메갈로 바이러스(CMV)에 감염되었다고 진단되었습니다. 이 바이러스에 감염되면 치 료도 어렵고 대장에 생긴 염증이나 궤양은 출혈성 설사라든지, 복부 경련, 고열 등을 유발합 니다. 또 대장염 같은 경우, 사람들이 쉽게 그저 배탈이 났다고 생각할 때도 적지 않아요. 증상 이 많이 진행된 후에야 내원하는 게 다수거든요. 예전 같으면 수술까지 가야 하는 경우가 수 두룩했었는데, 요즘 항문외과에서는 체외로 배출 가능한 로봇으로 바이러스를 치료합니다.
이 로봇은 나노미터 크기의 작은 로봇인데, 인체에 직접 투입되어서 특정 바이러스를 감지하 고 중화하거나 파괴할 수 있습니다. 일단 바이러스의 정체가 밝혀지면, 이 로봇을 이용해 각 각의 바이러스에 따라 다른 방식으로 치료합니다.
영 서: 로봇에게 똑똑하다고 말해도 될지 모르겠지만, 정말 신기할 정도네요! 오늘 정말 소중한 시 간, 또 이야기들 나눠주셔서 감사합니다.
생각 열기
우리 몸속 소화기관을 볼 수 있을까? 1차시 소화기관을 들여다 볼 수 있는 내시경의 구조와 원리를 알아보자.
1868년 독일의 의사 아돌프 쿠스마울은 47cm 길이의 금속막대를 사용해 환자의 위 속을 관찰하는 방법을 고안했지만 널리 쓰이지 못했다. 금속막대를 뱃속에 넣으면 환자가 고통스러워했기 때문이다. 약 90년 뒤 미국의 소화기내 과 연구원 허쇼위츠는 쿠스마울이 만든 내시경을 발전시킬 방법을 고민했다.
그는 방법이 떠오르지 않아 손으로 머리를 감싸고 고민하던 중, 손 안에 엉켜 들어온 머리카락을 보고 힌트를 얻었다. 머리카락처럼 가늘고 부드러운 유리 섬유를 이용한 내시경인 ‘파이버스코프’는 1958년 이렇게 탄생했다.
< 구조>
※ 금성출판사, 고등학교 과학, 2011
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광섬유와 렌즈를 이용해 장기 내부를 직접 살펴볼 수 있는 기구로서 긴 관 속 에 두 다발의 광섬유가 들어 있다. 한 다발은 장기 내부에 빛을 비추고, 다른 다발은 반사된 빛을 통해 내부의 모습을 보여 준다. 광섬유 내부에서 전반사가 일어나므로 관이 구부러져도 제대로 된 상을 볼 수 있다.
캡슐내시경은 기존의 내시경과 달리 환자가 고통 없이 알약 모양의 캡슐을 삼키어 소화기 질환 진단에 필요한 영상을 획득하는 의료기기이다. 기존의 내시경 검사에 비 하여 통증이 적어 최근 사용량이 증가하고 있으며, 기존의 내시경으로는 검사가 어려 웠던 소장질환 검사에 유용하게 사용되고 있다.
오늘날의 내시경은 높은 해상도로 이전에는 도달할 수 없었던 부위까지 의사들이 직접 볼 수 있어 발생 초기의 암을 진단할 수 있으며 진단과 동시에 암 덩어리를 제거할 수 있 는 치료 장치도 장착하고 있다. 내시경의 원리와 특징을 탐구해보자.
내시경은 어떤 구조를 하고 있기에 가늘고 구불구불한 관을 따라 위 속까지 보게 할 수 있 을까?
환자들은 일반 내시경보다 수면내시경을 더 선호하고 있다. 그 이유는 무엇인가? 일반 내 시경과 수면 내시경의 장단점을 조사해보자.
우리 몸의 소화가 시작되는 곳은 입이다. 우리가 먹은 음식물은 입에서부터 몸속 여러 기 관을 지나는 동안 소화와 흡수가 일어나는 데 처음과는 전혀 다른 모습으로 배출된다. 소 화 기관과 그 역할을 알아봅시다.
< , 과학2, 2009>
우리 입으로 섭취한 음식이 어떤 기관을 따라 움직이며 소화가 일어날까요? 그리고 기관의 역할은 무엇일까요?
식물의 이동 기관 :
입→ ( 식도 )→( 위 )→( 소장 )→ ( 대장 )→ 항문 인체의 여러 기관의 역할
① 입 : 이는 음식물을 씹고 부수어 영양소를 분해한다. 혀는 침샘과 음식물을 고루 섞 이게 하고 음식물을 목구멍 쪽으로 운반한다.
② 식도 : 식도는 입과 위를 연결하는 부분으로 가늘고 길다. 식도에서는 소화가 일어나 지 않고 음식물을 위로 보내는 통로역할을 한다.
③ 위 : 위는 갈비뼈 아래 왼쪽 배에 있으며, 주머니 모양으로 되어 있고, 자기의 신발 만한 크기이다. 위가 음식물을 받아들이면 꿈틀꿈틀 움직여서 음식물이 위액과 잘 섞이 게 해 준다. 위의 벽에서 위액이 나와서 단백질을 분해하다. 위에서 음식물은 보통 4-5 시간 머물러 있게 된다. 위액에는 강한 염산이 있어 음식물과 함께 들어온 병균을 죽이 는 기능이 있다.
④ 십이지장 : 십이지장은 위와 작은창자를 연결하는 소화기관이다. 십이지장은 손가락 12개를 옆으로 붙였을 때의 길이와 같은 길이여서 붙여진 이름이다. 십이지장으로 쓸개 즙과 이자액이 들어와서 음식물과 섞여 음식물을 소화시킨다.
⑤ 작은창자 : 작은창자는 길고 가는 관이며 우리 몸의 배에서 대부분이 작은창자이다.
작은창자의 위쪽은 위, 아래쪽은 큰창자에 연결되어 있다. 작은창자의 벽에 있는 창자샘 에서 창자액이 나와 음식물을 소화한다. 작은창자는 꿈틀꿈틀 운동을 하여 음식물과 소 화액이 고루 섞이게 한다. 소화된 음식물은 몸으로 흡수되어 피를 통해 온몸으로 운반되 어 에너지를 낸다.
⑥ 큰창자 : 큰창자는 작은창자보다 굵고 잘록잘록하게 되어 있으며 배 부분의 작은창자 를 둘러싸고 있다. 큰창자에서는 주로 물을 흡수하고 남은 찌꺼기를 항문을 통하여 배출 한다. 소화된 음식물은 몸으로 흡수되어 피를 통해 온몸으로 운반되어 에너지를 낸다.
작은창자와 큰창자의 연결부분에는 맹장이 있으며 그 끝에 충수가 있다. 여기에 염증이 생기면 맹장염이 되어 위험할 수도 있다.
⑦ 간 : 오른쪽 갈비뼈 밑 배에 있으며, 위와 대칭되는 곳에 있다. 간은 우리 몸에서 가 장 큰 기관이다. 간은 쓸개에 저장되는 쓸개즙을 만드는 역할을 한다.
⑧ 쓸개 : 쓸개는 간에 파묻혀 있는 주머니로서 간에서 만들어진 액을 저장한다. 쓸개에 저장된 소화액은 십이지장으로 들어가 음식물을 소화한다. 쓸개즙에는 소화효소가 없고 지방의 분해를 도와주는 역할을 한다.
⑨ 이자 : 이자는 위 바로 밑에 있으며 흰색의 긴 기관으로 십이지장과 연결된다. 이자 액에는 트립신, 아밀라아제, 리파아제 등의 효소가 들어있다. 이자에서 나오는 이자액은 탄수화물, 지방, 단백질을 모두 분해시킨다. 십이지장에서 이자액과 음식물이 섞여 작은 창자로 가서 모두 분해된다. 이자는 소화에 있어 가장 중요한 부분이다.
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-“나노 로봇 캡슐 내시경을 설계하고 제작하여 미션을 수행하라.”
세부 미션 조건
소화기관이 그려진 경기장에 내가 설계하여 만든 나노 로봇을 무선 조종하여 질병(용종, 암)을 제거하는 미션을 수행해 봅시다.
(주어진 재료: 리모컨으로 작동하는 무선 자동차, 휴대전화, 핀, 풍선 등)
첨단 의료 진단 기술에는 내시경이나 컴퓨터 단층 촬영기(CT), 자기 공명 영상 장치(M RI), 양전자 방출 단층 촬영기(PET) 등이 있다. 이중에서 가장 활용 빈도가 높은 것이 내시경이 다. 우리 몸의 소화 기관에 발생할 수 있는 주요 암은 무엇이 있는지 탐구하고 서로 이야기 해 봅시다.
식도질환: 식도암, 식도 정맥류, 식도 점막하 종양, 식도 감염증, 역류성 식 도염 등
위, 십이지장 질환: 위암, 위 점막하 종양, 위 궤양, 십이지장 궤양, 위염 등 Ÿ
오늘의 학습문제를 알아봅시다.