접수일: 2011년 9월 19일, 게재승인일: 2011년 11월 22일 책임저자: 이삼규, 광주시 동구 제봉로 42번지
501-757, 전남대학교병원 재활의학과
Tel: 062-220-5198, Fax: 062-228-5975 E-mail: [email protected]
*공동 1저자임.
체외충격파치료의 임상적 적용
전남대학교 의과대학 재활의학교실, 의과학연구소, 노인의학센터, 전남대학교병원 권역심뇌혈관질환센터, 한양대학교 의과대학
재활의학교실1, 경희대학교 의과대학 재활의학교실2
한재영*ㆍ박시복1*ㆍ김인규ㆍ최인성ㆍ김희상2ㆍ이삼규
Clinical Application of Extracorporeal Shock Wave Therapy (ESWT)
Jae-Young Han, M.D.*, Si-Bog Park, M.D., Ph.D.1*, In-Gyu Kim, M.D., In-Sung Choi, M.D., Ph.D., Hee-Sang Kim, M.D., Ph.D2 and Sam-Gyu Lee, M.D., Ph.D.
Department of Physical & Rehabilitation Medicine, Research Institute of Medical Sciences, Center for Aging & Geriatrics, Regional CardioCerebroVascular Center, Chonnam National University Medical School & Hospital, Gwangju, 1Department of Rehabilitation Medicine, Hanyang University College of Medicine, 2Department of Rehabilitation Medicine, Kyung Hee University College of Medicine, Seoul, Korea
Shock waves were employed for many years for the man- agement of urolithiasis in people, but in the 1990s use was extended to musculoskeletal diseases, including epi- condylitis of the elbow, plantar fasciitis, and calcifying and noncalcifying tendinitis of the rotator cuff. With the non- invasive nature of these waves and their seemingly low complication rate, extracorporeal shock wave therapy (ESWT) seemed a promising alternative to the established conservative and surgical options in the treatment of pa- tients with chronically painful conditions. Much is known about the physics of shock waves, however, less is known about the mechanisms of action of shock waves in muscu- loskeletal diseases. This article describes the shock wave, generation of shock wave, therapeutic parameters, inter- actions with musculoskeletal tissues and clinical appli- cations.
(Clinical Pain 2011;10:103-109)Key Words: Extracorporeal shock wave therapy (ESWT), Musculoskeletal diseases, Rehabilitation
서 론
체외충격파 치료는 일찍이 유럽에서 신장 결석에 대해 파쇄의 목적으로 도입된 이래, 체외충격파쇄석법이란 비침 습적 결석 치료법으로 임상에서 널리 활용되어 왔다. 최근, 빛, 물, 열, 전기, 자기, 초음파, 충격파(전자기식, 또는 전기 수압식) 등 다양한 물리의학적 자극들이 생체 조직내 물리 적 변화나 화화적 변화를 일으키고, 생체 조직의 활성과 기 능에 영향을 미친다는 확립된 가설에 따라, 이미 확립되어 임상에 응용 적용되고 있거나, 아직 미흡한 영역에 대해서 는 다양하고 집중적인 임상 연구가 지속적으로 이루어지고 있다. 특히 체외충격파치료는 근골격계 질환의 치료 목적 으로 점차 임상 영역이 확대되고 있는 새로운 치료법 중의 하나로, 비침습적이고 반복할 수 있으며, 쉽게 적용가능하 고, 비교적 안전하게 시술할 수 있는 임상 적용의 용이성으 로 인해 다양한 분야에서 이용되고 있으나 그 기전에 대한 연구는 아직까지 미흡하며 최적의 효과를 낼 수 있는 치료 적 변수에 대한 확립은 이루어지지 못한 실정이다. 이에 현 재까지 보고된 문헌고찰을 통해 체외충격파치료에 대한 최 적의 치료 프로토콜을 설정하는데 있어 고려해야할 사항에 대해 알아보고자 한다.
충격파의 정의
충격파란 음파의 파동(wave)으로 자연에서 발생하는 천 둥이나 총알의 폭발과 동시에 발생하며 지진이나 액체안의 기체방울의 붕괴 시에도 자연적인 충격파를 생성할 수 있 다.1) 충격파는 원거리까지 에너지를 전달할 수 있으며 다양 한 매개체를 통해 전달될 수 있다. 의학적으로 이용하는 충 격파의 특징은 10 ns 보다 짧은 시간의 급격한 압력상승, 100 MPa까지의 높은 최대 압력과 공동화(cavitation) 현상 을 일으키는 주원인이라고 생각되어지는 양성 압력 진폭의 약 10% 정도 되는 진폭을 가지는 음성 압력 위상이 뒤이어 나타나는 것이다(Fig. 1).2)
Fig. 1. The pressure (y axis) and time (x axis) measurements of a shock wave. The rise time is 5 to 10 ns with the entire pos- itive wave within a microsecond. The maximum positive pres- sure (P+) is the highest pressure amplitude of the shock wave.
The shaded area under the curve represents the total positive and negative energy of the shock wave.2)
Table 1. Recommendations for the Use of Extracorporeal Shockwave in Medical Indications3)
Approved standard indications Chronic tendinopathies
Plantar fasciitis with or without heel spur Achilles tendon
Radial epicondylopathy (tennis elbow) Rotator cuff with or without calcification Patella tendon
Greater trochanteric pain syndrome Impaired bone healing function
Delayed bone healing Stress fractures
Early stage of avascular bone necrosis (native X-raywithout pathology) Early stage osteochondritis dissecans post-skeletal maturity
Urology
Lithotripsy (extracorporeal and endocorporeal) Common empirically tested clinical uses
Tendinopathy
Ulnar epicondylopathy Adductor syndrome Pes anserinus syndrome Peroneal tendon syndrome Muscular pathologies
Myofascial syndrome Injury without discontinuity Impaired wound healing Burn injuries
Salivary stones
Exceptional indications/expert indications Spasticity
Early stage osteochondritis dissecans pre-skeletal maturity Apophysitis
Peyronie;s disease
Uses under experimental conditions Myocardial ischcemia
Peripheral nerve lesions Abacterial prostatitis Periodonial disease Osteoarthritis 체외충격파치료의 적응증
1. 적응증
체외충격파치료는 비침습적이며, 일부 질환에서는 수술 적 치료를 대신할 수 있는 장점이 있다. 또한 외래환자에게 도 비교적 쉽게 적용할 수 있으며, 치료 후 회복이 빨라 일 상생활에 영향을 주지 않는다. 현재까지 알려진 부작용은 적으며, 치료 시에 마취 등 준비가 필요하지 않고, 비교적 효과 대비 경제적인 측면이 있어 근골격계 질환을 포함한 다양한 질환에 치료적 효과를 확립하기 위해 많은 연구가 진행되고 있다.3)
국제 근골격계 충격파치료학회(ISMST)에서 2008년 정 기총회(annual general meeting)에서 체외충격파치료의 적 응증에 대해 현재까지 연구된 결과를 토대로 학술적으로 인증하여 발표하였다(Table 1).4)
최근에는 근긴장이상, 욕창, 림프부종 및 발기부전 환자 에서 체외충격파가 치료적 도구가 될 수 있음을 보고하기 도 하였다.5-11)
2. 금기증
일반적으로 임신, 항응고제를 복용중이거나 응고장애 혹 은 국소마취제에 과민반응이 있는 환자, 심박동기를 하고 있는 환자, 급성염증, 관절병증이나 신경병증이 있는 경우 금기증에 해당하며, 굵은 신경이나 척수신경에 대해서는 확립된 실험적 결과는 보고되지 않았지만 금기증으로 여겨
지고 있다.12) 1988년 Randazzo 등13)이 고에너지 체외충격 파가 정상세포보다 악성종양세포의 성장에 더 많은 영향을 미치는 것으로 보고한 이래로 기초연구가 활발히 진행되고 있다. 최근에는 악성종양의 보조치료방법으로의 가능성이 대두 되고 있으나 아직까지 임상적용 시에는 상대적 금기 증이다.
Fig. 2. (A) Shock wave induced from electrohydraulic generator. (B) The HMT VersaTron is a portable handheld system. (C) The depth is controlled by selecting the appro- priate hand piece, ranging from 5, 20, 35, and 80 mm (left to right).15)
Fig. 3. Shock wave induced from electromagnetic generator. The Storz Minilith with an inline ultrasound for focusing is shown.15)
Fig. 4. Shock wave induced from piezoelectric effect. Piezoelectric crystals expand or contract rapidly depending on polarity when high voltage is applied. This is a portable machine with a handheld probe.15)
3. 합병증 및 부작용
근골격계에 적용되는 충격파의 합병증은 대부분 피하 출 혈, 치료 중 통증, 저린감과 같은 경한 신경학적 증상과 구역 감 등이 나타날 수 있다 하였고, 대부분 수개월 이내에 모두 사라졌다고 하였다.14,15) Haake 등16)의 보고에 의하면 부작용 은 0.04 mJ/mm2과 0.07 mJ/mm2을 외상과염 환자에 적용 시 각각 피부발적은 1.2%, 4.2%, 점상출혈은 1.2%, 4.2%, 치료 중 통중은 8.1%, 16.7%, 오심/어지러움은 0%, 8.3%, 편두통 은 4.6%, 0%라 하였다. 편두통을 제외한 나머지는 0.04 mJ/mm2 적용 시에 비해 0.07 mJ/mm2 적용 시 두배의 발생 률을 보인다고 하였다. 이론적으로는 건과 혈관에 대해서
0.3 mJ/mm2을 초과하는 경우 손상을 줄 수 있다.17,18) 502명의 족저근막염 환자 중 0.22 mJ/mm2 1,500회의 자 극으로 치료를 받은 후 한 환자에서 4주 후 족저근막의 파 열을 보인 경우를 보고 하였다.19) 보고된 환자는 4주 동안 격렬한 활동을 하였고, 세 번의 스테로이드 주사를 맞은 과 거력이 있는 경우라고 하였고, 따라서 이전 스테로이드 주 사를 맞은 경우 이에 대한 고려가 있어야 할 것이다. 또한 한달간 12∼13 kV의 크기로 1,600∼1,700회로 3회 시행 받은 후 약 3.5년 후 상완골두에 골괴사가 있었던 증례가 보고되었다.20) 이는 자연적 발생을 고려해 볼 수 있지만 전
Fig. 5. The difference of physical characteristic between focused type and radial type in extracorporeal shock wave.16)
Fig. 6. The difference of wave propagation between focused type and radial type in extracorporeal shock wave.16)
상완회선동맥(anterior circumflex humeral artery)의 손상에 의해 발생한 것으로 생각해 볼 수도 있겠다.
체외충격파치료의 적용 변수
비교적 시술 절차는 단순하지만, 통증의 원인에 대한 고 찰과 그것에 합당한 치료적 변수에 대한 결정이 매우 중요 하다. 최근까지 치료효과에 대한 논란이 지속되는 이유로 서로 다른 치료적변수의 사용이 중요한 원인이 되었을 것 으로 생각한다.
1. 충격파 발생 장치21)
충격파의 발생 방법에 따라 그 물리적 특징이 다른 충격 파가 발생 되며 생체에 미치는 효과가 달라진다. 따라서 서 로 다른 물리적 특징의 비교 이해는 올바른 치료적 프로토 콜을 구상하는데 도움이 된다.
1) 초점형 방식(Focused type): 초점형 방식은 3차원 타 원형의 시가(cigar-shaped) 모양으로 장축이 충격파의 진행 방향으로 초점지역이 형성되는 특징을 보이는 방식으로,
그 발생방법에 따라 ⓛ 전기수압에 의한 충격파 발생 (Electrohydraulic generator) ② 전자기력에 의한 충격파 발 생(Electromagnetic generator) ③ 압전효과에 의한 충격파 발생(Piezoelectric effect) 세가지 형태가 있다(Fig. 2∼4).
현재까지 충격파의 발생기전에 따른 효과의 차이에 관한 연구 논문은 거의 없으며, 각 방법의 장단점이 있어 어떠한 형태가 우수한지는 논란이 있을 수 있다. 하지만 다음과 같 은 기준을 중심으로 고려한다면 선택하는데 도움이 될 수 있을 것으로 생각한다. 초점지역까지의 거리, 초점지역의 크기, 초점지역의 에너지 선속 밀도(Energy Flux Density, EFD), 에너지 출력의 균일성을 사용하고자 하는 목적과 고 려해야 하며, 그 외 시끄러운 소음, 가격 등을 생각 해 볼 수 있겠다. 일반적으로 압전효과 방식은 작은 초점지역이 생기며 큰 에너지속밀도(Energy Flux Density, EFD)를 얻 을 수 있고, 전기수압 방식은 출력에 따라 증가하는 비교적 큰 초점지역이 생기며 에너지 출력의 균일성이 다른 방식 에 비해 떨어진다. 또한 같은 방식이더라도 장비에 따라 그 충격파의 특징은 다를 수 있으므로 사용하는 장비의 파형 에 대한 변수를 알아두어야 한다.
Table 2. The Classification of Applied Energy in Shock Wave11,17,18)
Rompe (1998) Energy Flux Density (EFD) Low energy
High energy Very high energy
0.08 mJ/mm2 0.28 mJ/mm2 0.60 mJ/mm2
Loew (1999) Energy Flux Density (EFD) Low energy
Medium energy High energy
EFD＜0.1 mJ/mm2
0.1 mJ/mm2≤EFD＜0.20 mJ/mm2 0.2 mJ/mm2≤EFD＜0.40 mJ/mm2 Wild (2010) Energy Flux Density (EFD) Low energy
High energy
EFD＜0.2 mJ/mm2
0.2 mJ/mm2≤EFD＜0.40 mJ/mm2
2) 방사형 방식(Radial type): 1990년대에는 공기압축 탄도학을 이용한 압력파 발생 방식(pneumatically ballistic pressure pulse generator)을 이용 비교적 낮은 가격으로 충 격파를 생성할 수 있는 방사형 방식이 도입되었다. 기존의 초점형 방식에 비해 파형은 긴 상승시간(rise time)과 긴 파 동 지속시간(pulse duration)을 보이며 그 출력의 범위는 저 에너지와 중에너지 범위이다(Fig. 5).22) 또한 주로 방사형으 로 에너지가 전달되고 거리가 멀어질수록 거리의 제곱의 크기만큼 에너지가 감소하며 가장 높은 에너지를 갖는 곳 은 피부 접촉면이 된다(Fig. 6). 따라서 치료하고자 하는 목 표 부분에서 가장 높은 에너지가 전달되는 경우에 주변 조 직의 부작용 발생을 최소화 할 수 있으나 방사형 방식은 피 부에 부작용을 일으킬 확률이 높아질 수 있으며, 심부의 구 조물은 치료하는데 한계가 있게 된다. 또한 에너지 선속 밀 도(EFD)의 크기가 크지 않아 석회화의 파괴에는 한계가 있 다. 하지만 시술시 통증이 적으며, 초음파 등의 유도(guide) 가 필요하지 않다는 장점이 있다. 근막통증후군 등에 적용 시 치료적 가능성이 높아질 수 있을 것으로 생각한다.
2. 에너지 선속 밀도
초점에서 충격파의 에너지 선속 밀도(EFD)에 따라서 에 너지의 크기를 분류하는 기준은 아직 의견일치가 이루어지 지 않았으나, Rompe (1998)가 토끼를 이용한 연구에서 사 용한 분류와, Loew나 Wild가 사용한 분류법을 사용한다 (Table 2).17,23,24)
사용할 에너지의 범위를 선택 할 때에는 그 에너지의 범 위에서 어떠한 치료적 기전이 나타나는지 알아야 한다.
Loew (1999)의 분류법에 따른 저에너지 범위에서는 말초신 경의 활동전위를 유도하며, 물질 P (substance P), 칼시토닌
유전자관련펩티드(calcitonin gene-related peptide, CGRP) 의 감소를 가져오고 구심성 척수 신호전달(Inhibition of spi- nal transduction of afferents)을 억제한다. 중에너지에서는 연부조직의 조직학적 변화를 초래할 수 있으며, 새로운 골 형성과 신생혈관형성을 유도하고, 중간엽줄기세포를 활성 화하거나 동원한다. 고에너지에서는 석회화조직을 파괴하 거나 무수신경섬유를 선택적으로 파괴한다.25-32) 따라서 치 료적 목적이 석회화의 파괴인 경우 고에너지의 사용을, 염 증반응의 감소나 통증의 감소를 위해서는 저에너지의 사용 을 고려해야 한다.33-35)
3. 자극횟수와 빈도
자극횟수는 고에너지를 사용할수록 적을 수 있으나 대부 분 1,000∼2,000번을 시행하며, 그 빈도는 적어도 3일 이상 의 간격을 두고 주로 일주일 간격으로 2∼3회 정도를 권고 하고 있다.
4. 자극기 모양36)
근골격계 문제는 전신에 나타나는데 이러한 모든 부분에 쉽게 적응하고 환자의 작은 움직임에도 실시간으로 목표점 을 미세조정 할 수 있는 손에 쥐고 쓸 수 있는(hand-held) 형태가 유리하며 자극기의 두부의 크기가 작을수록 좋다.
관절식(articulated arm) 형태의 자극기는 적용 부위에 따라 다르겠지만 적어도 200∼300회에 한번씩 위치 조정을 하 는 것을 권고 한다.
5. 임상 집중법(clinical focusing)과 영상-유도 집중 법(Imaging-guided focusing)
고에너지를 사용하는 경우 초점 조절에 실패한 경우 주 변조직에 악영향을 미칠 수 있으며, 그 치료적 효과를 감소 하게 하는 원인이 된다. Sabeti-Aschraf 등37)은 컴퓨터를 이 용한 3차원 항법장치 유도하에서 치료한 군이 바이오피드 백을 이용한 임상적 집중법 방식에 비해 좋은 효과를 보았 다고 보고 하였다. 하지만 목표점의 위치가 깊지 않고, 저에 너지를 사용하는 경우, 특히 환자에 의해 쉽게 움직임이 생 길 수 있는 부위의 적용에는 임상적으로 가장 통증이 심한 부위를 자극하는 방법인 임상 집중법을 사용 한다.38) Dorotka 등39)은 저에너지(0.08 mJ/mm2)의 충격파를 만성 족저근막염 환자에 적용시 투시기(fluoroscopy)-유도 집중 법과 임상 집중법 간의 치료 효과를 비교하였고 두 방법간 의 결과는 통계학적 차이가 없었다고 하였다.
6. 환자군의 특성
환자의 진단명은 그 치료 목적과 예상되는 치료적 기전을 연결 시켜 고려해야 할 중요한 부분이다. 또한 유병기간, 치
료 과거력 등 또한 고려해야 할 변수이다.
Tornese 등40)은 견관절의 석회성 건염 환자에서 견관절 의 자세를 내회전, 과신전한 자세가 중립자세에서 보다 석 회화의 흡수에 좋은 결과를 보였다고 하였다. 이 자세는 견 관절 초음파 진단 시 극상근을 확인 할 때의 자세로 좀 더 목표점이 명확해졌기 때문일 것으로 생각한다.
7. 국소마취
고에너지를 적용할 때에는 국소마취가 필요하며, 저에너 지인 경우 불편감에 대해 비교적 잘 견딜수 있고 국소마취 에 치료효과가 감소한다는 보고가 있어 사용하지 않는 것 을 권고한다.41)
결 론
체외충격파치료의 치료적 기전이 현재까지 정확히 알려 지지 않아, 그 기전에 대한 연구가 지속적으로 필요하며, 현재 알려진 기전 내용으로도, 실제 다양한 근골격계 질환 에 효과적으로 적용할 수 있는 가능성이 아주 높은 훌륭한 물리의학적 치료방법 중 하나라고 생각한다. 하지만 가장 효과적인 치료적 변수를 찾기 위한 노력이 지속적으로 필 요하며, 기전과 치료적 적용의 관계가 더욱 명확히 규명된 다면 점차 재활치료 영역에서 중요한 역할을 할 것으로 기 대한다.
감사의 글
이 논문은 2011년도 정부(교육과학기술부)의 재원으로 한국연구재단의 지원을 받아 수행된 기초연구사업임 (2011-0011768).
이 논문은 2011년도 정부(교육과학기술부)의 재원으로 한국연구재단의 지원을 받아 수행된 기초연구사업임 (2011-0015033).
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