서 론
관절 질환 환자는 2002년 미국의 경우, 관절통 환자 9,000 만 명, 관절염 환자가 6,000만 명으로, 국내에서도 최근 노 인 인구의 증가와 여가 문화의 확산으로 관절 질환 환자는 늘어나고 있다. 그 중에서도 특히 슬관절은 다양한 원인에 의해 손상 받기 쉬운 관절이며, 정상적인 노화 과정에 의해 서나 혹은 물리적 충격에 의해 슬관절 인대나 반월상 연골 등이 손상되면 다양한 증상들과 함께 보행 시 슬관절의 마 찰음이 발생한다. 또한 슬관절 질환들은 통증뿐 아니라 보 행 장애와 일상 생활 수행에 지장을 초래하여 삶의 질을 저하시킨다. 따라서 이 질환에 대한 다양한 진단 방법과 치 료법이 시행되며 연구되고 있다.
퇴행성 관절염의 치료는 보존 방법이 우선이며, 다양한 포괄적 재활치료 즉, 투약, 근력강화 운동, 보조기, 생활 습 관 변경 등을 실시한 다. 최근에 보존 치료의 하나인 연골보 호의 개념을 도입하여 관절 내 하이알루론산 주사를 많이 시행하고 있다.1,2) 하이알루론산의 효과에 대한 연구는 동 물 실험이나 임상적으로 시각적 상사 척도나 통증 평정 지 수 등으로 평가해 왔다.3,4) 그러나 본 연구에서는 슬관절 청 진음을 음향학적으로 분석하여 객관적인 방법으로 효과를 판정하고자 하였다.
슬관절 질환을 진단하기 위하여 단순 방사선 사진이나 전산화 단층 촬영, 핵자기 공명 영상과 같은 방사선학적 검 사 방법과 관절경과 같은 침습적인 검사방법까지 다양하게 실시하고 있으나 기본적인 검사 방법의 하나인 청진법이 슬관절 질환의 진단에는 널리 사용하지 않고 있는 실정이 다. 인체의 관절에서 발생하는 음향 신호의 분석을 통하여 관절 질환의 진단이나 예후를 알기 위한 연구가 진행되어 오고 있으나5,6) 이러한 연구의 대부분이 악관절에 대하여 이루어지고 있으며7-11) 슬관절에 대해서는 부족한 실정이 다. 슬관절의 청진에 대한 연구는 17세기에 처음 시도된 후12) 로 여러 가지 기술적인 문제나 슬관절음 수집 방법에 대한 문제로 꾸준히 이루어지고 있지 못하는 실정이다.
이에 저자들은 전자청진기를 이용하여 슬관절음을 수집 한 후에 관절음의 주파수와 진폭 등의 특징 요소를 찾아내
The Effect of Intraarticular Injection of Sodium Hyaluronate through Spectral Analysis of Articular Auscultation
Jeong-Hwan Seo, M.D., Hyun Jung, M.D., Seong-Yong Na, M.D., Ju-Hong Lee, M.D.1 and Chul-Gyu Song2 Department of Rehabilitation Medicine, Institute for Medical Sciences, Medical School, 1Department of Orthopedic Sur- gery, 2Division of Electronics and Information Engineering, Chonbuk National University, Jeonju, Korea
Objective: The aim of this study was to evaluate the effect of intraarticular injection of sodium hyaluronate through spectral analysis of auscultation. Materials and Methods:
Twenty patients with oseteoarthritis were enrolled. Each subjects were seated on a chair and active knee flexion and extension were ensued for 60 seconds at a speed of 0.5 Hz. Electronic stethoscope and electrogoniometer were applied during the knee motion for data collection. Joint sound data were sampled at 60 kHz and stored in a computer. Analog to digital translation were used and spec- tral distribution was calculated. Each subjects were repeat- ed by same method in standing position. And then, we compared these data between pre-injection and at post- injection 0, 4 weeks. Changes of activities of daily living were assessed by lower extremity functional scale. Impro- vement of the subjective pain is recorded by visual ana- logue scale. Results: The average of amplitude at sitting position was significantly decreased at post-injection 0, 4 weeks compared with pre-injection status (p＜0.01). Lower extremity functional scale is significantly increased and visual analogue scale is significantly decreased at post- injection 0, 4 weeks compared with pre-injection status (p
＜0.01). Conclusion: These results suggest that knee joint sound might be analyzed to evaluate the effect of intra- articular injection of sodium hyaluronate. (J Korean Assoc Pain Med 2006;5:128-133)
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thritis
접수일: 2006년 8월 12일, 게재승인일: 2006년 9월 22일 책임저자: 서정환, 전북 전주시 덕진구 덕진동 1가 664-14
ꂕ 516-712, 전북대학교 의과대학 재활의학교실 Tel: 063-250-1797, Fax: 063-250-1810
E-mail: [email protected]
어 분석하는 방법을 제시하며, 이를 슬관절의 퇴행성 관절 염 환자에게 적용하여 관절 내 하이알루론산 주사의 효과 를 추적 검사하고자 하였다.
연구대상 및 방법 1. 연구대상
대상 환자는 2005년 2월부터 10월까지 본 재활의학과에 서 퇴행성 관절염으로 치료받은 20명으로 성별은 남자 4명, 여자 16명이었으며, 평균 연령 58.3세였다. 이들 중 7명은 양측 슬관절에 대하여 치료와 추적 검사가 이루어졌다. 대 상의 선발 기준은 미국류마티스학회가 정한 기준에 따라 퇴행성 슬관절염으로 진단되고, 방사선 사진에 의한 진행 정도와 관계없이 일차적인 약물과 물리 치료에 증상의 호 전을 보이지 않았던 환자의 슬관절을 대상으로 하였다. 이 중 슬관절 전치환술 등의 슬관절을 수술한 기왕력이나 슬 관절의 강직 또는 기타 근력, 인지력 등의 저하를 동반한 경우는 대상 환자에서 제외하였다.
2. 연구방법
슬관절 내 주사는 Sodium Hyaluronate (히루안Ⓡ, LG생명 화학) 1관(2.5 ml)을 1주 1회씩, 5회 연속 투여하였다. 주사 는 국소 마취는 없이 부분 소독 후 내측 또는 외측으로 슬 관절 강 내로 접근하였다. 주사와 추적 검사가 이루어지는 기간에는 기존에 사용하던 약물이나 물리 치료 외에 추가 적인 치료 처방은 하지 않는 것을 원칙으로 하였다.
치료의 효과를 평가하는 추적 검사는 시각적 상사 척도 (visual analogue scale, VAS)와 하지 기능 척도(lower extre- mity functional scale, LEFS)13), 그리고 슬관절 청진음 등을 통하여 시행하였고, 이들 검사는 첫 번째 주사 전의 기본 검사(T0)와 5회 주사가 끝난 뒤(T1), 그리고 주사치료 종결 4주 후(T2)에 이루어졌다.
시각적 상사 척도는 환자가 겪을 수 있는 가장 극심한 통 증을 10, 전혀 통증이 없는 상태를 0으로 하여 환자의 주관 적인 통증의 정도를 정량화한 것이다. 하지 기능 척도는 하 지 기능과 관련된 활동 사항 20가지에 대한 설문으로 총점 을 0점에서 80점으로 각 항목당 0점(불가능하다)에서 4점 (전혀 어렵지 않다)까지 점수를 주어 하지 기능을 정량화 한 것이다.
슬관절 청진음의 음향학적 분석에서는 슬관절 부위에서 발생되는 음향 신호의 수집을 위하여 고성능 피에조 폴리 머센서를 이용한 전자 청진기(SP-S1Ⓡ, Hanbyul meditec, Korea)를 이용하였다. 디지털 신호의 샘플링 주파수는 60 kHz로 하였고, 슬관절의 각도를 측정하기 위하여 전위차계 와 각도계를 조합하여 자체적으로 제작한 전자 각도계를 사용하였다. 획득된 음향 신호와 관절 각도는 아날로그/디 지털 변환기(MP100Ⓡ, Biopac Systems, USA)를 이용하여 디 지털 신호로 변환하여 음향 분석에 이용하였다(Fig. 1). 슬 관절의 운동을 측정하기 위하여 슬관절의 외측에 전자 각 도계를 부착하였고, 전자 청진기의 횡격막을 슬관절의 내 측에 부착하여 슬관절에서 발생하는 음향 신호를 얻었다 (Fig. 2). 이때 슬관절의 운동으로 인하여 전자 청진기와 슬 관절의 접촉면에서 발생하는 잡음을 제거하기 위하여 젤을 청진기와 슬관절 사이에 도포하였다. 대상자는 의자에 앉 은 자세에서 체중 부하를 하지 않고 슬관절을 90o 굴곡위에 서 0o 신전위로 다시 90o 굴곡위로 돌아오는 신전-굴곡 운동 을 0.5 Hz의 속도로 20초간 3회 실시하였다. 그리고, 선 자 세 즉 체중 부하를 주면서 행하는 슬관절 운동은 0o 신전위 에서 시작하여 90o 굴곡위로 하였다가 다시 완전 신전상태 로 돌아오는 굴곡-신전 운동을 역시 0.5 Hz의 속도로 20초 간 3회 실시하였다. 운동 사이에는 충분한 휴식을 하였으며 검사 중에는 조용한 환경을 유지하였다.
Fig. 1. The pictures showing elec- tronic stethoscope and electrogoni- ometer (A) and Analog-to-Digital con- verter (B) (MP100Ⓡ, Biopac system, USA).
A B
T2에서 각각 0.053 dB, 0.039 dB, 0.029 dB로 측정되었고 주 사 전의 음량에 비해 주사 이후에 통계적으로 의미 있는 감소를 보였다(p＜0.01). 기립위 운동에서는 T0, T1, T2에서 각각 0.073 dB, 0.063 dB, 0.064 dB로 측정되었으며 주사전 음량에 비해 주사 이후에 감소하였으나 이는 통계적으로 차이를 보이고 있지 않았다(Fig. 3). 수집된 슬관절음의 평 균 주파수는 앉은 자세 운동에서의 T0, T1, T2에서 각각 693.21 Hz, 695.50 Hz, 643.77 Hz, 선 자세 운동에서의 T0, T1, T2에서 각각 718.62 Hz, 592.09 Hz, 588.52 Hz로 측정되 었으며, 이는 통계적으로 차이가 없었다(Fig. 4).
2. 슬관절 운동 각도별 음량과 주파수
슬관절의 운동 각도를 10o 간격으로 구분하여 각 관절 각 도별 음량과 주파수를 살펴보았을 때 앉은 자세 운동 시 신전 50∼40o, 40∼30o, 30∼20o, 20∼10o, 굴곡 40∼50o, 50
∼60o, 60∼70o 구간에서 T0에 대한 T1, T2의 각도별 음량 간의 통계적인 차이를 보였으며(p＜0.01) (Fig. 5) 좌위 운동 시 주파수 및 기립위 운동 시 각도별 음량과 주파수에서는 통계적인 차이가 없었다.
Fig. 3. (A) The average amplitude of knee joint sound at sitting position was significantly decreased at 0 and 4 weeks after injection compared with pre-injection value (p＜0.01). (B) At standing position, the average of amplitude showed no significant difference between pre-injection and 0, 4 weeks after injection.
Fig. 2. Knee joint sound was auscultated at medial side by electronic stethoscope and knee joint angle was assessed at lateral side by electrogoniometer.
Table 1. Comparison of the Effect on the VAS1) and LEFS2) by the Injection
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Pre- 0 week after 4 week after injection injection injection ꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏ
VAS (cm) 7.1±1.4 4.7±0.9* 4.2±1.0*
LEFS (score) 38.4±6.7 46.5±7.4* 46.5±6.9*
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3. 하지 기능 척도와 시각 상사 척도
하지 기능 척도는 T0에서 38.4점, T1에서 46.5점, T2에서 46.5점으로 주사 전과 비교하여 주사 직후와 4주 이후에서 증가하였고(p＜0.01), 시각적 상사 척도도 T0에서 7.1점, T1 에서 4.7점, T2에서 4.2점으로 주사 전과 비교하여 주사 직 후와 4주 이후에서 감소하였다(p＜0.01)(Table 1).
Fig. 4. The average of frequency showed no significant differences between pre-injection and 0, 4 weeks after injection at sitting position (A) and at standing position (B).
Fig. 5. Differences between pre-injection and 0, 4 weeks after injection in amplitude at sitting position by knee joint angle; In extension 50∼40o, 40∼30o, 30∼20o, 20∼10o and flexion 40∼50o, 50∼60o, 60∼70o, amplitudes were significantly different between pre-injection and 0, 4 weeks after injection (p＜0.01).
을 중지시키거나 호전시켜 연골을 보호할 수 있는 약물로 소개되고 있다.1,2) 하이알루론산은 관절의 연골 표면과 활 액의 구성 성분으로서 glycosaminoglycans에 속하는 점액성 다당류의 일종이다. 이 물질은 연골 표면에서 기계적 손상 에 대한 충격 흡수와 활액에서 윤활유로 작용하여 점탄성 을 증가시키는 데 도움이 된다.4,14) 또 활막 세포의 하이알루 론산 합성을 촉진하며, 연골 세포 간질에 있는 proteoglycan 의 응집과 합성을 유도하고, 관절 내 산소 유리기를 제거하 고, 백혈구를 억제하여 항염증 작용을 나타내는 것으로 알 려져 있다.15)
본 연구의 결과도 시각 상사 척도와 하지 기능 척도를 이 용한 추적 검사 결과 퇴행성 관절염에서 관절 내 하이알루 론산 주사가 통증 감소 및 일상 생활 동작 수행의 향상에 효과가 있었다.
본 연구는 퇴행성 관절염에서 관절 내 하이알루론산 주 사의 효과를 슬관절 청진음의 음향학적 분석을 반복적으로 추적 검사하여 평가하였다. 슬관절의 관절 상태를 알아보 기 위한 검사로는 시진 및 촉진을 통한 진찰, 단순 방사선 촬영, 초음파 검사와 자기공명영상 검사, 관절경 검사 등이 있다. 관절의 움직임과 동반되어 나타나는 슬관절음의 청 진은 동적인 움직임과 수반되는 슬관절의 문제를 감지할 수 있는 방법으로 환자의 불편함을 최소화할 수 있는 비침 습적인 방법이나 슬관절음에 대한 정량적 및 정성적 분석 에 대한 연구는 아직 미미하다.
관절음에 대한 연구의 역사는 17세기에 시작되었고, 이 때 Robert hook는 관절 청진음이 병적 관절의 진단적 신호 가 될 수 있음을 처음으로 언급하였다. 1929년에 Walter16)는
“Value of joint auscultation”이라는 저서에서 1,600명의 환자 를 대상으로 슬관절의 청진음을 수집하여 해부학적 병변과 연관을 시도하였다. 이후에도 1970년대 Chu 등17,18), 1980년 대 Mollan 등19-23)은 관절음을 수집하는데 따르는 잡음을 최 소화하고 과학적 분석을 위하여 연구를 하였다. 그러나 1990년 Frank 등12)의 논문에서 지적하듯이 관절 청진음의 연구는 아직 초보적인 수준이며, 소리 특성에 영향을 주는 많은 인자를 제거하거나 표준화하지 못하여 실제 임상에 적용하지 못하고 있다.
본 연구진도 여러 전자장비를 검사에 이용하고 일관성 있게 방법을 적용하며 얻어진 정보는 컴퓨터 프로그램을
슬관절 내에 하이알루론산을 주사한 것이 슬관절 운동 시 발생하는 음량을 줄인다는 사실은 하이알루론산의 효과 즉, 점탄성 증가 및 연골 손상 치유에 의해 충분히 예측할 수 있다. 본 연구에서는 슬관절 내 5회의 하이알루론산을 주사한 것이 앉은 자세에서는 음량 감소에 의의가 있었지 만 선 자세에서는 의미 있는 차이가 없었다. 그 이유는 하이 알루론산의 윤활막이 체중에 의하여 상대적으로 얇아져서 그 효과가 미미하게 나온 것으로 생각되었다. 향후 기술적 인 보완과 함께 좀 더 많은 수의 임상 정보가 수집, 분석 되어야 할 것으로 생각한다.
결 론
퇴행성 관절염에서 슬관절 내 하이알루론산 주사 투여는 슬관절통 및 하지 기능을 호전시키는 효과와 함께 운동 시 슬관절 내 마찰을 줄이는 윤활효과가 있음을 음향학적으로 확인할 수 있었다. 본 연구에서 슬관절 청진음을 이용한 치 료 효과 추적 검사로의 가능성을 제시하였다.
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