뼈가 자라났다? 볼프의 법칙(Wolff's raw)과 압전효과

통증으로 인해서 병원에 찾아가게 되면 가끔 뼈가 자랐다는 진단을 받는 경우가 있습니다. 뼈가 몸속에서 자란다는 것은 무슨 의미이며 어떤 메커니즘으로 발생하는 것인지와 반복적인 자극에 근막은 어떤 변화를 일으키는지에 대해서 정리해 보겠습니다.

 

골세포(bone cell)

모든 세포는 파괴와 생성이 반복적으로 일어납니다. 신경세포는 예외입니다. 뼈를 생성하는 세포는 조골세포(osteoblast)이고 뼈를 파괴하는 세포는 파골세포(osteoclast)라고 합니다. 오래되고 문제가 되는 뼈는 파골세포가 분해해서 몸속으로 흡수를 하게 됩니다. 반대로 그 비워 있는 곳에 다시 뼈를 채워 놓는 일을 하는 세포가 조골세포입니다.

 

두 세포의 작용으로 인해서 계속 새로운 뼈로 교체가 되는 것입니다. 파골세포의 작용이 과도하게 발생하면 골다공증(osteoporosis)으로 진행되기도 합니다.

 

볼프의 법칙(Wolff's raw)

뼈는 자극하면 자란다는 것은 대부분의 사람들이 알고 있습니다. 병원에서 '이 부위에 뼈가 자랐습니다' 말을 들어본 분들이 많이 있기 때문입니다. '발 뒤꿈치 뼈가 자랐네요' '척추뼈가 자라서 튀어나왔네요' '뼈가 신경을 누르고 있네요' 같은 말이 가장 많이 접하게 되는 말입니다.

 

반복적인 뼈를 자극하면 뼈가 커지거나 자란다는 것을 설명한 분이 독일 의사인 볼프(Wolff)라는 분입니다. 뼈에 가해지는 압력에 적응하고 하중이 증가하면 세포의 교체가 일어나고 그 부위는 증가한 하중을 견딜 수 있을 정도로 강해진다는 것입니다. 다시 설명하면 뼈에 미세 골절 이하의 지속적인 압력과 충격을 가하면 뼈가 더욱 견고해지고 단단해지는 것을 설명하는 이론입니다. 만약에 이러한 반응이 없다면 뼈에 반복적으로 충격이 전해지면 골절이 일어날 것입니다. 

 

압전효과(piezo-electric effect)

압전효과를 풀어보면 압력을 가하면 전기가 발생한다?라고 쉽게 생각하면 될 거 같습니다. 압박력이나 긴장력을 받을 때 물질은 전기장을 발생시킨다는 것이 압전효과입니다.

 

 

압전효과의 설명

 

 

위 그림에서 보듯이 기계적인 압력이 가해지면(특히 뼈) 구조적으로 변형이 발생하고 전기장이 발생하여 양전하와 음전하 분리되어서 정렬하게 됩니다 이렇게 되면 주변에 존재하는 콜라겐 섬유도 가지런하게 정렬을 하게 됩니다. 이러한 반응으로 근막의 정렬이 결정되기도 하지만 뼈를 생성하는 작용도 일어납니다.

 

 

조직의 정렬과 뼈의 생성

 

 

위와 같은 원리로 반복적인 압력과 충격을 가하면 자극을 받는 부위는 뼈가 자라나서 골극(bone spur)이 되는 것입니다. 뼈 표면에 반복적으로 자극을 하면 골극이 되는 것이고 뼈 전체를 자극하게 되면 골밀도가 증가하게 되는 것입니다.

 

뼈와 뼈사이의 관절면에 반복적인 자극으로 인해서 뼈가 자라게 되면서 관절의 움직임에 제한이 발생하기도 하고 관절의 변형을 만들기도 합니다. 예를 들면 엄지발가락과 중족골 사이에 골극이 발생하면 엄지발가락의 신전이 제한되고 그로 인해서 발목의 움직임 제한이 발생하기도 하고 엄지발가락에 변형을 만들기도 합니다.