청소년 특발성 척추측만증에서 등짐 착용 시 압축력 변화

초록

본 연구는 청소년 특발성 척추측만증(AIS) 환자의 전신 근골격 모델을 이용해 척추 전방 압축력을 추정하고, 10 %·15 %·20 % 체중을 등·앞·양쪽 어깨에 부착한 가상의 하중을 가했을 때 압축력이 어떻게 변하는지를 조사하였다. 변형을 반영한 모델은 무하중 서 있을 때 정상인 대비 약 10 % 높은 압축력을 보였으며, 하중이 증가할수록 압축력도 50 %~130 % 정도 상승하였다. 특히 앞가방이 가장 큰 압축력 증가를 일으켰고, 일반적인 백팩이 가장 낮은 증가율을 보였다. 이러한 결과는 AIS 환자의 일상 생활에서 하중 운반 방식이 척추에 미치는 영향을 이해하는 데 기초 자료를 제공한다.

상세 분석

이 논문은 24명의 청소년 특발성 척추측만증 환자를 대상으로, 이중 평면 방사선 영상을 이용해 개인별 3차원 해부학적 모델을 구축하고, OpenSim 기반 전신 근골격 모델에 통합하였다. 모델 검증 단계에서는 기존 인체 내 근전도(in‑vivo) 데이터와 비교해 볼록측(Convex side) 근육 활성도가 정상보다 높게 예측되는지를 확인했으며, 이는 기존 문헌과 일치하여 모델의 신뢰성을 확보하였다. 압축력 계산은 각 요추·천추 절절점에서 근육·인대·중력에 의한 축방향 힘을 합산하는 방식으로 수행되었으며, 특히 곡선의 정점(apex) 부위에서의 압축력을 중점적으로 분석하였다. 무하중 직립 자세에서 변형을 반영한 모델은 정상 척추 대비 약 10 % 높은 압축력을 보였는데, 이는 측만증 자체가 기하학적 비대칭을 초래해 근육·인대의 불균형적 부하를 유발함을 의미한다. 하중 적용 실험에서는 체중의 10 %, 15 %, 20 %를 각각 등·앞·양쪽 어깨에 부착했으며, 하중이 증가할수록 압축력도 비선형적으로 상승하였다. 특히 앞가방(Frontpack) 방식은 압축력 증가율이 77 %~94 %에 달해 가장 위험한 상황으로 평가되었고, 일반적인 백팩(Regular backpack) 방식은 50 %~62 %로 상대적으로 낮은 증가를 보였다. 이는 하중이 몸의 중심선에 얼마나 가깝게 적용되는가가 척추 전방 압축력에 큰 영향을 미친다는 biomechanical insight를 제공한다. 또한, 볼록측(Convex side)에서의 근육 활성 증가가 압축력 상승에 기여한다는 점은 기존 가설인 “볼록측 근육 과활동이 측만 진행을 촉진한다”는 주장에 대한 정량적 근거를 제시한다. 연구의 한계로는 정적 서 있는 자세만을 분석했으며, 동적 보행·달리기 등 실제 활동 중의 하중 전달 메커니즘은 포함되지 않았다는 점이다. 향후 연구에서는 이러한 동적 상황을 모델링하고, 하중 경감용 보조기구 설계에 적용함으로써 임상적 치료 전략을 최적화할 여지가 있다.