치료초음파
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조직 수복과 관련한 초음파 적용 (Ultrasound Application In Relation To Tissue Repair)
조직 복원의 과정은 손상된 조직의 연속성을 복원하기 위해 효과적인 물질로 구성된 반흔조직을 만드는 연속적이고 화학적으로 매게되는 반응의 복잡한 일련의 과정이다.
과정은 여기에 기술되는 것보다 더욱 복잡하지만, Wener & Grose 2003, Toumi & Best 2003, Watson 2003, 2006, Hill et al 2003, Neidlingr-Wilke et al 2002, Lorena et al 2002, Latey 2001, Velnar et al 2009, Hauser et al 2013을 포함하여 여러 흥미로운 최근 논문과 리뷰들이 있다.
조직 수복의 다양한 단계는 왼쪽 그림에서 '블록'으로 나타낼 수 있다.
출혈, 염증, 증식, 리모델링 단계로 나누는 것은 조직 관점으로부터 임의로 나눈 것이지만, 실제로 시간 경과에 따른 변화로 연속적인 일련의 과정이다.
염증(Inflammation)
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염증 단계에서 초음파는 비만세포, 혈소판, 식작용의 백혈구, 대식세포를 자극하는 효과를 갖는다(Nussbaum 1997, ter Haar 1999, Fyfe & Cahal 1982, Maxwell 1992, Watson 2008; Li etal 2003).
예를 들면, 초음파의 사용은 비만세포의 탈과립을 유발하여, 염증 매개체로써 역할을하는 프로스타글란딘 및 류코트리엔의 합성에 대한 전구체인 아라키돈산의 방출을 유발한다(Mortimer & Dyson 1988, Nussbaum 1997, Leung et al 2004).
이러한 세포의 활성을 증가시킴으로써 치료적 초음파의 종합적인 영향은 항염증 보다 확실히 친염증(proinflammatory)이다.
이러한 작용 모드의 이점은 염증 반응을 '증가'시키는 것이 아니라(그렇지만 이 단계에서 매우 높은 강도가 적용된다면 가능한 결과임(Ciccone et al 1991) '염증 최적화' 역할을 한다
(Watson2007, 2008). 염증 반응은 효과적인 조직 복원 과정에서 필수적이며, 과정이 좀 더 효과적으로완성될수록 좀 더 효과적으로 다음 단계(증식)로 진행할 수 있다.
초음파의 항염증 효과를 증명하려는 연구들은 이를 입증하기에 실패하였고(El Hag et al 1985, Hashish 1986, 1988), 초음파는유효하지 않다고 주장하였다.
염증 반응의 정상화를 촉진함에 있어서는 효과적이며, 이는 전체적인 복원 과정에 치료적인 가치를 갖는다(ter Haar 1999, Watson 2008). 추가적인 이점은 화학적으로 매개되는 염증 반응은 다음 (증식) 단계의 자극과 연관되어 있어서 염증단계의 촉진은 증식 단계의 프로모터(promotor)로서 작용한다는 점이다.
최적의 치료 패러미터(강도, 펄스, 시간)로 적절한 치료 조사량(irradiation dose)을 사용한 초음파는 가능한 복원 초기 단계일수록 효과적이며, 전체 치유 연쇄반응에서 촉진적인 효과를 갖게된다.
아직 '복원'이 이루어지지 않았지만, 염증 반응이 있는 조직에 대한 초음파의 이점은 염증반응의 정상적인 해결을 촉진하여 '문제'를 해결하는 것이다.
이는 물론 초음파를 우선적으로 흡수하는 조직-즉, 치밀 콜라겐 조직에서 가장 효과적이다.
증식(Proliferation)
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증식 단계 동안(반흔 형성), 초음파는 또한 자극성의 효과(세포의 상향 조절)을 갖으며, 1차 활성 타겟은 현재 섬유아세포, 내피세포, 근섬유아세포이다.
(Ramirez et al 1997, Mortimer and Dyson 1988, Young & Dyson 1990, Young & Dyson 1990b, Nussbaum 1997, 1998, Dyson & Samlley 1983, Maxwell 1992, Watson and Young 2008, Watson 2007, 2008, Ng 2011).
이들은 모두 반흔 형성동안 정상적으로 활발한 세포들이며, 초음파는 친염증(proinflammatory)의 방식과 동일하게 친-증식성(pro-proliferative)을 유발한다
-이는 정상적인 증식단계를 변화시키는 것이 아니라, 최적의 방식으로 요구되는 반흔 조직을 생산하는 식으로 효율을 극대화시키는 것이다.
Harvey et al(1975)는 저 용량 펄스 초음파가 단백질 합성을 증가시킴을 밝혔고, 여러 연구 그룹에서는 섬유증식증(fibroplasia)와 콜라겐 합성을 강화시킴을 증명하였다.
(Enwemeka et al 1989, 1990, Turner et al 1989, Huys et al 1993, Ramirez et al 1997, Warden et al 2006, Zhang et al 2004)
최근 연구는 조직 수복과 관련하여 수많은 성장 인자의 중요한 역할을 확인하고 있으며,
일부 축적된 증거는 치료적 초음파가 이러한 맥락에서 긍정적인 역할을 한다고 확인하였고 (Leung et al 2006; Lovric et al 2013; Li et al 2002; McBrier et al 2007; Reher et al 1999; Tsai et al 2006),
열 쇼크 단백질 또한 확인하였다. (Nussbaum and Locke 2007)
리모델링(Remodelling)
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복원의 리모델링 동안, 초기 단계에서 생산되는 일반적인 반흔은 수복 과정에서 조직의 기능적 특성에 맞춰지도록 세련되어 진다.
인대에서 반흔은 인대가 되지 못하지만, 인대성 조직과 성격이 유사하게 된다. 이는 수많은 과정에 의해 이루어지지만, 주로 발달 중인 반흔에서 콜라겐 섬유의 방향성과 관련되어 있고(Culav et al 1999. Gomez et al 1991, Watson 2003), 또한 타입 III 콜라겐에서 타입 I 콜라겐으로 콜라겐의 변화와 관련되어 있다.
리모델링 과정은 확실히 짧은 기간의 단계가 아니지만(연구는 1년 이상 지속된다고 밝힘), 품질 수복의 필수적인 요소이다. (El Batouty et al 1986, ter Haar 1987)
치료적 초음파의 적용은 새롭게 형성된 콜라겐 섬유의 적절한 방향성을 강화시키는 능력을 갖는 반흔조직의 리모델링에 영향을 미칠 수 있으며, 또한 주로 타입 III에서 좀 더 타입 I 콜라겐 구조로의 콜라겐 프로파일의 변화에 영향을 미쳐 인장 강도를 증가시키고 반흔 이동성을 강화시켜준다.
(Nussbaum 1998, Wang 1998). 초음파는 조직에 적용되어 반흔 조직의 기능적 능력을 강화시켜준다. (Nussbaum 1998, Huys et al 1993, Tsai et al 2006, 2011, Yeung et al 2006) 이 단계에서 초음파의 역할은 그들이 결론이 논리적으로 다소 잠정적이긴 하지만, Byl et al(1996)에 의해 진행된 정밀한 연구에서 입증된 바와 같이, 콜라겐 섬유 방향성에 영향을 미치는 능력을 가질 수 있다.
염증, 증식, 복원 단계 동안 초음파의 적용은 정상적인 일련의 이벤트를 변화시키기 때문이 아니라 이 정상적인 이벤트를 자극하거나 증가 시키는 능력을 가지고 있고 그래서 복원 단계의 효율을 증가시키기 때문에 가치가 있는 것이다. (ter Haar 1999, Watson 2007, 2008, Watson &Young 2008).
만약 조직이 절충이나 억제된 방식으로 복원되고 있다면, 적절한 조사량(irradiation dose)의 치료적 초음파 사용은 이 활성을 강화할 것이다.
조직이 '정상적'으로 치유되고 있을 때의 초음파 사용은 과정의 속도를 빠르게 하여 그렇게 하지 않았을 경우 보다는 좀더 빠르게 종착점에 도달하게 된다. 이러한 목적이루기 위해 초음파의 효과적으로 사용하는 것은 조사량(irradiation dose)에 달려 있다.
