치유의 3단계 - 염증, 증식, 재형성 단계
치유 반응의 3단계는 염증, 증식, 재형성 단계이다. 염증기간 동안은 손상이 막아지고 안정화되어 파편이 제거된다. 증식기간 동안은 섬유모세포(fibroblast), 근육모세포(myoblast), 콜라겐이 육아조직과 혈관을 생성하기 시작한다. 재형성기간 동안은 상처 압축이 활발히 일어나고, Type Ⅲ의 콜라겐이 Type Ⅰ의 콜라겐으로 변형되어 상처부위를 안정되고 회복 가능하게 한다.
- 염증 (Inflammation)
- 증식 단계 (Proliferation or fibroplastic phase)
- 재형성 단계 (Remodeling or maturaion phase)
1. 염증 단계 (Inflammation)
손상이 발생하면 신체는 손상부위에 화학물과 세포를 투입하여 안정화시키려 한다. 이는 3일~5일 내에 일어나는 지극히 복잡한 과정이다. 그 과정들을 단순화하면 아래 그림에 요약된 것과 같다. 신체는 이 단계에서 가장 바쁘게 움직이는데, 이는 손상부위를 보호하고 가능한 피해 없이 정상으로 돌아가려는 노력을 하기 때문이다.
△ 손상의 급성반응 - 《치료적 운동의 원리와 실제》 61쪽
염증은 종종 부정적으로 해석되기도 하지만, 실제로 염증은 치료과정에서 중요하고 필수적인 단계이다. 염증이 없다면 신체는 치료과정을 완성할 수 없는데, 만약 염증이 나타나지 않는다면, 증식, 성숙, 그리고 마지막 소산은 발생하지 조차 않을 것이다. 이러한 상처는 치유불가로 남게 된다. 염증은 정상 치유시간을 넘어서서 지연될 때 해롭게 되는데, 이 상태를 만성 염증(chronic inflammation)이라 부른다.
우리는 염증이 발생했을 때, 휴식, 얼음, 압박, 들어올림 등의 초기 응급조치를 통해 최소화하는 것을 목표로 한다. 언제 치료방법과 치료운동기술을 사용할 지에 관한 적합한 결정을 하기 위해서 우리는 치료과정에서 나타나는 현상들을 우선 이해해야 한다. 첫번째 치료 단계인 염증 단계와 관련된 일련의 현상들을 살펴보도록 하자.
(1) 혈관수축과 혈관확장
상처가 발생했을 때 혈액과 림프관 벽은 손상을 입게 되고, 작은 혈관에서 발생하는 즉각적인 부분적 혈관수축은 혈관확장을 일으키게 한다. 예를 들어, 피부에 상처가 나면 처음에는 출혈이 없다가 몇 초 내에 상처에서 피가 나기 시작하는 것을 관찰할 수 있다.
(2) 세포 반응
염증 단계가 시작되는 것은 바로 이 순간이다. 상처가 발생하여 혈관확장이 일어나면 출혈과 함께 혈소판과 혈청단백질을 포함한 혈액생성물이 상처부위로 나타나게 된다. 이러한 생산물이 상처에 축적됨에 따라 화학 요소들이 분비되고, 다른 세포들이 그 부위로 유도되어진다. 혈소판은 인지질(phospholipids)을 분비하는데, 이는 출혈을 멈추게 하는 응고 메커니즘을 자극하게 된다. 혈소판은 또 파이브로넥틴(fibronectin), 성장인자들, 그리고 피브레노겐과 같은 다른 중요한 물질들을 분비한다. 이러한 각각의 물질은 치료 과정에서 중요하다 할 수 있다.
섬유단백은 섬유소와 교원질을 함께 묶어주는데, 섬유단백과 섬유소는 격자모양의 복합체를 형성하기 위해 노축되어진 교원질이 있는 십자모양의 합성물을 형성한다. 이는 출혈을 막는 플러그의 역할을 하는 것으로 생각하면 이해하기 쉽다. 이런 플러그는 순간적이고 상당히 부서지기 쉽지만, 이러한 이른 시간에 형성되는 플러그는 상처의 유일한 인장강도를 제공한다.1 치료가 진행됨에 따라 이러한 플러그는 Type Ⅲ 교원질로 대체되어진다.
혈관과 함께 림프관은 상처를 입으면 더 손상되기 쉽다. 림프관으로부터의 누출은 플러그의 형성에 의해 중단된다. 일단 유체가 세포 밖의 공간에 축적되면 상처나는 동안과 마찬가지로 제거되는 유일한 방법 또한 림프시스템을 통해서 이뤄진다. 림프관들이 누출은 그 누출을 막는 피브린 플러그에 의해 매워지기 때문에, 이곳에서 여분의 유체를 제거하는 능력은 서로 타협을 이루게 된다. 일단 이곳이 안정적이게 되면 섬유소융해소(fiblinolysin)가 분비된다. 섬유소융해소는 불용성 단백질로부터 가용성 단백질의 섬유소를 섬유소 플러그의 흡수를 촉진시키도록 바꾸는 효소이며, 림프관에서 부종지역을 빨아들이면서 정상기능을 하도록 한다.
상처난지 처음 몇 시간 내에 몸은 상처난 부위에서 잔해를 제거하는 노력을 시작한다. 이런 과정은 상처난지 5~6시간 내에 중성구나 다형백혈구(polymorphonuclear leukocytes: PMNs)에 의해 시작된다. 염증 단계는 이러한 세포들로 인해 이뤄진다. 다행백혈구는 몸속에서 가장 많은 백혈구로 다량이 상처부위로 이동하지만 오래가지는 못한다. 다른 과립상의 백혈구군 안에 있는 백혈구세포는 호산구와 호염기성 세포로 이뤄져 있다. 또 중성구를 대체하는 세포들로는 단핵세포의 식세포, 단핵세포, 대식세포들이 있다. 이들은 24~48시간 내에 상처난 곳에서 가장 많은 세포들이 된다.
PMNs와 대식세포는 둘 다 그곳의 잉여물과 죽은 조직을 제거하는 식세포로서의 역할을 한다. 염증과정이 진행됨에 따라 염증 삼출물이 국부적인 관들로부터, 상처의 죽은 조직, 그리고 죽어가는 PMNs로부터 새어나오는 유체로부터 형성된다. 염증 삼출물은 보통 감염에서 보여지는 박테리아를 포함하고 있는 삼출물과는 다르다. 보통 생성된 삼출물이 고름으로 불려지지만 이는 잘못 불려지는 것으로, 이 비감염물질을 고름이 아닌 세포집합소(cell aggregation centers)라고 하는 것이 좀 더 올바르고 좋은 표현이라 할 수 있다.
괴사된 조직제거법은 치료를 지속하는 데 필요하다. 순차적인 단계가 나타날 수 있기 전에 상처난 곳은 과도한 유체와 축적되어왔던 다른 부산물이 깨끗이 제기되어야 한다. 이러한 이유로 인해 대식세포는 치료과정에 중요한 역할을 할 뿐만 아니라 다른 중요한 기능을 수행하기도 한다. 일단 상처난 곳에서는 여러 세포들이 부산물을 보조하기 위해 다른 대식세포를 보충하고 활성화한다. 대식세포는 또한 성장인자를 분비하며, 치료과정이 완성될 때 조직성장의 제거를 유발하기도 한다.2
(3) 화학 반응
치료과정의 전반을 통해 세포와 화학요소 간에는 친숙한 상호작용이 있다. 몇몇 세포는 화학요소의 생산을 자극하며, 상처부위에서 어떤 화학요소는 그곳에서 특정 세포의 도착과 생산을 자극한다. 이러한 유도와 자극을 화학주성이라 한다.
화학주성의 좋은 예는 혈관 삼투압을 일으키는 일련의 현상들이다. 혈관 삼투압은 염증 단계를 시작하는 핵심적인 현상이다. 이는 보통 혈류에 남아 있는 세포와 화학요소가 상처부위로 들어가게 하고, 또 손상된 조직을 치료하는 기능을 하게 하며, 가능한 한 가까이 그곳으로 돌아오게 한다. 히스타민은 혈소판, PMNs, 비만세포와 같은 세포들에 의해 분비된다. 히스타민은 백혈구들을 그곳에 들어가게 하면서 화학주성을 보인다. 히스타민은 단명하고, 혈관 삼투압의 역할을 하는 국부 호르몬이 히스타민과 동일하게 그곳으로 투입되는 세로토닌과 키닌을 계속 분비하도록 만들어준다. 세로토닌은 비만세포와 혈소판에 의해 분비되며, 키닌은 혈장에 의해 분비되어진다.
상처부위에 키닌의 존재는 단기간으로 프로스타글란딘(PG) 형태가 나타나게 된다. 일단 키닌이 분비되고 모체계가 혈청 단백질로부터 형성되면, PG는 계속 손상되어 왔던 세포들에 의해 방출되게 된다. 가장 두드러지고 중요한 기능을 수행하는 두 가지의 PG가 있는데, 이는 PGE1과 PGE2이다. PGE1의 기능은 국부지역에 혈관삼투압을 지속시키는 것이다. PGE2는 그곳으로 백혈구를 유도해야 할 책임이 있다. 치료가 진행되는 동안 손상된 지역의 복구를 자극하고 증식 단계로 가도록 한다. 그리고 동시에 염증을 계속하게 하는 역할을 또한 가진다.3 항염증 약물에 의해 영향을 받는 것은 이러한 합성물들이다.
이러한 모든 활동 동안에 부가적인 화학 반응들이 또한 일어난다. 하게만 인자(Hageman factor 또는 factor ⅩⅡ)가 그곳에서 만들어진다. 이는 효소 칼리크레인(kallikrein)의 생산을 촉진하는 역할을 하는데, 이는 혈괌삼투압과 혈관확장을 증가시킨다.4
(4) 염증의 징조
많은 복잡한 현상들이 염증 단계 동안 계속된다. 상처난 부위는 이 시기 동안 강력한 활동을 겪는다. 우리는 이러한 활동 정도의 증거를 일반적 염증의 징조로 간주하는데, 부분적으로 붉게 되는 현상, 부종, 고통, 온도 상승, 그리고 일반기능의 상실을 포함한다. 이러한 현상은 국부적인 혈관확장과 증가되는 혈관삼투압 때문에 그곳으로 유입되는 유체, 세포, 화학요소의 누출 등으로 인한 것이다. 국부 세포와 화학요소 활동의 증가는 국부온도를 높인다. 히스타민과 다른 분비된 호르몬과 혈관확장은 적열(赤熱) 상태를 만든다. 부종은 보통 그곳에서 증가된 물질들과 방출 역할이 새롭게 형성된 피브린 플러그에 의해 제한된 림프관의 차단으로 인해 생긴다. 그곳에서 분비되는 히스타민, 프로스타글란딘, 그리고 브래디키닌과 같은 화학요소는 그곳의 신경 말단을 최고 민감하고 과민하게 하여 통증을 만들어 낸다. 신경말단에서 부종으로부터의 압력은 또한 통증을 유발시킨다. 통증은 운동선수의 보통 기능 능력을 제한하면서, 주위 구조들의 기능을 감소시키는 위축 반사를 만들어낸다. 조직에 직접적인 손상은 일상적인 기능을 막는다.5
2. 증식 단계 (Proliferation or fibroplastic phase)
상처가 치유됨에 따라 중첩되는 양상이 있다. 아래 그림은 한 단계에서 다음 단계로 명확히 잘리는 선이 없다는 것을 보여준다. 신체가 한 단계에서 꾸준히 임무를 성취해 나갈 때 다음 단계가 진행되어진다.
△ 조직 치료의 단계 - 《치료적 운동의 원리와 실제》 65쪽
많은 세포와 화학요소가 염증 단계 동안 관련된다 할지라도 대식세포는 그곳에서 잔여물을 제거하는데 가장 큰 역할을 한다. 일단 이 작업이 완성되면 다음 단계는 신생혈관과 육아조직의 성장이다. 괴멸괴사 조직법으로부터 육아조직의 생성과 혈관생성의 전이는 증식의 시작을 의미한다. 혈관생성은 이 단계에서 급속한 성장으로 나타난다. 이는 순차적 치료과정이 따라온다면 흉터조직 형성이 혈관생성과 공급을 필요로 하기 때문에 매우 중요하다.
이런 새로운 성장에 큰 역할을 하는 세포는 섬유아세포(fibroblast)이다. 섬유아세포는 상처난지 3~5일 후 많은 수가 보여진다. PMNs의 최소 또는 소멸된 수준의 감소와 함께 그들의 증가된 수는 상처가 염증에서 증식으로 전이하는 보증 마크이다. 상처가 전이되고 있음을 지시하는 다른 활동들은 세포의 교원질 생성과 증가된 프로테오글리칸, 그리고 내피세포의 유사분율(mitosis)의 현저한 증가를 포함한다. 증식단계의 기간은 크기나 상처부위, 그리고 관련된 조직의 형태와 같은 효소에 좌우된다. 일반적으로 2~4주로 생각되어 진다.
염증 단계에서와 같이 증식 단계에서도 세포와 화학요소 간에 상호적인 반응이 있다. 예를 들면, 성장인자는 혈청과 대식세포에 의해 생성된 화학주성을 통해 그곳으로 투입된다. 다시 말해, 이러한 성장인자는 국지적인 이동, 섬유아세포, 근육섬유모세포, 그리고 혈관내피세포의 증식에 대한 역할을 수행한다.
섬유아세포의 이동은 세포들이 주로 새로운 모세혈관과 세포외 모체의 발전에 대한 역할을 수행하기 때문에 증식 단계 동안 중요하다. 섬유아세포는 실질적으로 모체를 구성할 물질들을 만든다. 교원질, 프로테오글리칸, 그리고 탄력소를 포함한 이러한 물질들은 흉터조직 형성과 성숙을 위해 필요한 물질들이다.6
육아조직은 모체와 새롭게 형성된 모세혈관 싹의 조합이라 할 수 있다. 육아조직은 전형적으로 밝으며 고기 같은 적색 빛이다. 이것은 새로운 모세혈관의 싹이 육아조직의 중요한 부분을 형성하기 때문이다. 혈관내피세포는 이러한 모세혈관 형성의 가장 중요한 세포이며, 플러스미노젠 활성자를 포함한다. 플러스미노젠 활성자는 국부적으로 과도한 유체를 제거하기 위한 림프의 흐름이 원활할 수 있게 염증 단계 동안 형성된 피브린 네트워크를 제거한다.
모체는 섬유와 비섬유요소의 두 가지로 구성된다. 비섬유는 기저물질이라 불린다. 이는 GAG, 프로테오글리칸, 당단백으로 구성된 젤타입의 물질이다. 기저물질은 모체의 섬유 요소들 사이의 공간을 메우며 스트레스가 조직에 전달될 때 섬유사이에서의 마찰을 감소시킨다.
증식 단계 동안 처음 상처난지 5~7일 동안 섬유아세포는 세포외 모체의 이런 요소 모두를 만들어낸다. 그들은 기저물질을 형성하고 급속히 교원질을 저장한다. 이 단계에서 이러한 활동은 섬유아세포에 의해 새로운 모세혈관의 성장의 결과이다. 모세혈관 성장은 육아상처를 통해 상피조직의 성장을 유발한다. 상처를 통해 상피조직이 진행됨에 따라 상피세포와 이에 의해 자극되어진 섬유아세포는 콜라게나제(collagenase)를 분비한다. 콜라게나제는 상처에서 교원질의 과다분비를 막는 효소이다. 이것은 보통 조직 치료에 있어서 중요한 과정이라 할 수 있다. 조절되지 않는 교원질 생산의 한 예는 켈로이드(keloid) 형성(과도한 흉터조직 형성), 가끔 파손손상에서 보이는 상태이다.
치료 초기 단계에서 생산되는 교원질은 Type Ⅲ 교원질이다. 이는 상처가 난 후 48~74시간 내에 보여진다. Type Ⅲ 교원질의 섬유구조는 약하고 가늘다. 상대적으로 약하다 할지라도 치료 초기 단계에서 상처의 주된 인장강도를 제공하는 물질이다. Type Ⅲ 교원질은 조직된 정렬 없이 강도를 감소시키면서 무계획적인 방법으로 안착한다. 나중에는 좀 더 강하고 내구성이 있는 Type Ⅰ 교원질로 대체된다.
장력의 강도는 직접적으로 양, 형태, 교원질의 정렬과 연관 있다. 7일 경에 상처부위에 꽤 많은 양의 교원질이 있다. 12일 경에는 덜 성숙한 Type Ⅲ 형태의 교원질이 더 강한 Type Ⅰ 형태의 교원질로 대체되기 시작한다. 이 두 현상은 모두 상처부위에 현저한 강도를 더한다.
이러한 과정이 진행되는 동안 하이알루론산(hyaluroic acid)로 알려진 세포외 모체의 부분인 GAG는 수분을 이끌어낸다. 이는 상처난 부위에 증식하는 섬유아세포를 위한 부가적인 여지를 제공한다.
이런 단계의 외부적 표시는 진행 중인 활동이라는 것을 보여준다. 증가된 모세혈관과 덧붙여진 물의 양의 조합은 적열과 부기 현상을 설명해준다. 압력에 민감한 신경말단을 팽팽히 했을 때 팽창에 민감한 신경말단이 통증을 느끼게 하는 것처럼 압력에 민감하게 반응한다.
3. 재형성 단계 (Remodeling or maturaion phase)
몇몇 증식 단계에서 시작한 활동들이 재형성 단계 동안 지속된다. 한 예가 상처의 수축이다. 근육섬유모세포는 이러한 역할을 담당한다.
이들은 5일 경에 상처 부위에서 발견되어지고, 2달 후 이상에서도 보여진다. 몇몇 섬유아세포는 상처의 크기를 축소시킬 근섬유아세포(myofibroblasts)로 변형된다. 전체 메커니즘은 매우 복잡하고 아직 완전히 이해되지 않고 있기는 하다.
상처 부위의 축소는 흉터를 더 작게 만든다. 이는 유익하지만 관절이 영향을 받는 상황에서는 해로울 수가 있다. 상처가 관절 주위에 발생한다면 흉터 조직 수축과 접착은 그 관절에서의 동작의 손실을 야기할 수 있다. 상처 수축의 간접적인 영향은 상처가 크고 인접지역에 영향을 준다면 발생할 수도 있다.
증식 단계에서 시작되고 재형성 단계까지 지속되는 더 다른 활동은 교원질 전이이다. Type Ⅰ 교원질이 합성될 때 Type Ⅲ 교원질은 파괴된다. 생성비율이 파괴비율과 같아질 때 치료 과정은 마지막, 그리고 가장 긴 단계의 재형성으로 발전한다. 이러한 단계는 일반적으로 거의 12개월이라 생각되어지지만, 짧게는 6개월에서부터 길게는 18개월까지 진행될 수 있다.7
많은 활동들은 상처부위가 더 안정적이고 세포와 구조직인 정렬에서 더 영구적이 될 때 감소한다. 조직 성장을 촉진하기 위해 증식 단계에서 생산되었던 모세혈관의 많은 수는 더 이상 필요하지 않게 되고 감소하기 시작하며, 결국 완전히 사라지게 된다.8 당단백, GAGs, 그리고 세포외 모체에서 섬유아세포와 관련된 세포들은 현저하게 감소한다. 근육섬유모세포 또한 마찬가지이다.
이러한 세포의 변화와 함께 가시적인 변화 역시 관찰될 수 있다. 이는 하얗게 또는 보통 피부의 색깔로 변하는 흉터의 붉은 색의 없어짐을 나타나는 것을 말한다. 세포외 모체 물질의 손실과 함께 부어오름도 감소한다. 상처 감각도 또한 감소한다.
교원질이 지배적인 Type Ⅰ으로 전환될 때, 파괴에 덜 저항적이고 더 불용적이 된다. 유체가 감소될 때, 교원질 섬유는 서로서로 더 많은 십자 연결을 만들어낼 수 있고, 흉터의 구조를 더 강하게 할 수 있다.
상처의 교원질 구조와 정렬의 성숙은 재형성 과정에서 주된 활동이라 할 수 있다. 교원질 강도는 교원질 섬유의 정렬에 의해 향상된다. 교원질 섬유가 조직화되고 평행한 형태로 정렬되어질 때, 교원질은 수많은 교차연결상태를 형성할 수 있다. 그리고 가장 바람직한 강도를 소유하게 된다. 최대의 기능과 운동성의 정도는 교원질이 이런 조직화된 정렬을 가지게 될 때 제공된다.9 적당하게 적용된 외부적 힘은 이러한 장력을 증가시킨다.
※ 참고 문헌 : Peggy A. Houglum. 《치료적 운동의 원리와 실제》 대한미디어. 2003. 61~67쪽
- Martinez-Hernandez, A., and P.S. Amenta. 1990. Basic concepts in wound healing. In Sports-induced inflammation, ed. W.B. Leadbetter, J.A. Buckwalter, and S.L. Gorden. Park Ridge, IL: American Academy of Orthopaedic Surgeons.
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