의용전류
1. 정의
의용전류(electrotherapeutic current)란 치료목적으로 사용하는 전류를 말하며, 직류전류, 교류전류, 맥동전류로 나뉜다.
2. 분류
(1) 전류흐름의 방향에 따른 분류
ㄱ. 직류전류 (direct current, DC)
전자의 흐름이 변하지 않고 계속 한 방향으로 흐르며 전류의 크기도 항상 일정한 전류이다. 전지는 단자사이에 일정한 전위차를 유지하며 저항에 연결도면 높은 전위의 단자에서 저항을 지나 낮은 전위 단자로 흐르는 방향과 크기가 일정한 전류가 발생한다. 직류전류는 평류전류(smooth current), 연속전류(constant current), 갈바니전류(galvanic current)라고도 한다.
임상적 목적에 따라 의용평류치료(medical galvanism), 이온도입치료(iontoporesis)에 사용하는 연속직류전류(continuous direct current, CDC)와 탈신경근의 전기자극치료(clectricls stimulation therapy, ESP), 전기진단에 사용하는 단속직류전류(interrupted diredt current)로 나뉜다.
ㄴ. 교류전류 (alternating current, AC)
교류전류는 전자의 흐르는 방향과 전류의 크기가 일정한 주기에 따라 연속적으로 바뀌는 전류이다.
발전기는 두 단자 사이에 진동전위를 발생시키며 이 전위는 주기동안 완전한 한 순환의 진동을 하게 되어 전류의 방향 및 크기가 변한다. 교류전류는 그 특성에 따라 정현파전류(sinusoidal current), 감응전류(faradic current), 가시전류(spike current), 간섭전류(interferential current), 러시안전류(Russian current), 고주파전류 등으로 나뉜다.
(2) 주파수에 따른 분류
ㄱ. 저주파전류 (low frequency current)
주파수가 1Hz - 1000Hz까지의 전류를 말하며 전기자극치료(EST), 기능적전기자극치료(FES), 경피신경전기자극치료(TENS) 등에 이용한다.
ㄴ. 중주파전류 (middle frequenucy current)
주파수가 1000Hz - 10,000Hz까지의 전류를 말하며 간섭전류치료(ICT), 러시안전류치료(Russian stimulation)등에 이용한다.
ㄷ. 고주파전류 (high frequency current)
주파수가 100,000 Hz이상의 전류를 말하며 심부투열치료(medical diathermy)에 사용하는데 short wave의 주파수는 10 - 100 MHz이며 microwave의 주파수는 300-3000 MHz 정도이다.
(3) 전압 또는 전류의 크기에 의한 분류
ㄱ. 저전압전류 (low voltage current)
전압이 100 V 이하인 전류를 저전압전류(low tension current)라 하며 직류전류(DC), 저주파전류(LFC), 중주파전류(MFC)가 이에 해당한다.
ㄴ. 고압전류 (high voltage current)
전압이 수백 V 이상인 전원으로부터 발생한 전류로 고전압맥동전류(high voltage pulsed galvanic current, HVPC), 고주파전류(HFC)등이 이에 해당한다.
(4) 전류강도에 의한 분류
ㄱ. 미세전류 (microamperage current)
전류강도가 1mA (1000μA)이하의 매우 낮은 전류이다.
ㄴ. 저전류 (low amperage current)
전류강도가 1- 30 mA인 낮은 전류이다.
ㄷ. 고전류 (high amperage current)
전류강도가 500 - 2000 mA인 높은 전류이다.
3. 효과
(1) 열효과
생체조직에서 발생되는 열효과(theraml effect)는 전류의 직접적인 효과와 전자장 효과에 의해서 일어나며 이는 주울법칙(Joule's law)을 따른다. 따라서 조직에서 발생된 총 열량은 조직을 통과한 평균 전류량의 제곱, 조직의 저항, 치료시간에 비례한다.
저전압전류 및 고전압맥동전류는 평균 전류량이 낮기 때문에 열효과를 발생시키지 못하지만 고전압, 고주파 전류를 사용하는 심부투열치료기는 조직 내에서 현저한 열 효과를 나타낸다. 조직에서의 열 발생은 전극의 위치, 전류의 강도 등에 따라 다르나 전극 밑의 피부 및 피하지방에서는 상대적으로 저항이 높아 열이 발생되며, 혈액 및 근육 등 수분함량이 높은 조직에서는 저항이 낮고 전도도가 매우 높아 상대적으로 전류량이 많기 때문에 선택적으로 열발생이 많아진다.
ㄱ. 대사에 미치는 효과
국소 조직의 온도가 상승되면 세포에서 화학반응 및 대사율(metabolic rate)이 증가된다. 화학반응 증가는 세포의 산소 소모를 증가시켜서 영양 공급을 증진시키고 조직의 치유를 촉진시킨다.
ㄴ. 혈관에 미치는 효과
조직온도의 상승은 혈관확장을 일으키고 이에 따라 모세혈관의 혈류량이 증가된다. 조직의 국소 온도가 42C이상 올라가면 혈관확장이 유발되고 모세혈관의 정수압이 증가되며 혈류량은 휴시할 때보다 4-5배정도 증가된다.
피부에서 온도상승에 따른 피부 혈관확장 기전은 국소작용인 화학전달물질 방출, 반사작용인 축삭반사, 축수 반사 등 세가지 요인이 작용하여 일어난다. 피부 국소 온도 상승은 히스타민류 물질의 방출을 증가시켜 모세혈관을 확장시키며, 열수용체를 자극하여 이를 감지한 감각섬유가 혈관확장을 유도한다. 또한 열수용체로부터의 자극은 척수로 전달되어 자율신경계에 의한 국소 척수반사를 유발시켜 혈관확장을 일으킨다.
이 반사성 혈관확장은 직접 열치료를 적용하기 어려운 부위에 열을 가하지 않고 원위부를 가열하여 치료효과를 얻을 수 있다. 골격근에서의 혈류량은 외부에서 가해진 열보다는 일차적으로 대사조절(metabolic regulation)에 영향을 받는다.
ㄷ. 신경근육에 미치는 효과
통증부위에 직접 열을 가하거나 말초신경에 열을 가하면 통증역치가 상승되어 진통작용이 나타난다. 또한 근경축을 완화시키는 효과가 있는데, 이는 알파운동신경섬유를 흥분시키는 신경섬유의 활성도를 감소시키거나 감마운동신경섬유의 흥분 감소에 의해 발생한다. 국소온도의 변화는 말초신경의 시치와 기전류를 상승시키고 신경전도속도를 변화시키는데, 보통 조직온도가 10C 상승함에 따라 신경전도속도는 1.8- 4ms 정도 빨라진다.
ㄹ. 결합조직에 미치는 효과
조직의 국소온도가 상승은 결합조직의 탄력성(viscoelastic property)에 영향을 미친다. 근육, 건, 관절낭 등 결합조직의 고정, 유착, 반흔 형성 등으로 관절운동능력이 상실되면 결합조직이 점차 섬유성 변화를 일으켜 단축(shortening)이 일어난다. 이에 열을 가하면 섬유성 조직의 물리적 성질이 현저하게 변하여 신장력이 증가하게 되는데, 결합조직은 국소온도 40-45C에서 신장운동을 시행하였을 때 조직손상 없이 최대 신장이 유발된다.
(2) 생리화학적 효과
ㄱ. 살균효과 (bacteriocidal effect)
Wheeler 등(1971)은 전기자극으로 세균의 성장속도가 저하되는데, 이는 미생물의 항상성이 깨져서 세균이 사멸하게 되고 세포막 수송등의 조절기전 및 효소활성을 비가역적으로 파괴하여 세포내 활성이 억제되기 때문이라고 하였다.
ㄴ. 체액이동증진(fluid shift out of area)
정상 혈액의 pH에서 모든 혈구, 알부민 등의 혈장 단백질은 음전하를 띠고 있으므로 음극을 활성전극으로 자극하면 부종부위에서 체액의 반발현상이 일어나고 이로 인한 체액의 이동으로 부종이 감소한다.
ㄷ. 통증완화 (pain control)
전기자극에 따른 통증완화는 전기자극이 활동전위의 전파를 직접적으로 차단하여 신경이 차단된다는 신경차단설(nerve block), 관문조절설(gate control therapy), 전기자극에 따른 베타엔돌핀(B-endorphin), 세르토닌, 노르에피네프린, 도파민 등의 신경전달물질의 방출을 축진시켜 통증을 억제한다는 중추억제설(endogenous inhibition)로 설명된다.
(3) 열 및 화학적 효과
ㄱ. 신경근자극
전기자극은 독립적인 근수축을 유발시키고 반복적인 근수축에 의한 근력증가, 근섬유 직경 증가에 의한 근섬유 비후, 근육내 효소 활성 증진, 관절운동증진 등의 효과가 있다.
ㄴ. 조직치유 촉진
전기자극으로 조직 손상부위와 정상조직 사이에 형성된 손상전위차가 회복되고, 손상 주위조직의 미세순환 증가, 림프순환 촉진에 따른 대사활동 증가, 상피세포 이동 촉진 등으로 치유 과정이 증진된다.
ㄷ. 부종흡수촉진
전기자극으로 인한 근수축으로 근육의 펌프작용이 증가하여 정맥의 순환이 촉진되며 이러한 작용이 일어나지 않더라도 감각자극에 의해 부종 흡수를 현저하게 촉진시킨다.
4. 치료목적에 따른 전기자극의 종류
(1) 통증완화
1960년대이래 통증을 완화하기 위해 여러 가지 방법으로 전기자극을 시도해왔으며, 오늘날 전기진통(electroanalgesia) 방법으로 맥동전류를 사용하는 경피신경전기자극(tanscutaneous electrical nerve stimulation, TENS)이 널리 이용되고 있다.
(2) 근력증진
ㄱ. 탈신경근 전기자극
말초신경의 병변으로 신경지배를 정상적으로 받지 못하는 근육을 직접 전기자극하여 인공적으로 근수축을 일으키는 전기자극치료 방법으로 근육전기자극(electrical muscle stimulation, EMS)이라 한다.
ㄴ. 신경지배근 전기자극
말초신경을 전기자극하여 근수축을 일으킬 수 있는 신경경지배근을 여러 가지 목적으로 전기자극하는 방법으로 신경근 전기자극(neuromuscular electrical stimulation, NMES)이라 한다. 신경근 전기자극 중 측부 전기자극(lateral electrical stimulation for scoliosis, LESS), 기능적 전기비골 보장구(funcional electrical peroneal orthotics, FEPO)등 보장구 대치용으로 사용하는 전기자극은 기능적전기자극(functional stimulation, FES)이라 한다.
(3) 조직치유 전기자극
부종치료, 염증완화, 조직치유촉진 등을 목적으로 하는 전기자극을 조직치유전기자극(electrical stimulation for tissue repair, ESTR)이라 한다. 조직치유 전기자극 방법은 고전압맥동전류자극(HVPS), 저강도직류전류(LIDC), 전기장(EF), 맥동전자장(PEFM) 등을 들 수 있다.