근골격계 통증에 대한 저출력 레이저 치료

저출력 레이저 치료, LLLT는 낮은 출력의 가시광선 또는 근적외선을 생체조직에 조사하여 통증, 염증, 부종을 줄이고 조직 회복을 촉진하는 치료 방식이다. 광생체조절(PBM)로도 불린다. 일반적인 의료용 고출력 레이저와 달리 조직을 태우거나 제거하지 않으며, 식물의 광합성에 비유되는 비열성·광화학적 작용을 이용한다. 사용되는 광원은 보통 10~500mW 출력의 저출력 레이저나 LED이며, 파장은 피부와 연부·경조직 침투력이 확인된 660~905nm의 적색광~근적외선 범위가 주로 쓰인다.

이 논문은 그 적용 대상을 근골격계 통증으로 좁혀, 작용기전과 용량 반응 곡선, 정형외과 임상에서의 활용 방법을 정리한 리뷰다. 미국에서 근골격계 통증은 연간 1억 1,600만 명에게 영향을 미치고 의료비와 생산성 손실을 합해 연 6,350억 달러의 비용을 발생시키는 문제로, 현재의 표준 치료인 소염제, 스테로이드 주사, 마약성 진통제, 수술은 각각 위장 출혈, 심혈관계 부작용, 감염, 마약 의존, 수술 합병증 등의 위험을 안고 있다. 논문은 이런 배경에서 부작용이 적은 대안적 통증 치료로 저출력 레이저를 검토한다.

주요 작용 원리

빛이 생체에 작용하려면 먼저 발색단에 흡수되어야 한다는 것이 광생물학 제1법칙이다. 조직 침투가 가장 잘 되는 파장 구간을 '광학적 창'이라 하며, 최적 파장은 약 810nm 부근으로 추정된다.

세포에 조사된 빛은 미토콘드리아 전자전달계의 최종 효소인 시토크롬 c 산화효소, Cytochrome c oxidase에 흡수되는 것으로 설명된다. 산화질소는 이 효소에 결합해 산소를 밀어내고 호흡을 억제할 수 있는데, 특히 손상되거나 저산소 상태인 세포에서 이런 억제가 두드러진다. 레이저 빛이 결합된 산화질소를 분리시키면 미토콘드리아 호흡이 회복되고 ATP 생성이 늘어난다.

또한 저출력 레이저는 활성산소종과 활성질소종의 균형을 바꾸어 세포의 산화·환원 상태를 변화시키고, 이는 NF-κB, AP-1 등의 전사인자를 활성화해 유전자 발현에 영향을 준다. 그 결과 섬유아세포, 각질형성세포, 혈관내피세포, 림프구의 증식이 촉진되고, 성장인자 발현 증가와 혈관 신생, 콜라겐 합성을 통해 급성·만성 상처와 피부, 신경, 힘줄, 연골, 뼈의 치유가 촉진될 수 있다.

통증이 줄어드는 세 가지 시간대

• 즉각적 효과(수 분 이내) — 신경 차단: 통각수용기 말단은 표피 안에 얕게 위치해 레이저 침투 범위에 들어온다. 충분한 강도의 빛을 신경에 조사하면 활동전위가 약 30% 억제되는 신경 차단이 10~20분 안에 나타나고 약 24시간 이내 회복된다. 열 작용은 아니며, 레이저와 마취제 모두 신경세포의 세포골격을 일시적으로 교란해 축삭을 따라 이동하던 미토콘드리아가 정체되고 ATP 공급이 줄면서 차단이 일어나는 것으로 추정된다. 이 차단이 근육 경련 감소로도 이어진다.
• 중기 효과(수 시간~수 일) — 부종과 염증 감소: 관절염 모델과 급성 폐 염증 모델에서 염증세포 수 감소, 화상·근육 냉동손상·지연형 과민반응에서 전염증성 사이토카인 발현 감소가 보고됐다.
• 장기 효과(1~2주 이후) — 조직 치유: 수개월에서 때로는 수년까지 지속될 수 있다. 통각수용기의 지속적 자극이 줄면서 2차 신경세포의 과민화가 완화되는 것, 세로토닌과 엔도르핀 증가도 함께 제시된다.

이상성 용량 반응

저출력 레이저는 이상성 용량 반응 곡선을 보인다. 낮은 용량이 높은 용량보다 효과적이며, 피부·신경·힘줄·연골·뼈의 치유는 저용량에서 확인됐다. 이 곡선은 통증 치료에서 특히 중요한데, 저강도 조사는 미토콘드리아를 자극해 막전위를 높이고 신경의 활동전위 전달을 오히려 촉진하는 반면, 초점을 맞춘 고강도 레이저를 신경에 조사하면 정반대로 미토콘드리아 대사를 억제하고 막전위를 낮춰 신경 차단을 유도한다.

실제 적용 조건

침투력이 가장 좋은 파장은 760~850nm 구간이며, 빔 출력이 1W일 때 깊이 5cm 지점에서 약 5mW/cm², 표면에서는 약 5W/cm²의 광밀도를 얻을 수 있다. 임상에서 조사 목표는 네 가지로 구분된다.

• 손상 부위: 치유 촉진, 조직 재형성, 염증 감소
• 림프절: 부종과 염증 감소
• 신경: 진통 효과 유도
• 통증 유발점: 압통 완화와 수축된 근섬유 이완

지점당 조사 시간은 30초에서 1분 범위이며, 단순한 경우 한 지점만, 경추·요추 신경근병증처럼 복합적인 경우에는 10~15개 지점까지 조사한다.

안전성과 주의사항

임상시험에서 보고된 이상반응은 위약 기기를 사용한 환자군과 다르지 않았다. 주된 위험은 눈이며, 2010년 북미레이저치료학회의 권고사항은 다음과 같다. 빔을 눈에 향하지 않게 하고 보호 안경을 착용할 것, 원발암이나 전이 부위에는 조사하지 말 것, 태아 부위에 직접 조사하지 말 것, 30Hz 미만의 저주파 펄스 가시광선이 광과민성 뇌전증 환자에게 발작을 유발할 수 있음에 유의할 것.

핵심 결론

저출력 레이저의 빛은 미토콘드리아에 흡수되어 ATP와 낮은 수준의 활성산소, 산화질소 생성을 늘리고 전사인자와 유전자 발현을 조절함으로써 통증 완화, 염증과 부종 감소, 조직 재생에 영향을 줄 수 있다. 통증에 대해서는 수 분 이내의 신경 차단, 수 시간~수 일 내의 염증 감소, 1~2주 이후의 조직 치유라는 세 단계로 작용한다.

다만 4,000편이 넘는 연구에서 긍정적 효과가 확인됐지만 모든 연구가 긍정적이었던 것은 아니며, 대상군과 파장·용량이 표준화되지 않아 연구 간 비교가 어렵고 2년 이상 추적한 장기 임상연구도 아직 없다. 미국에서는 근육·관절 통증의 일시적 완화 목적으로 FDA 승인을 받았으나, 일부 보험사는 여전히 실험적 단계로 분류하고 미국정형외과학회는 찬반 어느 쪽으로도 권고를 내지 않았다. 저자들은 저출력 레이저를 단독 치료가 아니라 통증 완화를 위한 보조 요법으로 사용할 것을 권한다.

이 논문은 하나의 임상시험 결과를 제시한 연구가 아니라, 기존 연구들을 종합해 작용기전과 임상 적용 방법을 설명한 종설 논문이다. 미국 걸프코스트 척추센터, 호주 시드니대학교 뇌척수연구소, 하버드 의과대학·매사추세츠 종합병원 웰먼 광의학센터의 마이클 햄블린 교수팀이 공동으로 작성했으며, 2015년 학술지 MOJ Orthopedics & Rheumatology에 게재됐다.