미 질병통제예방센터(CDC)에 따르면 출산 전후 혹은 출산 중 일어난 뇌 손상으로 인해 뇌성마비(CP)를 앓고 있는 어린이가 약 50만명에 이른다. 이는 일상적인 삶에서 운동 장애는 물론 독립적인 생활에 큰 제약을 가져다준다. 물론 장애가 있는 어린이의 60% 정도는 혼자 걸을 수 있다.
그러나 대체로 과도한 무릎 구부림을 하는 비정상적인 보행 패턴 때문에 높은 사회적 스트레스를 유발한다. 무엇보다 이같은 '웅크림 보행(crouch gait)'은 무릎 통증과 함께 보행 기능의 점진적 퇴행을 초래할 수 있다. 현재의 치료 방법은 침습적인 정형외과 수술을 받는 것이다.
웅크림 보행(crouch gait)은 뇌성마비 환자들의 비정상적인 보행 형태다. 보행 속도가 느리고 몸을 심하게 흔든다. 일반인들이 발을 땅에 내려놓을 때 하는 '발꿈치 딛기(heel strike)' 동작도 이뤄지지 않는다. 엉덩이ㆍ무릎ㆍ발목을 과도하게 굽히는 현상도 나타난다. 시간이 지나면서 관절 기능은 더욱 퇴화된다.
노던아리조나대학교(NAU)의 기계공학 교수인 자크 러너(Zach Lerner)는 이같은 문제를 해결하기 위해 작은 모터로 구동되는 무릎 외골격을 연구하고 이 장치가 뇌성마비 어린이들의 보행 개선에 도움을 주었는지를 과학중개의학 저널에 실었다.
러너는 "우리는 뇌성마비에서 가장 쇠약해지는 병리 중 하나인 웅크림 보행 치료를 위해 새로운 외골격을 평가하는 작업을 진행했다"고 말했다.
몇 주 동안 5세부터 19세 사이의 7명을 대상으로 로봇 외골격이 보행 사이클 중 무릎을 뻗어야 하는 특정 단계의 능력을 높이는지를 파악했다는 것이다.
아이들은 보조 장치를 착용하고 여러가지 연습 과정에 참여했다. 실험이 끝난 7명의 참가자 중 6명은 침습적인 정형외과 수술로 보고된 결과와 동일한 수준의 보행 개선이 이뤄졌다. 또 메릴랜드주 베데스다에 있는 국립보건연구소에서 실시한 실험에서도 비슷한 보행 개선이 있었던 것으로 알려진다.
이 두 가지 실험 결과 모두 뇌성마비를 갖고 있는 아동들의 보행을 향상시키는 치료 전략으로 외골격이 효과적이라는 것을 입증하고 있다. 외골격은 안전하고 잘 견디도록 해주기 때문에 아이들이 독립적으로 잘 걸을 수 있도록 도와준다. 외골격은 하체를 안내하기보다 보행 주기의 불연속적인 부분에서 역동적으로 무릎 근육을 보조해 자세를 바로 잡아주고 무릎 근육을 유지 혹은 증가시키는 역할을 한다.
러너는 "우리의 연구 결과는 웅크림 보행 치료에 있어서 정형외과 수술, 근육 주사 및 물리 치료 등 기존 치료법과 함께 전동 무릎 외골격을 병행하거나 혹은 대안으로 사용할 수 있음을 입증하고 있다"고 말한다.
러너는 노던아리조나대학의 생체공학 연구소를 이끌고 있으며 그의 목표는 기계 및 생물의공학의 혁신을 통해 신경근 및 근골격 장애가 있는 개인의 이동성과 기능을 향상시키는 것이다.
이번 연구 결과를 바탕으로 연구팀은 가정과 지역 사회에서 장기간 외골격 도입을 유도하도록 노력할 계획이다.
