‘뚝’, ‘뚜둑’. 사람마다 다르지만 손가락 관절을 꺾거나 잡아당길 때 나는 소리는 쉽게 들을 수 있다. 관절에 나쁜 영향을 주지 않을까 하는 걱정도 있지만 심하지 않다면 별 영향은 없는 것으로 알려져 있다. 기발한 연구에 주는 이그노벨상의 2009년 의학상은 50여년 동안 왼쪽 손에서만 관절 꺾기를 해왔으나 두 손 관절의 건강에 차이는 없음을 확인했다고 보고한 미국 의학자에게 돌아갔다. 울산의대 서울아산병원의 신영호 교수(정형외과)는 “손가락 관절 꺾을 때 나는 소리는 임상적으로 관심 대상이 아니다”라고 말했다.

그래도 ‘뚝’ 소리는 호기심을 자아낸다. 어디에서 왜 이런 소리가 날까? 뚝 소리의 원인을 두고선 흥미롭게도 수십년째 논란이 이어지고 있다. 과학적인 설명을 처음 제시한 건 1947년이었다. 당시 영국 의학 연구진은 방사선 촬영을 이용해 관절 꺾기 전후의 손가락들을 체계적으로 살펴보았다. 이들은 정식 연구논문에서 소리 나는 관절과 그렇지 않은 관절 구조의 차이를 분석하면서 관절 꺾기 때 관절 사이가 벌어져 빈 공간이 생겨나는 현상을 발견했다. 빈 공간(버블)이 순간적으로 생성되는 게 소리의 원인이라는 결론이었다.

1971년에 다른 결론의 연구가 나오면서 관절 소리의 원인은 쟁점이 되었다. 당시 영국 생체공학 연구진은 전문적인 연구시설까지 갖추고서, 마찬가지로 관절 꺾기 전후의 방사선 영상을 관찰하고서 관절 안 버블의 움직임을 동역학으로 분석한 결과를 밝혔다. 연구진은 빠르게 생성된 버블이 곧이어 급속히 붕괴하면서 뚝 소리가 난다는 결론을 제시했다.

관절 사이엔 미끄러운 물질인 ‘활액’이 가득 차 있다. 힘이 가해져 관절이 꺾일 때 관절 뼈들이 순간적으로 벌어지면서 활액에는 급속히 빈 공간, 버블이 생겨난다. 빈 공간은 활액에서 빠져나온 기체로 채워진다. 뚝 소리는 어느 순간에 날까? 1947년 연구진은 뚝 소리가 버블 생성의 순간에 난다고 설명했으며, 1971년 연구진은 생성된 버블이 바로 붕괴하는 순간에 난다고 설명했다. 두 설명은 경쟁적인 가설이 되었다.

MRI로 연속촬영 ‘버블 생성이 소리 원인’

수십년이 지나 후세대 연구자들이 자기공명영상(MRI)이나 컴퓨터 시뮬레이션 같은 첨단 연구 도구와 기법을 이용해 새롭게 손가락 관절 소리의 원인을 밝히려는 연구 결과들을 잇달아 내놓았다.

사소할 법한 호기심에 이끌린 손가락 관절 소리 연구가 다시 주목받은 것은 2015년 캐나다 앨버타대학의 그레고리 카우추크 교수(재활의학과) 연구진이 발표한 상세한 영상 분석 덕분이었다. 연구진은 1971년 논문을 반박하면서 뚝 소리가 순간적인 버블 생성에서 나온 것이라는 1947년의 결론을 지지했다.

손가락을 잡아당겨 관절에서 소리가 날 때의 관절을 자기공명영상으로 촬영하는 모습. 오른쪽은 손가락 관절을 잡아당기기 전과 후의 영상. 화살표는 관절을 잡아당길 때 관절에 생긴 빈 공간을 가리킨다. 캐나다 앨버타대학 제공

공개학술지 <플로스원>에 낸 논문에서, 연구진은 손가락을 잡아당기다 뚝 소리가 날 때 손가락 관절 안에서 일어나는 변화를 자기공명영상으로 실시간 관측해보니 관절 부위가 어느 순간 분리될 때 급속히 빈 공간이 생기면서 소리가 나는 것으로 관찰됐다고 보고했다. 연구진은 자기공명영상을 1초당 3장면 정도의 속도로 촬영했다.

카우추크 교수는 당시 보도자료에서 “진공이 만들어지는 때와 어느 정도 비슷하다”며 “관절이 갑자기 벌어지면 넓어진 공간을 다 채울 만한 활액이 부족해져 빈 공간이 생기는데 이런 현상이 소리와 연관된다”고 설명했다.

자기공명영상은 눈으로 볼 수 있는 직접 증거인 듯했으나 반론이 다시 이어졌다. 프랑스 에콜폴리테크니크의 압둘 바라카트 교수(유체역학연구실)는 <한겨레>에 보낸 전자우편에서 “뚝 소리는 밀리초(0.001초) 단위 수준으로 매우 짧은 시간에 일어난다”며 “(그렇기에) 오늘날의 어떤 생체영상 장비도 이렇게 빠른 사건을 다 추적할 순 없다”고 지적했다. 자기공명영상을 1초에 3장씩 촬영했지만 그 사이에 놓친 밀리초 단위의 역동적인 장면들이 있다는 것이다.

시뮬레이션과 음향 비교 ‘버블 붕괴가 원인’

이런 이유로 바라카트 교수 연구진은 손가락 관절 꺾기와 소리 생성의 과정을 밀리초 수준으로 구현하는 수학적 모형의 컴퓨터 시뮬레이션을 개발하고서, 그 시뮬레이션에서 얻은 음향과 실제 실험에서 얻은 음향을 비교한 연구 결과를 발표했다. 최근 과학저널 <사이언티픽 리포츠>에 낸 논문에서, 이들은 순간적으로 생성된 버블이 곧이어 ‘부분 붕괴’를 거치면서 우리가 듣는 뚝 소리가 생겨난다는 결론을 제시했다.

이들이 말하는 ‘버블의 부분 붕괴’란 어떤 의미일까? 바라카트 교수는 “버블 안에 있는 기체 일부가 주변 활액으로 빠져나간다는 뜻인데, 이런 점에서 버블의 부분 붕괴는 버블이 터진다기보다는 풍선 바람이 빠지는 것에 비유될 수 있다”고 말했다. 그는 “우리 수학 모형에서는 버블의 반지름이 50%가량이나 줄어드는 데 걸리는 시간이 최대 10밀리초(0.01초)에 불과했다”고 설명했다. 기체가 급속히 빠져나가기에 “이런 부분 붕괴만으로도 뚝 소리가 만들어진다”는 것이다.

연구진은 버블 붕괴 시뮬레이션에서 얻은 디지털 음향이 실제 실험에서 얻은 음향과 얼마나 비슷한지 그 음파를 비교했다. 이들은 두 파형이 비슷하다는 점에서 버블의 부분 붕괴가 뚝 소리의 원인이 될 수 있다는 결론을 제시했다. 2015년 캐나다 연구진이 자기공명영상으로 포착한 버블의 모습은 이처럼 빠르게 버블 일부가 붕괴한 뒤에 남은 것이라는 게 이들의 해석이다.

하지만 이 역시 곧바로 결정적 증거가 되진 못하는 듯하다. 2015년 연구진인 카우추크 교수는 <한겨레>에 보낸 전자우편에서 이번 시뮬레이션 결과가 의미는 있지만 “중대한 한계도 뚜렷하다”고 말했다. 그는 이번 연구가 실제 현상을 본 게 아니라 수학 모형에서 얻은 결과인데다, 특히 버블 붕괴 때의 음향을 검증하면서도 버블 생성 때의 음향에 대해선 다루지 않아 그대로 받아들이기 어렵다고 지적했다.
뚝 소리의 정체가 쉽게 규명되지 못하는 이유는, 대체로 순수한 호기심에서 소수 연구자 중심으로 연구가 간헐적으로 이뤄지는데다 손가락 관절의 뚝 소리 현상을 직접 관찰하기도 쉽지 않기 때문이다. 생체인 손가락 관절 안에서 매우 짧은 시간에 일어나는 현상의 매 순간들을 충분히 관찰하기는 현재로선 어렵다. 바라카트 교수는 자신의 가설을 검증할 방법으로 ’버블 붕괴 실험장치를 만들고서 고속촬영 한다면 검증이 가능할 수 있다”고 말했다.

손가락 꺾기 때 나는 소리가 관절 기능에 별 영향을 주지 않는다지만, 회전하는 관절들에서 나는 소리는 사정이 다르다. 신영호 서울아산병원 교수는 “손가락 관절을 꺾을 때 나는 소리와 달리, 엄지손가락이나 고관절, 무릎 등을 돌리거나 움직일 때 나는 다른 소리들은 임상적으로 살펴봐야 하는 소리”라고 말했다.