손가락을 꺾으면 왜 '딱' 소리가 날까?

소리의 정체

손가락을 당기거나 뒤로 젖히면 관절에서 딱 하고 날카로운 소리가 납니다. 사람들 가운데 4분의 1에서 절반 가까이가 일부러 이렇게 하는데, 과학자들은 1940년대부터 이 소리가 어디서 나는지 논쟁해 왔습니다. 2015년 캐나다의 한 연구팀은 한 남성의 손가락을 MRI 장비에 넣고 케이블로 당기면서 관절에서 소리가 나는 순간 그 안을 촬영했습니다. 그들이 본 장면은 대부분의 교과서에 실린 설명과 어긋났고, 3년 뒤에는 일련의 방정식이 다시 반론을 내놓았습니다.

어릴 때 아마 들어 봤을 경고, 손가락을 꺾으면 관절염에 걸린다는 말은 50년 동안 한 손의 손가락만 꺾은 의사가 직접 시험해 봤습니다.

손가락 관절 속

사람들이 흔히 꺾는 관절은 손가락이 손바닥과 만나는 관절입니다. 각 관절에서는 손바닥뼈의 둥근 끝이 손가락뼈 밑동의 얕게 오목한 면에 맞닿아 있습니다. 두 면은 매끄러운 연골로 덮여 있고, 관절 전체는 주머니 같은 막 안에 밀봉되어 있습니다. 그 주머니 안에는 관절이 움직이도록 돕는 미끄러운 액체, 활액이 얇게 깔려 있습니다.

이 액체에는 기체도 녹아 있는데, 밀봉된 탄산음료 캔에 이산화탄소가 녹아 있는 것과 비슷합니다. 두 뼈를 잡아당겨 벌리면 주머니 안의 공간이 커질 수밖에 없습니다. 액체는 늘어나서 그 공간을 채울 수 없으니 압력이 떨어집니다. 압력이 충분히 떨어지면 캔을 딸 때 거품이 생기듯 액체에서 기체가 빠져나옵니다.

여기까지는 거의 모든 연구자가 동의합니다. 관절 안에 기체 주머니가 생긴다는 것이죠. 어느 순간에 소리가 나는지를 두고 논쟁하는 것입니다.

X선이 내놓은 답

이 질문에 처음으로 꼼꼼하게 답하려 한 시도는 1947년에 나왔습니다. 로스턴과 휠러 헤인스라는 두 연구자는 손가락을 당기면서 관절이 벌어지는 동안 X선 사진을 연달아 찍었습니다. 그들은 소리가 나기까지 매번 같은 순서로 일이 벌어진다고 기록했습니다. 처음에는 관절의 두 면이 붙어 있어서 살짝 당겨서는 거의 움직이지 않습니다.

당기는 힘이 세질수록 두 면은 버티고 또 버티다가 갑자기 툭 벌어집니다. 바로 그 순간에 소리가 들립니다. 그 뒤 X선 사진에는 관절 안에 뚜렷한 빈 공간이 보였고, 두 사람은 이것을 기체 주머니로 봤습니다. 그다음은 손가락을 꺾어 본 사람이라면 다 아는 부분입니다.

같은 관절에서는 바로 다시 소리가 나지 않습니다. 기다려야 하는 시간은 20분 정도였습니다. 로스턴과 휠러 헤인스는 기체 주머니가 생기는 순간에 소리가 난다고 결론지었습니다. 이 설명은 24년 동안 통했습니다.

터지는 거품

1971년 언스워스, 다우슨, 라이트가 X선 실험을 다시 했습니다. 같은 순서를 봤지만 결론은 달랐습니다. 그들은 소리가 거품이 생길 때가 아니라 거품이 꺼질 때 난다고 주장했습니다. 이 생각을 뒷받침하는 물리학적 근거는 많았습니다.

레일리 경은 1917년에 액체 속 거품이 꺼질 때 에너지가 한꺼번에 터져 나온다는 것을 설명했습니다. 1960년대 후반에는 이렇게 거품이 꺼지면서 배 프로펠러의 금속까지 갉아먹는다는 사실을 엔지니어들이 알아내고 있었습니다. 엔지니어들은 액체 속에서 거품이 생겼다 꺼지는 이 현상을 공동 현상, 캐비테이션이라고 부릅니다. 손가락 꺾는 소리가 이 현상의 아주 작은 판이라는 설명은 그럴듯해 보였습니다.

1971년 연구팀은 관절 속 기체의 약 80퍼센트가 이산화탄소라는 것도 알아냈습니다. 이 생각으로 20분을 기다려야 하는 이유도 설명됐습니다. 기체가 다시 액체에 녹아들 시간이 필요하다는 것이죠. 40년 넘게 거품이 꺼진다는 설명이 교과서의 정답이었습니다.

하지만 소리 나는 관절 안에서 거품이 꺼지는 모습을 직접 본 사람은 없었습니다. X선은 너무 느리고 흐릿해서 소리가 나는 순간 거품이 어떻게 되는지 보여 주지 못했습니다.

관절 속을 촬영하다

2015년 앨버타 대학교의 그레그 카우척은 다른 카메라를 써 봤습니다. 공동 저자인 척추 지압사 제롬 프라이어는 원할 때마다 손가락 관절을 꺾을 수 있었습니다. 프라이어는 MRI 장비 안에 누웠고, 손가락 하나는 관에 끼워 케이블에 묶었습니다. 자석 반대편에서 누군가 관절이 꺾일 때까지 케이블을 천천히 당겼습니다.

장비는 1초에 사진을 세 장 정도 찍었는데, 관절 내부를 대략적인 동영상으로 보기에는 충분했습니다. 이렇게 서로 다른 관절 10개를 촬영했습니다. 그들이 본 장면은 이렇습니다. 처음에는 케이블이 당기는 동안에도 두 뼈의 끝이 붙어 있습니다.

그러다 3분의 1초 안에 두 뼈가 툭 벌어지고 그 사이에 어두운 공간이 나타납니다. 그 어두운 공간이 기체입니다. 그리고 여기가 중요합니다. 소리가 난 뒤에도 어두운 공간은 사라지지 않았습니다.

손가락을 계속 당기고 있는 동안에는 주머니가 그대로 남아 있었습니다. 손을 놓아 뼈가 다시 붙자 그제야 화면에서 사라졌습니다. 연구팀이 보기에 소리가 난 뒤에도 남아 있는 주머니는 거품이 꺼진다는 설명과 맞지 않았습니다. 그래서 카우척 팀은 1947년 로스턴과 휠러 헤인스가 말한 것처럼 주머니가 생길 때 소리가 난다고 주장했습니다.

젖은 두 면이 서로 달라붙어 있다가 너무 갑자기 떨어지는 바람에 그 사이의 액체가 찢어지며 빈 공간이 생긴다는 것입니다. 언론은 수수께끼가 풀렸다고 보도했습니다.

방정식의 반론

꼭 그렇지는 않았습니다. 주머니가 그냥 열리는 것만으로는 소리가 왜 그렇게 큰지 설명하지 못했습니다. 2018년 스탠퍼드의 찬드란 수자와 파리 근교 연구소의 바라캇, 두 엔지니어가 물리 법칙으로 이 소리를 계산해 보려 했습니다. 그들은 손가락 관절이 벌어지는 과정과 그 안 액체 속 거품의 움직임을 방정식으로 세웠습니다.

또 지원자 세 명의 실제 소리를 관절에서 1센티미터도 안 되는 거리에 마이크를 대고 녹음했습니다. 이 모델에서는 압력 변화가 거의 전부 100분의 1초 안에 일어납니다. 방정식은 압력이 떨어지고 거품이 막 생긴 직후부터 시작합니다. 그다음 압력이 다시 오르면서 거품을 짓누르고, 거품이 꺼지기 시작합니다.

이렇게 꺼지면서 1센티미터 거리에서 약 83데시벨, 주된 음높이 약 130헤르츠의 소리가 났습니다. 이전 측정값과 비슷했고, 주된 파동 모양도 그들이 직접 녹음한 소리와 닮았습니다. 그런데 모델 속 거품은 끝까지 꺼지지 않았습니다. 일부만 줄어들고 더 작은 거품이 남았습니다.

남은 거품이 MRI에서 소리 뒤에도 계속 보이던 어두운 공간일 수 있습니다. 그래서 2018년 논문은 거품이 일부만 꺼지는 것이 소리의 원인일 수 있다고 주장합니다. MRI는 1초에 사진을 세 장 정도 찍었기 때문에 거품의 그런 빠른 변화를 보기에는 너무 느렸습니다. 논문에 따르면 적어도 1초에 1,200장은 찍어야 하는데, 그 MRI보다 수백 배 빠른 속도입니다.

꺾은 직후

소리가 난 뒤에 무슨 일이 생기는지는 확인하기가 더 쉽습니다. 2017년 로버트 부탱이 이끈 연구팀은 성인 40명의 손가락 관절 400개를 초음파로 살펴봤는데, 그중 30명은 매일 손가락을 꺾는 사람이었습니다. 관절에서 소리가 나면 화면 속 관절 안에 밝은 점이 갑자기 나타났습니다. 소리가 난 직후 검사자가 그 관절을 움직여 보니 전체 가동 범위가 약 8도 더 넓었습니다.

붓는 관절은 소리 전에도 후에도 하나도 없었습니다. 꺾은 직후에는 관절이 더 많이 움직였지만, 그것만으로는 장기적으로 해로운지 알 수 없습니다.

그 경고

이제 그 경고 이야기로 넘어가 보겠습니다. 캘리포니아의 의사 도널드 웅거는 어릴 때 어머니와 여러 이모, 고모에게서, 나중에는 장모에게서도 이 경고를 들었습니다. 그래서 그는 자기 몸으로 실험을 했습니다. 50년 동안 왼손 손가락은 하루에 적어도 두 번 꺾고, 오른손은 비교를 위해 거의 꺾지 않았습니다.

그가 셈한 바로는 한쪽 손에서만 적어도 36,500번 꺾은 셈입니다. 1998년 그는 학술지 Arthritis & Rheumatism에 보낸 편지로 결과를 알렸습니다. 어느 손에도 관절염은 없었고, 두 손 사이에서 아무 차이도 찾지 못했습니다. 2009년 이 편지로 그는 이그 노벨상 의학상을 받았습니다.

사람들을 웃게 한 뒤 생각하게 만드는 연구에 주는 상입니다. 물론 한 사람의 두 손만으로는 입증할 수 없습니다. 하지만 더 큰 연구들도 대개 같은 결과를 냅니다. 1975년 노년 환자를 조사한 연구에서는 손가락 꺾기와 그 관절의 마모 사이에 아무 관련이 없었습니다.

2011년에는 50세에서 89세 사이 215명의 손 X선 사진을 손가락 꺾는 습관과 비교했습니다. 관절염은 손가락을 꺾는 사람의 약 18퍼센트, 그렇지 않은 사람의 22퍼센트에서 나타났고, 통계적으로 의미를 두기에는 너무 작은 차이였습니다. 수십 년 동안 자주 꺾어 온 사람도 위험이 더 높지 않았습니다. 걱정을 불러일으킨 연구도 하나 있었습니다.

1990년 45세 이상 환자 300명을 조사한 연구에서는 관절염이 더 많지는 않았지만, 손가락을 꺾는 사람이 손이 붓거나 쥐는 힘이 약한 경우가 더 많았습니다. 이후 연구에서는 붓기나 쥐는 힘에서 같은 문제가 나오지 않았습니다. 2017년 초음파 연구에서는 꺾는 사람과 꺾지 않는 사람의 쥐는 힘에 차이가 없었고, 붓기도 전혀 없었습니다. 같은 해 다른 연구는 습관적으로 꺾는 35명과 꺾지 않는 35명을 비교했는데, 쥐는 힘은 비슷했지만 꺾는 사람의 관절 연골이 더 두꺼웠습니다.

연골이 더 두껍다는 게 무슨 뜻인지, 뜻이 있기는 한지 아직 모릅니다. 1999년에는 손가락 꺾기와 관련된 부상 두 건이 보고되기도 했습니다.

그래서 그 소리는?

그래서 그 소리의 정체는 뭘까요? 두 면이 벌어지면서 관절 액체 안에 기체 주머니가 생긴다는 것은 압니다. 그 소리가 주머니가 열릴 때 나는지, 아니면 일부 다시 닫힐 때 나는지는 아직 논쟁 중입니다. 관절염에 관해서는 지금까지의 연구에서 손가락 꺾기와의 관련성이 발견되지 않았습니다.

이 영상을 보면서 손가락을 꺾어 소리를 냈다면, 같은 관절에서 다시 소리가 나려면 아마 20분쯤 기다려야 할 겁니다.