안검이 피로한 이유는? 평균 순목 시간 = 0.33 초, 하루 평균 순목 횟수 = 11,000 번, 90세 기준, 지구 반 바퀴 거리를 이동하는 상안검. 순목운동 시 렌즈와 안검이 마찰할 때 발생하는 '마찰 에너지'는 눈 피로의 원인이 된다.
cof로 안검운동시 발생하는 에너지 확인 안검 운동 시 작용하는 마찰 에너지를 측정하려면 '표면마찰계수(cof)'를 확인해야 한다. cof는 물체를 미끄러지게 하는 힘(friction force)과 그 반대의 힘(유지하려는 힘, normal force)을 통해 측정하며, '얼마나 매끄러운 표면을 이동하는 가'를 의미한다.
미세마찰계로 안검.렌즈표면 에너지 측정 안검의 움직임(속도, 방향, 힘)과 누액 조건을 신체와 유사하게 재현한 '미세마찰계(micro-tribometer)' 이 기기를 통해 콘택트렌즈 표면에서 발생하는 마찰에너지를 관찰할 수 있다.
마찰에너지 적은 재질 고려한 c/l 선택 중요 미세마찰계(micro-tribometer)로 측정된 두 종류의 콘택트렌즈 'cof'를 보면, 렌즈 표면 재질에 따라 각각의 마찰 에너지가 약 2배 차이가 나며(95% ci), 실제 각막 표면에서의 마찰 에너지와의 격차도 확인할 수 있다. 즉, 마찰 에너지를 고려한 콘택트렌즈 재질 선택은 고객의 렌즈 착용 성공에 기여할 수 있다. (wilson t. et al. cornea, 34, (9)1179-1185, 2015)
현대인의 생활에서 시력의 비중은 매우 크다. 컴퓨터나 태블릿pc를 사용하고 난 후에도 스마트폰을 계속해서 바라보며, 스포츠 경기를 관람하거나 걷는 중에도 눈은 쉬지 않는다. 누군가에게 문자를 보내기 위해 타자를 치며, 이 때에도 스마트폰 화면에 시선을 집중한다. 우리의 눈은 어떻게 보면 쉬지 않고 최선을 다해 일(work)하고 있는 것이다.
그렇다면 이렇게 바쁜 현대인의 삶 속에서 안구가 느끼는 피로도는 얼마나 될까? 매끄럽고 건강한 안구 표면을 유지하기 위해 우리 눈은 지속적인 깜박임, 즉 '순목운동'을 한다. 순목운동을 하는 데도 매번 에너지가 사용된다. 눈은 하루 평균 1만1,000번 이상의 순목운동을 하는 데, 이에 대한 전체 에너지가 안구 피로의 원인이 된다.
물리학적 개념을 통해 안구가 실제로 하루에 얼마나 '일(work)'을 하고 있는지 계산할 수 있다. '일(work)'은 '힘(force)'과 '이동거리(distance)'를 곱하여 계산한다. 안검은 한 사이클의 순목운동(한 번의 깜박임)마다 약 10mm의 거리를 이동한다. 힘(force)은 안검이 안구 표면을 스치며 지나갈 때 필요한 에너지로, 안구 표면과 안검 사이에 발생하는 마찰 에너지와 같다.
마찰 에너지는 △마찰하는 표면과 표면 사이의 윤활유와 △두 표면의 거칠기 상태 두 가지에 의해 결정된다. 예를 들어 거친 아스팔트 표면에서 미끄러지는 것이 매끄러운 빙판에서 미끄러 지는 것 보다 더 많은 에너지가 사용된다. 아스팔트 길 위 보다 빙판길에서 더 쉽게 미끄러지는 모습을 상상하면 된다. 물론 마찰 에너지에 영향을 주는 다른 조건들도 있지만, 표면의 거칠기에 따라 마찰 에너지가 차이나는 것은 당연하다.
눈물막은 안검이 안구 표면과 마찰을 할 때 윤활제 역할을 하며, 순목운동 시 최대한 적은 에너지가 사용되도록 한다. 그렇다면 어떤 표면의 콘택트렌즈를 사용하느냐에 따라 안구가 느끼는 피로감에도 차이가 있지 않을까? 이는 실제 콘택트렌즈를 사용하는 사람들이 하루 일과의 말미에 피로감을 경험한다는 임상 결과에 의해 이미 입증되었다(nichols jj, et al., 2013).
안구와 안검처럼, 움직이는 표면 사이의 상호작용에 대해 연구하는 학문을 '마찰 공학(tribology)'이라고 한다. 근래의 '마찰공학'은 그 범위를 넓혀가고 있다. 각막 표면과 콘택트렌즈 표면의 마찰 에너지를 측정, 실제 렌즈 사용자가 느끼는 착용감과의 상관관계에 대한 연구가 진행되고 있다. 콘택트렌즈 표면의 거칠기에 따른 마찰 에너지는 '표면마찰계수(coefficient of friction, 이하 cof)'로 표현할 수 있다(roba m. et al., 2011). cof는 안검과 콘택트렌즈 표면이 마찰을 하면서 필요한 에너지를 측정한 것으로, cof가 낮을수록 더 적은 양의 마찰 에너지가 필요하다. 즉, cof가 낮다는 것은 매끄러운 표면이라는 것으로 해석할 수 있다. 비록 아직 국제적인 측정법이나 가이드가 규정되어 있지 않지만, 렌즈 사용자와 렌즈를 추천하는 전문가인 '안경사'에게는 의미있는 수치다(dumbleton k, 2013).
콘택트렌즈 표면의 cof를 보다 정확하게 측정하기 위해 '미세마찰계 (micro-tribometer)' (그림 3) 가 사용된다. 이 기기는 안검과 동일한 힘으로 순목 패턴과 움직임을 그대로 재현할 수 있다. 실제 안검처럼 콘택트렌즈 표면과 닿는 유리 막대면에는 눈물막과 동일 조건이 되도록 점액을 바르고, 최대 18시간까지 비비면서 마찰을 발생시킨다. 이 때 사용되는 힘, 즉 마찰 에너지인 cof를 측정한다. 또한 실험의 정확도를 높이기 위해 원자 현미경(atomic force microscope) 사용하며, 이를 통해 확인된 표면의 거칠기와 cof 수치를 대입한 분석도 이행된다(coles-brennan c. et al., 2012).
마찰 에너지 연구의 발전으로, 시간에 따른 콘택트렌즈의 cof 변화를 확인할 수 있다. (그림4)를 보면, 각기 다른 표면의 콘택트렌즈라도 초기에는 사용 되는 마찰 에너지가 서로 유사하지만, 1만 번 이상의 순목운동 후에는 각각 사용되는 에너지의 양이 변한다. 첫 착용 당시의 마찰 에너지 정도가 18시간 착용 후까지 유사하게 유지되는 렌즈도 확인할 수 있다. 즉, 특정 조건의 콘택트렌즈 착용 시에는 표면의 매끄러움(cof)이 장시간 크게 변하지 않을 수 있음을 시사한다. 두 경우 모두 실제 각막 표면에서 일반적으로 발생하는 마찰 에너지와 차이가 있지만, 어떤 렌즈 재질인지에 따라 그 차이가 다른 것 또한 눈에 띄는 점이다.
콘택트렌즈 표면 마찰 에너지에 대한 개념을 유념하면, 첫 착용부터 마지막까지 우수한 렌즈 재질은 무엇인지 선택하는 데 도움이 될 것이다. 편안한 착용 조건의 렌즈 재질을 선택하는 것은 고객의 콘택트렌즈 착용 성공을 이끌 수 있을 것이다.
※ 원본 출처: c scales et al. optician 252; 6568: 24-26, 2016
