신경자극술 및 약물펌프를 이용한 약물주입치료(1)

 

1. 서론

신경자극술은 중추신경계의 특정 부위를 전기적으로 자극하여 신경생리학적 변화를 유도하는 치료법이다. 20세기 초부터 뇌의 특정 부위를 전기 자극하는 시도가 있었으며, 1970년대 이후 본격적으로 연구되었다. 특히 1990년대 이후에는 운동피질 자극술(Motor Cortex Stimulation, MCS)과 뇌심부자극술(Deep Brain Stimulation, DBS)이 통증 치료에 효과가 있는 것으로 보고되며 임상적으로 사용되기 시작했다.

 

1991년 Tsubokawa와 Katayama는 시상중풍통(Central Poststroke Pain, CPSP) 환자에게 운동피질자극술을 시행하여 진통 효과가 있음을 보고하였다. 이후 삼차신경성 신경병성 통증(trigeminal neuropathic pain) 및 기타 신경병증성 통증에도 적용되면서 연구가 활발히 진행되었다. 특히 환상통(phantom pain) 치료에 대한 보고도 이루어졌다.

 

이 치료법은 기존의 약물치료가 효과적이지 않은 신경병성 통증 환자들에게 새로운 치료법으로 주목받고 있으며, 뇌의 특정 영역을 조절하여 통증을 완화하는 방식으로 발전하고 있다.

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2. 뇌운동피질자극술(Motor Cortex Stimulation, MCS)

1) 적용증

뇌운동피질자극술은 주로 신경병성 통증(neuropathic pain) 에 효과적이다. 특히 시상중풍통(CPSP), 삼차신경통, 척수 손상 후 통증, 복합부위 통증 증후군(CRPS), 말초 신경 손상 후 신경병증성 통증 등에 적용된다. 연구 결과에 따르면, 환자의 50~81%에서 부분적인 통증 완화 효과가 보고되었다.

특히 혼합형 통증(mixed pain) 보다 순수한 신경병증성 통증에서 효과가 더 뛰어난 것으로 나타났다.

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2) 뇌운동피질자극술의 원리

운동피질(M1) 영역을 자극하면 시상(thalamus)과 뇌줄기(brainstem) 를 거쳐 하행 억제 시스템(descending inhibitory system)이 활성화되면서 진통 효과를 유발한다. 이는 precentral gyrus의 thalamic projection을 통해 시상의 활성도를 조절하여 통증 완화 효과를 나타내는 것으로 보고되었다.

이 치료법은 단순히 특정 부위를 자극하는 것이 아니라, 전체적인 신경 네트워크의 활성도를 조절하여 통증 완화 효과를 극대화하는 방식으로 발전하고 있다.

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3) 전극의 삽입 방법 및 위치

전극을 삽입하는 방법에는 크게 경막외법(epidural implantation) 과 경막하법(subdural implantation) 이 있다. 대부분의 연구에서 경막외법이 더 안전하며 효과적이라고 보고되었다.

전극의 위치는 중심전회(precentral gyrus) 에 정확하게 배치해야 하며, 이를 위해 MRI, CT, 전기생리학적 검사(MEP, SEP) 등을 활용하여 중심전회의 체성감각 영역을 찾아내는 과정이 필요하다.

전극 방향:

• Saitoh 등은 중심구에 직각 방향(transverse) 으로 전극을 삽입하는 것이 더 좋은 결과를 나타낼 수 있다고 보고했다.
• 운동피질자극술에서 중요한 전극(active electrode)의 위치는 환상전극(halo electrode) 을 정확하게 포함하는 방식이 효과적이다.

(A) Elctrode location perpendicular and (B) parallel to precentral gyrus.

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4) 예후 인자

운동피질자극술의 성공률에 영향을 미치는 요인은 다음과 같다.

• 임상적 요인: 통증의 성격, 병변의 위치, 환자의 통증 감각 정도
• 전기생리학적 요인: 마비의 정도(NMT grade 4~5), 신경손상의 심각도
• 약물 반응: 신경병성 통증 환자 중 특정 약물(항경련제, 항우울제)에 반응이 낮은 경우 운동피질자극술이 더 효과적일 가능성이 높다.

일반적으로 마비의 정도가 심할수록 자극 효과가 감소하는 경향이 있으며, 일부 환자에서는 시간이 지나면서 내성이 발생할 수도 있다.

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3. 뇌심부자극술(Deep Brain Stimulation, DBS)

1) 뇌심부자극술의 원리

DBS는 뇌의 심부 구조에 전극을 삽입하여 전기 자극을 가하는 방식으로, 신경회로를 조절하여 통증을 완화한다. 주로 사용되는 표적 부위는 시상(thalamus), 뇌줄기(brainstem), 기저핵(basal ganglia) 이다.

1965년 Wall과 Melzack의 게이트 조절 이론(Gate Control Theory) 에 따르면, 대구경 유수섬유(large, myelinated fiber)를 자극하면 소구경 무수섬유(small, nociceptive fiber)의 통증 전달을 억제할 수 있다. 이를 기반으로 시상 VPL(Ventral Posterior Lateral nucleus) 및 내측 시상핵(VPM, Ventral Posterior Medial nucleus)이 표적 부위로 설정되었다.

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2) 전극 삽입 위치

• 시상핵(VPL, VPM) 자극: 만성 신경병성 통증에 효과적
• 뇌줄기 PAG/PVG 자극: 통증 조절을 위한 중추 하행 억제 경로를 활성화
• 내포(Internal capsule) 자극: 감각 및 운동 조절을 통한 통증 완화

전극의 위치는 환자마다 다르며, 뇌영상(MRI, CT) 및 전기생리학적 검사(MEP, SEP) 를 이용해 정확한 위치를 결정하는 것이 필수적이다.

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3) DBS의 장점과 한계

3-1 장점

• 약물 치료가 듣지 않는 만성 통증 환자에서 효과적
• 가역적(reversible)이며 조절 가능
• 뇌 병변을 제거하지 않고도 신경회로를 조절할 수 있음

3-2 한계

• 수술 과정이 복잡하며, 전극 위치의 정확도가 중요
• 일부 환자에서 시간이 지나면서 내성이 발생할 가능성이 있음
• 배터리 교체 등의 유지 관리가 필요

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4. 결론

운동피질자극술(MCS)과 뇌심부자극술(DBS)은 기존의 약물 치료로 조절되지 않는 신경병성 통증 환자들에게 새로운 치료법으로 자리 잡고 있다. 특히 운동피질자극술은 뇌의 네트워크를 조절하여 통증 완화 효과를 유도하며, 뇌심부자극술은 특정 핵을 표적으로 하여 신경 회로를 조절하는 방식으로 작용한다.

 

이 치료법들은 신경병성 통증뿐만 아니라 파킨슨병, 근긴장이상증(dystonia), 정신과적 질환(우울증, 강박장애) 등에서도 응용되고 있으며, 앞으로 기술의 발전과 함께 더 정교한 치료법으로 발전할 가능성이 크다.

 

따라서 환자의 상태에 따라 적절한 치료법을 선택하고, 지속적인 모니터링과 조절을 통해 최적의 치료 효과를 얻는 것이 중요하다.