국내 연구진이 동물실험을 통해 만성통증을 조절할 수 있는 ‘운동피질 자극술’이 신경세포 시냅스 조절로 통증감소와 조절 효과가 있다는 것을 규명했다.
연세대학교 의과대학 생리학교실 이배환·차명훈 교수 연구팀은 말초신경 손상을 입은 실험쥐를 대상으로 만성통증을 조절할 수 있는 운동피질 자극술(MCS)을 반복 시행해 나타나는 행동 변화를 추적 관찰한 결과 이같이 확인됐다고 26일 밝혔다.
연구팀에 따르면 운동피질 자극술은 통증을 감소시키고 전방 대상 피질(ACC)의 신경세포 시냅스(신경계를 구성하는 신경세포인 뉴런들을 이어주는 부위) 연결망에 변화를 일으켜 통증감소와 조절 효과가 확인됐다.
만성통증으로 구분되는 신경병증성 통증은 원인이 불분명하고, 지속적이고 과도한 고통으로 이어지기도 한다. 신경병증성 통증 환자들은 통증으로 인해 우울증과 대인기피 등 다양한 어려움을 겪고 삶의 질이 낮아진다. 이러한 신경병증성 통증의 원인 규명을 위한 많은 연구가 이어지고 있지만 아직 명확한 원인을 찾지 못하고 있다.
따라서 이번 연구는 뇌 구조의 신경학적 변화가 만성통증의 원인이 되며, 전기 자극 등 인위적 자극을 이용한 신경가소성 변화로 통증 조절이 가능하다는 점을 밝혀 주목을 받고 있다.
이와 관련 연구팀은 실험쥐를 인위적 말초신경 손상을 준 실험군과 허위 손상을 준 대조군으로 분류해 물리적 자극에 반응하는 통증의 역치를 측정했다.
우선 그림 1-A와 같이 인위적 신경병증성 통증을 유도시킨 실험군 쥐들은 신경손상이 일어난 이후 자극에 대한 반응역치가 점차 낮아지는 현상을 보였다. 신경 손상을 입은 다음 날부터 역치가 현저하게 감소돼 통증이 증가했고, 허위 손상을 입은 대조군과는 확연한 차이를 보였다.(대조군 대비 P〈0.05)
이어 연구팀은 신경병증성 통증에 대해 반복적인 운동피질 자극술(MCS)을 시행해 통증변화를 관찰했다. 운동피질 자극술을 각 그룹별로 매일 10일 동안 반복했고, 역치반응은 매일 운동피질 자극술 전후에 측정했다.
연구팀에 따르면 그림 1-B와 1-C는 각각 매일의 운동피질 자극 전후의 역치반응의 변화를 나타낸다. 그 결과 그림 1-B에서는 매일 운동피질 자극술 시행전 반응 역치를 관찰했을 때, 신경손상 후 자극술 시행한 그룹에서 당일 운동피질 자극술을 시행하지 않았음에도 불구하고 이전의 효과가 누적되어 반응역치가 증가하는 것을 나타냈다.
그림 1-C에서 같이 신경손상을 입은 실험군 쥐들은 운동피질 자극술 시행 초기에는 통각과민반응의 감소가 유지가 되지 않는 특징을 보였으나, 자극술이 반복될수록 역치가 지속적으로 증가해 통증이 현저하게 완화되는 것을 관찰할 수 있었다.
연구팀은 신경손상을 입었지만 허위 운동피질 자극술을 시행한 실험군 내 쥐들과의 비교도 시행했다. 앞선 결과와는 달리 운동피질 허위자극을 받은 신경손상 쥐들은 역치가 변하지 않았다. 이는 신경손상을 입고 운동피질 자극술을 받은 쥐들은 허위 자극술을 받은 쥐들과 비교했을 때 유의미하게 통각에 대한 과민반응이 감소하는 것을 나타낸다.
이에 대해 이배환 교수는 “본 실험을 통해 운동피질 자극술은 신경병증성 통증을 감소시켰을 뿐 아니라, 전방 대상 피질에 위치한 신경세포의 시냅스 연결망 가소성에 변화를 유도한다는 사실을 발견했다. 운동피질 자극술을 통한 전기적 자극이 시냅스 연결을 변화시킴으로써 통증 조절 효과가 나타나는 것으로 생각된다”고 말했다.
연구팀은 만성적으로 이어지는 통증이 뇌세포 연결성에 변화를 가져오는데, 반복적으로 운동피질 자극술을 시행하면 통증을 조절하는데 관여하는 신경세포에 시냅스 강화가 일어나 만성통증을 약화시킨다는 점과 전방 대상 피질 신경세포의 특이적인 시냅스 연결망 변화가 신경병증성 만성통증 조절에 중요한 역할을 할 수 있을 것으로 판단했다.
차명훈 교수는 “이번 연구는 신경병증성 통증 환자의 뇌신경세포 시냅스 연결망 조절을 통해 만성 통증을 조절할 수 있다는 가능성을 제시했다는 점에서 시사하는 바가 크다. 추후 연구를 통해 뇌세포에서 시냅스 연결망의 변화가 갖는 의미를 보다 명확히 밝힌다면 통증이 기억돼 전달되는 과정을 이해하고 조절하는 방법을 찾아내는데 많은 도움이 될 것”이라고 전망했다.
한편, 이번 연구 결과는 ‘반복적인 운동피질 자극을 통한 통증조절 회로 강화’ 제목으로 국제학술지 네이처 자매지 ‘사이언티픽 리포트(Scientific Reports)’최근호에 게재됐다.
