우리가 느끼는 통증은 헤아릴 수 없이 많은 원인에서 비롯되며 증상도 다양하다. 이러한 통증은 우리의 몸 어딘가에 문제가 발생했음을 알려주는 긍정적인 측면도 가지고 있다.
하지만 만성 통증으로 구분되는 신경병증성 통증은 원인이 불분명하고, 지속적이고 과도한 고통으로 이어진다. 신경병증성 통증을 겪는 환자들은 이러한 통증으로 인해 발생하는 우울증과 대인 기피 등 다양한 어려움을 동시에 겪게 돼 삶의 질이 매우 낮다. 현재까지 이러한 신경병증성 통증의 원인을 밝히기 위한 수많은 연구가 이어지고 있으나 아직 명확한 원인을 찾지 못하고 있다.
뇌 구조의 신경학적 변화가 만성 통증의 원인이 되며, 전기 자극 등 인위적 자극을 이용한 신경 가소성 변화로 통증 조절이 가능해짐이 국내 연구진의 연구 결과로 밝혀졌다.
연세대학교 의과 대학 생리학교실 이배환·차명훈 교수팀은 말초 신경 손상을 입은 실험 쥐를 대상으로 만성 통증을 조절할 수 있는 운동 피질 자극술(MCS : motor cortex stimulation)을 반복 시행해 나타나는 행동 변화를 추적 관찰했다.
그 결과, 운동 피질 자극술은 통증을 감소시키고 전방 대상 피질(ACC : anterior cingulate cortex)의 신경세포 시냅스 연결망에 변화를 일으켜 통증 감소와 조절 효과를 나타낸다는 사실을 밝혔다.
연구팀은 실험 쥐를 인위적 말초 신경 손상을 준 실험군과 허위 손상을 준 대조군으로 분류해 물리적 자극에 반응하는 통증의 역치를 측정했다.
먼저 그림 1-A와 같이 인위적 신경병증성 통증을 유도시킨 실험군 쥐들은 신경 손상이 일어난 이후 자극에 대한 반응 역치가 점차 낮아지는 현상을 보였다. 특히, 신경 손상을 입은 다음 날부터 역치가 현저하게 감소돼 통증이 증가했으며, 허위 손상을 입은 대조군과는 확연한 차이를 보였다.
이후 연구팀은 신경병증성 통증에 대해 반복적인 운동 피질 자극술(MCS)를 시행해 통증 변화를 관찰했다. 운동 피질 자극술을 각 그룹별로 매일 10일 동안 반복했으며, 역치 반응은 매일의 운동 피질 자극술 전후에 측정했다.
그 결과, 매일 운동 피질 자극술 시행 전 반응 역치를 관찰했을 때, 신경 손상 후에 자극술을 시행한 그룹에서 당일 운동 피질 자극술을 시행하지 않았음에도 이전의 효과가 누적돼 반응역치가 증가하는 것을 나타냈다.
반면 신경 손상을 입은 실험군 쥐들은 운동 피질 자극술 시행 초기에는 통각 과민 반응의 감소가 유지가 되지 않는 특징을 보였으나, 자극술이 반복될수록 역치가 지속적으로 증가함으로써 통증이 현저하게 완화되는 것을 관찰할 수 있었다.
연구팀은 신경 손상을 입었지만 허위 운동 피질 자극술을 시행한 실험군 내 쥐들과의 비교도 시행했는데, 앞선 결과와는 달리 운동 피질 허위 자극을 받은 신경 손상 쥐들은 역치가 변하지 않았다. 즉, 신경 손상을 입고 운동 피질 자극술을 받은 쥐들은 허위 자극술을 받은 쥐들과 비교했을 때 유의미하게 통각에 대한 과민 반응이 감소하는 것을 보여주었다.
연구를 주도한 이배환 교수는 “본 실험을 통해 운동 피질 자극술은 신경병증성 통증을 감소시켰을 뿐 아니라, 전방 대상 피질에 위치한 신경세포의 시냅스 연결망 가소성에 변화를 유도한다는 사실을 발견했다. 운동 피질 자극술을 통한 전기적 자극이 시냅스 연결을 변화시킴으로써 통증 조절 효과가 나타나는 것으로 생각된다”고 말했다.
연구팀은 만성적으로 이어지는 통증이 뇌세포 연결성에 변화를 가져오는데, 반복적으로 운동 피질 자극술을 시행하면 통증을 조절하는데 관여하는 신경세포에 시냅스 강화가 일어나 만성 통증을 약화시킨다는 점과 전방 대상 피질 신경세포의 특이적인 시냅스 연결망 변화가 신경병증성 만성 통증 조절에 중요한 역할을 할 수 있을 것으로 내다봤다.
차명훈 교수는 “이번 연구는 신경병증성 통증 환자의 뇌신경 세포 시냅스 연결망 조절을 통해 만성 통증을 조절할 수 있다는 가능성을 제시했다는 점에서 시사하는 바가 크다”며 “추후 연구를 통해 뇌세포에서 시냅스 연결망의 변화가 갖는 의미를 보다 명확히 밝힌다면 통증이 기억돼 전달되는 과정을 이해하고 조절하는 방법을 찾아내는데 많은 도움이 될 것이다라고 말했다.
연구 결과는 ‘반복적인 운동 피질 자극을 통한 통증 조절 회로 강화’라는 제목으로 ‘네이처’ 자매지 ‘Scientific Reports’ 최근호에 게재됐다.
