궁둥신경 압좌손상 후 전침이 개 척수 요수부 내 Brain Derived...

特殊敎育再活科學硏究Journal of Special Education & Rehabilitation ScienceVol. 49, No. 4, pp. 95~112, 2010.

< 요 약 >

본 연구는 개의 궁둥신경을 결찰하여 국소적 신경 손상을 유발시키고, 이에 고빈도(100Hz), 저강도(0.5mA)의 전침자극을 족삼리(ST36), 곡지(LI11), 음릉선(SP9)에 배혈하여 진통효과 및 척수 요수부(L5) 뒷뿔에서 BDNF 발현양상을 관찰하기 위해 면역조직화학염색을 실시해 다음과 같은 결과를 산출하였다. 전침자극군에서 BDNF의 발현은 궁둥신경 결찰로 인해 국소적 신경손상이 유발된 실험동물의 척수 요수부 뒷뿔에서 현저하게 높은 수준이 관찰되었다. 전침자극에 의해 통증역치가 대체로 증가하였는데 48시간 후에 최대의 통증 역치를 보였고(p<.01), 72시간 후부터는 감소하여 전침에 의한 진통작용은 단기적 효과가 있었다. 시간경과에 따라 BDNF 면역 반응성이 증가하였으나 48시간에 최대치를 보인 후(p<.01), 72시간부터는 감소하는 양상을 보였다. BDNF에 면역양성반응을 보인 신경세포들은 큰신경세포(large neuron), 중간신경세포(medium sized neuron), 및 작은 신경세포(small neuron)로 구분하여 관찰되었는데, 작은신경세포가 BDNF 발현의 주된 표적세포였다. 결론적으로 전침자극이 국소적 신경신경 손상 후 진통효과 및 신경가소성을 유발시키는 신경영양성인자인 BDNF 발현에 매우 효과적인 매체인 것으로 판명되었다.

핵심어 : 전침자극, 통증, BDNF, 척수요수부, 면역조직화학

궁둥신경 압좌손상 후 전침이 개 척수 요수부 내

Brain Derived Neurotrophic Factor

발현 및 통증 완화에 미치는 영향*

The Effect of Electroacupuncture on Brain Derived Neurotrophic

Factor And Pain Decrease in Lumbar Spinal Cord of Dog with Sciatic

Nerve Crash Injury

조 미 숙**

Cho, Mi Suk

* 이 논문은 2010년도 나사렛대학교 학술연구비 지원에 의해 연구되었음.** 나사렛대학교 물리치료학과 교수(교신저자 : [email protected])

Department of Physical Therapy, Korea Nazarene University

特殊敎育再活科學硏究(第49倦第4號)

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Ⅰ. 서 론

1. 연구의 필요성

신경가소성(neuroplasticity)은 축삭돌기의 재생(axonal regeneration) 및 신

경연접 재구조화(synaptic reorganization)로 인한 신경계에서 기능적 회복을

의미하는데, 최근 신경계 손상 후 회복을 관찰하려는 다수의 연구들이 수행되고

있다(Lin, Wu, & Levine, 1999; Geng, Liao, & Dang, 2010; Thomson,

Bennett, & Kerr, 1999). 이러한 연구들의 결과로 신경계의 손상 후 신경세포의

재생이 이루어지지 않는 것은 성장촉진분자(growth promoting molecule)의

결핍과 억제인자(inhibitory molecule)의 존재에서도 그 원인을 추적해 볼 수도

있는데(Abe, Matsumura, & Kanato, 2005; Frim, Uhler, & Galpern, 1994),

그 증거로 신경영양성인자(neurotropic factor)의 투여는 신경계에서 축삭돌기의

재생을 포함하여 부분적으로 신경가소성을 유발시킨다고 알려져 있다(Lu, Man,

& Ju, 2001). 신경영양성인자는 신경계 손상 후 세포사를 방어하고, 구조적 재

조직화를 촉진시키며(Liu & Sandkehler, 1995), 신경영양인자인 brain derived

neurotrophic factor(BDNF), neurotrophin-3(NT3) 및 neurotrophin 4/5

(NT4/5)의 발현 증가와 신경세포의 발달과 기능의 유지 사이에는 상관성 있다

(Abe, Matsumura, & Kanato, 2005).

Neurotrophin은 신경세포의 사멸과 분화를 조절하지만 가소성을 포함하는 다양

한 기능을 수행하고 있는데, BDNF는 neurotrophin family에 속하고, protein

kinase 수용체(Trk)와 p75NGFR 수용체와 높은 친화도로 상호 연관성을 가지고

있다(Liang, Liu, & Li, 2002). BDNF 유전자는 다양한 조절요소들과 4 개의

promoters를 지닌 복잡한 구조로 이루어져 있으며<그림 3-1>, 중추신경계와

말초신경계에서 다른 양상으로 발현되고 있다(Lu, Wu, & Levine, 2001). 중추

신경계에서 BDNF의 발현은 스트레스, 허혈, 간질발작, 저혈당증 등의 다양한

원인에 의해 변화하고 있으며, 병적 발현은 우울증(depression), 간질(epilepsy),

알츠하이머병 및 파킨슨병 등의 유발과 깊은 관련성이 있고, 유해자극 전달에서

신경조절자(neuromodulator)로서 작용하는데(Tigaret, Thalhammer, & Rast,

2006; Pezet, Malcangio, & McMahon, 2002; Obata & Noguchi, 2006; Marcol,

Kotulska, & Larysz-Brysz, 2007), 활동의존적으로 척수내에서 일차신경원으

로부터 유리되며, 척수 뒷뿔에서 유해자극전도를 조절하고(Obata & Noguchi,

2006; Nakazawa, Komai, & Tezuka, 2002; Matayoshi, Jiang, & katafuchi,

궁둥신경 압좌손상 후 전침이 개 척수 요수부 내 Brain Derived Neurotrophic Factor 발현 및 통증 완화에 미치는 영향

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2005), 척수의 가소성과 중추성 감작에 관여하여 통증유지에 중요한 역할을 하

는 것으로 알려지고 있다(Kerr, Bradbuty, & Bennett, 1999).

신경계 손상 후 여러 실험적 중재 방법을 통한 BDNF의 발현 변화를 관찰한

연구로써 능동적 운동이 BDNF를 포함한 향신경인자의 발현을 증가시키며(Shult,

Kimber, & Altar, 1995), 수영에 의해서도 해마와 대뇌피질에서 BDNF와 신

경성장인자의 mRNA은 증가된다(Lin, Wu, & Levine, 1998). 자발적 달리기가

생쥐의 치상회에서 BDNF가 두 배로 증가한 결과(Shult, Kimber, & Altar,

1995)는 자발적 달리기가 새로운 신경세포의 생성을 증가시키는 충분한 자극인

자가 될 수 있음을 시사한다. 그러나 시간경과에 따른 통증의 전달에서 BDNF

와 trk의 관여여부에 대한 연구 및 특히, 전침에 의해서 유해자극에 의한 통증

의 감소에 대한 BDNF의 농도변화와의 관련성에 대한 연구는 매우 미흡한 실정

이다.

전침(electroacupuncture)은 경혈점에 가는 바늘을 삽입한 후 통전시켜 수행

되는데, 척수손상모델에서 혈액순환을 촉진시켜 손상으로 인한 이차병변을 연장

시키고, 신경의 기능적 회복을 촉진시키며(Wu, Len, & McAuliffe, 2004), 신경

계에서 축삭돌기의 수를 증가시켜 신경연접 재조직화를 유발시키는 효과가 있는

것으로 알려져 있다. 비록 분자생물학적 기법이 전침의 진통효과에 대한 연구에

이용되고는 있지만 전침의 진통효과에 대한 분자생물학적 기전에 대한 연구는

아직 초보적 단계이며, 극히 단편적인 연구들이 제시되고 있는 실정이다. 예를

들어, 전침자극의 효과는 자극 강도와 기간 사이에는 반비례 관계, 즉, 강도가

강할수록 기간이 짧아져도 자극으로써 유효하며, 빈도가 증가될수록 가중현상이

쉽게 유발되므로 고빈도 자극시에는 자극강도가 낮아져도 유효자극이 될 수 있

다(손인석, 최병태, 장경전, 2003). 전침의 역할에 대한 연구는 통증억제를 중

심으로 이루어져 왔는데 저빈도 전침자극(2Hz)은 중추신경계에서 naloxone에

의해 억제되는 델타 수용체와 뮤수용체에 반응 하는 endomorphine, enkephaline,

베타-endorphin을 분비시키고, 척수에서 카파수용체에 반응하는 dynorphine을

분비시키며, 저빈도 전침자극(2Hz)에서는 supatance P가 감소하고, 중빈도(15Hz),

고빈도(100Hz) 전침에서는 substance P가 증가하나 저빈도 전침을 포함한 모든

substance P의 변화는 naloxone에 의해 억제되었다는 보고(신홍기, 이경희, 박

동석, 2003), 및 척수손상을 입은 흰쥐에서 전침자극을 수행한 바 엉덩관절, 무릎

관절, 발목관절의 운동능력의 향상이 보고되었는데 주로 척수손상 후 침치료는

10일 후에, 전침치료는 20일 후에 많은 호전이 있었다는 보고(류성룡, 백용현,

박동석, 1996) 등을 통해 전침이 뇌손상에 대한 치료적 수단인 것이 증명되고

있다.


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한편, BDNF는 중추신경계에 넓게 분포하고 있으며(Alder, Thakker-Varia,

& Crozier, 2005), 생체의 발달 초기에 분화되어 삶 전체에 걸쳐 분비되는데

척수 뒷뿔의 작거나 중간정도 크기의 신경세포에서 관찰할 수 있으며, 전침에

의해 BDNF의 발현이 증가하였다는 보고 및 BDNF가 배양된 닭의 다기능성 신

경능선세포(pluripotential neural crest cell)가 감각신경세포로 직접 분화, 말

초신경의 손상 후 재생과 재수초화 (remyelination)(Zh) 및 교감신경세포의 발

아(sympathetic sprouting)를 유도하여 신경연접 가소성을 촉진한다고 보고되

는 바(Bleakman, Alt, & Nisenbaum, 2006), 궁둥신경(sciatic nerve) 압좌손

상 후 전침에 의한 신경기능의 회복 기전 BDNF 발현의 증가 및 전달과 상관관

계가 있다고 판단된다. 따라서, 본 연구는 궁둥신경 압좌손상 후 척수 뒷뿔의 활

성에 의한 신경원성 통증의 발전과 유지에 BDNF의 관여 여부를 관찰하기 위해

궁둥신경(L5)을 결찰한 개에서 척수 뒷뿔내 BDNF의 발현변화와 통증역치 변

화를 관찰하기 위해 계획되었으며, 말초신경 손상 후 재활치료시 전침 적용의

치료효과에 대한 과학적 이론을 정립하고자 시행되었다. 또한, 본 연구의 결과가

임상에서 재활치료시 전침 적용의 강도, 빈도 및 시간대에 대한 명확한 논리적

제시가 마련될 것으로 판단되어 수행하였다.

Ⅱ. 연구 방법

1. 연구 대상 및 기간

본 실험에서는 동일한 조건에서 사육된 생후 8~10개월 된, 체중 5~8kg의 건강

하고, 신경학적으로 이상이 없는 잡종견 20마리를 사용하였다. 실험동물은 전침

자극군과 대조군으로 구분하고, 전침자극군은 매일 오전 10시부터 30분간 실시

하였으며 궁둥신경 결찰 후 24시간, 48시간, 72시간 및 7일 군으로 나누어 각

기 2마리씩 무작위 배분하여 밤낮주기(12시간 light/12시간 night)가 조절되는

실험동물실에서 사육하였다. 실험기간 중 먹이와 물은 무제한 공급하였고, 실내

온도는 22∼25℃, 평균습도는 50%, 표준편차 2%로 최적의 상태를 유지하였다.

2. 실험 설계

1) 궁둥신경 결찰


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왼쪽 궁둥신경(L5) 결찰은 실험동물을 마취 후 엉덩관절의 2cm 원위 뒷부분

에서 4cm의 피부절개선을 생성한 뒤 피하조직과 근육을 둔성 분리하여 궁둥신

경을 노출시킨 뒤 4-0silk를 이용하여 무릎에서 2cm 위를 결찰한 뒤 24시간,

48시간, 72시간 및 7일 후에 통증역치검사 및 BDNF에 대한 면역조직화학적염

색을 실시하였다.

2) 전침자극 방법

전침은 PG-7형(Ito사, Japan)을 사용하였고, disposable acupuncture needle

(0.35mm gauge, 40mm length, 7mm depth, 서원, 한국)를 사용하여 경혈점

좌우측에 전기선을 연결하고 자극을 주었다. 실험동물의 체표상에 인체의 족삼리

(ST36), 곡지(LI11), 음릉선(SP9)에 상응하는 부위에 배혈하였다. 실험은 대

조군(전침을 사용하지 않은 군), 전침자극군(족삼리+곡지+음릉선에 전침을 시행

한 군)으로 구분하여 설정하여 시행하였다. 전침시술은 골도분촌법에 따라 인체

와 상응한 곳에서 취하였다. 즉, 실험동물의 왼쪽 궁둥신경을 결찰해 유해자극성

통증을 유발시킨 뒤 전침자극을 3% isoflurane 흡입마취하(Royal Muli-Plus,

Medical Co)에서 30분간 좌우를 교대로 편측의 족삼리와 족삼리 하 0.5cm 부

위, 음릉선과 음릉선 하 0.5cm 부위, 곡지와 곡지 하 0.5cm에 자침하고 고빈도

(100Hz), 저강도(0.5mA)로 매일 30분씩 자극한 뒤 24시간, 48시간, 72시간

및 7일 후에 통증 역치 및 BDNF에 대한 면역조직화학적 결과를 측정하였다.

3) 통증역치사

전침자극에 따른 진통효과는 Randall-Sellitto법에 따라Analgesy-meter(Uro

Basile, Italy)로 carrageenan을 주사한 왼쪽 발등을 가압하여 통증을 느끼는

반응에 해당하는 무게를 측정하였다.

4) 조직처리 방법

실험동물들은 각 해당시간에 ketamine hydrochloride(케타라, 50mg/ml)와

xylazine(롬푼, 20mg/ml)을 체중 100gm 당 0.15ml 및 0.05ml 씩 섞어 복강

내 주사하여 마취시킨 뒤 심장을 통해 0.1 M phosphate buffer에 희석시킨

4% paraformaldehyde lysine eriodate(PLP)로 관류고정을 시행하고, 동일 고

정액에 적출된 척수를 담가 4일간 후 고정(4℃, overnight)을 시행하였다. 이어

동결보호(Cryoprotection, 20% sucrose, 4℃, overnight)를 거친 후 Reichert


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-Jung cryostat과 vibratome slice machine을 이용해 30μm의 관상연속동결

절편을 제작하여 -70℃에 보관하였다. 제작된 조직절편은 chrom-alum이 코팅

된 현미경용 조직 슬라이드 위에 올려 통상적인 탈수와 투명화 과정을 거쳐

cresyl violet 염색을 통해 Olympus 광학현미경(Olympus, Japan)하에서 척수

요수부(L5) 뒷뿔에서 형태학적 특징을 관찰하였다.

5) 면역조직화학염색 방법

BDNF에 대한 일차항체인 mouse anti-BDNF(1:1000, Sigma, USA)를 이

용하여 아래와 같은 방법으로 면역조직화학염색을 수행하였다. 일차항체에 조직

절편을 담가 실온에서 12시간 내지 24시간 동안 반응시켰는데 일차항체의 희석

은 0.MPB에 1% normal goat serum과 0.3% TritonX-100이 혼합된 것을

사용하였다. 조직절편을 실온에서 10분간 3회 0.1 MPB로 세척한 후 2차항체인

biotinylated goat anti-mouse IgG(1:500, Vector, USA)에 실온에서 1시간

반응시켰다. 그 후 0.1 M PB로 15분간 3회 세척한 뒤 ABC 용액에 실온에서

1시간 반응시키고, DAB에 과산화수소수를 0.005% 되게 첨가하여 갈색반응을

실시하였다. 면역조직화학염색이 끝난 조직들은 통상적으로 탈수, 투명화 과정을

거친 뒤 슬라이드 위에 올려 Permount로 봉입하여 광학현미경하에서 관찰하였

다. 갈색반응을 보인 신경세포들을 Image-Pro analyzer(Image-Pro, USA)를

이용해 pixel 단위로 계수하였다.

6) 분석 방법

실험결과 자료의 통계처리는 SPSS-PC ver10.0+ for windows 프로그램을

이용하여 t-test와 일원배치분산분석(one-way ANOVA)을 실시하였고, 각 군

간의 차이를 검증하기 위하여 단순분산분석 후 Dunnett multiple comparison

test로 사후 검정을 하였으며, 본 연구의 통계학적 유의수준은 p<.05로 하였다.

Ⅲ. 연구 결과

1. 연구 대상의 일반적인 특성

실험동물의 왼쪽 궁둥신경을 결찰하여 국소적 신경손상을 유발시킨 뒤 고빈도


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(100Hz), 저강도(0.5mA) 전침자극을 시행하여 개 요수부(L5)에서 BDNF의

면역조직화학적 반응 양상을 관찰하였다. BDNF의 발현은 엉덩신경 결찰로 인

해 국소적 신경손상이 유발된 실험동물의 척수 요수부 뒷뿔에서 현저하게 높은

수준이 관찰되었다. 실험동물에서 BDNF로 표지되는 신경세포의 형태학적인 특

징은 큰신경세포(large neuron), 중간신경세포(medium-sized neuron) 및 작

은신경세포(small neuron) 등의 뭇극신경세포들로 세포체와 돌기에 거쳐 고른

BDNF 양성 면역반응을 나타내어 고빈도(100Hz), 저강도(0.5mA) 전침자극에

의해 BDNF가 국소적 신경손상에 대한 방어 기전에 관여하고 있는 것이 본 연

구를 통하여 관찰되었다.

2. 통증역치의 비교

Analgesy-meter를 이용하여 궁둥신경을 결찰하여 국소적 신경손상을 유발

시킨 뒤 100Hz, 0.5mA 전침자극을 30분간 수행하고, 전침자극 후 24시간, 48

시간, 72시간 및 7일 간격으로 통증역치를 측정한 결과, 전침자극을 시행한 실험

군이 시행하지 않은 대조군이 보다 낮은 높은 통증에 대한 역치를 보여 주었다

<그림 3-3>. 즉, 24시간 후에 대조군의 통증역치는 12.26±2.45였으나, 전침

자극을 시행한 실험군은 23.37±4.62이었다. 48시간 후에 대조군의 통증역치는

6.49±3.23였으나, 전침자극을 시행한 실험군은 29.61±4.55였고, 72시간 후에

대조군의 통증역치는 10.69±3.82였으나, 전침자극을 시행한 실험군은 24.27±

4.71이었으며, 7일 후에는 대조군의 통증역치는 11.73±3.1이였으나, 전침자극

을 시행한 실험군은 13.82±4.14 이었다. 통계학적 유의성을 검증하기 위해 대

조군과 전침자극군 사이의 t-test를 실시한 결과 궁둥신경 결찰에 의한 통증 유

발 24시간과 72시간에서 (p＜.05), 48시간(p＜.01)에서 통계학적 유의성을 관찰

할 수 있었다. 또한, 일원배치분산분석을 실시한 바(F=102.65, p<.05) 시간대별

변화 사이에서 통계학적 유의성 또한 관찰되었다.

3. 면역조직화학적 염색의 비교

궁둥신경 결찰 후 전침자극이 실험동물의 척수 요수부(L5) 뒷뿔에서 면역조

직화학적으로 BDNF에 갈색의 면역양성반응을 보인 신경세포들을 광학현미경하

에서 pixel 단위로 계수한 바 전침자극군을 수행한 실험군의 척수 요수부 뒷뿔

내 BDNF 면역양성반응을 나타낸 신경세포들의 수가 전침자극을 시행하지 않은

대조군에 비해 월등히 많이 관찰되었다<그림 3-2>. 즉, 24시간 후에 대조군의


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BDNF 면역양성반응 세포수는 46.36±5.85개였으나, 전침자극을 시행한 실험

군은 71.86±6.82개로 관찰되었다. 48시간 후에 대조군의 BDNF 면역양성반응

세포수는 53.51±7.98개였으나, 전침자극을 시행한 실험군은 89.16±7.45개였

고, 72시간 후에 대조군은 48.27±5.67개였으나, 전침자극을 시행한 실험군은

73.93.±5.82개였고, 7일 후에는 대조군은 47.33±7.22개였으나, 전침자극을

시행한 실험군은 49.04±22.4개였다. 각 시간대별 통계학적 유의성을 검증하기

위해 대조군과 전침자극군 사이의 t-test를 실시한 결과 24시간과 72시간에서

(p＜.05), 48시간(p＜.01)에서 통계학적 유의성을 관찰할 수 있었고, 일원배치

분산분석을 실시한 바(F=121.77, p<.05) 시간대별 변화 사이에서 통계학적 유

의성 또한 관찰되었다.

한편, 궁둥신경을 결찰하여 국소적 신경손상 유발 후 전침 자극에 의해 척수

요수부(L5) 뒷뿔에서 BDNF에 면역양성반응을 보인 신경세포들은 큰신경세포

(large neuron), 중간신경세포(medium sized neuron) 및 작은신경세포(small

neuron)로 구분하여 볼 수 있었다. 그 분포 정도는 24시간에 대조군의 경우 큰

신경세포가 0.97±0.33개였고, 중간신경세포는 13.25±3.42개였으며, 작은 신

경세포는 32.14±6.82개였다. 전침자극군의 경우 큰 신경세포가 2.62±0.72개

였고, 중간신경세포는 19.48±2.75개였으며, 작은 신경세포는 49.76±7.78 개

였다. 48시간에 대조군의 경우 큰 신경세포가 1.25±0.39개였고, 중간신경세포

는 14.54±3.25개였으며, 작은 신경세포는 26.18±7.62개였다. 72시간에 대조

군의 경우 큰 신경세포가 1.21±0.32개였고, 중간신경세포는 14.44±3.79 개였

으며, 작은 신경세포는 32.62±4.41개였다. 전침자극군의 경우 큰 신경세포가

2.84±0.66개였고, 중간신경세포는 20.45±3.72개였으며, 작은 신경세포는 50.64

±6.87개였다. 7일에 대조군의 경우 큰 신경세포가 0.92±0.28개였고, 중간신

경세포는 13.46±4.25개였으며, 작은 신경세포는 32.95±6.56개였다. 전침자극

군의 경우 큰 신경세포가 0.94±0.23개였고, 중간신경세포는 14.45±3.91개였

으며, 작은신경세포는 33.65±7.41 개였다<그림 3-4>. 각 시간대별 통계학적

유의성을 검증하기 위해 일원배치분산분석을 실시한 바(F=178.927, p<.05) 시간

대별 변화사이에서 통계학적 유의성 또한 관찰되었다.


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<그림 3-1> BDNF 발현 유전자의 분자적 구조

<그림 3-2> 척수 요수부 뒷뿔에서 BDNF 면역양성반응 신경세포의 면역조직화학적 사진

EA1 : 전침자극군(24시간), EA2 : 전침자극군(48시간), EA3 : 전침자극군(72시간), Con1 : 대조군(24시간), Con2 : 대조군(48시간), Con3 : 대조군(72시간)


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<그림 3-3> 궁둥신경 압좌손상 후 척수 요수부 뒷뿔에서 BDNF 발현 신경세포의 시간경과에 따른 변화

EA : 전침자극군, Con : 대조군 **p<.01, *p<.05

<그림 3-4> 궁둥신경 압좌손상 후 척수 요수부 뒷뿔의 BDNF 양성반응세포의 형태적 차이 비교

EA SN : 전침자극군 작은신경세포, EA MN : 전침자극군 중간신경세포, EA LN : 전침자극군 큰신경세포, Con SN : 대조군 작은신경세포, Con MN : 대조군 중간신경세포, Con LN : 대조군 큰신경세포

*p<.05


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Ⅳ. 고 찰

BDNF는 neurotropin family의 한 부분이며 신경세포의 생존, 분화 및 뇌손상

으로부터 보호하여 기능을 회복시키는 가소성 등의 역할을 수행하며(Merighi

등, 2008), 유해자극의 조절(Pezet, Malcangio, & Lever, 2002)에도 관여한다.

척수신경절와 척수에서 BDNF 발현의 변화는 척수 신경세포내 수용체와 이온통

로와 상호작용을 통해 그 작용을 발현시키는데 (Svendsen, Hole, & Tjolsen,

2000), 여러 염증성 모델에서 손상 후 BDNF 증가되어 통증 감수성을 감소시

킨다(Woof, 2007). 즉, 척수 뒷뿔에서 흥분성 신호전달의 BDNF 매개 강화는

연접후 N-methyl-D-aspartate(NMDA) 수용체의 활성과 연관성이 있는 것

으로 관찰되어지고 있는데(Lapchak, Beck, & Araujo, 1993), 척수내 BDNF

의 분비는 척수신경세포에서 NMDA 수용체의 인산화와 강화를 야기시키고

(Kerr, Bradbury, & Bennett, 1999), 이 효과는 BDNF가 중추성 감작을 조절

하는 기전에 의한 것으로 판단되어 진다. 척수내 glutamate의 NMDA 수용체의

아형인 NR2B 수용체는 척수 뒷뿔에서 유해자극전달의 장기강화 유도를 통한

중추성 감작과 신경원성 통증의 발전에 중요한 역할을 수행하므로(Lu, Man, &

Ju, 2001), NMDA-2B 수용체는 BDNF 유도 신경가소성 조절의 표적 중 하나

인 것으로 추측되어 진다(Lin 등 , 1999) 예를들어, 척수 뒷뿔에서 NMDA 수

용체의 활성은 척수의 장기강화(Long term potentiation) 유도에 관여하며

(Svendsen, Hole, & Tjolsen, 2000), 중추성 감작 및 신경손상으로 유발된

통증의 전달에도 관여한다. 더욱이 척수내 BDNF/TrkB 매개 신호전달은 신경손

상 후 초기 신경원성 신호전달에 관여하는데 NR2B 길항제인 Ro 25-6981 주

입은 BDNF에 의한 통증전달을 억제시키고, 외인성 BDNF는 ERK의 빠른 활성

을 유도시키고, TrkB-IgG로 BDNF를 중화시키면 유해자극으로 유발된 ERK의

활성을 감소시키는 바, BDNF/TrkB 매개신경원성 통증의 전달 체계는 척수의

NR2B 수용체의 활성을 통해 전개되어 진다 (Pezet, Malcangio, & Lever,

2002) 해마에서 NR2B의 인산화는 BDNF에 의해 유도되는 glutamate성 신경

전달의 증가에 깊게 관여하여, NR2B의 tryrosine 인산화는 장기강화 유도 및

신경원성 통증 유지에 필수적인 것으로 보고되고 있다(Alder, Thakker-Varia,

& Croizier, 2005). 최근, 척수뒷뿔내 BDNF의 분비는 척수 신경세포의

NMDA 수용체의 인산화와 강화로 야기되는 결과라는 연구가 다수 이루어지고

있고(Shults, Kimber, & Altar, 1995), 척수 뒷뿔에서 BDNF의 초기 증가는

신경원성 통증의 개시와 연관성이 있으며, NR2B 수용체의 활성은 신경 손상으


- 106 -

로 유발된 통증의 지속적 유지에 포함되는 것으로 미루어 볼 때 BDNF가 통증

의 중추성 감작을 조절한다는 가설은 신뢰할만하다(Woolf, 2007).

전침의 치료 효과에서 적용되는 주파수와 강도를 포함하는 적용 방법 양상에

따라 생물학적 활성의 정도가 차이가 나는데, 100Hz로 자극하였을 경우 뇌의

흑질(substantia nigra)과 아래덮개구역(ventral tegmental area)에서 BDNF

mRNA 발현이 증가하였지만, 0Hz와 2Hz에서는 변화가 없었음을 관찰하여

(Nakazawa, Tezuka, & Yamamoto, 2002), 전침이 흑질에서 도파민성 신경세

포의 변성을 예방한다. 이는 전침이 뇌에서 내인성 신경영양인자를 활성화시켜

손상된 도파민성 신경세포의 재생에 관여할 것으로 판단되는 바 BDNF 투여는

중뇌 도파민성 신경세포의 6-hydroxydopamin(OHDA)에 의한 변성으로부터

보호하였지만, 간헐적으로 주입시에는 보호를 하지 못하여 파킨슨병 치료방법으

로서 BDNF의 효과에 대해서는 많은 논란의 여지가 있다(Liang, Liu, & Li,

2002). 또한, BDNF 발현의 감소는 신경영양성 인자의 결핍으로 도파민성 신경

세포의 변성을 초래시킨다(Lin, Wu, & Levine, 1998).

척수 요수부 뒷뿔내 BDNF의 농도는 궁둥신경을 결찰한 실험에서 증가되고,

tropomyosin-related kinase(TrkB) 수용체 또한 현저하게 up-regulation 된다

(Nakazawa, Komai, & Tezuka, 2001). 궁둥신경을 결찰한 후 나타나는 통증

은 BDNF의 중화항체와 Trk-Fc chimera 단백질을 반복적으로 주입하면(i.t.,

intrathecal) 현저하게 완화되고, 더욱이 대조군에서 BDNF의 주입시 통증에 대

한 감작이 증가되며, TrkB 억제제인 k-252a(Ya) 주입시에는 BDNF에 의한

통증이 현저하게 감소하는데, 이는 통증 초기의 전달에 BDNF와 그 Trk 수용체

가 긴히 관여하는 것(Nakazawa, Tezuka, & Yamamoto, 2002)으로 사료되지

만, 시간경과에 따른 통증의 전달에서 BDNF와 Trk의 관여여부에 대한 연구 및

특히, 전침에 의해서 유해자극에 의한 통증의 감소에 대한 BDNF의 농도변화와의

관련성에 대한 연구는 매우 미흡한 실정이다. NMDA 수용체와 BDNF (brain-

drived neurotrophic factor)는 척수에서 중추의 감작(central semsiti zation)

과 신경연접 가소성(synaptic plasticity)에 관련이 있는데, NR2B를 포함하는 척

수 뒷뿔의 활성에 의한 신경원성 통증의 발전과 유지에 BDNF의 관여 여부를

관찰하기 위해 궁둥신경(L5)을 결찰한 SD계 흰쥐에서 척수 뒷뿔내 BDNF와 Trk

수용체의 변화를 ELISA(enzyme-linked immunosorbent assay)를 사용하여

관찰한 바 결찰 24시간 후 BDNF가 유의성 있게 증가하였고, 48시간 후에 최

대치를 기록했으며, 그 후 24시간 이내에 수 술전의 수준으로 감소하였를 뿐만

아니라. 척수뒷뿔에서 BDNF의 농도변화와 비례해서 50% 발회피반사(paw

withdrawal) 역치는 24~48시간 동안 유의성 있게 감소하였다는 보고를 하면


- 107 -

서. BDNF의 변화와 도피반사의 상관관계 분석은 초기에는(0-48h) negative 상

관성을 보여주었으나(r=-0.974, p<0.01), 후기(3-28days)에는 통계적으로

유의성 있는 상관성이 관찰되지 아니하였다(r=3395, p>0.05)고 하였는데, 이

는 결찰 초기에 척수뒷뿔내에서 BDNF의 증가는 신경원성 통증의 개시와 관련

성이 있는 것으로 사료된다. 본 연구에서 궁둥신경을 결찰하여 국소적 신경손상

을 유발한 뒤 시간경과에 따른 고빈도(100Hz), 저빈도(0.5mA)의 전침이 통증

역치 변화와 척수 요수부(L5) 뒷뿔에서 BDNF의 면역 반응성의 변화에 미치는

영향을 관찰한 바 24시간 후에 대조군의 통증역치는 12.26±2.45였으나, 전침

자극을 시행한 실험군은 23.37±4.62이었다. 48시간 후에 대조군의 통증역치는 6.49

±3.23이였으나, 전침자극을 시행한 실험군은 29.61±4.55였고, 72시간 후에

대조군의 통증역치는 10.69±3.82였으나, 전침자극을 시행한 실험군은 24.27±

4.71이었으며, 7일 후에는 대조군의 통증역치는 11.73±3.1이였으나, 전침자극

을 시행한 실험군은 13.82±4.14개로 나타나 전침자극에 의해 통증역치가 대체

로 기존의 연구들과 유사하게 증가하였는데 48시간 후에 최대의 통증 역치를

보였고, 72시간 후부터는 감소하여 전침에 의한 진통작용은 단기적 효과가 있었

다고 사료된다. 또한, BDNF에 면역반응성을 보인 신경세포들은 24시간 후에

대조군의 BDNF 면역양성반응 세포수는 46.36±5.85개였으나, 전침자극을 시

행한 실험군은 71.86±6.82개로 관찰되었다. 48시간 후에 대조군의 BDNF 면역

양성반응 세포수는 53.51±7.98개였으나, 전침자극을 시행한 실험군은 89.16 ±7.45

개였고, 72시간 후에 대조군은 48.27±5.67개였으나, 전침자극을 시행한 실험

군은 73.93.±5.82개였고, 7일 후에는 대조군은 47.33±7.22개였으나, 전침자극

을 시행한 실험군은 49.04±22.4개로 관찰되어 시간경과에 따라 BDNF 면역

반응성이 증가하였으나 48시간에 최대치를 보인 후 72시간부터는 감소하는 양

상을 보여 전침자극이 BDNF 발현에 단기적 효과가 있는 것으로 사료된다. 또

한, 전침에 자극에 의해 BDNF 면역양성반응을 보인 신경세포들은 주로 작은신

경세포들로 나타났으나 이에 대한 명확한 기전을 확립하기 위해서는 다른 신경

전달물질들과의 협응을 비교하기 위한 실험 등이 수행되어져야 할 것으로 사료

된다. 결론적으로 본 실험을 통해 전침자극이 국소적 신경신경 손상 후 진통효

과 및 신경영양성인자인 BDNF 발현에 매우 효과적인 매체로 판명되었고, 본

연구의 결과는 임상에서 재활치료시 전침 적용의 강도, 빈도 및 시간대에 대한

명확한 논리적 제시가 마련되어졌다고 판단되며, 향후 중추신경계 손상 후 전침

의 치료적 효과를 유전자 변형 등을 통한 연구에서 명확한 기전의 확립이 필요

하다.


- 108 -

Ⅴ. 결 론

본 연구는 개의 궁둥신경을 결찰하여 국소적 신경 손상을 유발시키고, 이에

고빈도(100Hz), 저강도(0.5mA)의 전침자극을 족삼리(ST36), 곡지(LI11), 음릉

선(SP9)에 배혈하여 진통효과 및 척수 요수부(L5) 뒷뿔에서 BDNF 발현양상

을 관찰하기 위해 면역조직화학염색을 실시해 다음과 같은 결과를 산출하였다.

1. 전침자극에 의해 통증역치가 대체로 증가하였는데 48시간 후에 최대의 통

증 역치를 보였고, 72시간 후부터는 감소하여 전침에 의한 진통작용은 단기적

효과가 있었다. 통계학적 유의성을 검증하기 위해 대조군과 전침자극군 사이의

t-test를 실시한 결과 엉덩신경 결찰에 의한 통증 유발 24시간과 72시간에서

(p＜.05), 48시간에서(p＜.01)에서 통계학적 유의성을 관찰할 수 있었다. 또한,

일원배치분산분석을 실시한 바(F=102.65, p<.05) 시간대별 변화사이에서 통계

학적 유의성 또한 관찰되었다.

2. 전침자극을 수행한 실험군의 척수 요수부 뒷뿔내 BDNF 면역양성반응을

나타낸 신경세포들의 수가 전침자극을 시행하지 않은 대조군에 비해 월등히 많

이 관찰되었다. 시간경과에 따라 BDNF 면역 반응성이 증가하였으나 48시간에

최대치를 보인 후 72시간부터는 감소하는 양상을 보였다가 시간대별 통계학적

유의성을 검증 하기 위해 대조군과 전침자극군 사이의 t-test를 실시한 결과

24시간과 72시간에서(p<.05), 48시간(p＜.01)에서 통계학적 유의성을 관찰할

수 있었고, 일원배치분산분석을 실시한 바(F=121.77, p<.05) 시간대별 변화사

이에서 통계학적 유의성 또한 관찰되었다.

3. 척수 요수부 뒷뿔에서 BDNF에 면역양성반응을 보인 신경세포들은 큰 신

경세포(large neuron), 중간신경세포(medium sized neuron), 작은 신경세포

(small neuron)로 구분하여 볼 수 있었는데 작은신경세포가 BDNF 발현의 주

된 표적세포였다. 각 시간대별 통계학적 유의성을 검증하기 위해 일원배치분산

분석을 실시한 바(F=178.927, p<.05) 시간대별 변화사이에서 통계학적 유의성

또한 관찰되었다.

4. 결론적으로 전침 자극에 의해 척수 요수부(L5) 결론적으로 전침자극이 말초

신경 손상 후 진통효과 및 신경영양성인자인 BDNF 발현에 매우 효과적인 매체

인 것으로 판명되었다.


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논문접수 : 2010. 10. 30 / 수정본 접수 : 2010. 12. 17 / 게재 승인 : 2010. 12. 22

<Abstract>

The Effect of Electroacupuncture on Brain Derived Neurotrophic

Factor And Pain Decrease in Lumbar Spinal Cord of Dog with Sciatic

Nerve Crash Injury

Cho, Mi Suk

The purpose of this study was carried out to investigate the effect of

electroacupuncture on BDNF expression in lumbar spinal cord(L5) of

dog with sciatic nerve crash injury. 20 male dogs were randomly devided

into two groups, a control group and a electroacupuncture group on ST36,

LI11 and SP9 with 100Hz and 0.5mA. The dogs were sacrificed at 24h,

48h, 72h and 7day after sciatic nerve crash injury by ligation. The pain

threshold was recorded by Analgesy-meter. After making lumbar spinal

cord slide sections, they were immunostained with BDNF antisera(1:1000).

: The pain threshold of electroacupuncture group was higher than control

ne, and maximied at 48h(p<0.01), and had tendency to decrease from

72h. The numbers of BDNF immunoreactive neurons of electroacupuncture

group were increased than those of control group. Especially the numbers

of BDNF immunoreactive neurons at 24h and 72h(p<0.05), and 48h(p<0.01)

were different statistically. The BDNF immunoreactive neurons in lumbar

spinal cord expressed by electroacu puncture were classified into large neurons,

medium-sized neurons and small neurons, but the small neurons were

main target of BDNF expression by electroacupuncture. In onclusion,

the increase of pain threshold and numbers of BDNF immunoreactive

neurons in lumbar spinal cord of dog showed that electroacupuncture could

a good therapeutic tool for analgesia and BDNF expression to prtect

central nervous system.

Key Words : Electroacupuncture, Pain, BDNF, Lumbar spinal cord, Immunohistochemistry

궁둥신경 압좌손상 후 전침이 개 척수 요수부 내 Brain Derived...

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