Electrical Stimulation of...

탈신경근의 전기자극치료Electrical Stimulation of

Denervated Muscle

임재길

I. 탈신경근의 특성

1. 탈신경근의 원인

1) 전기적 흥분성(Electrical excitability)

Sherrington은 1935년 근육의 다양한 반사 및 수의적수축이 운동단위(motor unit)들의 연합에 의해 이루어진다는 사실을 발견

⇒ 모든 운동은 개별적인 근섬유에 의해서가 아니라 중추신경계의 조절에 의해서 운동단위 별로 일어난다는 것

1) 전기적 흥분성(Electrical excitability)

운동단위가 손상을 받으면 탈신경 지배근이 된다

운동단위의 침범은 유전적인 것도 있고, 후천적인 것도있으며 손상에 의한 것도 있다

병변의 징후(sign)와 증상(symptom)은 손상이 중추신경계인가 아니면 말초신경계인가에 따라 달라짐


2) 신경압박(Nerve compression)

(1) 급성 병변신경섬유는 섬세한 구조를 가지고 있기 때문에 손상을당하면 감수성이 변함⇒ 감수성의 변형 형태는 손상의 기전, 즉 신경이 절단되었는가, 신장되었는가, 압박되었는가에 따라 달라짐


2) 신경압박(Nerve compression)

(2) 만성 병변포획성 신경병과 이중압좌증후군(double crush syndrome)이 대표적임ex) 포획성 신경 : 수근관증후군(carpal tunnel syndrome),

척골신경 포획(ulnar nerve entrapment), 요골신경포획(radial nerve entrapment) 등이중압좌증후군 : 지각이상과 함께 근육의 약화가

일어나는 경우로 1~2개의 신경근이 동시에 손상을받은 경우에 많이 나타남.


Adson`s test

Adson or Scalene Maneuver

Costoclavicular syndrome test

Roo's test(EAST Test or "Hands-up" Test)

Military brace posterior test.

Allen test

Provocative Elevation Test

Exercise (Stretching the back of the neck )

Exercise(Stretching the chest )

Stretching the side of the neck

Stretching the shoulder and the chest

Mobilization of the first rib

탈신경 근육은 수의적으로나 반사적으로 수축을 하지못해 위축과 약화가 초래되는데, 적절한 전류를 이용하여이것을 대신함으로써 근수축을 유발할 수 있고, 이러한인공적인 수축은 정상적인 수축을 대신 할 수 있어 탈신경지배로 인해 야기되는 수많은 부정적인 변화들을 예방할수 있을 것이라는 추측

2. 탈신경근의 전기자극에 대한 이론적 배경

(1) 위축

1) 탈신경근의 특성

위축은 근육이 소모되어 세포, 기관, 신체 일부의 크기가작아지는 현상


(1) 위축1) 탈신경근의 특성

위축과 관련된 실험에 있어서 대개 두 가지 양적인방법을 시행

1. 육안적 방법탈신경근의 무게를 정밀한 저울에 달아 측정한 다음반대측의 동일 부위 근육의 무게와 비교

2. 현미경적 방법현미경 하에서 탈신경 근섬유의 직경을 측정하여 반대측정상 근섬유에 대한 측정치와 비교


흰쥐의 장지신근(extensor digitorum longus)과 가자미근(soleus)에서 무게 감소의 %(from Gutmann E,Zelena J)

Gutmann 역시 탈신경근의무게는 손상 후기보다 손상초기에 급속한 감소가 일어난다고 하였으며, 대부분의저자들은 탈신경근의 무게감소는 특히 신경손상 초기2개월 이내에 현저하다는데동의


일반적으로 탈신경의 모든 단계들에서 근섬유 직경감소율이 근육 무게 감소율보다 더욱 현저함. 조직학적 기술을 이용한 실험에서 몇몇연구자들은 Ⅰ형 섬유보다 Ⅱ형 섬유에서 더 현저한위축을 보인다고 하였다


Skeletal muscle fibre types• Fibres classified on basis of structure and function


다음과 같은 2가지의 문제 제기는 탈신경 위축을 이해하고, 전기적 자극이 유용한지 그렇지 않은지를 결정하기위해 중요

① 탈신경 위축(denervation atrophy)은 불용성 위축(disuse atrphy)과 같은 의미인가?

② 탈신경근 섬유는 결국 근육기능이 상실되는 변성을초래하는가, 그리고 만약 변성이 발생된다면 변성이언제부터 진행되는가?



불용성 위축: 하위신경원의 신경지배가 정상인 상태에서 부목, 캐스트, 건절제술, 강제적인 침상안정과같은 고정 혹은 척수손상이나 뇌졸중 같은 상위신경원의손상으로 인한 병변에 의해 초래

⇒ 이러한 불용성 위축에서는 단지 약간의 근력과 지구력의감소를 초래하며, 비교적 경증의 위축변화가 발생됨



탈신경근에서는 외관상으로는 불용성 위축에서와 별차이가 없지만 아세틸콜린 과민반응(hypersensitivity to acetylcholine)을 나타내고, 시치가 증가하며 강시곡선이 우측 상단으로 이동함

⇒ 맥동기간이 긴 단속평류에서 느린 수축반응을 나타남.즉, 불용성 위축에서와는 형태학적, 전기적, 기계적, 생화학적으로 차이가 있다


(2) 변성(Degeneration)1) 탈신경근의 특성

Sunderland는 탈신경으로 인해 혈관에 대한 근육의펌프작용(muscular pumping action)이 상실되고, 혈관운동이 마비되어 장기간 동안 근육내에 혈류정체를가져옴으로써 근섬유의 혈액공급에 지장을 주어 근섬유가퇴행된다고 추측⇒ 이러한 증거로 탈신경 시 근위부의 근육보다 손이나발과 같은 원위부의 근육에서 더 큰 문제가 야기된다고하였다


(2) 변성(Degeneration)1) 탈신경근의 특성

변성을 일으키는 또 다른 원인은, 탈신경근은 정상적인지배를 받고 있는 근육보다 외상에 대한 감수성이 예민하여 조그마한 자극에도 손상을 받아 결국 퇴행으로진행된다는 것


(3) 섬유화(Fibrosis) 1) 탈신경근의 특성

탈신경 섬유의 변성이 진행되어 재지배가 이루어지기전에 섬유조직(fibrous tissue)으로 대치된다면 섬유조직이 마치 물리적 장벽(physical barrier)처럼 작용하여 재지배는 더 이상 진행되지 못함⇒ 변성과 이에 따른 근육내 섬유증으로 인해 재지배는더 이상 진행되지 못하기 때문

⇒ 재신경 지배가 지연되는 생리적 장애를 초래함


(3) 섬유화(Fibrosis) 1) 탈신경근의 특성

하지만, 비록 장기간 동안이라 하더라도 위축된 근섬유가그대로 유지되기만 하면 신경의 재생과 함께 근섬유는다시 비후됨⇒ 신경재생속도가 빨라 근섬유 변성과 섬유증이 일어나기전에 신경의 재지배가 이루어진다면 기능은 정상으로회복될 수 있음


(4) 세동(Fibrillation) 1) 탈신경근의 특성

탈신경근을 근전도로 관찰하면 근섬유 세동이 나타남⇒ 이러한 수축은 너무도 미세하여 피부를 통하여 눈으로

직접 관찰하기는 쉽지 않음. 세동은 탈신경근의 에너지를 소모하여 위축을 가중시킴


Denervation and Reinnervation of Muscle

Effects of denervation in skeletal muscles

1. Paralysis (immediately): loss of sensation and motility2. Fasiculation (immediately): spontaneous firing of the

injured axon, causing twitching of motor units.3. Fibrillation (days) : spontaneous twitching of individual

muscle fibers due changes in muscle excitability (e.g., Na channels)

4. Supersensitivity to ACh (days): increased AChRs in the muscle membrane, due to elevated extrasynaptic AChRs (increased AChR synthesis).

5. Muscle atrophy (>1 week): loss of muscle proteins6. Receptiveness to innervation: allows reinnervation of

the muscle by motor axons

(5) 아세틸콜린 과민반응(Acetylcholine hypersensitivity) 1) 탈신경근의 특성

탈신경 과민반응법칙(law of denervation supersensitivity)의 한 예

⇒ 이것은 정상근에서는 아세틸콜린 수용체가 근섬유막(sarcolemma)의 종판에만 분포하고 있는데, 아세틸콜린과민성 탈신경근에서는 근섬유막 전체에 걸쳐 존재하기때문에 나타남


(6) 막의 변화(Membrane changes)


근형질 세망(SR)에서 Ca2+ 결합이 증가되고, K+이세포막에서 감소되어 탈신경 섬유의 안정막 전위가떨어져 막통과 저항(transmembrane resistance)이 증가


(7) 전기적 변화(Electrical changes)


정상적인 신경근은 1msec 전후의 자극에도 반응을일으키지만, 탈신경근은 맥동 기간이 짧은 전류에 반응하는 능력이 상실되어 맥동기간이 10msec 이상일 때느린 수축이 일어남


(7) 전기적 변화(Electrical changes)


시치와 강시곡선도 변화가 일어나는데, 정상근에 비해시치가 증가되고 강시곡선이 우측상단으로 이동함

⇒ 이것은 자극시간이 길어지고, 탈신경근의 흥분을 위해높은 전류강도가 필요함을 의미함


(1) 뼈에서의 변화2) 기타 탈신경 조직의 특성

뼈는 감각신경과 교감신경으로부터 골막(periosteum), 수질 공동(medullary cavity), 피질(cortex) 등을 지배받고있는 살아 있는 조직임.⇒ 그러므로, 장기간의 탈신경이 광범위하게 있게 되면조직에서 변화가 일어남

- 성인 : 피질에서 약간의 탈칼슘화(decalcification)가일어나고 골다공증(osteoporosis)이 발생됨

- 성장기의 어린이 : 탈신경이 있으면 탈신경 지배기간, 지배범위 등에 따라 뼈조직(texture)의 감소


(2) 관절, 건 및 인대의 변화

2) 기타 탈신경 조직의 특성

일반적으로 불용(disuse)이 원인⇒ 이들 구조는 사용하지 않음으로 인해 섬유증(fibrosis)이

나타남. 그리고 근육들 사이의 근막에서는 조직액이 정체되어 유착이 형성되어 운동장해의 원인이 됨


II. 탈신경근에 대한전기자극의 적용

1. 탈신경근의 전기자극 효과

긍정적인 입장전기자극을 가하면 근육에서 기게적인 수축과 이완이반복적으로 일어나 혈액순환이 촉진됨으로써 근섬유에영양분이 충분히 공급되어 정상적인 기능을 유지할수 있다는 것

부정적인 입장전기자극이 탈신경근섬유의 미세한 외상을 유발하고, 근육내 에너지를 고갈시켜 오히려 퇴행을 유발할 수있다고 하였다

1. 탈신경근의 전기자극 효과

Reid(J Med Sci 1:320, 1941)

탈신경근에 전기적 자극이 유익한 효과를 나타낸다고처음으로 제안

Langley and Katto(J Physiol 49:435, 1915)

전기적 자극이 위축을 지연시키고 부드러운 마사지 효과를지닌다고 하였다. 그리고, 3가지 가능성들을 제기

1. 높은 강도의 자극은 근섬유에 손상을 입힐 수 있다2. 1일당 수축수(number of contraction per day)가 전기자극만

으로는 불충분하다3. 신경절단에 따르는 근육에서의 변화는 단순한 불용성 위축

과는 다르다

1. 탈신경근의 전기자극 효과1. 탈신경근의 전기자극 효과

Langley(J Physiol 50:335, 1915)

전기자극과 수동운동이 근육의 무게 감소를 예방하는데효과가 없으며, 탈신경 위축은 불용성에 의한 것이 아니라, 근 피로에서 오는 것이라고 하였다. 그리고, 피로는 계속적으로 일어나는 근육의 세동으로 생기는 것이라고 가정

⇒ 자극에 의해 일어나는 수축이 근섬유의 에너지 공급을더욱 고갈시키기 때문에 탈신경근의 전기적 자극은금기증이라고 하였다


Cook DD(Am J Physiol 97:412, 1931)

탈신경근과 직접적인 관련은 없지만 심하게 원위절단된신경(이미 퇴행이 진행되어졌던 신경)에 가해진 전기적자극 이 퇴행을 더욱 빨리 진행시켰다고 하였다


Gutmann(Annu Rev Physiol 38:177, 1976)

활발한 수축을 유도하기에 충분한 강한 단속평류전류를사용하여(20분의 치료로 500~600회의 단일수축 유발) 실험한 후 다음과 같이 보고

1. 전기자극이 위축을 지연시키거나 감소시켰다2. 매일 20~30분의 치료로 효과적인 결과를 가져왔다3. 조기에 치료가 시작될수록 좋은 결과를 얻을 수 있었다4. 치료 근육에서 조직학적으로 근섬유의 직경이 증가하고

결합조직이 감소하였다. 5. 전기자극 시 나타나는 근육의 피로는 자극효과 때문이

아니라고 하였다. 6. 재지배율(rate of reinnervation)은 치료에 의해 촉진되지도

지연되지도 않는다


Schimrigk k., et al(Scand J Rehabil Med 9:55, 1977)

탈신경 후 7주까지 쥐를 연구한 결과, 전기자극을 실시한근육의 경우에 재신경 지배가 지연된다는 조직학적 증거를보고


Harada Y., et al(Acta Med Hyogoensia 4:129, 1979)

탈신경된 쥐의 장지신근에 전기적 자극을 가한 결과 Ⅰ형근섬유의 위축이 억제되었다고 했다

Pachter Br., et al (Arch Phys Med Rehabil 64: 427, 1982)

절단된 쥐의 좌골신경에 전기적 자극을 가한 후 28일 째에Ⅰ형과 Ⅱ형 근섬유 모두에서 위축이 지연되었으며 자극의효과가 Ⅱ형 근섬유에서 더 크다고 했다


임상에서는 환자 치료 시 어떻게 해야 하는가? 첫째, 탈신경근에 전기적 자극을 사용하지 않는다고 해서

오진이나 과오라는 판단을 해서는 안된다

둘째, 비록 전기적 자극효과에 대한 찬반 논란이 있을지라도실제로 탈신경근의 위축을 지연시킨다는 몇 가지 증거가있으므로 사용하는 것에 대해 잘못이라고 지적해서는 안된다

셋째, 인간의 근육은 빠르게 퇴행되지 않기 때문에 퇴행의지연을 위한 자극은 불필요하다는 견해를 반박해서는 안된다

넷째, 실제적인 의문점들에 대해 우리는 그 해답을 아직까지알지 못한다는 것이다


2. 탈신경근의 전기자극 목적2. 탈신경근의 전기자극 목적

1. 근육의 위축방지 및 진행속도 지연2. 근육의 수축과 이완을 통한 혈액순환 증진3. 근육을 구성하고 있는 단백질 성분의 감소방지4. 근육의 영양공급 증진5. 근육의 경직 방지6. 탈신경 동안 근육의 수축감각 유지7. 섬유증과 같은 조직변화 방지8. 신경재생이 진행되는 동안 환자의 정신적 안정 유지

3. 탈신경근의 전기자극 종류3. 탈신경근의 전기자극 종류

일반적으로 전류강도에 대한 역치가 높아지고, 자극시간이 길어짐

자극시간을 적절히 조절할 수 있어야 함

현재 가장 많이 쓰이고 있는 것은 단속 직류(interrupted direct current)이며, 느린 정현파(slow sinusoidal current)와 지수함수적 점증파(exponential progressive current)등이 사용되기도 함


기능적 전기자극은 단일 맥동의 자극시간이 대부분 1msec이하로 짧아 탈신경근의 치료에는 부적합

간섭전류(interferential current) 역시 정상적인 신경지배를받고 있는 근육의 훈련이 주된 목적이며 섬세한 조절이어렵고 근육의 움직임이 커 탈신경근에 미세한 외상을일으켜 퇴행을 진행시킬 수 있으므로 잘 사용하지 않음

치료목적 전기자극의 종류

통증완화 1. 경피신경전기자극

( Transcutaneous Electrical Nerve Stimulation)2. 간섭전류치료( Interferential Current Therapy)3. 고전압맥동전류자극( High Voltage Pulsed

Current Stimulation)4. 극저전류치료(Microcurrent Therapy)

탈신경근 1. 근육전기자극(Electrical Muscle Stimulation) :단속 직류등 포함


치료목적 전기자극의 종류


신경

지배근

1. 기능적 전기자극(Functional Electrical Stimulation) 신경근전기자극(Neuromuscular Electrical Stimulation)은 기능적전기자극과 거의 동의어로 쓰이고 있음

2. 간섭전류치료(Interferential Current Therapy) 러시안전류자극은 간섭전류(중주파)치료의 일종임

3. 고전압맥동직류자극(High Voltage Pulsed Current Stimulation)

조직치유 1. 극저전류치료(Microcurrent Therapy)2. 고전압맥동전류자극(High Voltage Pulsed Current Stimulatoin) 3. 기타(Others)

4. 탈신경근의 자극조건4. 탈신경근의 자극조건

사각형파(rectangular wave)가 전류의 강도와 자극시간조절이 편리하여 가장 많이 쓰이고 느린 정현파나지수함수적점증파, 삼각형파(triangular wave), 톱니형파(sawtooth wave)등이 쓰임

1) 전류의 파형


탈신경근에 사용하는 전류는 자극시간의 단위가 msec이상이므로 맥동(pulse)에서 쓰이는 pps(pulse/sec)보다는주파수(frequency) 단위인 cps(cycle/sec) 즉 Hz를 많이사용

2) 주파수와 자극시간

정현파의 경우 단일 강축은 5-10Hz, 지속적인 강축을위해서는 10-50Hz가 추천


부분변성이 진행되고 있는 기간 동안에는 5-20Hz가 적당

2) 주파수와 자극시간

탈신경근은 피로에 매우 민감하므로 파의 정지시간(맥동간간격)이 자극시간보다 최소 2-3배 정도 길어야 함

피로가 유발되지 않는 범위 내에서 실시

문제점과 위험

• 근피로

• Muscle fiber soreness(근섬유통증)

문제점과 위험

• Burn: 전기화상, 화학화상; abration, cut, new skin, recent scar tissue위에 전극 안됨, 피부는 건조하지 않게.

• Shock• Tissue damage: 근피로와 과격한 근수축

골절유발, 골절부위 전위

금기증

• 피부손상 : 피부질환, 손상부위는 전류가 부드럽게통전안됨,전류의 집중, 단 손상이 적은부위는 절연크림 바르고.

• Anesthetic area• Active tuberculosis• Carcinoma• Cardiac pacemaker• Thrombosis, thrombophlebitis• Superficial metal• Muscle adhesion• Scar tissue above muscle • Communication disturbance• Unknown pain

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