외상성 뇌손상 (3)-1 :: 1차손상의 종류와 발생기전

안녕하세요. 외상성 뇌손상 3번째 글입니다.

1. 정의 & 중증도를 나누는 기준

2. 역학

3. 병태생리

4. 평가와 치료

5. 환자의 반응성을 평가하는 방법

6. 급성기 예후 인자

7. 신경영상학적 평가 수단

이번 글에서는 병태 생리에 대하여 살펴보겠습니다. 

병태생리라고 하면 막연하게 느껴지시는 분들도 많을 것 같습니다. 어떤 질환이 발생하는데 있어서의 생리학적 기전 (원인과 진행상황)을 가리키는 용어라고 생각하시면 되겠습니다.

외상성 뇌손상의 병태생리는 크게 3가지 정도로 나눠볼 수 있습니다.

①일차손상 (primary injury) : 충격 순간에 발생하는 뇌조직과 기능의 손상

②이차손상 (secondary injury) : 세포의 기능이상과 결국에는 세포의 죽음으로 이어지는 다양한 생화학적 연쇄반응

③손상 후 장시간에 걸쳐 발생하는 만성적인 퇴행, 신경 복구 및 재생 

이번에는 병태생리 중에서도 일차손상에 좀더 초점을 맞추어서 살펴볼 예정입니다. 

두부 손상은 충격부위와 충격 반대부위에 작용하는 힘 뿐만 아니라 신경축삭(axon)에 전단력 (shear force)에 의해서도 발생합니다. 접촉력 (contact force)은 충격 후 머리가 움직이지 못할 때 발생하며, 관성력(inertial force)은 머리가 움직이고 가속할 때 발생합니다.

뇌의 일차 손상의 대부분의 기전은 가속-감속(acceleration-deceleration)에 의해 발생합니다. 

일차손상의 종류는?

① 미만성 축삭손상 (diffuse axonal injury, DAI)

② 뇌좌상 (contusion)

③ 신경 해리 (diaschisis)

④ 뇌 내 출혈 (intracerebral hemorrhage)

로 크게 나누어 볼 수 있습니다.

1. 미만성 축삭손상

각 가속 (angular acceleration)과 관련된 관성력에 의해 발생합니다. 전단력이 작용하여 뇌의 광범위한 영역에 걸쳐 미세한 축삭의 손상, 뇌부종, 신경연결의 단절 등을 초래합니다. 다르게 말하면 축을 중심으로 뇌에 회전력이 생긴다고도 볼 수 있습니다. 

아동학대의 경우 아이를 잡고 격렬하게 흔드는 경우에도 빠른 가속-감속이 발생하여, 전단력으로 인한 미만성 축삭손상이 발생할 수 있습니다. 

위 그림처럼 축삭에 전단력이 작용하여 끊어지게 됩니다. 이러한 손상은 밀도 차이가 클수록 많이 일어나기 때문에, 뇌 회색질-백질 만나는 부위 (gray-white matter junction)가 가장 취약하고 흔히 일어나게 됩니다. 

한편, 회전력은 뇌의 표면에서 가장 크고, 심부 조직으로 갈수록 약해지게 됩니다. 따라서 중증일수록 심부에 있는 뇌 백질 구조물까지도 영향을 받게 됩니다. 

그리고 길이 의존적인 경향이 있어서, 상대적으로 길이가 긴 신경 경로 (예를 들어, 뇌량 corpus callosum) 에서 축삭 손상이 더 많이 일어나게 됩니다.

흔히 일어나는 부위는 아래와 같습니다.

① 뇌 회색질-백질 접합 부위 (가장 흔함)

② 중뇌 (midbrain), 뇌교 (pons), 뇌량 (corpus callosum)과 같은 뇌 중간에 위치한 구조물 

미만성 축삭 손상의 경우 의식의 소실, 혼수상태와도 연관이 있습니다. 회복의 정도나 회복에 소요되는 기간은 혼수상태의 기간과 역 비례 관계입니다. 또한 알츠하이머 치매의 위험인자라는 연구도 있습니다.

2. 뇌 좌상

병진 가속 (translational acceleration)과 관련된 관성력에 의해 발생합니다. 결과적으로, 뇌와 두개골의 움직임에 차이가 발생하여 뇌 좌상과 같은 국소적인 손상을 초래하게 됩니다. 

뇌 좌상은 종종 회능 (gyral crest, crest of gyrus) 에서 발생하며, 특히 하방 전두엽이나 전방 측두엽 부분에 발생한다. 왜냐하면 두개골의 기저 부분에 위치한 뼈가 튀어나와 있는 부분들 때문에 조직이나 혈관 손상이 일어나기 쉽기 때문입니다. 아래 사진에서 화살표로 표기한 부분이 뇌좌상이 일어난 부분이며, 보통 양측성으로 나타나는 경향이 더 많습니다. 

쿱 손상 (coup injury)은 충격 부위에 발생하는 뇌좌상을 말하며, 카운터 쿱 손상 (coutercoup injury)은 충격 부위와는 멀리 떨어진 반대편에서 발생하는 것을 말합니다. 이러한 카운터 쿱 손상은 대개 충격 당시에 발생한 음압에 의한 것이며, 병진 가속과도 연관이 있습니다. 

미만성 축삭 손상에 비해서는 상대적으로 저속의 충격에 의해 발생하며 경련발작의 위험인자라는 연구가 있습니다. 

3. 신경 해리

앞서 말씀드린 미만성 축삭손상이나 뇌좌상은 신경해리로 이어질 수 있습니다. 1905년 콘스탄틴 폰 모나코 (Constantin von Monakow)에 의해 처음 제안된 개념으로, 손상 부위로부터 멀리 떨어져 있지만 해부학적으로는 연결된 곳의 신경세포 (뉴런) 들이 기능이 저하되는 것을 말합니다. 

그림에서 빨간색 원이 원래 손상부위이고, 파란색원이 신경해리로 기능이 저하된 부분들을 나타낸 것입니다.

영상의학적 연구에서, 이러한 신경해리는 대사기능이 저하되는 형태로 나타날수 있음이 제시되었습니다. 다른 연구자들은 국소적인 피질의 손상이 뇌량 사이의 연결을 통해 반대편 피질 기능에 영향을 줄 수 있다고 발표하였습니다. 

이러한 신경해리로부터의 회복이 외상성 뇌손상 후 기능 회복의 몇가지 이론 중의 하나이기도 합니다. 

4. 뇌 내 출혈

뇌 내 출혈은 글자 그대로 뇌의 내부에서 출혈이 발생하는 것으로 3가지로 분류할 수 있습니다.

① 경막외출혈 (epidural hemorrhage, EDH)

국소적인 충격과 뒤이은 경막의 동맥 혹은 정맥의 찢어짐으로 인해 출혈이 발생하는 것입니다. 가장 흔한 원인이 경막동맥 (meningeal artery) 이며, 경막 정맥동 (dural sinuses)에 의해서도 발생할 수 있습니다. 동맥 손상에 의한 경막외출혈의 경우 응급상황일 수 있습니다.

뇌막의 가장 바깥쪽에 위치해 있는것이 경막이며, 단단한 두개골을 지나갈수는 없기 때문에 안쪽으로 뇌조직을 압박하게 됩니다. 따라서 CT 등을 찍게 되면 볼록렌즈 모양으로 흔히 보이게 됩니다.

② 경막하출혈 (subdural hemorrhage, SDH)

연결정맥 (bridging vein) 손상으로 발생합니다. 연결정맥들은 전단력에 특히 취약하며 낙상과 같은 짧은순간의 고속의 각가속으로 파열될 수 있습니다.

위에 보여드린 사진상 뇌막의 가장 바깥쪽인 경막과 그 아래층인 거미막 (arachnoid mater) 사이에서 발생합니다. 정맥 손상으로 인해 서서히 출혈이 확산되어 CT 촬영 등에서 초승달 모양으로 흔히 보이게 됩니다.

③ 거미막하 출혈 (지주막하 출혈, subarachnoid hemorrhage, SAH)

각 가속력으로 인해 거미막 아래 공간의 혈관들이 손상되면서 발생하며, 거미막 아래의 cistern 들을 따라 퍼지기 때문에 CT 촬영에서 별모양으로 종종 보이게 됩니다.

이번 글은 쉽게 쓰려고 노력했는데, 좀 전문적인 내용이 많은 관계로 어렵게 느껴지셨을것 같습니다 ㅠ 다음에는 이차 손상에 대하여 알아보겠습니다. 감사합니다.