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안녕하세요. 외상성 뇌손상에 대해 살펴보고 있습니다. 

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

지난 두 차례의 글에서 아래의 외상성 뇌손상의 병태생리중 일차손상과 이차손상에 대해 살펴보았습니다. 

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 

이번 글에서는 병태생리의 마지막 순서로 만성적인 퇴행, 신경 복구 및 재생에 대하여 소개하겠습니다.

손상 후의 만성기는 다양한 신경전달물질 (neurotransmitter) 결손과 세포의 기능이상이 특징입니다. 

그러나 이 시기에는 뇌가 신경가소성 (neuroplasticity)을 통해 회복할 수 있는 시기이기도 하며 적절한 재활치료로 이런 능력이 더욱 커질수도 있습니다. 

회복과정의 한 기전은 신경해리 (diaschisis)의 회복입니다. 자세한 기전은 아직 밝혀지지 않은 것이 많고, 복합적 요인이 관여할것으로 생각됩니다. 

뇌부종의 해소, 혈류 조절의 정상화 등이 초기의 회복에 기여하며 후기에는 시냅스 가소성 (synaptic plasticity), 축색돌기 발아 (axonal sprouting), 뇌피질 재조직화 (cortical reorganization) 등이 관여할 것으로 생각됩니다. 

도파민 시스템이 주의 집중, 인지 등에 핵심 역할을 하는 것으로 알려져 있는데, 외상성 뇌손상 후에 손상됩니다. 선조체 (striatum) 과 전두엽 피질에서 시냅스 전 과 시냅스 후 도파민성 단백질의 변화들이 관찰되었습니다. 

노르아드레날린성 (noradrenaline) 시스템은 각성 (arousal), 수면 주기 (sleep-awake cycle), 경계 (vigilance) 와 인지에 영향을 미칩니다. 이러한 노르아드레날린성 기능 또한 외상성 뇌손상 후에 손상이 되어 피질에서의 노르에피네프린 (norepinephrine) 농도가 감소하고 수용체가 변화하기도 합니다. 

노르에피네프린이 피질 가소성을 조절하고, 외상성 뇌손상 후의 회복에 결정적으로 중요하기 때문에 노르에피네프린 작용제 (agonist)나 전구체 등 아드레날린성 시스템을 자극하는 제제를 조기에 보충해주는 것이 신경 손상을 최소화 하고 신경회복에 도움이 된다고도 알려져 있습니다. 

콜린성 (cholinergic) 시스템은 기억과 인지에 중요한 역할을 합니다. 외상성 뇌손상 후 해마에서의 아세틸콜린 (acetylcholine) 유리가 감소하는 등의 손상이 관찰되었습니다. 실험에서 신경 성장 인자 (nerve growth factor) 등을 매일 사용시 기억과 해마의 신경 기능이 향상되었습니다.

장기간의 회복을 촉진하는데 있어서 뉴로트로핀 (neurotrophin) 사용을 지지하는 연구 결과도 있습니다. 뉴로트로핀은 신경세포의 성장, 발달, 그리고 적절한 기능 수행을 도와주는 단백질을 말합니다.

이런 연구들은 아직 직접 사람을 대상으로 하기보다는 실험실 연구에서 주로 이루어 진것들이 많습니다. 하지만 연구 결과들이 모여서 더 나은 치료로 곧 이어질것으로 생각합니다. 

다음 글 부터는 본격적으로 외상성 뇌손상의 평가와 치료에 대해 살펴보겠습니다. 한결 이해하시기 쉬운 내용일거라 생각됩니다. 감사합니다. 

안녕하세요. 외상성 뇌손상에 대해 살펴보고 있습니다. 

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

지난 글 외상성 뇌손상 (3)-1 에서 외상성 뇌손상의 병태생리를 아래와 같이 크게 3가지 정도로 나누어 보았습니다. 

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 

이번 글에서는 그 중 이차손상에 대해 소개하겠습니다. 

이차손상은 처음 충격 후에 수시간 혹은 수일에 걸쳐 발생하는 손상으로, 뇌 혈류량이나 대사의 변화, 신경화학물질들의 대량 분비, 뇌 부종, 전해질 항상성의 붕괴 등과 연관이 되어 있습니다. 따라서 세포 기능의 손상을 초래하며, 결국에는 세포를 죽음으로 이끌게 됩니다. 

보통 외상성 뇌손상시, 한가지에 국한되지 않은 여러가지 형태의 일차 손상이 같이 발생하고 이에 따른 이차손상이 연쇄적으로 일어나게 됩니다.

이차손상의 종류에는 어떤것이 있을까요?

① 뇌 부종 (brain swelling)

② 흥분성 아미노산 (excitatory amino acid, EAA) 과도한 방출 

③ 젖산 (lactate) 증가 

④ 미토콘드리아 기능이상 (mitochondrial dysfunction)

⑤ 중추신경계의 세포 죽음 (cell death)

⑥ 염증반응 (inflammation) 과 싸이토카인 (사이토카인, 시토카인, cytokine)

1. 뇌 부종

뇌 부종은 이차 손상 중에서 비교적 조기에 발생하는 사건이며, 뇌압을 상승시키고 뇌 관류압 (cerebral perfusion pressure, CPP) 을 감소시킵니다. 심할 경우 뇌 탈출 (brain herniation)을 일으켜 매우 치명적일 수 있습니다. 

뇌 부종에 영향을 미치는 몇몇 기전들은 혈관성 부종, 조직 삼투압 증가, 뇌혈류량 증가로 인한 혈관의 조절기능이상 등이 있습니다. 

2. 흥분성 아미노산의 과도한 방출

글루타메이트(glutamate) 나 아스파테이트 (aspartate) 와 같은 흥분성 아미노산들은 정상적인 두뇌 기능을 위해 중요한 신경전달물질입니다. 외상성 뇌손상 후에 이러한 흥분성 아미노산들이 과도하게 뇌척수액에 존재하는것이 확인되었고, 부분적으로는 신경 축삭의 손상과 관련된 구조적 스트레스로부터 기인합니다.

흥분성 아미노산들이 증가하게 되면, 주된 두가지 기전을 통해 흥분성 독성 손상 (excitotoxicity) 을 나타내게 됩니다.

① 타겟 수용체에 결합함으로써, 나트륨(Na)과 염소(Cl)의 세포 내로의 유입을 일으킵니다. 결과적으로 급성 신경세포 부종이 발생합니다.

② 세포 내로의 칼슘 유입을 일으키고, 세포 내 저장고로부터 칼슘을 유리시킵니다. 그래서 산화질소 (nitric oxide, NO), 과산화물(superoxide), 자유 라디칼 (free radical) 등이 생성되어 세포막과 DNA에 손상을 주어 결국 세포를 죽게 만듭니다. 

흥분성 아미노산에 민감한 수용체들의 분포는 영역별로 차이가 있고, 특히 학습과 기억을 담당하는 해마 (hippocampus)에 많기 때문에 손상에 취약합니다. 

3. 젖산 증가

젖산은 당을 분해하는 해당작용 (glycolysis)의 마지막 산물로 신경세포에서는 산화적 대사를 위해 피루베이트산 (pyruvate) 로 전환됩니다. 

젖산/피루베이트산 비율은 세포의 에너지 균형과 세포액의 산화-환원 상태를 반영합니다. 

외상성 뇌손상 후에 신경세포의 구조와 대사를 돕는 성상교세포(별아교세포, astrocyte)의 글루타메이트 섭취량이 증가하여 대사요구량이 증가하면서, 젖산이 증가합니다.

또한 손상 초기에 뇌 혈류량이 감소하면서 산소가 부족한 허혈성 상태를 초래하게 되어 젖산이 증가합니다. 

전통적으로는 젖산 수치는 저산소성 손상으로 인한 무산소 대사의 표지자로 이용되었지만, 최근 연구에 따르면 급성기 동안은 산화적 대사를 위해 

뇌에서 젖산이 중요한 에너지 원으로 사용된다고 합니다. 그리고 흥분성 아미노산들이 아마도 이러한 대사과정을 촉발시키는 방아쇠로 작용할것이라고 합니다. 이처럼 이차 손상은 개별적인 것이 아니라, 여러개가 맞물려 돌아가는 연쇄반응인 것입니다. 

4. 미토콘드리아 기능이상

에너지 부족과 흥분성 독성 손상에 의해 발생하며, 매우 반응성이 높은 자유 라디칼들을 형성하여 세포막과 DNA에 손상을 입히게 됩니다. 

중추신경계 조직은 산화 대사 비율이 높고 기타 등등의 이유로 특히 산화적 손상 (oxidative injury) 에 취약합니다. 과산화 라디칼 (superoxide radical) 들은 외상성 뇌손상 후의 미세혈관성 손상의 주된 매개체입니다. 또한 출혈로부터 발생한 자유 반응성 철 (2가 철 이온, Fe2+) 이 자유 라디칼 생성 반응을 촉매합니다. 

5. 중추신경계의 세포 죽음

외상성 뇌손상 후의 세포 죽음은 두개의 주된 범주로 나눌수 있으며, 혼합된 형태로 나타납니다.

① 세포 괴사 (cellular necrosis)

② 세포 자멸사 (apoptosis 또는 programmed cell death)

괴사된 세포는 세포 막의 파괴 뿐만 아니라, 세포와 핵의 부종이 있습니다. 반면 자멸사한 세포는 세포의 위축 (shrinkage) , 핵의 응축 (nuclear condensation), DNA 파편화 (DNA fragmentation)이 특징적입니다.  

세포 자멸사의 경우 다루게 되면 내용이 광범위하여 생략하게 하겠습니다. 다만, 세포내외의 신호 체계를 통해 시작되게 되는데 Cysteine-aspartic acid proteases (caspases) 가 중요한 역할을 한다고만 짚고 넘어가겠습니다. 

6. 염증반응과 싸이토카인

싸이토카인은 쉽게 말해 신호를 전달하는 물질이라고 하겠습니다. 정상적인 경우에는 신경세포의 분화와 생존을 촉진하기도 하는 등 나쁜 물질인것 만은 아닙니다. 

싸이토카인들은 일반적으로 혈액 뇌 장벽 (blood brain barrier, BBB) 파괴, 뇌 부종, 세포의 죽음을 촉진합니다. 외상성 뇌손상에서는 인터루킨-1β 와 종양괴사인자(tumor necrosis factor, TNF)가 연구가 많이 되었습니다. 손상 후에 이들 싸이토카인이 증가하고, 인터루킨-1β의 경우 백혈구를 유도해서 염증반응을 일으키게 됩니다. 인터루킨-1β 와 TNF의 경우 아라키돈산 (arachidonic acid)와 같은 신경독성물질의 합성을 매개하기도 합니다.

한편, 몇몇 싸이토카인들은 신경보호와 복구 등에 참여 하기도 합니다. 억제성 신경전달물질인 아데노신(adenosine)이 그 예입니다. 아데노신이 어떻게 신경보호 기전으로 작용하는지 좀더 궁금하신분은 댓글이나 쪽지를 주시면 좀더 자세히 설명드리겠습니다. 뉴로트로핀 (neurotrophin) 또한 신경보호작용을 하는것으로 알려져 있습니다.

이번 글은 굉장히 뜬구름 잡는것 같은 내용들이 많았습니다. 생화학적 내용 언급이 많아서 이해하시기 어려우실것 같기도 합니다. 이런 것들이 있구나 하고 앞으로 소개될 내용을 위해 한번 읽어봐주시면 감사하겠습니다. 

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. 

안녕하세요. 날씨가 많이 추워졌습니다.

모두 2019년 새해 복 많이 받으세요 :) 

이번 글 부터는 외상성 뇌손상에 대하여 다뤄보려고 합니다.

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

등에 대하여 살펴보겠습니다.

1. 외상성 뇌손상의 정의 & 중증도를 나누는 기준

먼저, 외상성 뇌손상이란 무엇일까요?

의학용어로는 Traumatic brain injury 줄여서 TBI 라고 합니다. 사전적 정의는 바깥의 힘(외력)에 의해 두뇌에 초래되는 손상을 통칭하고 있습니다. 외력에 의해 생긴다는 점에서 뇌졸중과는 엄연히 다른 질환입니다.

또한 외력에 의한다 할지라도 머리의 단순한 충격이나, 열상 (찢어진 상처) 등은 두뇌에는 손상을 초래하지 않기 때문에 외상성 뇌손상이라고 하지 않습니다. 

중증도를 나누는 기준

흔히 경증(mild), 중등증(moderate), 중증(severity) 로 분류하고 있으며, 글래스고우 혼수 척도 (Glasgow Coma Scale, GCS)가 초기 중증도 평가에 가장 널리 사용되고 있습니다. 

임상적 평가를 통해 척도 점수를 매기는 방식이며 크게 개안(눈 뜸) 반응, 언어적 반응, 운동 반응 3가지 영역을 평가합니다. 각각의 평가 영역의 점수를 단순 합산하여 총점을 매기며 3~15점까지 분포하게 됩니다. 

점수에 따른 중증도 분류는 아래와 같습니다.

그 밖에 의식 소실/혼수상태의 기간, 증상의 중증도 등에 따라 나누기도 합니다. 

한편, 외상후 기억상실 (posttraumatic amnesia, PTA)라는 용어도 있습니다. 일반적으로 외상성 뇌손상 후 수상 당시 사건에 대한 기억 상실, 혼동, 인지기능 손상등을 특징으로 합니다. 

나중에 좀 더 자세히 다루도록 하겠습니다.

다음 글부터는 본격적으로 외상성 뇌손상에 대해 알아보겠습니다. 감사합니다.