KR101428680B1 - 대뇌피질의 전기 자극을 이용한 전정증상 치료 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가이드수단, 전극을 포함하는 전기 자극을 이용한 전정증상 치료 시스템에 있어서, 가이드 수단은 일시적 전정기능 장애 또는 전정기관 손상에 따른 전극 구동 정보를 제공하고, 전극은 상기 구동정보에 따라 환자에게 전기 자극을 가하되, 전정피질에 전기 자극을 가하는 것을 특징으로 하는, 전기 자극을 이용한 전정증상 치료 시스템에 관한 것이다.

Description

대뇌피질의 전기 자극을 이용한 전정증상 치료 시스템{SYSTEM FOR TREATMENT OF VESTIBULAR SYMPTOMS BY USING ELECTRICAL STIMULATION OF CEREBRAL CORTEX}

본 발명은 가이드수단, 전극을 포함하는 전기 자극을 이용한 전정증상 치료 시스템에 있어서, 가이드 수단은 일시적 전정기능 장애 또는 전정기관 손상에 따른 전극 구동 정보를 제공하고, 전극은 상기 구동정보에 따라 환자에게 전기 자극을 가하되, 전정피질에 전기 자극을 가하는 것을 특징으로 하는, 전기 자극을 이용한 전정증상 치료 시스템에 관한 것이다.

전정증상(Vestibular symptoms)은 일측 전정기관의 손상 및 일시적 기능 장애에 의해 유발되는데, 자세부조화, 어지럼증, 자발 안진(눈떨림), 구토, 자율신경계 기능장애 및 인지장애 등의 다양한 증상을 포함한다. 많은 환자들이 이명을 동반한 어지러움(현기증)으로 고생을 하는데, 의료통계에 의하면 어지럼증을 호소하는 환자의 45%는 내이(inner ear)의 전정기관 때문으로 알려져 있다.

전정기관의 장애는 이독성 약물, 바이러스 감염, 노화 등 다양한 원인에 의하여 발생되는데, 전정기관의 장애로 인한 전정증상은 삶의 질을 떨어뜨리고, 운동수행능력을 저하시키는 등 일상 생활을 영위할 수 없고, 삶을 황폐화시킨다는 점에서 심각하다고 할 수 있다.

전정기관(前庭器官; 평형기관)과 전정기관의 신호 전달 과정을 이하에서 개략적으로 살펴본다. 전정기관은 인체의 반사적 자세 조절에 관여하는 가장 중요한 감각기관으로서, 내이(內耳)에 위치한다. 전정기관은 세반고리관, 둥근주머니 및 타원주머니로 이루어져 있으며, 전후, 좌우, 상하의 3개 축을 중심으로 회전운동을 하는 머리의 움직임을 감지하여 구심성 신호를 뇌간에 위치한 자세조절중추인 전정신경핵으로 전달하여 반사적 자세조절에 관여한다.

말초 전정기관의 구심성 신호는 전정수용체를 거쳐 대뇌피질로 전달되는데, 대뇌피질에는 구심성 신호를 수용하고 다른 감각계의 감각정보들과 통합하여 자세변화에 대한 대뇌기능 변화를 조절하는 전정피질(vestibular cortex)이 존재한다.

2차 감각영역에 해당되는 두정엽섬전정피질 영역이 대부분의 구심성 신호를 받으면서 전정피질 영역들 중 가장 중요한 역할을 하고, 1차 운동영역인 3aNv 부위과 전두엽인 VPS 영역 등도 전정신호를 받는 전정피질 영역으로 알려져 있다.

상기 서술한 전정기관의 구심성 신호 전달과정이나 그동안의 연구결과들을 종합하면 대뇌피질이 전정기관의 흥분성에 변화를 주어 전정기관의 기능변화를 야기할 수 있음을 강하게 암시한다.

그동안의 연구결과를 개략적으로 보면, 최근 일측 전정기관이 제거된 환자들에서 공간 기억력과 방향 추적 능력의 감소와 일측 대뇌회백질 용적이 감소한 보고가 있어 말초 전정기관이 대뇌피질의 기능적, 구조적 변화에 영향을 미치고 있음을 알 수 있다.

또한 대뇌피질 손상 환자에게서 온도안진검사 상 자세 부조화를 보이는 현상과 회전자극에 의한 전정안구반사의 부조화가 관찰되었다. 또한 간질환자의 대뇌피질에 전기자극을 가할 때 전기자극 강도에 따라 자발안진이 초래되는 것이 보고되었다.

또한 실험동물 연구에는 전정피질의 자극시 전정신경핵 뉴론의 흥분성 변화가 관찰되었고, 해부학적 연구에서 전정피질에서 전정신경핵으로의 직접적인 신경투사가 관찰되었다.

한편, 일측 전정기관 장애 직후 급성기 동안 다양한 전정증상들을 치료하기 위하여 약물치료 및 재활운동치료법이 시도되고 있으나 전정증상의 호전을 위한 효과적이고 정확한 치료방법이 없는 실정이다.

더욱이 급성기의 증상 완화에 사용되는 약물들은 주로 전정기관의 흥분성을 감소시키는 전정신경 억제제로서, 항콜린성, 항히스타민성 제제 및 GABAa 수용체 효현제인 벤조다이제핀 등이 사용되고 있다.

그러나 전정신경 억제제의 장기간 복용은 중추성 보상기전을 저해하여 환자의 기능적 회복을 느리게 하는 단점을 유발시킨다. 또한 이들 약물들은 전정증상을 회피하는 과정에서 전반적으로 뇌 활성을 억제함으로써 졸음 및 수면을 유발하여 일상적인 생활을 영위하는 데 장애를 준다. 더불어 스코폴라민(scopolamine)과 같은 항콜린성 물질은 기억력 감소와 같은 인지장애 등의 부작용을 초래할 수 있다.

따라서 상기 기재사항을 총괄하여 볼 때, 본 발명인은 특정 대뇌피질 영역에 비침습적 전기자극을 시행하여 일측 전정기관의 손상 및 일시적 기능장애에 의해 유발된 전정증상들을 효과적으로 억제하고 회복을 촉진할 수 있는 치료 시스템을 개발하였으며, 이에 대하여 실험연구를 통하여 규명하고자 한다.

한편 본 발명과 관련된 선행특허를 살펴보면, 먼저, 대한민국 공개특허공보 10-2001-0018719호에는 전정기관 이상 진단 및 치료 통합 시스템이 개시되어 있는데, 전정기관 이상이 있을 경우 전기자극을 가하는 것이 기재되어 있다. 그러나 상기의 전기자극은 평형감각 신경에 직접 가하는 것으로서 대뇌피질에 가하는 것과는 상이한 기술이라고 할 수 있겠다.

또한 대한민국 공개특허공보 10-2011-0116543호에는 평형기능 보완용 두피 접촉식 진동 자극장치가 개시되어 있는데, 모자의 정중앙 상부와 그 사방에 5개의 진동자극기가 장착되는 것이 기재되어 있다. 그러나 상기의 자극은 진동 자극이고 또한 전정피질에 가하는 것은 아니라고 할 수 있겠다.

또한 대한민국 공개특허공보 10-2004-0075182호 및 10-2004-0075183호에는 안진을 기록하기 위한 기기들이 기재되어 있다.

본 발명의 목적은, 특정 대뇌피질 영역의 비침습적 전기자극으로 일측 전정기관의 손상 및 일시적 기능장애에 의해 유발된 전정증상을 치료하는 시스템을 제공하고자 한다.

본 발명은 가이드수단, 전극을 포함하는 전기 자극을 이용한 전정증상 치료 시스템에 있어서, 가이드 수단은 일시적 전정기능 장애 또는 전정기관 손상에 따른 전극 구동 정보를 제공하고, 전극은 상기 구동정보에 따라 환자에게 전기 자극을 가하되, 전정피질에 전기 자극을 가하는 것을 특징으로 하는, 전기 자극을 이용한 전정증상 치료 시스템을 제공함으로써, 기술적 과제를 해결하고자 한다.

또한 상기 전정피질은 일차 운동피질 또는 이차 감각피질인 것을 특징으로 하는 전기 자극을 이용한 전정증상 치료 시스템을 제공함으로써, 기술적 과제를 해결하고자 한다.

또한 상기 전극 구동정보는 전기 자극의 파형, 주파수, 자극시간, 자극강도를 포함하는, 전기 자극을 이용한 전정증상 치료 시스템을 제공함으로써, 기술적 과제를 해결하고자 한다.

또한 상기 전극은 복수 개로서 일측 또는 양측의 전정피질에 배치되는 것을 특징으로 하는, 전기 자극을 이용한 전정증상 치료 시스템을 제공함으로써, 기술적 과제를 해결하고자 한다.

또한 상기 전기 자극을 가한 후에 환자의 자발 안진 출현빈도 및 전정신경핵의 흥분이 억제됨으로써 전정증상이 치료되는 것을 특징으로 하는, 전기 자극을 이용한 전정증상 치료 시스템을 제공함으로써, 기술적 과제를 해결하고자 한다.

본 발명인 전기자극을 이용한 전정증상 치료 시스템은, 특정 대뇌피질 영역에 비침습적 전기자극을 가함으로써 일측 전정기관의 손상 및 일시적 기능장애에 의해 유발된 어지럼증, 자세부조화 등의 전정증상을 억제하고 개선 및 치료하는 현저한 효과를 보유하고 있다.

본 발명인 전기자극을 이용한 전정증상 치료 시스템은, 일측 전정기관 손상 및 일시적 기능장애에서 나타나는 자발 안진의 출현빈도를 감소시키는 현저한 효과를 보유하고 있다.

본 발명인 전기자극을 이용한 전정증상 치료 시스템은, 일측 전정기관 손상 후에 나타나는 전정신경핵의 흥분성을 억제시키는 현저한 효과를 보유하고 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전기자극을 이용한 전정증상 치료 시스템의 주요 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명을 실험적으로 증명한 결과를 서술하기 위한 도면으로서, 전기자극을 가하는 대뇌피질 영역을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명을 실험적으로 증명한 결과를 서술하기 위한 도면으로서, 실험 시스템의 개략도이다.
도 4는 본 발명을 실험적으로 증명한 결과를 서술하기 위한 도면으로서, 일측 전정기관 손상 후 자발안진의 변화에 대한 전기 자극의 효과를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명을 실험적으로 증명한 결과를 서술하기 위한 도면으로서, 일측 전정기관 손상 2시간 후의 cFos 단백 발현에 검사 사진이다.
도 6은 본 발명을 실험적으로 증명한 결과를 서술하기 위한 도면으로서, 전정신경핵에서 일측 전정기관 손상 후 시간의 경과에 따른 cFos 단백 발현의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명을 실험적으로 증명한 결과를 서술하기 위한 도면으로서, 리도카인 중이 투여 후 시간의 경과에 따른 자발 안진의 빈도에 대한 전기 자극 효과를 나타낸 그래프이다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 도면을 참조하여 설명하기에 앞서, 본 발명의 요지를 드러내기 위해서 필요하지 않은 사항 즉 통상의 지식을 가진 당업자가 자명하게 부가할 수 있는 공지 구성에 대해서는 도시하지 않거나, 구체적으로 기술하지 않았음을 밝혀둔다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전기자극을 이용한 전정증상 치료 시스템의 주요 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.

먼저, 본 발명의 일실시예에 따른 전기자극을 이용한 전정증상 치료 시스템은 병원에서 사용되는 진단 시스템 및 각종 검사, 분석기기와 연동될 수 있도록 설계될 수 있음을 밝혀둔다.

본 발명의 일실시예에 따른 전기자극을 이용한 전정증상 치료 시스템은 가이드 수단(100), 전극 및 검사기기(200) 및 분석수단(300)을 포함한다.

바람직하게, 가이드 수단(100) 및 분석수단(300)은 컴퓨터, 스마트 패드 등의 기기에 설치될 수 있도록 구성하며, 모니터 또는 패드 화면 등에 각종 정보를 디스플레이할 수 있는 기능을 갖도록 구성한다. 또한 가이드 수단(100)에 포함되어 있는 구성요소는 분석수단(300)에 포함되도록 할 수 있고, 그 반대의 경우도 가능하도록 구성한다. 또한 가이드 수단(100) 및 분석수단(300)은 시스템의 목적에 적합하도록 구성된 데이터베이스(미도시)와 연동되어 정보를 분석 및/또는 제공할 수 있도록 구성한다.

가이드 수단(100)은 전정증상 판단 가이드부, 일시적 기능장애 치료 가이드부, 전정기관 손상 치료 가이드부 및 전극 구동부를 포함한다.

전정증상 판단 가이드부는 환자의 증상이 전정 증상에 해당되는지 여부에 대한 가이드 정보를 제시하는 수단으로서, 조건에 따라서는 기존 진단 시스템과 연동되어 진단 정보를 제시하도록 설계될 수도 있다. 일 예로, 환자의 이력, 증상, 상태 등을 입력할 수 있는 인터페이스를 제공하고, 이러한 입력사항이 전정증상에 해당되는지 여부, 일시적 전정기능 장애이거나 전정기관 손상인지의 여부를 판단할 수 있는 정보를 제공하도록 구성할 수 있다.

설계조건에 따라서는, 전정증상 판단 가이드부는 설치되지 않도록 구성할 수도 있다.

일시적 기능장애 치료 가이드부는 일시적 전정기능 장애인 경우의 전극 구동 정보를 제공한다. 일 예로, 전기 자극의 파형, 주파수, 자극시간, 자극강도에 대한 가이드 정보를 제공할 수 있는데, 일차 운동피질 및/또는 이차 감각피질에 어떠한 정도의 전기 자극을 가해야 하는지에 대한 가이드 정보를 제공한다.

또한 전정피질에 전기 자극을 가할 때 일측에 가할지 양측에 가할지에 대한 정보도 포함하도록 한다.

바람직하게, 일시적 기능장애 치료 가이드부는 일시적 전정기능 장애인 경우의 전기 자극 치료 임상예들로 이루어진 데이터베이스(미도시)를 참조하여 정보를 제공하도록 구성한다.

전정기관 손상 치료 가이드부는 전정기관 손상인 경우의 전극 구동 정보를 제공한다. 일 예로, 전기 자극의 파형, 주파수, 자극시간, 자극강도에 대한 가이드 정보를 제공할 수 있는데, 일차 운동피질 및/또는 이차 감각피질에 어떠한 정도의 전기 자극을 가해야 하는지에 대한 가이드 정보를 제공한다.

또한 전정피질에 전기 자극을 가할 때 일측에 가할지 양측에 가할지에 대한 정보도 포함하도록 한다.

바람직하게, 전정기관 손상 치료 가이드부는 전정기관 손상인 경우의 전기 자극 치료 임상예들로 이루어진 데이터베이스(미도시)를 참조하여 정보를 제공하도록 구성한다.

전극구동부는 일시적 기능장애 치료 가이드부 또는 전정기관 손상 가이드부에서 제공되는 정보에 따라 전극을 구동하는 기능을 수행한다.

일 예로, 가이드 정보에 따라 전극을 구동할 수 있는 인터페이스를 제공하고, 물리적으로 전극과 유선 또는 무선으로 연결되어 전극을 구동할 수 있도록 구성한다.

바람직하게, 전극구동부는 자극 전류를 발생시킬 수 있는 전류발생수단(미도시)과 연동되어 기능하도록 구성한다.

전극 및 검사기기(200)는 전극 및/또는 각종 검사기기를 포함하도록 구성하는데, 주요하게는 대뇌피질 전극과 안진 검사기기를 포함하도록 구성한다.

설계조건에 따라서, 뇌파 분석기기가 포함될 수 있으며 그 외에도 본 시스템의 목적에 맞는 기기들이 포함되도록 구성할 수 있다.

대뇌피질 전극은 일차 운동피질 영역 및/또는 이차 감각피질 영역에 위치하도록 배치된 전극을 의미하는데, 일측 및/또는 양측에 배치되는 전극을 의미한다.

안진 검사기기는 환자의 자발 안진 출현빈도를 검사하는 기기로서, 바람직하게, 본 시스템의 목적에 맞는 검사기기를 채용하도록 구성한다.

분석수단(300)은 주요하게 안진 분석부 및 자극결과 분석부를 포함하도록 구성하며, 설계조건에 따라서는 채용되는 다른 종류의 검사기기에 대응되는 분석부가 포함되도록 구성한다.

안진 분석부는 안진 검사기기의 정보를 전달받아서 전기자극을 가하기 전의 자발 안진 출현빈도 및 전기자극을 가한 후의 안진 출현빈도를 분석하는 기능을 수행한다. 또한 분석한 정보를 자극결과 분석부로 제공하는 기능을 수행한다.

자극결과 분석부는 안진 분석부의 정보를 이용하여 전정증상의 개선 정도를 판단하는 기능을 수행하며, 바람직하게, 안진 출현빈도의 소실 정도에 따른 전정증상의 개선 정도에 대한 임상예들을 포함하는 데이터베이스(미도시)와 연동되어 판단하도록 구성한다.

설계조건에 따라서, 다른 검사기기의 정보를 분석하는 수단으로부터 정보를 추가로 제공받아서 종합적으로 자극결과를 분석한 정보를 제공하도록 구성할 수도 있다.

이하, 본 발명인 전기 자극을 이용한 전정증상 치료 시스템을 실험적으로 증명한 방법 및 결과를 상세하게 서술하고자 한다.

도 2는 전기자극을 가하는 대뇌피질 영역을 나타낸 도면이고, 도 3은 실험 시스템의 개략도이다.

<실험동물 및 실험군>

성숙한 체중 250-300g의 Spague-Dawley계 수컷 흰쥐를 사용하였으며, 일측 전정기관 손상에 대한 실험을 진행하기 위하여, 일측 전정기관만을 파괴한 전정기관 손상군(sham), 일측 전정기관 손상 후 일차 운동피질를 선택으로 전기자극한 운동피질 자극군(M1), 일측 전정기관 손상 후 이차 감각피질을 선택으로 전기자극한 감각피질 자극군(S2)으로 실험군을 분류하였다.

또한 일시적 기능 장애에 대한 실험을 진행하기 위하여, 5% lidocaine 만 중이에 투여한 일시적 기능장애군(sham)과 lidocaine 중이 투여한 다음 S2 피질영역에 전기자극을 실시한 감각피질자극군(S2)으로 실험군을 분류하였다.

<대뇌피질 전기 자극 방법>

실험동물을 가스 마취 후 뇌정위장치에 두부를 고정한 다음 피부를 절개하여 두개골을 노출하였다. Paxinos & Watson (2007)의 뇌지도(rat brain atlas)를 근거로 우측 운동피질영역(bregma AP +2.0mm ML -2.5mm )과 우측 이차 감각영역(AP -0.5mm, ML -6mm)에 해당되는 두개골을 치과용 드릴을 사용하여 원형(직경 3mm)으로 일부 제거하였다. 즉, 두개골의 외층 치밀뼈과 중간층 해면뼈을 제거하였으나 내층 치밀뼈을 보존하여 자극 전극이 직접 뇌 표면에 접촉하지 않고 비접촉식으로 자극할 수 있도록 하였다.

자극 전극은 치과용 강철선(두께 0.5mm)을 직경 2mm의 원형으로 제작하여 내측 치밀뼈층에 위치시키고 치과용 레진 본딩제(PQ1, Ultradent, USA)를 이용하여 고정하였다. 또한 자극 전극 인접에 탭핑스쿠류를 삽입하고 전선을 연결하여 기준전극으로 사용하였다. 전극 삽입 시술 후 3일 동안 안정상태를 유지한 다음 전정기관을 손상시키고 전기자극을 실시하였다.

커넥터를 통하여 전극들과 전기 자극기 (Cyber Medic Co. Korea)를 연결한 다음 전기자극기를 작동하여 구형파 양극성 전류를 가하였다. 이때 구형파 파라미터로 주파수는 50Hz, 자극은 1ms였으며 자극강도는 1-2V 이내로 하였다.

자극강도의 결정은 검사모드에서 자극강도를 점차적으로 증가하면서 1초 동안 자극하여 실험동물이 행동학적 반응을 보이는 시작하는 자극강도를 역치강도(threshold intensity)로 규정하였다. 검사모드에서 결정된 역치강도의 1/2값을 실제 전기자극시 자극강도를 결정하였다.

따라서 전정기관 손상 후 지속적인 피질 전기자극은 역치강도의 1/2 값으로 하였으며 통상적으로 1-2V 이내였다. 각 실험군에서 각 피질영역의 전기자극은 전정기관 손상 직후 시작하여 24시간 동안 지속적으로 실시하였다.

<전정기관의 손상 방법>

피질 손상군 또는 자극군의 일측 전정기관에 손상을 가하기 위하여 복와위의 체위에서 후이개측의 접근에 의하여 고막, 고막 장근, 이소골을 제거한 다음 난형창을 노출시키고, 하방에 위치한 원형창을 중심으로 주위를 파괴하여 전정기관의 팽대부신경을 노출시켰다. 그 후 진공펌프를 이용하여 팽대부신경을 모두 제거하여 전정기관을 파괴하였고, 이때 안구 위치의 변화로써 전정기관의 파괴 여부를 확인하였으며, 전정기관 파괴 후 피부를 원상태로 봉합하고, 수술 후 감염을 방지할 목적으로 항생제를 근육 주사하였다.

<중이 내 리도카인 투여에 의한 자발 안진의 유발 방법>

국소 마취제인 lidocaine를 중이에 투입하면 중이에서 내이로 lidocaine이 흡수되어 내이에 위치한 전정기관이 일시적으로 기능상실을 초래한다. 참고문헌(Magnusson & Tham, 2003)에 의하면 흰쥐에서 3-5% lidocaine을 중이에 소량 투여하면 일측 전정기관의 기능상실에 의하여 투입 10분 이후부터 약 80분 이내에 자발 안진과 같은 전정증상들이 관찰되는 것으로 알려져 있다.

생리식염수에 lidocaine 분말(Sigma-Aldrich, USA)를 녹여 5% 농도가 되도록 조성하였다. 실험동물들을 가스 마취 한 다음 수술현미경하에서 1ml 주사기를 사용하였으며 약 0.1 cc 용량의 5% lidocaine를 고막을 경유하여 중이에 투여하였다. 이후 약물이 좀 더 중이에 머무를 수 있도록 5% lidocaine을 함유한 작은 면봉을 외이도에 위치하였다. 가스 마취를 중단하여 의식을 회복한 다음 비디오 영상장치를 이용하여 투여 10분 후부터 자발안진을 기록하였다. 전기자극군은 lidocaine 중이 투여 직후부터 S2 영역에 전기자극을 실시하여 전기자극 효과를 관찰하였다.

<자발 안진의 기록 방법>

일측 전정기관손상에 의하여 출현하는 자발 안진을 측정하기위하여 동물이 두부를 움직이지 않을 때를 기다려 자발 안진을 기록하였으며, zoom lens가 부착된 비디오카메라로 안구운동을 기록한 후 비디오 테이프를 TV monitor가 연결된 비디오작동기에서 재작동시켰다. 이때 실험오차를 줄이기 위하여 한 동물의 안구운동을 3 회 이상 관찰하여 10 초 동안의 자발 안진 평균값을 산출하였다.

<cFos 면역조직화학 검사 방법>

일측 전정기관 손상 후 2, 6, 24시간이 지난 시점에서 urethane을 사용하여 마취를 시킨 후 1% 와 4% paraformaldehyde로 심장을 관류시켜 조직을 고정한 다음 두개골을 제거하여 뇌 조직을 박리하였다. 박리된 뇌 조직은 4% paraformaldehyde에 고정하여 4℃에서 24시간 동안 보관한 후 30% sucrose에서 3일 이상 방치하였다. 미세절단기를 이용하여 35 의 두께로 조직절편을 만들어서 TBS로 세척하고, 0.3% 과산화수소수로 처리하여 endogenous peroxide의 활성을 차단시켰다. 조직을 충분히 세척한 후 0.5%의 Triton X-100 (Sigma Co. USA)을 함유한 TBS에서 30분간 방치 후 TBS로 조직을 세척하였다. 5% milk를 함유한 TBS 용액으로 1시간동안 처리하였으며, cFos에 대한 항체 (InnoGenex, USA)를 TBS 용액에 희석하여 24시간 동안 4 ℃ 에 보관한 후 실온에서 2시간 동안 진탕시키고 TBS로 세척하D였다. 그 후 이차항체인 Streptavidin Horseradish Peroxidase Conjugate를 20분 동안 진탕 후 TBS로 세척 한 후, ABC 용액 (Vectastatim from Vector Laboratory Ins. USA) 을 1시간 동안 처리하였다. TBS로 세척한 후 peroxide substrate solution (DAB) (Vector Laboratory Inc, USA)을 첨가하여 3~5분간 반응시켰다. 증류수로 세척 후 Xylene에 담그고 마운트 용액을 이용하여 표본을 완전 고정 시켰다. 광학현미경하에서 진갈색의 cFos 양성세포를 관찰하였고 화상자동분석시스템 (Image-Pro Plus, USA)을 이용하여 내측 전정신경핵에서 cFos 양성세포의 수를 측정하였다.

<자료분석 방법>

컴퓨터 통계프로그램인 STATVIEW 4.0 (Abacus Concepts Inc.)을 이용하였으며 통계검정은 ANOVA 검사와 t-test로 실시하였으며 sham과 전기자극군 간의 p 값이 0.05 이하인 경우에만 통계적으로 유의성이 있는 것으로 간주하였다.

도 4는 본 발명을 실험적으로 증명한 결과를 서술하기 위한 도면으로서, 일측 전정기관 손상 후 자발 안진의 변화에 대한 전기 자극의 효과를 나타낸 그래프이다.(n=7, mean±S.D. *p<0.05, **p<0.01, sham vs M1 or S2 자극군)

전정기관은 ‘전정안구반사’를 통하여 신체 및 두부의 움직임 동안 안구운동을 조절하여 안정된 시각기능을 유지하는 데 기여한다. 일측 전정기관의 기능상실이나 과다 흥분에 의하여 전정안구반사의 기능장애 때문에 서상(fast phase)과 속상(slow phase)으로 구성되는 규칙적인 안구운동인 자발 안진(spontaneous nystagmus)이 출현한다. 자발안진의 출현빈도는 일측 전정기관 손상 직후 가장 빠르게 출현하나 시간이 경과함에 따라 점차 감소된다.

따라서 자발안진의 출현빈도 및 소실정도가 전정증상의 회복 정도를 평가하는 중요한 행동학적 지표로 잘 알려져 있다.

	sham 군(n=7)	M1 자극군(n=7)	S2 자극군(n=7)
4(hrs)	24.3±3,7	20.1±3.1	18±2.8
6	22.6±3.1	19.5±3.7	15.4±3.3
12	16.3±2.7	14.5±2.8	8.5±2.7
24	12.5±2.5	6.3±3.3	5.1±1.5
48	5.4±3.2	3.0±2.0	0

(n=7, mean±S.D.)

[표 1]과 도 4는, 일측 전정기관만 손상시키고 피질 전기자극을 하지 않은 실험군(sham), 일측 전정기관을 손상시키고 동시에 운동피질을 전기자극한 실험군(M1 자극군)과 일측 전정기관을 손상시키고 2차 감각영역을 전기자극한 실험군(S2 자극군)에서 시간의 경과에 따른 자발 안진의 출현빈도를 관찰한 결과를 나타낸 것이다.

비디오 영상분석장치를 이용하여 일측 전정기관 손상 후 시간의 경과에 따른 자발안진의 빈도의 변화를 관찰한 결과, sham군에서 손상 4시간째 24.3±3.7/10sec 개로 가장 많은 빈도를 보였으며 시간이 경과되면서 감소하여 손상 48시간에 거의 소실되었다.

M1 자극군은 sham군과 비교하여 자발 안진의 빈도가 감소하는 경향을 보였으며 특히 4시간과 24시간에 유의한 감소를 보였다(p<0.05). S2 자극군은 sham 군과 비교하여 손상 4시간 이후부터 24시간 동안 자발 안진의 빈도가 유의하게 감소되었다 (p<0.01). 뿐만 아니라 48시간에 자발 안진이 완전 소실됨으로써 이차 감각영역의 전기자극이 전정증상을 더욱 효과적으로 회복시켰다.

도 5는 일측 전정기관 손상 2시간 후의 내측 전정신경핵에서의 cFos 단백 발현에 면역조직화학검사 사진(A:sham군, B: S2자극군)이고, 도 6은 전정신경핵에서 일측 전정기관 손상 후 시간의 경과에 따른 cFos 단백 발현의 변화를 나타낸 그래프이다.(ipsi, ipsilateral side to UL; contra, contralateral side to UL, n=7, mean±S.D. *p<0.05, **p<0.01, sham vs S2 자극군)

cFos 단백은 중추신경계 신경세포에서 다양한 흥분적 자극에 의하여 20분 이내에 빨리 발현되어 24시간 이상 지속되므로 일명 immediate-early gene 단백이라 하고 신경세포의 흥분성을 평가하는 분자표지자로 널리 이용되고 있다.

전정신경핵은 뇌간(brain stem)에서 양측으로 위치하며 각각 말초 전정기관으로부터 구심성 정보를 받아 자체적으로 처리한 다음 여러 신경핵들로 전정정보를 전달하여 전정기관의 다양한 기능을 조절, 유지하는 전정기관에서 가장 중요한 핵심기관이다.

일측 전정기관 손상은 양측 전정신경핵 간의 흥분성의 불균형을 초래하며, 이러한 원인 때문에 다양한 전정증상들이 초래된다. 시간이 경과되면서 양측 전정신경핵 간에 균형을 이루면서 전정증상이 호전되는 것으로 알려져 있어 전정신경핵이 전정기관의 보상과정에 중요한 역할을 담당한다.

본 실험에서는 전정증상을 보다 효과적으로 감소시킨 S2 피질 자극군과 sham 군간에 일측 전정기관 손상 24시간 동안 내측 전정신경핵에서 cFos 단백 발현 변화를 관찰하여 피질자극에 의한 전정신경핵의 흥분성 변화를 규명하였다.

Sham 군에서 일측 전정기관 손상 2시간째에 cFos 단백 발현이 손상 동측과 반대측 전정신경핵에서 모두 발현되었으며, 이때 반대측(220.3±28.5)에서 동측(156.8±22.3)보다 더 많이 발현되어 비대칭성을 보였다. 이는 전정기관 손상에 의해 손상 반대측 전정신경핵의 흥분성이 증가됨을 의미한다. 이후 그 후 시간이 경과함에 따라 양측 전정신경핵에서 감소되고 특히 반대측에서 더욱 감소하여 손상 6시간 후에 양측에서 비슷한 발현을 보였다. 이러한 발현양상은 손상 24시간 이후에도 계속되었다.

한편 S2 자극군의 전정신경핵에서 전정기관 손상 2시간 후 sham 군과 비교하여 cFos 단백발현이 유의하게 감소하였는데 (p<0.01), 이때 손상 반대측에서 45.8±13.5개이고 손상 동측에서 25.5±16.5개이였다. 이러한 전정신경핵에서 cFos 단백의 유의한 감소는 손상 6시간째에도 관찰되었으며 (p<0.05) 24시간 후에는 cFos 단백 발현이 미약하였다. 따라서 S2 피질의 지속적인 전기자극이 전정신경핵의 흥분성을 억제하는 것으로 사료되며 이로 인해 전정증상의 호전이 이루어진다고 판단할 수 있다.

도 7은 리도카인 중이 투여 후 시간의 경과에 따른 자발 안진의 빈도에 대한 전기 자극 효과를 나타낸 그래프이다.(n=7, mean±S.D.)

국소 마취제인 lidocaine를 중이에 투입하면 중이에서 내이로 lidocaine이 흡수되어 내이에 위치한 전정기관이 일시적으로 기능상실을 초래한다. 연구문헌에 의하면 흰쥐에서 5% lidocaine를 중이에 소량 투여하면 전정기관의 일시적 기능상실에 의하여 투입 10분에서 80분 이내에 자발 안진과 같은 전정증상들이 관찰된다.

본 실험에서 선행연구자와 유사한 방법을 사용하여 일시적으로 일측 전정기관을 억제하여 자발 안진을 유발한 다음, S2 영역에 전기 자극을 실시하여 자발 안진의 변화를 관찰하였다.

	sham군(n=7)	S2 자극군(n=7)
10(min)	8.3±1.2	7.1±1.5
20	29.8±2.3	26.0±2.2
30	32.2±2.8	14.3±2.1
40	27.8±2.7	13.7±2.3
50	22.3±3.5	7.1±2.8
60	11.8±1.7	6.5±1.1

[표 2]와 도 7을 참조해 보면, 실험동물군으로 5% lidocaine 만 투여한 sham 군과 lidocaine 투여한 다음 S2 피질영역에 전기자극을 실시한 자극군으로 구분하였다. Sham 군에서 lidocaine 투여 10분 후부터 자발 안진이 관찰되었으며 이후 급격히 자발안진의 빈도가 증가하였으며 30분에 최고값인 초당 32.2±2.8/10sec개의 빈도를 보였다. 30분이부터 자발안진은 점차 감소하여 60분에 초당 11.8±1.7/10sec개로 기록되었다.

한편 S2 피질자극군에서는 lidocaine 투여 직후부터 전기자극을 실시하였는 데 약물투여 10분과 20분 후에는 sham 군의 자발안진의 빈도와 유의한 차이를 보이지 않았다. 그러나 30분에 14.3±2.1/10sec 개로 유의하게 감소하였으며 이러한 감소는 60분까지도 지속되어 피질자극에 의해 자발 안진의 빈도가 빨리 감소하였다. 따라서 피질 전기가극이 일시적 전정기관의 기능장애에 의한 전정증상의 정도를 감소시킬 수 있음을 의미한다 (표 2, 그림 5).

상기에서 도 1 내지 도 7을 이용하여 서술한 것은, 본 발명의 주요 사항만을 서술한 것으로, 그 기술적 범위 내에서 다양한 설계가 가능한 만큼, 본 발명이 도 1 내지 도 7의 구성 및 기능에 한정되는 것이 아님은 자명하다.

100: 가이드 수단
200: 전극 및 검사기기
300: 분석수단

Claims (5)

1. 가이드수단; 전극;을 포함하는 전기 자극을 이용한 전정증상 치료 시스템에 있어서,
   가이드 수단은 일시적 전정기능 장애 또는 전정기관 손상에 따른 전극 구동 정보를 제공하고,
   전극은 상기 구동정보에 따라 환자의 전정피질에 전기 자극을 가하되, 상기 전정피질은 일차 운동피질 또는 이차 감각피질이며,
   상기 전기 자극을 가한 후에, 환자의 자발 안진 출현빈도 및 전정신경핵의 흥분이 억제됨으로써, 전정증상이 치료되는 것을 특징으로 하는, 전기 자극을 이용한 전정증상 치료 시스템.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 전극 구동정보는 전기 자극의 파형, 주파수, 자극시간, 자극강도를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전기 자극을 이용한 전정증상 치료 시스템.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 전극은 복수 개로서,
   일측 또는 양측의 전정피질에 배치되는 것을 특징으로 하는, 전기 자극을 이용한 전정증상 치료 시스템.
   
   
5. 삭제

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