중추성 신경병통증은 척수나 뇌의 병변 혹은 질환에 의해 발생하며, 일반적으로 척수손상, 뇌졸중, 다발경화증 및 파킨슨병과 연관되어 나타난다. 중추성 신경병통증을 가진 환자는 오랜 기간 만성적인 통증을 경험하며, 이로 인해 삶의 질에 크게 영향을 받는다. 비침습적 뇌자극 치료법은 피질 흥분성과 신경가소성을 조절하며, 다양한 원인의 뇌 기능 부전에 대한 하나의 치료 옵션으로써 각광을 받아왔다. 약물치료에 비교적 제한이 있는 중추성 신경병통증에도 이러한 비침습적 뇌자극 치료가 적용되고 있으며, 대표적인 두 가지 뇌자극 방법으로는 1) 반복두개경유자기자극(repetitive transcranial magnetic stimulation, rTMS)과 2) 경두개직류전기자극(transcranial direct-current stimulation, tDCS)이 있다.

rTMS는 코일에서 발생하는 자기장으로 뇌를 자극하여 피질 신경세포의 운동 전위를 변화시키고, 이로 인해 뇌 대사와 신경전기활동에 변화를 주어 효과가 나타난다. rTMS의 구체적인 통증 조절 원리는 다음과 같다: 1) 자극에 의한 신경의 탈분극과 이로 인한 세포 투과성이 증가되어 피질 흥분성이 증가되고, NMDA 수용체가 활성화되어 신경 시냅스의 가소성을 증가시킨다. 2) 통증과 연관된 중추 경로 중 척수시상로와 등쪽기둥 경로를 억제함으로써 통증 정보의 전달을 감소시킨다. 3) IL-10을 증가시킴으로써 신경계 염증세포의 활성을 억제한다. 4) Bcl-2/Bax, mIR-106B의 발현을 증가시키고 이로 인해 신경줄기세포의 생성을 촉진한다. rTMS는 안전하고 비침습적이며, 효과적인 통증 중재 치료라는 점에서 장점이 있으나 치료 효과가 단기간에 국한된다는 한계점이 있다. 1 Hz 미만의 저빈도 rTMS는 신경 세포의 대사를 억제하고 피질 흥분성을 감소시키는 반면에, 고빈도 rTMS는 그 반대의 효과를 갖는다. International Federation of Clinical Neurophysiology와 European Federation of Neurological Societies 가이드라인에서는 여러 선행연구들의 결과를 바탕으로 고빈도 rTMS를 일차운동피질(M1)에 적용하는 것이 신경병통증 치료에 효과가 있으며, 이러한 치료를 반복하는 것이 진통 효과를 지속할 수 있다고 A 등급으로 권고하고 있다. 해당 가이드라인에서 rTMS 프로토콜은 신경병통증이 있는 반대편의 일차운동피질에 5-10 Hz의 빈도로, 안정기 운동 역치의 80-90%의 자극을 주되, 5-10회 주기로 반복하여 치료할 것을 권고하였다. 뇌졸중 후 통증이 있는 환자들을 대상으로 한 선행연구에서는 자극 후 치료효과가 1-3주 후부터 나타나기 시작하여 12주까지 지속되었으며 치료효과는 8주 정도에 최고치에 달했다. 척수손상에 rTMS를 적용했을 때에도 통증 조절 효과가 있다고 알려져 있으며 rTMS 치료효과가 적은 척수손상의 경우 6주 이상 반복하여 치료할 것을 장려하고 있다. 또한 사지의 신경병통증 이외에 연축을 호전시킨다는 보고도 있다. 파킨슨병과 연관된 신경병통증의 경우에는 아직 정해진 프로토콜은 없는 상태이다. rTMS는 운동 기능 이외에도 우울증에 효과가 있으며, 여러 선행연구들에서 신경병통증이 동반된 파킨슨병 환자에서 운동 기능과 우울감을 개선시켰다는 보고가 있다. 우울증에 대해서는 좌측의 등가쪽전전두엽(dorsolateral prefrontal cortex)에, 통증 조절을 위해서는 일차운동피질에 주로 자기자극을 하기 때문에 신경병통증을 가진 파킨슨병 환자에서의 자극 위치와 강도 등에 대한 추가적인 연구가 더 필요한 실정이다. 다발경화증과 관련한 신경병통증의 경우에도 여러 선행연구에서 연축, 경직을 호전시키고 통증과 피로감을 개선시켰다고 보고되었으나 명확한 자극 프로토콜이 정해진 바가 없고 다발경화증 치료의 옵션으로써 아직 추천되고 있지 않다.

tDCS는 약한 직류 전기를 두피에 적용하는 치료 방법이며, 통증 조절 원리는 다음과 같다: 1) 약한 자극을 적용하여 활동 전위는 변화시키지 않고 신경 세포의 안정막 전위를 변화시켜서 신경 세포의 흥분성을 조절한다. 2) Glutamate와 GABA 수용체의 활동을 조절하여 신경 시냅스의 가소성을 조절한다. 3) P2X4 수용체의 발현을 감소시킴으로써 microglia의 활성을 줄여 통증을 경감시킨다. 4) 뇌 혈류 감소로 통증 경로의 신호 전달을 억제하고, 내인성 opioid의 방출을 증가시킨다. tDCS에서도 통증 조절의 타겟은 일차운동피질로 rTMS와 동일하다. 또한 rTMS에 비하여 경련을 포함하여 중대한 부작용이 비교적 적다는 것이 tDCS의 장점이다. International Society for Neuropsychopharmacology 가이드라인에서는 좌측 일차운동피질에 tDCS를 적용하면 신경병통증이 호전됨을 수준 B의 등급으로 권고하고 있다. 흔히 사용되는 tDCS의 프로토콜은 2 mA의 강도로 매회 20분 이상의 기간동안 최소 5일 연속으로 치료하는 것이다. 현재까지 tDCS는 rTMS에 비해 덜 효과적이라고 보고되고 있으나 일부 연구에서는 tDCS가 더 효과적이었다는 결과도 있어 추가 연구가 필요하다. 뇌졸중 후 통증과 관련하여 tDCS가 통증 강도를 감소시키고 감각 기능을 개선시켰다는 보고가 있으며, 척수손상에서는 운동피질에 자극을 주었을 때 통증 감소 효과가 있었고 자극 강도를 1 mA, 2 mA, 그리고 샴 자극으로 나누어 그룹별로 다르게 자극을 주었을 때 2 mA를 준 경우에서만 운동유발전위가 증가하는 소견이 관찰되어 2 mA의 자극이 임상 증상의 호전에 영향을 줄 수 있음을 보고하였다. 다발경화증과 연관된 신경병통증에서도 tDCS를 적용시 통증 강도 및 삶의 질 척도가 호전되는 연구 결과가 있었으나 현재까지 rTMS에 비하여 선행연구가 부족한 실정이다.

본 저널에서는 중추성 신경병통증에 대한 대표적인 두 가지 비침습적 뇌자극 치료에 대해 소개하였다. 여러 선행연구들을 통해 두 가지 뇌자극 치료에 대한 효용성과 프로토콜을 제시하였으나 아직 대단위 연구가 부족하여 최적의 자극 방법과 자극 부위 등에 대한 연구가 지속되어야 할 것이다.