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Archives of Orthopedic and Sports Physical Therapy Vol.16 No.1 pp.49-54
DOI : https://doi.org/10.24332/aospt.2020.16.1.07

Noninvasive Cortical Stimulation for the Motor Function Rehabilitation of the Elderly with Chronic Back Pain: Preliminary Feasibility Study

JongMin Lim*
Department of Health Rehabilitation, Yeoju Institute of Technology
*교신저자: 임종민 (여주대학교 건강재활과) E-mail: arena466@naver.com
May 24, 2020 June 23, 2020 June 24, 2020

Abstract

Purpose:

The purpose of this study is to investigate the effect of transcranial direct current stimulation (tDCS) over the dorsolateral prefrontal cortex (dlPFC) on pain intensity and functional strength in the elderly with chronic back pain.


Methods:

Sixteen elderly (72 ± 5.16 yrs) with chronic back pain participated in this randomized double-blinded crossover study. Each participant received both sham and 2-mA anodal currents over left dlPFC (cathode over the seventh cervical spinous process) for 20 min during 2 weeks for each current type with a washout period of 2 days between two different current stimulation periods. Pain intensity, functional lift strength, and the fear-avoidance response of all the participants were evaluated.


Results:

There were no significant differences in all pain-related variables between the 2mA stimulation period and the sham stimulation period. However, for results by within-group analysis in each stimulation period, we found significant improvements in pain intensity (p=.02), functional strength, (p=.006) and fear-avoidance response (p=.002) only after 2mA stimulation period, while there were no significant changes after sham stimulation.


Conclusion:

The current study demonstrated that anodal tDCS over dlPFC improve the painful feelings, followed by the functional strength for lifting task.



만성 요통을 지닌 노인의 운동기능 재활을 위한 비침습 대뇌피질 전기자극의 이용가능성: 예비조사

임 종민*
여주대학교 건강재활과

초록


    Ⅰ. 서 론

    노인에게 만성요통은 가장 흔한 질병인 동시에 통증 정 도가 크고 기간이 길수록 일상생활 제한범위가 커져 개인 의 삶의 질과 사회 경제적 부담에 막대한 영향을 미친다 (Jacobs et al., 2006). 요통의 만성화를 사전에 예방하고 적극적으로 치료하기 위해 만성요통을 위한 많은 관리지 침이 보고되어져 왔으며 대다수가 운동과 물리치료를 통 한 근육계통과 신경계통학적 중재를 포함하여 적극적이 고 다학제적인 접근을 추천하고 있다(Abdulla et al., 2013;Jones et al., 2014)

    동시에, 뇌 과학 분야에서는 급성통증과 만성통증은 통 증 인지차원에서 뇌 활성 기전이 다르다는 연구 결과가 지속적으로 보고되어져 왔다(Seminowicz, & Moayedi 2017). 특히 노인의 경우 신체의 퇴행적 변화와 구조적 손 상이 만성 통증을 유발할 뿐만 아니라 뇌 구조의 퇴행적 변화로 인해 통증인지 장애가 발생하여 젊은 성인에 비해 통증 기간이 더욱 길어지고 치유가 어려운 특성을 지니고 있다(Buckalew et al.,2008).

    이러한 측면에서 최근까지 경두개 미세직류 자극은 비침 습적이고 안전하게 대뇌 피질의 흥분성을 조절함으로써 섬 유근육통, 척수손상으로 인한 중추신경통증과 같은 다양한 만성통증 환자를 대상으로 신뢰할만한 도구로 그 효과가 입증되어 왔으며(DosSantos et al., 2012;Mori et al., 2010), 특히, 대다수 선행연구에서는 대뇌의 일차운동피질 에 경두개 미세직류를 적용함으로써 뇌 활성 변화를 유도 하고 만성 통증의 크기와 기간을 조절할 수 있다고 보고하 고 있다. 반면, 만성 요통에 관한 경두개 미세직류 자극의 효과에 대한 연구 역시 진행되어 왔으나 몇몇 연구에서는 거짓 전류와 실제 전류 간에 유의한 차이가 없다고 보고하 고 있다(Luedtke et al., 2012;O’Connell et al., 2013).

    또한, 만성통증이 가장 흔한 집단인 노인이라는 특정계 층을 대상으로 경두개 미세직류 자극의 효과에 관한 충분 한 연구 역시 이뤄지지 않은 실정이다. 특히, 노인의 경 우, 노화로 인한 뇌의 퇴행적 위축이 일반적으로 전두엽 에서 가장 뚜렷하게 나타나는 증상 중 하나(Salat et al., 2004)이며 이는 상기의 만성통증과 인지능력 간의 관계를 고려했을 때 전두엽의 비정상적 뇌 활성으로 인한 통증인 지 장애를 고려해볼 수 있다. 결과적으로 경두개 미세직 류 자극을 전두엽에 적용했을 시 통증과 관련한 다양한 지표에 어떠한 영향을 미치는지 관찰하여 노인의 만성통 증 치료에 대한 새로운 접근법을 제시할 수 있다.

    따라서 본 연구는 예비연구로서 지역사회 복지관에 방 문하는 만성 요통을 지닌 노인을 대상으로 양극 경두개 미세직류 자극을 왼쪽 배외측전전두엽에 가하는 무작위 교차설계 연구를 시행하여 통증 인지와 통증관련 신체기 능에 미치는 영향을 알아보고자 한다.

    Ⅱ. 연구 방법

    1. 연구대상자

    S 복지관에 방문 중이며 만성 요통을 지닌 65세 이상의 노인을 대상으로 모집하였으며, 자발적 참여자 16명이 본 연구에 참여하였다(Flöel et al., 2012). 이에 대한 대상자 의 인구통계학적 특성은 Table 1과 같다. 모든 대상자는 실험 전 연구와 관련된 목적과 절차에 대한 설명을 들었으 며 참여에 동의하였다. 참여 기준은 요통 발병 후 6개월 이상 경과하였으며, 만성 요통의 정도가 시각적 통증 척 도 3이상인 자였으며 뇌와 관련된 병력 또는 수술 경험이 있는 자, 통증 정도가 심하여 본 연구 내 과제를 수행할 수 없는 자, 최근 6개월 이내에 허리 시술 또는 수술 경험 이 있는 자는 제외하였다(KU-IRB-17-126-A-2).

    2. 실험절차

    본 연구는 무작위 교차설계 연구로서 총 2주에 걸쳐 진 행되었으며 첫 주차 동안 거짓 전류 또는 실제 2mA 중 한 가지 전류를 5일 연속 적용하고 이틀의 휴식기를 가진 후 두 번째 주차에서는 첫 주차에서 받지 않은 전류를 적 용하는 교차 설계연구로 진행하였다. 실험에 앞서 16명의 참여 대상자는 무작위로 2개의 군으로 나뉘어 한 군은 2 주에 걸쳐 연속 10일 동안 실제 2mA 전류를 먼저 적용했 으며 다른 한 군은 거짓 전류를 먼저 적용시켰다. 모든 대상자는 첫 주차가 시작되기 이틀 전 날에 사전평가를 수행하였으며 2주 후 첫 번째 사후평가, 1주일간의 유실효 과 기간을 거친 후 다시 사전평가를 시행하고 군별로 전류 형태를 반대로 바꾸어 2주간 연속 10일 중재 후 두 번째 사후평가를 수행하였다.

    3. 측정도구 및 실험도구

    1) 시각적 통증 척도(Visual analogue scale, VAS)

    모든 대상자는 시각적 통증 척도를 이용하여 만성 요통 의 정도를 평가했다. 0mm(통증없음)부터 100mm(참기 힘든 극심한 통증) 중 지난 2주일 간 느꼈던 통증 정도를 선택하도록 질문하여 대상자마다 개인적이고 주관적인 통증 크기를 평가했다(Boonstra et al., 2008).

    2) 등척성 최대 들기 힘(Maximum isometric lift strength)

    각 대상자의 허리 근력을 측정하기 위해 운동성시험평 가 장치(Primus RS; BTE co., USA)를 사용하였다. 본 장 치에는 들기 작업 수행을 위한 장치가 설치되어 있으며 대상자는 양발을 어깨넓이로 벌려 서고 무릎을 곧게 편 상태로 허리를 대략 45도 굽힌 뒤 팔꿈치를 완전히 펴고 손잡이를 잡고 5초가 최대 힘으로 허리를 들면서 수직방 향으로 당긴다. 30초의 휴식시간을 가지며 총 3번의 등척 성 최대 들기 힘을 측정하여 평균을 구했다.

    3) 통증관련 움직임에 대한 공포-회피 반응 (Pain-related fear-avoidance response)

    본 연구에서는 다양한 공포-회피 검사 도구 중 Tampa scale for kinesiophobia (TSK) 설문지를 사용하여 통증으 로 인한 움직임에 대한 공포심을 평가하였다. 문항 당 4점 의 리커드 척도로 구성되어 있으며 결과 값이 2가지로 분 류되어 해석될 수 있는데 TSK-AA (activity avoidance) 는 일상적 활동 속에서의 공포-회피 정도를 나타낸다면, TSK-SA는 의학적으로 심각한 건강에 대한 공포-회피를 시사한다.

    4) 경두개 미세직류 자극기 (Transcranial direct current stimulation, tDCS)

    경두개 미세직류 자극기(Y brain Inc., Korea)의 양극 전극(5 x 5cm)을 사용하여 the international 10-20 EEG system에 따라 왼쪽 배외측전전두엽(F3)에 거짓전류 또 는 실제 2mA 전류를 매회 20분간 적용하였다. 거짓 전류 는 초기 30초간 전류가 1.5mA까지 서서히 증가했다가 바 로 전류가 차단되는 기기에 내장된 기능을 사용했다. 모 든 대상자는 tDCS를 적용받는 동안 편안한 상태로 의자에 앉아 있었으며 큰 움직임을 제한하였다. 또한, 매회 tDCS 적용을 종료하고 대상자에게 어지러움 등 부작용이 있었 는지 확인하였다.

    4. 자료분석

    대상자의 정규성 검정을 위해 Shapiro-wilk 검정을 사용 하였으며 정규성이 입증되어 일원배치 반복분산분석을 전 류형태와 사전-사후 시기 상호작용 효과검증을 수행하였 다. 사후분석에는 Bonferroni 분석법을 사용했다. 추가적 으로, 그룹 내 사전 사후의 효과비교를 위해 대응표본 t-검 정을 사용하였다. 유의 수준은 α = .05로 설정하였다. 통계 분석은 모두 SPSS statistics (version 20, IBM, USA) 프로 그램을 사용했다.

    Ⅲ. 연구 결과

    1. 시각적 통증 척도

    일원배치분산분석을 사용하여 거짓전류 적용시기와 실 제 2mA 전류 적용시기 간의 통증정도 변화에 관한 그룹 간 차이를 확인한 결과 유의한 차이는 발견되지 않았다. 그러나 그룹 내 효과분석을 위한 대응표본 t-검정에서 거 짓전류 시기동안의 사전-사후 효과변화는 유의한 변화가 없었으나 실제전류 적용시기의 사전-사후 간에는 유의한 효과변화가 확인되었다(p=.02)<Figure 1>.

    2. 등척성 최대 들기 힘

    신체 기능적 수행능력 역시, 일원배치분산분석을 사용 하여 거짓전류 적용시기와 실제 2mA 전류 적용시기 간의 그룹 간 차이를 확인한 결과 유의한 차이는 발견되지 않았 으나, 대응표본 t-검정을 이용한 그룹 내 효과분석에서는 거짓전류 시기동안의 사전-사후 효과변화는 유의한 변화 가 없는 반면, 실제전류 적용시기의 사전-사후 간에는 유 의한 효과변화가 확인되었다(p=.006) <Figure 2>.

    3. 통증관련 움직임에 대한 공포-회피 검사

    통증관련 공포-회피 검사의 경우, 일원배치분산분석을 통한 거짓전류 적용시기와 실제전류 적용시기 사이의 그 룹 간 유의한 차이는 발견되지 않았으나, 대응표본 t-검 정을 통한 그룹 내 사전-사후 검정에서는 실제전류 적용 시기 동안 사전-사후의 TSK-total (p=.002)과 TSK-AA (p=.023)의 유의한 효과를 발견하였다. 반면, TSK-SA에 서는 유의한 그룹 내 효과가 발견되지 않았으며 거짓 전류 적용시기는 TSK 모든 변수에서 그룹 내 효과가 발견되지 않았다<Figure 3>.

    Ⅳ. 고 찰

    노인의 만성 요통은 젊은 성인의 만성 요통과 달리, 통 증 부위 자체에서 기인하는 것과 별개로 통증을 지각하는 뇌 부위의 노화로 인한 위축이 영향을 줄 것이란 연구적 제안은 지속적으로 이루어져 왔다(Moayedi et al., 2012). 이를 근거로, 다양한 만성 통증을 지닌 노인에게 뇌 자극 을 통한 통증완화 효과를 보고한 연구가 꾸준히 나오고 있으나(Antal et al., 2010, Concerto et al., 2016), 만성 통증 중 요통과 관련한 연구는 그 근거가 여전히 미미한 실정이다.

    따라서, 본 연구는 양극 tDCS를 왼쪽 배외측전전두엽 에 단기간 적용했을 시 노인의 만성통증정도, 신체 기능 적 수행능력, 통증관련 공포-회피 심리 등 통증관련 임상 적 지표에 미치는 효과에 대해 관찰하였다. 연구 결과, 모 든 변수에서 양극전류를 적용한 10일 동안 거짓전류 적용 시기에는 발견되지 않은 그룹 내 유의한 개선을 발견하였 다.

    먼저, 본 연구결과는 tDCS를 왼쪽 배외측전전두엽에 적용 후 만성통증에 미치는 효과에 관한 다양한 선행 연구 결과와 일치하였다. Antal et al. (2010)에 의하면, 만성 족저근막염을 호소하는 10명의 노인을 대상으로 양극 tDCS 전류를 증상이 있는 발의 반대 측 일차운동피질에 20분간 적용한 결과 적용 1주차부터 통증정도와 기능적 움직임이 유의하게 개선되었다. 또한 일차운동피질의 흥 분성 증가와 만성통증 완화 사이의 관련성을 일차운동피 질의 흥분성이 전두엽 피질의 흥분성 증가를 유도하여 결 과적으로 광범위한 통증인지 네트워크에 주는 영향에서 기인하는 것으로 해석하고 있다(Antal et al., 2010;Lang et al., 2005).

    본 연구에서 나타난 최대 등척성 들기 힘의 유의한 증 가 역시 상기의 통증인지의 개선으로 인한 이차적인 결과 로 해석할 수 있다. 즉, tDCS로 인한 대뇌 피질 조절 자체 가 근력 증가를 발생시키는 것이 아닌, 다수의 선행연구 에서 보고하였듯이 요통의 감소가 기능적 근력 증가로 이 어진 것으로 사료된다(Renkawitz, Boluki & Grifka, 2006;Rudy et al., 2007;Weiner et al., 2006). 또한, 본 연구에서 일상활동과 관련된 통증-회피 반응에서 유 의한 개선을 보였는데, 이는 통증감소에 따른 기능적 움 직임에 대한 심리적 위축이 통증이 개선되면서 자기효능 감이 높아지고 근력 상승까지 유도한다는 선행연구 결과 와 일치함과 동시에 배외측전전두엽에 tDCS 적용 시 심리 적 장애가 개선된다는 최근 선행연구 결과와 일치한다 (Altmaier et al., 1993;Wolkenstein & Plewnia, 2013).

    비록 본 연구는 예비연구로서 참여한 대상자 수가 적고 중재기간이 짧은 점에서 결과를 일반화시키기에 어려운 점이 있다. 또한 tDCS의 음영 효과로 인한 배외측전전두 엽 외의 대뇌 피질에도 영향을 줄 수 있다는 점을 고려해 야한다. 그러나 본 연구결과가 지역사회 내에서 노인의 만성통증 개선을 위해 관리 방법 중 하나로 tDCS를 이용 할 수 있다는 가능성을 시사하고 있다는 점에서 향후 대규 모, 장기간 중재연구가 지속적으로 필요할 것으로 제안한 다. 또한, 기존의 운동과의 접목을 통해 시너지 효과를 유 도하고 만성통증 치유이후 효과 지속기간을 높일 수 있는 역시 추가적인 연구가 필요하다.

    Ⅴ. 결 론

    본 연구는 예비실험 연구로서 지역사회 복지관에 방문 중이며 만성 요통을 지닌 노인을 대상으로 양극 또는 거짓 전류 tDCS를 연속 5일간 왼쪽 배외측전전두엽에 적용한 뒤 통증 정도, 최대 들기 힘, 공포-회피 측정을 하였으며 세 변수 모두 양극전류 적용시기 동안 거짓전류 적용시기 에서는 발견되지 않은 유의한 그룹 내 개선을 보였다. 결 론적으로 본 연구를 통해 양극 tDCS의 왼쪽 배외측전전두 엽 단기간 연속 적용은 통증 인지개선에 효과적일 수 있다 는 가능성을 증명하였으며 향후 장기간 적용에 따른 tDCS 효과에 대한 추가적인 연구가 필요하다.

    Figure

    AOSPT-16-1-49_F1.gif

    시각적 통증척도에 관한 그룹 내 변화

    AOSPT-16-1-49_F2.gif

    등척성 최대 들기 힘에 관한 그룹 내 변화

    AOSPT-16-1-49_F3.gif

    통증관련 공포-회피 검사에 관한 그룹 내 변화

    Table

    참여 대상자의 인구통계학적 특성

    Reference

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