만성 난치성 통증질환의 신경계 변화: 신경전달의 공간가중, 시간가중 그리고 wind-up 현상

신경세포(neuron) 간 신호의 전달에서 특징이 되는 것 하나는 신호의 강도이다. 뉴런 사이 신호전달 강도가 변하면 어떤 현상이 벌어질까? 쉽게 알 수 있는 것이 통증이 크기다. 강도가 쎄면 통증도 커지고, 강도가 약해지면 통증도 작아진다.

이 강도의 구분은 하나의 신경세포로 연결되는 신경섬유의 숫자를 늘리거나, 한 개의 섬유를 통하여 더 많은 활동전위를 보냄으로써 가능하다. 이를 각각 공간가중(spatial summation)과 시간가중(temporal summation)이라 부른다.

아래 그림에서 못(pin)으로 피부(skin)을 자극할 때, 약하게 자극하면 척수와 뇌로 전달되는 신경의 일부로만 신호(왼쪽 동그라미 속 붉은색 표시 개수)가 전달된다. 자극이 강해지면 신호가 전달되는 신경섬유의 개수가 늘어난다(오른쪽 동그라미 속 붉은색 표시 개수가 많아졌다).

강한 자극에 의해 신호전달 신경섬유가 많아진다는 것은 신호전달의 강도가 강해짐을 뜻하고, 이는 더 큰 통증을 느끼게 됨을 의미한다.

이게 공간가중(spatial summation)이다.

아래 그림의 곡선그래프는 신호의 강도를 표현한다. 곡선이 높이 올라갈수록 신호강도는 강하고, 곡선이 낮아지면 신호강도가 약한거다.

그래프 하단의 Time 라인에서 빨간색 수직의 선분은 신호가 발생했음을 표시한다. 선분의 간격이 좁아지면 그 시간대에 신호전달이 많았다는 의미다.

이 그래프에서 time 라인의 선분이 두 번 빽빽한데, 이는 그 시간대에 신호전달이 더 자주 더 많이 이루어졌음을 뜻하고, 그렇게 신호전달이 짧은 시간에 더 많이 이루어질 경우(빽빽해지면) 곡선그래프가 매우 높이 치솟는 걸 알 수 있다. 그만큼 신호 강도가 강해졌음을 의미한다.

한 개의 신경섬유로만 신호가 전달되더라도 그 신호가 자주, 더 많이 전달되게 되면(빈도가 잦아지면) 신호강도가 강해지는 것을 알 수 있다. 이런 특징이 시간가중(temporal summation)이다.

만성통증환자 또는 섬유근통증후군(Fibromyalgia) 등 여러가지 통증증후군에서 Wind-up(통증 증폭) 이라는 현상이 나타나는데 이는 이상시간가중(abnormal temporal summation)이다.

기타 자극들은 지속되는 자극에 주어지더라도 시간이 가면서 점차 자극에 무뎌지는 경향을 보인다.

후각자극을 예를 들어보자. 화장실에 들어갈 때 악취가 심하게 느껴질 때가 있다. 그러나 화장실에서 용변을 보다보면 그 악취가 점점 약해지거나 심지어 냄새가 안느껴지기도 한다. 이는 후각을 담당하는 신경이 지속되는 냄새자극에 무뎌지기 때문이다(냄새자극에 대한 역치가 높아지면서 냄새를 인지하지 못하게 된다).

촉각자극도 비슷한데, 까끌거리는 옷을 입었을 때 처음에는 그 느낌이 신경이 쓰이다가 점차 감각이 무뎌지면서 시간이 지나면 옷이 느껴지지 않게 되는 현상을 경험해본 적 있지 않은가?

그러나 통증감각은 그렇지 못하다.

통각 수용기가(ex: 핀으로 피부를 찌를 때, 그 찔리는 부위에 있는 신경부분) 장기간 자극을 받으면 중추 신경계는 반복적인 통증유발 자극에 대하여 적응을 하지 못하고, 오히려 자극이 약하거나 없을 때도 통증을 느끼게 된다. 반복적인 통증유발 자극은 신경계의 구조에 영향을 미치고, 그로 인해 통증 처리과정을 변화시킬 수 있다. 척추의 신경세포는 고강도의 통증 자극 또는 반복되는 통증자극을 받으면 자극이 제거된 후에도 점진적으로, 그리고 점점 더 강한 반응을 하게 된다. 이를 중추신경계의 감작 또는 Wind-up현상이라 부르며, 치료되지 않는 만성 난치성 통증을 유발하게 된다.

통각과민(Hyperalgesia: 아픔을 과대하게 느끼는 상태. 보통은 아픔으로 느끼지 않는 것과 같은 자극에 대해서도 아픔을 느낀다. 통증에 대하여 예민 또는 감수성이 항진된 상태)과 이질통(allodynia: 통증을 일으키지 않을 만한 자극에도 통증을 느끼는 증상. 머리카락에 무엇이 닿거나, 피부에 종이나 붓 같은 물체가 닿기만 해도 통증이 발생하는 것을 말한다-네이버 지식백과)이 wind-up현상이 나타나는 예가 될 수 있다.