고용량 보툴리눔 독소 A에 의한 국소 및 원위부 신경근 접합부의 전기생리학적 변화

Abstract

보툴리눔 독소는 신경근 접합부의 시냅스 전막에서 아세틸콜린의 방출을 비가역적으로 억제하여 신경 전달을 차단함으로써 근육마비를 일으키며, 임상에서는 이 독소의 8개 아군들 중 A형이 이용되고 있다. 안과 영역에서 사시의 치료를 목적으로 이용되기 시작하였고, 현재 재활의학 분야에서 경직의 감소, 운동 실조 및 신경인성 방광 등 뇌졸중과 척수 손상 등의 신경 근육성 치료에 이용되고 있다. 한편 재활의학에서 이 독소를 임상적으로 사용하는데 있어서 몇 가지 문제가 있는데 대표적인 문제점은 크기가 작은 대상 근육은 투여되는 독소의 양이 적고 그에 따라 전신적 독성반응을 우려하지 않고 원하는 정도의 마비를 일으키기 위한 충분한 양을 원하는 근육에 투여할 수 있는 반면, 재활의학적으로 대상이 되는 근육의 크기는 비교하기 어려울 정도로 커서 원하는 정도의 근육마비를 얻기 위한 독소의 용량이 많고, 따라서 근육 크기별로 투여 독소의 용량이 결정되어져 있지 않다는 점이다. 이외에도 대상 근육의 크기에 따라 LD50 이상의 고용량을 투여할 경우가 있음에도 불구하고 아직 고용량 독소 투여에 대한 골격근의 전신적 신경생리학적 반응이 관찰되어져 있지 않다는 점 등의 문제점이 있다. 본 연구에서는 보툴리눔 독소 A형을 일정 근육에 투여한 후 신경근 접합부의 전기생리학적 검사인 저빈도 및 고빈도 반복신경자극검사를 이용하여 다음을 관찰하고자 하였다. 첫째, 독소가 투여되는 대상근육이 완전마비를 일으킬 수 있는 고용량의 보툴리눔 독소의 양을 정하여, 그 양의 25, 50, 75, 100% 독소를 일정 근육에 투여한 후 독소의 용량에 따른 반복신경자극검사의 반응을 관찰하고, 둘째, 시간의 경과에 따른 위 반응의 변화를 독소의 각 용량별로 평가하며, 셋째, 전신적인 신경근 접합부의 반응을 관찰하기 위하여 보툴리눔 독소가 직접 투여되지 않는 원위부의 근육의 반복신경자극검사를 시행하여 그 반응을 관찰하는 것이다. Sprague-Dawley종 흰 쥐 16 마리의 좌측 전경골근에 4 마리씩 2 U, 4 U, 6 U 및 8 U의 보툴리눔 독소 A를 주사한 후, 독소를 투여한 근육과 근주와 무관한 반대측 근육에 대하여 신경 생리학적 검사로 저빈도(3 Hz) 및 고빈도(20 Hz) 반복신경자극검사를 시행하였다. 반복신경자극검사는 주사 전, 주사 후 2 일, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 14, 18, 22 및 26 주에 시행하였다. 저빈도 반복신경자극검사인 경우는 1:5, 고빈도 반복신경자극검사인 경우는 1:50 복합근활동전위의 진폭의 증가 또는 감소를 백분율로 측정하였다. 독소가 투여된 근육의 저빈도 반복신경자극 검사에서 독소 투여 후 2일에 진폭감퇴반응이 나타나기 시작하여 1주에 네 군 모두 최대 진폭감퇴반응을 보였으며, 진폭의 감소 정도는 독소의 용량에 비례하였다. 진폭감퇴반응은 시간이 경과함에 따라 그 정도가 서서히 약화되었고, 또한 투여 후 26주에는 모든 군간에 투여된 독소의 용량에 관계없이 진폭감퇴반응이 소실되었다. 독소가 투여된 근육의 고빈도 반복신경자극 검사에서 독소 투여 후 2일에 진폭증강반응이 용량의존적으로 나타났으며, 그 이후에는 진폭감퇴반응이 나타났는데 진폭은 독소의 용량이 클수록 더 많이 감소하였다. 이 시기의 진폭감퇴반응도 역시 시간이 경과하면서 투여 후 26주까지 서서히 그 반응의 정도가 약해졌으며, 독소 투여 후 26주에는 모든 군간에 투여된 독소의 용량에 관계없이 진폭감퇴반응이 소실되었다. 독소가 투여되지 않은 근육의 저빈도 반복신경자극 검사에서는 네 군 모두 유의한 진폭의 증가나 감소는 관찰되지 않았다. 독소가 투여되지 않은 근육의 고빈도 반복신경자극 검사에서는 진폭증강반응만 용량의존적으로 나타났으며 진폭감퇴반응은 관찰되지 않았다. 진폭증강반응이 나타난 시기는 독소 투여 후 2일째부터 경도의 진폭증강반응을 보이다가 1주에 가장 큰 변화를 가져왔으며, 1주 이후에는 반응이 곧 감소하기 시작하여 독소 투여 후 12 - 16주만에 반응이 0 %에 근접하고, 그 이후에는 경도의 진폭증강반응이 계속 유지되었다. 진폭의 감소-증가 현상(Decremental-Incremental Phenomenon)은 네 군에서 모두 투여 반대측 근육에서 고빈도 자극시에만 관찰되었는데 투여 후 4주에서 10주 사이에 복합근활동전위의 진폭이 증가되는 시기와 일치되어 관찰되었다. 이상의 결과로 보툴리눔 독소를 고용량으로 투여하였을 경우, 독소가 직접 투여된 근육에서 신경근 접합부 변성이 일어나기 전에는 시냅스 전막기능 이상의 반응이 용량 의존적으로 나타나지만 신경근 접합부의 변성이 일어난 후에는 그 근육이 탈신경되며, 탈신경에 의한 근육마비의 정도는 용량의존적으로 일어나며, 시간이 경과하면서 그 반응이 용량 의존적으로 약화되는 것을 알 수 있었다. 마지막으로 독소가 직접 투여되지 않은 원위부 근육에서는 전신적 효과에 의해 시냅스 전막기능 이상이 일어나며 그 정도 또한 투여된 독소 용량에 비례한다는 것을 알 수 있었다. ; Botulinum toxin A (BTX-A) is used to cause selective muscle paralysis for local control of spasticty. The purposes of this study was to measure the local and distant effects of BTX-A through an the electrophysiologic study involving several dosages of toxin. The experiment was conducted on Sprague-Dawley rats, and the BTX-A (Botox , Allergan Co.) was injected to the left tibialis anterior (TA) muscle: 2, 4, 6, 8 U for each of four rats. Two kinds of RNSTs were applied as electrophysiologic studies - 3 Hz (slow rate RNST) and 20 Hz (fast rate RNST). We tested the treated muscle to observe local effects and the untreated TA muscles to observe the distant muscle. The muscles were tested before the BTX-A injection, 2 days after the injection, in every seven days till 10 weeks postinjection, and thereafter once a month for 4 months. In the fast rate RNST of the treated TA muscle, dose-dependent increments amplitude were seen on the 2nd day postinjection and thereafter dose-dependent decrements appeared and decremental responses weakened in the same manner over the course of time. In the slow rate RNST of the treated TA, dose-dependent decrements were observed during the 1st three weeks postinjection in all groups. After that, insignificant decrements or increments were observed over time. In the fast rate RNST of the untreated TA, incremental responses were produced in all groups in a dose-dependent manner. The above three effects persisted longer in relation to the quantity of the dosages of BTX-A. In the slow rate RNST of the untreated TA, there were no changes. Decremental-Incremental responses (D-I phenomenon) to BTX-A were observed in the TA that did not receive an injection on the 4th to 10th weeks postinjection. The above results suggest that the pathogenesis of local paralysis in the BTX-A injected muscle is different from presynaptic dysfunction of the neuromuscular junction (NMJ). This study could not be differentiated between neuromuscular dysfunction, myopathy or neuropathy through these RNST studies. In conclusion, the BTX-A injection causes local paralysis in the treated muscles and presynaptic dysfunction of the neuromuscular junction in the distant untreated muscles in a dose-dependent manner. Those effects will persist proportionate to the dosage of the BTX-A in their intensity and duration.