복합부위통증증후군에서 대뇌 회백질 두께 및 피질하 영역 부피 이상

Abstract

서론: 복합부위통증증후군(complex regional pain syndrome, CRPS)은 외상 등으로 손상을 입은 신체 국소 부위에 유발되는 만성 신경성 통증 질환이다. 복합부위통증증후군의 원인으로는 말초신경계 또는 자율신경계 이상, 면역 반응, 유전, 심리적 요소 등 다양한 요인이 거론되지만, 아직 명확히 규명된 기전은 없다. 최근 통증 조절에 관여하는 뇌 영역의 기능 이상이 복합부위통증증후군의 발병과 밀접한 관련이 있을 것으로 제안되었다. 그러나 현재까지의 뇌의 구조적 변화에 대한 연구 결과는 일관되지 않아 더 많은 연구가 필요하다. 이에 본 연구에서는 고해상도 구조적 뇌영상을 활용한 대뇌 피질 두께 분석과 피질하 구조 부피 분석을 통하여 복합부위통증증후군과 관련된 뇌 구조적 특성을 탐색하고자 하였다. 방법: 본 연구에는 복합부위통증증후군 환자 21명과 정상 대조군 49명이 모집되었다. 인구학적 정보, 통증의 지속 기간, 통증의 심각도, 통증 부위, 질병을 유발한 사건 등의 통증 관련 임상적 정보를 수집하였으며, 3.0 Tesla 자기공명영상 기기를 이용하여 고해상도 T1 강조 영상(T1-weighted image)을 획득하였다. FreeSurfer 소프트웨어를 이용한 표면 기반 자동화된 영상 처리 과정을 통해 환자군과 정상군의 대뇌 피질의 미세 두께를 측정한 다음, 나이와 성별을 공변량으로 하여 군간 유의한 차이가 나는 피질 영역을 확인하였다(p<0.05, Monte Carlo simulation corrected). 피질하 영역의 경우 FreeSurfer를 사용하여 획득한 각 영역의 부피에 대하여 나이, 성별, 뇌내 용적을 공변량으로 한 공분산분석(analysis of covariance)을 수행하여 두 군 간 부피를 비교하였다. 또한 두 군 간 유의미한 차이를 확인한 피질 및 피질하 영역에 대하여, 나이와 성별을 공변량으로 한 회귀분석을 통해 복합부위통증증후군 환자에서 대뇌의 회백질 두께 및 피질하 구조물의 부피 차이와 통증의 심각도, 통증 파국화 척도, 신경병 통증 척도 등 통증의 정도와 특성 간 상관관계를 조사하였다. 결과: 정상군에 비해 복합부위통증증후군 환자군에서 좌측 혀이랑(lingual gyrus, p=0.01), 좌측 위이마이랑(superior frontal gyrus, p=0.01), 좌측 중간관자이랑(middle temporal gyrus, p=0.02) 및 우측 뇌섬엽(insula, p=0.002), 우측 중간관자이랑(p=0.01)의 두께가 얇은 것으로 나타났다. 피질하 영역의 경우, 환자군이 정상군보다 좌측 시상(thalamus, p=0.01), 좌측 조가비핵(putamen, p=0.04), 좌측 창백핵(globus pallidus, p=0.004), 우측 해마(hippocampus, p=0.02)의 부피가 낮은 것으로 나타났다. 상관관계 분석에서는 좌측 시상의 부피와 통증 시각아날로그척도(Pain Visual Analogue Scale, Pain-VAS)로 평가한 통증의 심각도 간에 유의한 음의 상관관계가 있었다(β=-0.63, p=0.046). 결론: 본 연구의 복합부위통증증후군 환자들에게서 구조적 이상이 나타난 영역들은 통증의 인식 및 조절에 있어 중요한 역할을 하고, 감정과 같은 다른 인지기능의 처리와도 관련이 있는 것으로 알려져 있다. 본 연구 결과는 통증 조절과 관련된 뇌 영역의 구조적 이상이 복합부위통증증후군과 관련될 수 있음을 시사한다. 추후 복합부위통증증후군 발병 기전을 표적으로 한 치료 기술 개발에 본 연구 결과에서 제시한 통증 기전이 활용될 수 있을 것이다.;Introduction: Complex regional pain syndrome (CRPS) is a chronic pain disorder which occurs after a trauma or nerve injury, usually affecting the extremities. The autonomic dysregulation, immunologic influences, genetic predisposition, and psychological stress may lead to CRPS development. However, there are no clear explanations to date. Recently, it has been suggested that the dysfunction of brain regions associated with pain control might be closely associated with CRPS development. However, the structural neuroimaging studies of CRPS are limited in number compared to functional magnetic resonance image studies, and the results have been inconsistent. Hence, the aim of this study is to evaluate the CRPS-related structural alterations with respect to cortical thickness and subcortical volume as well as the correlations between the structural alterations and the clinical symptoms of CRPS. Methods: Twenty-one patients with CRPS and 49 healthy controls were recruited. Demographic information and pain-related clinical data such as duration, intensity, location of pain, and inciting events were collected. T1-weighted brain images were acquired from all participants, and processed using FreeSurfer to calculate cortical thickness and extract clusters showing significant group differences in cortical thickness. Subcortical volume differences between the two groups were also assessed with age and sex as covariates. Multiple linear regression analysis were performed to assess correlation between the morphological changes and clinical variables. Results: Compared to healthy controls, CRPS patients showed thinner cortical thickness in clusters across the bilateral middle temporal gyrus (left: cluster-wise corrected p=0.02, right: cluster-wise corrected p=0.01), left lingual gyrus (cluster-wise corrected p=0.01), superior frontal gyrus (cluster-wise corrected p=0.01), and right insula (cluster-wise corrected p=0.002). Moreover, CRPS patients showed decreases in volume of the left thalamus (p=0.01), putamen (p=0.04), globus pallidus (p=0.004), and right hippocampus (p=0.02). Correlational analysis showed negative correlation between the left hypothalamus volume and the pain severity represented as total score of Pain Visual Analogue Scale (β=-0.63, p=0.046). Discussion: The brain areas which showed the CRPS-related structural alterations are known for their significant role in pain perception, modulation, and other cognitive functions such as emotional processing. Therefore, the results suggest that the structural alterations in areas related to pain processing may be involved in the neurobiological mechanism of CRPS. These findings may provide insights for the development of CRPS treatment targeting such mechanisms.