공황장애 환자의 대뇌 피질 두께 및 피질하 구조 특성

Abstract

서론: 공황장애(panic disorder)는 공황 발작(panic attack), 예기 불안(anticipatory anxiety), 혐오 회피(phobic avoidance)를 주된 특징으로 하는 불안장애의 하나로서, 발병의 병태생리학적 기전에 내측 전전두피질(prefrontal cortex), 편도체(amygdala), 해마(hippocampus), 섬엽(insula) 등의 뇌 영역이 포함된 공포 신경망(fear network)이 주요한 역할을 할 것이라 제안되었다. 공황장애의 평생 유병률은 전 세계적으로 증가하는 추세이며 그에 따른 의료 서비스 및 복지 서비스 비용 증가 등은 사회경제적 부담으로 떠오르고 있다. 반면, 공황장애의 병태생리적 기전은 아직 명확히 밝혀지지 않아, 공황장애 치료 개발 및 개선에 어려움이 있다. 따라서 공황장애의 병태생리적 기전에 대한 이해를 높이기 위해 본 연구에서는 공황장애 환자군과 정상 대조군의 구조적 뇌영상을 분석하여 피질 두께 및 피질하 구조 부피의 차이가 나는 영역을 확인하고, 차이가 나는 대뇌 피질 영역의 두께와 공황장애 유병 기간, 공황장애 증상 심각도, 불안 증상 정도와 같은 임상적 특징 간의 상관관계를 분석하고자 한다. 방법: 본 연구에서는 공황장애 환자 23명과 환자군과 나이, 성별을 짝지은 정상 대조군 33명을 연구 참여자로 모집하였다. 구조화된 임상 면담(Structured Clinical Interview for DSM-IV)을 통해 공황장애로 진단된 환자를 모집하여 공황장애 심각도 척도(Panic Disorder Severity Scale)를 이용하여 공황장애 증상 심각도를, Zung의 자가 평가 불안 척도(Zung Self Rating Anxiety Scale)를 통해 불안 증상 정도를 평가하고 공황장애 유병 기간을 조사하였다. 3.0 Tesla 자기공명영상(magnetic resonance imaging) 기기를 사용하여 고해상도 T1-강조 영상(T1-weighted image)을 획득하고, FreeSurfer 소프트웨어를 사용하여 두 군간 피질 두께 및 피질하 구조의 부피를 추출하여 비교하였다. 또한, 공황장애 환자군에서 유의한 차이를 보인 피질 영역 및 피질하 구조에 대하여 공황장애 유병 기간, 공황장애 증상 심각도, 불안 증상 정도와의 상관관계를 확인하였다. 결과: 나이와 성별의 영향을 보정했을 때, 공황장애 환자군이 정상 대조군에 비해 우측 섬엽과 양측 내측 위이마이랑(medial superior frontal gyrus)의 두께가 얇았다(Monte Carlo simulation corrected p < 0.05). 공황장애 환자군이 정상 대조군에 비해 피질 두께가 두꺼운 뇌 영역은 없었다. 공황장애 환자군의 우측 섬엽 두께가 얇을수록 공황장애 유병 기간이 긴 상관관계를 보였다(β = -0.46, p = 0.03). 한편 좌측 내측 위이마이랑, 우측 내측 위이마이랑 각각과 공황장애 증상 심각도, 불안 증상 정도, 유병 기간 간의 유의한 상관관계는 관찰되지 않았다. 해마, 편도체, 기저핵(basal ganglia)을 비롯한 주요 피질하 구조의 부피를 연령, 성별 그리고 두개 내 부피(intracranial volume)를 보정하여 군간 비교한 결과, 공황장애 환자군의 우측 조가비핵(putamen)의 부피가 정상 대조군에 비해 작았다(F = 5.45, p = 0.02). 그 외에 부피의 유의한 군간 차이를 보인 피질하 구조는 없었다. 결론: 본 연구에서는 공황장애 환자군에서 공포 신경망에 속하는 뇌 영역인 섬엽과 내측 위이마이랑의 피질 두께가 정상 대조군에 비해 얇았다. 섬엽과 내측 위이마이랑은 기존 동물 연구를 통해 공포 신경망의 핵심인 편도체와 연결되어 있다고 보고된 영역으로, 본 연구를 통해 공황장애 발생과 관련이 있다고 확인하였다. 특히 상관관계 분석 결과는 섬엽의 두께가 공황장애 유병 기간이 길수록 더 많은 영향을 받을 수 있음을 시사한다. 또한 본 연구는 피질하 구조 중 조가비핵의 부피가 정상 대조군에 비해 공황장애 환자군에서 더 작은 것을 확인하였다. 조가비핵은 기존에 공포 조건화 학습 및 불안 증상과 관련이 있다고 알려져 있는 뇌 구조로, 공황장애 발생과 관련이 있다고 본 연구를 통해 확인하였다. 본 연구는 공황장애와 관련된 피질 및 피질하 구조의 세부 특성을 확인함으로써 공황장애의 신경생물학적 기전에 증거를 더하였다.;Introduction: Panic disorder is an anxiety disorder which is mainly characterized by unexpected recurrent panic attacks, anticipatory anxiety, and phobic avoidance. The fear network which includes the prefrontal cortex, amygdala, hippocampus, and insula is suggested for its important role in the neurobiology of panic disorder. The neuropathological and brain mechanisms of panic disorder remain largely unknown in human. Thus, the aim of this study is to investigate alterations in cortical thickness and subcortical volumes that underlie the pathophysiology of panic disorder. Relationships between the cortical alterations and the clinical measures including the severity of panic disorder symptom, anxiety level, and duration of illness were also examined in the patients. Methods: High resolution T1-weighted images were obtained from 23 panic disorder patients and 33 age- and sex-matched healthy individuals. Cortical thickness measurement and vertex-wise analysis were performed using the FreeSurfer. Subcortical volumes measured using the FreeSurfer were compared between the patients with panic disorder and the healthy controls. The severity of panic disorder symptom and the anxiety level were evaluated by the Panic Disorder Severity Scale (PDSS) and the Zung Self Rating Anxiety Scale (Z-SAS), respectively. Correlations between the brain regions with significant between-group differences in the cortical thickness and the clinical measures including the PDSS, Z-SAS and duration of illness were analyzed. Results: Patients with panic disorder showed reduced cortical thickness in the right insula, right medial superior frontal gyrus, and left medial superior frontal gyrus as compared with healthy individuals. Cortical thinning in the right insula was related to longer duration of illness (β = -0.46, p = 0.03). The cortical thinning in the medial superior frontal gyrus was not associated with the PDSS total scores, Z-SAS total scores and duration of illness. With respect to the volumetric measures of the subcortical structures, right putamen volume was smaller in the patients with panic disorder compared to healthy individuals (F = 5.45, p = 0.02). Conclusion: The current findings reported that the structural alterations in the insula and medial superior frontal gyrus may underlie the neuropathological mechanisms of panic disorder. Furthermore, the right insula may be more affected in the patients with a longer duration of the panic disorder. Future longitudinal studies with multi-modal neuroimaging may be warranted to further elucidate the neural mechanisms underlying panic disorder.