심뇌자극

Deep brain stimulation
심뇌자극
두개골의 X선에 나타난 DBS-프로브(상악골과 하악골 주변의 흰색 영역은 금속 틀니를 나타내며 DBS 장치와는 무관함)
MeSHD046690
메드라인 플러스007453

심뇌자극술(DBS)은 신경자극기(neurostimulator)라고 불리는 의료기기의 배치를 포함하는 신경외과적인 절차로, 파킨슨병, 본질적 떨림, 디스토니아,[1] 그리고 운동 장애를 치료하기 위해 이식된 전극을 통해 전기 자극을 뇌의 특정한 목표물(뇌핵)로 보냅니다.강박장애(OCD)나 뇌전증과 같은 다른 질환들도 있습니다.기본 원리와 메커니즘이 완전히 이해되지는 않지만, DBS는 직접적으로 통제된 방식으로 뇌 활동을 변화시킵니다.[2]

DBS는 1997년부터 미국 식품의약국에 의해 본질적인 떨림과 파킨슨병(PD) 치료제로 승인되었습니다.[3]DBS는 2003년 디스토니아증,[4] 2009년 강박장애(OCD), 2018년 뇌전증으로 승인되었습니다.[5][6][7]DBS는 주요 우울증을 포함한 다양한 정의적 장애에 대한 만성 통증의 잠재적 치료법으로서 임상 시험에서 연구되어 왔습니다.이것은 맹인 연구를 가능하게 하는 몇 안 되는 신경외과 수술 중 하나입니다.[1]DBS는 현재 약물 중독에 대한 가능한 치료법으로 간주되고 있습니다.이 실험은 동물들을 대상으로 했지만 아직 인간은 아니었습니다.

의료용

뇌심부 자극을 위한 수술 전 준비를 하고 있는 성인 남성.
수술 중 정위프레임을 이용한 전극 삽입

파킨슨병

DBS는 약물로 적절히 조절할 수 없는 파킨슨병의 일부 증상을 관리하는 데 사용됩니다.[9][10]PD는 병변의 임상적 효과를 모방하기 위해 복측 시상, 내부 팔리덤 및 STN(subthalamic nucleus)의 세 가지 표적 구조에 고주파(> 100Hz) 자극을 가하여 치료합니다.[11]약물치료로 운동의 변동과 떨림 조절이 불충분한 PD가 있는 사람이나 약물치료에 내성이 없는 사람은 신경정신적으로 심각한 문제가 없는 한 권합니다.[12]피디는 뇌의 네 부분을 신경자극기로 치료했습니다.이것들은 대뇌, 시상하부, 시상하부, 시상하부핵 그리고 페둔쿨로폰틴핵입니다.그러나, 일상적인 연습에서 대부분의 DBS 수술은 대뇌전구 또는 경막하핵을 목표로 합니다.

  • 대뇌전증의 DBS는 운동장애라고 불리는 통제할 수 없는 흔들림을 줄여줍니다.이를 통해 환자는 적절한 양의 약물(특히 레보도파)을 복용할 수 있으므로 증상을 더 잘 조절할 수 있습니다.
  • 시상하핵의 DBS는 파킨슨병의 증상을 직접적으로 감소시킵니다.이것은 항파킨슨 치료제의 투여량을 줄일 수 있게 해줍니다.
  • PPN의 DBS는 걸음걸이의 동결을 도울 수 있고, 시상의 DBS는 떨림을 도울 수 있습니다.이러한 목표는 일상적으로 활용되지 않습니다.

정확한 DBS 대상 선정은 복잡한 과정입니다.가장 문제가 되는 증상, 환자가 현재 복용 중인 레보도파의 용량, 현재 복용 중인 약물의 영향 및 부작용, 동시에 발생하는 문제 등을 포함한 여러 임상적 특성이 대상을 선택하는 데 사용됩니다.예를 들어, 시상하핵 DBS는 우울증을 악화시킬 수 있으므로 조절되지 않는 우울증 환자에서는 선호되지 않습니다.

일반적으로 DBS는 모터 점수 평가에서 30-60% 향상과 관련이 있습니다.[13]그러나 DBS는 지속적으로 그리고 고정된 파라미터로 투여되며 파킨슨병을 특징짓는 운동 변동을 완전히 제어하지는 않습니다.따라서, 최근에는 파킨슨 증상에 자동으로 자극 파라미터를 적응시키는 DBS의 일종인 적응적 심뇌 자극(Adaptive Deep Brain Stimulation,[14] aDBS)의 개념이 개발되어 현재 임상에 적용하기 위한 연구가 진행 중에 있습니다.

투렛 증후군

자세한 내용 : 투렛증후군 관리

DBS는 기존의 치료에 반응하지 않는 심각한 투렛증후군을 가진 성인을 치료하는데 실험적으로 사용되어 왔습니다.널리 알려진 초기의 성공에도 불구하고, DBS는 투렛병을 치료하기 위한 고도의 실험적인 절차로 남아 있으며, 장기적인 이익이 위험을 초과하는지 여부를 결정하기 위해서는 더 많은 연구가 필요합니다.[15][16][17][18]이 절차는 잘 견뎌지지만 합병증으로는 "짧은 배터리 수명, 자극 중단 시 갑자기 악화되는 증상, 저혈압 또는 조증 전환, 자극 파라미터 최적화에 상당한 시간과 노력" 등이 있습니다.[19]

이 시술은 침습적이고 비용이 많이 들어 장기간의 전문가 관리가 필요합니다.네덜란드에서 볼 수 있는 이 수술의 덜 강력한 효과를 고려할 때, 심한 투렛 환자에게 주는 혜택은 확정적이지 않습니다.투렛은 성인이 되면 송금하는 경향이 있어 소아과 인구에서 더 흔합니다. 그래서 일반적으로 이것은 아이들에게 권장되는 시술이 아닙니다.투렛의 진단은 신경학적 활동에 대한 검사가 아닌 증상의 과거력에 근거하기 때문에 특정인에게 DBS를 사용하는 방법이 항상 명확하지는 않을 수 있습니다.Tourette 증후군 치료에 DBS의 사용에 대한 우려 때문에, Tourette Association of America는 TS에 대한 DBS의 사용 및 잠재적인 임상 시험을 안내하는 권고사항을 개발하기 위해 전문가 그룹을 소집했습니다.[20]

로버트슨은 DBS가 2011년까지 55명의 성인을 대상으로 사용되었으며, 그 당시에도 실험적인 치료법으로 남아있었다고 보고하고, "투렛 증후군 전담 클리닉이 있는 센터에서 운영되는 숙련된 기능성 신경 외과 의사에 의해서만 시술이 이루어져야 한다"고 권고했습니다.[16]Malone 등에 의하면.(2006), "중증, 쇠약, 치료-난치성 질환을 가진 환자만을 고려해야 하고, 중증의 인격 장애 및 약물 남용 문제를 가진 환자는 제외해야 합니다."[19]Du et al. (2010)은 "침습적 치료법으로서, DBS는 현재 중증의 치료 불응성 TS 성인들에게만 권장된다"고 말합니다.[17]싱어(2011)는 "환자 선정 기준과 세심하게 통제된 임상시험 결과를 결정할 때까지 신중한 접근이 권장된다"고 말합니다.[15]Viswanathan et al. (2012)은 DBS가 "의학적으로 관리할 수 없는 심각한 기능 장애"를 가진 사람들에게 사용되어야 한다고 말합니다.[21]

뇌전증

뇌전증 환자의 36.3%가 약물에 내성이 있습니다.[22]이 환자들은 상당한 질병과 사망률의 위험에 처해 있습니다.[23]수술이 선택 사항이 아닌 경우에는 DBS와 같은 신경 자극뿐만 아니라 미주 신경 자극과 반응성 신경 자극을 고려할 수 있습니다.[medical citation needed]뇌전증 치료를 위해 시상의 전방핵 이외의 표적, 예를 들어 시상의 중심핵, 소뇌 등이 연구되었습니다.[24]

역효과

DBS 삽입시 출혈이 발생할 수 있는 동맥공급장치의 동맥도.

DBS는 수술팀의 경험과 관련된 합병증 비율과 함께 큰 수술의 위험을 안고 있습니다.주요 합병증으로는 출혈(1~2%)과 감염(3~5%)[25]이 있습니다.

무관심, 환각, 초성성애, 인지기능장애, 우울증, 행복감 등 DBS 후 신경정신과적 부작용의 가능성이 있습니다.그러나 이러한 효과는 일시적일 수 있으며 (1) 전극의 올바른 배치, (2) 개방 루프 VS 폐쇄 루프 자극, 즉 일정한 자극 또는 A와 관련이 있을 수 있습니다.I. 전달 시스템[26] 모니터링 및 (3) 자극기의 교정, 따라서 이러한 부작용은 잠재적으로 가역적일 수 있습니다.[27]

수술 중 뇌가 약간 움직일 수 있기 때문에 전극이 특정 위치에서 이동하거나 이탈할 수 있습니다.이로 인해 성격 변화와 같은 더 심각한 문제가 발생할 수 있지만 전극 위치가 잘못되어 CT 스캔을 사용하면 비교적 쉽게 확인할 수 있습니다.또한 뇌내 출혈과 같은 수술 합병증도 발생할 수 있습니다.수술 후에는 뇌조직이 붓고 방향감각이 경미하며 졸음이 오는 것이 정상입니다.2-4주 후에 추적 관찰을 통해 봉합사를 제거하고 신경자극기를 켜고 프로그램을 합니다.[citation needed]

몇몇 파킨슨병 환자들은 깊은 뇌 자극을 받은 후 수영할 수 있는 능력을 잃었습니다.[28][29]

매커니즘

DBS의 정확한 작용 메커니즘은 알려지지 않았습니다.[30]다양한 가설들이 DBS의 메커니즘을 설명하려고 시도합니다.[31][32]

  1. 탈분극 차단:전류는 전극 부위 또는 근처에서 신경세포의 출력을 차단합니다.
  2. 시냅스 억제:이것은 자극 전극 근처의 뉴런에 대한 시냅스 연결로 축삭 말단을 활성화함으로써 뉴런 출력의 간접적인 조절을 야기합니다.
  3. 뉴런의 비정상적인 진동 활동의 비동기화
  4. 먼 뉴런을 활성화/차단하거나 느린 축삭을[2] 차단하는 해독 활성화

DBS는 개복술(즉, 성문골절개술) 또는 시상절개술(즉, 시상골절개술)과 관련된 이전 치료법의 진보를 나타냅니다.[33]대신 다발성 전극을 가진 얇은 납을 글로버스 팔리두스, 복강중추탈라미, 또는 시상하핵에 이식하고 전기펄스를 치료적으로 사용합니다.임플란트의 리드는 가슴 부위의 피부 아래 신경 자극기로 확장됩니다.[citation needed]

뇌세포와 신경전달물질의 생리에 미치는 직접적인 영향에 대해서는 현재 논의되고 있으나, 고주파 전기자극을 뇌의 특정 부위에 전달함으로써 증상을[34] 완화시키고 PD제제에 의한 부작용을 직접적으로 감소시켜 약물의 감소를 가져올 수 있고,[35]약물 요법을 더 견딜 수 있게 만드는 것도 가능합니다.[citation needed]

구성요소 및 배치

DBS 시스템은 이식형 펄스 발생기(IPG), 리드 및 익스텐션의 세 가지 구성 요소로 구성됩니다.IPG는 티타늄 하우징 안에 있는 배터리로 작동되는 신경 자극기로, 표적 부위의 신경 활동을 방해하는 전기 펄스를 뇌로 보냅니다.납은 4개의 백금이리듐 전극을 가진 폴리우레탄으로 절연된 코일 와이어이며 뇌의 하나 또는 두 개의 다른 핵에 배치됩니다.리드는 IPG에 연결되는데, IPG는 피부 아래로, 머리에서 목의 측면 아래로, 귀 뒤로, IPG는 쇄골 아래 피하에, 또는 경우에 따라 복부에 연결됩니다.[9]IPG는 증상 억제를 최적화하고 부작용을 제어하기 위해 신경과 의사, 간호사 또는 숙련된 기술자가 교정할 수 있습니다.[36]

DBS 납은 해결해야 할 증상의 유형에 따라 뇌에 배치됩니다.파킨슨씨가 아닌 본태성 떨림의 경우 납이 시상의 복강 중간핵 또는 조나인세르타(zona incerta)에 위치하며,[37] 디스토니아 및 PD(경직, 서맥/운동, 떨림)와 관련된 증상의 경우,납은 globus pallidus internus 또는 subthalamic nucleus에 배치될 수 있습니다; OCD 및 핵의 함몰을 위해; 후방 thalamic region 또는 periaqueductal gray에 대한 끊임없는 고통을 위해;[citation needed] 그리고 전방 thalamic nucleus에 대한 간질 치료를 위해.

세 가지 구성 요소 모두 몸 안에 외과적으로 이식됩니다.납 주입은 국소 마취 또는 전신 마취(예: 디스토니아증) 중에 이루어질 수 있습니다.두개골에 직경 약 14mm의 구멍이 뚫리고 프레임 기반 또는 프레임 없는 입체축을 사용하여 프로브 전극을 입체적으로 삽입합니다.[38]국소 마취 상태에서 깨어있는 절차 중에 사람의 피드백을 사용하여 영구 전극의 최적 배치를 결정합니다.수면 중에는 수술 중 MRI 유도를 통해 뇌 조직과 장치를 직접 시각화할 수 있습니다.[39]IPG 및 확장 리드의 설치는 전신 마취 상태에서 이루어집니다.[40]오른쪽 뇌는 신체의 왼쪽에 있는 증상들을 다루기 위해 자극을 받고 그 반대도 마찬가지입니다.[citation needed]

조사.

만성통증

신경병증성 통증에 대해서는 췌관주회색과 심실주회색을 자극하고, 신경병증성 통증에 대해서는 내캡슐, 복측후핵, 복측후핵을 자극하여 인상적인 결과를 얻었지만 결과는 다양합니다.난치성 암 통증을 가진 17명의 사람들을 대상으로 한 한 연구에서[41] 13명은 사실상 통증이 없는 것으로 나타났고, 오직 4명만이 중재 후 퇴원 시 오피오이드 진통제를 필요로 하는 것으로 나타났습니다.대부분의 사람들은 궁극적으로 오피오이드에 의존했습니다. 보통 삶의 마지막 몇 주 동안 말이죠.[42]환상지 통증에도 DBS가 적용되었습니다.[43]

주요 우울증 및 강박 장애

머리의 측면 X선:강박장애(OCD)에서 뇌심부 자극 42세 남성, 2013년 수술

DBS는 심각한 치료 저항성 우울증(TRD)을 가진 사람들을 치료하기 위해 소수의 임상 시험에서 사용되어 왔습니다.[44] TRD를 위한 DBS에는 아장수의 회전자, 후회전자,[45] 핵 침상,[46] 복측 캡슐/복측 선조체, 하악 척추를 포함한 다수의 신경해부학적 표적이 사용되어 왔습니다.그리고 측면 하베눌라.[44]우울증에 대한 DBS 개입의 최근 제안된 목표는 중앙 전뇌 다발의 상측 가지입니다; 그것의 자극은 놀랍도록 빠른 항우울 효과로 이어집니다.[47]

TRD에 대한 DBS의 초기 시험에서 적은 수치는 현재 최적의 신경 해부학적 표적의 선택을 제한합니다.[44]DBS를 우울증의 치료 모달리티로 뒷받침하기에는 근거가 부족하지만, 향후 이 시술이 효과적인 치료 모달리티가 될 수 있습니다.[48]실제로 우울증이 심한 사람들에게 자가 치료를 위해 휴대용 자극기를 제공한 사례가 있는 등 신경외과 문헌에 유익한 결과가 기록되어 있습니다.[49][50][51]

TRD와 OCD에 대한 DBS의 체계적인 검토는 23건, OCD에 대해 9건, TRD에 대해 7건, 그리고 둘 다에 대해 1건이 확인되었습니다."[A]약 절반의 환자가 극적인 호전을 보였습니다." 그리고 운동 장애가 있는 사람들의 나이에 비해 정신과 인구의 나이가 더 어린 것을 고려할 때 부작용은 "대체적으로 사소한 것"이었습니다.[52]복강 캡슐/복강 선조체 부위를 대상으로 하는 TRD 치료를 위한 DBS의 첫 번째 무작위 대조 연구는 16주 연구의 끝에서 활성 그룹과 가짜 그룹 간의 반응 속도에 유의한 차이를 보여주지 못했습니다.[53]그러나 TRD에 대한 복강 캡슐 DBS의 두 번째 무작위 대조 연구에서는 활성 DBS(44% 응답자)와 가짜 DBS(0% 응답자) 간의 응답률에 상당한 차이가 있음을 보여주었습니다.[54]중증 환자와 치료 저항성 환자에서 평균 60%의 반응을 보이는 OCD에 대해 DBS의 효능이 입증되었습니다.[55]이러한 결과를 바탕으로 미국 식품의약국(FDA)은 HDE(Humanitarian Device Exemption)에 따라 치료에 내성이 있는 OCD에 대한 DBS를 승인했으며, 이를 위해 시술은 전문가 자격을 갖춘 병원에서만 수행하도록 요구하고 있습니다.

TRD에 대한 DBS는 항우울제만큼 효과적일 수 있고 좋은 반응률과 관해율을 가질 수 있지만 부작용과 안전성은 더 완벽하게 평가되어야 합니다.일반적인 부작용으로는 "상처 감염, 수술 후 두통, 그리고 악화/분노심화된 기분"이 있습니다.[56]

기타 임상적용

디스토니아증을 가진 사람들의 DBS 결과는 긍정적인 효과가 종종 수주에서 수개월의 기간에 걸쳐 점진적으로 나타나는 경우가 있으며, 적어도 일부 경우에는 기능적 재구성의 역할을 나타냅니다.[57]이 시술은 약물에 내성이 있는 뇌전증 환자들에게 효과가 있는지 시험되었습니다.[58]DBS는 프로그램된 또는 반응성 자극으로 간질 발작을 줄이거나 없앨 수 있습니다.[citation needed]

조현병 환자의 중격 부위의 DBS는 경계심, 협동심, 그리고 행복감을 향상시키는 결과를 낳았습니다.[59]기면증과 복합 부분 발작이 있는 사람들은 또한 중격핵의 자가 DBS로 인한 행복감과 성적 생각을 보고했습니다.[50]

3mA에서는 좌측 해마에 깊이 전극을, 1mA에서는 우측 해마에 깊이 전극을 가진 뇌의 전기적 자극과 함께 오르가즘 황홀경이 보고되었습니다.[60]

2015년, 신경 외과 의사 Erich Fonoff[pt]가 이끄는 브라질 연구팀은 DBS를 위한 양방향 정위술이라고 불리는 전극의 동시 주입을 허용하는 새로운 기술을 설명했습니다.시술에 소요되는 시간이 줄어들고 정확성이 향상되는 것이 주된 장점입니다.[61]

2016년, DBS는 레트 증후군의 마우스 모델에서 학습과 기억력을 향상시키는 것으로 밝혀졌습니다.[62]더 최근의 (2018) 연구는 나이스알디비에스가 시냅스 기능, 세포 생존 및 신경 발생에 관련된 유전자를 과잉 조절하여 [63]해마 회로 기능의 복원을 설명하는 몇 가지 첫 단계를 수행한다는 것을 보여주었습니다.

뇌전증 표적

한 장기 추적 연구에 따르면 시상의 전핵을 표적으로 하는 DBS는 측두엽 뇌전증에 다소 더 효과적일 수 있으며 시간이 지남에 따라 효능이 증가할 수 있습니다.[64][65]

참고 항목

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