피부 감각기관의 전기 자극방법 및 장치 document_id A220623052133

다른 것과 경쟁적으로 상호 작용하는 피부 내의 다른 감각 능력(In the skin different sensory qualities interact competitively with one another)(Schmidt R F 1971). 척추동물의 중앙 신경 시스템에서 프리시냅스 억제(Presynaptic inhibition in the vertebrate central nervous system). Ergebn. Physiol.63:20-101; Melzack R et al.(1965). 통증 메커니즘(Pain mechanism): 새로운 이론. 통증 지각과 반응이 인지되기 전 피부로부터 감각 입력을 조절하는 게이트 조절 시스템(A gate control system modulates sensory input from the skin before it evokes pain perception and response). Science 150: 971-979; McMahon S B et al.(1992). 가려움의 해석(Itching for an explanation). Trends in Neurosci. 15/12:497-501; Ward L et al.(1996). 실험적으로 유발된 가려움과 통증에 있어서 유독하거나 독성이 없는 반자극제 영향의 비교(A comparison of the effects of noxious and innocuous counterstimuli on experimentally induced itch and pain). Pain 64:129-138. 진행 중의 통증을 억제하는 기계적인 자극(Mechanical stimulation inhibits ongoing pain(Wall P D et al.(1960). 통증, 가려움, 그리고 진동. A.M.A.Archives of Neurology 2: 365-375; Sjolund B H et al.(1990). 피부를 통하여 이식된 말초 신경의 전기적 자극(Transcutaneous and implanted electric stimulation of peripheral nerves). In: J. Bonica(ed) : Management of Pain, 2nd edition, Lea 0026# Fegiber, Philadelphia, p 1852-1861. 70년대에 개발된 촉각과 통증 경로 사이의 상호작용을 이용한 경피성 전기 신경 자극[To utilize the interactions between tactile and pain pathways, transcutaneous electrical nerve stimulation (TENS)].[Flowerdew et al.(1997); Osiri et al,(2003)]. 이 방법은 신경이 자극되도록 피부 위에 부착된 표면 전극을 사용한다. 자극 강도(intensity)에 따라서, Aβ 섬유로 분류되고 촉각 정보를 전달하는 주된 큰 신경 섬유들은 활성화된다. 경피성 전기 신경 자극(이하, 'TENS'라 칭한다)의 다른 형태는 병원에서 알려지고 자주 사용된다. 전통적인 TENS는 촉각 Aβ 섬유들에 대해 고 주파수 자극을 사용한다. 다른 TENS의 형태는 근육들로부터 깊은 구심성 신경(afferents)을 활성화하기 위해서 개발되었다(Sjolund et al. 1990). 이 경우 TENS는 근육 수축(contraction)을 유발하는 강도에 있어서 낮은 주파수가 적용된다. 두 방법들은 비록 작용 메커니즘이 다르게 보여지지만 무통각(analgesia)을 제공하는 것으로 보인다(Sjolund et al.1990). 그러나 TENS는 C 섬유로 분류된 비 미엘린화된(non-myelinated) 섬유들의 자극에 있어 적절하지 않다. TENS 사용에 있어서 C 섬유들을 활성화하는데 필요한 역전류(threshold current)는 매우 높고 따라서 내성(tolerated)이 생길 수 없다. TENS 의 치료효과는 Flowerdew 와 Goadsby(1997), Osiri et al (2003)에 의해 요약된다. 아픈 자극에 반응하는 시스템(nociceptive system)(여기에는 가려움을 포함한다)의 하부 양식(submodalities), 예를 들면 Aδ/C 섬유들의 저 주파수 전기 자극, 즉 얇은 미엘린화된(myelinated) 섬유들과 비 미엘린화된(non-myelinated) 섬유들 사이에서 발견된 특히 강한 상호작용들은 아마도 양 생체조건 안에서(in vivo) 아픈 자극에 반응하는 C 섬유 전송의 지속적인 억압 작용(durable depression)의 원인일 것이다.(Sjolund B H. 1985). 쥐(rats)에 있어서, 굴곡부 반사(flexion reflex)를 유발하는 C 섬유의 말초 신경 자극 억제(Peripheral nerve stimulation suppression). Part 1 : 연속된 자극의 매개변수. J. Neurosurg.63:612-616; Sjolund B H(1988). 쥐(rats)에 있어서, 굴곡부 반사(flexion reflex)를 유발하는 C 섬유의 말초 신경 자극 억제(Peripheral nerve stimulation suppression). Part 2 : 피부와 근육의 구심성 신경(afferent nerves)의 낮은 비율의 연쇄(train) 자극 매개변수. J.Neurosurg. 68 : 279-283; Klein T et al. (2004). 인체(in humans)(J.Neurosci. 24:964-71)와 생체 조건 밖에서(in vitro)의 척수 준비(spinal preparation)에 있어서 아픈 자극에 반응하는 장기간의 기능 강화(potentiation)와 장기간의 기능 저하(depression)의 인식된 상호관련성(Perceptual correlates)(Sandkuhler et al,1997). 더욱이, 독성 있는 기계적인 자극은 촉각 Aβ와 스크래칭(scratching)과 같은 아픈 자극에 반응하는 C 섬유들을 강하게 활성화하여 가려움(itch)을 감소시킨다. 이들 상호작용들은 체성감각 시스템(somatosensory system), 예를 들면 척수의 배각(dorsal horn of the spinal cord) 내에서 여러 단계로 일어난다(Melzack et al. 1965, Cervero F et al.1979). "substantia gelatinosa Rolandi of the cat's spinal cord"(Quart. J. Exp. Physiol.64:297-314)와 "the thalamus"(Olausson B et al. 1994)에 기재된 뉴런들의 전자 생리 연구(electrophysiological study). 고양이에 있어서, 감마 아미노뷰트르산(gamma-aminobutyric acid) 메커니즘에 의해 전달된(mediated) 아픈 자극에 반응하는 시상 세포(thalamic cells)들의 등쪽난 억제(Dorsal column inhibition)(Acta Physiol. Scand.152:239-247.). 시상세포들은 국소해부적으로(topographically) 잘 조직화되어 있다. 그러므로 가려움과 통증을 느끼는 몸의 부위에 연관된 부위를 국부적으로 자극하는 것이 중요하다. 가려움과 통증의 안정을 위해 Aδ와 C 섬유를 포함한 얇은 구심성 섬유들을 자극할 수 있도록 새로운 기술, 즉 피부 영역 자극(Cutaneous Field Stimulation:CFS)(이하, 'CFS'라 칭한다)이 소개되었다.(Schouenborg, 1995; Nilsson et al, 1997, Nilsson and Schouenborg, 1999; Nilsson et al, 2003, 2004). CFS는 국소해부적으로(topographically) 제한되고 참을 수 있는 얇은(Aδ 와 C) 피부 섬유의 전기적인 자극을 허용하지만, Aβ 섬유들의 자극에는 사용되지 않는다. CFS는 2cm 간격으로 규칙적으로 고정된 바늘 모양의 전극들이 다중 배열되어 있는 탄성 고무판을 사용한다. 각 전극은 판으로부터 2.0mm 돌출된 약 2.0mm 직경의 상승된 "멈춤 장치(stop-device)"에 의해 둘러쌓여 있다. 전극 팁(tip)은 일반적으로 멈춤 장치로부터 0.3mm정도 돌출한다. 피부에 대하여 전극 판을 천천히 가압할 때, 전극 팁은 표피(epidermis)와 일부 진피(dermis) 표면 내의 감각기관(receptors)에 가까이 삽입된다(Kruger et al,1985). 전극들은 전기적으로 분리된 표피의 각질(horny) 층을 가로지르고, 전류 밀도(current density)는 날카로운 전극 팁 근처에서 높기 때문에, 피부 신경 섬유들을 자극하기 위해 요구되는 전압과 전류는 작은데, 각각 일반적으로 10V 보다 작고 0.8mA까지의 범위이다. 전류밀도가 거리에 따라 급속하게 감소함에 따라, 국부적인 자극이 이루어진다. 전극들은 일정한 전류 자극기와 연결되어 연속적으로 자극되고, 각 전극은 5-45min의 치료 기간동안 1-10Hz(진동기간 1.0ms)의 주파수가 적용된다. 자가 점착성 표면 (TENS) 전극은 양극으로 되고, 보통 바늘 모양의 전극 판으로부터 약 5~30cm 정도 떨어져서 위치한다. CFS의 치료효과는 Nilsson et al.,2004에 의해 요약된다. 단단한 전극 판 위의 바늘들의 배열은 선행 기술에 알려져 있다. 이들 기술에서 피부 만입부(indentation)를 조절하는 것은 바로 바늘들의 길이이다. 이는 대부분의 신체 부위가 곡선 모양이라는 사실 때문이다. 그러한 전극 판들은 한정된 피부 깊이에 있어서, 다중 바늘 전극의 조절된 피부 침투를 허용하지는 않는다. 현재 기술의 단점은 다음과 같다. 1. 다른 감각 양상(modalities)과 Aδ/C 섬유들의 강한 효과 사이의 강한 상호작용이 있다면, 동일 장치에서 Aβ 섬유 자극(TENS와 같은)과 Aδ/C 섬유 자극(CFS와 같은)의 효율적인 결합에 있어 상당한 이익이 된다. Aδ/C 섬유 자극의 회피(aversiveness)는 동시 발생하는 A/β 섬유 자극에 의해 가려질 수 있다. 그러나 다중 판들에서 허용될 수 있는 방법(tolerable way)인 Aβ 섬유들의 효과적인 자극과 한정된 피부 영역 내에서 바늘 모양의 전극 모형들을 이용한 Aδ/C 섬유들의 연속된 자극을 결합할 수 있는 방법은 알려져 있지 않다. 더욱이, 하나의 치료에서 TENS와 CFS를 조합하는 방법은 알려져 있지 않다. 2. CFS가 시행되는 동안, 따끔한(pricking) 통증이 유발된다. CFS 진행시, 처음에는 불편하고 민감한 피부를 갖는 아이나 어른들은 참지 못한다. 현재 기술에서는 자극 강도를 점차적으로 증가하는 것 이외에는 이 문제의 해결책은 없다. 3. 피부 Aδ/C 섬유 자극을 위한 알려진 장치는 피부에 쉽게 적용할 수 없다. 예를 들면 CFS 기술은 피부에 전극 판을 부착하기 위해 붕대(bandage)를 이용한다. 어떤 상황에서 이것은 비현실적이고 따라서 의사 지시에 대한 환자의 수용 상태(patient compliance)는 감소한다. 이 방법은 전극 세트(ensemble)의 부착을 쉽게 하고 동시에 상당히 효과가 있는 붕대에 의존함 없이 피부의 한정된 깊이에 전극 팁을 유지한다. 4. 전극 판을 사용하는 Aδ/C 섬유들의 다중 채널(multi-channel) 전극 자극을 위한 알려진 방법은 판에 의해 덮여진 피부 영역으로부터 습기가 증발하는 것을 허용하지 않는다. 이것은 판과 피부 사이에 습기가 축적되게 한다. 이것에 의해 활성 전극과 기준 전극 사이에 전기적인 펄스가 단락될 수 있다. 더욱이, 이것은 전극 판들 아래, 예를 들면, 소석고(plaster of paris)의 장기간 사용을 막는다. 이는 피부가 종종 소석고의 밑에서 매우 가렵게 되기 때문이다. 이것은 명백한 단점이다. 5. 선행 기술에서 알려진 전극들은 WO 93/23112에 기재된 것처럼 CFS 판으로부터 돌출되고, 전극을 둘러싼 멈춤 장치의 전극과는 다른 전도성 물질로 만들어진다. 이 배열은(arrangement) 제조과정 동안 만들어진 돌출된 전극 팁의 길이와 함께 정확성을 감소시킨다. 피부에서의 깊이를 조절하는 것이 중요하기 때문에, 이것은 명백히 단점이다.