Neurofunction > Volume 18(2); 2022 > Article
본태떨림 완화를 위한 손목에 착용한 경피적구심성패턴자극요법

Abstract

Transcutaneous afferent patterned stimulation (TAPS), also referred to as non-invasive peripheral nerve stimulation, at the wrist provides a promising option for the management of essential tremor. This new wrist-worn neuromodulation method avoids the risks of surgical interventions and can be easily used at home. TAPS therapy is indicated to aid in the temporary relief of hand tremors following stimulation in adults with essential tremor. No serious device-related side effects have been reported. Future studies will be needed to determine the optimal parameters of stimulation. This article introduces a wrist-worn TAPS device and reviews the tremor-reducing mechanism and the clinical effectiveness of TAPS therapy for essential tremor.

서론

1960년 Hassler 등[1]이 추체외로운동질환에서 정위수술의 생리적 반응을 토대로 이상운동증에 정거장 역할을 하는 시상핵의 역할을 발표한 1960년대 이후 시상의 중간복측핵(ventral intermediate nucleus, VIM)이 약물로 조절되지 않는 떨림(tremor)의 수술에 가장 효과적인 부위로 알려졌다. 고주파를 이용한 시상파괴술(thalamotomy)을 유용한 치료법으로 이용해 왔으나 시상의 뇌심부자극술(deep brain stimulation, DBS)이 양측의 시상파괴술보다 효과적이며 부작용이 적어 1997년에 미국식품의약청(Food and Drug Administration, FDA) 승인을 받았으며, 가장 우수한 치료법으로 인정받고 있다[2,3]. 이후 감마나이프, 그리고 2016년에 FDA 승인을 받은 자기공명영상유도하 고집적초음파(magnetic resonance-guided focused ultrasound)를 이용한 시상파괴술이 국내에서도 시행되고 있다[4,5]. 약물로 조절되지 않는 본태떨림(essential tremor)에서 시상의 DBS가 효과적으로 떨림 조절을 할 수 있음에도 환자들의 치료방법 선택에 있어 DBS의 기계 삽입 및 침습적 수술로 여전히 보편화되지 못하고 있으며, 다른 시상파괴술의 수술방법에도 제약이 있어 수술치료의 적응증이 되는 본태떨림을 가진 환자들의 삶이 불편함을 겪고 치료가 지연되는 경우가 많다. 시상파괴술의 중요한 합병증으로 근긴장저하와 감각이상 등이 있다. 고주파 열치료는 DBS와 같이 실시간 임상적 반응 평가가 가능하나 그에 따른 침습적 수술에 따른 문제점이 있으며, 감마나이프 방사선수술은 실시간 임상 반응 평가를 할 수 없고 지연성 효과와 병변의 크기의 부정확성 등이 있다. 최근에 자기공명영상유도하 고집적초음파 수술은 다른 수술 방법에 비해 비교적 안전하게 적용할 수 있으나 폐쇄공포증, 두개골이 두꺼운 경우에는 적용하기 어려우며 수전증의 일측에만 적응증이 된다.
최근에는 비침습적말초신경자극(non-invasive peripheral nerve stimulation), 일명 경피적구심성패턴자극(transcutaneous afferent patterned stimulation, TAPS) 요법이 2018년에 본태떨림에서의 사용을 위해 FDA 승인을 받았다[6]. 이는 비침습적인 신경조절 치료로 말초신경 자극을 위하여 손목에 착용하여 전극 자극을 주는 장치로 손쉽게 이용할 수 있는 이점이 있다. 저자는 TAPS의 치료 작용 기전, 기기 소개와 치료 효과에 대해 문헌고찰을 통해 소개하고자 한다.

작용 기전

떨림은 율동적인 불수의적인 진동으로서 심한 병적 진전인 경우에 일상생활에 장애를 일으킬 수 있다. 본태떨림은 성인에서 가장 흔한 형태의 진전으로 4-12 Hz의 자세떨림(postural tremor) 혹은 활동떨림(action tremor)의 특징을 갖고 있다[7,8]. 상지에서 가장 흔하게 발생하며 머리, 목소리, 체부 혹은 하지에서도 발생할 수 있다. 본태떨림은 병태생리학적으로 대뇌 피질-뇌교-소뇌-시상-대뇌 피질로 연결되는 신경회로 내의 병적인 진동 활동(oscillatory activity)의 결과라고 일반적으로 알려져 있다[9,10]. 시상의 VIM이 떨림을 조절하는 데 특히 중요한 역할을 하고 VIM에 소뇌의 입력의 소실은 시상-대뇌 피질 부위에 떨림의 밑바탕이 되는 병적인 진동으로 이어진다[11-13].
손목의 말초신경으로부터 구심성 신경전달은 시상의 VIM과 미복측핵(ventral caudalis nucleus) 사이 경계 근처에 위치하게 되는데 이 부위는 진전의 감소를 위한 수술 목표점과 겹치는 부위이다[12,14]. DBS 전극을 VIM에 삽입한 본태떨림 환자를 대상으로 한 정중신경(median nerve) 자극의 체성감각 유발 전위(somatosensory evoked potential, SEP)로 시상과 두피의 SEP를 시행한 연구에서 정중신경의 SEP가 대뇌 피질에 신호를 보내고 난 후에도 VIM은 활성화된 상태로 남아 있었고 대뇌 피질로 전달되는 과정에서 VIM으로 이행되는 연결을 보여주었다[15]. 본태떨림 환자를 대상으로 손목의 근전도검사와 뇌파검사를 동시에 측정한 검사에서 떨림 주파수가 일치하는 결과를 보였다[7]. TAPS는 환자의 측정된 본태떨림의 주파수를 이용하여 정중신경과 요골신경을 반복적으로 자극하여 발생한 활동전위를 시상에 전파한다. 신호를 받은 VIM과 대뇌 피질에 반복되는 파열(burst) 반응을 가진 특정한 떨림 신경세포들이 시상-대뇌 피질의 병적인 진동 활동의 동기화(synchronization)를 유발하여 관련된 신경회로를 조정하여 떨림을 감소시킨다고 추정한다[16,17]. 그러나 파열 반응의 SEP의 역할에 대해서는 더 연구가 필요하다. 감각신경계의 파열 신경세포들은 억제성과 흥분성의 기능을 가진 형태들이 알려져 있다[18,19]. 최근에 Mayo Clinic에서 본태떨림 환자를 대상으로 TAPS 요법를 치료받고 증상 호전을 보였던 환자들에서 18F-fluorodeoxyglucose를 사용한 양전자방출단층촬영상에서 동측의 소뇌 반구에서 대사과다증(hypermetabolism)과 반대측의 소뇌반구에서는 대사저하증(hypometabolism)을 보였다. 이들의 떨림 증상의 호전은 TAPS 요법이 소뇌의 대사과정의 변화를 통한 소뇌-전운동피질을 연결하는 신경회로와 연관성을 보여준다[20]. 한편 가능성이 있는 다른 작용 기전으로 감각 입력의 조작에 의한 신경회로의 조절에 따른 떨림 감소에 대한 연구도 필요하다[21].

경피적구심성패턴자극 장치의 구성 및 사용법

본태떨림 완화를 위한 비침습적인 신경조절 치료로 말초신경을 자극하기 위하여 손목에 착용하여 사용하는 장치로 FDA에 승인을 받은 기기는 Cala Trio device (Cala Health, Inc., Burlingame, CA, USA)이다[6,22,23]. 이 장치는 전기 자극기(electrical stimulator) 1개, 탈부착 밴드(detachable band) 1개와 장치 거치대(base station)로 구성되어 있다. 손목에 착용하는 장치는 손목시계 모양과 유사하다. 시계의 모양에 해당하는 전기 자극기는 시계의 줄에 해당되는 탈부착 밴드에 부착하여 사용한다(Fig. 1A). 전기자극기는 밴드에 자극 패턴을 전달하고 떨림 주파수를 측정하는 가속도계(accelerometer) 센서가 있다. 장치 거치대는 전기 자극기 장치를 충전한다. 탈부착 밴드에는 손목의 정중신경과 요골신경 위에 부착하는 활동 전극(active electrode) 2개, 반대편 손목의 등쪽(dorsal side)에 부착하는 1개의 전극이 있다(Fig. 1B). 자극하는 손에 따라 좌측 손목용과 우측 손목형이 있다. 손목 둘레 굵기에 따라 소(13.5-15.4 cm), 중(15.5-17.4 cm), 대(17.5-19.5 cm)의 크기와 전극들은 2.2×2.2 cm 사각형의 hydrogel electrodes로 손목 굵기에 따라 전극 사이 간격이 소(1.3 cm), 중(1.8 cm), 대(2.3 cm)로 배열되어 있다. 부착은 떨림이 심한 손에 하며, 양측 손의 떨림의 세기가 비슷한 경우에는 자주 사용하는 손(dominant hand)에 한다. 손목에 착용하기 전에 특별한 다른 피부 처치 준비는 필요하지 않지만 물에 손목 주변을 적셔주고 가볍게 닦는다.
기기의 사용을 위해서는 손목 밴드 장치를 손목에 정중신경과 요골신경 위에 활동 전극이 닿도록 바르게 착용한다. 손 떨림의 주파수를 측정하기 위해 양손을 앞으로 뻗은 자세를 유지하는 자세를 20초간 취한다(Fig. 2). 기계 장치는 중간의 10초간 발생하는 떨림의 최대주파수를 측정하여 개별 특정한 자극을 위한 파형(waveform)으로 변환시켜 준다. 자극 파형은 떨림 주파수와 동일한 주파수로 중앙신경과 척골신경 간의 교차로 된다. 자극은 주파수(frequency) 150 Hz에 펄스 폭(pulse width)은 300 μsec, 그리고 펄스 사이 50 μsec 펄스 간 주기로 균형 잡힌 양극 펄스로 이루어져 있다. 자극 세기는 0.25 mA 단계로 정중신경과 척골신경의 말초신경의 감각영역인 손과 손가락에 감각이상(paresthesia)이 나타날 때까지 단계적으로 높여서 감각이상, 근육수축의 부작용들이 유발되지 않는 안정된 반응을 보이는 최고 세기의 단계에서 최종적으로 프로그래밍을 세팅한다. 일반적으로 한 번의 자극 시 40분 동안 하루 2회씩 시행한다.

임상효과

Lin 등[24]은 본태떨림 환자 23명을 대상으로 무작위적 맹검연구에서 TAPS 요법으로 치료받은 환자군이 치료받지 않은 대조군에 비해 본태떨림의 손 떨림이 60%에서 유의 있는 감소를 보여주었으며 부작용은 3명의 치료 받은 군에서 전극을 붙인 부위에 일시적인 발적, 가려움 외에는 기계와 관련된 다른 부작용은 발생하지 않았다고 보고하였다. Pahwa 등[22]은 본태떨림 환자 77명을 대상(자극 치료 대상군 40명, 치료받지 않은 대조군)으로 손목에 착용하는 말초신경자극장치인 Cala device를 이용하여 일회성 40분간 자극 치료 후 즉시 평가한 자극 치료를 받은 군에서 치료를 받지 않은 대조군에 비해 상지 떨림의 Archimedes spiral drawing scores상에서는 유의 있는 효과를 보여주지 않았으나 객관적인 일상생활척도에서 치료 받은 군(49% 감소)이 치료받지 않은 대조군(27%)에 비해 유의 있는 효과를 보여 주었다. 부작용으로 2명의 치료받은 군에서 피부 자극 반응을 보였으나 경증이었고 저절로 24시간 내에 소실되었다. Yu 등[23]은 본태떨림 환자 15명을 대상으로 TAPS 요법으로 40분간 치료한 후 적어도 1시간 이상 상지 떨림의 감소를 볼 수 있었다고 보고하였다. Isaacson 등[6]은 26개의 병원에서 본태떨림 환자 263명을 대상으로 Cala device를 이용하여 가정에서 하루에 2회 3개월간 사용한 최종 205명의 환자의 전향적인 연구결과를 발표하였다. 치료 전과 비해서 21,806 횟수로 치료한 후에는 본태떨림 평가척도상 62%, 환자평가 일상생활척도상 68%에서 떨림의 정도가 고도 혹은 중등도에서 경도 혹은 미미한 정도로의 호전을 보였으며, 장치의 가속도계로 측정한 결과 환자의 92%에서 호전을 보였다. 환자의 54%에서 떨림 힘(tremor power)은 50% 이상의 호전을 경험하였다. 기기 장치와 관련한 부작용(손목 불편, 피부 자극, 통증)은 환자의 18%에서 발생하였으나 심각한 부작용은 없었다. TAPS 요법의 금기증은 전기 장치가 몸에 이식된 환자, 손목에 삽입된 금속이 있는 환자, 간질이나 경련 발작 질환이 의심되거나 진단된 환자, 손목에 피부 질환을 앓고 있거나 치료받은 병력이 있는 환자, 임신이 의심되거나 임신한 환자에 해당된다. 사용하지 말아야 할 경우는 수면중, 목욕중, 운전중, 혹은 기계를 작동하고 있는 중, 그리고 목, 가슴, 혹은 머리에 개방 상처가 있거나 발진, 피부 감염이 있는 경우이다. 부작용으로 손목의 피부에 닿는 부위에 경도에서 중등도의 피부 자극 반응(전기 자극 화상, 발진, 가려움)이 발생할 수 있다.

결론

비침습적인 신경조절 치료로 말초신경 자극을 위하여 손목에 착용하여 전극 자극을 주는 TAPS 요법은 약물로 조절되지 않는 본태떨림을 가진 성인 환자에서 치료 받은 손 떨림에 일시적인 완화에 도움을 준다. 기존의 다른 수술 치료 방법에 비해 일시적인 피부 자극에 대한 반응 이외에는 심각한 부작용은 없고 손쉽게 접근이 가능한 이점이 있다. 본태떨림의 효과적인 치료의 효과를 위해 자극기 프로그램 조절에 대한 연구들이 필요하다.

NOTES

CONFLICTS OF INTEREST

No potential conflict of interest relevant to this article was reported.

Fig. 1.
A wrist-worn neuromodulation device for transcutaneous afferent patterned stimulation. (A) Electrical stimulator. (B) Detachable band with electrode placement.
jksfn-2022-00220f1.jpg
Fig. 2.
Outstretched posture held for device calibration.
jksfn-2022-00220f2.jpg

REFERENCES

1. Hassler R, Riechert T, Mundinger F, Umbach W, Ganglberger JA. Physiological observations in stereotaxic operations in extrapyramidal motor disturbances. Brain 1960;83:337-50
crossref pmid
2. Benabid AL, Pollak P, Seigneuret E, Hoffmann D, Gay E, Perret J. Chronic VIM thalamic stimulation in Parkinson’s disease, essential tremor and extra-pyramidal dyskinesias. Acta Neurochir Suppl (Wien) 1993;58:39-44
crossref pmid
3. Giordano M, Caccavella VM, Zaed I, Foglia Manzillo L, Montano N, Olivi A, et al. Comparison between deep brain stimulation and magnetic resonance-guided focused ultrasound in the treatment of essential tremor: a systematic review and pooled analysis of functional outcomes. J Neurol Neurosurg Psychiatry 2020;91:1270-8
crossref pmid
4. Cho KR, Kim HR, Im YS, Youn J, Cho JW, Lee JI. Outcome of gamma knife thalamotomy in patients with an intractable tremor. J Korean Neurosurg Soc 2015;57:192-6
crossref pmid pmc
5. Park SH, Chang JW. Transcranial focused ultrasound, a new paradigm in neurosurgery: from past to future and from theory to practice. J Korean Ster Func Neurosurg 2019;15:1-9
pdf
6. Isaacson SH, Peckham E, Tse W, Waln O, Way C, Petrossian MT, et al. Prospective home-use study on non-invasive neuromodulation therapy for essential tremor. Tremor Other Hyperkinet Mov (N Y) 2020;10:29
crossref pmid pmc
7. Hellwig B, Häussler S, Schelter B, Lauk M, Guschlbauer B, Timmer J, et al. Tremor-correlated cortical activity in essential tremor. Lancet 2001;357:519-23
crossref pmid
8. Bhatia KP, Bain P, Bajaj N, Elble RJ, Hallett M, Louis ED, et al. Consensus statement on the classification of tremors. from the task force on tremor of the International Parkinson and Movement Disorder Society. Mov Disord 2018;33:75-87
crossref pmid pmc pdf
9. Haubenberger D, Hallett M. Essential tremor. N Engl J Med 2018;378:1802-10
crossref pmid
10. Hallett M. Tremor: pathophysiology. Parkinsonism Relat Disord 2014;20 Suppl 1:S118-22
crossref pmid
11. Filip P, Lungu OV, Manto MU, Bareš M. Linking essential tremor to the cerebellum: physiological evidence. Cerebellum 2016;15:774-80
crossref pmid pdf
12. Milosevic L, Kalia SK, Hodaie M, Lozano AM, Popovic MR, Hutchison WD. Physiological mechanisms of thalamic ventral intermediate nucleus stimulation for tremor suppression. Brain 2018;141:2142-55
crossref pmid pmc
13. McIntyre CC, Hahn PJ. Network perspectives on the mechanisms of deep brain stimulation. Neurobiol Dis 2010;38:329-37
crossref pmid pmc
14. Hanajima R, Chen R, Ashby P, Lozano AM, Hutchison WD, Davis KD, et al. Very fast oscillations evoked by median nerve stimulation in the human thalamus and subthalamic nucleus. J Neurophysiol 2004;92:3171-82
crossref pmid
15. Klostermann F, Wahl M, Schomann J, Kupsch A, Curio G, Marzinzik F. Thalamo-cortical processing of near-threshold somatosensory stimuli in humans. Eur J Neurosci 2009;30:1815-22
crossref pmid
16. Cardin JA, Palmer LA, Contreras D. Stimulus-dependent gamma (30-50 Hz) oscillations in simple and complex fast rhythmic bursting cells in primary visual cortex. J Neurosci 2005;25:5339-50
crossref pmid pmc
17. Canolty RT, Edwards E, Dalal SS, Soltani M, Nagarajan SS, Kirsch HE, et al. High gamma power is phase-locked to theta oscillations in human neocortex. Science 2006;313:1626-8
crossref pmid pmc
18. Chagnac-Amitai Y, Connors BW. Synchronized excitation and inhibition driven by intrinsically bursting neurons in neocortex. J Neurophysiol 1989;62:1149-62
crossref pmid
19. Swadlow HA. Fast-spike interneurons and feedforward inhibition in awake sensory neocortex. Cereb Cortex 2003;13:25-32
crossref pmid
20. Barath AS, Rusheen AE, Min HK, Lee J, Ross E, Shin S, et al. Brain metabolic changes with longitudinal transcutaneous afferent patterned stimulation in essential tremor subjects. Tremor Other Hyperkinet Mov (N Y) 2020;10:52
crossref pmid pmc
21. Pozos RS, Iaizzo PA. Effects of topical anesthesia on essential tremor. Electromyogr Clin Neurophysiol 1992;32:369-72
pmid
22. Pahwa R, Dhall R, Ostrem J, Gwinn R, Lyons K, Ro S, et al. An acute randomized controlled trial of noninvasive peripheral nerve stimulation in essential tremor. Neuromodulation 2019;22:537-45
crossref pmid pmc pdf
23. Yu JY, Rajagopal A, Syrkin-Nikolau J, Shin S, Rosenbluth KH, Khosla D, et al. Transcutaneous afferent patterned stimulation therapy reduces hand tremor for one hour in essential tremor patients. Front Neurosci 2020;14:530300
crossref pmid pmc
24. Lin PT, Ross EK, Chidester P, Rosenbluth KH, Hamner SR, Wong SH, et al. Noninvasive neuromodulation in essential tremor demonstrates relief in a sham-controlled pilot trial. Mov Disord 2018;33:1182-3
crossref pmid pmc pdf
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