투고일: 2015년 12월 8일, 심사일: 2016년 1월 5일, 게재확정일: 2016년 1월 7일 책임저자：송영진, 서울시 송파구 올림픽로43길 88
(05505) 서울아산병원 재활의학과 작업치료실 Tel: 02) 3010-3758, Fax: 02) 3010-6672 E-mail: [email protected]
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기능적 전기자극치료의 임상적 적용: 자극 강도와 전극의 위치
송영진
서울아산병원 재활의학과 작업치료실
Clinical Application of FES for Swallowing: Intensity Levels and the Placement of Electrode
Young Jin Song, O.T., M.S.
Occupation Therapy, Department of Rehabilitation Medicine, Asan Medical Center, Seoul, Korea
When treating dysphagia, “Functional electrical stimulation” is used for the purpose of improving muscle function, which is useful for swallowing. During swallowing, contraction of suprahyoid muscle is one of the first events that triggers the swallowing reflex and helps the bolus prevent aspiration during swallowing. Moreover, one of the aims of Functional Electrical Stimulation (FES) on the neck is to augment the hyolaryngeal elevation. However, depend- ing on the current intensity and electrodes placement, the outcomes may vary. Although FES is a relatively new treatment method in comparison to traditional treatment techniques for dysphagia, presenting clear evidence and ef- fectiveness is uncertain due to the application of various techniques. Therefore, this study is designed to know the effects of FES according to intensity of stimulation and placement of electrode. (JKDS 2016;6:7-14)
Keywords: Dysphagia, NMES, FES, Suprahyoid muscle, Electrode
서론
전기 자극 치료는 전하의 전달을 통해서 신경 축삭 내의 활동전위를 이끌어내는 과정이다. 송신 신호의 강도에 의해 조절되는 신경신호는 시간 단위에서 발생하는 다수의 활동 전위의 기능이다. 충분한 전류가 축삭에 제공되는 곳에서는 축삭의 끝으로 전파되는 활동전위의 결과로 축삭 벽의 국소 적 탈분극이 발생된다1. 인체에 적용되는 전기 자극은 전극 의 위치에 따라 경피적 또는 표면적(transcutaneous or surface) 전기 자극, 피부 경유(percutaneous) 전기 자극, 삽입식(inplanted) 전기 자극으로 분류된다. 그중 경피적
전기 자극은 연하장애 환자를 위해 임상에서 가장 일반적으 로 사용하고 있으며 경피적 전기 자극 치료는 목적에 따라 감각 경로를 자극하는 방법과 근육 수축을 일으키는 방법이 있다. 경피적 전기 자극 치료는 기능적 전기 자극 치료 (Functional electrical stimulation: FES), 신경근 자극 치 료(neuromuscular electrical stimulation: NMES), 근육 전기 자극(Electrical muscular stimulation: EMS) 치료 등 다양한 용어로 불리어 지고 있는데 유용한 신체 기능을 이 끌어 내기 위해 자극이 근육 수축에 적용되었을 때 이를
‘기능적 전기 자극’이라 부른다. 전류의 강도는 목적하는 근 육에 가시적인 수축이 일어날 때까지 증가시키게 된다2. 연
하장애 환자의 치료에 있어 기능적 전기 자극 치료는 전통 적인 연하 치료 방법에 비해 상대적으로 최근에 새롭게 주 목받고 있는 치료 형태이기 때문에 이에 대한 관심과 치료 적용으로 이어지고 있다.
이러한 관심을 바탕으로 우리나라에서는 그동안 비급여 로 고시되어 적용에 제한이 있었던 연하 재활 전기 자극 치료가 급여화되면서(2015년 8월 1일 적용) 대상 및 적용이 광범위해질 것으로 예상된다. 우리나라 식약청에 등록되어 있 는 연하장애 치료 목적의 전기 자극 치료기에는 VitalStimⓇ 과 StimPlus DP 200Ⓡ이 있다. VitalStimⓇ은 2개의 채널로 구성된 경피적 전기 자극 치료기(VitalStim Experia; Empi Inc, St Paul, MN) 형태로 맥동율(pulse rate)은 5-120 Hz (mean, 80 Hz), 맥동 기간(pulse duration)은 100-300 μ secs, 맥동 주파수는 80 Hz (pulse frequency)로 고정되어 있으며 전류 강도는 0-25 mA 범위이다. 치료 매뉴얼은 턱 밑근, 방패목뿔근, 목뿔아래근, 얼굴의 깨물근을 조합하는 7가지 위치로 전극배열을 제시하고 있으며 1시간동안 시행 된다3. StimPlus DP 200Ⓡ은 2개의 채널로 구성된 전기 자 극 치료기로 맥동기간(pulse duration)은 100-500 μsecs, 맥동 주파수는 1-100 Hz이고 전류강도는 0-40 mA 범위로 조절이 가능하다5. StimPlus DP 200Ⓡ은 국내에서 제작된 치료기기로서 아직 적용과 효과에 대해 많은 연구가 진행되 지 않은 상태이다.
현재까지 연하장애 환자에게 전기 자극 치료를 시행함에 있어 대상과 목적, 시행 방법 등이 프로토콜화 되어 있지 않고 매우 다양하게 적용되고 있기 때문에 그 효과에 대해 명확한 근거와 결과를 제시하는 것은 어려운 상태이다1. 따 라서 이 종설의 목적은 자극의 정도, 전극의 위치에 따른 기능적 전기 자극 치료의 효과와 임상적 적용 효과에 대해 현재까지 정립된 내용을 중심으로 정리해 보고자 한다.
본론
1. 자극의 강도에 따른 효과
일반적으로 연하장애 개선을 위해 사용하는 경피적 전기 자극은 2가지 목적을 가지고 삼킴 근육에 시행되는데 ‘감각 경로’를 자극하는 것과 ‘근육수축’을 일으키는 것이다1. 감 각 경로의 자극은 반사궁의 반응을 일으키거나 가능한 대뇌 피질의 운동 재조직에 기여하는 감각 신경원의 상행 축삭을 자극하는 것이다. 전기 자극이 감각 신경원을 자극하기 위 해서 그리고 중추 신경계의 기능 또는 반사들을 변화시키기 위해 사용되었을 때 이 과정을 신경조절이라 부른다2. 감각 자극의 임계값은 일반적으로 환자가 목 피부에 따끔거리는
감각을 느끼는 가장 낮은 전류 레벨로 적용된다1. 두 번째 로 운동 신경원에 적용되었을 때 이것은 근 수축을 생성시 키기 위함이며 근 수축을 통해 신체 기능을 향상시키기 위 해 적용되었을 때 이를 ‘기능적 전기 자극’이라 부른다2. 전 류의 강도는 목적하는 근육에 가시적인 수축이 일어날 때까 지 증가시키게 된다. 이 수축은 지배되는 근육을 강화시키 고 가로무늬 근육의 위축을 예방할 수 있다1.
기능적 전기 자극을 통한 근육 강화 효과에 대해서는 두 가지 가설이 있다. 첫째, 기능적 전기 자극에 의해 유도되는 근육 강화는 자발적으로 운동한 것과 유사한 방식으로 발생 하며 근육 강화를 위한 프로토콜은 높은 외부 하중과 높은 강도의 근 수축을 이용하여 낮은 빈도로 시행하는 프로그램 이어야 한다는 것이다6. 또 다른 이론은 기능적 전기 자극 은 선택적으로 type II 근육을 동원하기 때문에 정상적인 근육 동원과는 역행되는 모집 패턴을 가진다는 사실에 초점 을 맞추고 있다. 일반적으로 type II 근육은 type I 근육보 다 강력한 힘을 가지고 있기 때문에 type II 근섬유의 동원 을 먼저 만들어내는 기능적 전기자극과 같은 방법은 자발 적 운동에서 생성되는 근력보다 더 많은 이익이 있다는 것 이다8,9. 즉 자발적 수축은 Type I 근섬유가 먼저 활성화되 고, 전기 자극 치료에서는 더 큰 비율로 Type II 근육 섬유 가 선택적으로 먼저 활성화된다는 차이점이 있다. 따라서 이러한 근 수축 패턴으로 인해 근육이 강화되고 기능의 향 상을 가져올 수 있는 장점을 보고하고 있다10. 그러나 기능 적 전기 자극 치료는 Type I의 지근 운동 단위의(slow- twitch motor unit) 수축보다는 서근 운동 단위(fast- twitch motor unit)의 근 수축을 더 많이 발생시킴으로 대 사 요구량이 많아져 반복치료를 시행했을 때 근 피로감이 쉽게 오며 심한 경우 근 손상이 올 수 있다는 단점도 보고 하고 있다7. 이렇게 다양한 이론적 주장에도 불구하고 임상 에서 기능적 전기 자극 치료의 적용은 근육들을 자극하고 수축시켜 근위축 예방과 근력 향상의 효과를 얻을 수 있다 는 기대감에서 적용되고 있는 상황이다1.
Clark 등10의 전기자극 치료의 효과에 대한 체계적 고찰 에서는 자발적 삼킴에 VitalStimⓇ 프로토콜을 이용하여 전 기 자극 치료를 시행한 4개의 연구 중 3개의 연구에서 대조 군 실험을 통해 전통적 연하치료 방법과 그 효과를 비교하 였음을 보고하였다. 이중 가장 큰 규모의 Freed 등12과 Blumenfeld 등13의 연구에서 전기자극 치료가 전통적 치료 에 비해 유의한 효과가 있다고 하였고 이 결과와는 반대로 Kiger 등11의 연구에서는 전통적 치료와 전기 자극 치료 두 군 간에 치료 전후에 유의한 기능 차이를 보이지 않았다고 하였다. 또 다른 연구에서는 연하장애 환자에게 VitalStimⓇ
을 적용하기 전과 후의 기능을 비교하였는데 경도에서 중등 도를 보이는 환자에서는 기능의 향상이 있었지만 중증의 환 자군에서는 유의한 차이가 없었다고 하였다11. 이러한 결과 들을 종합하여 기능적 전기 자극이 실제적으로 연하기능을 유지하는데 요구되는 근수축을 유도하고 근력향상의 효과 를 가져오게 되며 그 결과로 삼킴 기능의 향상을 가져올 수 있다는 점에서 가능성을 제시하고 있지만 각 연구의 질 적인 면을 고려하였을 때 그 결과의 적용에는 더 많은 근거 가 제시되어야 할 것이라고 하였다10.
최근 연구에서는 목뿔뼈와 방패연골 주변의 근육에 운동 수준의 강도로 전기 자극을 하게 되면 목뿔뼈와 후두의 전 상방 움직임보다는 하강 움직임이 유도된다는 결과에 따라 전기 치료의 효과에 대해 일부 논란이 있어 왔다15,16,17. Park 등18은 삼킴 기능 향상에 유익하지 않은 목뿔뼈와 방 패연골의 하강 움직임에 대항하여 노력 삼킴(Effortful swallow)을 유도하여 근육에 저항 운동을 실시하도록 하 였고 그 효과를 감각 수준의 전기 자극군과 비교하였다. 그 결과 노력 삼킴을 병행한 운동 자극군에서 후두 상승의 효 과가 있었다고 하였다. 그러나 이는 환자의 자발적인 근 수 축과 협응이 반드시 동반되어야 하기 때문에 전기 자극 치 료를 통한 단일 효과로는 보기 어렵다.
최근에는 피부의 표면에 전극을 부착하여 자극하는 방법 을 이용하였을 때 목적하는 근육을 선별하여 원하는 방향으 로 수축을 유도해내는 것에 대한 문제가 제기되면서 오히려 운동 수준의 근 수축을 유발하는 기능적 전기 자극 치료 보다는 낮은 강도의 전기 자극으로 시행하는 감각 자극 방 법이 인간의 대뇌피질의 지속적인 재조직화를 이끌어내기 때문에 삼킴 기능향상에 더 효과적이라는 연구도 제시되고 있다19. Gallas 등은 뇌졸중 후 연하장애가 있는 환자들을 대상으로 감각 수준의 자극을 시행하고 그 효과를 비교하였 는데 삼킴시 흡인 및 후두 잔여물이 감소하였고 삼킴 반응 시간도 유의하게 감소하였다고 하였다20. 또한 Beom 등5의 연구에서도 뇌 손상후 연하장애 환자에게 목뿔 위와 목뿔 아래근에 전기 자극 치료를 감각 수준으로 시행하였을 때 두군 모두에서 삼킴 기능 점수나 흡인감소의 비율이 향상되 었다고 하여 감각 수준의 전기 자극 치료가 효과가 있음을 제시하였다5.
위의 연구들에 따르면 전기 자극의 강도에 따라 삼킴 기 능의 효과는 다양한 결과들을 나타내고 있다. 그러나 일부 긍정적인 치료효과에도 불구하고 치료를 적용할 때 프로토 콜이 매우 다양하였고 연구설계에 있어 적은 수의 대상과 방법론적 문제들로 인해 연구 결과를 해석하는 데는 매우 주의가 요구되며 이러한 효과들을 치료에 적용하기에 아직
까지는 그 근거가 매우 불충분한 상태이다.
2. 전극의 위치에 따른 효과
목뿔뼈의 움직임과 후두의 상승은 자극하는 부위에 따라 움직이는 양상이 달라질 수 있다. 목뿔뼈과 후두의 상승에 관련된 목뿔 위근에는 턱목뿔근(mylohyoid muscle), 턱끝 목뿔근(Geniohyoid muscle), 두힘살근 앞힘살(anterior belly of digastric muscle)이 포함된다. 이 근육들은 목뿔 뼈 위에 위치하고 있으며 이 목뿔 위근의 수축은 연하 반사 를 유발하는 첫 번째 단계 중 하나이고, 전 상방으로 후두를 당기고 후두개 회전을 촉진하여 음식덩어리가 인두를 통과 하는 동안 흡인을 예방할 수 있게 도움을 준다4,21.
목뿔뼈 아래쪽에서 목뿔뼈 쪽으로 후두를 올려주는 유일 한 근육은 방패 목뿔근(Thyrohyoid muscle)이지만 이 근 육은 복장 목뿔근(sternohyoid muscles)과 어깨 목뿔근 (omohyiod muscle)과 같은 스트랩 근육 아래에 놓여있어 경피적 전기 자극으로 방패 목뿔근을 정확하게 자극하기 어 렵고 만약 목뿔뼈 아래에 전기 자극 치료를 시행하게 되었 을때 복장 목뿔근, 어깨 목뿔근, 복장 방패근(sternothyroid muscle) 등의 목뿔 아래근이 자극되어 목뿔뼈와 후두 내림 근으로 복잡하게 작용할 수 있게 된다고 하였다. 따라서 정 상 삼킴시 일어나는 근수축을 유도하기 위하여 기능적 전기 자극 치료를 적용할 때 자극하는 부위에 따라 근육의 움직 임은 매우 다양한 결과를 보일 수 있다2,4.
1) 턱밑 부위(목뿔위근)
전극의 두 쌍을 좌우 수평으로 배열하여 턱밑 영역의 피 부에 부착한다.(Fig. 1)
한 쌍은 턱 끝의 중앙에서 하악골 각의 중간 지점에 또 다른 한 쌍은 턱 끝의 중앙에서 목뿔뼈 가장자리의 중간 지점으로 전극을 위치시킨다22. 턱밑 부위에 전기 자극 치 료를 하게 되면 목뿔뼈 상승에 대해 해부학적으로 주요 역 할을 하고 있는 두힘살근 앞힘살과 턱목뿔근과 같은 근육 복합체를 강화하게 된다15,16. 두힘살근 앞힘살은 턱을 악물 었을 때 설골을 올리게 되고23 턱목뿔근은 아래턱 뼈의 위 쪽으로 목뿔뼈를 이동시키며 턱끝 목뿔근은 심부에 위치하 고 있어 아래턱뼈 내부를 향해 앞으로 목뿔뼈를 당기게 된 다16.
Lee 등23의 연구에서는 15명의 연하장애 환자를 대상으 로 턱 밑 부위에만 전기 자극 치료를 시행한 군과 턱밑과 방패연골 부위를 동시에 자극한 군으로 나누어 목뿔뼈와 후 두의 움직임, 삼킴 기능을 관찰하였다. 그 결과 목뿔뼈 위 근육에만 전기 자극 치료를 시행하였을 때는 목뿔뼈와 방패 연골의 전방 변위가 유의하게 관찰되었지만 방패 목뿔근을
Fig. 1. Submental area. Fig. 2. Submental & thyrohyoid (horizontal) area.
동시에 자극하게 되면 후두와 목뿔뼈의 하강 움직임이 나타 난다고 하였다. 따라서 피부 표면에서 시행되는 운동 수준 의 전기 자극 치료시 이러한 점을 고려해서 흡인의 위험을 예방해야 한다고 하였다. 또한 Nam 등22의 연구에서는 뇌 손상이 있는 연하장애 환자에게 전기 자극 치료를 적용하고 목뿔뼈와 후두의 운동학적 효과를 비교하였는데 목뿔 위근 에만 단독으로 전기 자극을 시행하였을때 목뿔뼈의 전방 이 동을 촉진한다고 하여 위의 연구와 같은 결과를 보였으며 자극 효과의 정도가 자극의 양과 상관 관계를 가지고 나타 난다고 하였다. 또한 Humbert 등15의 연구에서도 정상인 을 대상으로 10가지 방법으로 전극의 위치를 변형하면서 휴식할 때와 삼킬 때 전기자극 치료를 시행한 결과 턱 밑근 에만 위치시켰을 때보다는 방패 연골 주변에 전극을 부착하 였을 때 하강 움직임의 유의한 변화가 나타났다고 하였다.
즉 목뿔뼈와 방패 연골의 움직임이 아래로 하강하여 흡인의 위험성이 예고되었다.
2) 목뿔 위근과 목뿔 아래근 수평위치
한 쌍은 턱목뿔 위근, 다른 한 쌍은 방패 목뿔근 위에 부착한다.(Fig. 2)
Terre 등24의 연구에서는 신경학적 뇌손상이 있는 연하 장애 환자를 대상으로 기능적 전기 자극 치료를 시행하고 거짓 전기 자극 치료군과 그 효과를 비교하였다. 전극의 위 치는 한 쌍은 턱목뿔에 수평으로 두었고 다른 한 쌍은 방패 목뿔근에 수평으로 위치시킨 후 견딜 수 있는 강도로 자극 하였다. 그 결과 거짓 자극군에 비해 전기 자극군에서 인두 수축력이 증가하고 흡인의 위험이 감소되는 결과를 보였 다. Freed 등12과 Lim 등29도 Fig. 2와 같은 위치에 전극을 배치하고 뇌졸중 환자 99명을 대상으로 온도 촉각 자극과
전기 자극치료의 효과를 비교한 결과 두군 모두에서 삼킴 기능의 향상이 있었으나 온도 촉각 자극과 전기 자극 치료 를 병행한 군에서 크고 오래 지속되는 장점을 보고하였다.
또한 Sun 등25의 연구에서는 만성기 뇌졸중 환자를 대상으 로 Fig. 2의 전극 배열로 전기 자극 치료와 전통적인 치료 를 시행하고 치료 직후, 3개월후, 6개월후, 2년후 삼킴 기능 의 변화를 측정하였는데 29명중 23명(79.3 %)의 환자에서 호흡기 합병증 없이 2년 후에도 구강식사를 유지하였다고 하였다.
그러나 긍정적인 결과와는 상반되게 Humbert 등15의 연 구에서는 정상 성인을 대상으로 10가지 서로 다른 위치에 전극을 배열하고 기능적 전기 자극을 시행한 후 목뿔뼈와 후두의 움직임을 분석한 결과 방패골 주위에 전극을 부착했 던 6개의 위치 모두에서 목뿔뼈와 후두가 아래 방향의 움직 임을 보였다. 특히 Fig. 2와 같이 턱밑근에 1쌍과 방패 목 뿔근에 1쌍의 전극을 배열하였을 때는 턱밑근 만을 단독으 로 자극했을 때와 비교하였을 때 유의하게 하강움직임이 나 타난다고 하여 오히려 기도의 폐쇄 보다 흡인의 위험을 보 고하였다.
이 전극 배치에서 운동과 감각 수준의 자극 효과가 비교 되었는데 만성기 연하장애 환자에게 감각 수준의 자극과 견 딜 수 있는 만큼의 근 수축이 야기되도록 전기자극을 시행 한 후 삼킴 기능을 비교한 결과 낮은 강도의 감각 수준의 전기자극에서 흡인의 위험과 잔여물이 감소하였다고 하였 지만 최대 근수축이 일어나는 자극에서는 유의한 결과가 없 었다고 하였다. 또한 삼킴 시보다는 휴식 시 전기자극을 했 을 때 설골의 하강 움직임이 유의하게 일어나기 때문에 삼 키면서 전기 자극 치료를 하는 것이 더 효과적이라고 하였
Fig. 4. Supra & infrathyroid area.
Fig. 3. Submental & thyrohyoid (vertical) area.
다. 그러나 이는 삼킴시 설골의 하강움직임에 대항해 저항 운동을 할 수 있는 환자에게는 적용할 수 있겠지만 있지만 중증도가 심해서 능동적인 움직임을 할 수 없는 경우에는 흡인의 위험이 증가할 수 있을 것이라 하였다16.
3) 목뿔 위근과 목뿔 아래근 수직위치
목뿔 위근과 방패 연골의 위 아래에 수직으로 전극을 부 착한다.(Fig. 3)
66명의 연하장애 환자를 대상으로한 연구에서 목뿔 위근 에만 전기 자극을 시행한 군과 목뿔 위근과 방패 연골의 상하에 전극을 부착한 군에서 후두의 움직임을 관찰한 결과 목뿔 위군에서는 치료 후 설골의 전방 이동의 범위와 속도 가 유의하게 증가하였지만 후두 움직임에 유의한 변화가 나 타나지 않았다. 그러나 목뿔 위근과 방패 연골의 상하에 전 극을 부착한 군에서는 후두의 상방 이동이 유의하게 변화되 었지만 목뿔뼈의 전방 움직임에는 유의한 차이가 없다고 하 였다. 따라서 목뿔 위근의 전기 자극은 목뿔뼈의 전방움직 임을 유도하고 목뿔 아래근의 자극은 후두의 상승을 유도하 기 때문에 병태생리를 기반으로 목표가 되는 근육에 전기 자극을 시행하는 것이 중요하다고 하였다22. 그러나 Fig. 3의 위치에서는 그 효과에 대해 다양한 연구 결과가 보고되지 않았기 때문에 그 결과의 유용성에 제한점을 가지고 있다.
4) 방패 연골의 상하 수직 위치
방패 패임을 기준으로 위 수직으로 1쌍의 전극을, 아래로 1쌍의 전극을 부착한다.(Fig. 4)
Canaby 등26의 연구에서는 방패 연골의 상하 수직 위치에 서 6명의 연하장애 환자에게 전기 자극 치료와 전통적인 연하 치료를 시행한 후 치료 직후와 6개월 후 삼킴 기능의 변화를 관찰하였는데 clinical swallowing ability, functional
oral intake, weight gain에서 유의한 차이를 보였고 6개월 이 지난 후에도 연하 기능과 관련한 합병증이 없었으며 기능 이 유지되었다고 하여 장기적인 효과가 있음을 보고하였다.
그러나 소수의 대상과 기능적 전기자극 치료가 단독으로 시 행되지 않은 제한점이 있다.
Li 등27의 연구에서는 118명의 뇌졸중 환자를 전기 자극 치료군, 전통적 연하 치료군, 전기 자극 치료와 전통적 치료 를 병행한 군으로 나누어 4주동안 치료를 시행하였다. 전극 의 위치는 한 쌍은 턱밑근과 두힘살근 앞힘살 사이, 목뿔뼈 와 방패 연골 사이에 두었고 다른 한 쌍은 방패 연골과 반 지 연골 사이, 반지 연골 아래에 수직으로 배치하였다. 그 결과 전기 자극 치료와 전통적 치료를 병행한 군에서 삼킴 기능의 유의한 변화가 나타났다고 하였다.
Debra 등8의 연구에서는 방패 패임을 기준으로 1 mm 위에 1쌍의 전극을, 1 mm 아래로 1쌍을 수직으로 위치시 킨 후 전기 자극 치료를 받지 않은 군과 효과를 비교한 결 과 턱 밑근의 전위 활동에 유의한 변화가 없었다고 하였고 인두기 삼킴을 촉진하기 위해 전기 자극 치료를 시행 할 때는 정상 및 연하장애 환자에게 어떠한 목적으로 어떻게 전기 자극을 시행해야 생체 역학적 측면에서 턱밑 근육들이 효과적으로 움직일 수 있는지 더 많은 연구가 필요하다고 하였다. 또한 같은 전극 위치에서 2주간 전기 자극 치료를 시행한 후 근 전위 근육 활동을 측정하였는데 유의한 향상 을 볼 수 없었고 인두 삼킴의 생체 역학적 측면에서 그 효 과는 불분명하다고 하였다.
5) 목뿔 아래근
목뿔뼈 아래 복장 방패근에 부착한다.(Fig. 5)
Ludlow16는 목의 전방부 근육에 시행되는 전기 자극 치
Fig. 5. Infrahyoid area.
료는 목뿔뼈와 후두의 상방이동을 감소시키기 때문에 근력 강화 운동을 위해서는 후두 하강에 대한 저항 운동이 더 효과적일 것이라고 하였다. 따라서 기능적 전기 자극으로 목뿔 후두의 내림근(복장 목뿔근, 어깨 목뿔근, 복장 방패 근)이 수축할 때 목뿔과 후두를 강하게 올려주기 위하여 노 력 삼킴을 시행한다면 이는 목뿔위 근육을 강화시키게 된다 고 하였다. Park 등17은 전상방으로의 후두를 움직이는 목 뿔 위 근육의 강화 효과를 보기 위한 목적으로 정상인의 목뿔 아래근에 기능적 전기 자극을 주어 아래 방향으로 후 두와 목뿔뼈를 움직이게 한후 이러한 하강 움직임에 대항하 여 노력 삼킴을 유도하여 근육에 저항 운동을 실시하도록 하였고 그 효과를 감각 자극군과 비교하였다. 그 결과 노력 삼킴을 병행한 운동 자극군에서 후두 상승의 효과가 있었다 고 하였다. 그러나 목뿔뼈의 상승 효과는 전기 자극시, 치 료 직후에는 유의한 차이가 있었지만 2주후에는 변화가 없 어 전기치료가 근전위 활성화에 영향을 주지 않는다고 하였 다. 또한 뇌졸중 환자를 대상으로 같은 디자인의 연구를 시 행한 결과 후두의 최대 이동 거리는 유의하게 증가하였으나 목뿔뼈의 이동과 상부 괄약근의 열림에 유의한 차이는 없다 고 하여 치료 적용의 가능성을 제시하였다18.
위의 5가지 전극 위치 외에 VitalStim 사에서 프로토콜로 제시하고 있는 7가지 전극의 위치를 환자의 상태에 따라 적용하고 삼킴 기능의 변화를 측정한 Kushner 등3의 연구 에서는 92명의 급성기 뇌졸중 환자에게 신경근 전기 자극 치료와 점진적 저항 운동을 포함하는 전통적 연하치료를 한 그룹과 점진적 저항 운동과 전통적 연하 치료만을 시행한 그룹의 구강 섭식의 기능을 비교한 결과 전기 자극 치료를 병행한 그룹에서 의미 있는 기능 향상을 보였다고 하였다.
또한 Shaw 등28의 연구에서도 환자의 상태에 기초하여 4개
의 서로 다른 전극의 위치를 적용한 후 그 효과를 보고하였 는데 경증에서 중등도 연하장애 환자들에게는 도움을 줄 수 있지만 심한 연하장애 환자는 비위관에서 독립하지 못했다 고 하였다. 그러나 이 두 연구에서는 1가지 전극위치에서 전기자극치료를 시행한 후 기능변화를 측정한 것이 아니라 환자의 상태에 따라 치료사가 주관적 판단으로 프로토콜에 있는 전극의 위치를 선정하여 치료를 시행하고 그 변화의 결과를 본 것으로 단일 위치에 따른 효과로 결론 내리기는 어렵다.
이상으로 다양한 전극의 위치에 따라 근수축의 양상이 어떻게 달라지고 그것이 삼킴 기능에 영향을 주는지 알아본 결과 턱밑과 목, 두 영역 모두에 전기자극을 했을 경우 목뿔 뼈와 후두가 치료의 목적에 부합되게 전방 상승으로 움직인 다는 연구보다는 아래 방향으로 하강한다는 연구가 다수 있 었다. 이는 목뿔뼈 아래 근육을 자극하게 되면 방패 목뿔근 보다는 피부 바로 아래 목 근육의 표면을 팽팽하게 하고 삼킴에 관여하지 않는 넓은 목근이 자극 될 가능성이 가장 높기 때문이다. 넓은 목근 아래에는 흉골을 향해 설골을 아 래쪽으로 끌어내리는 복장 목뿔근과 그것에 인접해 측면과 아래쪽으로 설골을 끌어당기는 어깨 목뿔근이 있고 이러한 큰 스트랩 근육들은 목뿔뼈 쪽으로 후두 상승시키고 성문을 폐쇄하는데 중요한 역할을 하는 방패 목뿔근을 덮고 있다.
그러므로 경피적 전기자극을 시행하게 되면 방패 목뿔근은 위의 두 근육보다 훨씬 적은 전류를 받게 된다. 그러나 만 약 전류가 피부 아래에 깊은 곳으로 흐르게 되면 위쪽과 앞쪽 방향으로 목뿔뼈를 상승시키는 턱목뿔근과 턱끝 목뿔 근을 활성화시킬 수 있을 것이라고 하였다2,4.
3. 임상적 적용효과
전기 자극 치료의 효과는 크게 생리적 효과와 임상적 효 과로 나누어 볼 수 있다. 위에서 살펴본 바와 같이 자극의 강도나 전극의 위치를 변형하게 되면 생리적인 변화를 가져 올 수 있다. 그 메커니즘은 신경 손상으로 근육이 마비되면 첫번째로 Type II 근섬유가 불사용 위축되게 된다. 이러한 Type II 근섬유들은 정상 삼킴에서 구강 인두 근육을 매우 빠르게 수축시키는데 우세한 작용을 한다. 일반적으로 전 통적인 연하치료시 실시하는 운동은 Type I 근섬유에 더 우세하게 작용하며 Type II 근섬유를 활성화시킬 때처럼 격렬한 힘을 요구하지 않는다. 따라서 전기자극치료를 이 용하여 Type II 근 섬유를 강화시키고 전통적인 연하치료 방법으로 Type I 근섬유를 활성화 시키면 연하기능에 작용 하는 근육이 강화될 수 있다는 것이 이론적인 배경이다. 따 라서 이러한 효과를 기대하고 목뿔뼈와 후두 전방 상승의
움직임을 유도하는 턱 밑근들이나 목의 전면 근육을 자극하 게 된다3,4.
둘째 임상적 효과는 기존에 임상에서 표준으로 시행되고 있는 다른 치료 방법들과 비교되어야 한다3. 현재 연하장애 가 있는 환자에게 적용되고 있는 전통적인 치료 방법은 다 양하게 시도되고 있으며 그 효과에 대해 질과 타당성을 과 학적으로 판단하려는 노력이 시도되고 있지만 매우 근거가 매우 부족한 실정이다. 또한 위에서 살펴본 바와 같이 전기 자극 치료에 대한 연구 결과도 마찬가지로 과학적 근거가 불충분한 경우가 대부분이며 그 결과도 일치하지 않는다.
전통적 연하재활 치료와 전기 자극 치료의 효과를 비교 한 여러 연구들의 예와 같이 Freed 등12과 Blumenfeld 등13 의 연구에서는 전기 자극 치료가 전통적 치료에 비해 유의 한 효과가 있다고 하였지만 Kiger 등11의 연구에서는 전기 자극 치료와 전통적 치료의 효과는 차이가 없다고 하였다.
또한 Pearson 등14의 연구에서는 경증이나 중등도 연하장 애 환자에게는 효과가 있을지라도 심각한 연하장애 환자에 게는 효과가 없다고 하였다. Li 등27과 Lim 등29의 연구에서 는 뇌졸중 환자에게 전기 자극 치료를 단독으로 시행했을 때 보다는 전통적 치료와 병행하였을 때 유의한 효과가 있 다고 하여 매우 다른 결과들을 나타내고 있다. 이는 이전 연구들이 제어되지 않은 방식 즉, 전통적인 연하장애의 치 료에 전기자극을 추가하는 방식으로 전기 자극의 효과를 평 가하였기 때문에 추가될 때 얻는 치료 효과의 이점, 자발적 회복을 포함한다는 점등을 간과하였다는 문제가 있다4,30.
결론
현재 연하장애 환자의 기능 회복을 위해 기능적 전기 자 극 치료가 인기를 얻고 있지만, 삼킴 기능에 영향을 미치는 메커니즘은 아직까지 확실하지 않은 상태이다. 또한 경피 적 자극치료를 통해 정확한 근 수축을 유도해 내는 것이 쉽지 않기 때문에 목표가 되는 근 수축이 정확하게 실행되 었는지에 신뢰할 수 없다는 문제점이 있다. 따라서 이러한 문제로 인해 도출된 결과에 대해서는 논쟁의 여지가 있는 상태이다. 따라서 전기 자극 치료의 적용과 효과에 대해 광 범위하게 삼킴 메커니즘에서 생리학적 영향을 파악하고 재 활에 대한 기능적 결과 측면에서 임상 적용이 실행되어야 한다. 또한 삼킴 기능의 향상의 근거로 제시된 진행된 연구 들의 표본이 매우 작고 연구 방법론적으로 많은 제한점을 가지고 있기 때문에 추후 연하재활 기능적 전기 자극 치료 에 대해 잘 디자인된 후속 연구들을 통해 지속적인 근거를 마련해야 할 것이다.
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