대한임상신경생리학회지 4(2):171~188, 2002
ISSN 1229-6414
신경-근 접합부 질환에서의 전기생리검사
한양대학교 의과대학 신경과학교실, 순천향대학교 의과대학 신경과학교실*
김 승 현·노 학 재*
Electrophysiological Tests in the Neuromuscular Junction Disorders
Seung Hyun Kim, M.D., Hak Jae Roh, M.D.*
Department of Neurology, School of Medicine, Hanyang University
Department of Neurology, School of Medicine, Soonchunhyang University*
Electrodiagnostic studies are valuable in confirming the diagnosis of a disorder of neuromuscular transmission. They
are used to distinguish presynaptic and postsynaptic abnormalities. These studies provide an objective measure of the
severity of the illness and may be useful in assessing the response to therapy. This article reviews the electrodiagnostic
techniques that are commonly used today and highlights their specificity, sensitivity, and pitfalls. Repetitive nerve stimulation test (RNST) and single-fiber electromyography (SFEMG) are the most available electrophysiologic test in the
diagnosis of neuromuscular junction disorders. RNS showing 10% decrement in amplitude from the first to fourth or
fifth intravolley waveform while stimulating at 2~5 Hz is valid for the diagnosis of MG. The degree of increment needed for the diagnosis of LEMS is at least 25% but most accurate when greater than 100%. Abnormal jitter or impulse
blocking are the appropriate criteria for diagnosis of NMJ disorders when using SFEMG. SFEMG is more sensitive
than RNS for the diagnosis of disorders of neuromuscular transmission, especially in MG but may be less specific or
may not be available.
Key Words : Neuromuscular transmission, Myasthenia gravis, Lambert-Eaton myasthenic syndrome, Repetitive nerve
stimulation, Single-fiber electromyography
서
론
근수축이 일어나기 위해서는 일련의 과정이 필요하다.
운동신경원(motor neuron)이 방전하거나 운동신경에 외
부 자극이 가해지면 활성전위(action potential)가 형성
되고 이것이 운동신경을 따라 전도된다. 그리고 이 전도
된 전위가 신경-근 접합부에 이르게 되면 칼슘(Ca2+)이
유입되고 이에 의해 아세틸콜린(acetylcholine, Ach)이
유리되며 이것을 아세틸콜린 수용체(acetylcholine
receptor, AchR)가 받아들여 후접합부 종판(postsynaptic end plate)에서 다시 활성전위가 발생되게 된
다. 결국 이러한 일련의 과정을 통해 근수축이 일어난다.
이 과정 중 어느 하나라도 이상이 생기게 되면 근수축력
의 저하 즉, 근위약이 발생하게 된다.
Address for correspondence
Seung Hyun Kim
Department of Neurology, Hanyang University Hospital
Hengdang-dong 17, Seongdong-gu, Seoul 133-792, Korea
Tel : +82-2-2290-8371 Fax : +82-2-2299-2391
E-mail : kimsh1@hanynag.ac.kr
신경-근 전달(neuromuscular transmission)은 복잡
한 과정이며 일정한 근수축을 유지하기 위해 중요한 역할
을 한다. 이 신경-근 전달 상 장애가 생기면 임상적으로
타 부위의 이상으로 인한 근위약과는 다른 양상을 보이게
되는데 그것이 운동으로 악화되고 휴식으로 완화되는 증
상의 변동(fluctuation of weakness)이다.
본고에서는 신경-근 전달의 구조 및 생리 그리고 그 작
용기전에 대해 알아보고 이 부위의 대표적인 질환인 중증
근무력증(myasthenia gravis, MG) 및 램버트-이튼 근
무력증후군(Lambert-Eaton Myasthenic Syndrome,
LEMS)의 발생기전 및 전기생리학적 진단방법에 대해 알
아보고자 한다.
1. 신경-근 접합부의 해부 생리학
신경계의 정보전달은 전기적 전달(electrical transmission) 혹은 화학적 전달(chemical transmission)에
의해서 이루어진다. 전자의 경우, 세극결합(gap junction)을 통해 직접적으로 탈분극성 신호 만을 전달하는
것으로 빠르고, 일정한 형태(stereotyped를
) 보이며 양측
성(bidirectiona의
l) 신경신호 전달체계로 알려져 있다.
이에 반해, 화학적 전달은 전접합부에 존재하는 소포
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(vesicle에서
)
신경전달물질이 유리되어 후접합부의 수용
체로 전달됨으로써 일어나는 일련의 변화로서 연접지연
(synaptic delay)이 있으나, 단일 방향(unidirectional)
으로만 신호가 전달되고 신경전달물질의 특징에 따라 흥
분성(excitatory) 혹은 억제성(inhibitory으로
) 작용하게
된다. 따라서 이는 전기적 전달체계보다는 다소 복잡하지
만 유연성(plasticity을
) 갖고 있어, 대뇌의 기억력 형성
및 고위피질 기능유지에 중요한 역할을 한다고 알려져 있
으며 이에 관여하는 수용체는 ACh 등에 의한 직접관문수
용체(direct gated receptor) 및 G 단백(G-protein), 이
차 전령물질(secondary messenger) 등에 의한 간접관
문수용체(indirect gated receptor)가 있다.1
한편, 신경-근 접합부에서 일어나는 정보전달은 ACh
이라는 신경전달물질에 의한 화학적 전달체계이지만, 중
추신경계와는 다음과 같은 차이점을 보이고 있다. 즉, 신
경-근 접합부의 화학적 전달은 오직 흥분성으로만 작용
하며, 단일 운동신경섬유에 의해서만 지배를 받게 되고,
AChR(direct gated receptor)에 의해 정보가 전달된다.
신경-근 접합부(neuro-muscular junction)는 신경
종단(pre-synaptic axon terminal, nerve ending)과
종판(post-synaptic end plate) 및 두 구조 사이의 공간
인 연접열(synaptic cleft, 200-500A)로 구성된다.
전접합부 신경종단(pre-synaptic axon terminal,
nerve ending)
신경종단과 종판은 1:1 대응으로 이루어져 있으며 운동
신경의 신경종단(axon terminal)에서는 수초가 소실된
후 수개의 가는 분지로 나누지고 그 말단은 다시 종판부
에서 전접합 부톤(presynaptic bouton)을 형성하게 된
다. 이 전접합 부톤은 신경전달물질이 유리되는데 중요한
역할을 하는 부위로서 ACh을 내포하고 있는 연접소포
(synaptic vesicle)와 이를 유리시키기 위해 특수하게 이
루어진 막부위인 활성대(active zone) 및 전압관문성 칼
슘통로(voltage gated calcium channel, VGCC)가 모
여있으며 특히 활성대(혹은 밀집대, dense bar로 구성)는
후접합부의 AChR가 모여있는 접합주름(junctional
fold)과 마주보게 된다.
후접합부 종판(post-synaptic end plate)
종판은 각 근섬유의 중간쯤에 위치하고 있으며 근섬유
한개당 하나의 종판을 갖고 있다. 신경종단(axon terminal)이 종판과 접하는 부위는 움푹 파여 있는데 이 부위를
일차성 연접열(primary synaptic cleft)이라고 하며, 특
히 전접합부의 활성대와 마주보는 부위는 많은 주름을 형
성하게 되는데 이를 이차성 연접열(secondary synaptic
cleft)이라 하며 이 부위에 해당하는 후접합부에는 ACh
R가 다량으로 분포하게 된다(Fig. 1).
Figure 1. Neuromuscular transmission. At normal neuromuscular synapses (right half of A & B), VGCC in the nerve terminal’s specialized active zones open in response to a depolarizing impulse. Ca2+ entry facilitates fusion of synaptic vesicles with the active zone
membrane where Ach is released. The binding of Ach to its post-synaptic receptor opens the receptor’s ionic channel, depolarizing
the muscle fiber. This triggers an action potential and fiber contraction.(A) In MG, antibodies cause a loss of functional AchRs. If
this loss exceed a crucial level, there is insufficient post-synaptic depolarization to trigger an action potential, and the muscle fiber
fails to contract.(B) In LEMS, antibodies reduce the number of pre-synaptic Ca2+ channels. With a critical reduction of Ach release,
there is failure to activate a sufficient number of post-synpatic receptors to trigger an action potential, and contraction does not occur.
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MG의 경우, 후접합부 막 주름의 단순화 및 연접열이
넓어지는 특징을 보이게 되는데 이는 자가 항체형성에 따
른 AChR의 빠른 전환(turnover), AchR의 차단(blocking) 혹은 이온통로(ion channel)의 기능차단 및 보체
(complement와의
) 결합에 따른 막 파괴등의 기전에 의
한다고 알려져 있다. 이와 달리 LEMS에서는 전접합부의
활성대와 밀접한 관계를 갖는 N-type VGCC에 대한 항
체 형성에 의해 ACh 유리장애에 따른 보상작용으로 후접
합부 주름(postsynaptic fold)의 면적 및 길이가 증가하
는 형태를 보이게 된다(Fig. 1).2
후접합부에 존재하는 AChR는5개의 소단위(subunit,
α2βγδ)로 구성되며 그 중(α-subuni는
t ACh이 부착되는
부위로서(α-붕가로독소(α-bulgalotoxin
에) 의해 선택적
으로 차단된다. 아세틸콜린 통로(ACh channel)는 직접관
문통로(direct gated channel)의 대표적인 형태로서 신
경전달 신호에 의해 전접합부에서 유리된 ACh이 αsubuni과
t 결합을 하게 되면 Na, K, Ca을 비선택적으로
투과시켜 종판전위(end plate potential, EPP)를 형성하
지만, 이 자체로서는 활성전위(action potential)는 유발
하지 못한다. 활성전위는 EPP가 형성된 직후 AChR 주변
에 있는 전압관문성 나트륨통로(voltage gated Na
channel을
) 활성화 시켜 선택적으로 나트륨(Na)을 세포
내로 유입함으로써 형성되게 된다(Fig. 2).1
2. 신경-근 접합부의 기본 전기생리
안정상태(resting state)의 신경-근 접합부에서는 하
나의 양자(quantum, 약 5000개의 ACh을 내포)가 불규
칙한 간격으로 유리되면서 자발적으로 전위를 형성하게
되는 데 이를 최소종판전위(miniature end plate pontential, MEPP)라고 하며 이는 0.5~1 mV로서 약 1초에
5회정도의 빈도로 나타난다. MEPP는 종판전위(End
plate potential, EPP)의 약 1% 정도의 크기를 갖는다고
알려져 있다. MEPP의 진폭을 양자반응( q u a n t a l
response이라고도
)
하며 이는 유리되는 ACh의 수뿐만
아니라 AChR의 수 혹은 감수성(sensitivity에
) 의해 결
정된다. MEPP는 근침검사상 근침이 종판근처에 도달할
때 들리는 종판잡음(end plate noise)으로서 기록된다.
운동신경의 전기적 자극은 축삭내의 Na, K channel의
작용에 의한 신경막 탈분극을 유도함과 동시에 전접합부
의 active zone에 존재하는 VGCC을 통한 Ca2+이 유입하
게됨으로써 약 100개정도의 ACh quanta가 유리되며,
이때 각각의 MEPP가 중첩되어 형성되는 전위인 EPP를
형성하게 한다. EPP는 약 70~100 mV의 전위를 갖는다
고 알려져 있다. 신경자극에 따라 유입된 Ca2+의 작용에
의해 active zone에서 유리되는 ACh quanta의 총 수를
양자량(quantal content)이라고 한다(Fig. 3).
MG의 경우 MEPP 및 EPP의 진폭은 감소되어 관찰되
는데 이는 quanta의 유리빈도 및 자극에의한 유리되는
quanta의 양(quantal content)은 정상이나, 후접합부의
AChR의 수적인 감소 혹은 민감도의 저하에 의하게 된다.
이와 달리, LEMS에서는 안정기에 유리되는 quanta의
빈도 및 quantal response는 정상이어서 MEPP의 진폭
은 정상이지만 신경자극에 따른 quantal release수
(quantal content)는 감소를 보이는 특징을 보인다. 신
경-근 접합부의 생리기전을 이해하는 데 있어 가장 중요
한 기본은 MEPP의 진폭, quantal content에 대한 개념
이라고 할 수 있는데 이를 요약하면 다음과 같다.
신경말단에는 수많은 ACh quanta가 존재하고 있으나
신경자극 후 일정한 시간내에 active zone에서 즉각적으
로 유리될 수 있는 quanta의 수(n)는 한정되어 있으며,
주변환경에 의해 quanta가 유리될 수 있는 확률은 일정
한 것이 아니므로, quantal content(=number of
Figure 2. Generation of EPP and action potential
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Figure 3. Generation of single-fiber action potential (SFAP) and compound muscle action potential (CMAP)
Figure 4. Low rate stimulation(<5Hz) in normal state
Table 1. MEPP amplitude and quantal content in normal, MG
and LEMS
(n은 active zone에 배열하고 있는 quanta의 수에, p
는 Ca2+의 농도와 비례)
MEPP
Amplitude
(quantal response, q)
Normal
MG Low
LEMS Normal
1mV
Normal
Normal
resting
frequency
quantal
content(m)
0.2/sec
Normal
Low
60~100
quanta released by nerve action potential)는 다음
과 같이 표현될 수 있다.
Quantal content(m) = No. of quanta available
for immediate release(n)×probability of release(p)
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또한 EPP amplitude = MEPP amplitude x quantal content 으로도 표현된다(Table 1).
정상적인 상황에서는 신경탈분극에 의해 세포외(ECF)
의 Ca2+이 세포내(ICF)로 유입된 후 약 100~200 msec후
에는 다시 세포외부로 나오게 되므로, 1초에 5회 이상의
신경자극이 오게되면 세포내에는 정상적 상태보다 Ca2+의
농도가 높아지게 된다. 이 상황에서는 p가 증가 되어
quantal content가 증가하게 된다. 따라서, p는 일정하
게 유지하고 n이 점차 감소하여 quantal content가 점
차 감소하는 것은 반복신경자극 검사상 저빈도 자극(5 Hz
이하) 시 관찰되는 상황이라고 할 수 있다. 이와 반대로,
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신경-근접합부질환에서의전기생리검사
p를 증가시킴으로써 quantal content를 점차 증가시키
는 것은 고빈도 자극(20~50 Hz)에서 기대하는 현상이다.
즉, 반복신경자극 검사는 저빈도 자극과 고빈도 자극과
아래서 설명할 활성화 과정(activation procedure)로서
구성되는 데 어떤 자극이 저빈도이고 어떤 자극이 고빈도
이냐의 결정요소는 Ca2+이 세포내로 축적되는 상황이냐
아니면 정상적인 상태로 유지되느냐에 의하므로 일반적으
로 5 Hz 이하를 저빈도 자극으로, 10 Hz 이상의 자극을
고빈도 자극으로 구분한다.
정상인에서는 오랫동안 반복자극을 시킨 후, 혹은 운동
후에도 복합근활동전위(CMAP)의 진폭은 감소 소견을 보
이지 않는데, 정상인에서 관찰되는 EPP의 전위(70 mV)
는 그 역치(threshold, 7~20 mV)를 상당수준 이상으로
유지하고 있으므로 n이 감소하는 상황에서도 EPP 개개
의 전위는 다소 감소를 보일지라도 그 전위는 이미
threshold
를 훨씬 넘고 있으므로 all-or-none principle에 따라 EPP는 단일섬유 활동전위(single fiber
action potential, SFAP)를 형성하는 데는 아무런 문제
를 갖지 않게 되며, 따라서 개개의 SFAP 합성에 의한
CMAP도 정상 진폭을 보이게 된다. 신경자극후 형성된
EPP의 크기와 action potential을 유발하는 데 필요한
역치와의 차이를 신경-근 접합부의 안전인자(safety
factor라
) 고 하는 데 정상인에서는 safety factor가 매우
높은 상태에 있으므로 qunatal content가 감소하는 상
황에서도 EPP형성에 의한 SFAP 및 CMAP의 감소소견
은 관찰되지 않는다(Fig. 4). 그러나 신경-근 접합부의 장
애로 인해 safety factor가 낮은 상태로 유지되고 있는
상황에서는 저빈도 자극(low rate stimulation, LRS)에
의해 n이 점차 감소하게 되면 일부의 EPP는 SFAP을 유
도 할 수 없게되어 점차 CMAP의 진폭이 감소하는 소견
을 보이게 되며 이와같은 소견은 MG 뿐아니라 LEMS에
서도 관찰되는 소견이다(Fig. 5).
한편 고빈도 자극(high rate stimulation, HRS)을 하
게되면 세포외부에서 유입된 세포내의 Ca2+이 세포외로
미처 빠져나가지 못한 상황 즉, p가 증가하는 상태가 됨으
로써 LEMS와 같이 pre-synatpic defect가 있는 환자
에서는 보통 상황에서는 action potential을 유도하지 못
하였던 수많은 EPP가 모두 action potential을 유발함
으로써 CMAP의 현저한 증가 반응이 보이게 된다. 또한
경미한 정도의 MG에서도 고빈도 자극 시 CMAP의 증가
반응이 나타나게 되나, 후접합부의 반응이 손상된 상황이
므로 LEMS에서와 같은 현저한 증가반응은 나타나지 않
는다. 그러나 후접합부의 손상이 심한 중증의 MG에서는
qunatal content가 증가하는 상황에서도 증가반응은 보
이지 않게 된다. 정상인에서는 각 EPP가 이미 threshold
를 넘고 있으므로 고빈도 자극을 한다고 해도 CMAP의
증가 반응은 보이지 않는 것은 당연한 사실이다(Fig. 6,
Fig. 7).
또한 n이 완전히 고갈되지 않을 정도의 근강직 자극
(tetanic stimulation) 혹은 최대 자발 운동(maximal
volitional exercise)을 시키고 난 후 그 직후에는 p의 증
가에 의해 일시적으로 quantal content가 증가하게 되
는데, 이를 강직후 증강 혹은 근수축증가(post-tetatic
fascilitation or potentiation), 운동을 시킨 후의 경우
는 운동후 증강 혹은 근수축증가(post-exercise fascilitation or potentiation)이라고 하며 이는 LEMS에서
특징적으로 관찰되고 경미한 MG에서는 tetanic stimulation 전에 얻어진 감소반응 정도가 줄어드는 현상으로
관찰된다(Fig. 8). 그러나, tetanic stimulation 수분후
에는 즉각적으로 이용할 수 있었던 ACh의 quanta가 고
Figure 5. Low rate stimulation in normal, MG and LEMS
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갈된 상태(n의 고갈)로 유지된 상태인 바, 이때 자극을 주
면 CMAP의 감소소견이 관찰되는데 이를 강직후 소진 혹
은 저하(post-tetanic exhaustion or depression)이라
고 한다(Fig. 8).
3. 반복신경자극 검사(Repetitive nerve stimulation test)
MG, LEMS 혹은 보툴리눔독소증(botulism) 등 신경근 전달(neuromuscular transmission) 장애의 증상을
보이는 환자의 경우 이를 확인하고 또 임상적으로 이와
유사한 소견을 보이는 다른 운동단위(motor unit)의 질
병을 감별하기 위해 전기생리학적 검사(electrophysi-o
logical test)를 시행하게 된다. 이러한 전기생리학적 검
사에는 여러 가지가 있으나 크게 반복신경자극 검사
(repetitive nerve stimulation test, RNST, Jolly
test)와 단섬유 근전도 검사(single-fiber EMG,
SFEMG)로 대별된다. 이들은 질병의 정도(severity와
)
악화(evolution) 시 비교 및 치료 효과의 판정에도 사용
되므로 아주 유용한 검사라 할 수 있다.3
반복신경자극 검사는 신경-근 전달을 평가하는 전기생
리학적 검사 중 가장 많이 사용되는 검사이다. 1894년 독
일 의사 Friedrich Jolly가 MG 환자의 신경에 반복적인
전기자극을 주었을 때 점진적인 근력의 약화를 보이다가
휴식에 의해 다시 회복하는 것을 처음 실험적으로 증명한
이래 이는 현재 사용되고 있는 반복신경자극 검사의 모체
가 되며 졸리 검사(Jolly test)라는 별명을 얻게 된다.4
이 검사는 기본적으로 운동 신경에 반복적인 자극을 가
하고 이로 인해 발생되는 근육의 CMAP를 기록한다. 연
Figure 6. High rate stimulation (>10Hz) in normal state
Figure 7. High rate stimulation in normal, MG and LEMS.
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신경-근접합부질환에서의전기생리검사
속 자극(train of stimuli)을 가하며, 이에 반응하는 근섬
유(muscle fiber)의 지속적인 감소(감쇠반응, decremental response), 또는 반대로 증가(증강반응, incremental response)를 보이면 비정상으로 판정하게 된다.
이 검사는 환자에게 통증 등 불편감을 유발할 수 있으나
시행에 있어 별다른 어려움은 없다. 하지만 그 분석에 있
어서는 많은 함정(pitfall이
) 있을 수 있다. 가장 많이 범
하게 되는 오류로는 기록전극(recording electrode)의
움직임과 자극강도(intensity of stimuli)의 변화 및 부
적절한 근육 온도(inadequate warming of muscle) 등
이 있다.
반복신경자극 검사는 검사자에 따라 방법 및 분석에 차
이가 있으나 근본 원리는 동일하다. 본고에서는 반복신경
자극 검사의 일반적인 방법과 가장 대표적인 신경-근 접
합부 질환인 MG와 LEMS에서 나타나는 양상을 중심으
로 전개하고자 한다.
일반 원리(General principles)
반복신경자극 검사의 시행은 일반 운동신경 전도 검사
(conventional motor nerve conduction study)와 유
사하다.5 단지 차이점은 자극이 연속(train of stimuli)으
로 주어지고 활성화 과정(activation procedure)으로서
일정한 형태의 운동(conditioning exercise)을 한다는
것 그리고 움직임을 방지하기 위해 고정(immobiliza
tion)을 해야 한다는 것 등이다.
운동신경을 연속적으로 자극하고 이 운동신경에 지배를
받는 근육에서 CMAP를 기록한다. 정상적으로 2~3 Hz
의 속도로 8~10회의 연속 자극을 주면 5번째와 6번째 자
Figure 8. post-tetanic or post-exercise response
Figure 9. The relationship between EPPs, CMAPs, single-fiber EMG action potential (SFAPs) & CMAPs recorded in normal &
myasthenic muscle. Normally, all EPPs reach the threshold for action potential generation, producing CMAPs of constant size. In
MG, EPPs fail to reach threshold in some end-plate, which then do not produce APs or SFAPs. The CMAP, which represent the average number of APs, then falls.
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극까지 신경말단에서 분비되는 ACh의 양이 점진적으로
감소하고 이때부터 ACh의 분비를 일정하게 유지하기 위
해 ACh이 저장되어 있는 연접소포(synaptic vesicle)가
활성대(active zone)으로 이동하기 시작한다. MG와 같
이 신경-근 전달의 안전인자(safety factor)가 저하된 상
태에서는 이러한 A C h의 분비 저하가 E P P를 역치
(threshold) 이하로 떨어지게 하고 궁극적으로 CMAP의
전위와 면적이 감소(감쇠반응, decremental response)
하게 된다(Fig. 9).
MG 환자에 있어서 이러한 감쇠반응은 3~5 Hz의 저빈
도 자극 시 가장 잘 나타난다.6, 7 여기서 감쇠(decrement)
는 첫 번째 전위에 대한 4번째 전위(혹은 5번째 또는 제일
작은 전위)의 진폭 혹은 음 최고점 면적(area of negative peak)의 %변화로 정의하고 공식으로 표현하면 다음
과 같다.
%decremennt = {1-(potentialn/potentia1)}
l × 100
축적되고 이로 인해 아세틸콜린의 분비가 증가한다. 이와
마찬가지로 일정 기간 동안 최대한의 운동(maximal
volitional exercise)을 하게 되면 동일한 효과가 나타난
다. LEMS에서는 이러한 자극이나 운동 후 CMAP 진폭
이 비정상적으로 증가하게 되는데 이를 각각 증강반응
(incremental response)과 활성화후 증강(post-act-i
vation facilitation, PAF) 또는 운동후 증강(postexercise facilitation, PEF)이라 한다(Fig. 10). 이를 공
식화하면 다음과 같다.
%facilitationn= {(potentialn/potentia1)-1}
l
× 100
최대 운동을 하고 나면 종판의 흥분도(excitability of
end plate)가 감소하게 되며 MG의 경우, 운동 전에 비해
더욱 심한 감쇠반응이 나타나는데 이를 활성화후 소진
(post-activation exhaustion, PAE)이라 한다. 이 같
은 현상은 운동 종료 후 2~4분에 최대한으로 나타난다
(Fig. 11).
만일 5 Hz 이상의 자극이 주어지면 신경말단에 Ca2+이
A
B
Figure 10. Post-activation facilitation in a patient with LEMS.(A) shows CMAP responses obtained with repetitive stimulation of the
median nerve recording from abductor pollicis brevis muscle.(B) shows results of repetitive stimulation after 10 seconds of maximum voluntary contraction
Figure 11. CMAPs evoked by RNS in patients with MG & LEMS. Top figure shows decremental response to low rate stimulations,
early dip phenomenon & partial repair immediately after brief exercise. Increased decrements appears 2~4 minutes after 10 seconds
of volitional exercise (post-activation exhaustion). Bottom figure shows low amplitude of CMAPs & decremental responses to low
rate stimulation. Abnormal facilitation appears immediately after brief voluntary exercise (post-activation facilitation).
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기록 방법(Recording technique)
검사에 사용되는 전극(electrode)은 모두 표면전극
(surface electrode)을 사용한다. 근육내로 삽입하는 침
전극(intramuscular needle electrode)은 신경을 자극
하는 동안 근수축에 의해 전극의 위치가 일정하게 유지
않으므로 사용하지 않는다. 기록전극(recording electrode은
) 검사하는 근육의 운동점(motor point), 즉 부피
가 가장 두껍고 전기적 활성도(electrical activity)가 가
장 큰 중앙부(belly)에 부착하고, 기준전극(reference
electrode은
) 전기적 활동성이 가장 적은 원위부, 즉 건
(tendon) 혹은 인접한 골융기(bony protuberance) 부
위에 부착하여 CMAP 진폭이 가장 크게 나타나도록 한다
(Belly-tendon method). 신경자극으로 인한 연속되는
근수축은 부착된 전극의 위치를 변하게 할 수 있고, 이에
의해 CMAP의 진폭(amplitude) 및 형태(shape에
) 영향
을 미치는 운동허상(movement artifact)이 유발될 수
있다(Fig. 12). 이 운동허상에 의해 가성감쇠반응(pseudodecremental response)이 나타날 수 있으며 이를 최
소화하게 위해 해당하는 관절의 움직임을 제한하는 고정
대(joint immobilization device)의 사용이 필요하다.
또한 고빈도 자극이 가해질 때 근육의 모양이 변하므로
용적전도(volume conduction)가 변하게 되고 이로 인해
파형의 윤곽(waveform configuration)이 변할 수 있다.
검사할 근육의 선택(Muscle selection)
MG 환자의 경우 근위약의 분포(distribution of
weakness는
) 매우 다양하나 대개 근위부 근육이 원위부
에 비해 조기에 침범되며 조금 더 심한 양상을 보인다.7-12
최대의 진단 효과를 위해 임상적으로 근위약을 보이는 여
러 근육들을 검사해야 한다. 손의 근육들은 자극하기 쉽
고 고정하기도 용이해서 검사하는데 가장 많이 사용된다.
척골신경(ulnar nerve)을 자 극 하 여 소 지 구 근
(hypothenar muscle) 또는 제1 배측골간근(1st dorsal
interossei muscle)에서 기록하고, 정중신경(median
nerve를
) 자극하여 무지구근(thenar muscle)에서 기록
한다. 액와(axilla)에서 근육피부신경(musculocutaneous nerve)를 자극하여 이두박근(biceps brachii)을
검사할 수도 있다. 전 액와주름(anterior axillary fold)
1inch 정도 아래 이두박근 소두(short head)의 후경계
(posterior border)에서 자극전극을 강하게 압박하면서
근육피부신경을 자극한다. 삼각근(deltoid muscle)의 검
사에서는 기록전극을 근육의 중앙부에, 기준전극은 견봉
(acromion에
) 부착한다. 업의 점(Erb’
s point)에 자극전
극을 대고 쇄골(clavicle) 쪽으로 압박하면서 자극한다.
승모근(trapezius muscle)은 어깨에서 가장 검사하기 쉬
운 근육으로(2.46) 환자를 앉히고 팔은 자연스럽게 내린
상태에서 검사한다. 기록전극은 목과 어깨가 만나는 부위
에 부착하고 기준전극은 견봉에 부착한다. 흉쇄유돌근
(sternocleidomastoid muscle)의 후경계(posterior
border) 중앙부에서 척수부신경(spinal accessory
nerve)를 자극한다. 이 신경은 이 부위에서 표재성으로
위치하므로 강도를 낮게 해서 최대한 자극해도 통증을 덜
느끼게 되며 다른 근육의 수축도 피할 수 있다. MG 환자
의 경우, 근위부 근육 중에 삼각근이 승모근에 비해 좀더
결과가 확실하다.13
안면근(facial muscle)의 검사에는 기록전극은 안와상
부(supraorbital region)에, 기준전극은 눈 아래에 부착
하며 귀 아래에서 안면신경(facial nerve)를 자극한다.
이 경우 자주 운동허상(movement artifact)이 발생하며
분석에 주의를 요한다.
검사 근육의 온도(Muscle temperature)
온도는 반복신경자극 검사의 가장 중요한 생리적 인자
(physiologic factor)이며 이를 이용하여 검사의 민감도
Figure 12. Decremental response in a patient with myasthenia gravis. Responses were obtained with repetitive stimulation of ulnar
nerve at 3Hz, recording from abductor digiti minimi muscle.
J Korean Society for Clinical Neurophysilology / Volume 4 / November, 2002
179
김승현·노학재
(sensitivity를
) 조절할 수도 있다. MG의 경우, 근육의 냉
각(muscle cooling)은 감쇠반응을 약하게 하고 근육의 가
온(warming은
) 크게 한다(Fig. 13, Fig. 14).14, 15 경증의
경우 근육 온도가 낮으면 감쇠반응이 나타나지 않을 수도
있다. 최대 진단 민감도(maximum diagnostic sensitivity를
) 위해 검사실의 온도는 일반적으로 26℃ 정도로
유지하고 손과 발의 온도는 적어도 34℃ 이상이 되어야
한다. 근위부 근육 혹은 축성근(axial muscle)은 충분한
온도를 유지하므로 가온(warming할
) 필요는 없다.15
온도가 신경-근 전달에 영향을 미치는 기전에 대해서는
아직 확실히 밝혀지지는 않았다. 온도의 하강은 이온통로
(ion channel)의 전도도(conductance에
) 변화를 일으켜
종판전위의 진폭과 지속시간의 증가를 유발시키며 또한
신경말단에서는 아세틸콜린의 재충전을 증가시키고 연접
열(synaptic cleft)에서는 아세틸콜린에스테라아제
(acetylcholinesterase, AChE)의 분해능력을 저하시켜
Ach의 가수분해(hydrolysis를
) 감소시키며 종판에서는
ACh에 대한 AChR의 민감성을 증가시켜 신경-근 전달
을 향상시키는 것으로 알려져 있다.14
검사 기기의 설정 (Setting of electromyography
machine)
일반적으로 사용하는 근전도 기기에는 대개 반복신경자
극 검사에 대한 설정이 되어 있다. 보통 소인속도(sweep
velocity는
) 2 또는 200 msec/division, 민감도(sensi
tivity는
) 2000 µV, 고주파 필터(high frequency filter)는 10 KHz, 저주파 필터(low frequency filter)는
2~20 Hz로 설정하며 자극시간(stimulation duration)
은 0.05~0.1 msec에서부터 시작하여 최대상위 자극에
이를 때까지 증가시킨다.
자극 방법 (Stimulation technique)
Figure 13. Effect of temperature on the decrement at low rate
stimulation in MG
Figure 14. The effect of muscle temperature on the response
of RNS in abductor digiti minimi muscle in a patients with
MG.. The intramuscular temperature & the change in amplitude of 5th response of each train are shown.
180
운동신경의 자극은 대개 표면전극을 사용한다. 또한 신
경근접 침전극(near-nerve needle electrode)을사용할
수도 있는데 이 경우, 짧은 지속시간(shorter-duration)
과 낮은 강도(lower-intensity pulses)로 자극하므로 침
전극이 잘 삽입된다면 표면전극을 사용할 때보다 덜 통증
을 느끼게 된다. 그러나 위에서 언급한 바와 같이 운동허
상의 위험이 크므로 사용하지 않는다. CMAP의 진폭은
결과의 분석에 있어서 가장 중요한 인자이므로 검사의 전
과정 동안 최대 진폭을 이끌어내야 한다. 이를 위해
CMAP의 진폭이 더 이상 커지지 않는 최대자극(maximal stimulation) 시의 강도에 30%를 올린 모든 근섬유
들이 활성화되는 최대상위 자극(supramaximal stimulation을
) 자극 강도(stimulus intensity)로 정한다. 자
극속도(stimulation rate) 는 2, 3, 5 Hz의 저빈도 자극
(low-rate stimulation, LRS)과 10 Hz 이상의 고빈도
자극(high-rate stimulation, HRS)으로 이루어진다.
저빈도 자극에서는 최소한 6개의 CMAP가 얻어지도록
자극 기간을 조정하며, 고빈도 자극에서는 적어도 10개
이상의 CMAP가 얻어지도록 한다. 각 자극 사이의 휴식
은 최소 1~2분 이상 두어야 한다. 고빈도 자극에서는 가
성촉진(pseudofacilitatio에
n) 의한 증강반응이 관찰될
수 있는데 이 가성촉진은 연속 자극이 가해지는 동안
CMAP의 진폭은 커지는 반면 CMAP의 지속시간은 줄어
들어 결과적으로 개개 CMAP의 면적이 같아지는 상태를
말하며, 자극된 근섬유에서 형성된 활성전위의 전파
(propagation가) 합쳐져서 나타나게 되는 진정한 의미의
증가반응은 아니다(Fig. 12).16, 17 정상에서도 자극속도가
50 Hz 이상이 되면 이 가성촉진에 의해 CMAP의 진폭이
50% 정도까지 증가할 수 있다. 고로 CMAP의 진폭만을
고려한다면 이 가성촉진은 고빈도 자극에서도 일어나는
감쇠반응을 상쇄시킬 수 있으며 더 나아가 비정상 증강반
응으로 오인할 수 있다.
J Korean Society for Clinical Neurophysilology / Volume 4 / November, 2002
신경-근접합부질환에서의전기생리검사
측정 방법 (Measurement technique)
CMAP의 크기는 최고점-최고점 진폭(peak-to-peak
amplitude) 혹은 음 최고점 진폭(negative peak
amplitude)의 크기 또는 음 최고점의 면적(area of
negative peak)으로 표시할 수 있다. 이들 중 면적은
CMAP의 형성에 관여하는 근섬유의 수를 좀 더 정확하게
반영하며 가성촉진에 의한 오류를 제거할 수 있으므로 측
정에 가능한 한 이를 사용한다. 면적의 측정에는 컴퓨터
에 의한 계산이 요구된다.
MG의 경우, 저빈도 자극 시, 2번째부터 4번째 혹은 5
번째 자극에서는 점진적인 감쇠반응이 나타나고 그 이후
부터 9번째 혹은 10번째 자극에서는 서서히 최초 크기로
돌아오는 전형적인‘U’소견(U-shaped pattern)을 보
인다. 이 같은 형태는 MG의 특징적인 소견이지만 LEMS
또는 운동신경원 질환(motor neuron disease) 드물게
말초신경 질환(peripheral nerve disease)에서도 관찰
될 수 있다(Fig. 15).18, 19
3~5 Hz로 자극 시, 정상 근육에서는 8%까지의 CMAP
의 감쇠반응이 관찰된다.20 5% 이상의 감쇠반응이 관찰될
때 이것이 허상(artifact에
) 의한 것이 아니라면 비정상을
의심해야 하며, 10% 이상의 감쇠반응 시 절대 비정상
(absolute abnormal)으로 분석한다. 다음의 기준(criteria)는 이런 허상(artifact에
) 의한 CMAP 크기의 변화
를 감별하고 진단 민감도(diagnostic sensitivity)를 극
대화하는데 유용하다.
1) 재현성(reproducibility)
적어도 30초의 휴식 후 다시 자극하였을 때 동일한 감
쇠현상이 관찰돼야 한다.
2) 형태(envelop shape)
연속 자극(train of stimuli) 간의 변화가 연속적인 반
응 사이에 갑작스런 혹은 불규칙한 변화 없이 그 질병에
서 보이는 형태에 맞아야 한다.
3) 활성화 주기(activation cycle)
활성화(activation에
) 의해 유발되는 변화가 합당한 형
태를 보여야 한다.
4) 근육의 온도(muscle temperature)
적어도 34℃ 이상이 되어야 한다.
5) edrophonium에 대한 반응
정맥으로 edrophonium
을 투여했을 때, 그 전에 보이
던 감쇠반응이 줄어들거나 사라진다. 반대로 전에 보이지
않던 감쇠반응이 나타나거나 오히려 악화될 수도 있다.
고로 검사하기 적어도 12시간 전에는 edrophonium 등
AChE의 사용을 금해야 한다.21
활성화(Activation)
지속적인 자발 근수축(sustained voluntary muscle
contraction) 혹은 고빈도 자극을 가하면 신경이 활성화
(activation되는데
)
이때 신경에 자극을 가하면 활성화
전에 비해 훨씬 더 많은 ACh이 분비되면서 활성화후 증
강(post-activation facilitation)과 강직후 근수축증강
(post-tetanic potentiation)이 나타나게 된다. 이는 신
경말단에 Ca2+이 축적되어 나타난다. 이후에 각각의 신경
자극에 의해 Ach의 분비가 줄어들면서 종판의 흥분도
(excitability)가 감소하여 2~5분 후 활성화후 소진
(post-activation exhaustion)이 나타난다. 근수축증강
은 고빈도 자극(20~50 Hz)을 가하거나 환자가 10초간
근육을 최대한으로 수축시킨 후에 나타난다. 활성화 후
10초 이내에 저빈도 자극을 주면 근수축증강이 나타나며
10분 후 저빈도 자극을 주면 활성후 소진이 나타난다. 활
성화후 소진은 운동하는 동안 전접합부에서 ACh의 분비
가 증가하여 써버림으로써 운동 종료 몇 분 후 즉시 사용
가능한 저장된 ACh의 생리적 고갈(physiologic depletion), 다시 말해서 즉시로 사용할 수 있는 Ach의 수적
저하를 의미한다(Fig. 16).
검사의 과정 (Test procedure)
1. 검사할 부위의 결정: 임상적으로 증상을 나타내며 검
사를 기술적으로 시행할 수 있는 부위
2. 최대상위 자극(supramaximal stimulation)의결정
3. 휴식 상태에서 최대상위 자극에 의한 CMAP의 기록
1) CMAP의 진폭이 작다면 5~10초 간 운동 후 다시
CMAP 기록하여 활성화후 증강을 관찰
Figure 15. RNS studies at 3 Hz stimulation
in the abductor pollicis brevis muscle of a
patient with diabetic neuropathy & carpal
tunnel syndrome. There is a 15% decrement
in the 4th response, and thereafter the CMAPs
return toward the initial size.
J Korean Society for Clinical Neurophysilology / Volume 4 / November, 2002
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김승현·노학재
Figure 16. An ‘activation’ cycle characteristic for MG., demonstrating changes in the decrement induced by RNS before and at indicated intervals after activation by maximum voluntary contraction or tetanic nerve stimulation. The percentage change in CMAP
amplitude of 4th response of each train is noted.
2) CMAP의 진폭이 정상이면 다음 과정으로 이행
4. 저빈도 자극: 2~5 Hz의 속도(대개 3 Hz)로 5~9 연
속 최대상위 자극(train of supramaximal stimuli)
5. 몇 분간의 휴식 후, 재현성(reproducibilit의
y) 확인
을 위해 4번 과정을 재시행
6. 활성화 과정(activation procedure)
1) 후연접 장애(post-synaptic defect)가 의심되고
4~5번 과정에서 10% 이상의 감쇠반응이 확인되
면 20초 간 운동을 시킨 후 7번 과정으로 이행
2) 후연접장애가 의심되나 감쇠반응이 관찰되지 않
거나 미약할 때는 30~60초 간 운동을 시킨 후 7
번 과정으로 이행
7. 활성화 후 즉시 4번 과정을 시행하여 활성화후 증강
을 관찰
8. 2~4분 휴식 후 4번 과정을 시행하여 활성화후 소진
을 관찰
9. 6번의 2)의 경우 7~8의 과정을 1분의 간격을 두고 5
분간 시행
고빈도 자극은 환자에게 극심한 통증 등 불편감을 유발
하며 자발적 운동을 통한 활성화와 동일한 결과를 얻을
수 있으므로 자발적으로 근수축을 할 수 없는 예외적인
상황 외에는 시행하지 않는다.22
감쇠반응을 증가 혹은 유발하는 방법(Method to
enhance or provoke a decrementing response)
임상적으로 MG가 의심되는 환자에서 검사를 시행하였
으나 활성화 전, 후에서 감쇠반응을 보이지 않는 경우가
있다.23 이때 저빈도 자극을 오랫동안 주면(3 Hz로 4~5분
간) 소진기간(exhaustion period) 동안 경미한 이상 소
182
견을 관찰할 수 있다.23 오랜 기간 자극을 가하고 그 후의
소진 동안 허혈상태(ischemia가
) 유발됨으로써 감쇠반응
24
이 나타난다. 이와 동일한 원리로 혈압측정띠(blood
pressure cuff)를 상완에 감고 수축기압력 이상으로 팽
창시킨 뒤 원위부 신경을 자극하면 유사한 결과를 관찰할
수 있다. 이러한 방법은 삼각근에 비해 손의 근육에서 민
감도를 60% 정도 증가 시킨다.25
또한 쿠라레(curare를
) 소량 주입하면 반응을 유발시킬
수 있다. 혈압측정띠를 상완에 감고 수축기압력 이상으로
팽창시킨 후 튜보쿠라린(d-tubocurarine) 0.2 mg을 정
주하고 그 이하에서 검사를 시행하면 20% 정도 진단율이
증가한다.11, 26, 27 이때 혈압측정띠를 풀면 전신적 위약
(systemic weakness)가 더 심해질 수 있으므로 주의를
요한다.28 이 방법의 변형으로 두 번째 혈압측정띠를 팔꿈
치(elbow) 아래 팽창시켜놓고 전완정맥(cubital vein)에
쿠라레를 주입한 후 이두박근에서 검사할 수도 있다. 이
방법으로 MG 환자에서는 80%, 정상인에서는 7%의 이상
소견이 관찰된다.11 쿠라레를 이용한 검사는 일차적인 신
경병(primary disease of nerve)에서도 나타날 수 있으
므로 분석에 주의를 요한다.
결과의 분석 (Analysis of results)
1. 비정상 소견의 판단 기준(Criteria for abnormality)
정상인에게서도 저빈도 자극을 주었을 때 8% 감쇠반응
이 나타날 수 있다. 그러므로 10% 이상의 감쇠반응이 나
타나야 비정상으로 판정한다. 이러한 기준은 검사실마다
약간씩 다르다.
100% 이상의 활성화후 증강은 신경-근 전달의 전접합
부 이상을 의미한다. 그러나 MG 환자의 경우 100% 이상
의 활성화후 증강을 보이는 경우도 있으며 이의 원인은
J Korean Society for Clinical Neurophysilology / Volume 4 / November, 2002
신경-근접합부질환에서의전기생리검사
아직 알려져 있지 않다.
2. 후접합부 이상(post-synaptic defect): 중증근무력
증의 경우
1) 정상 CMAP 진폭(normal CMAP amplitude)
2) 3Hz 저빈도 자극 시 감쇠반응
3) 3번째 혹은 4번째 자극에서 조기 강하 현상
(early dip phenomenon)
4) 자발 운동 직 후(5~10초) 3Hz 저빈도 자극에 감
쇠반응의 부분 혹은 완전 복구
5) 자발 운동 후 비정상 증폭(abnormal facilitation)의 결여
(1) 50 Hz 고빈도자극은 통증을 유발하며 필요 없
음
(2) 때때로 심한 MG에서 50% 정도의 유의한 증
폭(significant facilitation)의 관찰 가능
6) 15초 휴식 후 감쇠반응의 재현성(reproducibility)
7) 60 초 자발 운동과 다음 2~4분 휴식 후 저빈도자
극 시 감쇠반응의 증가(활성화후 소진)
3. 전접합부 이상(pre-synaptic defect): LEMS의경우
1) 단일 자극에 낮은 CMAP 진폭(low CMAP
amplitude)
2) 3Hz 저빈도 자극에 감쇠반응
3) 짧은 자발 운동(brief volitional exercise) 후 즉
각적으로 자극 시 비정상 증강(abnormal facilitation) 대개100% 이상이지만1000% 이상도흔함.
4) 50 Hz 고빈도자극에 심한 비정상 증강(markedly
abnormal facilitation)
(1) 50 Hz 고빈도자극은통증을유발하며 필요없음
(2) 환자가 능동적으로 운동을 할 수 없을 때 제한
적으로 사용
5) 상대적으로 거의 모든 근육에서 동일한 이상 소견
이 관찰됨
신경-근 전달에 이상이 있으면 저빈도 자극(특히 3 Hz)
시 감쇠반응이 일어나는데 첫 번째와 두 번째 자극 사이
의 감쇠반응은 크고 두 번째와 세 번째 등 그 이후로 갈수
록 감쇠반응의 정도가 작아진다. 이를 조기 강하 현상
(early dip phenomenon)이라 하며 이는 반복적인 탈분
극(repetitive depolarization)에 의해 나타나는 ACh의
고갈을 의미한다(Fig. 17).
흔한 기술적 오류(Common technical error)
1. 장비와 연관된 오류(Errors related to equipment)
요즘 사용되는 대부분의 기기는 자동적으로 CMAP의
진폭 및 면적이 계산되어 나오므로 많은 기계적 오류가
감소하였다. 그러나 기기는 외부의 잡파(extraneous
noise까
) 지도 생체 신호(biological signal)로 받아들여
계산에 포함하므로 마치 최대 감쇠반응이 10% 이상으로
계산되어 나올 수도 있다. 이 경우 저빈도 자극 시 전형적
Figure 17. Early dip phenomenon. The initial large decrement
(stimuli 1 to 3) represent the depletion effect of a previous
stimulus. The stabilization of the evoked response amplitude
(stimuli 4 to 8) represent mobilization-related facilitation.
인 U형의 모양 대신 불규칙하고 파형의 윤곽이 제멋대로
인 결과가 나오게 된다. 고로 계산되어 나오는 수치들을
맹신하지 말고 파형을 주의 깊게 관찰해야 한다. 또한 여
러 CMAP 반응들이 겹쳐지게 표시(superimposed
image할
) 수 없는 기기는 판독능력을 저하시킨다.
2. 검사 기술에 연관된 오류(Error related technique)
1) 온도(temperature)
온도는 검사에 있어서 중요한 변수로 작용한다. 앞서 기
술한 바와 같이 최적의 검사실 온도는 일반적으로 26℃
정도로 유지하고 사지의 온도는 적어도 34℃ 이상이 되어
야 한다. 표면온도(surface temperature)를 반드시 재
야하며 온도가 낮을 때에는 더운 물에 담그던지(socking
in warm bath) 혹은 열램프(heat lamp)나 열담요
(warm blanket) 등을사용하여온도를올려야한다(Fig. 14).
2) 자극 오류(stimulation error)
자극 오류 중 가장 흔한 것이 최대하위 자극(submaxi
mal stimulation)이다. 이때에는 CMAP의 진폭이 낮게
나오므로 정상상태에서도 반복신경자극 시 마치 감쇠반응
이 있는 것처럼 나와 신경-근 전달에 이상이 있는 것으로
오독(misreading할
) 수 있다. 그러나 신경-근 전달은 정
상이므로 반복신경자극 시 MG에서 나타나는‘조기 하강
(early dip)’모양이 나타나지 않으며 재차 검사 시 감쇠
의 부분적 회복이 재현되지 않는다.
반대로 너무 과한 최대상위 자극(supramaximal
stimulation) 또한 오류를 일으킬 수 있는데 주변 신경도
간헐적으로 자극되어 용적전도가 유발되며 운동허상이 증
가하게 되어 오류가 생기게 된다. 이때에는 CMAP가 초
기 양 편향(initial positive deflection)을 보이며 흔히
정중신경, 척골신경 및 안면시경에 과대한 자극을 주었을
때 주변 신경이 같이 자극되며 원위부에 비해 근위부에서
좀더 크게 나타난다.
신경자극 시 원하는 근육 외에 인접 근육도 같이 활성화
가 될 수 있다. 예를 들면 안면신경 자극 시 원하는 안륜
근(orbicularis oculi) 혹은 비근(nasalis) 외에 교근
J Korean Society for Clinical Neurophysilology / Volume 4 / November, 2002
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김승현·노학재
(masseter) 또한 활성화가 되어 CMAP의 진폭과 면적이
커질 수 있다. 이를 기술적으로 피하기는 어려우며 이러
한 중복된 CMAP(combined CMAP)는 안정적이며 재현
성이 있으므로 큰 문제는 되지 않는다.
3) 기록 오류(recording error)
가장 중요한 기록 오류는 검사 도중 전극의 부착성이 떨
어지는 것이다. 이로 인해 운동허상이 증가하게 되고 신
경-근 전달에 이상이 있는 것으로 오독할 수 있다. 검사
동안에는 항상 이 전극이 제 위치에 잘 부착되어 있는 지
살펴야 한다(Fig. 12).
4) 약물(medications)
MG 환자의 경우 AChE를 복용하고 있으면 검사 결과
가 위음성(false-negative으로
)
나올 가능성이 높아진
다. 고로 검사 전 적어도 6~12시간 이상 이러한 약제들의
복용을 금해야 한다. 그러나 이런 약제들을 끊으면 안될
정도로 심한 MG 환자는 약제를 복용해도 검사에서 결과
가 잘 나온다. 반대로 페니실라민(penicillamine) 등과
같이 신경-근 전달의 장애를 일으키는 약제들은 복용 후
검사한다.
5) 검사 부위의 결정(selection of evaluation site)
임상적으로 증상이 있는 부위를 검사하는 것이 제일 좋
다. 그러나 검사하기 쉽고 경험적으로 믿을 만한 부위를
선택하게 되는 것은 어찌 보면 당연하다. 안형 MG(ocular MG) 환자의 경우 척골 검사를 하면 안면 검사에 비해
감쇠반응이 안 나타나거나 훨씬 덜 나타난다. 임상적으로
가장 심한 부위가 기술적으로 검사하기 곤란할 때 검사자
는 난감해진다. 이럴 때는 원위부 근육과 근위부 근육, 그
리고 안면근육에 대한 검사를 모두 시행함으로써 진단율
을 높인다.
종합적으로 결과에 영향을 미쳐 오독을 야기할 수 있는
기술적 혹은 생리학적 인자는 다음과 같다. 위양성
(false-positiv을
e) 나타낼 수 있는 조건은 근육의 가온
(muscle heating), 불안정하거나 최대하위 자극(submaximal stimulation), 운동허상(movement artifact), 자극속도가 너무 빠를 때(too fast stimulation
rate) 등이고 위음성(false-negativ를
e) 나타낼 수 있는
때는 근육의 냉각(muscle cooling), 임상적으로 침범이
되지 않은 부위의 검사(muscle tested uninvolved), 항
콜린에스테라제 복용(anticholinesterase medication)
등이 있다.
판독 및 판정 오류(Interpretation & judgment
errors)
1. 감쇠반응의 중요성(significance of decremental
response)
반복신경자극 검사에서 감쇠반응이 있다는 것은 대개
신경-근 전달에 이상이 있음을 의미한다. 그러나 이러한
이상 소견이 진단적 가치가 없을 수도 있다. 결과를 분석
함에 있어서 반드시 임상양상에 따라 정상과 비정상을 판
184
정해야 한다. 예를 들면 운동신경원 질환(motor neuron
disease처럼
)
탈신경(denervation과
) 최근에 혹은 현재
신경재분포(reinnervation
가) 동시에 존재하는 경우에는
언제든지 감쇠반응이 나타날 수 있다. 또한 심한 근긴장
증(severe myotonia)의 경우에도 감쇠반응이 나타날 수
있는데 이때도 역시 조기 하강(early dip)은 관찰되지 않
으며 대신 감쇠반응은 지속적으로 나타난다.
2. 진단적 또는 판정 오류(diagnostic or judgment
error)
전기진단학적 소견의 판독(interpretation of electrodiagnostic findings)은 철저하게 임상적 진단(clinical diagnosis)에 기초해야 한다. 진단적 오류의 원인은
일차적으로 부족한 정보만을 갖고 결론에 도달하려는 성
급함에 있다. 이 같은 오류는 검사 전에 자세한 병력 청취
및 신체와 신경학적 진찰을 토대로 충분한 임상 검토
(clinical evaluation)를 함으로서 줄일 수 있다.
또 다른 원인으로 부적절한 가정과 비정상적인 소견에
대한 추적조사(follow-up를
) 하지 않는다는 것이다. 예
를 들면 오래되거나 천천히 진행하는 질병은 위약의 호소
가 없는 경우가 종종 있는데 이때 신경-근 전달은 괜찮으
리라 생각하는 것 또는 근접한 다른 신경 혹은 근육에서
유사한 결과가 나왔을 때 국소 신경 병변에 의한 것이라
고 치부하는 것 등이다.
단일수축력 기록법(Twitch tension recording)
신경-근 전달의 기능을 검사하는 또 다른 방법으로서
반복적인 신경의 자극에 의한 각각의 수축(mechanical
twitch의
) 변화를 측정하는 것이다. 이 단일수축(twitch)
은 신경-근 전달에서와 마찬가지로 근섬유의 수축성
(contractile characteristic)을 반영한다. 반복신경자극
을 주면 정상인에서는 단일수축 긴장력의 감소가 일어나
지 않으나 MG 환자의 경우 전형적인 감소가 나타난다.20
증폭(potentiation) 및 활성후 소진(post-activation
exhaustion) 또한 관찰된다. 한 연구에 의하면 비정상 신
경-근 전달의 측정에 있어서 반복신경자극을 가했을 때,
단일수축력보다 근활성전위(muscle action potential)
변화의 측정이 더 민감하다고 한다.11 단일수축력의 측정
은 기술적으로 매우 어려우므로 임상적으로는 사용되지
않는다.
4. 단섬유 근전도 검사(Single fiber EMG,
SFEMG)
정상인에서도 신경자극후 근육활동전위가 나타날 때까
지의 잠복기가 일정치 않는데 이는 EPP가 그 역치를 넘
을 때까지의 시간이 일정하지 않기 때문으로서 신경전달
후 근육활동전위가 발생할 때까지의 시간적 변동(variation)을 jitter라고 한다(Fig. 18).29 이와 같은 jitter는 정
상인에서도 관찰되나 그 정도는 매우미약하다. 그러나,
신경-근 접합부에 장애를 보이는 상황과 같이 safety
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신경-근접합부질환에서의전기생리검사
msec, 약 75~300 µsec의 상승시간(rising time), 25
mV까지의 진폭으로 관찰되기 때문에 진폭의 감소없이
또한, 멀리 떨어져 있는 부위에서의 전기적 신호의 간섭
을 배제하기 위해서는 저주파 필터(low frequency filter)는 500 Hz, 고주파 필터(high frequency filter)는
30 kHz로 고정하여야 하며, 최소 200 µV 이상이 되는
전위만에 대해서만 유발(triggering되도록
)
조정하여야
한다.31
신경-근 접합부의 기능을 평가하기 위해서는 동일한 운
동단위에 속하는 2~3개의 근섬유로부터 기원하는 전위의
짝(potential pair)이 검출되게끔 근침을 삽입한 후, 먼저
나타나는 전위(triggering potential)와 뒤에 따라나오는
전위(slave potential) 즉, 두전위간의 시간적 간격
(interpotential interval, IPI)을 반복하여 측정함으로
써 IPI의 변동을 관찰하게 되는 데 이것이 jitter이며 이
를 평가하는 방법 중 이들의 평균치를 구하는
MCD(mean consecutive difference)가 가장 널리 이용
된다. 이는 다음과 같이 표현될 수 있다.
MCD = {(IPI1 - IPI2) +(IPI2 - IPI3) + ⋯ +(IPIn-1 IPIn)} / n - 1
Figure 18. SFEMG recordings. A. Recording position of
SFEMG electrode. B. Consecutive paired discharges at a slow
sweep speed. C. Same pair of potentials at a faster sweep
speed. D. Ten superimposed consecutive discharges demonstrating the neuromuscular jitter
factor가 낮아져 있는 상황에서는 더욱 현저하게 된다.
즉, safety factor가 낮아져 있는 상황에서도 EPP가 그
역치를 조금이라도 넘는 상황이라면 이 EPP가 늦게 형성
된것이라고 해도 all-or-none principle에 의해 정상적
인 CMAP로 나타나 진폭의 차이만으로서 분석하는 반복
신경자극 검사에서는 정상적으로 관찰될 수 있다. 그러
나, jitter를 분석한다면 safety factor가 경미한 정도로
낮아진 상황을 조기에 관찰 할 수 있으므로, jitter분석을
이용한 SFEMG는 신경-근 접합부의 기능장애를 평가하
는 데 있어 매우 중요한 역할을 하며 그 진단적 민감도는
매우 높다고 볼 수 있다.30
1964년 처음 도입된single-fiber EMG란 검출면 직경
이 근섬유직경보다 작은 미세전극(직경 25 µm)을 근섬유
사이로 삽입한 후 전극에 인접한 동일한 운동단위에 속하
는 최소 2~3개의 근섬유에서 나타나는 전위만을 선택적
으로 검출하기 위해 개발된 특수한 침전극을 이용한 근전
도 검사의 한 방법이다.29 SFEMG는 검출면적이 매우작
고 얻어진 단섬유의 전위는 그 지속시간(duration이
) 1
정상인에서도 자발적인 탈분극의 역치가 변동이 있기때
문에 신경-근 접합부의 전달시간은 일정치 않아 jitter가
10~50 µsec정도로 관찰된다고 알려져 있다. 신경-근접
합부의 장애가 있는 경우 jitter의 현저한 증가를 보이게
되며 기능장애가 매우 심한 상태에서는 EPP가 역치에 도
달하지 못하여 slave potential이 관찰되지 않는 경우를
볼 수 있는데 이를“blocking”
이라고 한다. 단일섬유 근
전도 검사는 신경-근 접합부의 기능을 예민하게 반영하
는 jitter 및 blocking을 평가하는 외에도 근섬유 밀도
(fiber density)를 통하여 직경 25 µm 미세전극의 검출
면적인 300 µm 범위안에 위치하는 동일한 운동단위에
속하는 근섬유전위의 평균수를 측정함으로써 여러 형태의
근육 및 말초신경계 질환의 평가에도 이용된다(Fig. 19).
많은 연구자들은 최소 20개의 짝을 찾아 이상소견을 보
이는 jitter 및 blocking
의 비율을 구하는데 근섬유 밀도
가 높지 않은 상황에서는 더 많이 전극의 위치를 움직여
야 하는 바, 환자와 검사자의 노력과 끈기가 필요하게 된
다. 따라서 이와 같은 시간 및 노력의 낭비를 줄이기 위해
서는 정상인에서 관찰될 수 있는 비정상적인 jitter의 수
가 20개의 짝중 2개 이하라는 점을 고려하여, 3개 이상의
비정상적인 jitter만을 먼저 확인하면 신경-근 접합부의
장애라고 판정하여도 좋다는 의견이 제시되고 있다.
중증근무력증환자에서는 임상 상태의 경중과 비정상적
인 jitter의 수는 연관성이 있다고 알려져 있으며 임상적
으로 근력약화가 없는 부분에서도 이상소견이 나타날 수
있다고 하며, 임상적으로 의심되는 근육을 시행했는데 이
상 소견이 관찰되지 않으면 이 근력약화는 신경-근 접합
부 장애는 아니라고 단정하여도 된다.
J Korean Society for Clinical Neurophysilology / Volume 4 / November, 2002
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김승현·노학재
총지신근(extensor digitorum communis, EDC)은
연령에 따른 변화가 가장 적으며 일정한 근력을 유지하기
가 쉽고 근밀도가 가장 높은 근육에 해당함으로 SFEMG
검사 상 일반적으로 가장 먼저 선택되는 근육이다.
Sander 등에 의하면 550명의 MG 환자에서 SFEMG 검
사를 시행하였을 때 전신형의 경우 EDC에서의 이상이
89%, 안형의 경우 60%에서 이상소견이 관찰되었으나 전
두근(frontalis), 안륜근(orbicularis oculi)까지 포함하
여 시행하면 전신형의 경우 99%, 안형의 경우 97%까지
의 민감도를 보였다고 한다.11 그러나 단섬유 근전도검사
는 특이성(specificity에
) 있어서는 높지 않는 것이 단점
이며 20~30개의 jitter를 검사하는데 2시간 정도 소요되
는 등 시간적 및 경제적인 부담이 되는 검사로서 우리나
라 실정에서 어디까지 시행할 수 있는지는 의문점이다.32
SFEMG로 앞서 언급한 jitter를 측정하는 방법에는 약
한 수의적 근수축을 유발한 상태에서 동일한 운동단위에
속해 있는 단일 근섬유 활동전위(SFAP의
) 위치의 상대적
변동성을 측정하는 voluntary-activated SFEMG
(vSFEMG와
) 신경말단의 축삭을 자극하여 이에 의해 발
생하는 SFAP 위치의 변동 정도를 측정하는 axonalstimulated SFEMG(sSFEMG)의 두가지가 있다.
vSFEMG는 현재 대부분의 검사실에서 사용하는 고전적
인 방법이지만 시간이 많이 소모되고 유발되는 통증이 심
하며 약한 근수축의 협조가 되지 않는 상태에서는 검사하
기 힘든 단점이 있다.33
vSFEMG와 sSFEMG에서의 jitter는 상당한 그 의미
의 차이가 있다.
vSFEMG는 수의적 근수축에 의해 SFAP를 기록하므
로 신경활동전위(nerve action potential)이 전달되는
시점을 알 수 없다. 그러므로 동일한 운동단위에서 유래
되는 SFAP를 동시에 두개 이상 기록해야하며 이들의
MCD로서 jitter가 표현되지만, sSFEMG는 전기자극에
의한 강제적 근섬유 흥분의 방법을 사용하므로써 하나의
SFAP의 기록만으로도 이 전위의 위치변동을 평균하면
해당 근육의 MCD를 쉽게 구할 수 있다.33
이론적으로 vSFEMG에서 측정된 jitter를 각각 종판의
jitter로서 표현하면 다음과 같다.34
JittervSFEMG =
(jitterEP1)2 +(jitterEP2)2
여기에서 sSFEMG에서는 측정되는 SFAP가 하나인
바, 제1 종판의 jitter(jitterEP1)과 제2 종판의 jitter
(jitterEP2)가 동일하므로 sSFEMG의 jitter는 다음과 같
이 표시될 수 있다.33
JittersSFEMG =
2 × jitterEP
Figure 19. SFEMG recordings. During voluntary activation of
extensor digitorum communis muscle, normal jitters are shown
in normal subject (left) and markedly abnormal jitter in patient
with MG (right).
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J Korean Society for Clinical Neurophysilology / Volume 4 / November, 2002
신경-근접합부질환에서의전기생리검사
이러한 이론은 실제의 측정에서도 대체로 일치함이 증
명된다.35
이외에도 s S F E M G는 검사에 소요되는 시간이
vSFEMG에 비해 훨씬 짧다는 장점이 있다. 김 등은 환자
1인 당 평균 13.5개의 SFAP를 얻는데 30분을 초과하지
않아 검사 시간이 훨씬 짧음을 증명하였다.36 또하나의 장
점으로 자발적 운동이 아닌 전기자극에 의한 검사이므로
협조가 안되거나 근수축이 어려울 정도의 중증 MG에서
도 검사가 가능하다. 그러나 단점으로 jitter의 해석에 신
중해야 하며 vSFEMG에 비해 근섬유 밀도(fiber density, FD)의 측정이 용이하지 못하다. sSFEMG에서 얻어
진 5 µs 이하의‘low jitter’
는 신경자극이 아닌 근섬유를
직접 자극한 것으로 봐야 하므로 jitter 분석에서 제외해
야 하며 비정상적으로 jitter가 증가되어 있거나 block을
보이는 경우에도 자극강도를 충분히 올려 이러한 현상이
변함없이 재현되는 지를 확인해야한다.36
결
07.
08.
09.
10.
11.
론
12.
신경-근 전달에 장애가 생겼을 때 나타나는 질환들은
특징적으로 근위약이 때에 따라 변하는 증상의 변동
(fluctuation of symptom)을 갖는다. 이들 신경-근 접
합부 질환은 여러 방법으로 진단하나 그 중 제일 많이 사
용되는 전기생리 검사는 반복신경자극 검사와 단섬유 근
전도이다. MG는 반복신경자극 검사에서 저빈도 자극 시,
비정상 감쇠반응을 나타내고 LEMS는 고빈도 자극 시,
비정상 증강반응을 나타낸다. 단섬유 근전도는 비정상
jitter의 존재 시 신경-근 전달에 이상이 있음을 의미하며
반복신경자극 검사보다 MG의 진단 민감도가 높다. 하지
만 이 모든 진단 방법의 결과는 세심한 임상적 관찰 및 신
경학적 진찰 없이는 무의미할 수도 있다. 반드시 임상적
인 충분한 검토를 거친 뒤, 검사를 시행해야 하며 이에 근
거하여 분석하고 판정해야 한다.
13.
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17.
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