척추 수술에서의 수술 중 신경계 감시

SSEP는 상하지의 말초신경에서 전기자극을 주고 말초, 척수, 겉질하구조물 및 겉질에서 파형을 기록하는 방법으로, 상지의 경우는 손목의 정중신경(median nerve)에서 출발해 팔신경얼기(brachial plexus)를 지나 척수뒤기둥(dorsal column) 으로 분포하며, 하지의 경우는 발목부위의 후경골신경(posterior tibial nerve)을 자극해 허리엉치신경얼기(lumbosacral plexus) 를 통과해 척수뒤기둥으로 진입하게 된다. 이후 척수뒤기둥의 감각신경로는 연수핵(쐐기핵; cuneate nucleus 및 널판핵; gracile nucleus)에서 시냅스를 이루고 내측섬유대(medial lemniscus)에서 교차, 이후 시상핵에서 마지막 시냅스 형성 후 감각피질(sensory cortex)에 도달하게 되며, SSEP는 상기 경로를 감시하는 전기생리학적 검사법이 되겠다. 상지 SSEP는 손목에서 자극 후, 기록하는 위치에 따라 N9, N13, N20 반응 파형을 얻을 수 있고, 하지 SSEP는 발목부위 후경골신경 자극 후, 역시 기록 전극 위치에 따라 N22, N34, P45 반응 파형을 기록할 수 있다(Table 1). SSEP는 척추수술의 경우, 환자의 운동신경기능 손상 여부를 판단하는 데 있어서는 MEP보다 열등하다고 알려져 있으나[2,3], 척수뒤기둥의 감시(뒤쪽척수동맥영역; posterior spinal artery territory)에는 유용하게 활용가능하며, 또한 척수절개술(myelotomy)의 정확한 위치화(localization)가 필요하거나, MEP의 기준파형이(baseline potential) 얻어지지 않는 수술 등에서는 그 역할이 매우 중요하게 된다[4–6]. 척추의 수술 부위와 관계 없이 상/하지 모두에서 SSEP를 감시하는 것이 중요한데, 그 이유는, 예를 들어 흉추수술의 경우, 하지 SSEP의 수술 중 변화가 실제 수술 과정에서의 척수손상 때문인지, 전신적으로 SSEP 파형에 영향을 끼칠 수 있는 원인(마취제 심도의 변화, 체온/혈압 강하 등)에 의한 것인지, 상지 SSEP를 대조군으로 활용함으로써 감별이 가능하기 때문이다. SSEP의 경우, 전통적으로 1970년대 이래로, 기준파형 대비 수술 중 ‘진폭의 50% 이상 감소, 혹은 잠복기의 10% 이상 연장’이 보편적인 경고기준으로 사용되어 왔다[7]. 하지만 잠복기 연장의 경우 ‘탈수초화’가 주된 병리 기전인데, 탈수초현상은 아급성-만성으로 진행하는 것으로, 수술 도중 급격히 발생하기 어려워 상대적으로 잠복기 감시의 효용이 떨어진다는 점, 그리고 수술의 종류에 따라 수술 도중 ‘기준파형’의 크기 자체가 자연스럽게 바뀔 수 있다는 점(예: 척추측만증 교정 수술의 약 20%에서 수술 초기 기준파형의 크기가 50% 이상 수술 도중 실제 신경로의 손상 없이 감소 가능함[8,9]) 등에서 최근 ‘적응성(adaptive) 경고 기준’ 사용을 권장하기 시작했다[7]. 이는 점진적인 SSEP 변화의 추세를 관찰하면서 비교적 갑자기 그 추세에서 벗어나는 경우에 경고해야 한다는 것으로, 재현성(reproducibility)이 높은 경우는 조금의 변화도 경고의 근거가 될 수 있지만, 재현성이 낮은 경우는 50% 이상 진폭이 감소하거나, 명확한 이상이 발생한 경우에만 경고하는 것을 권장하고 있다. 이 ‘적응성 경고 기준’을 적용하기 위해서는 수술 전체의 흐름을 파악하고, 수술의 종류 및 위치, 사용되는 마취제, 특이적으로 발생 가능한 환자 전신 생체 징후의 변화 등에 대한 정보를 가진 상태에서, 추세의 변화와 국소적인 돌발적 변화를 구분 가능한 숙련된 모니터링 의사가 필요하게 된다.

구해면체근반사 감시는 비뇨생식 반사(urogenital reflex) 회로의 전체적인 integrity를 평가할 수 있게 하며, 다시냅스성 반사회로로 S2-S4 레벨의 신경 경로를 평가할 수 있는 유용한 수단이다. 척수원뿔(conus medullaris), 말총(cauda equine), 엉치신경얼기(sacral plexus), 음부신경(pudendal nerve)을 포함한 부위의 수술에서 활용될 수 있으며, 자극용 전극을 남성의 경우는 음경(penis)에, 여성의 경우는 음핵(clitoris) 및 대음순(labia majora)에 부착하고, 외항문괄약근(external anal sphincter)에 기록전극을 삽입해 파형을 기록하게 된다. 1997년 Deletis 그룹이 다양한 종류의 척추수술 환자에서 BCR 감시를 시도해(이중 펄스, 0.5 ms duration, 20 mA intensity, inter-stimulus 3 ms), 성공적으로 파형을 얻어 수술 중 감시를 성공했다는 연구 결과가 발표된 이래[38], 모니터링에 적절한 파형을 얻는 자극 조건의 최적화에 대한 후속 연구들이 시행되었다[39]. 그 결과, 현재 보편화된 자극 관련 수치는 40 mA intensity(연구들에 따라 5-50 mA로 다양하긴 함), 500 ms duration, 3 ms inter-stimulus interval, 4-5 pulses으로 여겨지고 있다. 실제 BCR 감시 결과가 환자의 수술 후 배뇨관련 기능의 상태를 예측할 수 있느냐에 대해서는 최근 연구들이 시작되었으며, 한 연구에 따르면 untethering 수술에서 BCR의 완전 소실을 경고 기준으로 삼았을 때, 수술 중 BCR의 변화가 수술 6개월 후 배뇨 기능을 예측하는 데 88.5%의 높은 특이도를 가져 BCR 감시의 유용성을 제시했으나, 소아 환자를 대상으로 한 연구였으며[40], 아직 성인을 대상으로 한 BCR의 진단적/치료적 가치에 대한 연구는 없는 상태이다.

1980-90년대 연구들은 주로 SSEP 혹은 MEP 등 한 가지 감시법을 이용해 환자의 신경학적 결손을 감지하는데 효과가 있는지를 살펴보는 연구들이 대부분이었다. 1984년에 발표된 연구에 따르면, 척추측만증 수술 환자 137명을 대상으로 SSEP 감시를 실시했을 때, 69건의 수술 중 SSEP 변화가 있었고, 잠복기 및 진폭의 지속적인 변화를 보이는 경우는 실제 수술 후 환자 신경학적 결손이 관찰됨을 보고했었다(Class III)[41]. 1989년 MEP 감시를 실시한 상위경추수술 환자 20명을 분석했던 사례연구에서는 총 6명에서 MEP의 변화가 있었고, 이 중 1명은 수술 후 신경학적 결손이 발생해 100% 민감도 및 74% 특이도를 가진다고 보고하기도 했다(Class III)[42]. 1995년 Nuwer 등이 척추측만증연구회(Scoliosis Research Society) 회원들을 대상으로 SSEP의 사용 및 그 결과에 대해 설문조사를 실시한 연구를 발표했는데, 총 51,263건의 수술에 대해 정보를 취합했고, 그 결과 음성률(true negative) 98%, 위음성률 0.13%, 양성률(true positive) 0.42%, 위양성률 1.5%로 보고되었다(Class II)[43].

이후 SSEP, MEP 두 가지 감시법을 동시에 사용하면서 두 방법의 감시 효율을 비교하거나, 두 가지 이상의 감시법을 같이 사용할 경우(복합 감시, multimodal INM)와 한 가지를 사용할 경우의 결과를 비교하는 연구들이 발표되기 시작했다. 전자의 경우, 대표적으로 2004년 Hilibrand 그룹에서 427명의 경추 수술 환자들을 후향적으로 분석한 연구에 따르면, 총 12명의 환자에서 수술 도중 유의미한 MEP 진폭의 감소(해당 연구에서는 60% 이상 진폭 감소를 기준으로 했음)가 나타났고, 이 중 10명은 수술 종료 전에 MEP 진폭이 회복했고, 실제 수술 후 신경학적 결손은 없었다. 수술 종료시까지 MEP 소실이 지속되었던 나머지 2명의 환자는 수술 후 위약감이 발견되어, MEP 검사는 100%의 민감도 및 특이도를 기록했다. 반면, 수술 중 유의미한 MEP 변화를 보인 12명 중 9명은 SSEP에서 아무 변화가 없었으며, 수술 후 위약감이 발견된 2명의 환자 중 1명은 수술 중 SSEP는 정상이었고, 1명은 MEP가 소실된 후 약 30분이 지나 SSEP가 떨어지기 시작하였다. 이에 저자들은 척추 수술에서 운동신경로를 감시하는 데는 MEP가 SSEP보다 우월하다는 근거를 제시하였다(Class I)[2]. 또한 다른 그룹이 발표한 연구에서는 52명의 경추척수증(cervical myelopathy) 환자들에서 SSEP와 MEP를 같이 시행했을 때, 총 6명의 환자에서 수술 중 유의미한 MEP 진폭의 감소(80% 이상 진폭감소를 기준으로 제시)가 나타났고, 이 중 1명은 실제 수술 후 근위약이 발생하였다. SSEP의 경우는 모든 환자에서 수술 중 특별한 변화가 없어, 이 연구에서 MEP는 100% 민감도, 90% 특이도를 가졌고, SSEP는 0% 민감도, 100% 특이도를 보였다(Class I)[3]. MEP의 경우, 양성예측률이 17%로 낮게 나왔는데(높은 가양성률), 해당 환자들의 위험인자를 분석했을 때, 체질량지수가 높거나 수술 시간이 긴 환자일수록 가양성률의 위험도가 올라감을 밝혔다[3].

2002년 Pelosi 등은 MEP/SSEP 복합 감시의 경우와 한 가지 감시법을 이용한 경우를 후향적으로 비교한 연구를 발표했고, 79명은 복합 감시를, 18명은 단독 감시(16명은 SSEP, 2명은 MEP)를 이용한 척추 수술(대부분 환자들이 척추기형 환자)을 시행했을 때, 총 16명 환자에서 수술 중 유의미한 변화(50% 이상 진폭 감소, 10% 이상 잠복기 연장)가 관찰되었고, 이 중 6명이 수술 후 신경학적 결손이 발생했음을 보고했다(Class II)[44]. 뿐만 아니라, 모든 환자들에서 복합 감시를 시행해 결과를 얻고, 추후 분석 시 복합 감시와 단독 감시의 경우 각각에 대해 진단적 가치를 평가하는 방식도 가능한데, Feng 등이 복합 감시(SSEP, MEP)와 함께 척추 기형 교정술을 받은 175명의 환자를 후향 분석한 연구에서, 총 11건의 수술 중 유의미한 변화가 발생했고, 이 중 5명의 환자에서 수술 후 신경학적 결손이 관찰되었다(1명은 영구적 결손). 이를 바탕으로 각각의 경우 수술 후 신경학적 결손에 대한 민감도/특이도를 계산했을 때, 단독 MEP 감시의 경우 91.7%/98.8%, 단독 SSEP 감시의 경우 50%/95.2%, 복합 감시의 경우 92.9%/ 99.4%로 보고되어, 복합감시가 MEP 혹은 SSEP 단독 감시보다 우월하다는 결론을 제시했다(Class II)[45].

상기 연구들과 같은 과거 연구들을 근거로 모든 종류의 척추 수술에서 기본적으로 SSEP와 MEP 감시를 같이 활용하게 된 이후로는 기타 감시법(근전도, D-파형 감시 등)에 대한 활용도나 수술 대상 질환/위치 등을 조금 더 구체화시킨 환자군(homogeneous)들에 대한 연구, 혹은 변형된 경고기준(warning criteria)를 적용해 결과를 분석하는 연구들이 지금까지 활발히 이뤄지고 있는 단계이다. 예를 들어, 2013년 Costa 등이 103명의 척추 수술 환자(23; 척수내종양, 55; 척수외 종양, 25; 척수증)에서 MEP, SSEP와 함께 D-파형 감시를 적용했던 연구가 있는데, 총 97명의 환자에서 D-파형을(baseline) 성공적으로 얻었고, 수술 종료시까지 D-파형이 감소하지 않고 잘 유지될 경우, 질환의 종류에 상관없이 수술 후 신경학적 상태가 매우 양호함을 보여, 이전 연구들에서 주로 척수내종양 수술에서 사용되었던 D-파형 감시법을 그 외 다른 종류의 척추 수술로 적용 범위를 넓힐 수 있음을 제시하였다(Class II)[46]. 2015년 척수내종양 환자 25명을 대상으로 MEP, SSEP, 자발근전도를 시행한 연구의 경우, 저자들은 MEP의 경고 기준을 ‘50% 이상의 진폭 감소’ 혹은 ‘완전소실(All-or-None)’로 나눠 수술 후 신경학적 결손 예측률을 비교했다. ‘완전소실’ 경고 기준을 적용했을 때, 100% 민감도, 91% 특이도, 60% 양성예측률, 그리고 100% 음성예측률을 보였고, ‘50% 이상 진폭 감소’ 기준을 적용했을 때는 수술 후 24시간 단기 운동 기능을 평가하는 데 특이도가 올라감을 보였다. 또한 약 72%의 환자에서 자발근전도 검사에서의 이상소견이 근육 MEP 변화보다 선행되어 나타나, 자발근전도 이상이 근육 MEP의 감소를 예측하는 기준이 될 수 있을 거라고 제안하였다(Class I)[47].

앞에서 다뤄진 내용처럼, 지난 30-40년간 다양한 종류의 INM 기법이 수술 중 신경계 손상을 감지하고 진단하는 데 있어 유용하게 쓰일 수 있다는 결과들이 많이 발표되었고, 실제로 임상의들은 이로 인해 수술 후 환자의 신경학적 상태를 개선시키는 데 도움이 된다고 생각하고 있으나, 아직까지는 INM의 치료적 가치에 대해 ‘High-level class of evidence’가 부족한 상태이다. 많은 연구 그룹에서 치료적 가치를 살펴보고자 노력을 해왔으나, INM 분야가 가지는 특성상, 현실적으로 쉽지 않은 상황이다. 일단 진단적 가치가 증명된 상태에서, 치료적 가치를 보기 위해 동일한 종류의 척추 수술에서 INM을 시행하지 않는 환자군을 대조군으로 설정하는 것 자체가 비윤리적일 수 있는 문제가 있으며, 수술 도중 이벤트가 발생했을 때, 집도의 및 모니터링을 담당하는 의사가 취하는 후속 조치를 모두 동일하게 적용하기가 어려운 점, 그리고 실행된 후속 조치와 실제 환자의 수술 후 예후가 직접적인 연관성(correlation)이 있는가에 대한 문제 등 여러 장애물들이 있다. 위와 같은 한계로 인해, 대부분의 연구가 과거 INM이 도입되기 전에 수술을 받은 환자들(historical control)을 대조군으로 설정해 후향적으로 단순비교를 하는 디자인을 가지게 되며, 이로 인한 통계적 파워가 떨어지면서 증거 수준 ‘Class III’의 근거 기준에 해당하게 된다.

가장 초기 연구 중의 하나가 51명의 후종인대석회화(ossification of posterior longitudinal ligament, OPLL)로 인한 경추척수증 환자를 대상으로 한 연구로, SSEP 감시를 이용해 수술을 진행했을 때 48명의 환자는 증상의 완화를, 3명은 특별한 변화가 없음을 보였고, 이를 그 이전에 SSEP 감시 없이 수술을 진행한 120명의 대조군(과거 연구결과들 검토해서 추출한 대조군)과 비교했을 때, 환자 예후가 좋았음을 언급하면서 SSEP 감시가 경추의 OPLL 수술에서 치료적 가치를 가질 수 있다고 제시했으나, 근거능력에서는 Class III에 해당하였다[48]. 2010년에 32개의 척추수술에서의 INM의 활용에 관한 연구결과들을 종합한 ‘systematic review’ 연구가 발표되었는데, INM의 진단적 가치는 인정했으나, 치료적 가치에 대해서는 아주 낮은(“very low” level) 수준의 근거 기준을 제시했다[49]. 가장 많은 수의 환자를 대상으로 이뤄진 2013년도 연구에서는 26년간 단일기관에서 시행된 SSEP와 MEP 감시를 이용한 모든 종류의 척추수술 환자 12,375명을 분석했을 때, 386명의 환자에서 총 406건의 INM 이벤트가 발생했는데, 이중 360건은 후속조치 이후 회복되었다. 수술 종료 시까지 이상파형이 회복되지 않은 환자 중 14명은 영구적인 신경학적 결손이 남았고, 이상파형이 회복되었음에도 수술 후 신경학적 결손을 보인 환자는 한 명이 있었다. 저자들은 위 결과를 바탕으로 INM의 활용이 신경학적 결손의 위험도를 최대 3.1%에서 0.12%로 낮췄다고 분석하면서 척추 수술에 있어, 복합(multimodal) INM의 이용이 필수적임을 주장했지만, 해당 연구 대상 그룹이 위치 및 원인 질환의 종류 등에 있어 너무 이질적이고, 비교군이 없다는 점, 수술 중 이벤트 발생 이후 취해진 조치가 매우 다양했다는 점 등에서 INM의 치료적 가치를 제시하기에는 class III의 낮은 증거 수준을 가질 수밖에 없었다[50].

반면에, INM의 치료적 가치를 부정하는 연구 결과들도 발표되었는데, 2012년 Traynelis 그룹은 INM 없이 경추감압수술을 받은 720명 환자들을 분석해 그 중 오직 3명의 환자만이 수술 후 일시적인 근위약을 보였고, 지속적인 신경학적 결손을 보인 환자는 한 명도 없어, 약 백만 달러에 이르는 모니터링 비용을 절감할 수 있었고, 이를 바탕으로 INM을 무조건적으로 적용하는 것은 비용-효과(cost-effectiveness)적 측면에서 바람직하지 않다고 주장하였다(Class III)[51]. 2014년 Choi 등의 연구에 따르면, 척수내종양 환자 76명(50명; INM을 시행, 26명; INM을 시행하지 않음)을 후향적 분석하였을 때, INM의 수술 후 신경학적 결손의 발생 예측에 대한 민감도 및 특이도는 94%, 양성예측률은 89%, 음성예측률은 97%였다(75% 이상의 진폭 감소를 수술 중 유의미한 파형 변화로 정의). 하지만 다변수회귀분석 시, 두 그룹간 종양의 절제 정도나 수술 후 신경학적 상태에 유의미한 차이가 없어, 척수내종양 절제술에서 INM의 치료적 가치는 없는 것으로 기술하였다(Class II)[52]. 최근 시행된 척수의 경막내수질외 종양(수막종 및 신경초종) 절제술을 대상으로 한 후향적 연구에서는 MEP/SSEP/EMG 감시를 시행한 41명의 환자를 이전에 INM 없이 절제술을 시행한 70명의 대조군과 비교했는데, INM이 신경학적 손상을 감지하는 데는 정확했지만, 결과적으로 양 그룹간 수술 후 신경학적 결손의 발생률의 차이는 없어, 해당 질환의 수술의 경우에서 INM이 치료적 가치를 가지지 않는다고 결론내었다(Class II)[53].

INM의 치료적 가치에 대해서 향후 강한 ‘evidence class’를 가지는 연구를 진행하기 위해서는 전향적 환자/대조군 설정에 있어서의 불리함을 극복해낼 수 있는 통계 기법의 활용 및 최대한 구체적으로 구성된 동일한 프로토콜의 적용 등을 이용한 연구가 필요할 것이다.