침에 의한 뇌신경 조절 (Neuromodulation by Acupuncture)

by 한국연구재단 의약학단

1. 침의 작용 기전

ㅇ 침 치료의 효과는 다양한 연구를 통하여 밝혀지고 있으나, 최근의 연구 결과는 크게 뇌, 척수와 같은 신경계에 대한 직접 자극 및 장-뇌 축에 의한 것으로 정리되고 있음.

ㅇ 침의 효과 기전에 대한 심화 연구뿐만 아니라, 최근에는 두침이나 전침의 원리를 이용한 전기 자극 치료기술로의 확장 연구가 활발하게 진행됨.

[그림 1] 침의 효과 기전

▪ 장-뇌 축 (Gut-Brain Axis): 장내미생물이 생산하는 다양한 대사체가 자폐증, 우울증, 파킨슨병, 알츠하이머 치매 등 뇌신경 질환의 원인이 될 수 있다는 이론

▪ 두침 (Scalp Acupuncture): 한의학의 경락이론 및 침구요법의 기초 위에서 신경과학의 대뇌피질 기능정위의 이론을 연결하여 머리 피부의 상응하는 부위에 자침을 하여 치료하는 침법

▪ 전침 (Electroacupuncture): 전기침이라고도 하며 전선이 연결된 집게를 침에 연결해서 전기 자극을 줌으로써 침의 효과를 높이는 요법

2. 왜 주목받고 있나?

ㅇ 1971년 닉슨의 중국 방문 때 침 치료의 효과가 서구사회에 알려진 이후, WHO는 침 치료가 많은 질환에 효과가 있다고 인식함 [1]. 미국 등에서 진통제 남용으로 인한 약물 중독의 대안으로 침 치료의 통증 제어 효과에 주목 [2]. 뇌영상 기술의 발전으로 침 치료의 효과를 시각적으로 확인 가능 [3]. 두침, 전기침 등 침 치료 기술 자체의 발전 등의 이유로 세계적으로도 많은 연구가 이루어지고 있음 [4].

▪ 중국의 침 연구자인 북경대 신경과학연구소 Han Jisheng(韓濟生) 교수는 경락을 신경계로 설명하는 ‘신경학설’, 즉 침의 효과가 신경으로 전달된다고 주장

▪ 1997년 미국 국립보건원 (NIH)은 한의학의 침에 대해 수술 후 화학요법에 따른 구역, 구토, 수술 후 통증 등을 억제하는 데 효능이 있으며, 또한 약물중독, 뇌졸중 재활, 두통, 월경 시 경련, 섬유 근육통, 관절염, 요통, 천식, 불안·공포, 불면증의 대체 치료법으로 유용하다는 입장을 발표

3. 최근 많은 연구가 이루어지고 있나?

ㅇ 침 치료에 대한 과학적 연구, 특히 뇌신경 조절과 관련된 연구는 1970년대에 시작하여 2000년대 이후에 급성장하고 있음.

- 한국한의학연구원은 미국 하버드 의대 연구팀 (비탈리 내퍼도 교수)과의 공동으로 침 치료의 효과 기전을 뇌영상 기술을 이용하여 증명하는 연구를 진행하고 있음.

[그래프 1] 침과 뇌신경조절 키워드로 본 논문 출판수 변화

4. 최근 국내․외 연구 동향은?

ㅇ (한국) 침이 뇌신경 활동과 연합을 증가시킴 (Scientific Reports, 2021.3.)

▪ 말초에서 침자극 유발 기전부터 대뇌에 미치는 변화까지의 기전 조사

- 경희대 한의학과 박○○ 교수 연구팀은 침 자극 후 말초부터 중추까지의 효과 기전을 조사하여 침 자극에 의해 유도되는 말초의 분자 수준의 신호가 대뇌 신경 반응을 변화시키고 결과적으로 기능적 연결성에 영향을 미치는 기전을 확인하였음.

- 침 자극으로 유도되는 말초 프로테옴의 변화는 ERK 활성화가 중요한 역할을 함. 침 자극 후 neocortex, hippocampus, thalamus, hypothalamus, periaqueductal grey, and nucleus of the solitary tract 등에서 신경 활성이 유의하게 변화하였으며, 이러한 변화는 말초의 MEK/MAPK가 억제됨으로써 유발됨을 밝힘. 향후 다양한 침의 대뇌 조절 효과 기전을 설명하는 데 있어 중요한 이론적 근거를 활용될 수 있을 것으로 기대됨.

▪ 국제 학술지 Scientific Reports지에 게재(IF 4.379, 2021.3.4)

▪ Peripheral ERK modulates acupuncture-induced brain neural activity and its functional connectivity

ㅇ (미국) 전침이 경혈 위치, 자극 강도 의존적으로 자율신경계를 통하여 전신 염증을 조절함 (Neuron, 2020.)

▪ 심각한 전신 염증을 조절하는 전침 치료 기전

- 전신적인 염증을 예방하거나 치료하기 위해 침 자극 같은 특정한 인체 부위 자극이 자율 신경계를 변화시키는 조직적인 규칙을 밝히기 위해 LPS로 유도한 내독소 혈증을 모델로 활용하여 전침 자극이 교감신경계를 활성화시키고 전신적인 염증을 조절하는 기전을 조사하였음.

- 뒤발 부위 (족삼리) 저 강도의 전침 자극은 뉴로펩타이드-Y (NPY)를 발현하는 부신 크로마핀 세포 의존적으로 vagal-adrenal axis를 활성화시켜 항염증 효과를 발생시키며, 복부 (천추) 고강도 전침은 척수-교감신경 축을 통하여 NPY를 발현하는 비장 노르아드레날린 신경을 활성화시킴으로써 질병 상태에 따라 아드레날린 수용체의 변화에 의존적으로 anti- 또는 pro-inflammatory 효과를 만들어 냄.

- 전침의 효과는 자극하는 경혈 부위, 전침 자극 강도에 의존적으로 나타남을 유전학적인 실험 기법으로 제시한 연구로서 침을 보다 효과적이며 안전하게 치료하기 위한 최적 자극 조건을 개발할 수 있을 것으로 기대됨.

▪ 국제 학술지 Neuron 게재 (IF 17.173, 2020.11.11.)

▪ Somatotopic Organization and Intensity Dependence in Driving Distinct NPY-Expressing Sympathetic Pathways by Electroacupuncture

ㅇ (중국) 침의 장-뇌축 조절에 관한 임상 연구 결과 발표 (Frontiers in Neuroscience, 2020.)

▪ 침 치료는 장-뇌 축의 조절을 통하여 과민성장증후군을 개선함

- 설사가 우세한 IBS 환자를 대상으로 fMRI를 기반으로 하는 복합 네트워크 방법을 이용하여 침 자극 전후의 변화된 뇌 기능 연결, 상호 작용 및 분리를 연구.

- 분석 결과 백회(DU20), 인당(EX-HN3), 태충(LR3), 족삼리(ST36), 삼음교(SP6), 천추(ST25), 상거허(ST37) 등의 경혈이 효과적인 것으로 나타남.

- 오른쪽 해마, 오른쪽 상 후두회, 왼쪽 설측회, 왼쪽 중간 후두회, 소뇌의 비정상적인 기능적 연결(FC)과 정상 대조군이 다른 오른쪽 중간 후두회에서의 비정상적인 네트워크가 침술 자극 후 개선됨.

▪ 국제 학술지 Frontiers in Neuroscience 게재 (IF 4.677, 2020.12.15.)

▪ Brain Functional Interaction of Acupuncture Effects in Diarrhea-Dominant Irritable Bowel Syndrome

ㅇ (한국) 신경자극 의료기의 성장 (메디컬 투데이, 2021.8.)

▪ 신경자극 의료기기 시장은 최근 연평균 10% 이상 빠르게 성장

- 신경계질환의 증가, 고령 인구의 증가, 관련 기술 분야에 대한 투자 증가로 다양한 파이프라인과 적응증 확대 및 보험 적용이 진행되고 있음.

- 신경계 질환은 고령자에게서 자주 발생하는 질환으로 55세 이상 인구의 약 55%에 영향을 미치는 주요 만성질환이며 뇌동맥류, 뇌종양, 간질, 기억장애, 다발성 경화증, 파킨슨병, 말초 신경통, 척수종양, 뇌졸중 등이 있음.

▪ 한국산업기술평가원, 신경자극 의료기기 기술 및 시장동향 (2021.7월 호)

- 신경자극 의료기기 글로벌 시장은 지난 2018년 기준 약 32억 9,672만 달러 규모에서 2024년까지 연평균 11.2% 성장하여 약 61.7억 달러 규모로 확대 전망.

- 국내 시장은 2016년 3551만 달러에서 2019년 4,425만 달러, 2024년에는 7,165만 달러 수준으로 연평균 10.12% 성장할 것으로 예상.

- 신경자극 의료기기는 고부가가치 품목이면서 선진국과 기술격차가 큰 분야로 국내 기술력 향상을 위한 중장기적 지원이 필요.

▪ 한방의료기기 기술의 해외 이전

- 대구한의대학교 김○○ 교수의 “신체 부착형 스트레스 완화 시스템”의 Adventus Ventures (미국 캘리포니아 어바인 소재)에 10만 불 기술이전 계약.

5. 기초연구사업 지원 현황은?

ㅇ 우수지원과제 현황

※ 연구사업통합지원시스템(e-R&D)에서 ‘침’, ‘신경’ 관련 키워드 검색을 통한 우수지원과제

ㅇ 주요 논문 등의 성과 현황

★ 침술의 알코올 의존성 억제 작용

<연구책임자>

▪ 양 OO (대구한의대학교)

<성과내용>

▪ 연구팀은 알코올 중독 동물모델을 이용하여 정신질환에 사용하는 신문혈에 대한 침 자극이 시상하부 궁상핵의 엔도르핀 신경 활성화를 통하여 몸 떨림, 불안 행동 및 알코올 재발 행동 등의 알코올 의존을 억제하는 것을 확인함.

▪ 이 기술을 이용하면 알코올 의존성을 줄이는 비약물적 치료 방법으로 알코올 사용 장애 치료에 큰 기여를 할 것으로 기대함.

<대표논문실적>

▪ Acupuncture attenuates alcohol dependence through activation of endorphinergic input to the nucleus accumbens from the arcuate nucleus (Science Advances, IF=14.136, 해당 호 표지 논문)

★ 두침을 응용한 경두개 자극을 통한 주의력 결핍 과잉행동 장애 치료기술

<연구책임자>

▪ 최 OO (부산대학교)

<성과내용>

▪ 연구팀은 한의학 두침의 장점을 뇌신경 조절의 경두개 전류 자극술에 융합하여 고밀도 경두개 전류 자극 (HD-tDS)을 도출하였으며, 이를 활용하여 뇌의 신경영양인자의 발현을 통한 다양한 난치성 뇌질환 치료 기술을 개발하는 연구를 진행함.

▪ 주의력 결핍 과잉행동 장애 (ADHD) 흰쥐 모델의 전두엽 피질에서 도파민 회로 관련 신경영양인자의 조절을 통해 인지 기능 장애를 개선하여 치료기술 개발의 근거

<대표논문실적>

▪ Therapeutic effects of anodal transcranial direct current stimulation in a rat model of ADHD (eLife, IF=8.140)

★ 침의 장내미생물 조절을 통한 파킨슨병 치료 가능성

<연구책임자>

▪ 박 OO (경희대학교)

<성과내용>

▪ 최근 장내미생물이 파킨슨병의 발병 및 진행에 큰 영향을 미친다는 연구 결과가 다수 보고되고 있음. 연구팀은 파킨슨병 동물모델에서 침 시술이 뇌의 염증을 억제할 뿐만 아니라 MPTP 투여로 인한 장내미생물의 조성 변화를 억제한다는 결과를 제시함.

▪ 침 시술은 통증 억제뿐만 아니라 신경 보호, 위장관 운동 조절 등 체내에서 다양한 변화를 야기하는데, 본 연구는 침 시술의 신경 보호 및 염증 억제 기전뿐만 아니라 장내미생물 조절 기전 연구에도 중요한 기반이 될 것임.

<대표 논문실적>

▪ Acupuncture inhibits neuroinflammation and gut microbial dysbiosis in a mouse model of Parkinson's disease (Brain Behavior and Immunity, IF=7.217)

6. 향후 기초연구사업 차원에서의 노력 

※  연구자 인터뷰: 육태한 교수 (우석대학교)

 

▪ 한의학의 대표적인 치료법인 침술의 효과를 과학적으로 입증하는 것은 매우 중요한 연구이지만, 향후의 연구는 이를 넘어서서 새로운 임상적 유용성을 발굴하는 연구로 심화되어야 할 것임.

▪ 뇌는 인체에서 인간이 아직 밝히지 못한 미지의 영역으로서 침 치료의 뇌신경 조절을 통한 다양한 퇴행성 뇌질환에 효과가 있다는 연구는 매우 중요하며, 이러한 연구에 집중 투자가 필요함.

▪ 다만, 현재까지의 침 연구는 고전적인 침술의 연구에 집중한 경향이 있으므로 향후에는 두침, 전침뿐 아니라 광선, 진동, 음파, 초음파 등 다양한 물리적 자극을 활용한 침술의 확장에 대한 연구가 필요할 것임.

※ 연구자 인터뷰: 신화경 교수 (부산대학교)

▪ 임상에서 활용되고 있는 DBS(deep brain stimulation)도 자극 기전이 밝혀지기 전에 효능이 먼저 입증되어 사용된 기술임. 그 외 많은 뇌 자극 기술의 기전이 밝혀지지 않았기 때문에 안정성에 대한 문제를 야기할 수 있을 뿐만 아니라, 뇌 자극 기술의 추가적 발전과 잠재적 가능성을 제한함.

▪ 현재의 뇌신경 자극 연구는 일부 질환에 대한 동물실험과 임상시험에서 치료 효과를 보인 자극 파라미터를 다른 적응증에 적용해 보는 단계임.

▪ 따라서 아래와 같은 측면에서 뇌 자극의 질환 유효성 이외에도 기전을 밝히는 기초연구에 많은 연구 자원이 투자되어야 함.

- 뇌신경 자극 방식 및 자극 파라미터에 따른 뇌 활성 변화 및 자율신경 활성 변화에 대한 기반연구 부재

- 뇌신경 자극 기술의 기반연구를 위한 질환별 동물 모델 제작 기술 및 기반연구 방법 부재

- 개인 및 질환에 따른 자극 효과 분석 및 자극 파라미터 최적화 기술 부재

※ 연구자 인터뷰: 김승남 교수 (동국대학교)

▪ 한의학은 인체를 전인론적·유기체적 관점에서 바라보지만, 많은 연구들이 작용부위를 단편적으로 분석하고 있음. 최근 서양의학에서 장기와 장기 사이의 상호작용(예: Gut-brain axis, Liver-gut axis)에 대한 관심이 높아지고 있는데, 이는 수천 년 전부터 한의학에서 언급하던 내용임. 최근 신경계질환에 대한 한의치료기술의 효과 및 작용 기전을 gut-brain axis 등 장기 사이의 상호작용을 중심으로 진행하는 연구가 증가하고 있으나, 아직까지 초기 단계이므로 한의학의 특성을 반영한 기초연구에 더 많은 투자가 필요함.

▪ 침의 뇌신경 조절 기전은 중추신경계인 뇌와 척수에서 나타나는 변화도 중요하지만, 경혈에 자침 시 어떠한 경로를 통해 말초에서 중추로 자극이 전달되는가를 입증하는 것도 한의학의 과학화를 위하여 매우 중요한 부분임. 따라서 침 시술 부위에서 나타나는 변화와 중추신경계로 전달되는 경로 연구에 대한 지원의 증대가 필요함.

7. 향후 관련분야 원천기술 확보를 위한 노력

※  연구자 인터뷰: 육태한 교수 (우석대학교)

▪ 침의 신경계 조절을 통한 금단증상 억제는 오랫동안 연구되어 온 주제이지만 마약, 알코올, 도박 등 중독의 대상은 매우 다양하므로 해당 분야로 연구를 확장하여 원천기술의 확보가 가능할 것임.

▪ 전침이나 두침과 같은 전기 자극과 결합한 침 치료는 한의학 원리에 기반을 둔 의료기기 개발에 있어서 매우 유망한 기반기술이 될 것임. 또한 전동침과 같은 다양한 침구 보조기술의 개발을 통하여 원천기술을 확보하는 것이 중요함.

▪ 장-뇌 축의 조절을 통한 연구는 아직 초기 단계로 향후 원천기술 확보 가능성이 매우 높다고 생각됨. 현재는 침 치료에 따른 장의 변화가 뇌와 상호작용하는 경로를 미주신경으로 상정하는 경우가 많으나, 장내 미생물의 대사산물의 변화가 신경계에 미치는 영향에 주목하는 것이 원천기술 확보에 유리할 것으로 사료됨.

※ 연구자 인터뷰: 신화경 교수 (부산대학교)

▪ 전기 자극뿐 아니라 침의 원리를 활용한 광선, 초음파 등 다양한 물리적 자극을 활용하여 새로운 치료기술의 개발로 확대 연구가 요구됨.

▪ 여러 신경정신 질환에 대한 유효성이 밝혀지고 있어 뇌 자극 기술은 선택적 치료기법으로 매력적이나, 자극 부위 검증, 안정성, 부작용, 메커니즘 이해 등 해결해야 할 기술적 이슈들이 남아있어 아직 많은 연구개발이 요구됨.

▪ 국내 우수한 IT, 전자 기술 인프라와 소재, 부품, 제약, 의료산업과의 융합을 통해 초기 단계에 있는 신경자극 의료기기 시장을 선도할 수 있기 위한 핵심 기술 확보가 필요함.

※ 연구자 인터뷰: 김승남 교수 (동국대학교)

▪ 최근 파킨슨병, 인지 기능 장애 등 다양한 질환과 장내미생물의 관련성이 점차 밝혀지고 있으며, 이에 따라 침 자극의 장내미생물 조절과 관련된 연구가 증가하는 추세에 있음. 이에 따라 장내미생물 분석을 위한 핵심 기술 확보가 필요함.

▪ 침 자극이 질환 모델에서 장내미생물의 조성을 조절한다고 알려져 있으나, 경혈 및 자극 방법(체침, 전침, 약침 등) 별 차이, 조절 기전 등 아직 연구되지 않은 부분이 남아있어 이 부분에 대한 많은 연구 개발이 필요함.

▪ 침의 뇌신경 조절 기전은 통증 분야 외에는 아직까지 명확하게 밝혀진 것이 많지 않음. 따라서 침 자극으로 인해 나타나는 말초 및 중추신경계의 변화를 측정할 수 있는 원천 기술의 확보가 필요함.

참고자료

[1] Central and Peripheral Mechanism of Acupuncture Analgesia on Visceral Pain: A Systematic Review (Hindawi, 2019.)

[2] 이제 한방침도 ‘스마트’하세요 (한겨레, 2012.)

[3] Science-based Mechanisms to Explain the Action of Acupuncture (Journal of the Association of Traditional Chinese Medicine (UK), 2010.)

[4] ‘신비’한 침의 효과 현대 과학으로 풀리나 (헬스조선, 2007)

[5] Peripheral ERK modulates acupuncture-induced brain neural activity and its functional connectivity (Scientific Reports, 2021)

[6] 선진국과 기술격차 큰 '신경자극 의료기기'…"중장기적 지원 필요" (메디컬 투데이, 2021)

[7] Somatotopic Organization and Intensity Dependence in Driving Distinct NPY-Expressing Sympathetic Pathways by Electroacupuncture (Neuron, 2020)

[8] Brain Functional Interaction of Acupuncture Effects in Diarrhea-Dominant Irritable Bowel Syndrome (Frontiers in Neuroscience, 2020)

[9] Central and Peripheral Mechanism of Acupuncture Analgesia on Visceral Pain (A Systematic Review, 2019)

[10] 침 치료 효능, 우리 뇌는 이미 알고 있다 (KIOM, 2020)

[11] 신경자극 의료기기 기술 및 시장동향 (KEIT PD 이슈리포트 2021-7월호, 2021)

[12] Acupuncture inhibits neuroinflammation and gut microbial dysbiosis in a mouse model of Parkinson's disease (Brain Behav Immun, 2020)

[13] Therapeutic effects of anodal transcranial direct current stimulation in a rat model of ADHD (Elife, 2020)

[14] Acupuncture attenuates alcohol dependence through activation of endorphinergic input to the nucleus accumbens from the arcuate nucleus (Sci Adv, 2019)

출처: https://www.nrf.re.kr/cms/board/library/list?menu_no=419