통증의 생리학

생명의 원리, 생리학 II

통증은 정도에 있어 차이가 있겠지만 우리 몸이 흔히 느끼는 감각이다. 통계에 의하면 연구에 따라 차이는 있으나, 성인의 약 20–30%가 만성 통증을 경험하며, 이 중 약 5–10%는 일상 기능에 영향을 받을 정도의 통증을 겪는다고 한다. 밀접하게 우리 생활 속에 들어와 있는 이 통증은 우리에게 도움을 주는 것일까? 아니면 우릴 괴롭히기만 하는 원수 같은 존재일까? 통증으로 인한 엄청난 고통의 과정을 겪어 본 사람이 아니고서는 가볍게 말할 수 없을 주제이나, 세 차례의 요석증으로 극심한 통증을 겪었고 급성 요통으로 악 소리 나는 통증을 겪으며 일상생활에 지장을 경험해 봤던 나에게 심한 통증의 기억은 낯설지만은 않다. 물론 이보다 더 심한 통증을 앓았거나 앓고 계신 분들 앞에서 통증이 얼마나 힘든 것이지를 말한다면 송구스러운 일이나, 우리 몸의 생리학적 원리를 이해하는 차원에서 통증이란 주제에 대해 함께 공부해 보도록 하자.

국제통증연구학회(IASP)는 2020년 정의를 포함하여 '실재 또는 잠재적 조직 손상과 연관되거나, 그와 유사한 불쾌한 감각적, 감정적 경험인 통증은 생물학적, 심리적, 사회적 요인에 영향을 받는 개인적 경험이며, 통증 보고는 존중되어야 하고, 의사소통 불능이 통증 부재를 의미하진 않는다.'라고 말하고 있다.

통각과 통증

통증(pain)과 통각(nociception)의 용어상 차이점을 이해할 필요가 있는데, 통각은 신호전달로써 생물학적이고 기계적인 과정이며 우리 몸의 감각 수용체에서 신경계를 통해 해로운 자극을 감지하여 중추신경계(척수와 뇌)로 신호를 보내는 과정이며 객관적인 생리적 현상이다. 피부나 장기에 있는 '통각수용기(nociceptor)'가 뜨거움, 찔림, 염증 등의 자극을 감지하면 전기 신호로 바꾸어 뇌로 전달하는 것으로 이것은 아직 "아프다"라는 느낌이 아닌 단순히 "여기에 조직손상이 있다"는 데이터의 전송에 해당한다. 이에 반해 통증은 주관적 경험으로 뇌에서 일어나는 최종적인 결과물로써 뇌가 통각을 전달받은 뒤, 현재의 상황, 과거의 기억, 심리적 상태 등을 종합하여 만들어내는 불쾌한 감정적 경험이며 뇌가 올라온 신호를 해석하여, 위험한 것, 피해야 할 것이라고 판단할 때 비로소 '통증'으로 인식된다.

이 두 용어의 결정적인 차이를 보여주는 예시로써 통각(nociception)은 있지만 통증(pain)은 없는 경우가 있는데, 전쟁터의 병사가 심각한 부상을 입고도 순간적으로 고통을 느끼지 못하며 뛰어다니는 상황이 대표적이다. 이는 극한의 위기 상황에서 '하행성 통증 억제 시스템(descending pain modulatory system)'이 가동되기 때문이다. 뇌에서 엔도르핀이나 엔케팔린 같은 천연 진통 성분을 방출하여 척수 단계에서 통각 신호의 전달을 차단하고, 여기에 아드레날린 분비가 더해져 신호가 뇌에 도달하기 전 '통증의 문'을 잠가버리는 것이다. 반대로 통각(nociception)은 없는데 극심한 통증(pain)만 존재하는 경우도 있다. 대표적인 예가 '환상통(phantom pain)'이다. 이미 절단되어 신경 신호를 보낼 물리적 조직이 없음에도 불구하고, 환자는 존재하지 않는 손끝에서 타는 듯한 고통을 느낀다. 이는 통증이 단순히 '신호의 전달'이 아니라 '뇌의 해석'임을 보여주는 가장 강력한 증거이다.

통각의 전달 경로

유해자극이 통각 수용기에서 인지되어 통증으로 뇌에 인식되기까지 경로를 살펴보자. 이 과정은 신호변환(transduction), 신경전달(transmission), 조절(modulation), 인지(perception)를 포함하게 된다. 통각 수용기는 머리털, 손톱, 발톱 같은 특화된 조직 외에는 거의 전신에 분포되어 있지만 신기하게도 뇌실질, 폐실질, 간실질, 신장 실질에는 거의 없어 그 장기 실질 자체 내 국한된 질병의 경우 통증을 느끼지 못한다. 두통은 뇌 자체가 아니라 뇌를 둘러싼 뇌막(meninges)이나 혈관, 근육의 통증 수용기가 자극받아 발생한다. 폐를 감싸고 있는 흉막(pleura), 그중에서도 벽 측 흉막에 신경이 집중되어 있어, 폐렴이나 암이 흉막까지 영향을 끼쳐야 통증을 느끼며, 간의 내부 조직도 통증에 무디다. 폐암이 늦게 발견되거나 간 질환이 꽤 진행되어도 통증이 없는 이유가 이 때문인데 통증은 주로 간을 감싸고 있는 간 피막(Glisson's capsule)이 늘어날 때 느끼게 된다. 관절을 보호하는 연골에는 신경과 혈관이 없어 따라서 연골이 닳기 시작하는 초기에는 통증이 없다가, 뼈끼리 부딪히거나 주변 염증이 심해져서 인근의 신경을 자극할 때 비로소 통증을 느끼고, 신장의 내부 조직에는 통각 수용기가 거의 없으며 신피막(renal capsule) 즉 신장 전체를 감싸고 있는 얇은 막에는 수용체가 아주 조밀하게 분포되어 신장이 부어올라 이 막이 팽창하거나 잡아당겨지면 강한 통증을 느낀다. 신우(renal pelvis) 또한 매우 예민하여, 결석이 걸리거나 압력이 높아지면 극심한 통증(산통)을 유발할 수 있다.

신호변환

전방의 감시 초소에 설치한 센서 역할과 같이, 우리 몸에는 외부의 유해한 자극을 전기 신호로 바꾸어주는 핵심적인 분자 센서들로 구성된 온도 및 화학적 자극에 반응하거나, 세포가 손상될 때 세포 안에 있던 ATP가 밖으로 쏟아지거나 혈소판 등에서 분비된 세로토닌에 반응하는 수용체가 있다. 이러한 다양한 통각 수용기들은 각자 자신에게 주어진 고유한 온도, 압력, 화학물질들에 따라 반응하여 유해신호를 감지하게 되는 데, 이때 그 자극의 정도에 따라 소듐 이온 같은 양 이온이 세포 내로 유입되어 전기신호로 전환되는데 이때 포타슘 이온 채널(TREK-2)은 흥분성을 낮춘다. 이 둘의 발란스가 깨져 소듐이온의 유입이 커져 일정 문턱값(threshold) 전하에 도달하면 방아쇠를 당기듯 전압작동소듐통로(voltage- gated sodium channel)가 열리면서 신경섬유에 활동전위(action potential)가 발생하여 신경섬유를 타고 신경전달이 일어나게 된다. 즉 일선 초소에서 감지된 정보를 보고하야겠다는 판단이 선 순간 즉시 유선 통신으로 보고하는 셈이 된다. 김일병은 보고하자 하고 이상병은 좀 더 기다려봐라고 실랑이 하다 도저히 미룰 수 없는 적의 동태가 감지되면 김일병의 목소리를 이상병이 무시 못하는 상황과도 같다고 할까. 물론 이런 실랑이는 찰나로 끝나지만 말이다.

신경전달

고온 혹은 저온, 압력, 조직의 손상 같은 정보를 전기적 신호로 전환하여 전달할 때 사용하는 신경 섬유에는 여러 종류가 있다, '유선 통신' 라인에 종류가 있다는 이야기인데 속도 차이가 있다. 일차적으로 말초에서 척수의 후각(posterior horn)에 이르기까지 통각을 전달하는 대표적인 신경섬유로 Aδ 섬유와 C섬유가 있는데 Aδ 섬유는 이를 둘러싸고 있는 말이집(유수, myelinated) 신경섬유의 일종으로 콜레스테롤과 당지질(갈락토세레브로사이드) 그리고 인지질(스핑고마이엘린 등)등의 지방성분과 단백질 성분으로 구성된 수초가 신경 섬유를 돌돌 말아 두르게 하였는데 중간중간은 수초가 없는 영역이 존재한다. 수초로 둘러 싸인 곳은 전기가 통하지 않는 전선 피복 같은 것이어서 전기적 신호는 이 구간을 뛰어넘는 도약 전도를 통해 초속 5~30m로 매우 빠르게 전달되어, "앗!" 하고 느끼는 날카롭고 선명한 통증을 전달하며 어디서 통증이 발생하였는지 국소적 정보를 비교적 잘 전달하는 통신시스템이다. 이 말이집은 슈반 세포(Schwann cell)에서 형성된다. 이런 내용은 학생시절 다 배웠겠지만 아마 희미해졌을 것이다.

이에 반해 C 섬유는 민말이집(무수, unmyelinated) 신경섬유로 초속 0.5~2m로 느리게 전달되어 이후에 따라오는 지속적이고 욱신거리는 통증을 전달하며 국소적으로 정확한 위치 전달력은 떨어진다. 순간적 위협적 상황을 피하기 위해서는 신속한 정보 전달이 필요하고 정확히 우리 몸의 어떤 부분에서 문제가 생겼는지 파악하는 것이 중요한데 이를 A델타 신경섬유가 담당하는 것이고, 위협을 피했지만 지속적으로 문제가 되는지 관심을 가져할 문제인지에 대한 정보는 C섬유로부터 전달되는 셈이다. C 섬유는 단순히 느리기만 한 것이 아니라, 우리 뇌를 '정서적으로' 괴롭히는 전략을 구사하는데 감정을 담당하는 변연계(limbic system)와 전대상피질(anterior cingulate cortex)로 신호를 보내어 불쾌하거나 끔찍하다거나 기분 나쁘다는 감정적 반응을 동반케 하여 뇌가 이 자극을 무시하지 못하게 만든다.

조절

우리 몸엔 통각 신호가 뇌에 도달하기 전, 척수 수준에서 이 신호를 키우거나 줄이는 조절과정이 존재한다.

우리 몸에서 촉각을 담당하는 Aβ 신경섬유는 통증을 줄이는 생리적 효과를 갖는데 상황 모서리에 부딪쳐 순간 '아얏'하고 비명을 지르다가도 부딪힌 부위를 문지르거나 만져주면 이내 통증이 잦아드는 것을 느낀다든지 주사 맞은 뒤 손으로 눌러줄 때 날카로운 통증이 사라진다든지 했던 경험이 있었을 것이다. 이는 Aβ 신경섬유가 척수의 후각 수준에서 억제성 인터뉴런을 활성화시켜 GABA, glycine 분비를 증가시키며 통각 입력 (Aδ, C fiber)을 차단하기 때문이다. 또한 우리 몸은 엔도르핀과 같은 내인성 오피오이드 물질을 분비하여 통증 신호를 억제하는데, 자세 변화, 관절 움직임, 근육 수축, 집중과 몰입 상태, 손잡기나 포옹과 같은 사회적·정서적 접촉은 이러한 기전을 촉진하며, 하행 억제 신경계(descending inhibitory system)를 활성화함으로써 통증 완화에 기여한다.

지각 (Perception)

촉수 후각에서 두 번째 신경에 전달된 정보는 반대쪽으로 건너가서 척수를 따라 올라가 뇌줄기(brain stem)와 시상(thalamus)에서 세 번째 신경을 거쳐 고유의 감각 뇌 피질 영역으로 전달되어 통증으로 인지하게 된다. 인식된 통증이 장기화되거나 개인의 실존적 위협으로 다가올 때 고통(suffering)의 영역으로 넘어가게 되는데 고통은 심리, 사회, 영적 차원에서 느끼는 괴로움으로 정서적 상태를 포함한다. 통증에 대한 의미, 불안감, 불확실한 미래, 절망등의 복잡한 생각과 연계되어 느낄 수 있는 정서적 반응이다.

통증의 크기, 사람마다 다른 이유

이러한 통증은 정량적으로 대부분의 사람에게 동등한 수준으로 느껴지는 것은 아니고 개인차가 존재하게 되는데 개인적인 차를 유발하는 데에는 여러 인자들이 관여한다. 먼저 유전적 요인에 의한 차이가 날 수 있는데 통증 민감도, 만성 통증 발생, 치료 반응의 변이는 약 30–60% 정도 된다고 한다. 보통 의학적으로 한 개인에서 통증을 정량화할 때 치료의 효과는 30% 이상 차이가 나면 의미 있다고 보는 점을 감안한다면 이러한 차이는 적은 것이 아니다. 유전은 통증의 기저점을 형성하는 셈이고 변치 않는 것은 아니어서, 환경적 요인에 의해 유전자 발현이 조절되어 후천적 영향을 받는 여지가 생긴다.

통증은 말초 생물학적 요인 즉 염증이 발생한다든지 하면 또한 그 느끼는 정도가 달라질 수 있는데, 발가락에 염증이 생겼을 때 살짝 건들기만 해도 화들짝 놀랄 정도로 아팠던 기억이 대부분 있었을 것이다. 이런 현상이 일어나는 이유는 우리 몸에 상처나 염증이 생기면, 세포막의 인지질에서 유래한 아라키돈산이 COX-2에 의해 프로스타글란딘(PG)으로 전환되고 평소보다 훨씬 많은 양의 PG가 히스타민, 세로토닌, 브라디키닌, ATP 등과 함께 해당 부위에 생성되어 통각 수용기의 문턱값을 낮춰 통증 문이 더 쉽게 열리게 하기 때문이다. 이러한 현상은 말초에서만 일어나는 것이 아니라 통증이 오래되면서 중추 신경계에서도 일어날 수 있게 된다. 이에 따라 아래 그림에 도식화하여 제시한 것처럼, 같은 자극에 더 아프게 느끼는 통각과민(hyperalgesia)이나 통증을 유발할 자극이 아닌 예를 들어 깃털이 닿는 자극에도 통증을 느끼는 이상통(allodynia), 심지어 자극이 없는데도 통증 신호 유발되는 자발통(spontaneous pain)과 같은 현상이 발생할 수도 있다.

세로축은 통증의 크기, 가로 측은 자극의 유무와 종류와 크기다. 아무런 자극이 없는데도 통증을 느끼는 자발통부터 비유해 자극에도 통증을 느끼는 이상통, 과한 반응인 통각과민.

과한 통증이 프로스타글란딘 등의 염증에 의한 것이 주된 요인이라 판단될 경우 아스피린이나 이부프로펜 같은 비스테로이드성 소염진통제를 의사 선생님들은 처방하게 되며 PG를 만드는 효소(COX)를 차단함으로써, 통증 완화를 꾀하게 되는데 만약 말초 감작이 너무 오래 지속되어 뇌와 척수까지 예민해지는 '중추 감작(central sensitization)'으로 넘어가게 되면, 이때는 일반 소염진통제만으로는 효과가 부족할 수 있어 신경병증성 통증 약물(가바펜틴 등)의 병용을 고려할 수도 있다.

통증은 심리적 요인 (psychological factors)에 의해서도 영향을 받게 된다. 인지·정서 요인이 크게 작용할 수 있는데 자신에게 닥친 이 통증을 이길 수 있다는 자기 확신이 높을 경우, 이순신장군이 총탄에 맞았을 때 알려진 일화처럼 총상을 입었지만 끝까지 독전하시면서 통증을 감내한 사건같이, 통증을 느끼는 정도는 달라질 수 있다. 주사 맞을 때 아프다고 생각하여 공포에 질리면 더 아프게 느껴지고 초연히 대하면 따끔한 정도의 통증만 느낀다든지 하는 일은 통증이 상당히 주관적으로 다르게 느껴질 수 있는 예들이다.

사회·문화적 요인도 통증의 자각 정도에 영향울 주는데, 삶의 사건이나 통증과 같은 상황이 자신의 통제 범위를 벗어나 운명, 우연, 혹은 타인(의사 등)의 손에 달려 있다고 믿는 스타일, 솔직하고 개방적으로 표현하는 외적 통제위 (external locus of control) 경향을 보이는 히스패닉 계열의 인종보다 자신의 건강 상태나 통증 수준이 자기 자신의 행동과 노력의 결과이며, 스스로 조절할 수 있다고 믿는 내적 통제위 (internal locus of control) 경향을 보이는 폴란드인들이 좀 더 낮게 통증을 보고하는 경향을 보였다는 연구 결과가 있다(Bates MS 등. Pain 1993;52:101-112).

그 외에도 규칙적인 신체 활동, 적절한 유산소 및 근력 운동은 만성 근골격계 통증의 예방 및 악화를 줄이는 데 효과적이라는 역학 연구가 수면 시간이나 수면의 질(sleep quality)과의 연관성도 연구결과 제시되고 있어 통증에 고통을 받는 경우라면 질병 자체의 조절뿐 아니라 이런 통증에 영향을 주는 여러 요인들에 대해서도 관심을 가질 필요가 있다.

통증의 기능: 적인가, 친구인가?

통증은 위해가 되고 있거나 그대로 두면 해로울 수 있는 상황에 대한 우리 몸의 반응이요 뇌에 알리는 신속한 보고이며 적절히 인지하여 대처하면 우리 몸은 위험을 모면하거나 관리하는데 크나 큰 도움을 주는 친구임에는 틀림이 없다. 하지만 신경의 선상으로 인한 통증이나 과민해진 통증 반응, 특히 만성적으로 진행하여 조직의 손상에 비해 과도한 통증의 인식을 유발하는 경우는 통증이 과장될 경우 우리 몸이 대처할 행동이 그다지 녹녹하지 않은데 비해 통증 자체가 가져다주는 고통이 더 크게 되어 삶의 질이 현저히 떨어져 정신적 육체적 고통가운데 놓일 수도 있다. 이런 경우는 친구보다는 적으로 돌아선 경우라 할 수 있는데, 통증을 호소하게 될 때 이것이 피해야 할 위해 조건이 있는 것인지 특히 임박한 결정적이 해를 끼칠 수 있는 상황인지를 파악하는 것은 매우 중요한 일이며 의사들은 그런 경우를 특히 '붉은 깃발징후(red flag sign)'라고 칭하며 환자 진료에 특별한 주의를 기울이게 된다.

붉은 깃발 징후

통증을 호소하는 분의 특정 여건에 따라 고려할 특정 징후가 있지만 여기서는 일반적인 것만 언급한다면, 발열을 동반하거나, 갑작스럽게 더 악화되는 통증, 중단 없이 지속되는 통증, 신경증세를 동반하는 통증, 체중감소가 최근 현저히 있었던 경우, 국소적 혈액순환의 장애를 동반하는 경우, 특히 노년 층에서 음식을 씹을 때 느끼는 허혈성 통증인 턱파행 등의 증세는 '친구'로서의 증세인 가능성이 큰 만큼 그 원인을 찾는 노력을 기울이도록 진료를 받아야 한다.

지금까지 통증에 대해 생리학적 기초에 대해 알아보았는데 기회가 된다면 암성 통증이나 특성 질환의 통증에 대해 더 공부할 기회를 갖도록 하겠다.

감사의 글: 글을 읽으시고 세심하게 감수해주신 전의학한링원 임태환원장님께 감사의 말씀을 올린다.