경직성 양하지 뇌성마비 아동의 하지 운동 기능과 경직에 대한 rTMS와 신경재활 병합 치료의 영향

1. 연구의 목적과 중요성 대뇌성 마비(CP)는 대부분의 국가에서 소아기에 관찰되는 가장 흔한 평생 신체 장애 원인으로, 유병률은 출생아 1,000명당 1.5~2.5명 범위에 있으며(1); 우리나라에서는 이 비율이 4.4입니다.

CP는 발달 중인 태아 또는 영아 뇌에서 발생한 비진행성 장애로 인해 운동 및 자세 발달에 영향을 미쳐 활동 제한을 초래하는 일련의 영구적 장애군입니다. CP의 운동 장애는 감각 및 지각 문제, 인지 장애, 의사소통 및 행동 문제, 간질, 이차적 근골격계 문제와 함께 자주 동반됩니다(2).

이완성 마비 CP는 경련성 CP의 가장 흔한 하위 유형으로, 조산이 주요 원인으로 확인되었습니다. 경련성 양하지 마비 아동에서는 네 팔다리가 모두 포함되지만, 하지가 상지보다 현저히 더 많이 영향을 받습니다. 상지에서 세밀한 운동 능력 상실이 자주 관찰됩니다(3,4,5).

경련성 양하지 마비 아동 대부분은 이러한 증상으로 인해 심각한 장애를 겪을 수 있으며, 이는 아동과 가족 전체의 삶에 깊은 영향을 미칩니다. 이러한 상황은 포괄적인 CP 재활의 중요성을 강조합니다. 재활 프로그램은 아동의 연령과 기능적 상태를 고려하여 가능한 한 조기에 시작되어야 하며 평생 동안 지속되어야 합니다. CP 재활을 계획할 때는 아동의 특정 요구에 기반한 맞춤형 프로그램이 개발되어야 합니다. CP 재활에서 우리의 주요 목표는 아동들이 가능한 최소한의 장애 수준으로 사회 생활에 참여할 수 있도록 보장하는 것이어야 합니다(2).

CP 재활에서는 신경생리학적 운동, 전통적 운동, 보행 훈련, 보조기, 보조기구 사용, 경직 관리, 작업 치료, 인지 재활, 언어 및 삼킴 치료, 수중 치료, 로봇 치료(가상 현실 적용, 균형 장치 등), 기능적 전기 자극(FES) 적용(예: FES 사이클링) 및 시각 재활과 같은 치료 양식이 환자의 상태와 필요에 따라 처방됩니다. 이러한 양식과 함께, 소아 신경학 연구는 다양한 소아 신경 질환 치료를 위한 비침습적 뇌 자극(NIBS)의 효능에 초점을 맞추어 왔습니다(6). 어떤 치료 양식이든 효과적이고 지속적인 치료적 영향을 보여주기 위해서는 장기적으로 뇌의 신경가소성에 영향을 미치는 기능을 가져야 합니다(7). 이론적으로, 대뇌 피질이나 신경세포에 직접 작용하는 치료 방법은 말초 기관 자극을 통한 전통적인 하향식 중추신경계 조절 및 재형성보다 신경계 발달을 지원하고 기능 장애를 더 효과적으로 교정할 수 있습니다(8). CP의 새로운 진단 및 치료 옵션 중 하나는 CP 아동의 결과 개선에 효과적인 것으로 나타난 NIBS의 일종인 경두개 자기 자극(TMS)입니다(6). TMS의 목적은 코일을 사용하여 두개골을 통해 표적 영역의 신경세포와 관련된 신경망을 자극하는 것입니다. 이 자극은 표적 피질 영역의 신경 활동 패턴을 조절합니다: 낮은 주파수(1-5Hz)로 사용될 때 억제 효과를 제공하거나 높은 주파수(5-20Hz)로 사용될 때 흥분 효과를 제공하여 뇌의 신경 균형을 회복시킵니다(9).

연구에 따르면 rTMS는 CP 환자에서 운동 기능을 개선하고(9), 경직을 감소시키며(10), 균형 조절을 향상시키고(11), 언어 기능을 개선할 수 있습니다(8).

CP에서 TMS에 대한 제한된 수의 연구로 인해 안전성에 대한 약간의 주저함이 있지만, 지금까지 rTMS로 수행된 임상 시험에서 도출된 중요한 결론은 이 방법이 CP 아동에게 안전하고 잘 견딜 수 있다는 것입니다. 소아 rTMS 분야의 어떤 연구에서도 심각한 부작용이 보고된 바 없습니다(12). 그러나 적용 중 드물게 일시적 두통, 목 통증, 두피 압통, 발적, 안면 근육의 따끔거림이나 경련이 발생할 수 있습니다. 간질 유발은 극히 드문 사건으로 보고되었습니다.

오늘날 CP 아동 치료에서 rTMS 사용이 점점 더 일반화되고 있지만, 대부분의 연구는 상지 기능에 대한 효과에 초점을 맞추고 있습니다. 양측 CP 아동을 특별히 포함한 연구는 단 하나뿐입니다; 그러나 그 연구는 기능적 MRI(fMRI)를 사용하여 rTMS가 구조적 뇌 네트워크 파괴에 미치는 영향을 조사했으며 임상 증상에 대한 영향은 보고하지 않았습니다(13).

우리 연구에서는 경련성 양하지 대뇌성 마비 아동에서 rTMS가 하지 운동 기능과 경직에 미치는 단기 및 장기 효과를 조사하는 것을 목표로 했습니다. 우리는 신경 재활 프로그램과 결합된 rTMS를 받는 아동과 신경 재활 프로그램만 받는 아동을 비교함으로써 이를 달성할 계획입니다.

rTMS 처방 방법론을 표준화하기 위해 문헌에 새로운 연구가 필요합니다. 우리는 우리 연구가 경련성 양하지 CP 아동을 위한 rTMS 프로토콜 처방에 관한 향후 연구에 기여할 것이라고 믿습니다.

연구에 따르면 rTMS는 CP 환자에서 운동 기능을 개선하고(9), 경직을 감소시키며(10), 균형 조절을 향상시키고(11), 언어 기능을 개선할 수 있습니다(8).

3. 연구의 예상 이점과 위험 rTMS은 통증이 없고 비침습적이며 안전한 뇌 자극 양식입니다. CP에서 TMS에 대한 제한된 수의 연구로 인해 안전성에 대한 약간의 주저함이 있을 수 있지만, 지금까지 수행된 임상 시험의 중요한 결론은 이 방법이 CP 아동에게 안전하고 잘 견딜 수 있다는 것입니다(13,14). rTMS 연구에서 심각한 부작용이 보고된 바 없습니다; 그러나 적용 중 드물게 일시적 두통, 목 통증, 두피 압통, 발적, 안면 근육의 따끔거림이나 경련이 발생할 수 있습니다. 간질 유발은 극히 드문 사건으로 보고되었습니다.

또한, 문헌은 '소아 신경학 분야의 실제 적용에 TMS 적용을 포함하도록 권장해야 한다'(15)고 제안합니다. 모든 전기 및 자기 자극 기술에 적용되는 일반적인 금기 사항 외에 이 방법과 관련된 특정 위험은 없습니다.

이 연구는 무작위 대조, 전향적, 관찰 연구로 설계되었습니다. 안카라 빌켄트 시티 병원 물리치료 및 재활 병원 소아 재활 클리닉에서 입원 치료를 받고 있으며 포함 및 제외 기준을 충족하는 경련성 양하지 CP 아동이 등록됩니다. 참여자(또는 법적 보호자)로부터 자발적 참여를 나타내는 동의서를 받을 것입니다.

G*Power 3.1 소프트웨어를 사용하여 검정력을 분석했습니다. 효과 크기 0.70(큰 효과), 알파 수준(a) 0.05, 검정력(1-베타) 0.90, 측정 간 중간 상관관계(0.50)를 기반으로, 그룹 간 및 측정 간 통계적으로 유의한 차이를 감지하는 데 필요한 최소 표본 크기는 18명(그룹당 9명)으로 계산되었습니다. 견고성을 보장하기 위해 총 20명의 환자가 포함될 것이며, 각 그룹당 10명입니다. 환자는 등록 순서에 따라 10명씩 두 그룹에 무작위로 배정됩니다. 한 그룹은 신경 재활 프로그램만 받고, 다른 그룹은 신경 재활 프로그램과 결합된 rTMS를 받을 것입니다.

신경 재활 프로그램은 물리치료사와의 주중 매일 45분 세션(관절 가동 범위, 스트레칭, 강화 및 신경생리학적 운동 포함), 작업 치료(주 2회, 30분), 아동 발달 및 교육 세션(주 3회, 20분), 그리고 총 10회의 하지 로봇 재활(주 2회, 20분)으로 구성됩니다. 이러한 치료는 모든 아동에게 시행됩니다. 연구 그룹에서는 이 신경 재활 프로그램에 추가로 rTMS가 적용되며, 재활 세션은 rTMS 적용 후에 이루어집니다.

자기 자극은 Magstim Rapid2 Magnetic Stimulator(Magstim, Whitland, Dyfed, UK)를 사용하여 수행됩니다. 프로토콜은 총 20회 세션(4주 동안 주 5회)을 포함하며, 각 세션은 5Hz 주파수로 20분 동안 지속됩니다. 자극은 아동이 앉은 자세에서 두정 정중선에 위치한 70mm 외경 8자형 코일을 사용하여 제공되며, 세션당 총 1,500개의 펄스를 제공합니다. 연구에 포함된 환자는 기준선(치료 전), 중재 직후(치료 후), 치료 시작 후 12주 추적 관찰 시점에서 평가될 것입니다.

5. 환자와 자원봉사자의 수, 특성 및 선정 근거(연령 범위, 성별 등) 연구는 5세에서 18세 사이의 경련성 양하지 대뇌성 마비 아동 20명(남녀 모두)을 포함할 계획입니다. 참여자는 협조적이고 지남력이 있으며, 대운동 기능 분류 시스템(GMFCS) 수준 II 또는 III이어야 합니다.

두 연구 그룹의 환자에 대해 참여자 ID, 연령, 성별, 키, 체중 및 교육 수준과 같은 인구통계학적 데이터, 그리고 약물, 동반 질환, 영향 받은 측, 재활 이력, 산전, 출생 및 산후 이력을 포함한 임상 병력이 기록됩니다.

대운동 기능 분류 시스템(GMFCS):

이는 CP 관련 연구에서 널리 사용되는 분류 시스템입니다. 이는 CP 아동의 대운동 기능 제한 심각도를 분류하는 타당하고 신뢰할 수 있는 척도입니다(16-17). 이는 CP 아동을 2세 미만, 2-4세, 4-6세, 6-12세의 네 연령 그룹으로 나누어 주요 기능적 특성을 정의합니다. 수준 I의 아동은 운동 기능에서 가장 독립적이며, 수준 V의 아동은 가장 의존적입니다.

양손 세밀 운동 기능(BFMF) 척도: 유럽 대뇌성 마비 감시 네트워크(SCPE-NET)는 경련성 CP를 일측성 또는 양측성으로 분류하고 이러한 정의를 하지의 GMFCS 수준과 상지의 BFMF 수준과 결합할 것을 제안했습니다. BFMF는 GMFCS에서 발견되는 다섯 수준과 일관된 상지를 위해 개발된 새로운 분류 방법입니다(18).

수정 애쉬워스 척도(MAS): 수정 애쉬워스 척도(MAS)는 경직의 심각도를 평가하는 데 사용됩니다. 관절을 수동으로 가동 범위를 통해 움직이고, 지각된 저항을 평가합니다. (MAS 0: 근긴장도 증가 없음; 1: 근긴장도 약간 증가, 걸림과 풀림 또는 가동 범위 끝에서 최소 저항으로 나타남; 1+: 근긴장도 약간 증가, 걸림 후 나머지 가동 범위의 절반 미만 동안 최소 저항으로 나타남; 2: 가동 범위 대부분을 통해 근긴장도 현저히 증가, 그러나 영향 받은 부분이 쉽게 움직임; 3: 근긴장도 상당히 증가, 수동 운동 어려움; 4: 영향 받은 부분 굴곡 또는 신전에서 경직).

기능적 이동성 척도(FMS): FMS는 중재 후 관찰될 수 있는 보행 능력 변화를 측정하도록 설계된 평가 시스템입니다. FMS는 휠체어 또는 보조 기구 필요성에 따라 세 거리(5, 50, 500미터)에 걸쳐 아동의 수행 능력을 분류합니다. GMFCS와 달리, FMS 수준은 정형외과 수술 또는 기타 임상 중재 후에 유의한 변화가 관찰됩니다.

대운동 기능 측정-88(GMFM-88): GMFM-88는 대뇌성 마비 아동의 운동 발달 수준을 결정하는 데 사용되는 평가 방법이며, 그 타당성과 신뢰성이 잘 입증되었습니다. GMFM의 목적은 운동 수행의 질보다 아동이 "얼마나 많은 움직임"을 완료할 수 있는지 측정하는 것입니다. 검사는 다섯 하위 섹션으로 구성됩니다: 누워있기와 굴러가기(A), 앉기(B), 기어가기와 무릎 서기(C), 서기(D), 걷기, 달리기, 뛰기(E). 총 88개 항목으로 구성됩니다: 누워있기와 굴러가기 섹션 17개, 앉기 섹션 20개, 기어가기와 무릎 서기 섹션 14개, 서기 섹션 13개, 걷기, 달리기, 계단 오르기 섹션 24개.

대운동 기능은 각 항목에 대한 달성도에 따라 평가됩니다. 점수는 리커트 척도를 사용하여 수행됩니다: 아동이 활동을 시작할 수 없으면 0, 독립적으로 시작하면 1, 부분적으로 완료하면 2, 독립적으로 완료하면 3. 최대 총점은 264점입니다. 총점을 계산할 수 있지만, 각 섹션별 점수를 개별적으로 계산할 수도 있습니다. 아동의 각 섹션 점수는 백분율로 계산됩니다; 모든 섹션의 백분율은 평균화되어(5로 나누어) 총 GMFM-88 점수를 얻습니다(19).

우리 연구에서는 보행 가능한 환자를 등록할 것이므로, 특히 D와 E 섹션의 점수를 계산할 것입니다.

Timed Up and Go(TUG) 검사: "Timed Up and Go(TUG) 검사는 아동의 기능적 이동성, 동적 균형 및 전환 기술을 평가하는 데 사용되는 실용적이고 신뢰할 수 있는 도구입니다. 이는 특히 CP 아동에서 대운동 기능 변화를 모니터링하는 민감한 측정 방법입니다(20).

검사는 아동이 등받이가 있는 의자에 앉은 상태로 시작합니다. 지시에 따라 아동은 일어서서 표시된 3미터 거리를 걸어가 돌아서 돌아와 의자에 다시 앉습니다. 이 활동을 완료하는 데 걸리는 시간이 초 단위로 기록됩니다. 검사 중 일상 보조 기구(예: 보행기, 목발) 사용이 허용되지만 반드시 기록되어야 합니다.

6. 평가 장소 및 평가 인력 환자의 인구통계학적 데이터, 대운동 기능 분류 시스템(GMFCS), 대운동 기능 측정(GMFM), Timed Up and Go(TUG) 검사, 기능적 이동성 척도(FMS), 양손 세밀 운동 기능(BFMF) 척도 및 수정 애쉬워스 척도(MAS) 평가는 Özlem KAYNAR ŞİŞMAN 박사가 Canan Çulha 교수님의 지도 하에 Ankara Bilkent City Hospital, Physical Medicine and Rehabilitation Hospital에서 수행할 것입니다.

7. 일상적 매개변수와 연구 특정 매개변수 구분 "인구통계학적 데이터(참여자 ID, 연령, 성별, 키, 체중 및 교육 수준), 병력(약물, 동반 질환, 영향 받은 측, 재활 이력, 이전 상지 치료, 산전, 출생 및 산후 이력) 및 가족력 기록은 일상적 임상 평가의 일부입니다. 또한, GMFCS 수준 결정, BFMF 수준 결정 및 수정 애쉬워스 척도를 사용한 경직 평가는 일상적으로 수행됩니다. 반면, Timed Up and Go(TUG) 검사와 대운동 기능 측정(GMFM)은 이 연구의 목적을 위해 특별히 수행될 것입니다.

8. 예상 연구 기간, 시작 및 종료 날짜 연구는 윤리위원회 승인을 받은 직후 시작될 것입니다."

9. 포함, 제외 및 중단 기준

포함 기준:

5세에서 18세 사이.

협조적이고 지남력 있음(지시를 따를 수 있음).

대운동 기능 분류 시스템(GMFCS) 수준 II 또는 III.

경련성 양하지 대뇌성 마비 진단.

제외 기준:

전반적 건강 상태 불량.

심각한 동반 질환을 가진 아동(예: 전맹 또는 부분적 시각 장애, 심각한 하지 변형 등).

간질 진단.

간질 발작 이력.

심장 박동기 존재.

금속 임플란트 존재(특히 두개 및 경부 영역).

적용 부위의 열린 상처 또는 감염.

연구 등록 6개월 이내 보툴리눔 독소 주사 또는 수술적 중재 이력.

선택적 후근 절제술(SPR) 수술 이력. 참여자는 요청 시 언제든지 연구에서 중단하거나, 심각한 부작용이 발생하거나, 연구 프로토콜 비준수로 인해 중단할 수 있습니다.

10. 연구 종료 기준

rTMS 적용 중 예기치 않은 부작용 발생.

rTMS 적용 후 간질 발작 발생.

11. 데이터 평가를 위한 통계 방법 통계 분석은 SPSS 버전 25.0(SPSS Inc., Chicago, IL, USA)을 사용하여 수행됩니다. 데이터 분포의 정규성은 Shapiro-Wilk 검정을 사용하여 평가됩니다. 기술 분석에서 정규 분포를 따르는 연속 변수는 평균 ± 표준 편차로 표현되고, 비정규 분포 연속 변수는 중앙값과 사분위 범위(IQR)로 제시됩니다. 범주형 변수는 사례 수(n)와 백분율(%)로 표현됩니다.

그룹 간 정량적 변수를 비교하기 위해, 정규 분포 데이터에는 독립 표본 T-검정이 사용되고, 비정규 분포 데이터에는 Mann-Whitney U 검정이 사용됩니다. 범주형 변수는 카이제곱 검정 또는 Fisher의 정확 검정을 사용하여 비교됩니다. Friedman 검정은 치료 전 및 추적 평가에 걸친 그룹 내 변화를 평가하기 위해 적용됩니다. p-값 < 0.05가 통계적으로 유의한 것으로 간주됩니다. 유의한 결과가 얻어지면, 사후 쌍별 비교는 Bonferroni 수정을 적용한 Wilcoxon 부호 순위 검정을 사용하여 수행됩니다.