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척수신경 외상 후 시간에 따라 특징적인 병리 현상이 진행되는데, 일차적 손상과 이차적 손상으로 나눌 수 있다.
1. 일차 손상 : 손상 직후부터 수 분 내에 일어나는데, 이 시기에는 상처부위에 가해진 물리적 손상으로 인해 주로 세포 괴사(necrosis)가 일어나며, 척수의 손상 및 부종과 혈류 감소에 따른 허혈 증상과 비 정상적인 이온 분포가 발생하여 세포 내부의 칼슘이온의 농도가 높아지게 된다
2. 이차 손상 : 손상 후 수 분에서 수 일 동안 나타나는 현상으로서 이 때에는 세포 자멸사 (apoptosis)가 일어나며 특히 neuron과 oligodendrocyte의 사멸이 두드러지게 나타난다. 또한 axon degeneration, demyelination 등이 일어나게 되어 결과적으로 손상부위는 아래위로 점점 커지게 된다. 그리고 이러한 손상부위의 확장은, 종국적으로 막대한 기능의 손실을 유도하게 된다. 이렇게 손상부위가 확장되면서 척수 내부에는 cystic cavity라고 하는 넓은 빈 공간이 생겨나고, 그 주변으로는 reactive astrocyte에 의한 gliatic scar가 형성되어 세포나 axon의 재생을 억제하게 된다.
 
 
 
외상 등으로 인하여 척수가 손상되면 뇌의 신호를 온 몸으로 전달하는 통로 역할을 하는 axon이 파괴된다. Axon은 손상부위를 중심으로 양 방향으로 degeneration되며 이렇게 끊어진 axon은 다시 regeneration이 되지 않는다. 결과적으로 신호전달의 통로가 사라지기 때문에 운동과 감각 기능의 장애를 초래한다. Axon degeneration의 원인으로는 물리적인 충격 외에 myelin에 존재하는 Nogo, Omgp, MAG 등 inhibitory protein과, microglia의 활성에 따른 inflammation이나 gliatic scar에서 분비되는 물질들이 알려져 있다.
 
 
Myelin은 axon의 겉을 여러 겹으로 싸고 있는 인지질 성분의 막으로 전선의 플라스틱 피복과 마찬가지로 신경세포를 둘러싸는 백색 지방질 물질로 neuron을 통해 전달되는 전기신호가 누출되거나 흩어지지 않게 보호한다. 중추신경계와 말초신경계 모두 myelin은 존재하고 있으며 중추신경계에서는 oligodendrocyte가 myelin을 생성한다. 척수가 손상되면 axon이 degeneration이 되면서 myelin sheet이 벗겨지는 현상이 발생하는데, 이를 demyelination이라고 한다. 이러한 demyelination은 운동기능의 소실과 밀접한 연관 관계가 있다고 알려져 있어 또 하나의 중요한 치료 타깃이 되고 있다. 척수손상 외에도 다발성경화증, 횡단성 척수염 등의 질환 등에도 myelin 소실이 일어난다고 알려져 있다.