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- 환자 4명 중 1명은 전신 마취에도 불구하고 완전히 의식이 사라지지 않고 여전히 꿈과 같은 주관적인 경험을 하는 것으로 추정
- 매우 드물게, 0.05~0.2%의 사례에서는 수술 중에도 의도하지 않게 깨어나
- 분석 결과 마취 저항성 연구 참가자는 전두엽과 두정엽의 기능과 구조에 근본적인 차이

마취가 모든 사람에게 똑같이 작용하지 않는 이유
수술실에서 의도하지 않게 깨어날 위험은 뇌에서 미리 읽을 수 있다.

마취는 모든 사람에게 동일하게 잘 작용하지 않으며 일부 환자는 수술 중에 의도치 않게 깨어나기도 한다. 과학자들이 이제 그 이유를 알아냈다. 마취에 대한 개인의 감수성은 전두엽과 정수리 뇌의 다양한 뇌 네트워크의 구조와 연결에 달려 있다. 앞으로는 이러한 특성을 사용하여 평균 이상의 마취제가 필요한지 여부를 수술 전에 판단할 수 있다. 

▲ 모든 사람이 마취 상태에서 완전히 의식을 잃은 것은 아니다. 그 이유는 무엇일까? pixabay

150년 이상 동안 마취는 고통 없이 외과적 절차를 생존할 수 있도록 우리를 깊은 무의식 상태에 빠뜨렸다. 그럼에도 불구하고 프로포폴과 같은 마약이 실제로 우리 뇌에서 정확히 어떻게 작용하는지는 모든 세부 사항에서 여전히 명확하지 않다. 사람들이 마취제에 대해 그토록 다르게 반응하는 이유도 불분명하다. 일부는 그 영향에 더 민감하고 다른 일부는 덜 영향을 받는다.

환자 4명 중 1명은 전신 마취에도 불구하고 완전히 의식이 없는 것은 아니지만 여전히 꿈과 같은 주관적인 경험을 하는 것으로 추정된다. 매우 드물게, 0.05~0.2%의 사례에서는 수술 중에도 의도하지 않게 깨어난다. 그러한 경험은 충격적일 수 있으며 장기적으로 부정적인 결과를 초래할 수 있다.

튜브의 버저

마취에 대한 개인의 감수성에 영향을 미치는 것은 무엇일까? 답을 찾기 위해 Dublin Trinity College의 Feng Deng이 이끄는 연구자들은 마취제가 일반적으로 작용하는 뇌 영역인 전두엽과 두정엽을 조사했다. 여기에는 의식적 인식의 중심인 세 개의 뇌 네트워크가 있다.

▲ 나레이션하는 동안 지각 및 높은 수준의 주의 과정. 그룹 수준에서 내러티브의 사운드 포락선은 (a) 깨어 있는 동안 청각 피질과 우측 하전두회, 및 (b) 좌측 청각 중등도 마취 상태의 피질(통계적 유의성에 도달하지 못함. (c, d) 그룹 수준에서 오디오 내러티브의 서스펜스 등급은 (c) 깨어 있는 동안의 청각 주의 및 현저성 네트워크 및 (d) 동안의 청각 주의 네트워크에서 유의미한 클러스터를 예측했다. 적당한 마취. 빨간색 화살표는 전방-후방 차원에 대한 관상 보기의 위치를 나타낸다. (e–h) 대상 감지 작업에서 각 개인의 반응 시간과 관련하여 사운드 포락선 및 서스펜스 등급에 의해 예측된 개별 참가자의 1차 청각 영역, 청각 주의 영역 및 돌출 네트워크의 복셀 수. 개별 수준에서 사운드 엔벨로프는 (e) 깨어 있는 동안 참가자의 14/17, (f) 중등도 마취 동안 참가자의 10/17에서 청각 영역의 상당한 활성화를 예측. 개인 수준에서 서스펜스 등급은 깨어 있는 동안 참가자의 (g) 17/17 및 (h) 중간 마취 동안 참가자의 14/17에서 청각 주의 및 돌출 네트워크 영역의 상당한 활성화를 예측했. 각성 상태(e, g) 또는 중등도 마취 상태(f, h)에서 표적 탐지 작업 동안 내러티브 및 반응 시간 동안 지각 또는 고차 프로세스 사이에는 상관관계가 없었다. (출처: 관련논문 Responsiveness variability during anaesthesia relates to inherent differences in brain structure and function of the frontoparietal networks / First published: 08 January 2023)

이러한 네트워크가 개인의 마취 경향과 관련이 있는지 알아보기 위해 Deng 팀은 기능적 자기 공명 영상(fMRI) 스캐너를 사용해 연구 참가자의 뇌 활동을 모니터링했다. 깨어 있는 상태와 적당히 진정된 상태에서 피실험자들에게 소리나 이야기를 들려주고 버저를 눌러 응답하도록 요청했다.

이런 식으로 과학자들은 서로 다른 의식 상태에서 피험자의 반응 시간을 결정했다. fMRI 이미지는 또한 관련 뇌 영역의 활동과 구조 및 서로의 연결에 대한 정보를 제공했다. 무엇보다도 Deng과 그녀의 팀은 fMRI 이미지를 사용하여 해당 지역의 회백질의 양을 결정할 수 있었다.

회백질과 연결성이 핵심

결과:
참가자의 30%는 중등도의 진정제가 반응 시간에 영향을 미치지 않았다. 과학자들에 따르면 이것은 마취제가 이 용량에서 얼마나 다르게 작용하는지를 보여준다. 그런데 왜 그런가? 분석 결과 마취 저항성 연구 참가자는 전두엽과 두정엽의 기능과 구조에 근본적인 차이가 있음을 보여준다.

▲ 빠른 참가자와 느린 참가자 사이의 회백질 부피 차이. (a) 정점별 분석. 두 군집은 회백질 부피(GMV)에서 그룹 간 상당한 차이를 보였다(p < .05, 수정된 Monte Carlo 시뮬레이션). 색상 막대는 p-값(-lg(p))을 나타낸다. (b) 두 클러스터 각각에 대해 평균 GMV를 추출하고 순열 테스트를 사용하여 평균 GMV의 그룹 간 비교를 수행했다. *** = p < .0005 다중 비교를 위해 수정된 FDR(False Discovery Rate). L SFC, 왼쪽 상전두엽; L rMFC, 왼쪽 주둥이 중간 전두엽 피질 (출처:관련논문 Responsiveness variability during anaesthesia relates to inherent differences in brain structure and function of the frontoparietal networks / First published: 08 January 2023)

"우리의 결과는 전두엽 영역에서 더 큰 회백질 부피와 전두엽 뇌 네트워크 내에서 더 강한 기능적 연결성을 가진 개인이, 하나의 약한 연결성과 더 적은 양의 회백질을 가진 사람들보다 더 많은 양의 프로포폴을 필요로 할 수 있음을 시사한다"고 Deng의 동료인 Lorina Naci는 말했다. 연구자에 따르면 이러한 구조적 차이는 마취 전에 이미 결정될 수 있으므로 마취제의 용량을 이전보다 훨씬 더 개별적이고 안전하게 조정할 수 있다.
(Human Brain Mapping, 2023; doi:10.1002/hbm.26199)
출처: Trinity College Dublin, Human Brain Mapping

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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