추체외로 extrapyramidal tract 문제로 인한 미세운동기능 저하의 이해와 뇌병변 치료사례!!

[문형철]

전중심회와 피질척수로(추체로, pyramidal / CST) 말고도 운동을 조절하는 피질·경로가 많습니다.

이것을 통틀어 추체외로 운동계(extrapyramidal motor system) 라고 합니다.

• 계통발생상 CST보다 더 오래된 계입니다.
• CST처럼 긴 단일 축삭이 아니라 다시냅스 뉴런 사슬입니다.

좁은 뜻(철이 많은 핵들)
원래 “추체외로”는 철 함량이 높아 육안으로도 구분되던 핵 무리를 가리켰습니다.

표기                                 핵                                                                                                          비고

A1–A2	신선조체 = 피각 + 미상핵	neostriatum
A3	담창구 (pallidum)
A4	시상하핵 (STN)
A5	적핵 (red nucleus)
A6	흑질 (substantia nigra)

앞 논문들의 NSP(흑질–선조체/흑질–담창구) 와 Rimmele의 흑질–담창구–STN 경로가 바로 이 좁은 뜻의 핵심입니다.

넓은 뜻(통합 중추까지 포함)
위 핵들은 최종 운동핵이라기보다 통합 중추입니다.

여기에 운동에 중요한 다른 중추를 더하면 넓은 뜻의 추체외로가 됩니다.

• 소뇌 (A7)
• 시상핵 (A8)
• 망상체
• 전정핵 (A9)
• 일부 피질

Huber 2020 SCI 논문이 본 선조체·담창구·운동 시상이 넓은 뜻의 한가운데입니다.

추체로 vs 추체외로 (이 텍스트 기준)

                                                 추체로 (CST)                                                    추체외로

계통	비교적 새로운	더 오래됨
연결	피질 → 척수 하운동뉴런 (소수 시냅스)	다시냅스 사슬
역할의 고전적 구분	정밀·수의·원위(손가락)	자세·근긴장·자동·근위
실제 (앞 논문들)	악력·대운동에 강함	미세운동, 개시, 하지 회복, PD 증상에도 관여

고전 교과서는 “CST = 섬세, 추체외로 = 거친 자세”로 가르쳤지만, 지금 보신 연구들은 그 구분이 깔끔하지 않다는 것을 보여 줍니다.

• Rimmele: CST와 겹치지 않는 흑질–담창구 경로가 손가락 정밀운동에 독립 기여.
• Tan: 같은 회로 변성이 PD 운동 점수와 상관.
• Huber: SCI 후 이 회로의 팽창(가소성) 이 하지 회복을 예측.

그래서 “추체외로 = 자세만”이 아니라, 기저핵–STN–흑질–시상 루프가 운동의 개시·타이밍·정밀 조절을 CST와 분담한다고 보는 것이 현재 읽기입니다.

앞 단락의 정의에 이어,

추체외로가 실제로 무엇을 하고 어떤 선으로 연결되어 있는지를 설명한 부분입니다.

1. 기능 — “수의운동을 받쳐 주는 무의식 서보기구”

한 팔다리를 의도적으로 움직이면, 나머지 사지와 몸통 근육이 동시에 긴장하거나 이완합니다.
목적은 바뀐 무게중심에서 균형·자세를 유지하고, 그 움직임이 끊기지 않게 하는 것입니다.

이 동반 근활동은

• 대개 긴장 증가/이완 정도에 그치고
• 의식에 올라오지 않으며
• 본인이 “했다”고 느끼지 않습니다.

없어도 힘은 나올 수 있지만, 조화로운 운동은 불가능합니다.

여기에 포함되는 것

• 연합운동(synkinesis): 걸을 때 팔이 흔들리는 것
• 오래 연습해 자동이 된 동작 (보행 주기, 글씨, 젓가락)

교과서 비유:

추체외로는 모든 수의운동을 자율적으로, 의식 수준에 오르지 않게 받쳐 주는 서보기구(servomechanism) 입니다.
CST가 “손가락을 펴라”면, 추체외로는 “몸통을 고정하고, 반대팔 근긴장을 맞추고, 타이밍을 맞춰라”입니다.

이 틀이면 Rimmele에서 악력은 회복됐는데 9-hole peg는 남는 현상, Huber에서 선조체 팽창이 하지 회복을 예측하는 현상이 잘 맞습니다. 힘(CST)과 자세·타이밍·자동 협응(추체외로)이 분리됩니다.

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2. 들신경 (Afferent) — 소뇌·피질에서 이 계로 들어옴

표시                      경로                                                                                                                  도착

A10	소뇌적핵로 (cerebellorubral)	적핵
A11	소뇌 → 시상 중심내핵(CM)	이후 선조체로
A12	피질 → 선조체	피질선조체로
A13	피질 → 적핵
A14	피질 → 흑질
A15	전정섬유	Cajal 간질핵

요지: 소뇌(오차·타이밍) 와 피질(의도) 과 전정(자세) 정보가 적핵·CM 시상·선조체·흑질로 모입니다.
“넓은 뜻 추체외로”에 소뇌·시상·전정이 들어간 이유입니다.

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3. 날신경 (Efferent) — 뇌간에서 척수로 내려감

이 계의 대표 출력은 중심피개로(central tegmental tract, A16) 이고,

그 밖에 척수로 직접 내려가는 고전 경로가 있습니다.

표시                  경로                                                                 대략적 역할

A16	중심피개로	적핵·망상체 ↔ 하올리브 등, 소뇌 루프의 하행 다리
A17	망상척수로 (reticulospinal)	자세, 근긴장, 보행 리듬, 근위근
—	적핵척수로 (rubrospinal)	상지 굴곡 패턴 (사람에서는 상대적으로 약함)
A18	전정척수로 (vestibulospinal)	항중력, 균형
A19	간질척수로 (interstitiospinal, Cajal)	머리·몸통 수직 정렬

CST가 잘려도 이 경로들이 남으면 거친 하지·몸통 운동이 가능한 해부적 이유이고, Huber 논문이 SCI 후 기저핵–시상 가소성을 본 이유이기도 합니다. 척수 아래로는 이 하행로들이 실제로 운동뉴런에 닿습니다.

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4. 내부 회로 — 서로 감시하는 고리

핵들이 따로 놀지 않고 양방향 회로로 묶입니다.

1. 담창구 ↔ 시상하핵
   선조체 ↔ 흑질 (A20)
   → Tan·Rimmele가 DTI로 추적한 NSP / 흑질–담창구–STN 바로 이것입니다.
2. 소뇌 → CM 시상 → 선조체 → 담창구 → 적핵·올리브 → 다시 소뇌 (A21)
   → 소뇌–기저핵 루프. 타이밍·오차 교정.
3. 피질 → 선조체 → 담창구 → VA/VL 시상 → 다시 피질
   → 고전 기저핵–시상–피질 운동 루프.

이 고리들이 “상호 조절·보정”을 하므로, 한 핵만 망가져도 경직·진전·운동감소·연합운동 소실이 나옵니다.

뇌졸중 후 추체로(CST)뿐 아니라

추체외로(흑질–담창구 경로) 손상이

미세운동 기능 저하와 독립적으로 연관된다.

2018년 Stroke에 실린 Rimmele 등 연구입니다.

DTI 확률적 트랙토그래피로 흑질(substantia nigra)–담창구(globus pallidus) 경로를 재구성하고, 피질척수로(CST)와 비교했습니다.

방법 요약

• 건강인 26명에서 흑질–담창구 경로와 CST를 확률적 트랙토그래피로 재구성.
• 뇌졸중 환자 20명의 발병 3개월 MRI에 등록 후 fractional anisotropy(FA)로 미세구조 완전성 측정.
• 발병 1년 후 임상평가: 대운동은 악력(grip force), 미세운동은 9-hole peg test(NHP).
• NHP에 영향을 주는 요인을 다변량 모형으로 분석.

주요 결과

• 흑질–담창구 경로는 전원에서 추적 가능했고, CST와 겹치지 않았으며 시상하핵(STN)을 통과했습니다.
• 병변 동측 흑질–담창구 경로 FA가 유의하게 감소했습니다 (비율 0.96±0.02, P=0.021). 병변에서 떨어진 원위부 손상입니다.
• 1년 후: 환측 악력은 건측과 비슷했으나, NHP는 환측이 뚜렷하게 느렸습니다.
• 다변량 분석에서 NHP 저하와 연관된 요인:
  • 흑질–담창구 경로 FA 감소 (P=0.040)
  • CST FA 감소 (P<0.001)
  • 젊은 나이 (P<0.001)

즉, 추체외로 완전성은 CST와 나이와 독립적으로 미세운동 수행을 예측했습니다.

저자 결론

흑질–담창구 경로(시상하핵 연결 포함)는 추체외로의 중요한 부분이며,

CST의 잘 알려진 기여를 넘어서 뇌졸중 후 잔존 미세운동 기능에 특이적으로 기여합니다.

선조체–흑질,

선조체–담창구–시상하핵 회로가

복합 운동을 조절한다는 동물실험 소견과 일치합니다.

선조체–흑질 회로는 striato-nigral circuit (또는 pathway)이며,

선조체–담창구–시상하핵 회로는 striato-pallido-subthalamic circuit (또는 pathway)

중뇌 흑질 치밀부(SNc, A9 도파민 뉴런) 에서
전뇌 배측 선조체(미상핵·피각) 로 가는 양측성 도파민 경로입니다.

기저핵 운동 회로의 핵심이며,
수의운동 개시·조절에 필수입니다.

해부·시냅스

• 출발: 각 반구 복측 중뇌의 SNc.
  • SNc = 도파민 뉴런(A9)
  • SNr(망상부) = 주로 GABA 뉴런 (출력핵, 경로 자체와는 역할이 다름)
• 도착: 배측 선조체의 GABA성 medium spiny neuron(MSN / SPN).
• 전달: 축삭 말단에서 도파민 분비 → MSN의 D1/D2 수용체로 직접·간접 경로를 조절.

그림에서 빨간 선이 좌우 NSP, 아래 모식도의 파란 실선이 SNc → 배측 선조체입니다.
중뇌변연계(중격핵), 중뇌피질로, 결절누두로와 구분되는 4대 도파민 경로 중 운동 경로입니다.

기능 기저핵 운동 루프에서 도파민은

• 직접경로(D1)를 촉진하고
• 간접경로(D2)를 억제하여

운동을 “켜는” 쪽으로 균형을 맞춥니다. 이 균형이 깨지면 운동이 줄거나(저운동) 과도해집니다.
병리 — 파킨슨병 SNc 도파민 뉴런 변성이 PD의 핵심 병리입니다. 선조체 도파민이 크게 떨어지면

• 운동감소(hypokinesia)
• 안정시 진전
• 경직
• 자세불안정
  이 나타납니다.
  직전 Tan 2015 논문이 DTI로 바로 이 NSP(흑질–선조체 + 흑질–담창구) 의 FA·streamline 감소와 UPDRS 상관을 보여 준 이유입니다.

PD의 핵심은

흑질(SN) 도파민 뉴런 소실과 후부 피각·담창구로 가는 nigrostriatal–nigropallidal pathway(NSP) 변성입니다.

ROI만으로 SN을 찍으면 결과가 들쭉날쭉하므로, 경로 전체를 추적하면 민감도가 높아질 것이라는 가설입니다. 복잡한 확률적 트랙토그래피/분할 소프트웨어 없이, 임상에서 쓰기 쉬운 결정론적 brute-force 트랙토그래피로도 가능한지 검증했습니다.

방법

• 대상: PD 21명, 연령·성별 맞춘 건강인 19명 (총 40명). 3T MRI, DTI 30방향, b=800.
• 시드: 복측 SN(적핵 아래, 지름 3 mm 디스크) → 동측 하내측 담창구(4 mm 구).
• 측정: FA, MD, AD, RD, streamline count(해부학적 연결 지표).
• 임상: ON 상태 UPDRS 운동 점수.
• 측정자 간 신뢰도 ICC > 0.8 (우수).

주요 결과

PD군에서 NSP가 육안으로도 더 성겼습니다.

지표PD vs 대조유의성

평균 FA	감소	P = 0.002
Streamline count	감소	P < 0.001
MD, RD	증가	P < 0.05

• Streamline count와 UPDRS 운동 점수: 음의 상관 (r = −0.50, P < 0.05).
• 경로를 점대점으로 보면 FA 차이는 SN이나 담창구 끝보다 경로 중간에서 가장 큼.
• Streamline count 감소는 PD 진단 오즈를 높였습니다 (OR 0.78, 95% CI 0.62–0.90).

즉, 회백질 ROI만으로는 잘 안 보이던 변화가 백질 경로 중간에서 잡혔습니다.

해석

• FA↓ + MD/RD↑ + streamline↓ = 만성 백질 변성·수초/축삭 손상 패턴.
• 결정론적 방법도 교차섬유를 완벽히 못 풀지만, PD–대조 차이를 재현성 있게 냈습니다.
• 기능적 방향(전향성 nigrostriatal vs 역향성 pallidonigral)은 구분하지 못합니다.
• 약제 ON 상태에서 촬영해 움직임 인공물은 줄였으나, 도파민제가 DTI에 미치는 영향은 불명확합니다.
• 표본이 작아 나이·성별을 넣은 다변량 모형은 못 돌렸습니다.

임상·연구 함의

직전 Rimmele 뇌졸중 논문과 이어 보면, 같은 흑질–담창구/시상하핵 회로가

• 뇌졸중에서는 미세운동(9-hole peg) 잔존 기능과,
• PD에서는 운동 증상 중증도와
  연관됩니다. CST만 보지 말고 추체외로·기저핵 회로를 같이 봐야 한다는 영상 근거입니다.

척수손상(SCI) 후에도 추체외로(기저핵–시상 회로)가

초기에 변성·재조직되며,

그 가소성 크기가 2년 후 하지 운동 회복을 예측한다.

2020년 Scientific Reports(Huber, Freund 등). 앞선 뇌졸중·PD 논문이 “경로 완전성”을 봤다면,

이 연구는 표면 형태 + 수초/철 정량 MRI로 같은 회로의 시간 궤적을 2년간 추적했습니다.

설계

• SCI 17명(아급성, 뇌손상 없음) vs 건강인 21명.
• 시점: 손상 후 1개월(baseline), 3·6·12·24개월. MRI 182회.
• 형태: T1에서 시상·선조체·담창구 표면적(수축 vs 팽창, vertex-wise).
• 미세구조: MT·R1(수초 민감), R2*(철 민감).
• 임상: ISNCSCI 상·하지 운동, 가벼운 촉각·침통, SCIM.
• 분석: 선형(지속 변성/가소성) + 비선형(가속·감속) 궤적. 1개월 MRI로 24개월 예후 예측.

2년 동안 일어난 일

형태 (환자 vs 대조)

• 수축: 운동 시상(하지 영역), pulvinar, 선조체 일부.
• 팽창: 운동 시상·선조체 다른 구역.
  → 한 핵 안에서도 위축과 재조직이 동시에 진행.

미세구조

• 수초 지표 ↓: 시상, 선조체, 담창구.
• 철 지표 ↓: 좌측 미상핵.

즉 CST·척수만이 아니라 기저핵–시상 추체외로 전체가 조기부터 진행성으로 변한다.

예후 — 핵심 결과

손상 1개월 시 선조체(운동 미상핵) 표면적 팽창이 클수록 2년 후 하지 운동 점수(LEMS)가 더 좋았다.
나이·성별·기저 임상점수를 보정한 뒤에도 유지.
상지 점수와의 관계는 하지만큼 뚜렷하지 않았습니다.

저자 해석: 변성만 있는 것이 아니라 추체외로 재조직(가소성) 이 회복에 기여한다. 영장류 SCI 모델에서 담창구–시상피질 루프 보상과 같은 방향입니다.