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107 HANYANG MEDICAL REVIEWS Vol. 31 No. 2, 2011 악안면 신경병증 통증 실험모델 Animal Models for Orofacial Neuropathic Pain 안동국, 박민경 경북대학교 치과대학 구강생리학교실 Dong Kuk Ahn, D.D.S., Ph.D., Min Kyoung Park, Ph.D. Department of Oral Physiology, Kyungpook National University School of Dentistry, Daegu, Korea 책임저자 주소: 700-412, 대구시 중구 삼덕 2가 188-1번지 경북대학교 치의학전문대학원 구강생리학교실 Tel: 053-660-6740, Fax: 053-421-4077 E-mail: [email protected] 투고일자: 2011년 4월 8일 심사일자: 2011년 4월 26일 게재확정일자: 2011년 5월 11일 Abstract Orofacial neuropathic pain is initiated by extraction of teeth or nerve injury from trauma in the trigeminal nerve that innervates the facial area. In the experi- ment, orofacial neuropathic pain usually occurred following injury of peripheral trigeminal nerve in- cluding infra-orbital nerve, inferior alveolar nerve, or mental nerve. In addition, pathology from trigeminal nerve root or ganglion is involved in orofacial neuropathic pain. This study introduced various animal models that help us study the underlying mechanisms of development or maintenance of orofacial neuropathic pain. One of the most typical symptoms of orofacial neuropathic pain is hyper- sensitivity to the innocuous mechanical stimuli. Our study presents a novel method to evaluate mecha- nical allodynia in rats with orofacial neuropathic pain. Recently, accumulate evidence support participation of central glial cells in the develop- ment or maintenance of orofacial neuropathic pain. Signaling molecules in glial cells also play an important role in neuropathic pain in the orofacial area. Key Words: Pain model, Neuropathic pain, Orofacial pain, Trigeminal neuralgia, Glia 서 론 치과영역에서 가장 빈번하게 발생하는 통증은 구강 내 구조 물인 치아나 그 주위조직에서 발생하는 통증이다. 치통과 치 주에서 발생하는 통증의 대부분은 적절한 치료를 통하여 쉽 게 극복할 수 있다. 그러나 일부 통증은 적절한 치료에 잘 반 응하지 않으면서 재발하는 경향이 있는데 주로 턱 관절 장애 (temporomandibular joint disorder), 근육통증 그리고 만 성 두통 등에서 흔히 볼 수 있다. 특히 치유가 극히 힘든 신경 병증 통증(neuropathic pain)도 악안면 부위에서 자주 발생 하는데 이러한 만성 통증은 정확한 원인도 알 수 없기에 적절 한 치료도 하지 못 한 채 수 개월 또는 수 년간씩 계속 이어지 기도 한다. 악안면에서 발생하는 신경병증 통증은 악안면 부 위를 지배하는 삼차신경(trigeminal nerve)을 중심으로 나 타나며 치아를 발거할 때나 안면부위에서 외상 등이 발생하 여 신경이 손상된 후 주로 나타난다. 특히 최근, 치과영역에 서 임플란트 시술의 증가는 빈번한 신경손상을 야기하는데, 이에 따라 신경병증 통증의 발생도 증가하고 있는 추세이다. 만성 신경병증 통증은 손상된 조직이 치유된 이후에도 통증 이 지속되는 것이 일반적이며, 이러한 지속적인 통증의 발생 에 말초 및 중추 신경계의 변형이 관여하는 것은 잘 알려진 사실이다. 1 최근 연구결과들을 살펴보면 신경병증 통증의 전 도기전이나 조절에 관한 연구가 비약적으로 증가하고 있고 이미 많은 분야에서 새로운 사실들이 보고되고 있는 실정이 다. 이러한 결과는 신경병증 통증 연구를 수행할 수 있는 신 경병증 통증 동물모델을 처음으로 소개하면서 시작되었다. 2

악안면 신경병증 통증 실험모델 · 2012-11-13 · Orofacial neuropathic pain is initiated by extraction of teeth or nerve injury from trauma in the trigeminal nerve that

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107HANYANG MEDICAL REVIEWS Vol. 31 No. 2, 2011

악안면 신경병증 통증 실험모델

Animal Models for Orofacial Neuropathic Pain

안동국, 박민경

경북대학교 치과대학 구강생리학교실

Dong Kuk Ahn, D.D.S., Ph.D., Min Kyoung

Park, Ph.D.

Department of Oral Physiology, Kyungpook National

University School of Dentistry, Daegu, Korea

책 주 : 700-412, 대 시 삼덕 2가 188-1번지

경북대학 치 학 문대학원 강생리학 실

Tel: 053-660-6740, Fax: 053-421-4077

E-mail: [email protected]

투고 : 2011년 4월 8 심사 : 2011년 4월 26 게재확 : 2011년 5월 11

Abstract

Orofacial neuropathic pain is initiated by extraction

of teeth or nerve injury from trauma in the trigeminal

nerve that innervates the facial area. In the experi-

ment, orofacial neuropathic pain usually occurred

following injury of peripheral trigeminal nerve in-

cluding infra-orbital nerve, inferior alveolar nerve, or

mental nerve. In addition, pathology from trigeminal

nerve root or ganglion is involved in orofacial

neuropathic pain. This study introduced various

animal models that help us study the underlying

mechanisms of development or maintenance of

orofacial neuropathic pain. One of the most typical

symptoms of orofacial neuropathic pain is hyper-

sensitivity to the innocuous mechanical stimuli. Our

study presents a novel method to evaluate mecha-

nical allodynia in rats with orofacial neuropathic

pain. Recently, accumulate evidence support

participation of central glial cells in the develop-

ment or maintenance of orofacial neuropathic pain.

Signaling molecules in glial cells also play an

important role in neuropathic pain in the orofacial

area.

Key Words: Pain model, Neuropathic pain, Orofacial

pain, Trigeminal neuralgia, Glia

서 론

과 역에 가장 빈 하게 생하 통 강 내

아나 그 주 직에 생하 통 다. 통과

주에 생하 통 한 료 통하여 쉽

게 극복할 수 다. 그러나 통 한 료에

하지 않 재 하 경향 주 장애

(temporomandibular joint disorder), 근 통 그리고 만

통 등에 볼 수 다. 특 가 극 든 신경

병 통 (neuropathic pain)도 악안 에 주 생

하 러한 만 통 한 원 도 알 수 없 에

한 료도 하지 못 한 채 수 개월 수 간씩 계 어지

도 한다. 악안 에 생하 신경병 통 악안

지 하 삼차신경(trigeminal nerve) 심 나

타나 아 거할 나 안 에 상 등 생하

여 신경 상 후 주 나타난다. 특 근, 과 역에

플란트 시술 가 빈 한 신경 상 야 하 ,

에 라 신경병 통 생도 가하고 다.

만 신경병 통 상 직 후에도 통

지 것 , 러한 지 통 생

에 말 신경계 변 여하 것 알 진

사실 다.1 근 연 결과들 살펴보 신경병 통

도 나 에 한 연 가 비약 가하고 고

미 많 야에 새 운 사실들 보고 고 실

다. 러한 결과 신경병 통 연 수행할 수 신

경병 통 동 모 처 개하 시 었다.2

108 Hanyang Medical Reviews Vol. 31, No. 2, 2011

Fig. 1. Illustration of various animal models for orofacial

neuropathic pain. (A) Branches of the trigeminal nerve;

infraorbital nerve, inferior alveolar nerve, mental nerve. (B)

ION-CCI model. Infraorbital nerve was exposed and se-

parated from adhering tissue and two ligatures were made

around it. Arrow indicates infraorbital nerve.

Time (Postoperative Days)

0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42

Air

-pu

ff T

hre

sh

old

s (

ps

i)

0

5

10

15

20

25

30

35

40

Naive & Sham group

CCI-ION Ipsilateral group

CCI-ION Contralateral group

*

*

* * *

*

*

*

*

* ** *

*

*

*

Fig. 2. Time course in the ipsilateral and contralateral air-

puff thresholds following ION-CCI in the rat. *p<0.05, sham-

vs. ION-CCI-treated group. Original date presented in Lim et

al (2007).

그러나 악안 에 생하 신경병 통 실험실

에 연 할 수 동 모 다양하지 못하여 재 지

한 연 가 루어 고 실 다. 에 본

에 악안 역에 생하 신경병 통 생

연 할 수 다양한 동 모 개하고, 특 실험

동 에 악안 신경병 통 평가하 새 운

개하고 한다. 그리고 악안 에 생하 신경병

통 생, 도 그리고 에 신경아 포(glial

cell) 역할과 향 후 연 향에 해 살펴보고 한다.

본 론

1. 악안면 신경병증 통증 연구를 위한 동물모델

간에게 생하 신경병 통 상 가장 사하게

재 할 수 도 만든 동 모 처 개 것

신경(sciatic nerve) chromic gut 슨하게 어

통 (chronic constriction injury, CCI)한 실험 었

다.2 생하 통 신경 압 고 가 차

단 어 신경 상 어 하 것 알

다. 신경 결찰하여 통 실험 동

모 에 행동 신경병 통 상

사한 해 극통 (allodynia)과 통각과민 (hy-

peralgesia) 보여 주었다. 신경병 통 실험모 처

개 후 다양한 동 모 개 어 개 었고, 들

실험동 용하여 신경병 통 에 한 연 가 진

행 어 다.3-5

악안 에 아래신경(infraorbital nerve, ION)

어 통 하 것 보고함 신경병 통

동 모 처 개하 다.6 악안 역 지 하

신경 상시 신경병 통 하

아래신경, 아래 틀신경(inferior alveolar nerve, IAN) 그

리고 끝신경(mental nerve, MN) 등 다(Fig. 1A).

실험동 에 가장 보편 사용하 것 삼차신경

한 가지 아래신경 결찰(ION-CCI 모 )하여 통

시키 , 아래신경 결찰 안

근하여 신경 시 슨하게 어 만

압 가하여 신경 상시키 사용하고 다A

B

109Animal Models for Orofacial Neuropathic Pain

Fig. 3. Images showing the animal model for malpositioned dental implant-induced

neuropathic pain. The dental implant was placed in the alveolar socket after extraction of

lower second molar tooth (A). The inferior alveolar canal was penetrated by incorrect

placement of dental implant (B).

Fig. 4. Time course analysis of the changes in air-puff thresholds following incorrectly placed dental implants

in rats. Treatment with mal-positioned dental implants produced significant mechanical allodynia in both

ipsilateral (A) and contralateral sides (B). *p<0.05, malpositioned dental implant (MDI) vs. sham group.

Original date presented in Han et al.(2010).

(Fig. 1B). 러한 아래신경 어 나타나

통 안 하 아래신경

6과비 하여볼 상 수술 용 하 통 행

도 사하게나타났다(Fig. 2). 신경 지 않

에 수술하지 않 실험동 과 마찬가지 한 통

행 하지 않았다. 그러나 아래신경

후 나타나 행 과 비 했 수술 후 3

째 동 과 모 에 계 해 극통

찰 었 수술 후 15 째 지 지 었다. 그리고 수술

후 40 째 계 해 극통 복 었다.7

근 과 료 플란트 시술 비 아지 아래

틀신경 상 빈 하게 생하고 , 에 신경

병 통 생 빈도도 아지고 다. 플란트에 해

신경병 통 연 하 하여 실험동 에

플란트 못 식립하여 아래 틀신경 상시키

고 신경병 통 (mal-positioned dental implants

모 )하 실험 동 모 개 었다.8 하악 쪽

째 어 니 거하고, 아래 틀신경 상 도하

해 과용 플란트(직경: 1 mm, : 4 mm;

가 사) 식립하 다(Fig. 3A, B). 못 식립 플란트

아래 틀신경 상시키고 어 실험동 에 한

통 행 나타내었다(Fig. 4). 플란트 식립 후 1

째 하게 해 극통 생하 고, 통 42

째 지 지 었다. 플란트가 식립 동 뿐만 아니라

A B

110 Hanyang Medical Reviews Vol. 31, No. 2, 2011

Fig. 5. Illustration of a trigeminal neuralgia animal model

produced by compression of the trigeminal ganglion.

Fig. 6. Change in the a amount of pressure following appli-

cation of air-puff (A) and von Frey filament (B). Both show-

ed proportionate relationship between the amount of pres-

sure and intensity of stimulation.

에 도 통 찰할 수 었다.8 러한 실험모

상에 못 플란트 시술 하여 생하 신경병

통 생 연 하거나 통 하 약

스트 등에 다양하게 용 수 것 생각 향 후

악안 신경병 통 연 에 한 것 라고 본

다.

악안 역에 생하 신경병 통 하나

삼차신경통(trigeminal neuralgia) 다. 삼차신경통

재 지 생 에 하여 하게 알 지 않지

만, 삼차신경 뿌리 나 삼차신경 에 찰 압

가장 한 병 알 다.9, 10

근 삼차신경

통 직 연 할 수 동 모 본 연 실에 처

개 하여 보고11하 삼차신경 압 실험동

에 삼차 신경 에스 스 주 (24 gauge)

삽 하고 4% agar 용액 주 용하여 주 하여 삼차

신경 압 하 다(Fig. 5). 삼차신경 압 한 실험

압 한 같 동 에 지 해 극통

야 하 나, 아 런 처 하지 않 그룹(naïve group)

나 삽 만 삽 하고 삼차신경 압 하지 않

(sham group)에 러한 찰할 수 없었다.

삼차신경 압 후 7 째 가장 하게 감 었고, 24

째 지 지 었다가 약 40 째 수술 과 사한 값

복 었다.11 특 에 한 통 나타나

지 않았다 것 삼차신경 압 해 삽 삽 할

생하 뇌 직 상 통 행 에 아 런

향 미 지 않았다 것 말해 다. 러한 실험결과 삼

차신경 압 하 삼차신경지 역에 지 통

행 러한 실험모 향 후 삼차신경통

연 하 많 도움 것 생각 다.

2. 악안면 영역에서 발생하는 통증의 측정

신경병 통 상 극 없 도 생하 통

(spontaneous pain), 통 극에 해 심하게 끼

통각과민 , 그리고 상 통 키지 않 약한

극에 통 끼 해 극통 등 나타난다.

통 평가 동 행동 검사 통해

하게 가능해야 하 한 극 동 한

평가하 것 하 , 특 평가 량 어

111Animal Models for Orofacial Neuropathic Pain

Fig. 7. Typical responses of a neuron to air-puff or Von Frey stimulation. The neuron

(WDR) responded to brush (A), von Frey filament (B), air-puff (C), and pinch (D) sti-

mulation. Neuronal firings increased by air puff and von Frey filament stimulation (E).

야 하고 재 가능 어야 한다. 그러나 악안 역에

생하 통 평가할 에 실험동 직 통 평

가하 것 볼 수 에 많 향 수 다. 본

연 실에 악안 역에 생하 해 극통 평가

하 하여 공 피 극하여 피 도하고

나타나 공 극 역 평가(Air-puff test)하

처 개하 다.12

공 극과 사용

하 von Frey filament 극하 가해지 압

하여 비 하 가지 극 모 가해지 극과 도

압 비 하 것 찰할 수 었다. 그러나 공

극 경우 von Frey filament 극하 에 비하여 낮

역 극에 도 민하게 하 , 다양한

극 쉽게 할 수 다 것 알 수 다(Fig. 6). 러한

공 극 용하여 피 감각 도하 신경 포

동변 찰하 하여 실험동 마취한 다

척수삼차신경핵(spinal trigeminal nucleus) 삼차신경

리핵(trigeminal nucleus caudalis) 하고 미

리 극 용하여 신경 동 하 다(Fig. 7).

112 Hanyang Medical Reviews Vol. 31, No. 2, 2011

신경 포 brush, von Frey filament 그리고 pinch 극에

모 하 wide dynamic range neuron (WDR)

보여 주었다. 수용야에 공 극과 von Frey filament

극하 신경 포 동 극 가 가할

수 가하 다. 러한 실험결과 , von Frey filament

같 공 극 가 가할수 신경 포 동 커지

것 공 극 통 도 신경 포 동 평가할

수 다 것 보여주 , 나아가 공 극 가할 상

실험동 주 끌지 않 에 악안 역에

생하 해 극통 평가하 합하다 것 말해

다.

공 극 에도 다양한 악안 에 생하

통 평가할 수 계 통각과민 (mechanical

hyperalgesia) 평가 끝 날 지 않 핀 피

극하여 나타나 행 행동지수 나타내어 평가하

다. 그리고 악안 피 에 도 극 가하여 냉

해 극통 (cold allodynia) 평가하 acetone

피 에 하여 도 떨어뜨림 피 에 차가운

극에 가하게 고 나타나 동 acetone 용

거나 지 횟수 하여 찰하

다. 하그리브 검사13 열통각 하 알

, 악안 역에 생하 열 극에 하 통

평가 Laser (LVI 810-30, LVI Technology) 용하

편리하게 할 수 다.14, 15 Laser 악안 에 피

10 cm 떨어진 곳에 90°각도 용한 다 실

험동 얼 피하 피 시간(withdrawal laten-

cy) 한다.

3. 신경병증 통증 발생에서 신경아교세포의 역할

근 연 신경아 포가 신경계에 신경병 통

생과 도 에 미 향 규 하 하여 진행

고 다. 신경아 포 신경계에 과 신경

포 사 에 하여 신경 포 지, 양공 , 식 용

등 담당한다고 알 다. 지 지 알 진 신경아

포 통 에 여하 포 가 재하 사

상 돌 가진 별 모양 별아 포(astrocytes) 미

아 포(microglia)가 다. 별아 포 돌 끝

말단 (vascular end foot) 모 과

하여 신경원 사 질 운 한다. 다양

한 극에 해 별아 포 특 지

GFAP 가 고 신경 달 질 glutamate

재 수, 다양한 신경 비한다.16

미 아

포 직 내에 변 신경 포(neuron)과 질 등

잡아 식 용 하여 질 운 과 , 거 병

사 질 청 등 한 역할 담당한다. 미

아 포에 pro-inflammatory cytokine 비가

진 , 비 질 별아 포 함께 척수에 신경병

통 생 하나 민감 (central sensiti-

zation) 도한다.17-19

한 신경 상 야 시킨 실험동

에 별아 포 미 아 포 찰할 수

포 내 슘 시 통 도

하게 다.20

포 내에 신 달하 질 하나 MAPK

(Mitogen-activated protein kinases) 3가지 나

어진다. 들 extracellular signal-regulated protein

kinase (ERK), p38 MAPK, 그리고 c-Jun N-terminal kinase

(JNK) , ERK 가장 것 연

에 사 열 식, 그리고 사 에 여한다고 알

지만,21 근 연 에 신경 포 가 에 도 하게

용한다고 한다.22 P38 MAPK JNK pro-inflammatory

cytokine 비 포 스트 스에 해 고,23, 24 특

JNK 산 mitochondria나 핵 안에 재하

수많 단 질 도 에 여한다고 알

다.25 러한 신경아 포에 MAPK 신경 상

척수 상 후에 가 , 근 연 에 신경병 통

에도 여한다 거들 많 연 에 해 보고 고

다. L5 spinal nerve ligation (SNL) 수행한 다 척

수 미 아 포에 ERK, p38 MAPK 것

찰하 ,26 별아 포에 pJNK

것 하 다.27 한 척수강 내 ERK, p38 MAPK, 그리

고 JNK 억 각각 주 하 SNL에 해 계

해 극통 하게 감 하 것 보고하 다.28

그리고 악안 역에 아래 신경 결찰하여 생하

신경병 통 7에 도 뇌연수 주 한 MEK 억

PD98059 p38 MAPK 억 SB203580 여하

계 해 극통 하게 경감시 다(Fig. 8). 러

한 실험 결과 신경계 신경아 포에 재하

MAPK pathway 악안 신경병 통 포함하

해 극 도과 에 하게 용한다 것 시

해 다. 라 , 신경아 포가 신경병 통 생과

113Animal Models for Orofacial Neuropathic Pain

Fig. 8. The effects of an intracisternal injection of PD98059, a MEK inhibitor (A) and SB203580, a p38 MAPK

inhibitor (B) on ION-CCI-induced mechanical allodynia in the orofacial area. P<0.05, the vehicle- vs. chemicals-

treated group. #P<0.05, 1 μg of chemicals-treated group vs. 10 μg of chemicals-treated group. Original date

presented in Lim et al.(2007).

지에 여한다 내용 연 가 많 진행 다 악안

통 수 것 상 다.

4. 악안면 영역에서 발생하는 신경병증 통증의 향후

연구 방향

악안 에 신경병 통 야 할 수 원 다

양하다. 근 연 신경병 통 에 어 신경

계 신경아 포 시냅스 도 가 (synaptic pla-

sticity)에 맞 어지고 다. 신경계에 시냅스

(synaptic)가 별아 포 러 싸여 고, 별아 포

신경 달 신경 연결할 수 수용 가

재하여 들 질 수 비하여 시냅스 도에 향

다고 알 다.29, 30 한 신경 달 질에 향

수 시냅스 생 (synaptogenesis)에도 하게 용한

다고 알 다.31 시냅스 내 신경 포막에 어 포

막 단 질 시냅스 삭돌 (presynaptic axon ter-

minal)과 시냅스 후 수상돌 가시(postsynaptic dendritic

spine)에 각각 재하고 시냅스 착 단 질(synaptic

adhesion proteins)도 시냅스 신 달에 어 한 역

할 하고 다.32 재 지 용 알 지고 시냅스

착 단 질에 neuroligins, neurexin, LRRTMs, ephrinBs,

EphB receptor 등 다. 시냅스 착 단 질에 한 연

진행 시냅스 착 단 질 시냅스 생 에 여하

진다 신경병 통 도 해하 가

것 단 다.

결 론

악안 에 나타나 신경병 통 다양하게

만큼 한 진단과 료 어 다. 러한 통 한

진단과 료 해 통 생 과 도에

커니 해 지 않 상에 도 신경병 통

다루 가 들다고 생각 다. 보다 효과 료 찾

해 사람 상 상과 사한 상 나타내 다

양한 동 모 개 필수 , 통 연 통

해 다양한 료 찾 수 어야 할 것 다. 본 에

악안 에 신경병 통 연 에 한 다양한 동

모 과 에 하여 알아보았 , 앞 과

악안 역에 다양한 동 모 새 운 료

찾아내 연 가 진행 어야 한다고 본다.

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