[Rothman 7th ed] S2 DIAGNOSIS - 14. Electrodiagnostic Examination

 

Pathophysiology

• Electrodiagnostic examination은 nerve 및 muscle function의 pathophysiology에 기반한 여러 precept에 의해 임상적 유용성과 한계가 정의된다.
• 대부분의 focal nerve lesion은 axon loss 또는 demyelination으로 분류되며:
  • Axon loss: Wallerian degeneration을 동반, 전도 불가 상태 유발
  • Demyelination: 병변 부위에서 conduction block 또는 slowing, 원위와 근위 축삭은 영향 없음
• Muscle weakness는 일정 수준 이상의 axon loss 또는 conduction block이 있을 때 나타나며, demyelination에 의한 단순 conduction delay는 muscle strength에 영향을 주지 않음
• Electrodiagnostic study는 large-diameter motor and sensory fibers에만 민감하며, small C-type fibers (통증 전달)는 측정되지 않기 때문에, 통증 자체에 대한 평가보다는 motor weakness 등의 기능적 이상이 동반될 때 유의미하다.

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General Concepts of Electrodiagnostic Examination

• Electrodiagnostic examination은 neurologic examination의 연장으로 간주되며, 다음과 같은 임상적 목적을 가진다:
  1. 임상 소견의 확인
  2. 감별진단 내 다른 질환의 배제
  3. 병변의 정확한 해부학적 위치 파악
• 병태생리적 반응을 다음 두 가지로 분류:
  • Axon loss: neurotmesis, axonotmesis
  • Demyelinating conduction block: neurapraxia
• Electrodiagnostic study는 다음을 평가할 수 있음:
  • 병변의 급성/아급성/만성 여부
  • 재지배 여부 및 진행 양상
  • polyneuropathy, myopathy, motor neuron disease 등과의 감별
• 진단적 의미 외에도 타 질환의 screening 용도로 사용 가능하며, 검사자는 반드시 직접 해석해야 함 (자동화된 EKG/EEG와 다름)

Nerve Conduction Studies (NCSs)

• Electrodiagnostic examination의 첫 번째 구성 요소
• Motor, Sensory, Mixed NCSs로 분류됨
• Stimulating electrode로 peripheral nerve 자극 → surface electrode로 response 기록
  • Motor NCS: muscle에서 CMAP (Compound Muscle Action Potential) 획득
  • Sensory NCS: nerve에서 SNAP (Sensory Nerve Action Potential) 획득
• 분석 요소:
  • Amplitude: 활성화된 nerve fiber 수
  • Latency: 자극 후 반응까지 시간 (ms)
  • Conduction velocity: 전도 속도 (m/s)
• Late responses:
  • H-reflex: S1 radiculopathy 평가에 유용, monosynaptic reflex
  • F wave: motor axon의 backfiring에 의한 반응, root lesion에서는 제한적 유용성
• SNAP는 microvolt 단위로 측정되며, 병변이 **DRG (Dorsal Root Ganglion)**보다 근위부일 경우에는 정상일 수 있음

Needle Electrode Examination (NEE)

• Electrodiagnostic examination의 두 번째 구성 요소이자 가장 오래된 방법
• 세 가지 phase:
  1. Insertional phase: 바늘 삽입 시의 전기 활동
  2. Resting phase: 자발적 활동 여부 (정상 근육은 전기적 침묵)
  3. Activation phase: 의지적 수축 중 전기 반응
• Resting phase에서 보이는 병적 소견:
  • Fibrillation potentials: axon loss 후 14~35일 사이에 발생, 가장 민감한 척도
  • Fasciculation potentials, Complex repetitive discharges
• Motor unit potential (MUP) 분석을 통해 chronicity 및 재지배 과정 확인 가능:
  • Polyphasia, amplitude 증가, duration 증가 → chronic denervation 소견
• NEE는 특히 radiculopathy 진단에서 핵심 도구이며, 두 개 이상의 peripheral nerve가 지배하는 동일 myotome 내 근육에서 병적 소견이 확인되면 진단적 가치가 높음

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Electrodiagnostic Findings at Specific Root Levels

Cervical Radiculopathy

• 전체 radiculopathy 중 약 36%를 차지하며, 가장 흔한 병변은 C7 root (70%), 그 뒤를 C6, C8, C5 순으로 따른다.
• C5 radiculopathy:
  • 침범 근육: spinati, deltoid, biceps, brachioradialis
  • NCS는 대부분 비정상적 소견이 없으나, biceps, deltoid에서는 CMAP amplitude 감소 관찰 가능
• C6 radiculopathy:
  • 다양한 형태로 표현되며, C5 또는 C7 병변과 유사한 양상 가능
  • 단독 특징적 전기생리 소견은 없고, 다른 근육들과의 비교 필요
• C7 radiculopathy:
  • 침범 근육: triceps, anconeus, pronator teres, flexor carpi radialis
  • radial 및 median nerve 지배 근육에 이상
• C8 radiculopathy:
  • 특징적인 소견: ulnar-innervated muscles, extensor indicis proprius, flexor pollicis longus 이상
  • 종종 posterior interosseous nerve 또는 ulnar neuropathy와 혼동 가능
  • Hypothenar muscle에서 CMAP amplitude가 매우 낮은 경우 많음
  • 손 기능 회복이 불완전한 경우 존재
• Differential diagnosis:
  • C5, C6 병변은 상부 trunk brachial plexopathy와 유사
  • C8, T1 병변은 하부 trunk 병변과 유사
  • 판별 포인트:
    1. Paraspinal muscle에서의 fibrillation 여부 (plexopathy에서는 정상)
    2. SNAP의 보존 여부 (radiculopathy에서는 정상, plexopathy에서는 감소/소실)

Thoracic Radiculopathy

• 평가가 어려운 영역으로, intercostal muscles는 검사상 접근이 제한됨
• 보통 paraspinal 및 abdominal muscles만 검사
• 병변은 upper, mid, lower thoracic root 수준으로 국소화되며, 정확한 segmental level 구분은 어렵다.
• 대부분 diabetic thoracic radiculopathy가 원인이며, 병리는 infarction 또는 ischemia
• 심한 axon loss가 관찰되는 경우 흔하며, 인접한 두 개 이상의 root에 영향을 주는 경우 많음
• T1 radiculopathy는 드물며, lateral thenar muscles에만 변화가 나타난다.

Lumbosacral Radiculopathy

• 전체 radiculopathy 중 2/3 이상이 lumbosacral region에서 발생
• 정확한 level localization은 anatomical complexity로 인해 제한적임
  • 예: L5 nerve root는 L3-L4, L4-L5, 또는 L5-S1 등 다양한 위치에서 압박 가능
  • Cauda equina 내에서는 다발성 root 침범 발생 가능
• L2–L4 radiculopathy:
  • 침범 근육: iliacus, quadriceps, adductors
  • **SNAPs (lateral femoral cutaneous, saphenous)**는 보존됨
• L5–S1 radiculopathy:
  • 침범 근육: glutei, hamstrings, tibialis anterior, foot intrinsics
  • SNAPs (sural, superficial peroneal) 보존됨
  • H-reflex는 S1 병변에서 민감하게 반응
• 만성 병변에서는 polyphasic MUP, chronic neurogenic changes 주로 관찰됨
• 병변이 acute + remote인 경우, proximal 및 distal 근육 모두에서 fibrillation 나타날 수 있음

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Electrodiagnostic Findings of Other Spine-Related Disorders

Cauda Equina Syndrome

• Cauda equina syndrome는 흔히 midline lumbar disc protrusion 또는 lumbar canal stenosis에 의해 발생하며, 대개 bilateral, asymmetric, multilevel lumbosacral root involvement 양상을 보임.
• 자주 관찰되는 조합: bilateral S1, S2 root 병변과 함께 unilateral 또는 bilateral L5 root 침범.
• Electrodiagnostic 소견:
  • Low-amplitude CMAPs, normal SNAPs (NCS)
  • Fibrillation potentials, MUP dropout (NEE)
  • Distal lower limb muscles에서 더 현저한 이상 (예: 발 및 하퇴 근육)
  • Acute 병변: proximal muscle까지 이상 확대
  • Chronic 병변: fibrillation에 chronic neurogenic MUP change 동반
  • H reflex는 거의 항상 소실되며, M component 역시 저진폭

Lumbar Canal Stenosis

• Electrodiagnostic 양상은 매우 다양하며, 단일 패턴 존재하지 않음.
• 환자 상태에 따라 다음과 같이 분류 가능:
  1. 증상이 간헐적이고 자세 변화로 호전되는 경우: 정상 소견 가능
  2. 심한 cauda equina involvement 존재 시: 위의 Cauda Equina Syndrome과 유사한 패턴
• Intermediate presentation:
  • (1) 2개 이상의 radiculopathy (대개 bilateral)
  • (2) 단일 radiculopathy (주로 S1), 다른 쪽은 무증상이나 경미한 이상
  • (3) H reflex 소실만 존재
  • (4) NEE 이상이 1~2개의 limb 근육에 국한 (주로 S1 지배)
  • (5) Paraspinal 근육에 국한된 fibrillation

Myelopathy

• Electrodiagnostic 소견은 병변이 anterior horn cell 또는 descending corticospinal tract 중 어느 부분을 침범하느냐에 따라 달라짐.
• Upper motor neuron lesion (피질척수로만 침범 시):
  • MUP는 존재하나 firing pattern 감소, 불완전한 recruitment 양상
• Anterior horn 또는 그 유래 섬유 침범 시:
  • Intraspinal canal lesion 양상
  • Low-amplitude 또는 nonelicitable CMAPs, normal SNAPs
  • Fibrillation, MUP dropout, chronic neurogenic changes 동반
• 병변의 위치에 따라:
  • C5–T1, L4–S2: NCS와 NEE에서 명확한 이상
  • T2–L3: NEE에서만 이상, motor NCS는 정상
  • C1–C4: Electrodiagnostic 변화 거의 없음

Postlaminectomy Electrodiagnostic Findings

• Neck 또는 back surgery 이후 electrodiagnostic study의 유용성은 시기 및 적응에 따라 달라짐.
• 수술 직후 (10~14일 이내):
  • NEE 이상은 대부분 기존 병변 반영
  • 유일한 예외는 reduced MUP recruitment → 신경 손상보다는 노력 부족, upper motor lesion, 심인성 원인 가능성 시사
• 수술 후 3주 ~ 3~4개월 사이:
  • 약화의 원인 평가에 유용
  • 예: tibialis anterior에서 CMAP 정상이면서 weakness 있을 경우 → axon loss 아님
• 수술 후 new/worsening weakness가 있는 경우:
  • Fibrillation의 분포 및 정도 비교를 통해 진단에 도움
• 수술 직후 root decompression 성공 여부는 electrodiagnostic으로 확인 어렵고, axon loss 소견은 수주~수개월 지속됨
  • 단, conduction block에 의한 radiculopathy는 decompression 이후 빠른 회복 가능

Cervical Root Avulsion

• Root avulsion은 대개 cervical region에 국한되며, 전형적인 compressive radiculopathy와 다른 양상
• 완전한 motor axon 손실 → 해당 근육은 완전 또는 중증의 denervation 상태
  • Motor NCS: 매우 저진폭 또는 비유발 CMAP
  • Needle EMG: fibrillation, 결여 또는 감소된 MUP recruitment
• Sensory NCS는 정상:
  • Sensory root는 DRG proximal 부위에서 절단되므로 SNAP 보존
• 주의: Paraspinal muscle에서 fibrillation이 없을 수도 있으나, 이로 인해 avulsion 배제할 수는 없음