향기로운 꽃내음~, 산들산들 봄바람~. 봄이 찾아왔어요. 그리고 꽃가루가 실린 바람도 함께 왔죠. 꽃가루 알레르기와 환절기 감기가 덮친 편집부엔 기침 소리가 가득해요.

통증을 느끼는 과정

1 신경 세포는 평소에 안쪽은 (-) 전기, 바깥쪽은 (+) 전기를 띤 채 균형을 이루고 있다.

2 외부 자극이 발생한다.

3 신경막에 있는 나트륨 통로가 열리면서 신경 세포 바깥에 있던 나트륨 이온들이 세포 안으로 들어간다. (+) 전기를 띤 나트륨 이온이 갑자기 늘어나면서 전기 신호가 발생한다.

4 전기 신호가 신경을 따라 뇌까지 전달되면 통증을 느낀다.

통합과학 개념 이해하기

전기 신호를 막아라!

마취에는 여러 방식이 있어요. 그중 부분 마취는 신경이 뇌로 신호를 전달하는 과정을 차단함으로써 통증을 느끼지 않게 하는 방법이에요. 우리 몸의 모든 신경 세포는 세포막이라는 얇은 막으로 싸여 있어요. 세포막에는 작은 구멍이 있어서, 전기를 띤 작은 입자인 이온이 들어가거나 나올 수 있어요. 이 중에서도 특히 나트륨 이온이 드나드는 구멍을 나트륨 통로라고 불러요.

평소에는 신경 세포의 안쪽이 (-) 전기, 바깥쪽은 (+) 전기를 띠고 있는 상태로 균형을 이루고 있어요. 자극이 생기면 나트륨 통로가 열리면서 세포 밖에 있던 나트륨 이온이 세포 안쪽으로 쏟아져 들어가요. (+) 전기를 가진 나트륨 이온이 세포 안에 갑자기 많아지면 (-) 전기를 띠던 신경 세포 내부가 일시적으로 (+) 전기로 바뀌어요. 이때 전기적 균형이 깨지는 ‘탈분극’ 현상이 일어나면서 전기 신호가 발생해요. 이렇게 만들어진 전기 신호는 신경을 따라 빠르게 이동해서 뇌까지 전달돼요. 뇌는 그 신호를 받아들여 통증을 느끼는 거예요.

부분 마취제는 탈분극이 일어나지 않게 해 통증을 느끼지 않게 하는 물질이에요. 대표적인 부분 마취제인 ‘리도카인’은 나트륨 통로에 달라붙어 이온의 이동을 막는데, 나트륨 이온이 세포 안으로 들어갈 수 없어서 탈분극이 일어나지 않아요. 따라서 신경 세포는 전기 신호를 만들 수 없고, 신호가 없으니 뇌는 통증을 느끼지 않지요. 시간이 지나면 마취제는 점점 혈액 속으로 녹아 사라져요. 그러면 다시 통증을 느끼게 된답니다.

부분 마취가 되는 원리

1 부분 마취제가 나트륨 통로에 달라붙는다.

2 외부 자극이 발생한다.

3 나트륨 이온이 신경 세포 안으로 들어가지 못하고 전기 신호가 발생하지 않는다.

4 뇌에 신호가 전달되지 않아 통증을 느끼지 않는다.

통합과학 넓히기

AI가 마취의 위험을 미리 알려준다!

넓은 범위를 절개하거나 몸을 절대로 움직이면 안 되는 큰 수술을 할 때는 전신 마취가 꼭 필요해요. 전신 마취를 하면 몸의 움직임은 물론, 통증을 느끼는 기능과 의식까지 모두 억제돼요. 이때 심장 박동이나 호흡과 같은 중요한 생명 활동도 영향을 받을 수 있어 위험이 따르죠.

최근, 이 위험을 예측할 수 있는 인공지능(AI)이 개발됐어요. 2024년 10월 28일, 서울대병원 마취통증의학과 이형철·윤수빈 교수와 국가전략기술 특화연구소 이현훈 교수 공동 연구팀은 환자의 마취 위험을 효율적으로 예측할 수 있는 AI 기술을 발표했어요.

국내 의료 현장에서는 마취 전에 환자의 상태를 건강한 상태인 1등급부터 뇌사 상태인 6등급으로 구분하는 마국마취과학회 신체 상태 분류법을 써요. 그런데 신체 상태를 구분하는 기준이 주관적이어서 의료진 간 분류가 일치하지 않는 등 마취 위험도를 예측하는 데 한계가 있었어요.

연구팀은 2004년부터 2023년까지 서울대병원에서 수술받은 약 71만 명 환자의 데이터를 AI에 학습시켰어요. 나이, 과거의 병력, 현재 앓고 있는 질병 등 마취 전 평가 기록을 AI가 읽고 분석하도록 훈련했죠. 이후 460명의 실제 환자 데이터로 AI가 얼마나 정확하게 마취의 위험을 예측할 수 있는지 평가했어요.

그 결과, AI는 환자의 마취 위험을 평균 91.5%의 정확도로 예측했어요. 이형철 교수와 윤수빈 교수는 “AI 기술이 임상 현장에서 실질적으로 쓰일 수 있다는 걸 보여주는 성과”라고 설명했어요. 이어 “환자의 안전과 의료의 질을 향상할 수 있는 기술을 지속적으로 개발할 예정”이라고 전했답니다.

▲GIB

연구팀이 개발한 AI(빨간 선)의 예측 정확도와 마취과 전공의(파란 X)의 예측 정확도를 나타낸 그래프. 곡선이 왼쪽 상단에 가까울수록 완벽한 예측을 뜻한다.