Predictors of Posttraumatic Stress Disorder and its Symptom Severity in Sexual Assault Survivors

Abstract

배경 및 목적 성폭행은 여성에게서 외상후 스트레스장애(posttraumatic stress disorder, 이하 PTSD)를 일으킬 수 있는 가장 중대한 스트레스 요인으로 알려져 있다. PTSD의 발생과 만성화를 예방하기 위해서는 외상 직후 초기 단계에서 이를 조기 발견하고 치료적으로 개입하는 것이 중요하다. 본 연구는 최근 성폭행을 경험한 생존자를 대상으로, PTSD의 발생과 증상 심각도를 예측할 수 있는 심리적, 신경인지적, 신경생리학적 인자를 규명하고자 하였다. 이를 위해 다음과 같은 주요 연구가설을 설정하였다: 성폭행 이후 PTSD로 진행되는 생존자는 그렇지 않은 생존자에 비하여, 사건 직후의 시점에서 더 높은 정서적 고통감과 신경인지기능의 저하 그리고 휴지기 뇌기능의 저하를 보일 것이다. 위의 가설을 지지하는 결과와 관련한 지표는 사건 3개월 이후의 시점에서의 PTSD 발생 여부 및 증상 심각도를 유의하게 예측할 것이다.

방법 본 연구는 서울특별시 보라매병원 원내에 위치한 성폭력전문 통합지원센터와 응급실과의 연계를 통해 사건 1개월 이내에 정신건강의학과에 방문한 33명의 여성 강간 생존자의 자료를 수집하였다. 사건 1개월 이내에 모든 대상자는 급성 스트레스장애의 진단기준을 충족하였기에, 생존자 전체군은 급성 스트레스장애군이라 명명하였다. 강간 생존자에게 사건 3개월 후 임상가-평정 PTSD 척도(Clinician-Administered PTSD Scale)를 실시하여, PTSD 진단기준을 완전히 충족하는군(이하 PTSD(+); n=12)과 PTSD 진단기준을 완전히는 충족하지 않는군(이하 PTSD(-); n=14)으로 분류하였다. 대조군으로, 연령이 짝짓기 된 일생에 극단적 트라우마 경험이 단 한 번도 없는 25명의 여성 우울증대조군(주요우울장애군)과 25명의 여성 정상대조군을 모집하였다. 심리적 변인을 위해 자기보고식 우울, 불안 및 상태-특성 분노 척도를 실시하였으며, 전반적 인지기능으로 지능지수(Intelligence Quotient; 이하 IQ)를 측정하였다. 집행기능 평가를 위해 전산화된 도구를 이용하여 세트-변환(shift-shift), 계획성(planning), 공간-작업기억(spatial-working memory), 억제기능(inhibition) 과제를 실시하였다. 또한 휴지기 상태에서의 뇌파(electroencephalography; 이하 EEG) 측정을 통해 뇌기능을 살펴보았다. EEG 파라미터에는 파워 스펙트럼 밀도와 소스-수준 분석의 기능적 연결성(functional connectivity)이 포함되었다. 기능적 연결성을 확인하기 위해 디폴트 모드 네트워크(default mode network; 이하 DMN)와 관련된 곳을 관심 영역(region of interest; 이하 ROI)으로 설정한 후, 그래프 이론(graph theory)에 기반하여 네트워크의 전반적인 통합성과 효율성을 알아보는 작은-세상(small-worldness) 지표를 계산하였다. 개별 ROI에서의 기능적 연결성도 면밀히 살펴보았다. 상기 EEG 파라미터는 다음의 주파수 대역별로 산출되었다: 델타파(delta; 1.00-3.75Hz), 세타파(theta; 4.00-7.75Hz), 알파파1(8.00-9.75Hz), 알파파2(10.00-11.75Hz), 베타파1(12.00-14.75Hz), 베타파2(15.00-19.75Hz), 베타파3(20-29.75Hz), 및 감마파(30-44.75Hz). PTSD 진단을 제외한 모든 평가는 강간사건 후 1개월 이내에 실시하였고, 대조군의 경우 모집 시점에서 실시하였다. 분석은 크게 다음의 세 가지 방법으로 실시되었다: 1) 급성 스트레스장애군(강간 생존자 전체군), 우울증대조군 그리고 정상대조군의 집단 차, 2) PTSD(+)군, PTSD(-)군, 우울증대조군 그리고 정상대조군의 집단 차, 3) PTSD 발생 및 증상 심각도 예측을 위한 회귀분석. 연령과 IQ의 효과는 분석에서 조정하였다.

결과 1) 급성 스트레스장애군, 우울증대조군, 정상대조군의 집단 차 급성 스트레스장애군은 정상대조군에 비해 높은 수준의 우울, 불안, 및 상태-분노를 보고하였으며, 우울증대조군은 정상대조군보다 높은 수준의 우울 및 불안 수준을 보고하였다(Ps <.0167 = .050/3). 인지기능에서, 급성 스트레스장애군은 우울증대조군이나 정상대조군보다 세트-변환 과제에서 더 많은 오류를 보였다(Ps <.0167). 또한 그들의 공간-작업기억 능력은 정상대조군보다 저하되어 있었다(P <.0167). 뇌기능을 살펴보면, 우울증대조군은 정상대조군에 비해 증가된 베타파, 감마파 파워 스펙트럼 밀도를 보였으며(adj PMCMCs <.050), 급성 스트레스장애군은 베타파 대역에서 DMN의 기능적 연결성을 나타내는 작은-세상 정도가 감소되는 결과를 나타냈다(Ps <.0167).

2) PTSD(+)군, PTSD(-)군, 우울증대조군, 정상대조군의 집단 차 사건 직후 PTSD(+)군과 PTSD(-)군은 PTSD 증상 심각도에서 유의한 차이를 보이지 않았으나, 3개월 후에는 유의한 차이를 보였다. 우울 및 불안 수준은 임상군에 해당하는 세 집단 모두에게서 정상대조군에 비하여 상승하였으며, PTSD(+)군과 PTSD(-)군은 특성-분노도 정상대조군에 비해 높게 보고하였다(Ps <.0083 = .050/6). 하지만, PTSD(-)군은 우울증대조군에 비교하여 상대적으로 낮은 우울 정도를 보였다(P = .0035). PTSD(+)군과 우울증대조군 간에 유의한 우울 정도의 차이는 발견되지 않았다. 또한, PTSD(+)군은 PTSD(-)군과 우울증대조군보다 높은 수준의 불안을 보고하였다(Ps = .0078 및 Ps = .0033). 집행기능 영역에서는 가설과 다른 결과가 나타났다. PTSD(-)군은 다른 모든 군보다 세트-변환 과제에서 더 많은 오류를 보였으며, PTSD(+)군 보다도 그러하였다(Ps <.0001). EEG 파워 스펙트럼 밀도에서는, PTSD(+)군과 우울증대조군이 정상대조군에 비하여 증가된 베타파를 보인 데에 반해(PMCMCs <.050), PTSD(-)군은 정상대조군과 유의한 차이를 나타내지 않았다. 기능적 연결성에서는, PTSD(+)군만 베타파3 대역에서 정상대조군 보다 작은-세상 정도가 감소되었다(P = .0067). ROI 대 ROI로 면밀히 살펴보았을 때에도, 두 생존자군은 다른 양상을 보였다. 특히, PTSD(+)군은 PTSD(-)군에 비하여 베타파3 대역에서 내후각피질(entorhinal cortex)과 해마방회(parahippocampal gyrus) 간, 전두극(frontal pole)과 해마방회 간, 중측두회(middle temporal gyrus)와 쐐기앞소엽(precuneus) 간 등의 영역에서 기능적 연결성이 저하되는 경향을 보였다(uncorrected Ps <.050). 반면, PTSD(-)군은 PTSD(+)군에 비해 베타파2 대역에서 전두극(frontal pole)과 문측중전두회(rostal middle frontal gyrus)를 포함하는 전두엽과 전전두엽 부분에서 뇌기능 연결성의 중심성(centrality)이 떨어지는 경향을 보였다(uncorrected Ps <.050).

3) PTSD 진행 및 증상 심각도와 관련한 예측인자 성폭행 사건 후 1개월 이내에 경험된 불안 정도와 PTSD 및 스트레스 관련 증상은 사건 3개월 이후의 PTSD 진행 및 증상 심각도를 유의하게 예측하였다(Ps <.050). 사건 직후의 베타파 파워 스펙트럼 밀도는 3개월 후의 PTSD 하위증상 심각도(재경험과 마비)를 정적으로 예측하였다. 또한 저하된 우측 내후각피질과 좌측 해마방회 간의 기능적 연결성은 이후의 PTSD 발생 및 증상 심각도를 예측하였다(odd ratio = -24.48, P = 0.0471). 마지막으로, 인지적 유연성을 측정하는 과제 상 오류 수가 많고 전전두엽 영역의 기능적 연결성이 저하될수록, 이후의 PTSD 증상 심각도는 낮게 나타났다(Ps <.050). 특히, 사건 직후에 우측 문측중전두회와 좌측 전측대상피질(anterior cingulate cortex) 간 기능적 연결성이 저하될수록, 또한 좌측 전두극의 중심성이 저하될수록 사건 3개월 후의 시점에서 PTSD로 진단될 가능성은 낮아졌다.

결론 본 연구결과에 의하면, 성폭행은 사건 직후부터 생존자의 뇌기능을 변화시키며, 이 변화 양상은 이후 PTSD 진행여부에 따라 다르게 나타나는 것으로 보인다. PTSD로 진행된 생존자의 경우, 휴지기 상태에서 EEG 베타파 파워가 증가함에 더불어, DMN의 기능적 연결성이 저하되었다. 이는 사건 직후 경험하는 우울 및 불안 수준과 관련한 것으로 사료된다. 특히, 중내측두영역과 관련한 영역에서의 기능적 연결성 저하는 이후의 PTSD 발생 및 증상 심각도와 유의한 관련을 보인 바, 향후 PTSD의 예측인자로 활용될 수 있는 가능성이 시사되었다. 반면, PTSD로 진행되지 않은 생존자의 경우에는 가설과 다른 결과가 나타났다. 이들의 전두엽 및 전전두엽 관련한 인지기능과 뇌기능 연결성은 PTSD로 진행된 생존자보다도 저하되었다. 더욱이, 전전두엽 기능이 저하될수록, 향후 PTSD로 진단될 가능성이 낮아지는 결과가 나타났다. 본 연구는 적은 수의 피험자를 대상으로 진행되었기에, 결과의 의미를 보다 명확히 규명하고 타당화하기 위해서는 미래의 추가적 연구가 필요해 보인다. 마지막으로, 본 연구 결과는 심리적 요인, 신경인지 및 뇌기능을 포함한 다각도 접근을 통하여 PTSD를 조기 발견하고, 예방하며, 치료적 개입을 실시하는 데에 도움이 될 수 있는 기틀을 마련했다는 함의를 지닌다.

Background and Aims Sexual assault is one of the strongest stressors that might trigger posttraumatic stress disorder (PTSD) in women. Early detection of PTSD and providing therapeutic interventions at the acute stage of post-trauma might play an important role in preventing PTSD progression and chronicization. This study aimed to investigate the psychological, neurocognitive, and neurophysiological predictors of PTSD progression in survivors who experienced recent sexual assaults, focusing on rape. The following key research hypotheses were established: Survivors who develop PTSD after sexual assault would show higher emotional distress, lowered neurocognitive function, and decrease in the resting-state brain function immediately after trauma, compared to survivors who do not. Indicators related to the results supporting the above hypothesis would significantly predict PTSD developing and its symptom severity aftermath.

Methods This study collected data from 33 women rape survivors who visited the department of psychiatry within one month of the incident through collaboration with the emergency room and a referral center for sexual violence located in Seoul Metropolitan Government-Seoul National University (SMG-SNU) Boramae Medical Center, Seoul. Within one month of the incident, all survivors met the diagnostic criteria for acute stress disorder; thus, the entire group of survivors was named the acute stress disorder (ASD) group. Three months after the rape, the Clinician-Administered PTSD Scale was used to assess the extent to which rape survivors fully (PTSD(+); n = 12) or not fully (PTSD(-); n = 14) met the PTSD criteria. Additionally, age-matched 25 female depression controls (DCs) consisting of patients with major depressive disorder and 25 healthy controls (HCs) were recruited; they had never experienced extreme trauma in their lifetime. Self-reported depression, anxiety, and state-trait anger scales were administered for psychological variables, and IQ was measured for general cognitive function. For executive functions, this study measured set-shift, planning, spatial-working memory, and inhibition using a computerized assessment tool. Brain function was measured through electroencephalography (EEG) in the resting-state. EEG parameters included power spectral density and functional connectivity from the source-level analysis. Functional connectivity was set to the region of interest (ROI) relative to the default mode network (DMN), and then a small-worldness was calculated based on the graph theory to assess overall functional integration and efficiency. The EEG parameters were calculated for the following frequency bands: delta (1.00–3.75 Hz), theta (4.00–7.75 Hz), alpha1 (8.00–9.75 Hz), alpha2 (10.00–11.75 Hz), beta1 (12.00–14.75 Hz), beta2 (15.00–19.75 Hz), beta3 (20.00–29.75 Hz), and gamma (30.00–44.75 Hz). All evaluations were conducted within one month after rape occurrence for survivors and at the time of recruitment of the control groups, except PTSD diagnosis conducted three months after the incident for survivors. In the analysis, the effects of age and IQ were adjusted.

Results 1) Group differences for the ASD, DC, and HC The ASD and DC groups showed a higher level of depression and anxiety; on the other hand, the ASD displayed a fit of higher state anger than the HC group (Ps <.0167 = .050/3). The ASD group showed more errors in the set-shift compared to the DC and HC groups (Ps <.0167). They also showed inferior spatial working memory compared to the HC group (P <.0167). In terms of brain function, the DC group showed heightened beta and gamma power compared to the HC group (PMCMCs <.050), whereas the ASD group had decreased small-worldness, indicating the functional dysconnectivity of the DMN, especially in the beta bands, compared to the HC group (Ps <.0167).

2) Group differences for the PTSD(+), PTSD(-), DC, and HC The PTSD(+) and PTSD(-) groups did not significantly differ in the severity of PTSD symptoms immediately after the incident, but showed significant differences after three months. All three clinical groups showed higher depression and anxiety compared to the HC group, and the PTSD(+) and PTSD(-) groups showed higher level of stress anger than the HC group (Ps <.0083 = .050/6). However, the PTSD(-) group had a significantly lower level of depression than the DC group (P = .0035), and the depression difference was not significant between the PTSD(+) and DC groups. Moreover, the PTSD(+) group reported a higher anxiety level than the PTSD(-) and DC groups (Ps = .0078 and Ps = .0033, respectively). In the executive function, contrary to the hypothesis, the PTSD(-) group showed more errors in the set-shift task compared to the other groups (Ps <0.0001), and especially compared to the PTSD(+) group (Ps <0.0001). For the EEG power spectrum density, the PTSD(+) and DC groups showed increased alteration in the beta bands compared to the HC group (PMCMCs <.050), whereas the PTSD(-) group did not. Regarding functional connectivity, the significantly decreased small-worldness was only found in the PTSD(+) group in beta3 compared to the HC group (P = .0067). A closer look at individual ROI revealed that the two survivor groups showed different patterns. Particularly, the PTSD(+) group tended to reduced beta3 functional connectivity in several regions including the entorhinal cortex–parahippocampal gyrus, frontal pole–parahippocampal gyrus, and middle temporal gyrus–precuneus regions, compared to the PTSD(-) (uncorrected Ps <.050). Meanwhile, the PTSD(-) group showed a tendency toward lowered centrality of the functional connectivity in frontal and prefrontal regions, including the frontal pole and rostral middle frontal gyrus compared to the PTSD(+) group in the beta2 band (uncorrected Ps <.050).

3) Predictive factors associated with developing PTSD and symptom severity Anxiety and PTSD and stress-related symptoms experienced within a month of trauma significantly predicted the total and sub-symptom severity and diagnostic status of PTSD after three months of trauma (Ps <.050). The beta power spectral density immediately after the rape significantly predicted the severity of PTSD sub-symptoms, reexperience and numbing, after three months (Ps <.050). Additionally, the decrease in functional connectivity of the right entorhinal cortex–left parahippocampus gyrus predicted developing subsequent PTSD and its symptom severity after three months (odd ratio = -24.48, P = .0471). Finally, as errors during the cognitive flexibility task increased and functional connectivity of the prefrontal cortex decreased, the severity of PTSD symptoms decreased after three months (Ps <.050). Especially, decreased right rostral middle frontal gyrus–left anterior cingulate cortex functional connectivity and the decreased centrality of left frontal pole immediately after trauma were significantly associated lower possibility for being diagnosed as PTSD after three months of rape (OR = 16.09, P = .0333 and OR = 63.80, P = .0417, respectively).

Conclusion Sexual assault may alter survivors brain function immediately after the incident, and the alteration patterns may differ depending on the progress of subsequent PTSD. Survivors with subsequent PTSD could show neurophysiological changes, resting-state heightened beta power and the global dysfunctional connectivity of the DMN, which might be associated with anxiety and depression. Particularly, decreased functional connectivity in medial temporal regions at the early stage of post-trauma might be associated with later developing PTSD and its symptom severity that could be candidates of predictors of PTSD. In contrast to hypothesis, survivors who would not fully progress to PTSD might show a decrease in frontal and prefrontal lobe function at an early stage after the rape. Further, the results show that the lower the prefrontal lobe function, the lesser the likelihood of being diagnosed as PTSD aftermath. The small sample size calls for future research to clarify and validate the findings of this study. Nevertheless, this study has clinical implications because it lays the foundation for early detection of PTSD, and preventive and therapeutic interventions through a multi-faceted approach, including psychological factors, neurocognitive function, and brain function.