교신저자：홍성화, 135-710 서울 강남구 일원동 50  성균관대학교 의과대학 삼성서울병원 이비인후과학교실
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서     론

   진주종성 중이염의 수술에서 병변의 완전한 제거와 재발을 막기 위해 종종 개방형 유양동 삭개술이 시행된다. 이 술식으로 보통 깨끗하고 건조한 상태의 귀를 유지할 수 있으나, 치유가 늦고 만성적인 이루가 발생할 수 있으며 보청기 착용이 어려운 점 등이 단점이다. 특히 공동문제(cavity problem)는 수술 후 환자가 병원을 다시 방문하게 되는 주요한 이유가 된다. 유양동 폐쇄술(mastoid obliteration)은 개방형 유양동 삭개술 후에 생기는 공동문제를 줄이고 진주종의 재발을 막기 위해 시행된다. 주로 직접 혈액공급을 받는 근골막 피판을 사용하는 방법과 이식물을 사용하는 방법, 그리고 두가지 방법을 모두 사용하는 방법이 있다. 이식물로는 연골, 골, 피질 골분, 지방 등의 생체 조직이 오래 전부터 사용되어 왔으나 흡수 정도를 예측하기 어렵고 충분한 양을 채취하기 어려운 단점이 있다. 인공물로는 bone cement, ionomer cement, proplast, hydroxyapatite(HA) 등이 사용되어 왔다. 이 중 HA는 인체 뼈의 무기질을 구성하는 주요 물질로 생체 친화성이 우수한 것으로 알려져 있다.
   본그로스(Bongros^®, Bio@ Co., Seoul, Korea)는 최근 국내에서 개발된 HA 입자로 척추유합술이나 치조골 재건술 등에 사용되고 있다. 본 실험의 목적은 기니픽의 유양동을 본그로스로 폐쇄한 후 유양동의 방사선학적, 조직학적 변화와 내이의 독성 유무를 확인하여 인체에서의 적용 가능성을 확인하는 것이다.

재료 및 방법

실험동물
   본 연구는 AAALAC International(Association for Assessment and Accreditation of Laboratory Animal Care International) 인증기관인 삼성생명과학연구소 동물관리사용위원회의 검토와 승인을 거쳤으며, 위원회의 실험동물의 관리와 사용에 관한 지침을 준수하며 시행하였다. 생후 7~8주된 체중 250~300 g의 건강한 수컷 기니픽 12마리를 사용하였고 실험에 사용된 모든 동물은 광학현미경 소견상 정상 외이도와 중이를 보였다.

수  술
   수술 30분 전에 cephradine(1 mg/kg)을 예방적 항생제로 근주하고 ketamine(40 mg/kg)과 xylazine(5 mg/kg)을 복강내 주사하여 마취를 유도하였다. 좌측 이개 후부의 피부에 절개를 가하고 유양동(mastoid bulla)을 노출한 후 유양동의 후방부에 드릴을 이용하여 직경 3~4 mm의 구멍을 낸다. 유양동의 후방부를 본그로스(Bongros^®, Bio@ Co., Seoul, Korea) 입자(직경 0.6~1.0 mm)로 채운 후 피판을 덮고 피하조직과 피부를 각각 봉합하였다.

청성뇌간반응역치의 측정
   수술 전, 수술 후 1, 2, 3개월에 측정하였으며 방법은 다음과 같다. 먼저 ketamine(40 mg/kg)과 xylazine(5 mg/kg)을 복강내 주사하여 마취를 유도한 후 Neurophysiology workstation(Tucker Davis Technologies, FL, USA)을 이용하여 측정하였다. 청성뇌간반응역치(auditory brainstem response threshold, ABR threshold)의 측정은 25 dBSPL 이하의 음향방지된 공간에서 진행하였다. 두정부(vertex)에 활성 전극(active electrode), 양쪽 귀 아래 쪽에 각각 기준 전극(reference electrode)과 접지 전극(ground electrode)을 위치시켰다. 그리고 tube 삽입형 스피커를 사용하여 좌측 귀에 삽입하였다. ABR의 음향 자극은 100 μs pulse width를 가진 rarefaction click 자극을 사용하였다. Click 음은 0.1 ms 동안 자극을 하고, tone burst는 8, 16, 32 kHz(1 ms rise/fall time, 2 ms plateau, presentation rate 11.1/s)에서 측정하였다. 자극음의 강도는 80 dBSPL부터 20 dBSPL까지 10 dBSPL 간격으로 자극을 주었고, 역치값 부근에서는 5 dBSPL 간격으로 감소시켜 역치값을 결정했다. 자극 후 10 ms 동안 신호를 측정하고, 측정된 신호는 60 Hz 노치필터와 300~3,000 Hz의 밴드패스 필터를 사용하여 디지털 처리 작업을 거친 후 500회의 평균값을 구하였다. 
   역치의 변화에 대한 통계적 분석은 Wilcoxon signed rank test(SPSS ver 11.5)를 이용하였다.

Microfocus computed tomography(microCT)
   수술 전과 수술 후 2시간, 수술 후 3개월에 시행하였으며 삼성생명과학연구소에서 자체 개발한 SPECT/CT system for small animal imaging을 이용하여 영상을 얻었다.

조직학적 관찰
   수술 후 3개월에 희생하였고 8두는 광학현미경 관찰을, 4두는 주사전자현미경 관찰을 시행하였다. Ketamine(40 mg/kg)과 xylazine(5 mg/kg)을 복강내 주사하여 마취를 유도한 후 4% paraformaldehyde in phosphate butter로 심장관류를 시행한 후 좌측 측두골을 채취하였다. 유양동에 작은 구멍을 만들고 EDTA 용액에 4주 동안 액침시켜 탈회시킨 후 파라핀에 포매하고 10 μm 두께로 절편을 제작하였다. 절편 중 5장마다 하나씩 슬라이드를 제작하여 Periodic Acid-Schiff(PAS) 염색 후 광학현미경하에서 관찰하였다. 골화의 정도는 기존에 기술된 5-point scale을 이용하여 평가하였다(Table 1).¹⁾
   유모세포의 손상을 확인하기 위하여 주사전자현미경 관찰을 시행하였다. 수술 후 3개월에 4두를 희생하여 좌측 측두골을 채취한 후 와우를 분리하고 와우의 첨단을 개방한 후 2.5% glutaldehyde in 0.1M cacodylate butter로 관류한 뒤 현미경하에서 bony capsule을 제거하였다. 탈수와 금도금과정을 거쳐 주사전자 현미경(Hitachi S-500, Tokyo, Japan)하에서 관찰하였다.

결     과

청성뇌간반응역치의 변화
   수술 전에 비해 수술 후 1개월에는 유의한 역치의 변화가 없었고, 2개월과 3개월에는 모든 자극음에 대한 역치가 유의하게 증가하였다(Fig. 1).

MicroCT
   수술 전 함기화된 유양동을 보이고 있으며 수술 직후에는 유양동의 후방에 본그로스를 충전한 부위가 연부조직음영으로 관찰되었다. 수술 후 3개월에는 본그로스를 충전한 유양동 후방이 고신호 강도를 보여 골화가 되었음을 확인할 수 있었다(Fig. 2).

조직학적 변화
   본그로스가 이식된 부위에 신생골이 형성됨을 확인할 수 있었으며 정상 골조직과 연접하여 유합되는 부분도 관찰되었다. 신생골 안에는 골세포(osteocyte)와 신생 혈관이 관찰되었으며 림프구의 침윤이나 상피세포의 과증식 등의 염증소견은 관찰되지 않았다. 코르티 기관의 주사전자현미경사진에서는 유모세포가 정상적으로 관찰되어 내이 독성이 없음을 확인하였다(Fig. 3). 골화의 정도와 유모세포의 변화는 Table 2에 요약하였다.

고     찰

   많은 재료들이 유양동 폐쇄술에 사용되어 왔다. 지방, 연골, 골, 피판 등의 생체 재료는 감염에는 저항성이 높지만 재흡수, 위축, 적당한 형태를 만들기 어렵다는 점, 공여부의 문제점 등이 단점이다. 이러한 단점을 극복하기 위해 인공 물질(alloplastic material)이 사용되고 있는데 대표적인 재료가 인산화칼슘(calcium phosphate)이다. 인산화칼슘의 장점으로는 생체의 골조직과 쉽게 융화가 되며, 일정 시간이 지나면 신생 골조직으로 대체되고, 골조직의 결손 형태에 따라 쉽게 적용이 가능하고, 생체친화성(biocompatibility)이 우수하며, 성장인자나 항균제 등을 같이 주입할 수 있다는 점이다. 단점으로는 하중을 지지해야 되는 부위에서 함몰될 가능성이 있다는 점과 오랫동안 흡수되지 않으면 감염을 유발할 수 있다는 점이다.²⁾ 이러한 특성을 고려해 볼 때 이과 수술에서는 하중을 지지할 필요가 없으며 비교적 무균적 환경이므로 좋은 재료로 생각된다.
   다양한 인산화칼슘 재료가 치과나 안면 성형, 정형외과 등에서 골조직의 결손을 보충하는 물질로 많이 사용되고 있는데,²⁾ 이비인후과 영역에서는 HA와 tricalcium phosphate가 주로 사용되고 있다.³⁾ HA는 생체골의 주성분으로 유양동 폐쇄술 뿐 아니라 이소골 성형술,^4,5) 외이도 후벽의 재건^6,7,8)에 사용되고 있다. 또한 이관의 폐쇄,⁹⁾ 경접형동 청신경종 제거 후 두개골성형술¹⁰⁾에서도 HA가 사용되었다.
   유양동 폐쇄술에 사용되는 HA는 제형에 따라 cement와 입자로 나눌 수 있다. Cement로는 Bone Source^®, Mimix^® 등이 있으며 입자로는 Pentax^® 등이 소개되었는데 본 실험에 사용된 HA 입자는 국내에서 개발된 본그로스(Bongros^®)이다. Takahashi는 진주종 환자에서 HA 입자(granule)를 사용하여 유양동 폐쇄술을 시행하였고 2년까지 재발이 없었다고 보고하였다.¹¹⁾ 또한 기니픽을 이용한 동물 실험에서 이식 1년 후 조직검사를 시행하여 림프구의 침윤 등의 염증 반응이 없으며 형태학적 변화가 없다고 하였다.¹²⁾ Mahendran 등은 유양동 폐쇄술에 HA cement와 HA 입자를 사용한 임상 연구에서 입자를 사용한 환자에서는 수술 후 문제가 없었으나 cement를 사용한 환자는 50%에서 감염이 발생했다고 보고하였다. 그들은 HA 입자를 사용한 경우 광범위 항생제 용액과 함께 이식하였기 때문에 무균적인 물과 함께 이식된 HA cement에 비해 감염이 낮은 것으로 생각하였다.¹³⁾ 그러나 HA cement를 사용한 Hussain 등의 연구에서는 29예 중 3예에서만 합병증이 발생하였고 이 중 1예에서 재수술이 필요하다고 하였다.¹⁴⁾ HA의 제형에 따라 수술 결과에서 차이가 있는지에 대해서는 추가적인 연구가 필요해 보인다. 그러나 인산화칼슘이 생체에 이식된 후 완전히 흡수되어 생체 골조직으로 대체될 때까지 3~36주가 소요되므로²⁾ 이식된 HA가 가능하면 노출되지 않도록 피판을 이용해서 덮어주는 것이 좋을 것이다.
   HA 입자는 보통 180~550 μm의 기공을 가지며 기공률(porosity)은 45~70%로 제작된다고 한다.¹⁵⁾ 기존에 만들어진 다공성 HA는 그 제조방법상의 문제로 인해 기공 크기와 기공률이 제어되지 못하였으나 최근에는 제조기술이 발전되어 어느 정도 일정한 크기와 기공률을 가진 HA를 생산할 수 있다고 한다. 본 실험에 사용된 본그로스는 기공의 크기가 300 μm이며 70%의 기공률을 가지고 있는데, HA는 생체내에서 신생골을 형성시키는(osteogenic) 작용을 하는 것이 아니고 신생골이 HA 사이로 자라들어가게 하는(osteoconductive) 작용을 하므로¹⁶⁾ 기공률이 높을수록 유리할 것으로 생각된다. 본그로스 이외에도 최근 개발된 HA 입자로는 Nanobone^®이 있는데, 76%의 HA와 24%의 silicone dioxide의 복합체로 기공률이 80% 이상이며 기공의 크기는 수백 μm라고 한다.¹⁷⁾ 최근 Punke 등은 Nanobone^®을 이용하여 기니픽의 유양동을 폐쇄한 실험에서 기존의 HA에 비해 신생골의 형성과 흡수가 빠르다고 보고하였고 이는 기공률이 높기 때문으로 생각하였다.¹⁸⁾ 정형외과적으로 이상적인 뼈의 대체 재료의 요건으로는 분해 기간동안 강도와 안정성이 유지되어 초기에 골전도가 이루어질 때까지 기공구조가 유지될 수 있고, 완전히 재생골로 치환되어야 하며, 가능한 한 흡수속도와 재생골 생성 속도가 일치해야 한다고 한다.¹⁹⁾ 그러나 유양동 폐쇄에서는 하중을 지지할 정도의 강도가 필요하지 않고 흡수가 빠른 것이 유리하므로 기공률이 높은 것이 좋을 것으로 생각된다.
   본 연구에서 microCT를 수술 직후와 1, 2, 3개월에 각각 시행하여 비교하려고 하였으나 수술 후 1개월부터는 실험동물이 체중이 증가하여 기계에 고정할 수 없어 1, 2개월에는 영상을 얻을 수 없었고 3개월에는 희생시켜 경부를 절단하여 영상을 얻을 수 있었다. CT 영상에서 이식부위의 고신호 강도를 확인할 수 있었으며 조직 검사에서도 신생골조직이 이식부위를 대체하고 있음을 알 수 있었다. HA는 생체에 이식된 후 보통 2주가 되면 신생골이 형성되는 것이 관찰되고 8주가 지나면 성숙된 골조직으로 완전히 둘러싸인다고 한다.²⁾ 그러나 HA가 완전히 정상적인 골조직으로 대체되는 데에는 수여자의 연령, 성별, 대사율, 해부학적 위치, 입자의 크기, 기공의 크기, 기공률 등에 따라 차이가 날 수 있다고 한다.²⁾ 임상적으로는 이식 후 최소 1년 이상 관찰하여야 할 것으로 생각되나 8주 이상 지나면 신생골 형성이 상당히 진행되는 것으로 보고되고 있고 HA의 흡수 정도를 보는 것은 본 실험의 목적이 아니었기 때문에 12주에 조직학적 검사를 시행하였다.
   Dornhoffer 등의 실험에서는 HA cement를 이식한 후 6주가 지난 후 ABR 역치를 측정하였을 때 수술 전과 변화가 없어 이독성이 없다고 하였다.²⁰⁾ 본 실험에서는 수술 후 1개월에는 유의한 변화가 없었으나 2, 3개월에는 역치가 유의하게 상승하였다. 조직학적 처리를 하기 전에 유양동 내부를 광학현미경으로 관찰하였을 때 이소골 주위로 HA입자와 신생골이 형성되어 있었고 이로 인해 전음성 난청이 유발되었을 것으로 생각된다. 또한 주사전자현미경 사진 상 유모세포가 정상적인 형태를 유지하였으므로 이독성에 의한 난청이 아닌 것으로 생각할 수 있다.

결     론

   최근 국내에서 개발된 HA 입자 본그로스^®는 기니픽의 유양동에 이식되었을 때 염증반응이나 내이 독성을 유발하지 않았으며 방사선학적, 조직학적으로 정상적인 신생골로 대체되는 것을 관찰할 수 있었다. 향후 인체의 유양동 폐쇄술의 좋은 재료로 기대해 볼 수 있다.

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