교신저자：김인상, 330-715 충남 천안시 안서동 산16번지  단국대학교 의과대학 이비인후-두경부외과학교실
교신저자：전화：(041) 550-3973 · 전송：(041) 556-1090 · E-mail：codoctor@dreamwiz.com

서     론

   정상 기도의 점액섬모배출운동(mucociliary clearance)은 상기도의 먼지, 세균, 공해 물질 등을 정화하는 중요한 자기 보호 작용이다. 점액섬모배출에 관여하는 인자들로, 점액의 양과 성분, 섬모 주위 수분(pericilliary fluid)의 양, 그리고 섬모운동 등이 중요하다. 호흡기 상피 세포 섬모의 활동성은 섬모 운동 속도(ciliary beat frequency, CBF)로 정량화하여 나타낼 수 있다.¹⁾ 섬모 운동 속도가 빨라지면 점액 수송시간이 유의하게 감소하며, 섬모 운동 속도(CBF)는 점액섬모배출운동에 관여하는 인자 중 가장 핵심적인 요소이다.²⁾ 많은 요소들이 부비동염의 발병에 관련되어 있지만, 비효과적인 부비동 점액 배출 및 분비물의 정체와 이로 인한 감염, 그리고 염증의 지속이 가장 주요한 병태생리로 알려져 있다.³⁾
   기저 상태의 섬모 운동(basal CBF)은 사이토카인, 기계적 자극, 온도, 해부학적 요인 등 다양한 요인에 의해 변화할 수 있다.⁴⁾ 만성 부비동염에서 기저 상태의 섬모 운동 속도에 대해서는 상반된 연구들이 보고되고 있다. 어떤 연구자들은 기저 섬모 운동 속도가 떨어져 있다고 보고하였으나^5,6,7) 또 다른 연구자들은 정상군과 부비동군에서 의미 있는 섬모 운동 속도의 차이가 없다고 보고하였다.^8,9) 하지만 만성 부비동염에서 각종 자극에 반응하는 역동적 섬모 운동의 변화에 대해서는 최근의 일부 논문 외에는 거의 보고된 바 없다.
   따라서 본 논문에서는 자극이 주어지지 않은 기저상태의 섬모 운동, 즉 정적 섬모 운동 외에도 항진제에 의한 자극 후의 시간에 따른 섬모 운동의 변화 양상, 즉 동적 섬모 운동을 분석해 보고자 하였다.

대상 및 방법

   2006년 7월 부터 2007년 3월까지 본원 이비인후과에서 부비동 내시경 수술을 받은 64명을 대상으로 하였다. OMU CT와 내시경 소견을 기준으로 하여 정상군 20명과 부비동염군 44명으로 나누었다. 정상 점막(N=20)의 채취를 위해 누낭비강 문합술 및 안와외향골절 정복술을 받은 환자에서 사골동 점막을 채취하였으며, 비중격 및 비갑개 교정술, 외비 성형술을 받은 환자에서 하비갑개 점막을 채취하였고, 이 중 남자는 15명, 여자는 5명으로 연령 분포는 18세부터 62세, 평균 39세였다. 만성 부비동염군 44명은 모두 부비동내시경 수술을 받은 환자로 모두 전사골동 점막을 채취하였으며 남자는 27명, 여자는 17명으로 연령 분포는 16세부터 75세로 평균 36세였다.

비강 점막의 준비
   전신 마취하에서 수술 중 비내시경을 통하여 점막을 채취한 후 F12-DME 1：1(HyClone, Utah 84321, with L-glutamine)이 담겨있는 Falcon tube에 담아 37℃, 5% CO₂ incubator에 1시간 동안 거치시켜 섬모운동을 안정화시켰다.

섬모 운동 빈도(Ciliary beat frequency, CBF)의 측정
   점막을 일정한 온도(37℃)가 유지되는 관류기(perfusion chamber)로 옮겨 600배 시야의 침수현미경으로 관찰하였고, 현미경 시야는, 초당 60프레임의 디지털 CCD(charged coupled device) camera(XCHR50, Sony, Japan)를 통해 PC로 전송되었으며, 이를 FFT(fast-Fourier transformation)에 기반을 둔 프로그램을 이용하여 분석하였다.¹⁰⁾ 섬모 운동이 활발한 다섯 개 시야에서 CBF를 측정하였고 이 값의 평균을 해당점막의 기저 CBF값으로 정하였다. 이후 관류액을 F12-DME에서 ATP 100 μM로 교환하여 20분간 1분 간격으로 CBF의 변화 양상을 관찰하였다.

임상 증상
   임상 증상과 CBF와의 연관성을 분석하기 위하여, 환자의 성별, 연령, 비증상(즉, 비폐색, 비루, 재채기, 악취), 후각검사점수, 비용종 유무, OMU CT의 혼탁도를 후향적으로 조사하였다.

통계적 분석
   통계분석을 위하여 t-test와 단순 선형 회귀 분석을 시행하였고 p<.05인 경우를 통계적으로 의미 있게 보았다. 결과치는 평균±표준편차의 형태로 제시하였다.

결     과

기저 섬모 운동 속도 분석
   정상군 20명의 평균 섬모 운동 속도는 9.21 Hz(범위：5.16~14.22 Hz), 부비동염군 44명의 평균 섬모 운동 속도는 9.20 Hz(범위：5.47~15.32 Hz)로 나타났으며. 두 군간의 평균 기저 섬모 운동 속도에는 통계적으로 의미 있는 차이가 없었다(p>0.05)(Fig. 1). 또한 비강내 점막의 위치에 따른 섬모운동 속도에는 차이가 없었으며 이는 기존의 보고와 일치하였다.¹¹⁾

성별과 연령에 따른 기저 섬모 운동 속도 분석
   성별에 따른 평균 기저 섬모 운동 속도는 정상군에서 여자는 8.94±2.65 Hz(n=5)였으며 남자에서는 9.25±3.03 Hz(n=12)로 나타났다. 부비동염군에서는 여자의 경우 9.28±2.35 Hz(n=14), 남자의 경우 평균 8.80±2.28 Hz(n=20)로 두 군 모두 성별에 따른 기저 평균 섬모 운동 속도에는 유의한 차이가 없었다(Fig. 2). 연령과 섬모 운동속도 또한 두 군 모두 유의한 상관관계를 보이지 않았다.

비증상에 따른 기저 상태의 섬모 운동 속도 분석
   비증상 즉, 비폐색, 비루, 재채기, 악취, 후각저하와 기저 상태 섬모 운동 속도와의 연관성을 알아보기 위하여 각 증상의 유무에 따른 평균 기저상태의 섬모 운동 속도와 비교한 결과 각각 모두에서 통계적 의미가 없게 나타났으며, 또한 여섯 개의 증상 각각에 1점씩 부과하였을 때 총점의 증가와 기저 상태의 섬모 운동 속도와도 관련성이 없는 것으로 나타났다.

후각 평가와 기저 상태의 섬모 운동 속도 분석
   부비동 내시경 수술 전 시행한 후각검사 점수(The brief smell identification test^TM, Sensonics. Inc. USA)와 기저상태의 섬모 운동 속도와의 분석(n=27)에서는 유의하게 후각 검사 점수가 좋을수록 섬모 운동 속도가 빠르게 나타났다(r=0.654, p<0.05)(Fig. 3).

알레르기 평가와 기저 상태의 섬모 운동 속도 분석
   부비동 내시경 수술 전 시행한 MAST 결과상 양성의 결과를 나타낸 그룹(n=17)과 음성의 결과를 보인 그룹(n=11) 간의 기저 섬모 운동 속도의 평균을 분석한 결과 통계적으로 의미 있는 차이는 나타나지 않았다.

비용종 유무와 기저 상태의 섬모 운동 속도
   부비동염 환자(n=34)에서 수술 전 OMU CT와 내시경 소견을 바탕으로 비용종의 유무와 기저 섬모 운동 속도의 관련성을 보았을 때, 비용종이 있는 그룹의 섬모 운동 속도는 평균 8.17±1.85 Hz(n=21, 범위：7.5~13.75 Hz), 비용종이 없는 그룹은 10.32±1.91 Hz(n=13, 범위：5.73~12.03 Hz)로 비용종이 없는 그룹에서의 기저 섬모 운동 속도가 통계적으로 의미 있게 비용종이 있는 군에 비하여 높았다(p<0.05)(Fig. 4).

부비동군에서 기저 상태의 섬모 운동 속도와 Lund-Mackay 점수와의 상관관계
   부비동염의 심한 정도와 기저 섬모 운동 속도와의 관계를 살펴보고자 Lund-Mackay 점수를 이용하여 CT 결과를 점수화하여 섬모 운동 속도와의 연관성을 보았을 때, 두 지표는 의미있는 음의 상관관계를 나타내었다(r=-0.43, p<0.05)(Fig. 5).

CBF에 대한 ATP의 효과
   ATP 100 μM에 대한 CBF의 변화율을 20분 동안 1분 간격으로 체크하여 5분마다 평균을 냈을 때(Fig. 6), 정상군(n=11)은 ATP 투여 시 1분 안에 CBF가 급격히 상승하는 모습(최대 증가율：29.39±3.96%, 범위：12.53~50%)을 보였으며 기저 상태의 섬모 운동 속도보다 10%이상 유지된 시간이 평균 17.4분으로 나타났다. 부비동염군(n=19)에서는 ATP 투여 시 CBF 증가율이 정상군보다 유의하게 낮았으며(최대 증가율：17.60±1.58%, 범위：7.16~28.65%, p<0.05) 기저 상태의 섬모 운동 속도보다 10% 이상 유지된 시간이 9.5분으로 정상군보다 유의하게 짧게 나타났다(p<0.05)(Fig. 6).

고     찰

   효과적인 점액섬모 배출을 위해서는 점액의 적절한 생성 및 정상 섬모운동이 유지되어야 한다.¹²⁾ 부비동염이 있는 환자에서 점액 섬모 배출작용이 떨어져 있다는 것이 알려져 있지만^13,14) 점액 섬모 배출 작용은 생리학적, 해부학적, 생화학적 여러 요소에 의해 영향을 받게 되므로, 여기에는 여러 가지 복합적인 요인들이 관여할 것으로 생각된다.¹⁵⁾
   부비동염이 있을 때는 비루, 후각 감소, 비폐색 등의 증상이 나타나며, 섬모운동과 이러한 임상증상과의 관련성에 대해서는 그 동안 잘 알려지지 않았다. 본 연구에서는 여러 가지 임상증상 중 후각 감소만이 유의하게 상관관계가 있는 것으로 나타났는데, 이는 비정상적인 섬모운동과 농성 분비물, 후각 상피세포의 조직학적 변화^16,17,18)로 인해 후각 상피로의 후각전달물질의 효과적인 전달이 이루어지지 않는¹⁸⁾ 것으로 생각되며, 이에 대해서는 추후 더 많은 연구가 필요할 것으로 생각된다.
   기저상태의 섬모 운동 분석에서는 정상군이나 부비동염군에서 큰 차이를 보이지 않았으며 이는 다른 논문에서 보인 결과와 유사하다. 그러나 부비동염군에서 Lund-Mackay score와 기저상태의 섬모 운동 분석에서는 의미 있는 음의 상관관계를 보여 심한 부비동염상태에서는 섬모 운동이 감소하는 것으로 생각된다. 또한 이는 비용종이 있는 군에서 없는 군에 비하여 의미 있게 섬모 운동이 떨어진 결과와 유사한 결과로 생각된다.
   이러한 결과는 부비동염의 초기 또는 경증의 부비동염에서는 증가된 분비물 등의 병적인 상태에 대한 생리적 보상작용으로 CBF가 증가되지만 중증도가 심할수록 만성의 중증 염증으로 인한 점막 내의 심한 구조적, 또는 기능적 손상이 나타나 섬모 운동이 감소하는 것으로 생각된다. 따라서 유병기간과 중증도를 고려하지 않고 부비동염군과 정상군의 CBF를 비교한 경우에는 양 군 간의 차이가 없는 것으로 나타나지만, Lund-McKay 점수에 따른 병의 중증도와 CBF와의 연관성을 보았을 때는 음의 상관관계를 나타낸 것으로 보인다.
   현재까지 부비동염이 있는 환자 비점막에서의 섬모 운동이 정상 비점막과 달리 어떻게 퓨린 항진제에 대해 반응을 하는지에 대한 연구는 미비하였다. 한 연구에서 ATP 첨가 후 CBF를 측정한 결과¹⁹⁾ 정상군에서는 기저 섬모 운동 속도보다 53.7%, 부비동염군에서는 12.2%가 증가하였다고 보고하였다. 본 연구에서는 ATP 첨가 후 CBF가 두 군 모두에서 1분 안에 최대의 증가율을 보였으며 이후 두 군 모두에서 감소되는 양상을 보였지만, 정상군에서는 증가된 CBF가 약 20분간 유지되는 반면 만성 부비동염군에서는 10분 내의 짧은 증가 상태 후 바로 하강형의 CBF 변화를 보인 것이 주목할 만한 차이점으로 생각된다. 토끼 기관(trachea) 점막을 이용한 한 연구에서²⁰⁾ 세포내 Ca²⁺은 ATP에 의하여 3~4분 안에 사라지는 빠르고 강력한 증가(4~5배) 후 기저상태보다 약간 높은 상태로 유지되는 것을 관찰하였으며, CBF의 증가는 20분 정도 유지된다고 보고하였다. 세포 내 증가된 Ca²⁺의 유지를 위해서는 산화질소 합성 효소 등의 여러 가지 인자들이 관여되는 것으로 생각되며, 부비동염에서는 이러한 정상 생리 기전들의 이상으로 인해 ATP에 대한 반응이 소실될 수 있을 것으로 생각된다. 또한 퓨린 수용체의 감소나 탈감작화, 세포 내 칼슘의 더딘 이동 같은 분자학적 이상²⁰⁾ 및 ATP에 반응할 수 있는 섬모 및 점막 자체의 구조적 손상 등도 이러한 변화된 섬모 운동 양상과 관련 있을 것으로 생각된다.

결     론

   기저 섬모 운동 속도는 정상군 및 부비동염 군에서 의미 있는 차이가 없었으나 세포 외 ATP 자극에 의한 섬모 운동 변화 관찰 시 부비동염군에서 정상군에 비해 의미 있게 섬모운동 증가율 및 증가 유지 시간이 낮게 나타났다.
   부비동염군에서 후각 점수, Lund-Mackay 점수 및 비용동반여부와 기저 섬모 운동속도는 의미 있는 관련성을 보였다.
   향후 부비동염에서의 섬모 운동의 변화 양상 및 이의 원인에 대한 지속적 연구가 필요할 것으로 생각된다.

1. Boek WM, Graamans K, Natzijl H, van Rijk PP, Huizing EH. Nasal mucociliary transport: New evidence for a key role of ciliary beat frequency. Laryngoscope 2002;112(3):570-3.

2. Braverman I, Wright ED, Wang CG, Eidelman D, Frenkiel S. Human nasal ciliary-beat frequency in normal and chronic sinusitis subjects. J Otolaryngol 1998;27(3):145-52.

3. van der Baan B. Ciliary function. Acta Otorhinolaiyngol Belg 2000;54(3):293-8.

4. Wong LB, Miller IF, Yeates DB. Regulation of ciliary beat frequency by autonomic mechanisms: In vitro. J Appl Physiol 1988;65(4):1895-901.

5. Majima Y, Sakakura Y, Matsubara T, Murai S, Miyoshi Y. Mucociliary clearance in chronic sinusitis: Related human nasal clearance and in vitro bullfrog palate clearance. Biorheology 1983;20(2):251-62.

6. Majima Y, Sakakura Y, Matsubara T. Possible mechanisms of reduction of nasal mucociliary clearance in chronic sinusitis. Clin Otolaryngol Allied Sci 1986;11(2):55-60.

7. Joki S, Toskala E, Saano V, Nuutinen J. Correlation between ciliary beat frequency and the structure of ciliated epithelia in pathologic human nasal mucosa. Laryngoscope 1998;108(3):426-30.

8. Braverman I, Wright ED, Wang CG, Eidelman D, Frenkiel S. Human nasal ciliary-beat frequency in normal and chronic sinusitis subjects. J Otolaryngol 1998;27(3):145-52.

9. Nuutinen J, Rauch-Toskala E, Saano V, Joki S. Ciliary beating frequency in chronic sinusitis. Arch Otolaryngol Head Neck Surg 1993;119(6):645-7.

10. Min YG, Yun YS, Rhee CS, Sung MW, Lee KS, Ju MS, et al. Effects of phenylephrine on ciliary beat in human nasal respiratory epithelium; Quantitative measurement by a video-computerized analysis technique. Laryngoscope 1998;108(3):418-21.

11. Shaari J, Palmer JN, Chiu AG, Judy KD, Cohen AS, Kennedy DW, et al. Regional analysis of sinonasal ciliary beat frequency. Am J Rhinol 2006;20(2):150-4.

12. Braverman I, Wright ED, Wang CG, Eidelman D, Frenkiel S. Human nasal ciliary-beat frequency in normal and chronic sinusitis subjects. J Otolaryngol 1998;27(3):145-52.

13. Elwany S, Hisham M, Gamaee R. The effect of endoscopic sinus surgery on mucociliary clearance in patients with chronic sinusitis. Eur Arch Otorhinolaryngol 1998;255(10):511-4.

14. Passali D, Ferri R, Becchini G, Passali GC, Bellussi L. Alterations of nasal mucociliary transport in patients with hypertrophy of the inferior turbinates, deviations of the nasal septum and chronic sinusitis. Eur Arch Otorhinolaryngol 1999;256(7):335-7.

15. Stammberger H, Hawke M. Essentials of endoscopic sinus surgery. 1st ed. St Louis. Mo: Mosby;1993.

16. Jafek BW, Hartman D, Eller P, Johnson EW, Strahan RC, Moran DT. Post-viral olfactory dysfunction. Am J Rhinol 1990;4:91-100.

17. Yamagashi M, Okazoe R, Ishizuka Y. Olfactory mucosa of patients with olfactory disturbance following head trauma. Ann Otol Rhinol Otolaryngol 1994;103(4 Pt 1):218-26.

18. Uzlaner N, Priel Z. Interplay between the NO pathway and elevated [Ca2+]i enhances ciliary activity in rabbit trachea. J Physiol 1999;516(Pt 1);179-90.

19. Doty RL. Olfaction. In: Lilholdt T, editor. Nasal polyposis: An inflammatory disease and its treatment. Copenhagen, Netherlands: Munksgaard;1997. p.153-9.

20. Chen B, Shaari J, Claire SE, Palmer JN, Chiu AG, Kennedy DW, et al. Altered sinonasal ciliary dynamics in chronic rhinosinusitis. Am J Rhinol 2006;20(3):325-9.