교신저자：김규성, 400-711 인천광역시 중구 신흥동 3가 7-206  인하대학교 의과대학 이비인후-두경부외과학교실, 의과학연구소 항공우주학연구회
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서     론

   인간에서 정상적인 자세를 위한 공간인식은 전정계, 시각계, 체성 감각계의 정보가 중추 신경에서 통합되고 조절되어 이루어진다. 전정기능의 평가를 위한 검사는 특정 자극에 대한 반응을 측정하여 이루어진다. 반응을 일으키기 위한 자극으로는 온도, 회전 및 선형가속, 시각, 체성감각, 소리, 전기 등이 이용되며, 이에 대한 반응으로 안구운동, 자세, 근전위, 공간인식(수직감)등을 측정한다.¹⁾²⁾³⁾ 이처럼 다양한 자극법 및 측정법이 이용되고 있지만 각각의 방법에 장단점이 있고, 전정기관의 구조적, 기능적 복잡성으로 인하여 결과의 해석에도 어려움이 있으며, 실제 임상에서 전정기능 검사법으로 널리 이용되는 온도안진검사, 회전검사는 엄밀하게 말하여 가쪽 반고리관의 기능을 평가하는 것으로 전체 전정기능, 특히 이석기능에 대한 평가라고 할 수는 없다. 이석기능의 평가방법 중 주관적 수직감은 중력방향에 대한 공간인식을 측정하는 쉽고 간단한 검사법이지만 측정치가 작고, 변동성이 크며, 급성 일측 전정 장애가 발생되어도 조기에 회복되는 경향으로 인하여 결과분석에 어려움이 있다. 이러한 문제점은 정적인 상태를 평가하는 것보다 자극을 가하여 이에 대한 반응을 측정하는 역동적(dynamic) 상태를 평가함으로써 극복이 가능하다. 급성 일측 전정 장애에서 발병 후 일정시간이 지나면 자발안진이 미세하거나 없어져서 관찰이 어렵더라도, 머리를 흔들어 자극을 가한 후 나타나는 두진후 안진은 쉽게 관찰이 가능한 것과 마찬가지이다. 
   이에 저자들은 주관적 수직감의 동적인 상태를 측정하는 방법으로 직류전기 전정자극을 이용하고자 하였다. 정상인에서 전기 자극 후 피검자에 의하여 감지되는 기울기의 방향, 정도를 조사하고 자극 방법 등을 고찰하여 향후 이석 기능 평가 방법으로 활용 가능성을 알아보고자 하였다.

대상 및 방법

   검사 대상은 이신경학적 과거력 및 신체검사상 이상이 없는 교정시력 0.8이상의 정상 성인 15명을 대상으로 하였다. 대상자의 평균연령은 27세였고, 1명의 여성을 제외하고 모두 남성 이였다. 직류전기 자극은 자체 개발한 직류 전기 자극기를 이용하였고, 양극과 음극으로 극성을 바꿀 수 있는 연속성 직류 전류로, 전류량을 0.5 mA에서부터 4.0 mA까지 0.5 mA간격으로 증감할 수 있도록 고안하여 자체 제작한 직류전기 자극기를 이용하였다(Fig. 1). 전극은 직경 2.5 cm 크기의 Ag-AgCl 전극(Neonatal/Pediatric ECG Electrode, CONMED corporation, New York, USA)을 사용하였다. 전극 부착 방법은 첫 번째 실험에서는 양쪽 유양돌기(양귀 자극, binaural stimulation)에 양전극과 음전극으로 나누어 부착한 후 각 검사마다 극성과 전류량을 바꾸어 시행하였고, 두 번째 실험에서는 이마와 한쪽 유양돌기(한귀 자극, monaural stimulation)에 극성과 전류량을 바꾸어가며 자극하였다(Fig. 2). 전기 자극 시행 전에 피검자의 눈을 모두 감게 한 후 3초가 지나서 자극을 가하였고, 8초 후 눈을 떠서 주관적 수직감을 기록하였다(Fig. 3). 전류의 강도는 0, 0.5, 1.0, 2.5, 4.0 mA에서 시행하였고, 자극 사이에 3분씩의 휴식기를 가졌다. 매 실험마다 알코올로 전극부착 부위의 피부를 닦아주고 젤을 바른 후 전극을 부착함으로써 저항이 30 kΩ을 넘지 않도록 하여 피검자의 통증을 완화하고 화상을 예방하는 동시에 검사의 신뢰성을 높이도록 하였다.
   주관적 수직감의 측정은 자체 제작한 측정기를 이용하였다. 검은색의 알미늄으로 만든 발광대 위에 LED(Light Emitting Diode)를 이용하여 길이 50 cm, 너비 3 mm되는 발광선을 만들고 발광대의 중심을 감속기어를 부착한 스탭 모터의 회전축에 연결하였다. 구동 모터를 조이스틱이 부착된 조절기로 작동하여 회전시켜 0.1도 감도로 측정하였다. 암실상태에서 발광대와 1.0 m 거리의 의자에 외이도와 외안각을 연결한 선이 수평을 이루게 앉은 뒤, 피검자에게 조정 동작을 연습시킨 후, 발광선의 위치를 각각 좌우의 임의 위치에 두고 시작하여 대상이 감지하는 주관적 수직 위치를 5회에 걸쳐 반복 측정하였다. 
   각각의 수치는 선형회귀분석(Graphpad PRISM(r) ver 3.02)으로 통계분석을 하였고, 신뢰구간 95%로 평가하였다.

결     과

   자극을 가하지 않았을 때의 주관적 수직감은 0.07±0.92°로 측정되었다. 양귀 자극의 경우 자극의 극성에 따라 우측자극이 양극 일때 주관적 수직감이 시계방향으로, 좌측자극이 양극 일때 반시계 방향으로 편위 되었고, 전류량이 증가 할수록 편위각도 커졌다. 좌우측 모두 2.5 mA이상에서 편위각이 통계적인 유의성(p<0.05)을 보였으며, 선형회귀 분석상 상관계수(r)는 0.99(p<0.05)이었다(Fig. 4).
   한귀 자극에서는 한쪽 유양돌기에 양극을, 전두부에 음극을 붙여 자극하여, 우측 유양돌기가 양극 일때 시계방향으로 좌측 유양돌기가 양극 일때 반시계방향으로 수직감이 편위되었다. 또한 우측 유양돌기에 음극, 전두부에 양극을 자극하였을 때 반시계방향으로, 좌측 유양돌기에 음극을 자극하였을 때 시계방향으로 수직감이 편위되었다. 한귀 자극에서도 전류량이 증가할수록 편위각이 증가하였으나(r=±0.95), 양귀 자극에 비하여 같은 강도의 전류에서 주관적 수직감의 변화가 더 낮게 측정되었고, 좌측 유양돌기에 2.5 mA이상의 양자극을 가했을 때만 통계적 유의성(p<0.05)을 보였다(Fig. 5).

고     찰

   외계에 대한 지각인 공간인식(spacial orientation)에는 전정기관 정보의 입력이 필요하고, 이석기관을 통하여 중력방향에 대한 머리 방향을 인식하는 것은 정상적인 자세 및 평형 유지에 필수적이다. 이석기능을 측정하기 위한 이석기관 자극 방법은 선형가속기 또는 편심성회전(eccentric rotation)및 탈수직축회전(off-vertical axis rotation) 검사 등에 의한 직접적인 직선가속, 및 소리, 직류전기 자극 등이 이용되며, 반응의 측정은 안구운동, 자세, 근전위 및 중력방향에 대한 공간인식의 변화를 평가하는 주관적 수직/수평감을 이용할 수 있다. 주관적 수직감의 평가는 복잡한 장비 없이 손쉽게 측정할 수 있고, 반복, 추적검사가 용이하여 이석기능의 평가방법으로 널리 이용되는 반면, 양측 이석기관의 말초 수용체간에 긴장성 신경발화의 불균형을 나타내는 것으로서 각각의 이석기능을 양적으로 평가하는 방법이 아니고, 급성 일측 전정장애에서도 조기에 정상화되며, 측정값이 작으며 상대적으로 변동성이 커서 결과의 해석에 어려움이 있다.³⁾¹⁰⁾
   직류전기는 화학전지에서 얻어지는 한 방향의 직류전기를 의미한다. 1792년 Volta가 머리에 전류를 가하여 어지럼이 발생한다는 보고를 처음 한 이후, 1957년 Pfaltz가 광안진기록법을 이용하여 직류전기 전정 자극을 임상에 처음 도입하였다.⁴⁾ Dix & Hallpike는 직류전기 신체동요검사(galvanic body sway test)를 전정신경염의 진단에 이용하였으며,⁵⁾ 최근까지 전정기능 검사법으로 이용하려는 연구가 활발히 이루어지고 있다.^6)7)8)9)
   이 전기 자극은 전정신경의 유발지역(trigger zone)에 영향을 미쳐 활동전위를 발생시키는 것으로 알려져 있다. 유발지역이란 신경 섬유내에 활성전위가 시작되는 장소이며, 구심성 신경섬유말단의 감각상피 밑에 위치하는 것으로 추정되고 있다.¹¹⁾ 이를 이용한 전정기관의 전기적 자극에 대한 기존 연구의 평가 방법은 주로 안구운동 및 신체 동요가 널리 이용되고 있으며, 팔, 다리의 근전도 및 시각 기울기의 측정 등을 통하여 이루어진다.¹²⁾¹³⁾
   직류전기 전정자극에 의하여 나타나는 안구운동 및 신체동요는 그 결과가 미세하거나 변이성이 크고, 전정기관 및 신경 중 어느 부위를 어떻게 자극하는지 기전이 불명확하여 널리 이용되지 않아왔지만, 최근에 영상안진기 및 중심동요계 등 측정 장비의 발달로 안구운동 및 신체동요에 대한 정밀한 측정이 가능해졌고, 간단하며 짧은 시간에 비교적 저렴하게 검사가 가능하며, 재현성이 높고, 다른 전정기능 검사 과정에서 나타날 수 있는 구역, 구토와 같은 자율신경계 증상이 없다는 장점 등이 있어 하나의 전정기능 자극방법으로 임상에 적용하려는 시도가 이루어지고 있다.
   저자의 시도는 두 자극 및 평가방법을 결합하여 각각의 단점을 보완하고, 보다 안정적인 이석기능의 평가법으로 활용하기 위한 것이다.
   직류전기 자극에 대한 주관적 수직감의 변화에 대해 Zink 등은 2.5 mA 자극에서 양극 방향으로 0.7° 편위됨을 보고하였고,¹⁴⁾ Franck 등은 양극 양귀 자극에서 양극이 좌측 자극일 때는 반시계 방향으로, 우측 자극일 때는 시계방향으로 주관적 수직감이 변함을 보고하였다.¹⁵⁾ 본 연구에서 측정된 바와도 같이 양극을 향한 주관적 수직감의 변화는 음극 방향의 이석기관은 자극을 받고, 양극 방향은 억제되어 피검사는 음극 방향으로 기울어진 새로운 중력가속도를 느끼고, 이를 교정하는 과정에서 발생하는 것으로 해석할 수 있다. 이 결과는 한귀 자극 및 양귀 자극 모두에서 같았고, 전기자극의 강도가 증가함에 따라 편위도 증가 하였다. 
   직류전기 자극 방법으로 양측 유양돌기에 양, 음전극을 부착하는 경우 양귀(binaural)자극이라 하며, 일측 유양돌기 및 이마에 양, 음전극을 부착하는 경우 한귀(monaural)자극이라 한다(Fig. 2).¹⁶⁾
   한귀 자극방법은 좌우 각각의 이석기능에 미치는 영향을 평가할 수 있는 반면, 본 실험결과에서 볼 수 있는 바와 같이 자극에 대한 반응의 크기가 양귀 자극방법에 비하여 작고 일관성이 낮았다. 이는 전류의 강도가 같더라도 전정기관에 미치는 영향이 양귀 자극은 양측, 한귀 자극은 일측에 가해지기 때문인 것으로 사료된다. 직류전기의 강도가 강해질수록 피검자가 전극부착 부위에 느끼는 통증이나 화상의 위험성이 증가된다는 점, 주관적 수직감의 측정결과가 자극한 전정기관의 방향이 아니라 전기의 극성에 의하여 결정된다는 점, 그리고 가급적 높은 측정치를 얻는 것이 결과의 변이성을 극복하는데 도움이 된다는 점 고려했을 때, 본 연구에서는 한귀 자극에 비하여 양귀 자극이 더 적합한 자극방법임을 알 수 있었다. 또한 한귀 자극에서는 피검자가 자극 시마다 눈앞의 번쩍임을 느꼈다. 이것은 이마부착 전극의 양, 음극여부와 관련이 없었으며, 기전은 명확치 않지만 망막에서 시신경의 경로 상에서 전기자극이 영향을 미쳤을 것으로 추정하였다. 이 번쩍임은 검사 중 피검자의 불쾌감 뿐만 아니라 시야에 방해를 주어 암시야 하에서 이루어지는 주관적 수직감의 측정에 적합하지 않다는 것을 알 수 있었다. 
   정리하면 본 실험에서 직류전기 전정자극에 의하여 측정된 주관적 수직감의 변화는 양극 방향으로 편위되었고, 편위의 정도는 직류 전기의 강도에 비례하였으며, 자극 방법 상 한귀 자극에 비하여 양귀 자극에서 더 크고 일관된 측정치를 얻을 수 있었다.

결     론

   직류전기 자극은 전정기능에 영향을 미쳐 주관적 수직감의 변화를 일으켰다. 이는 자극의 방향에 일치하고 강도에 비례하여, 향후 임상적으로 이석기능의 평가방법으로 활용할 수 있을 것으로 생각된다. 

1. Hood JD, Kayan A. Observation upon the evoked responses to natural vestibular stimulation. Electroenceph Clin Neurophysiol 1985;62:266-76.

2. Bohmer A, Straumann D, Kawachi N, Arai Y, Henn V. Three dimensional analysis of caloric nystagmus in the rhesus monkey. Acta Otolaryngol 1992;112: 916-26.

3. Bohmer A, Mast F, Jarchow T. Can a unilateral loss of otolithic function be clinically detected by assessment of the subjective visual vertical? Brain Res Bull 1996;40:423-9.

4. Richter HR, Pfaltz CR. Nystagmographic research on the galvanic vestibular reaction. Confin Neurol 1958;18:370-8.

5. Dix MR, Hallpike CS. The pathology symptomatology and diagnosis of certain common disorders of the vestibular system. Proc R Soc Med 1952;45:341-54.

6. Dieterich M, Zink R, Weiss A, Brandt T. Galvanic stimulation in bilateral vestibular failure: 3-D ocular motor effects. Neuroreport 1999;10:3283-7.

7. Zink R, Steddin S, Weiss A, Brandt T, Dieterich M. Galvanic vestibular stimulation in human: Effect on otolith function in roll. Neurosci Lett 1997;232:171-4.

8. Quarck G, Etard O, Normand H, Pottier M, Denise P. Low intensity galvanic vestibulo-ocular reflex in normal subjects. Neurophysiol Clin 1998;28:413-22.

9. Schneider E, Glasauer S, Dieterich M. Central processing of human ocular torsion analyzed by galvanic vestibular stimulation. Neuroreport 2000;11:1559-63.

10. Furman JM, Wall C 3rd, Kamerer DB. Earth horizontal axis rotational responses in patients with unilateral peripheral vestibular deficits. Ann Otol Rhinol Laryngol 1989;98:551-5.

11. Goldberg JM, Smith CE. Fernandez C. Relation between discharge regularity and responses to externally applied galvanic currents in vestibular nerve afferants of the squirrel monky. J Neurophysiol 1984;51:1236-56.

12. Inglis JT, Shupert CL, Hlavacka F, Horak FB. Effects of galvanic vestibular stimulation on human postural responses during support surface translations. J Neurophysiol 1995;73:896-901.

13. Britton TC, Day BL, Brown P, Rothwell JC, Thompson PD, Marsden CD. Postural electromyographic responses in the arm and leg following galvanic vestibular stimulation in man. Exp Brain Res 1993;94:143-51.

14. Zink R, Bucher SF, Weiss A, Brandt T, Dieterich M. Effects of galvanic vestibular stimulation on otolithic and semicircular canal eye movements and perceived vertical. Electroencephalogr Clin Neurophysilo 1998;107:200-5.

15. Mars F, Popov K, Vercher JL. Supramodal effects of galvanic vesti-bular stimulation on the subjective vertical. Neuroreport 2001;12:2991-4.

16. Severac Cauquil A, Martinez P, Ouaknine M, Tardy-Gervet MF. Orientation of the body response to galvanic stimulation as a function of the inter-vestibular imbalance. Exp Brain Res 2000;133:501-5.