교신저자：정종우, 138-736 서울 송파구 풍납동 388-1  울산대학교 의과대학 서울아산병원 이비인후과학교실
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서     론

   내이의 허혈은 많은 내이질환의 원인중 중요한 인자로 알려져 있으며 허혈에 의한 내이의 전기생리학적인 변화에 관한 연구결과는 많이 보고되었다.¹⁾²⁾³⁾ Ren 등은 내이 와우를 지배하는 혈관인 전하소뇌동맥(anterior inferior cerebellar artery)을 실험적으로 결찰하여 와우 혈류량을 감소시킨 후 내이의 기능을 전기생리학적인 방법으로 측정하여 와우의 기능이 저하됨을 보고하였으며 또한 혈류량을 다시 정상으로 회복시켰을 때 저하된 와우의 기능이 다시 회복되는 가역적인 와우기능의 변화를 보고하였다.⁴⁾
   와우 혈류량이 감소되면 와우내 전위(endocochlear potential；EP)와 복합활동 전위(compound action potential；CAP)가 감소하며,⁵⁾ 외유모세포의 기능을 간접적으로 측정하는 distortion product(DP)도 감소하여,⁶⁾ 와우 혈류량의 감소가 와우의 전반적인 기능저하를 초래한다고 알려져 있다.⁷⁾ 더욱이 혈류량의 변화뿐 아니라 공급되는 산소의 양을 Carbogen이나 일산화 탄소를 이용하여 감소시킴으로써 저산소증을 유발하여도 와우내 전위가 감소하고,⁸⁾ 복합활동 전위가 감소하며 이는 glutamate 수용체의 길항제인 MK-801을 주었을 때 회복이 되어서 허혈이나 저산소증이 세포의 대사작용을 조절하여 세포의 기능을 저하시킴을 알 수 있다.⁹⁾
   Yamamoto 등은 10분 동안의 저산소증을 유발시켰을 때 기니픽에서 와우혈류량의 감소와 와우내 전위의 감소를 관찰하였고, 혈관조(stria vascularis)에서 환식 아데노신 모노포스페이트(cyclic adenosine monophosphate, cAMP)의 증가를 발견하여 저산소증일 때 교감신경의 흥분이 유발될 것으로 추정하였다.¹⁰⁾ 또한 저산소증일 때 와우의 외림프의 adenosine triphosphate(ATP) 양이 증가한다는 보고가 있어서 저산소증에 의한 세포의 대사이상 및 조절기전의 변화를 추정하는 단서가 되고 있다.¹¹⁾
   일반적으로 조직 내에 저산소증이 있을 경우 혈액 내 유산염(lactate)이 증가하며 유산염을 직접 정원창에 투여 하였을 때 청력역치를 상승시키며 이는 농도가 높아질수록 더 심화되는 것으로 보고 되었다.¹²⁾ 내이내의 저산소증에 의한 유산염 농도의 변화는 아직 보고되지 않았으나, 증가될 가능성이 충분히 있으며, 이를 통하여 내이의 기능이 저하될 가능성이 있다.
   이에 본 연구에서는 기니픽에 인위적으로 저산소증을 유발하여 청력역치의 변화를 관찰하고 외림프액내의 유산염 농도의 변화를 보고자 하였다.

대상 및 방법

실험 동물
   실험동물로는 정상적인 Preyer’s reflex를 보이고, 청성뇌간유발반응(auditory brainstem response)에서 정상 청력을 보인 200~300 gm의 기니픽 8마리를 사용하였다.

실험 용액
   실험용액은 Hank’s balanced salt solution(HBSS, Sigma Chemical Co., St. Louis, MO, USA)을 이용하였다. HBSS의 조성은 HEPES 5 mM, NaCl 136 mM, KCl 5.4 mM, Na₂HPO₄ 0.34 mM, D-glucose 5.5 mM, MgSO₄ 0.81 mM, KH₂PO₄ 0.44 mM, CaCl₂ 1.25 mM이고, pH를 7.4로, 삼투압을 300±2 mOsm로 맞추고, 4°C에서 보관한 것을 사용하였다. 

전신 마취 및 기관내 삽관 호흡 
   기니픽을 xylazine(7 mg/kg)과 ketamine(90 mg/kg)을 섞어서 복강내 주사하여 마취한 후 앙와위에서 기관절개술을 시행하였고 16 G angio cath를 연결하여 기관주위로 두 번 결찰하여 기관 내 삽관이 빠지지 않게 조절하였다.
   Ventilator(Servo ventilator 300, Siemens, Germany)를 이용하여 FiO₂ 40%, 압력제어(pressure control) 8~ 10 cmH₂O, 호흡수 35/min, 1회 호흡량(tidal volume) 6~8 ml/kg로 계산하여 기니픽을 인공호흡 시키고 기니픽의 체온유지를 위해 warm blanket을 깔고 뒷발바닥에 동맥혈 산소포화도(SaO₂) 측정기를 설치하였다.

청력역치의 측정
   청력역치는 뇌간유발반응을 이용하여 측정하였다. 뇌간유발반응은 Traveler Express(Bio-logic Systems Co., Mundelein, IN, USA)를 사용하여 검사하였다. 자극음은 초당 13회의 교대상 클릭음을 90 dB HL의 강도부터 10 dB씩 낮추면서 측정하였고, 파형이 불분명하게 나오는 음의 강도에 도달하면 5 dB씩 조절하면서 청력 역치를 측정하였다. 청력역치는 wave Ⅰ을 기준으로 측정하였다. 클릭음의 주파수 필터는 100~3000 Hz로 조절하였고, 총자극음의 횟수는 1,024회로 하였다.

저산소증의 유발
   SaO₂를 100%로 유지한 상태에서 기니픽의 청력 역치를 측정하였다. 그 후 어느 정도 자가호흡을 할 수 있는 상태까지 기다린 뒤 기니픽의 삽관에 연결되어 있는 인공호흡기를 제거한 뒤 삽관의 끝을 거즈나 솜으로 막아 SaO2를 50%정도로 낮춘 상태로 약 20분이 경과한 다음 다시 뇌간유발반응을 측정하여 변화된 청력역치를 기록하였다.

기니픽 와우의 외림프액 채취 및 유산염 농도 측정 
   이후 기니픽 귓바퀴의 내측으로 약 1.5 cm 길이의 피부절개를 시행하고 Beckman 2×2 prong retractor를 건 후 골성 외이도의 후내측(posteromedial) 부분의 유양동을 드릴을 이용하여 개방하여 정원창을 노출하였다. 노출된 정원창을 통하여 Hamilton syringe를 이용하여 외림프액을 약 5~8 μl 채취한 뒤 유산염 농도를 측정하였다.
   채취한 외림프액을 lactate reagent(Sigma Chemical Co., St. Louis, MO, USA)에 섞은 다음 5~10분 후에 540 nm의 흡광도를 가진 Osmolator(Fiske Osmolator, Fiske Co, USA)를 이용하여 농도를 측정하였다.

통계 처리
   결과값은 평균±표준편차로 표시하였고, 통계학적인 분석은 SAS version 6.12(SAS Institute Inc., USA)를 사용하였으며, 대조군과 실험 군 사이에 차이가 있는지 여부를 보기 위해서 paired t-test를 수행하였다.

결     과

   정상청력을 가진 기니픽과 저산소증을 유발한 기니픽의 청성뇌간유발반응 검사를 통한 청력역치의 측정결과는 Figs. 1 and 2와 같다. 정상청력을 가진 기니픽의 청성뇌간유발반응의 역치는 29.5±3.6 dB SPL(n=8) 이었고, 외림프액내의 유산염의 농도는 5.339±0.07 mg/dl(n=6) 이었다. 저산소증을 유발한 후 20분 경과 후 산소포화도가 50%로 일정하게 저하된 기니픽의 청성뇌간유발반응의 역치는 71.0±11.4 dB SPL(n=5)이었고, 외림프액내의 유산염의 농도는 60.024±1.66 mg/dl(n=10) 이었다(Figs. 3 and 4).
   정상청력을 가진 기니픽과 저산소증을 유발시킨 기니픽간의 청성뇌간유발반응의 역치와 유산염의 농도 사이에는 통계적으로 유의한 차이가 있었다(p<0.05).

고     찰

   외림프액내의 유산염의 증가는 청력역치를 상승시키는 것으로 알려져 있다.¹²⁾ 일반적으로 세포는 에너지원으로 glucose를 사용하며 정상적인 산소공급 하에서는 호기성 포도당분해(aerobic glycolysis) 과정을 통하여 ATP를 생산하고 이를 에너지원으로 사용한다. 반면에 산소가 공급되지 않는 상태에서는 혐기성 포도당분해(anaerobic glycolysis)를 통해 ATP를 생산하고 그 결과로 유산염이 생성되어 조직내에 축적되며¹²⁾ 이는 근육내 피로를 유발하거나 pH의 저하로 인해 포도당분해 효소(glycolytic enzyme)의 활성을 저해하여 결국 세포의 기능을 손상시키게 된다.¹²⁾¹³⁾
   내이내의 대사는 혈관조(stria vascularis)에서 활발하여 산소나 에너지원의 이용이 높으므로 허혈이나 저산소증 때 혈관조에서의 유산염 형성이 많을 것으로 생각되며 이는 결국 외림프내에 축적되어 내이 코티기관에 영향을 미칠 가능성이 높다.¹⁴⁾ 또한 유산염에 의한 유모세포의 손상기전은 pH의 저하에 의해 정상적인 포도당분해 경로(glycolytic pathway)가 저해되어 발생할 수 있으며, 유산염 자체의 이독성, 또한 pH 변화에 의한 이온 조성의 변화에 의해 전기화학적 환경이 변하여 발생할 수 있다.
   본 연구의 주된 목적은 흡입되는 pO₂를 낮추어 기니픽 와우의 저산소증을 일으키고 이것이 와우의 산소포화도에 미치는 영향과 청력도의 변화 유무를 알아보기 위한 것이다. 그 결과 약 20분 정도의 비교적 짧은 시간에도 청력 역치가 감소되는 것을 알 수 있었으며 이로 인하여 와우내 외림프액내의 유산염 수치가 상승하는 것을 알 수 있었다.
   이는 기존에 발표된 논문¹⁵⁾에서 기니픽의 유양동을 열고 HBSS 액을 투여했을 때에는 청력역치의 변화가 없었으나, 유산염을 정원창을 통해 투여한 후에는 청력 감소를 관찰할 수 있었던 결과를 뒷받침해주는 자료로서 외림프액 내의 유산염의 증가가 와우의 허혈의 결과로 발생하며 또한 이는 청력역치의 변화를 가져옴을 알 수 있었다.
   Haupt 등¹⁶⁾은 약 한시간 정도의 저산소증을 유발한 뒤 기니픽의 와우내 혈류량과 혈압, 심박수, 청력도 등을 측정한 결과 외림프액내의 pO₂는 70%정도, 청력도는 정상 호흡시의 75~82% 정도의 감소가 있음을 보고 하였다. 본 연구결과는 이러한 결과를 재입증함과 동시에 이러한 현상이 일어나는 중요한 기전의 하나로 외림프액내의 유산염 수치의 상승을 알아보고자 하여 만족할 만한 결과를 얻을 수 있었다.
   Lamm 등¹⁷⁾은 기니픽에 일정한 정도의 소음을 주어 와우의 혈류량 감소와 청력도의 유의한 감소가 있음을 보고하였으며, 이를 혈류 개선제로 어느정도 청력개선을 할 수 있었다고 보고하였다. 반면 Haupt 등¹⁶⁾은 기존의 연구결과¹⁷⁾¹⁸⁾와는 달리 기니픽의 저산소증 유발시 와우내 혈류량이 감소하는 경우도 있었지만 반면 증가하는 경우도 있어서 이를 저산소증에 대해 부분적, 또는 전체적인 혈관수축과 이완의 복합작용이 작용할 것으로 추론하였다.
   본 연구는 저산소증 유발 후 증가된 lactate 양과 청력역치의 감소를 보기 위한 목적으로 행한 실험이므로 청력의 회복여부를 관찰하지 않았다. 또한 기니픽이 저산소증에 장시간 견디기 힘들었기 때문에 시간경과에 따른 청력역치 변화는 측정하지 못하였다. 이는 앞으로 보완되어야 할 문제이다.
   본 연구에서는 저산소증을 발생시켜 와우내 혈류량의 감소여부를 측정할 수 없었으나 위의 연구결과를 종합하여 추론해 볼 때 와우 외림프액내 유산염의 증가는 혈류량의 증가와는 무관하게 국소적, 전신적 저산소증으로 인한 유산염의 축적 및 생성이 원인이 될 것으로 생각되며 와우내의 허혈도 결국엔 유산염 수치를 상승시키는 인자가 될 것으로 사료된다. 또한 Okamura 등¹⁹⁾의 연구에 의하면 주로 혈관조의 변연세포 등에 Na-K ATPase와 함께 H⁺-monocarboxylate cotransporters(MCTs)가 존재하여 조직세포내로 유산염 등의 섭취를 촉진하게 되는데 저산소증시 이러한 변연세포의 기능저하로 인해 더 이상의 유산염 섭취가 불가능해지는 것이 외림프액 내에 유산염의 수치가 올라가는 중요한 원인의 하나로 생각할 수 있다.

결     론

   기니픽의 저산소증을 일으킨 결과 뇌간유발반응 역치의 유의한 상승을 관찰할 수 있었으며, 이때 와우내 외림프액의 유산염이 상승하는 것으로 보아 와우내 저산소증에 의한 청력감소의 원인으로 유산염이 작용함을 알 수 있었다.

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