서     론

   폐쇄성 수면무호흡증은 수면 중 상기도폐쇄로 인하여 무호흡이 유발되고 이로 인해 저산소혈증 및 무호흡이 반복되는 현상으로 발생기전에 대한 많은 연구가 진행되어 왔으며 여러 유발인자가 복합적으로 연관되어 발생한다. 상기도가 폐쇄되는 과정은 구인두 측벽의 내측 함입, 혀의 후방이동, 연구개의 후하방이동과 전체 인두의 하방이동 등이 관여되며 이러한 과정은 상기도 확장근의 활성도 감소와 흡기시 발생되는 상기도 내의 음압에 의한 수동적인 과정에 기인한다.¹⁾ 압력측정단자를 이설근(genioglossus) 부위에 위치하고 성문 상부의 인두내압을 측정해보면 인두내압이 호흡에 따른 흉곽내압의 변화에 연동하여 변화된다.
   상기도의 개존성(patency)은 신경근육요소와 비신경근육요소에 의해 유지되며 영향을 주는 인자로는 상기도 근육의 활성도(upper airway muscle activity), 흡기시 발생되는 함입압(collapsing transmural pressure), 흉곽 하강력의 변화(changes in caudal traction), 혈관 긴장도(vasomotor tone), 및 점막 접착력(mucosal adhesive forces) 등이 있다.²⁾

폐쇄성 수면무호흡증의 발생기전
   정상 호흡을 위해서는 상기도의 개존성이 정상적으로 유지되어야 한다. 그러나 인두와 성대, 후두개, 연구개 등은 연하, 역류, 트림, 발성을 위하여 순간적으로 닫히게 된다. 이러한 상기도의 내재된 탄성(compliance)과 함입성(collapsibility)에 의해 잠재적으로 상기도가 좁아지고 폐쇄된다.³⁾ 정상인에서 호흡시 상기도의 형태적 혹은 기능적 역할에 의해 기도 폐쇄가 방지되지만, 수면무호흡증 환자인 경우 지속적인 호흡노력에도 불구하고 수면중에 여러 차례 기도 흐름이 차단된다. 형태학적으로 비강과 후두, 기관 등은 이들 구조를 지지하는 골과 연골조직에 의해 개존성이 유지되나, 인두는 이러한 지지구조가 없기 때문에 이 부위에서 기도 폐쇄가 흔히 발생한다.³⁾⁴⁾
   Wilson 등은 연성내시경(fiberoptic endoscopy)을 이용하여 사망한 영아에서 아대기압(subatmospheric pressure)에 대한 상기도의 여러 분절에서 함입여부를 관찰하여, 상기도 근육의 활성도가 없는 상태에서는 구인두가 가장 쉽게 함입되었고 이어서 하인두, 비인두, 후두 순으로 함입되었다.³⁾⁵⁾ 수면무호흡증 환자에서 수면 중 상기도 폐쇄는 인두에서 시작되며 초기에는 1 cm 정도의 범위에서 폐쇄가 일어나다가, 무호흡의 빈도에 따라 점차 증가하여 하방쪽으로 진행된다.⁴⁾
   수면은 상기도 확장근의 활성도를 낮추어 상기도 내경(upper airway caliber)의 감소와 인두벽의 함입성을 증가시킨다.²⁾ 감소된 상기도 내경에 의해 상기도내의 저항이 증가된다. 대부분의 정상인에서는 이러한 변화가 미약한 반면 수면무호흡증 환자에서는 심각한 결과를 초래하게 된다(Fig. 1). 정상인에서는 각성상태나 비급속안구운동수면(NREM sleep) 상태에서 상문상부압의 변화폭이 좁고 기류량도 압력변화에 비례하는 양상을 보이지만(Fig. 1A) 수면무호흡증 환자에서는 각성상태와 비급속안구운동수면 상태간에 차이가 심하여 상기도내 저항이 증가하고 인두벽의 함입성이 증가된다. 성문상부압이 음으로 증가(subatmospheric intraluminal pressure)되어도 폐로 유입되는 기류량은 증가하다가 일정 수준에서 더 증가되지 않는다(inspiratory flow limitation, Fig. 1B). 증가된 기도내 저항과 제한된 흡기량에 의하여 호흡에 따른 일당량이 증가되고 저환기(hypoventilation) 상태가 유발되며 빈번하게 잠에서 깨게 된다.

상기도 개존성을 유지하는 힘의 균형(Balance of forces maintaining upper airway patency)
   Remmers 등은 폐쇄성 수면무호흡증이 진행되는 과정에서 이설근의 활성도가 주기적으로 변동됨을 관찰하였다.⁶⁾ 무호흡 초기에는 이설근의 활성도가 약하였지만 무호흡 상태가 진행되면서 점차 근활성도가 증가되다가 근활성도가 최대가 될 때 수면무호흡이 끝나고 각성이 된다. 이설근뿐만 아니라 상기도를 지지하는 골격근들도 흡기시 주기적으로 변동되는 근활성을 보인다. 따라서 인두내강의 크기는 상기도 근육의 활성도(upper airway muscles activation)와 인두내의 아대기압(subatmospheric pharyngeal intraluminal pressure)간의 균형에 따라 결정된다(Fig. 2).⁴⁾⁷⁾
   호흡은 횡경막과 흉벽근육 등의 호흡근과 상기도 확장근(tensor veli palatini, genioglossus, geniohyoid, digastric muscle)간의 근력과 수축시간 등의 적절한 조화에 의해 수행된다. 깊은 숨을 쉴 때 호흡근의 활성도가 증가되며, 동시에 상기도 확장근 활성도의 증가가 동반된다.⁸⁾ 상기도 확장근은 호흡근 수축에 앞서 200 msec 정도 더 먼저 수축이 일어나고 아주 빠르게 근활성도가 증가한다.⁴⁾⁹⁾ 이러한 상기도 확장근의 사전수축(preactivation)과 급격하게 증가하는 수축력은 호흡근에 의해서 유발되는 기도내 음압에 따른 인두내 함입을 막는 역할을 한다. 이러한 상기도 확장근과 호흡근간의 근력과 수축시간사이의 부조화가 상기도 개존성에 장애를 일으킨다.⁴⁾ 이런 불균형에 영향을 주는 요소로는 상기도의 해부학적 이상(anatomic abnormalities in the upper airway), 상기도 근육에 대한 비정상적 신경지배(abnormal neuromotor control of upper airway muscles), 상기도 확장근의 피로도(fatigue of upper airway muscles), 비인강의 충혈(vasular congestion of nasopharynx)과 점막표면의 접착력(mucosal surface adhesive forces) 등이 있다.⁴⁾
   경한 저산소증으로 주기성 호흡(periodic breathing)이 생기면 상기도 확장근의 활성도가 호흡근의 활성도 보다 더 빨리 감소된다.¹⁰⁾ 이때 두 근육간의 활성도가 임계치(critical level) 이상으로 차이가 나면 상기도 저항이 증가되고 좁아진 상기도 분절은 증가된 기도내 음압에 의해 함입되고 폐쇄된다.⁴⁾¹¹⁾
   정상인에서는 각성상태나 수면중에 확장근의 작용에 의해 흡기중 형성되는 음압에 대항하여 기도폐쇄가 일어나지 않지만 수면무호흡증 환자에서는 대기압과 흉곽내의 압력차가 커져 흡기시 정상인에 비해 더욱 큰 음압을 형성하게 된다. 이때 호흡기류의 속도는 커진 음압에 의해 빨라지게 되며 상기도를 따라 여러 지점의 점막에 진동을 일으켜 코골음을 유발하게 되고 점막의 폐쇄를 유발한다.
   폐쇄압(closing pressure：Pclose)은 상기도 근육의 작용이 없는 상태에서 상기도를 폐쇄시키는데 필요한 압력이다. 이러한 수동적 상태에서 폐쇄압은 대기압보다 3~4 cmH₂O 정도 낮다. 반면 상기도 확장근이 작용할 때는 폐쇄압은 음으로 커지게 된다. 정상인에서 수면 중의 상기도 폐쇄압은 25 cmH₂O 이상이다.¹²⁾ 그러나 수면무호흡증 환자에서는 2에서 10 cmH₂O로 더 적은 폐쇄압으로도 상기도가 폐쇄된다.¹³⁾

상기도 확장근의 반사작용(Reflex activation of upper airway muscles)
   상기도 점막에 구심성 신경이 존재하며 각성상태에서 이러한 구심성신경에 의해 상기도 확장근이 반사작용를 일으킨다.^3)14)15)16) 반면 비급속안구운동 수면 시 이러한 반사작용은 아주 미약하다. 비기류나 비내 압력의 증가 또는 인두내압의 증가 시 상기도 확장근의 활성도가 반사적으로 증가하여 상기도 내경을 증가시킨다. 반면 상기도내 기류가 감소되면 흉벽 호흡근의 수축력을 감소시켜 상기도내 음압을 줄인다.
   정상인에서 후두에 국소마취를 하기전과 후로 구분하여 최대 강제 흡기, 호기 폐활량(maximum forced inspiratory and expiratroy vital capacity)을 측정하면 마취후 흡기량이 유의하게 감소한다(Fig. 3). 이는 후두에 수용체가 존재하며 이 수용체에 의한 반사작용으로 상기도 함입이 예방되기 때문이다.
   Basner 등은 인위적으로 비호흡 대신 구강호흡을 하면 인두내 아대기압이 더욱 음압이 된다는 것을 관찰하였다. 덥게 가습된 기류을 코로 흡입하여도 비슷한 결과가 관찰되어 비점막에 존재하는 냉수용체(cold receptor)가 상기도 확장근의 반사작용에 관여된다고 하였다.¹⁷⁾
   폐용적이 증가하면 미주신경반사로 인해 비저항이 감소된다는 보고가 있다. 전신 혈압의 변동은 반회신경이나 횡격신경보다 하인두신경을 더 자극한다.
   수면 무호흡증 환자에서 수면에 따른 증가된 호흡부하(respiratory load)를 즉각적으로 보상을 못하기 때문에 일호흡량(tidal volume)이 감소되고, 폐포 저환기상태가 초래되어 PaCO₂가 증가되어 각성하게 된다.

수면 중 상기도 개존성의 결정요소(Determinants of upper airway patency during sleep)

상기도 크기와 모양(upper airway size and shape)
   정상인과 비교하여 수면무호흡증 환자는 각성상태에서도 인두내강이 좁다. 정상인과 다르게 인두 측벽이 좁아지면서 상기도 폐쇄를 유발한다.¹⁸⁾

경벽압(transmural pressure)
   흡기시 상기도 내강압의 감소는 인두 단면적(pharyngeal cross-sectional area)의 감소를 초래한다. 이러한 현상은 컴퓨터 단층촬영이나 내시경으로 확인되는데, 비급속안구운동수면 상태, 수면무호흡증 환자 및 비만인에서 더욱 심하고,¹⁹⁾²⁰⁾ 흡기시 발생되는 상기도내 아대기압은 흉곽호흡근 작용에 의한다. 수면시 기도내강 크기가 감소되면 기류의 속도가 증가되고 Bernoulli 원리에 의해 기도 내강압이 더욱 감소되어 상기도 폐쇄가 초래된다.
   상기도 외압도 기도 개존성 유지에 중요한 것으로 두개안면구조물에 의한 중력과 상기도를 둘러 쌓고 있는 섬유지방조직 등에 의해 기도가 좁아질 수 있다.²¹⁾²²⁾

인두 탄성(pharyngeal compliance)
   인두벽의 탄성은 경벽압의 효과에 중요한 결정 요소로 작용한다. 경직된 인두벽은 유의할 수준의 함입성 경벽압이 인두에 작용해도 상기도 개존성을 유지할 수 있으나 수면 상태에서처럼 인두벽이 유연해지면 정상 대기압 상태에서도 상기도가 쉽게 폐쇄된다.
   인두벽의 내재된 경직성(intrinsic stiffness)은 신경근육적 요소와 비신경근육적 요소에 의해 결정된다.²⁾ 상기도 확장근들은 상기도 내강을 유지하는데 결정적 역할을 하는 것으로 여겨지고 있으나 몇 가지 논란 점이 있다. 첫째, 인두 내강은 gallamine으로 마비시킨 실험동물에서보다 사망한 영아에서 더욱 함입 경향을 보이며²³⁾ 둘째, 수면무호흡증 환자에서 증가된 인두 탄성은 감소된 상기도 확장근의 활성도에 기인되지 않는다는 점；수면무호흡증 환자에서는 구조적으로 좁아진 상기도 내경에 대한 보상작용으로 각성과 수면 상태에서 이설근의 활성도가 오히려 증가되어 있기 때문이다.²⁴⁾²⁵⁾ 셋째, 인두 내경이 저탄소 중추성 무호흡(hypocapnic central apnea)시 좁아진다는 점；정상인과 수면무호흡증 환자 모두에게 상기도 확장근의 활성도를 완전히 차단했을 경우에도 환자군에서 더욱 기도가 좁아진다.²⁶⁾ 넷째, 상기도 확장근을 완전히 차단했을 경우에도, 급속안구운동수면(REM sleep)에서보다 비급속안구운동수면 상태에서 상기도가 더욱 함입 경향을 보인다(Fig. 4).²⁷⁾ 이런 차이는 급속안구운동 수면시 인두벽의 혈관내에 관류량이 증가되어 그만큼 인두벽이 더 경직되기 때문이다. 이러한 이유들로 비신경근육적 요소들도 인두 탄성을 결정하는데 중요한 역할을 한다.

흉곽의 하강력(thoracic caudal traction)
   상기도는 흉곽과 종격동에 여러 구조물에 의해 연결되어 있다. 흡기시 증가되는 폐용적에 의해 상기도를 하방으로 기계적으로 당기게 되어 상기도 내경이 넓어지게 되며 이것은 확장근의 작용과는 무관하다.²⁸⁾ 흉곽의 하강에 따라 기관과 상기도를 둘러 쌓고 있는 연조직의 복외측(ventrolateral) 구조물들 주변에 대기압보다 낮은 압력이 작용하게 되어 경벽압이 증가되고 이어서 인두 내경이 넓어진다.²⁾

혈관과 근육 요소(vascular and muscular factors)
   혈관의 수축과 확장은 상기도 저항을 각각 감소시키고 증가시킨다. 상기도가 일단 폐쇄되면 점막표면장력과 접착성에 의해 상기도 이완이 방해받게 되어 더욱 좁아지고 폐쇄된다.²⁹⁾ 점막의 접착성은 수면무호흡증 환자에서 중요한 역할을 하게 되며 점막간에 반복적인 기계적 접촉이 이루어져 점막염증이 수반되어 수면무호흡증이 더욱 악화될 수 있다.

폐쇄성 수면무호흡증의 단계
   폐쇄성 수면 무호흡증의 진행 과정은 폐쇄성 무호흡 시작, 무호흡에 따른 진행성 질식상태 발생, 무호흡 종말의 단계로 구분된다.³⁰⁾

폐쇄성 무호흡의 시작기전(Putting the pieces together)
   여러가지 기전들이 서로 복합적으로 관여되며, 이러한 기전들의 상대적 기여정도는 아직 밝혀지지 않은 상태다.

상기도내의 아대기압(subatmospheric intraluminal pressure)
   상기도 폐쇄를 일으키는 기전들 중 가장 많이 받아 들여지고 있는 이론으로 흉곽의 흡식근(inspiratory muscles)에 의해 유발되는 상기도내 대기압 이하의 압력(subastmospheric intraluminal pressure)이 상기도 확장근에 의해서 유지되는 기도의 확장력과 경직력을 초과함으로 인해 상기도가 함입되고 폐쇄된다.²⁾

인두 탄성(pharyngeal compliance)

호기성 폐쇄(expiratory narrowing)
   Sander등은 폐쇄성 무호흡 발생 직후 점진적으로 호기성 기도내압이 증가되는 것을 관찰하였다.³¹⁾ 이는 함입을 유발하는 경벽압의 크기는 음의 값을 갖는 기도내강압(negative intraluminal pressure)과 양의 값을 갖는 기도외강압(positive extraluminal pressure)의 합에 의해 결정되기 때문이다.

감소되는 호흡자극(reduced ventilatory motor output)
   상기도 폐쇄는 종종 인위적으로 유발한 주기성 호흡(periodic breathing) 중에 발생하기도 한다. 따라서 중추성 호흡조절의 불안정성(central ventilatory control instability)이 상기도 폐쇄 기전 중 하나로 작용한다.

무호흡에 따른 진행성 질식상태 발생
   상기도 폐쇄는 환기장애를 일으키고 진행성 질식상태가 초래된다. 동맥혈의 산소포화도 감소는 무호흡의 횟수, 발생기간, 기저상태의 폐용적 등에 의해 영향을 받으며, 산소 포화도 감소에 따른 이차적 합병증이 발생한다.

무호흡 종말
   폐쇄성 수면무호흡증의 종말은 상기도 확장근에 의한 수면으로부터의 각성이다. 대부분의 경우에서 각성상태는 수초간 유지되고 환자는 자각하지 못한다. 이러한 각성 자극은 화학적요소와 기계적 요소들이 관여된다.

복합이론(Composite theory)
   상술한 수면무호흡증의 발생기전들은 서로 복합적으로 작용한다. 기본적인 장애요소는 인두 내경이 좁아진 경우로 이러한 구조적 이상으로는 소하악증(작은턱증；선천성 Pierre Robin 증후군, 골수염, 하악골절), 하악후퇴증(retrognathia), 편도비대, 아데노이드 증식증, 말단비대증, 거설증(macroglossia), 갑상선기능저하증, 비만, 폐경기, 흡연, 앙와위, Down증후군, Waldeyer's ring lymphoma, mucopolysaccharidosis, 척추후측만곡 등이 있으며 비중격만곡증, 비용 등의 비저항이 증가된 경우에는 기류속도가 증가되어 인두내 압력이 더욱 낮아진다.¹¹⁾³⁰⁾ 상기도 확장근의 활성도가 감소되는 경우는 benzodiazepine, alcohol등의 진정제³²⁾와 소아마비, Duchenne씨 근이영양증, Arnold-Chiari 기형, 뇌졸증 등의 신경계 질환 등이 있다. 또한 중추성 호흡 불안정성이 있는 경우에는 상기도 확장근에 대한 신경자극이 감소되어 일련의 인두 폐쇄를 일으키는 과정이 촉발된다.
   상기도 확장근에 대한 신경자극이 줄어들어 인두벽의 경직성이 감소되면, 인두내외압에 의한 경벽압에 의해 인두내경은 좁아진다. 좁아진 인두내경은 기류속도를 증가시키게 되고 이어서 인두내경압은 Bernoulli 원리에 의해 더욱 음압이 된다. 증가된 인두내 음압에 의해 인두내경을 더욱 좁게 만들고 결국 상기도가 완전히 폐쇄된다.
   상기도가 폐쇄되면 점막 접착성과 중력작용에 의해 무호흡이 길어지고 질식상태가 초래된다. 무호흡이 길어지면 호흡요구(respiratory derive)가 커지고 호흡근의 긴장도도 증가되어 환기를 가능하게 함으로써 각성에 이르게 된다. 이러한 흉곽내압은 급속안구운동수면상태에서 가장 높고 저산소증, 고탄소증도 각성에 관여하는데 이러한 화학적 수용체(chemoreceptor)는 호흡근의 힘을 증가시키거나 호흡중추를 자극함으로써 각성을 일으킨다. 각성이 되면 상기도 확장근의 기능이 회복되고 상기도 저항은 감소되며, 대상적으로 과호흡을하게 되어 산소포화도가 증가되고 저탄소증이 발생한다. 정상호흡이 돌아오면 환자는 재차 수면에 빠지게 되고 다시 상기도 확장근에 대한 중추성 자극이 줄어들어 또 다시 무호흡이 발생하게 된다(Figs. 5 and 6).³⁰⁾³³⁾

수면무호흡증의 속발질환
   무호흡이 지속되면서 반복적인 질식에 의한 심혈관계 합병증과 깊은 수면을 취하지 못하고 빈번하게 각성됨으로 인한 신경정신적 합병증으로 구분된다.

심혈관계 반응과 합병증
   수면무호흡증 환자의 반복되는 수면 중 질식상태는 여러 생리적 반응을 일으킨다(Fig. 7). 부교감 신경자극에 의한 서맥과 부정맥발생；폐혈관과 전신혈관 수축에 따른 폐성고혈압과 전신성고혈압이 발생하며 산소 포화도 감소를 보상하기 위해 조혈작용이 증가된다.³⁰⁾
   심박동의 변화는 치명적인 결과를 초래할 수 있다. 수면무호흡증 환자에서 치명적인 서맥과 심실성부정맥은 약 12%에서 발생한다. 이러한 서맥과 심실성부정맥은 저산소혈증이나 허혈성 심질환 등의 기저 질환이 있는 경우에 발병이 되기 쉽다.
   급성 폐고혈압은 폐포의 저산소증에 의해 유발되는 것으로 지속적인 폐고혈압과 우측 심부전이 초래된다.³⁴⁾³⁵⁾ 그러나 수면무호흡증 환자에서 각성때의 폐동맥압은 정상인 경우가 대부분이다. 한편 우측 심부전이 초래된 수면무호흡증 환자는 수면 중의 저산소혈증뿐만 아니라 각성상태에서도 저산소혈증과 고탄소혈증이 나타난다. 이런 각성기의 혈액가스 교란상태는 비만과 미만성 폐쇄성 폐질환에 속발되는 것으로, 수면무호흡증 환자에서 각성기때 이런 혈액가스 교란상태가 수반되지 않는다면 지속적인 폐고혈압과 우측 심부전은 발생되지 않는다.
   전신성고혈압은 반사적 혈관수축의 결과로 생긴다. 폐고혈압과는 다르게 각성기때의 저산소혈증이 동반되지 않는 경우에도 발생되기 때문에 상대적으로 더 많이 발생된다. 수면무호흡증 환자에서 뇌졸중, 고혈압, 심근경색의 빈도는 정상인에 비해 약 3배 정도 많이 발생한다.³⁶⁾ 수면무호흡증 환자의 약 50%에서 고혈압이 동반되고 고혈압 환자의 약 30%에서 폐쇄성 수면무호흡증이 동반된다.³⁷⁾³⁸⁾

신경정신적 합병증
   수면중 자주 반복되는 각성은 수면무호흡을 종결시키지만, 수면이 단절되고 특히 REM 수면이 박탈당하게 된다. 이런 각성반응은 지나치게 근육의 활성도를 증가시키고 심한 주간기면, 지각력, 인격 및 행동장애를 유발한다. 자주 반복되는 뇌허혈도 이런 증상을 악화시킨다.³⁹⁾ 주간에도 저산소증과 고탄소증이 유발되는 경우에는 아침두통(morning headache)의 원인이 되기도 한다.⁴⁰⁾

결     론

   상기도 폐쇄는 여러 구조적 요소와 기능적 요소간의 상호 작용의 결과로 발생하며, 함입을 유발하는 경벽압과 작고 매우 탄성이 큰 인두에서 발생률이 높다. 폐쇄성 수면무호흡증의 발생에 이러한 여러 요소들의 상대적인 작용을 이해하는 것은 수면무호흡증 환자의 치료에 도움을 줄 수 있다.

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