|
|
Korean Journal of Otorhinolaryngology-Head and Neck Surgery 1999;42(2): 164-167. |
| The Protective Effects of Allopurinol, PAF Antagonist, LT Inhibitor, Superoxide Dismutase-Polyethylene Glycol, and Dexamethasone on Noise Induced Shift of Hearing Threshold in Guinea Pigs. |
| Yong Ju Jang, Min Hwan Hyun, Eui Jin Hwang, Chung Ku Rhee |
| Department of Otolaryngology-Head and Neck Surgery, College of Medicine, Dankook University, Cheonan, Korea. yjang@anseo.dankook.ac.kr |
| 소음자극에 의한 일시적 청력변화에 대한 Allopurinol, PAF Antagonist, LT Inhibitor, Superoxide Dismutase-Polyethylene Glycol, Dexamethasone의 예방 효과 |
| 장용주 · 현민환 · 황의진 · 이정구 |
| 단국대학교 의과대학 이비인후과학교실 |
|
|
|
|
|
| 주제어:
소음ㆍ역치변화ㆍ예방. |
| ABSTRACT |
BACKGROUND AND OBJECTIVES:
Prevention of noise induced hearing loss (NIHL) can be achieved by environmental control, however, recently, there are some suggestions for the protective effects of various drugs. To find an effective drug on the protection of NIHL, we investigated the protective effects of allopurinol, platelet activating factor (PAF) antagonist, leukotriene (LT) inhibitor, superoxide dismutase-polyethylene glycol (SOD-PEG), and dexamethasone on the noise induced threshold shift in guinea pigs.
MAERIALS AND METHODS: Thirty healthy guinea pigs (60 ears) were divided into control and different treatment groups to consist of five guinea pigs each. Guinea pigs were exposed to 100 dBA white noise for eight hours. Auditory Brainstem Response (ABR) were recorded before and after the noise exposure.
RESULTS:
Changes in ABR thresholds were 48.1+/-9.6 dB SPL in the control group, 33.1+/-3.7 dB SPL in the allopurinol group, 39.37+/-17.8 dB SPL in the PAF antagonist group, 36.25+/-10.26 dB SPL in the LT inhibitor group, 38.0+/-13.98 dB SPL in the SOD-PEG group and 46.9+/-8.8 dB SPL in the dexamethasone group. Only the allopurinol group demonstrated significantly different threshold change compared to the control group.
CONCLUSION:
The results of this study suggest that allopurinol may be effective in protection of noise induced threshold shift, whereas PAF antagonist, LT inhibitor, SOD, dexamethasone may not be as effective. |
| Keywords:
NoiseㆍThreshold shiftㆍProtection |
서론
소음성 난청은 흔히 볼 수 있는 청력 손실의 중요한 원인으로 수술적 치료나 약물 요법으로 치료가 불가능하며 소음 환경으로부터의 예방적 조절에 의해 진행을 막을 수 있다.
기존의 연구들에 의하면 소음성 난청에서는 Corti씨 기관의 손상이 있음을 알 수 있다.1) 이러한 형태학적 변화에 선행하는 병태 생리는 내이로의 미세혈류의 감소, 혈관 수축, 혈관 투과성의 증가, 내이의 국소 부종, 허혈 및 재관류로 인한 free oxygen radicals(FORs)의 생성으로 인한 손상 등으로 이해되고 있다.2-11)
이러한 병태생리의 바탕에서 약제를 이용하여 소음성 난청을 예방하려는 몇몇 시도들이 있어왔다.9)10)12-17) 본 연구에서는 소음성 난청에 예방효과가 있는 약물을 찾고자 하였다. 그러한 목적으로 기존의 연구결과에서 그 효과가 제시된 바 있는 allopurinol과 superoxide dismutase-polyethylene glycol(SOD-PEG), 또한 병태생리에 대한 이해의 바탕에서 효과 있으리라 추정되는 약물들인 , PAF antagonist, LT inhibitor, dexamethasone의 청력손실 예방 효과 유무 및 정도를 비교해 보고자 guinea pig에서 실험적 연구를 실시하였다.
재료 및 방법
재료
실험동물은 수술현미경하에서 양측 모두 정상 고막을 가지고 있으며, 정상 청성뇌간유발반응(ABR)을 보인 200∼250 gm의 30마리의 guinea pig(60쪽 귀)이었다. 이 동물들은 대조군과 각 약물군으로 5마리씩 6개 군으로 나누어졌다.
방법
실험군과 대조군 모두 noise box에서 8시간동안 100 dBA의 white noise를 연속적으로 노출 시켰다. 본 교실에서 고안한 noise box는 0.7×0.7×0.6 m 공간으로 음식물의 공급이 가능 하며 4개의 speaker로부터 소음이 배출되어 box내 어떤 곳에서도 동일한 강도의 에너지가 전달 되도록 제작되었다.
대조군은 전처치 없이 소음만 노출시켰으며 allopurinol(Sigma, St.Louis, Mo)은 50 mg/kg을 복강 내로 소음 노출 24시간 전 , 12시간 전 및 직전에 주입하였다.17) SOD- PEG(Sigma, St.Louis, Mo)는 2000 u/kg를 소음노출 24시간전 및 직전에 근육주사 하였다.17) PAF antagonist(WEB 2170. Boehringer Ingelheim, Rid-gefield, Conn)는 20 mg/Kg를 소음 노출 직전에 복강내로 주입하였다.13) LT inhibitor(MK-886. Merck Frosst Inc, Quebec)는 4 mg/Kg를 nasogastric tube를 통해 소음노출 2시간전과 6시간후에 주입하였고,14) dexamethas-one(Sigma, St.Louis, Mo)은 2 mg/Kg를 소음 노출 직전에 복강내 투여 하였다.18)
청력검사를 위한 실험 동물의 마취는 ketamine hydrochloride(30 mg/kg)과 xylazine(2 mg/kg)의 근육주사로 실시하였다.
소음 노출 직전 및 직후에 ABR을 각각 측정하여 청력역치 변화를 관찰하였다. ABR전위는 피하 세침 전극을 두정부와 동측 유양동 부위에 삽입하여 측정하였으며, 자극음은 TDH 49 earphone을 통해 전달되는 broad band click음이었다. 반응은 증폭되었으며(Nicolet RGA-200A), Nicolet CA-1000을 통해 평균하였다. 청력 역치는 90 dB sound pressure level의 click 강도로부터 시작하여 5 dB씩 단계적으로 줄여 ABR상에서 detectable wave form을 보이는 최저 자극치로 정하였다. 통계학적 검증은 one-way ANOVA test로 실시하였다.
결과
청성뇌간유발반응상 소음 노출 전, 후 역치의 변화치는 대조군에서는 48.1±9.6 dB SPL, allopurinol군은 33.1±3.7 dB SPL, PAF antagonist군은 39.37±17.8 dB SPL, LT inhibitor군은 36.25±10.26 dB SPL, SOD-PEG군은 38.0±13.98 dB SPL, dexamethasone군은 46.9±8.8 dB SPL이었다. One-way ANOVA test를 통한 대조군과의 유의성 검정에서는 allopurinol군 만이 유의한 차이를 보였다(p<.05)(Table 1)(Fig. 1).
고찰
소음환경에 처한 사람이 매일 100 dBA의 소음에 8시간동안 10년간 노출되면 3, 4, 6 kHz에서의 청력의 평균감소는 40 dB에 이른다.19)
본 연구에서는 실험 방법에서 이러한 실제적 상황에 근접한 소음노출을 도모하고자 100 dBA 자극음을 8시간, 1회에 걸쳐 폭로시켜 일시적 청력역치의 변화를 관찰하고자 하였다. 이는 equal energy principle에 의하면 90 dBA의 소음을 80시간 노출시킨 것과 동일한 energy였다.19) 이러한 소음 노출 protocol은 과다자극을 단시간에 노출시킴으로써 관찰시간을 줄일 수 있다는 장점이 있다. 또한 이러한 조건은 동일한 energy의 소음을 더욱 낮은 강도로 장시간 노출시켰을 때와 동일한 청력손실의 효과를 보이는 것이 예비연구의 결과에서 확인되었기 때문에 본 연구에서 채택하였다. 아울러 본 연구의 예비연구에서는 소음노출시간, 강도를 변화시킴에 따라 노출량에 비례하는 청력손실이 유발됨을 확인할 수 있었다(unpublished data). 실험동물의 선택에 있어, 본 연구에서는 소음자극에 의한 와우의 변화를 보는 이러한 종류의 연구들에20)21) 빈번히 사용되고 있는 동물인 기니픽을 선택하였고, 그 결과 연구를 용이하게 수행할 수 있었다.
소음성 난청의 기본적 병태 생리는 corti씨 기관의 형태학적 변화가 발생하기 이전에 소음 노출이 혈관 수축, 혈관투과성 증가, 국소 부종 등에 의한 와우혈액공급의 장애를 일으켜 저산소 상태를 형성하고, 이러한 저산소 상태는 일반적인 조직 손상시에 관여하는 것으로 알려진 FORs을 생성하여 이 radical이 내이의 기능에 영향을 미쳐 청력 손실이 유발되는 과정으로 이해되고 있다.2-8)11) 그러므로 이러한 병태생리 과정을 차단할 수 있는 약제를 사용하여 청력예방을 도모할 수 있지 않을까 하는 가능성에 대한 의문은 임상 의사라면 매력을 느끼는 연구분야이다. 본 연구에서는 이러한 가능성을 가진 몇 개의 약제를 선택하여 그 효과를 확인하고자 하였다.
Seidman 등은 조직에서 FORs가 생성되어 소음성 난청을 초래할 것이라는 가설 하에 FORs차단제인 allopurinol과 SOD를 투여하여 소음에 의한 청력손실이 예방됨을 보고하였으며,10)17) Paeck 등22)은 salicylate 이독성 예방에 allopurinol의 효과를 보고한 바 있다. 그러나 Bergmann은 allopurinol의 효과를 실험동물에서 확증하지 못하였다.12) Allopurinol의 작용 기전은 xanthine oxidase의 competitive inhibitor로 FORs형성을 차단하며,23) SOD는 이미 형성된 독성물질의 해독작용에 관여하는 FORs의 scavenger로 소음성난청예방에 작용하리라 이해되고 있다.23) 그러므로 본 연구에서는 아직도 그 효과에 대하여 의견의 일치를 보이지 않고 있으며, 실제적인 임상적용이 이루어지고 있지 않는 allopurinol과 SOD-PEG를 연구대상 약물에 포함시켰다. 또한 NIHL의 병태생리 과정에서, FORs의 생성을 막는 목적으로 저산소 상태를 막기 위해 혈관확장제나 혈관수축에 관여하는 염증매개물의 차단제 사용을 고려할 수 있을 것이다. Ernst는 와우가 허혈성 손상을 받았을 때 와우내에 PAF과 arachidonic acid metabolite가 분비된다고 보고하였고 이러한 현상이 PAF antagonist에 의하여 차단될 수 있다고 제안하였다.13) 아울러 본 연구진은 동물실험을 통하여 LT가 와우의 혈류를 감소시킨다는 연구결과를 발표한 바 있고,16) 조직의 허혈이 기본적인 병태생리인 salicylate 이독성의 치료에서 LT inhibitor가 효과가 있음을 보고한 바 있었다.14) 그러나 아직 PAF antagonist나 LT inhibitor를 소음에 의한 청력손상에 적용하였던 연구는 없었으므로, 본 연구에서는 PAF antagonist, LT inhibitor가 소음성 난청과 같은 와우혈류량의 감소현상이 동반되는 질환의 예방에 도입될 수 있지 않을까 하는 추론에서 이번 실험에서 예방적 치료를 시도하였다. Dexamethasone은 여러 화학매개체와 arachidonic acid metabolite의 작용을 차단하며, salicylate 이독성 예방에도 효과적임이 보고된바 있고,18) 동일한 steroid제제 중 하나인 prednisolone이 소음성 난청의 예방효과를 보인다는 보고가 있어,15) 본 연구에서 후보 약물로 선정하였다. 이러한 과정과 배경에 의하여 행해진 본 교실의 연구에서는 소음노출에 의한 청력역치의 상승의 예방에 있어 allopurinol만이 유의한 효과를 보였으며 SOD-PEG는 효과를 보이지 않았다. 이러한 결과가 Seidman의 연구결과와 차이를 보인 이유는 사용된 실험동물과 소음에너지의 양의 차이에 기인한다고 추정된다. 그러나 allopurinol의 경우에는 기존의 연구에서, 또한 본 연구에서도 소음에 의한 일시적 청력손실에 유의한 효과를 보임이 증명되어 이 약제가 실제 임상에 적용될 수 있는 충분한 가능성을 보인다고 하겠으며, 추후 실제 임상실험이 행하여져야 할 것이다.
저자들의 연구에서 PAF antagonist, LT inhibitor, dexamethasone은 소음에 의한 청력손실의 예방에 도움이 될 수 있으리라는 이론적 추론에도 불구하고 의미있는 결과를 제시하지 못하였다. 이러한 결과는 실제적으로 이 약제들이 효과를 갖고 있지 않음에 기인할 수도 있겠고, 또는 소음노출 조건을 달리하여 실험을 하였을 경우에는 다른 결과를 제시할 가능성도 남겨두는 결과이다. 그러므로 저자들은 향후 여러 종류의 다른 소음 energy에 대한 노출실험을 계획하고 있다. 본 연구의 결과를 제시함에 있어 소음 노출군과 각 예방약제군간의 청력변화의 차이가 형태학적인 손상의 차이와 상관관계가 있음을 확인할 수 있었다면 바람직하였겠으나, 그러한 형태학적인 연구는 본 연구에서 행하여지지 않았고 이는 추후연구로 계획중이다.
결론
본 연구에서 allopurinol은 guinea pig에서 소음으로 인한 일시적 청력손실을 예방하는 효과를 보인 반면 SOD-PEG, PAF antagonist, LT inhibitor, dexamethasone은 유의한 효과를 보이지 않았다.
REFERENCES
1) Beagley HA, Acoustic trauma in guinea pig. Ⅰ. Electrophysiology and histology. Acta Otolaryngol 1965;60:437-51.
2) Adachi H, Motomatsu K, Yara I. Effect of allopurinol on patients under-going open heart surgery. Jap Arc J 1979;43:395-401.
3) Axelsson A, Vertes D, Miller J. Immediate noise effects on cochlear vasculature in the guinea pig. Acta Otolaryngol 1981;91:237-46.
4) Cunningham SK, Keavenz TV. Effects of a xanthine oxidase inhibitor on adenine nucleotide degradation in hemorrhagic shock. Eur Surg Res 1978;10:305-13.
5) Itoch T, Kawakami M, Yamauchi Y, Shimizu S, Nakamurai M. Effects of allopurinol on ischemia and reperfusion-induced cerebral injury in spontaneously hypertensive rats. Stroke 1989;17:1284-7.
6) Liu Z. Experimental study on the mechanism of free radical in blast trauma induced hearing loss. Chung Hua Erh Pi Yen Hou Ko Tsa Chih 1992;27:24-6.
7) McCord JM. Mechanism of disease, oxygen derived free radicals in post-ischemic tissue. N Engl J Med 1985;312:159-63.
8) Quirk WS, Avinash G, Nuttall AL, Miller JM. The influence of loud sound on red blood cell velocity and blood vessel diameter in the cochlea. Hear Res 1992;63:102-7.
9) Seidman MD, Quirk WS. The protective effects of tirilazad mesylate (U74006F) on ischemic and reperfusion-induced cochlear damage.
10) Seidman MD, Quirk WS, Nuttall AL, Schweitzer VG. The protective effects of allopurinol and superoxide dismutase-polyethylene glycol on ischemic and reperfusion-induced cochlear damage. Otolaryngol Head Neck Surg 1991;105:457-63.
11) Vertes D, Axelsson A, Lipscomb DM. Some vascular effects of noise exposure in the chinchilla cochlea. Acta Otolayngol 1979;88:45-59, Otolaryngol Head Neck Surg 1991;105:511-6.
12) Bergmann K. Experiments on the medicamental treatment of the noise-induced cochlear damage. Part Ⅰ. The effect of dipyridamol and allopurinol on the RMP of the cochlea (guinea pig) after noise. Arch Otorhinolaryngol 1976;212:171-7.
13) Ernst A, Heuer HO. PAF receptor antagonists influence asphyxia-induced changes of the inner ear. J Lipid Mediator 1991;4:327-32.
14) Jung TTK, Hwang AL, Miller S, Rhee CK, Park YS. Effect ofleukotriene inhibitor on cochlear blood flow in salicylate ototoxicity. Acta Otolaryngol (Stockh) 1995;115:251-4.
15) Lamm K, Arnold W. The effect of prednisolone and non-steroidal anti-inflammatory agents on the normal and noise-damaged guinea pig inner ear. Hear Res 1998;115:149-61.
16) Rhee CK, Jang YJ, Kim YH. Cochlear blood flow affected by prostaglandin and leukotriene in chinchillas. Proc. Sendai Symposium;1991. In press.
17) Seidman MD, Shivapuja BG. The protective effects of allopurinol and superoxide dismutase on noise-induced cochlear damage. Otolayngol Head Neck Surg 1993;109:1052-6.
18) Park YS, Jung TTK, Choi DJ, Rhee CK. Effect of corticosteroid treatment on salicylate ototoxicity. Ann Otol Rhino Layngol 1994;103:896-900.
19) Ward WD. Noise-induced hearing damage. In: Paparella MM, Shumrick DA, Gluckman JL, Meyerhoff WL. eds. Otolaryngology. 3rd ed. Philadelphia: Saunders Co;1991. p.1645.
20) Yamasoba T, Nuttall AL, Harris C, Raphael Y, Miller JM. Role of glutathione in protection against noise-induced hearing loss. Brain Res 1998;784:82-90.
21) Puel JL, Rue J, Gervais C, Pujol R. Excitotoxicity and repair of cochlear synapses after noise-trauma induced hearing loss. Neuroreport 1998;9:2109-14.
22) Paeck SS, Nam BH, Park CI. An effect of allopurinol on salicylate ototoxicity in guinea pigs. Korean J Otolaryngol 1997;40:63-8.
23) Roy RS, McCord JM. Superoxide and ischemia: Conversion of xanthine dehydrogenase to xanthine oxidase. Oxygen free radicals and their scavenger systems. Vol. 2. In: Greenwald M, Cohen RA, eds. Cellular and medical aspects. Amsterdam: Elsvier;1983. p.145-53.
|
|
|
|
PDF Links
Full text via DOI 
Download Citation 
