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Korean Journal of Otorhinolaryngology-Head and Neck Surgery 1997;40(12): 1707-1714. |
| Effects of EMLA Cream on the Structure of the Rat Tympanic Membrane. |
| Eui Kyong Goh, Kyong Myong Chon, Young Il Moon, Ji Won Lee, Jae Min Cho, Jae Woo Lee |
| Department of Otolaryngology, College of Medicine, Pusan National University, Seoul, Korea. |
| EMLA크림을 이용한 고막마취시 흰쥐고막의 조직학적 변화 |
| 고의경 · 전경명 · 문영일 · 이지원 · 조재민 · 이재우 |
| 부산대학교 의과대학 이비인후과학교실 |
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| ABSTRACT |
BACKGROUND:
EMLA cream is a eutectic mixture of lidocaine and prilocaine and has excellent anesthetic effect on tympanic membrane but histologic influence on tympanic membrane is uncertain.
OBJECTIVE: To investigate its histologic effects on tympanic membrane.
MATERIALS AND METHODS:
18 Sprague-Dawly rats were divided into 6 groups. Each group was treated with application of EMLA cream into external ear canal and then were sacrificed at 4 hours, 24 hours, 3 days, 7 days, and 14 days after application of the agents.
RESULTS:
1) Transmission electron microscopy revealed partial loss of epithelial cell at 4 hours after application of the agents. 2) The specimen showed damaged cells in the epidermal layer and partial loss of basement membrane at 24 hours after application of the agents. 3) At 1 week after application of the agents epidermal layer and inner epithelium with connective tissue predominated. Thus the fibrous layer represent only 1/3 of total drum thickness. In the basal layers widened intercellular spaces were noted. 4) At 2 weeks after application of the agents newly formed connective tissue was found at fibrous layer and numerous fibroblasts were noted at inner epithelial layer. but overall histologic changes of the drum were not significant and healing processes was noted.
CONCLUSION:
EMLA cream has less histopathologic effects on tympanic membrane, and early recovery process occurred. |
| Keywords:
EMLAㆍTympanic membrane |
서론
고막 절개 혹은 환기관 삽입과 같은 시술은 치료에 협조가 되지 않는 유아에 있어서는 전신마취 하에서, 그리고 소아나 성인에 있어서는 국소마취 하에서 이루어지고 있다. 국소마취를 통해 이러한 시술을 할 경우에는 환자가 입원을 하지 않고 외래에서 시술받을 수 있다는 점과 전체 시술시간이 단축되며 전신마취에서 생길 수 있는 위험성이 없어진다는 잇점이 있다.1) 이러한 이유로 외이도와 고막의 효과적인 국소마취를 위해 현재까지 마취제의 외이도내 주사법, 점적법, 이온삼투요법(iontophoresis) 등의 여러 가지 마취 방법이 제안되었다.2)
최근에 소개된 EMLA(r)(5% lidocaine과 prilocain의 크림상의 혼합물, Astro, Sweden) 크림을 이용한 국소마취는 이를 고막 및 외이도에 도포하는 간단한 방법으로 소요시간이나 통증 억제 정도에 있어 효과적인 마취효과를 내는 것으로 알려져 있다.1)2) 그러나 마취약제의 침투가 어려운 것으로 알려진 고막의 편평상피를 EMLA 크림이 효과적으로 통과하여 마취효과를 나타낼 때까지의 고막의 형태학적 영향에 관한 연구는 현재까지 불충분하여 저자는 EMLA크림을 흰쥐의 고막에 도포후 시간경과에 따른 고막의 형태학적 변화를 관찰하고자 하였다. 쥐의 고막은 인간의 것과 구조적으로는 거의 유사하지만 두께는 인간의 것보다 대단히 얇아 세포의 변화가 아주 심한 경우에도 광학현미경으로는 미세구조의 변화를 관찰하기가 곤란하여 전자현미경을 통하여 이의 형태학적 영향을 관찰하였다.
실험재료 및 방법
18마리의 250∼300g의 Sprague-Dawly 흰쥐를 3마리씩 6군으로 나누어 1군은 처치를 하지 않은 대조군으로 사용하였고 나머지 군은 실험군으로 사용하였다. 흰쥐의 복강을 통해 ketamine, 0.1mg/g(25∼30mg)을 주사하여 마취를 유도하고 EMLA(lidocain＋prilocain)을 미량피펫을 사용하여 외이도 및 고막에 점적 도포하였다. 각군은 각각 4시간, 24시간, 3일, 7일, 14일에 ketamine과 pentanyl을 이용하여 마취를 유도한 후 흉곽을 열고 좌심실을 통해 10% formaline을 관류시켜 고정하였다. 단두후 측두골을 제거한 뒤 다시 10% formaline을 외이도 및 중이 골포에 점적하여 고정한 뒤 고실륜을 포함하여 고막을 채취하였다. 10% formaline으로 후고정후 1일간 생리식염수로 세척하고 ethanol의 농도를 높여가며 탈수하였다. 조직의 일부는 파라핀 포매후 절단하였고 H & E로 염색하여 광학현미경으로 관찰하였다. 일부는 Epon 812로 포매 후 ultratome(Porter-Blume)으로 0.5μm∼1.0μm의 semi-thin절편을 제작하여 toluidine blue로 염색하여 광학현미경으로 관찰한 후 100nm의 두께로 초박절편을 만들어 uranyl acetate 와 lead citrate로 염색하여 JEDL 100EX 전자현미경으로 관찰하였다.
결과
EMLA에 노출된 지 4시간후 실험군 6귀 중 3귀에서 다음과 같은 조직변화가 있었다. 정상 대조군에 비해 광학현미경상으로는 변화가 보이지 않았으며, 전자현미경으로는 부분적으로 상피세포층이 소실되는 변화가 있었으나 세포자체의 변성은 관찰되지 않았다. 2귀에서 상피세포의 탈락이 외이도측 표피층과 고실측 점막층 모두에서 관찰되었고 고유섬유층의 변화는 관찰되지 않았다(Fig. 1).
EMLA 투여 24시간 뒤 실험군 6귀중 4귀에서 외이도측 고막 표피층에서 일부 괴사세포가 관찰되었으며, 세포자체의 변성으로 인하여 공포화가 진행된 세포가 관찰되었고 표피의 기저부까지 변화가 있어 기저막의 부분적 결손을 보이기도 하였다. 대부분에서 고유섬유층의 변화는 비교적 경하여 교원섬유 및 섬유세포들은 정상적인 모습을 보였다. 점막상피층은 기저층을 포함하여 부분적으로 결손되어 있었고 부분적으로 주변의 교원섬유층이 결손을 보였으며 과립구와 같은 염증세포가 침윤하여 있었다(Fig. 2).
실험 1주일군에서는 6귀중 1귀는 중이염으로 인하여 제외시키고 5귀를 관찰하였다. 대부분에서 외이도측 고막표피층과 고실측 점막층이 증식하여 고유섬유층은 전체고막의 1/3이하로 줄어들어 있었다. 표피층은 비후하여 8∼10개의 세포층으로 되어 있었으며 이 중 내측의 4∼5층은 세포사이의 특이한 연결구조를 유지하면서 정상적인 모습을 보였다. 3귀에서 많은 각화 조직편이 세포내부에서 발견되었으며 기저층에서는 세포간격이 증가하였고 세포의 부종이 관찰되었다. 이러한 세포간격의 증가는 세포간 연결구조의 변화를 의미하는 것으로 생각되었다. 고유섬유층은 정상적인 배열을 유지하고 있었으며 다만 섬유모세포가 점막밑 섬유층에 증가되어 있었다. 내측 점막상피층은 세포의 부종으로 입방형 세포로 변형되어 있는 것이 관찰되었으며 세포간의 간격이 뚜렷이 증가하였고 과립구의 침윤도 두드러졌다. 기저층은 비교적 정상적인 배열을 유지하고 있었다(Fig. 3).
실험 2주일군에서 실험군 6귀중 4귀에서 고유섬유층을 포함하는 결합조직의 증가로 인하여 약 1/2 이상이 이러한 결합조직으로 대치되어 있었고 외이도측 표피층이 7∼9층의 세포층을 이루면서 나머지 1/2를 차지하였다. 표피층의 세포간격은 더욱 증가되어 있었고 기저층은 비교적 잘 유지되어 있어서 구분이 분명하였다. 표피밑 결합조직이 실험 1주일군의 것과 비교하여 감소되어 있었으나 정상대조군 보다는 증가되어 있었으며 섬유모세포가 발견되었다. 3귀에서 내측 점막 밑에는 많은 임파구 세포가 관찰되었으며 또한 과립구 및 대식세포가 관찰되었다. 점막밑 결합조직은 두께가 현저히 증가하여 있었으며, 많은 섬유모세포가 관찰되었고, 교원섬유가 복잡하게 배열되어 실제적으로 고유섬유층과의 구분은 불가능하였다. 내측 점막층은 정상적인 모양을 유지하고 있었다(Fig. 4).
고찰
사람의 고막은 외이도측 표피부, 고유섬유층, 고실측의 점막층으로 구성되어 있다.3) 외이도부 표피층은 2∼3층의 각질화중층편평상피로 되어 있으며 상피유두, 털, 샘 등은 없으나 정상피부와 같은 구조를 가지고 있다.4)
표피층의 각질층은 피부에서 처럼 탈락하지 않고 중심부(umbo)에서 주변부로 이동하여 교체되고 외이도 쪽에서 고막을 향하여 표피가 성장하지는 않는다. 이러한 표피층의 유주능력은 하부의 기질(stroma)의 도움없이 고막천공 및 물리적 혹은 화학적손상의 치유에 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있다.5) 정상적으로 사람고막의 표피층의 유주능력은 1일 0.05mm정도이나 천공 혹은 손상이 있을시에는 0.5∼1mm까지 증가한다.
고유층은 교원섬유와 소수의 탄력섬유로 구성되어 있으며 이완부에서는 고유층이 부분적으로 결손되어 있는 것으로 알려져 있다. 교원섬유는 크게 2층으로 되어 있어 외측의 두꺼운 방사상층과 내측의 동심원상으로 배열된 층으로 구성되어 있다. 또한 동정맥, 임파관 등의 혈관조직과 신경조직을 포함하는 결합조직을 포함하고 있으며 신경은 유수화 및 무수화 섬유가 모두 존재하여 표피밑에 Meissner소체 및 표피내에서 말단 신경망을 형성하고 있다.5)6) Lim 등7)에 의하면 사람고막의 고유층에는 외이도측 표피층 하부 및 점막층 하부에 점막밑 및 표피밑 결합조직이 존재한다고 하였다. 점막층은 한 층의 편평상피로 되어 있으며 고실부 상피가 부분적으로 위중층섬모상피로 되어 있으나 이 층에서는 이러한 조직이 전혀 발견되지 않는다.
고막과 외이도에 대한 무통 조작을 위해 여러 가지 마취방법이 제안되었다. 이온삼투요법은 외이도에 점적된 마취제에 직류의 양극전극을 삽입하여 양이온을 띤 마취제가 고막을 통해 이동하면서 마취효과를 내도록 하는 방법이나 마취효과가 일정하지 않고 마취에 비교적 오랜 시간이 걸리며 외이도 마취는 거의 이루어지지 않는 등의 단점이 있다.1)2)8-10) 1889년에 처음 소개된 Bonain용액은 phenol, cocaine, menthol 등으로 구성되어 있으며 외이도에 도포하는 간단한 방법으로 효과적인 마취효과를 내는 것으로 알려져 있다.11) Strutz는 이 용액의 조직학적 영향에 대해 기술하였는데 도포 1일 뒤 표피의 중층편평상피 및 점막상피층이 완전히 소실된후 3일째에 점막층이 다시 형성되고 표피의 편평상피는 여러개의 상피층으로 증식되고 대식세포와 과립구의 침윤이 일어나는 염증성의 변화가 두드러진다고 하였다. 그후 약 7일째에 섬유모세포가 출현하며 이에 의해 점막밑 및 표피밑 조직에 새로운 섬유층이 형성된다고 하였다. 3개월 이후에도 고막은 60μm정도로 두꺼워지는 것이 관찰되었다.12) 이러한 phenol 함유 제제는 신경말단에 직접 작용하고 간단하며 비용이 저렴하다는 장점도 있으나 만족스러운 마취효과를 얻기 위해서는 많은 양의 약제가 필요하며 15분 이상의 긴 시간이 소요되며 소양감과 같은 이상 감각을 일으키며 무엇보다 외이도와 고막에 조직의 증식과 같은 비가역적인 변화를 일으킨다는 단점이 있다.2)11)
또 다른 국소마취제로 알려져 있는 Dimethylsulfoxide(DMSO)기질의 tetracaine은 아주 효과적인 마취효과를 내는 것으로 알려져 있다. DMSO는 피부의 투과력이 대단히 커서 항생제의 경우 전신투여와 같은 국소효과를 나타내는 것으로 알려져 있다. 그러나 이러한 투과능력에 비례하여 조직손상을 유발하므로 이를 고막이나 외이도에 도포할 경우 정도의 차이는 있으나 화학적 손상을 유발하여 도포후 3일에 고막의 외측 표피층 및 내측 점막층이 완전히 박리되었고, 박리 소실된 조직은 약제 투여 7일 후에 재생이 시작되었다. 이러한 재생과정은 고막의 전층에 모두 영향을 미쳐 외이도측 표피층은 여러층으로 증식하고 내측 점막층도 한층 이상으로 두꺼워지며 특히 중간고유층의 변화는 특징적이어서 섬유모세포의 증식과 이에 의해 형성된 섬유조직에 의해 중간 섬유층의 내외측이 두꺼워지는 것이 관찰된다고 하였다. 이러한 변화는 약 28일에 거의 정상으로 회복되었다고 한다.11)12)
다른 마취약제인 cocaine과 benzocaine은 chloride 와의 화합물로서 액체상으로 존재하며 비교적 쉽게 고막마취를 유도할 수 있다. 그러나 이들 약제는 고막의 편평상피를 효과적으로 투과하지 못해 마취효과가 일정하지 못한 단점을 가지고 있다. 그리고 benzocaine의 경우는 종종 심한 현훈을 유발하기도 하는데 이는 정원창을 통해 미로독성이 유발되기 때문으로 생각되고 있다.2) Schmidt 등에 의하면 lidocaine으로 고막마취를 한 경우 조직학적 영향은 표피층의 각화중층상피가 손상을 받아 파괴되며 수시간 내에 점막상피도 병적 변화를 일으키는데 이는 마취약제가 비교적 단시간내에 고막의 전층, 즉 고유층을 포함하는 세층의 고막층을 모두 통과함을 보여준다고 하였다. 각질화중층상피의 탈락 후에 오는 변화는 조직의 증식으로 이는 표피층 및 고유층의 양측 표피밑에서 모두 일어난다고 하였다.4)13)14)
EMLA 크림은 두가지 국소마취제인 prilocaine과 lidocaine의 혼합제제로서 마취 약제의 약 80%가 활성형으로 존재하는 고농도의 국소 마취크림이다.1) 이는 주로 어린이에 있어 피부의 정맥삽관시 피부마취를 위해 사용되었으며 때로 고막의 환기관 삽입을 위해서 고막마취시 사용되기도 한다. EMLA크림은 이온삼투법에 비해 마취효과가 일정하며 10∼20분의 비교적 짧은 시간내에 마취효과를 보이며 또한 외이도 마취효과가 큰 것으로 알려져 있다.1)15)
본 연구에 나타난 고막에의 조직학적 영향은 먼저 실험 24시간에서 흰쥐고막의 표피층 편평세포상피층이 탈락하는 것이었다. 실험 3일후 부터 표피층의 증식이 일어나고 세포간격이 증가하며 점막밑 고유층에 섬유모세포가 출현하여 교원섬유의 양이 증가하였다. 실험 1주일후 과립구의 침윤 등의 염증성 변화가 일어나는 것이 관찰 되었다. 그러나 고막의 치유 능력은 대단히 커서 실험 2주일째 점막밑과 표피밑 결합조직이 증가하며 임파구의 침윤이 있었으나 표피층은 거의 정상적인 2∼3층의 편평상피층을 나타내는 등 전체적으로 정상과 거의 같은 형태를 보였다.
이는 지금까지 알려진 여러 마취제에 비해 조직변화가 적은 것으로 정상으로의 회복이 비교적 빨리 일어났다. 지금까지 알려진 phenol함유 마취제의 경우 도포 수분내에 표피층의 파괴가 관찰되며 이 표피층의 파괴가 빨리 일어날수록 마취효과는 신속히 일어나는 것으로 알려져 있다. 고막의 지각신경은 주로 표피층의 기저부에 존재하며 신경말단은 표피세포사이에도 산재되어 있다. 마취제가 효과적으로 마취효과를 나타내기 위해서는 표피부의 편평세포상피층을 효과적으로 투과할 수 있어야 할 것으로 사료되나 이러한 투과능력은 곧 고막이나 중이에 미치는 손상이 클 뿐만 아니라 와우와 전정기관과 같은 내이조직과 심지어 안면신경에도 영향을 미칠 수 있으며 장기적으로 고막천공의 위험성도 증가하게 된다.4) EMLA크림에 의해 조기에 점막상피가 파괴된 것은 마취제가 고실부까지 침투했음을 시사하는 소견으로 이는 약물이 고실부의 염증성 변화와 아울러 정원창을 통해 내이로 이행될 수 있음을 시사해 주는 것으로 앞으로 이에 대한 연구가 필요할 것으로 생각되었다.
요약
국소 침윤마취제인 EMLA크림이 고막에 미치는 조직학적 변화를 알기 위하여 흰쥐 18마리를 대상으로 EMLA크림에 의한 고막의 형태학적 영향을 관찰하고 그 결과를 다음과 같이 요약한다.
1) EMLA에 노출된지 4시간후 전자현미경상 부분적으로 상피세포층이 완전히 소실되는 변화가 있었다.
2) EMLA투여 24시간 뒤 외이도측 고막표피층에서 괴사 세포가 관찰되었으며 기저막의 부분적 결손을 보이기도 하였다.
3) 실험 1주일후 외이도측 고막표피층과 고실측 점막층이 증식하여 고유섬유층은 전체 고막의 1/3이하로 줄어들어 있었다. 기저층에서는 세포간격이 증가하였고 이러한 세포간격의 증가는 세포간 연결구조의 변화를 의미하는 것으로 사료되었다.
4) 실험 2주일째 흰쥐고막은 고유섬유층을 포함하는 결합조직의 증가로 두께가 증가하여 있었으며 많은 섬유모세포가 관찰되었으나 표피층은 거의 정상적인 2∼3층의 편평상피층을 나타내는 등 전체적으로 정상과 거의 같은 형태를 보였다.
이상에서 EMLA크림에 의한 고막마취는 조직변화가 비교적 적었고 또한 조기에 정상적으로 회복됨을 알 수 있었다.
REFERENCES
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