교신저자：안병훈, 700-712 대구광역시 중구 동산동 194  계명대학교 의과대학 이비인후과학교실
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서     론

   급성 비부비동염의 치료에 있어 항균제의 투여는 필수적이다. 항균제의 국소투여는 비록 생체이용률이 명확하게 밝혀지지 않았지만 전신투여가 힘든 경우 급성 비부비동염의 치료에 있어 매우 효과적인 방법이다.^1,2,3)
   이러한 항균제의 국소투여는 주로 외배엽 조직인 피부, 장, 방광, 질, 눈과 같은 곳에 효과적인데 특히 비부비강에의 투여 시는 직접 항균제가 염증조직에 도달할 수 있다는 점 외에도 장기간 염증으로 인한 혈류장애로 전신투여 시 그 생체이용률이 떨어진 부비동에 조직농도를 높일 수 있다는 장점이 있다.
   한편 항균제는 일정농도 이상에서 효과를 나타내는 농도의존성항균제와 국소투여 시 충분한 항균작용을 보이기 전에 비부비동의 섬모운동으로 인해 제거될 가능성이 있는 시간의존성항균제가 있다.
   이에 저자들은 현재 이미 국소투여가 가능한 약제로 알려진 시간의존성항균제(Cefmenoxime, Vancomycin)와 농도의존성항균제(Ofloxacin, Tobramycin)를 폐렴연쇄구균(Streptococcus pneumoniae)을 이용한 생쥐의 급성 비부비동염 모델에 국소투여하고 그 효과를 비교 연구하고자 하였다.

대상 및 방법

급성 비부비동염의 유발
   실험동물로는 생후 10주된 체중 23~27 g(평균 24.5 g)의 건강하고 비공이 깨끗한 C57BL/6 수컷 생쥐 50마리(대한 실험동물；Korea)를 이용하였으며 6마리는 실험초기에 죽었다.
   수확한 폐렴연쇄구균(ATCC 49619)부유액에 적정량의 인산완충식염수를 넣어 희석한 후 Vitek Colorimeter(Biomerieux, St. Louis, MO, USA)에 의한 폐렴연쇄구균 부유액의 농도를 1×10⁹ CFU/ml로 만들어 실험에 사용하였다.
   생쥐는 실험을 시작하기 전과 실험 후에 몸무게를 측정하였다. 실험 제1~5일째 Ketamine hydrochloride(80 mg/kg)로 복강내 주사를 하여 전신마취 후 수술 현미경 하에서 폐렴연쇄구균 부유액 1×10⁹ CFU/ml, 20 μl를 micropipette을 사용하여 생쥐 양쪽비공 내로 조심스럽게 점적하였다.^3,4)

항균제 국소투여
   국소투여된 항균제는 단계희석법을 사용하여 Minimal inhibitory concentration(MIC), Minimal bactericidal concentration(MBC)을 구하였다(Table 1). 항균제 투여군에는 MBC농도 투여군과 균투여 후 5일간의 균집락수의 증가를 고려하여 MBC의 4배 농도를 투여한 군으로 나누었다.
   실험군은 아무런 조작도 하지 않은 비교군(Ⅰ군, 3마리), 시간의존성항균제 투여군(Cefmenoxime, Vancomycin, Minimum bactericidal concentration MBC 투여군(IIA군, Cefmenoxime 5마리+Vancomycin 5마리), MBC 4배 농도 투여군(ⅡB군, Cefmenoxime 5마리+Vancomycin 5마리), 농도의존성항균제 투여군(Ofloxacin, Tobramycin MBC 투여군(ⅢA군, Ofloxacin 5마리+Tobramycin 3마리), MBC 4배 농도 투여군(ⅢB군, Ofloxacin 5마리+Tobramycin 5마리), 양성대조군(Ⅳ군, 3마리)으로 나누었다.
   실험 제6일째 급성 비부비동염의 유발확인을 위해 0.15 ml의 생리식염수로 비강내세척을 하여 5% 혈액한천배지에서 균주배양검사를 하였다. 실험 제6~10일째 5일 동안 매일 1회 양성대조군에 항균제의 희석액인 생리식염수를 점적하였고, 실험군에는 MBC와 MBC 4배 농도의 항균제를 급성 비부비동염 유발과 동일한 방법으로 점적하였다.

조직학적 관찰
   실험 제11일째 모든 생쥐들에 호흡 정지를 일으킬만한 양인 120 mg/kg의 pentobarbital sodium을 복강 내로 주사하여 희생시켰다. 0.15 mL의 생리식염수로 비강내세척을 해서 5% 혈액한천배지에 직접 떨어뜨린 후 3구획으로 나누어 차례로 접종하였다. 그리고 하룻밤 배양시킨 후, 균 성장정도를 0, 1, 2 그리고 3으로 표기하였다. 머리를 절단하고 피부, 근육, 눈알, 혀, 하악골 등을 제거한 부분을 포르말린 용액에 1일간 고정시켰다. 이후 탈석회화 용액(DE-CAL RAPID, National diagnostics, Atlanta, USA)을 이용하여 16시간 동안 탈석회화시켰다. 잘려진 머리는 코의 앞쪽 부분을 제거한 후 앞쪽에서 뒤쪽으로 1 mm의 간격으로 박절한 다음 수세 및 파라핀 포매 과정을 거쳐 4 μm 두께로 절편하여 Hematoxylin-Eosin 염색을 시행하여 중성구 숫자를 비교하였다. 정성적인 조직학적 분석방법으로는 각 부위별로 염증세포의 침윤, 상피탈락의 유무를 관찰하였다(Fig. 1). 12.5배의 저배율 하에서 전반적인 비강과 부비동을 관찰하였고, 100배 고배율 하에서 비강 전반부, 중반부, 후반부절편에서 사골동, 상악동, 비강저의 중성구 군집을 관찰하여 중성구가 전혀 보이지 않을 때를 0점, 중성구 군집이 명확하게 형성되지는 않고 산재해 있을 경우를 1점, 중성구 군집이 명확히 형성될 경우를 2점, 중성구 군집이 저명하게 형성되고 부비강을 가득 채운 경우 3점을 부여하여 최대점수 27점으로 정량화하였다.
   통계학적 처리는 Kruskal-Wallis test와 Mann-Whitney test를 사용하고, p-value 0.05 이하를 유의수준으로 잡았다.

결     과

   모든 군에서 생쥐의 활동량 감소와 유의한 체중변화는 보이지 않았다.
   균주배양검사 상 MBC 4배 농도로 투여한 B군이 MBC농도로 투여한 A군보다 균배양 정도가 더 적었지만 통계학적 의의는 없었다(p=0.058)(Fig. 2A).
   균주배양검사 상 양성대조군에서 가장 높은 균배양 정도가 관찰되고, 항균제투여군인 Ⅱ, Ⅲ군은 양성대조군보다는 감소된 소견을 보였으며 이는 통계학적 의의가 있었다(p=0.037)(Fig. 2B).
   병리조직학적 검사 상 MBC 4배 농도로 투여한 B군이 MBC 농도로 투여한 A군보다 중성구군집이 더 적었지만 통계학적 의의는 없었다(ⅡA & ⅡB, p=0.360)(ⅢA & ⅢB, p=0.328)(Fig. 3A).
   농도의존성항균제와 시간의존성항균제, 두 군을 비교할 때 농도의존성항균제군이 시간의존성항균제군보다 중성구군집이 더 적었으며 이는 통계학적 의의가 있었다(p=0.001)(Fig. 3B).

고     찰

   급성 비부비동염의 치료에 있어서 비강내 항균제 국소투여의 장점은 감염부위에 직접 작용할 수 있고 높은 국소항균제 농도를 가질 수 있는 반면 전신적 흡수는 적어서 경구항생제투여로 인한 부작용을 줄일 수 있다는 것이다.⁵⁾
   항균제는 aminoglycosides, quinolone, amphotericin B, metronidazole과 같은 농도의존성항균제와 β-lactam계 항생제, vancomycin, macrolides, carbepenem, clindamycin과 같은 시간의존성항균제로 구분될 수 있다.
   시간의존성항균제는 높은 약제농도가 항균효과에 영향을 끼치지는 않는 반면 약제농도가 MIC 이하로 낮아지면 균의 재증식이 일어날 수 있다.⁶⁾
   또한 penicillin, cephalosporin과 같은 시간의존성항균제는 국소투여 시 충분한 항균작용을 보이기 전에 부비동 내의 섬모운동으로 인해 제거되는 단점이 있다. 그러므로 농도의존성항균제가 비강내 항균제 국소투여 시 더 적합하다고 할 수 있다.
   농도의존적인 항균제로 분류된 약물의 경우 효능과 관련된 지표들은 혈중농도곡선하면적(area under the concentration-time curve；AUC)과 MIC의 비(AUC：MIC ratio) 및 최고 혈중농도(peak)：MIC 비가 가장 중요한 요소가 될 수 있다.
   국소항균제는 피부, 장, 방광, 질, 눈, 외이도와 같은 외배엽에서 유래한 장기들에 이용되며⁵⁾ 비부비동점막에 국소투여된 약제는 단순히 전신투여된 경우와는 그 생체이용률에 차이를 보일 수 있다. 적정조직농도에 도달하지 못할 경우 이는 치료실패와 내성균주를 유발하는 원인으로 작용할 수 있고, 특히 in vitro MIC가 높은 균주에서 더욱 그러하다.
   비점막은 성인의 경우 160 cm2의 면적을 가지며 섬모 끝과 점막표면 사이의 최대 깊이는 20 μm에 달하며 섬모주위의 액체층의 깊이는 5 μm에 달한다. 정상 성인에서 비점액의 양은 0.4 ml이고 이는 국소항균제의 비강내 투여 시 전체 비점막을 도포할 수 있는 양이다.⁵⁾
   본 연구에서는 생쥐에게 0.15 ml의 양이 주입되었는데, 이 양은 생쥐가 실험 중 흡인으로 인해 죽지 않는 최대량이다. 이 때 항균제가 식도로 넘어가서 전신적인 흡수가 일어날 가능성이 있으며 이는 실험의 한계점으로 보여지며 정확하게 비강 내만 도포할 수 있는 양을 구해 실험에 주입하는 것이 실험의 오차를 줄일 수 있는 방법일 것이다.
   Prince and Lemckert의 연구에서 비전정부(nasal vestibule)에 국소투여한 Polysporin(bacitracinzinc and polymyxin)은 30분 후에 70%가 비강 내와 비인두에서 제거되었다. 대부분의 약제는 비강저와 하비갑개를 통해 이동하였고, 단지 40%만 중비갑개를 통한 이동이 관찰되었다. 인체에서 비강내 국소항균제 투여 시 지속적인 섬모운동으로 인해서 약제의 잔류시간이 감소되며 또한 약제의 고른 비강내 분포를 위해서는 비점막 전반부에 국소투여하는 것이 바람직하다.^5,7)
   본 연구에서는 모집단 크기가 작은 관계로 인해서 비모수분석방법을 사용하였으며 Kruskal-Wallis test로 4그룹의 균배양정도와 중성구 숫자의 mean rank를 분석해 본 결과 p value가 각각 0.012, 0으로서 4그룹의 서열순서를 매기는 것은 통계적으로 유의성이 있었다. 그러나 시간의존성항생제와 양성대조군간 그리고 농도의존성항생제와 양성대조군 간의 균배양 및 중성구 숫자를 Mann-Whitney test로 분석해본 결과 통계학적 유의성이 없었다.
   또한 MBC 4배 농도 투여군이 MBC 농도 투여군에 비해 균배양 정도와 중성구 숫자가 감소하였으나 통계학적 유의성은 없었다.
   농도의존성항균제와 시간의존성항균제 두 군을 비교할 때 양성대조군에 비해 두 군 모두 염증소견이 감소하였고, 농도의존성항균제가 시간의존성항균제보다 중성구 개수가 더 적었으며 이는 통계학적 의의가 있었지만 시간의존성항균제와 농도의존성항균제의 특성을 고려하지 않고 1일 1회만 투여한 것은 실험의 한계점으로 작용할 것이다. 또한 균주의 증식정도를 고려할 때 향후 실험에서는 적절한 항균작용을 나타내는 항균제 농도의 적정화가 필요하다.
   Bomer 등³⁾의 연구에서 폐렴연쇄구균을 이용하여 생쥐에서 급성 비부비동염을 유발하였을 때 중성구 숫자는 양성대조군에서 접종 제2일째 발현되기 시작하여 접종 제5일째 최고치에 달하였으며 접종 제14일째는 정상수치까지 감소하였다. 본 연구에서는 접종 제11일째 모든 생쥐들을 희생하였으며 이 시점에서의 양성대조군의 중성구 숫자들은 접종 5일째의 최고치를 지나 감소하는 추세로 추정된다.
   한편 시간의존성항균제군이 양성대조군에 비해 중성구 개수가 오히려 더 높게 나오는 결과를 보였고, 이는 생체내실험과 시험관내 실험의 차이, 투여 후 5일 지날 때 균주량의 절대적 증가로 인해서, 또는 실험 시에 이차적 감염가능성 때문으로 보여지는데, 향후 급성 비부비동염 유발 5일째의 균주 농도와 이에 맞는 최소살균농도의 조절이 필요할 것으로 생각된다. 아울러 실험초기에 1회만 폐렴연쇄구균을 접종하던 기존의 방식에서 수차례의 접종을 하는 것이 필요할 것으로 생각된다.

결     론

   폐렴연쇄구균으로 유발된 급성 비부비동염의 치료로서 농도의존성항균제의 국소투여가 시간의존성항균제보다 효과적임을 알 수 있었다.
   하지만 이런 결과를 인체의 비부비동염 치료에 적용시키기 위해서는 그 농도와 투여경로를 확립하기 위해서보다 더 많은 연구가 필요하다.

1. Lanza DC, Kennedy DW. Adult rhinosinusitis defined. Otolaryngol Head Neck Surg 1997;117(3 pt 2):S1-7.

2. Jacob A, Faddis BT, Chole RA. Chronic bacterial rhinosinusitis: Description of mouse model. Arch Otolaryngol Head Neck Surg 2001;127(6):657-64.

3. Bomer K, Brichta A, Baroody F, Boonlayangoor S, Li X, Naclerio RM. A mouse model of acute bacterial rhinosinusitis. Arch Otolaryngol Head Neck Surg 1998;124(11):1227-32.

4. Ahn BH, Kim ED, Lee SY, Choi JW, Shin SJ, Kim SP, et al. Anti-bacterial effect of lidocaine in mouse model of acute rhinosinusitis. Korean J Otolaryngol-Head Neck Surg 2004;47(8):741-6.

5. Goh YH, Goode RL. Current status of topical nasal antimicrobial agents. Laryngoscope 2000;110(6):875-80.

6. Andes D, Craig WA. Pharmacokinetics and pharmacodynamics of outpatient intravenous antimicrobial therapy. Infect Dis Clin North Am 1998;12(4):849-60, vi.

7. Prince ME, Lemckert RJ. Analysis of the intranasal distribution of ointment. J Otolaryngol 1997;26(6):357-60.