교신저자：정필상, 330-715 충남 천안시 안서동 산 16번지  단국대학교 의과대학 단국대학교병원 이비인후-두경부외과학교실
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서     론

   레이저의 창상치유 증진효과는 1970년대부터 보고되어 현재까지 다양한 파장의 레이저와 조사(irradiation)방법을 이용한 실험들이 계속되고 있다.¹⁾²⁾³⁾
   레이저를 이용한 광조사(photo-irradiation)는 다양한 효소나 세포, 조직, 기관들에서 생화학적, 생리적 효과를 유발할 수 있다. 즉 세포분화를 촉진하거나,⁴⁾⁵⁾ 콜라겐 합성을 증가시키거나,⁶⁾⁷⁾ 세포에서 성장인자의 발현을 증가시킬수도 있다⁸⁾⁹⁾고 알려져 있다. 저출력 레이저는 1 W(watt) 미만의 출력을 내는 레이저를 말하고, 레이저 조사시간을 포함한 에너지의 개념으로 계산하면 일반적으로 0.05~10J 범위내에서 주로 세포를 자극하는 효과를 나타낸다.¹⁰⁾
   점점 늘고있는 당뇨나 허혈성 질환의 유병율로 인해 수술창상이 회복되지 않아 문제가 되는 환자들이 늘어나고, 두경부등의 암환자에서 수술전의 유도치료로서 방사선 치료를 시도하는 임상가들이 증가하는 현실을 고려할 때, 두경부 영역의 창상치유를 증진시킬 수 있는 방법의 필요성은 날로 증가하고 있는 것이 사실이다.
   본 연구에서는 Mouse 피하에 창상을 유발한 후 저출력의 DPSS 레이저(532 nm)와 Diode 레이저(660 nm)를 조사하고 창상의 외관상의 변화 및 세포 수준에서의 변화를 관찰하여 레이저가 창상치유에 미치는 효과를 알아보고, 최적의 치유효과를 발현하기 위한 조건에 대한 기초 자료로 활용하고자 하였다. 

재료 및 방법

실험동물 및 레이저
   건강한 Mouse(ICR) 45마리를 무작위로 3개의 군으로 분류하였다. 정상대조군인 1군(n=15)은 창상유발후 관찰하였고 2군(n=15)은 DPSS 레이저를, 3군(n=15)은 Diode 레이저를 조사하였다. 레이저는 Golden Light사(Korea)의 660nm의 광역학 치료용 Diode 레이저와 532 nm DPSS 레이저(Russia)를 이용하였다. 

창상유발
   각각의 Mouse에 Ketamine 2 cc와 Rumpune 1 cc, 주사용 증류수 9 cc를 혼합한 액체를 0.2 cc 복막주사하여 마취한 후, 동물용 모근제거 크림으로 척추후방의 털을 제거하고 반경 20 mm의 원형창상틀과 15번 blade를 이용하여 근막층까지 일정한 깊이의 원형창상을 만들었다. 

레이저 조사(laser irradiation)와 생검 
   1군은 창상유발 후 자연치유되는 군으로 3, 7, 10일째 창상부위의 생검을 실시하였다. 2군과 3군은 유발창상에 동일한 power density(4 J/cm²)로 레이저를 조사하였는데 2군은 DPSS 레이저를 매일 조사 후 3, 7, 10일째 생검하였고 3군은 Diode 레이저 조사 후 3, 7, 10일째 생검하였다(Fig. 1).

창상치유증진효과의 확인

창상 단면적의 비교
   반경 20 mm의 창상을 유발한 후 각각 3일째, 7일째, 10일째의 창상의 단면적을 확인하였다. 원형의 창상이 균일하게 치유되지 않음을 고려하여 창상의 장경의 측정하고 그 장경의 수직면의 단경을 측정하여 비교하였다.

조직병리학적 관찰
   생검조직을 처리하여 광학 현미경하에서 병리학자가 창상의 상피화(wound epithelialization), 세포내용(cellular content), 육아조직형성(granulation tissue formation), 섬유소 침착(collagen deposition), 신생혈관형성(neovascularization)등의 5가지 항목을¹⁰⁾ 각각의 단계별로 점수화하여 창상치유의 정도를 비교하였다(Table 1). 통계처리는 one-way ANOVA test를 이용하여 유의수준 0.05에서 실시하였다.

결     과

저출력레이저에 의한 창상 단면적 변화관찰
   대조군(자연치유군)에서는 창상 3일째, 7일째, 10일째 측정한 단면적의 치유율(%)이 24.0±2.7, 42.8±5.0, 71.4±4.0이었고, DPSS 레이저군에서는 각각 33.2±2.4, 64.8±3.5, 82.2±7.9, Diode 레이저군에서는 34.2±3.5, 72.2±2.8, 87.2±3.7이었다. 대조군과 비교하여 3일째부터 DPSS레이저군과 Diode 레이저군 모두 통계학적으로 유의한 수준에서 창상단면적 치유율이 증가하였고 두 레이저군을 비교하였을 때 두 레이저 사이에서는 의미있는 차이는 관찰되지 않았다(Table 2, Fig. 2).

저출력레이저에 의한 조직학적인 변화관찰
   대조군에서 창상 3일째, 7일째, 10일째 측정한 조직학적인 점수(histologic score)는 3.6±1.1, 7.0±1.0, 9.0±0.7이었고, DPSS 레이저군에서는 각각 3.4±0.9, 9.0±0.7, 10.8±0.8, Diode 레이저군에서는 4.4±1.8, 9.4±0.5, 11.2±0.8이었다. 창상치유의 정도를 대조군과 비교한 결과는 7일째부터 DPSS 레이저군과 Diode 레이저군 모두 통계학적으로 유의한 수준에서 조직학적인 분석상의 창상치유가 의미있게 증가하였고 두 레이저군 사이에서는 의미있는 차이는 관찰되지 않았다(Table 3, Fig. 3).

고     찰

   창상치유는 염증(inflammation), 증식(proliferation), 합성(synthesis), 분화(maturation)과정을 거치는 일련의 복잡한 생체반응이다. 염증기는 지혈과 혈소판 탈과립(platelet degranulation), 보체와 응집반응의 활성화등으로 이루어지며 이러한 반응들은 대식세포와 여러 가지 cytikine분비가 필수적이다. 증식기에서는 내피세포(endothelial cell)와 섬유아세포(fibroblasts)가 중요한 역할을 하는데 섬유아세포는 주위 정상조직에서 이동하여 이른바 "wound fibroblast"의 형태로 변화하여 교원질(collagen)을 형성한다. 이러한 교원질의 형성은 교원질 분해효소에 의해 과형성이 조절되면서 분화기를 시작하고 조직에 침착된다. 이러한 교원질의 침착은 약 5주에 걸쳐서 일어나며 회복후 창상의 탄성력이나 외형을 결정하는 중요한 요인이다. 이러한 창상치유를 좀 더 빠르게 유도하거나 치유된 창상의 탄성력이나 외형이 좋아지는 것은 수술자와 환자 모두의 큰 바램이다. 더욱이 요즘같이 당뇨나 고혈압 등으로 인한 말초혈관과 조직의 부작용이 많거나, 수술 전후의 방사선 치유로 인한 수술 창상의 회복이 큰 문제로 대두되는 시기에서 창상치유의 증진은 더욱 더 중요한 문제로 대두된다. 
   Mester 등이 저출력 레이저가 창상치유를 자극하는 효과를 지닐수 있다고 보고¹¹⁾한 이후로 저출력레이저는 기존 치유방법으로 인해 실패한 다양한 종류의 창상이나 궤양치료에 시도되고 있다. 뿐만 아니라 저출력 레이저가 골절이나 방사선 골괴사등으로 인한 골병변에도 회복을 증진시킬 수 있다는 연구결과¹²⁾도 나와서 저출력 레이저의 응용범위는 한층 더 넓어질 수 있게 되었다. 그러나 사용된 실험동물이 다르거나 창상의 조직과 크기가 다르거나 창상치유결과를 확인하는 방법론적인 차이, 사용된 레이저의 종류와 에너지 세기의 다양성 등으로 인하여 각 연구그룹마다의 결과가 어느정도 차이를 보임으로써 그 상용화가 늦어지고 있는 것도 현실이다. 
   저출력 레이저를 이용한 창상치유 증진효과를 최대한으로 발현하기 위해서는 여러 가지 변수들이 존재한다. 먼저 사용된 레이저가 그 결과에 영향을 미칠 수 있다. 파장의 차이나 레이저 출력방식의 차이가 변수가 될 수 있고 레이저 조사시간에 따라 즉 창상에 조사된 에너지의 양에 따라서도 결과의 차이가 있을 수 있다. 또 창상치유과정에서 레이저가 어느 시기부터 조사되었는가 즉 각각의 염증기, 증식기, 분화기의 과정중에 어떤 특정시기에 레이저가 조사되었는가도 중요한 변수가 될 수 있다. 일부의 연구에서는 레이저가 창상에 조사되는 방향과 각도에 따라서도 차이가 있을 수 있다고 보고¹³⁾되고 있다.
   Karu등¹⁴⁾에 의하면 레이저의 파장별로 생체에서 DNA합성율을 증가시키는 정도가 다른데 404 nm와 454 nm의 청색파장, 620 nm의 적색 파장, 760 nm와 830 nm의 적외선 파장등에서 세포활성화가 증진된다고 하였다. 본 연구에서 사용된 532 nm의 DPSS 레이저와 660 nm의 Diode레이저에서도 음성대조군보다 창상치유가 증가한 소견을 나타냈고, 각각의 레이저를 비교하면 유의한 차이는 관찰되지 않았다. 본 연구에 사용된 DPSS(Diode Pumped Solid State, 532 nm) 레이저 기술이란 Nd：YAG 레이저 시스템과 같은 산업용 고체레이저 시스템에서 방전관을 사용하던 기존의 레이저와는 달리 고출력 반도체 레이저를 펌핑광원으로 사용하는 기술이다. 고체레이저의 펌핑광원으로 방전관 대신 반도체 레이저를 쓸 경우 파장은 일정하지만 파형의 변화를 통해 레이저의 특성이 향상되며 수명이 늘어나고, 에너지의 밀도는 높아지고 노출시간이 적어짐에 따라 기존레이저보다 의학적 시술의 효과는 유지되면서 주변 조직의 손상이 적은 점 등 각종 장점이 있다. 
   창상에 조사된 에너지의 양이 창상치유증진에 변수가 될 수 있는데 일반적으로 1회 조사에너지가 단위면적당 10 J 이상일 경우 오히려 조직에 손상을 일으키며 생합성을 억제하는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 단위면적당 4 J의 에너지로 레이저를 조사한 후 조직학적인 분석을 한 결과, 7일째부터 유의한 수준으로 창상치유가 증진되었다. 그 이전에는 Mouse 조직에 흡수된 레이저 에너지의 양이 적거나 Mouse의 창상에서 각각의 염증기, 증식기, 분화기의 과정중에 레이저가 관여하는 시기가 7일 전후로 특성화 되어있음을 추측할 수 있다. 하지만 외견상으로 관찰되는 창상의 단면적의 회복율을 고려하면 레이저를 조사한 군에서 3일째부터 의미있게 증가하였다. 이것은 외관상으로 보여지는 창상과 실제적으로 일어나는 조직학적인 변화사이에 시간차가 있음을 추측할 수 있다. 
   저출력 레이저가 창상치유를 증진시키는 기전으로는 mitochondria 활성화, ATP합성, DNA & RNA 합성촉진, 단백질 합성촉진, 효소반응의 조절, 세포내외의 pH조절, 세포대사의 활성화 등이 제시되고 있다.^15)16)17) 본 연구에서는 현미경수준에서 세포대사의 활성화 과정이 저출력 레이저에 의해서 더욱 증가함을 확인하였고 외형상으로도 창상의 단면적이 레이저 조사 후 유의한 수준으로 빨리 치유됨을 관찰하였다. 아마도 레이저가 mitochondria의 photoacceptor를 활성화시켜 호흡기전과 NADH pool의 산화를 유도하고 핵산합성, 세포질의 알카리화 등을 유발함으로써 생기는 것으로 추측된다. 이러한 변화들은 결국 TGF(transforming growth factor), FGF(fibroblast growth factor), PDGF (platelet derived growth factor), Interleukin 등의 분비를 활성화시키는 결과를 낳게 된다. 
   향후 인공적으로 당뇨병을 유발한 쥐(diabetic mice)의 창상치유에 저출력 레이저를 이용하여 당뇨로 인한 혈관괴사나 허혈성변화가 레이저에 의해서 어떤 영향을 받는지를 연구한다면 인간에서도 적용범위가 증가할 것으로 기대된다.또 방사선치료 후 수술창상을 유발했을 경우 저출력레이저가 치유증진에 미치는 효과에 대한 연구도 병행되어야 할 것으로 생각된다. 그리고 인체에 부작용을 유발하지 않으면서 최대한의 창상치유증진효과를 나타낼 수 있는 레이저의 최적세기와 최적조사시간에 대한 연구가 각각의 레이저별로 선행되어야 하며, ELISA, monoclonal antibody 등을 이용한 면역생화학적인 분석법이나 전자현미경을 이용한 분자수준에서의 분석, 탄성력측정기(tensilometer)등을 이용하여 창상치유의 기전에 대한 보다 구체적인 연구가 합쳐진다면 저출력 레이저의 실제적 임상사용범위가 더욱 확대될 수 있을 것으로 기대된다.

결     론

   본 연구의 결과 mouse에서 창상을 유발한 후 532 nm와 660 nm의 저출력 레이저를 이용하여 창상을 치유했을 때 레이저를 치료하지 않은 군보다 실제적으로 유의한 치유증진효과를 나타냈음을 확인하였고, 그 효과를 최대한으로 발휘하기 위해서는 최적의 레이저환경에 대한 연구가 더욱 필요할 것으로 생각된다.

1. Lowe AS, Walker MD, O' Byrne M, Baxter GD, Hirst DG. Effect of low intensity monochromatic light therapy on a radiation-impaired, wound healing model in murine skin. Lasers Surg Med 1988:23;291-8.

2. Lievens. Effects of laser treatment on the lymphatic system and wound healing. Laser 1988:2;12-5.

3. Mester E, Master AF. The biochemical effects of laser application. Laser Surg Med 1985;5:31-9.

4. Abergel RP, Lyons RF, Castel JC. Biostimulation of wound healing by lasers experimental approaches in animal models and in fibroblast cultures. Dermatol Surg Oncol 1987;13:127-33.

5. Hans HFI, Breugel V, Bar D. Power density and exposure time of He-Ne laser irradiation are more important than total energy dose in photo-biostimulation of human fibroblast in vitro. Lasers surg Med 1992;12:528-37.

6. Lams TS, Abergel RP, Castel JC, Meker CA, Dwyer RM, Uitto J. Laser stimulation of collagen synthesis in human skin fibroblast culture. Lasers Life Sci 1986;1:61-77.

7. Saperia D, Glassgerg E, Lyons RF, Abergel RP, Baneux P, Dwyer RM, et al. Demonstration of elevated type I and type Ⅲ procollagen mRNA levels in cutaneous wounds treated with helium-neon laser. Biochem Biophys Res Commun 1986;138:1123-8.

8. Yu W, Naim JO, Lanzafame RJ. The effects of photoirradiation on the secretion of bFGF from 3T3 fibroblasts. Photochem Photobiol 1994;59:167-70.

9. Yu W, Naim JO, Lanzafame RJ. The effects of photoirradiation on the secretion of TGF-β, PDGF and bFGF from fibroblasts in vitro. Lasers Surg Med 1994;6:8.

10. Wei Y, John ON, Raymond JL. Effects of photostimulation on wound healing in diabetic mice. Lasers Surg Med 1997;20:56-63.

11. Mester E, Spiry T, Szende B, Tota JG. Effect of lasers rays on wound healing. Am J Surg 1971;122:532.

12. Trelles MA, Mayayo E. Bone fracture consolidates faster with low-power laser. Lasers Surg Med 1987;7:36-45.

13. Martha SR, Daniel DF. Effects of 1047nm neodymium laser radiation on skin wound healing. J Cli Laser Med Surg 2002;20:37-40.

14. Karu T. Photobiology of low-power laser effects. Health Phys 1989; 56:691-704.

15. Walker MD, Rumpf S, Baxter GD, Hirst DG, Lowe AS. Effect of low intensity laser irradiation on a radiation impaired wound healing model in murine skin. Laser Surg Med 2000;26:41-7.

16. Schlager M, Oehler K, Huebner KU, Schmuth M, Spoetl L. Healing of burns after treatment with 670nm iow-power laser light. Plast Reconstr Surg 2000;105:1635-42.

17. Parekh S, Trauner KB, Zarins B, Foster TE, Amderson R. Photodynamic modulation of wound healing with BPDA-MA and CASP. Laser Surg Med 1999;24:375-81.