교신저자：예미경, 705-718 대구시 남구 대명4동 3056-6  대구가톨릭대학교 의과대학 이비인후과학교실
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서     론

   수면 중에는 각성 시와는 다른 신경근 작용으로 인해 각성 시에는 없던 상기도 폐쇄가 유발 될 수 있고 이것이 코골이와 폐쇄성 수면 무호흡증으로 나타날 수 있다. 수면은 뇌파 양상에 따라 5단계로 나눌 수 있고 이 단계가 하루 밤새 여러 번 반복된다는 사실이 알려져 있다. 얕은 잠을 자는 상태인 1, 2단계 비렘(Non-Rapid Eye Movement, 이하 NREM으로 표기) 수면과, 델타파라는 비교적 느리고 진폭이 큰 뇌파가 나타나 ‘델타수면’ 혹은 서파 수면(slow- wave sleep)이라 불리기도 하는 깊은 잠을 자는 상태인 3, 4단계 NREM 수면, 그리고 급속 안구운동이 나타나고 꿈을 꾸는 단계인 렘(Rapid Eye Movement, 이하 REM으로 표기) 수면으로 구분 할 수 있다.¹⁾ REM 수면은 호흡패턴이나 환기 조절 면에서 독특한 신경생리상태로서 수면 검사를 해보면 폐쇄성 무호흡이 REM 수면 동안 더 자주, 더 길게 나타난다고 알려져 있다. 그러므로 상기도 역학은 REM 수면의 영향을 받을 가능성이 제기되어 왔다.²⁾
   수면 중에 상기도의 크기가 어떻게 변화하는지에 대해 그 동안 여러 가지 방법으로 연구가 되어져 왔으나 호흡에 따라 움직이는 구조물인 상기도의 순간적인 협착을 포착하기 어려운 한계가 있었다. 저자들은 고속 촬영법인 전자선 단층 촬영(Electon Beam Tomography)을 코골이 및 폐쇄성 수면 무호흡증 환자에 적용하여 수면 중의 상부기도의 변화를 기존의 다른 어떤 방법보다도 정확하게 파악할 수 있었다.³⁾
   그러나 저자들의 연구를 포함한 기존 보고들은 수면 단계에 따른 상기도의 변화는 고려하지 않은 것으로 이에 관해서는 아직 많은 연구가 이루어지지 않은 상태이다. 즉 수면의 깊이가 상기도의 크기와 용적의 변화에 영향을 끼칠 수 있으므로 어느 한 시점의 상기도 측정이 전체 수면을 대표할 수 있을까 하는 의문이 생기게 된다. 이에 저자들은 수면 단계에 따라 상기도 협착의 정도, 위치, 역학에 어떤 변화가 있는지 알아보기 위하여 본 연구를 시작하게 되었다.

재료 및 방법

   코골이와 수면 무호흡증이 없는 정상인 열 명을 대상으로 하였다. 연령은 평균 28세(27~29세)이었고 신체질량지수(BMI, body mass index)는 평균 23.2(21.7~26.3)이었으며, 특별한 약물을 복용 중인 사람은 없었다. 모두 남자였으며 흡연자가 5명, 비흡연자가 5명이었다. 전날 밤에 3~4시간 정도만 수면을 취하도록 하고 다음날 검사를 시행하였다. 전자선 단층 촬영기(Ultrafast CT Imatron C-150, San Francisco, U.S.A.) 위에 누운 후 뇌파검사장치(14 channel EEG, EEG-4414K, Nihon Kohden, Japan)를 부착한 상태로 수면을 취하도록 하였다(Fig. 1). 자연 수면이 이루어지는 동안 신경과 의사가 계속적으로 뇌파를 모니터 하면서 수면 단계를 판독하여 2단계 NREM 수면, 3, 4단계 NREM 수면, REM 수면 등에 이르렀을 때 각 단계에서 전자선 단층 촬영을 시행하였다.

전자선 단층 촬영법
   일종의 cine-CT인 전자선 단층 촬영기를 이용하여 이전의 연구³⁾에서와 같은 방법으로 촬영을 시행하였다. 경구개에서 후두개가 보이기 시작하는 위치까지를 대상의 구인두 길이에 따라 6~8수준으로 나눈 후 0.4초 간격으로 각 수준 당 20회씩 반복 촬영하였다. 절편의 두께(slice thickness)는 8 mm로 하고 인접하는 두 절편의 사이에 4 mm의 공간을 두었으며, 영상 당 촬영시간(scanning time)은 0.05초, 관찰 시간(examining time)은 7.7초이었다. 
   따라서 수면 단계별로 각각 120~160 scan을 얻어 각 수준의 영상을 정상모드로 재구성하여 상기도의 역동적인 움직임을 관찰하였다. 호흡 주기 중 단면적이 가장 클 때(CSAmax)와 가장 작을 때(CSAmin)를 각 촬영 수준에서의 이미지로부터 측정하였다.
   또한 구인두의 단면적의 변화율을 알아보기 위해 collapsibility index를 다음과 같이 정의하여 산출하였다.

   Collapsibility Index(CI)=(CSAmax-CSAmin)×100/ CSAmax

   전체 상기도에서 최대 협착부의 위치, 호흡주기 중 단면적이 가장 작을 때의 평균 단면적과 체적, 단면적의 변화정도를 정량적으로 산출하여 수면 단계별로 비교하였다.
   또 대표적인 상기도 협착 부위인 연구개부와 설근부에서 수면 단계에 의한 영향이 차이가 있는지 알아보기 위해 각 수준의 촬영 영상을 재검토하여 상기 두 부위에 해당하는 2~3수준의 최소 단면적의 평균치를 수면 단계별로 비교하였다. 

통계분석
   수면 단계에 따른 상기도의 단면적 및 체적의 변화는 수면 단계를 요인(factor)으로 하는 one-way analysis of variance(ANOVA) with repeated measures로 비교하였다. 

결     과

   평상시와 다른 수면 환경임에도 불구하고 대상군 모두에서 대체로 쉽게 잠이 들어 얕은 수면에서 깊은 수면과 REM 수면으로 진행이 되어 각 수면 단계별로 촬영이 가능하였다. 수면단계별로 최대 협착부가 일정하였던 경우가 10예 중 9예로 대부분을 차지하였다. 1예에서는 수면이 깊어짐에 따라 최대 협착부의 위치가 바뀌었는데, 이 경우 2단계 수면에서는 연구개 및 구개수 부위였지만 서파가 나타나는 깊은 수면과 REM 수면에서는 설근 부위로 하방 이동하는 양상을 보였다.
   호흡주기 중 단면적이 가장 작을 때의 평균 단면적과 체적은 2단계 수면에 비해 서파수면(slow wave sleep), REM 수면에서 각각 큰 폭으로 줄어드는 것을 볼 수 있었고 이것은 통계적으로도 유의하였다(Table 1). 호흡에 따른 상기도 단면적의 변화율(Collapsibility)은 수면이 진행함에 따라 증가하는 양상을 보였고 특히 최대 협착부에서의 변화가 더 심하였다(Table 1).
   연구개부는 2단계 수면에 비해 서파 수면에서 단면적이 크게 감소하였지만 REM 수면에서는 서파 수면에 비해 조금만 감소하는 양상을 나타내었다. 이에 비해 설근부에서는 서파 수면, REM 수면에 걸쳐 모두 큰 폭으로 감소하는 것을 볼 수 있었다(Table 1, Fig. 2). 

고     찰

   수면은 서로 다른 특징을 가진 여러 단계로 구분할 수 있으므로 수면 중 비정상적인 호흡과 관련된 임상 질환을 연구함에 있어 수면의 단계가 고려되어야 함은 당연한 것처럼 생각이 되나 현실적인 여러 제약점으로 인해 현재까지 만족할 만한 결과는 보고 된 바가 없는 실정이다. 
   Shepard 등⁴⁾은 비인두, 구인두, 하인두 및 식도의 4군데에 다채널 카테터를 삽입하고 무호흡 동안 압력 변화로 협착부를 알아보았다. 폐쇄성 수면 무호흡 환자의 78%에서 REM수면 동안 NREM 수면 때보다 하방으로 협착 길이가 더 연장되었으며 이는 REM 수면 동안의 긴장 상실(atonia)과 일치하는 소견이라고 하였다. 또한 수면 동안 상기도 협착이 일어나는 부위는 아주 일정하게 유지되었으므로 협착 부위에 대한 확실한 결론을 얻으려면 첫 REM 수면까지는 모니터를 해야 한다고 하였다. 본 연구에서도 협착의 정도는 수면 단계별로 차이가 있었으나 최대 협착 부위는 10예 중 1예를 제외하고는 수면 단계가 변하여도 일정하게 유지되는 것을 알 수 있었다. 이는 이전의 저자들의 연구결과에서 각성 상태와 수면상태는 협착 부위가 대부분의 경우에서 일치하지 않았던 것과 대비되는 결과이다.³⁾ 폐쇄성 수면 무호흡 환자에서 상기도의 협착 부위 및 정도를 파악하고자 할 때 EEG 모니터나 수면다원검사 기계를 부착하여 상기도의 변화를 수면 단계 별로 모두 검사하는 것이 이상적이겠으나 실제 임상에서는 많은 시간과 노력과 인력을 요하는 것으로 현실적인 어려움이 많다. 본 연구에서는 대상이 정상인으로, 코골이나 폐쇄성 수면 무호흡 환자와 다른 결과가 나올 가능성도 있어 단정적으로 말하긴 어렵지만, 치료 방법의 결정과 치료 후의 예후 예측에 가장 중요한 인자라고 할 수 있는 협착부의 위치를 파악하는데는 수면 중 어느 단계이건 한 번의 촬영으로도 가능하다는 결론을 내릴 수 있겠다. 하지만 모니터를 하지 않을 경우 대부분 잠이 들고 곧 촬영을 하는 경우가 많으므로 NREM 수면, 그 중에서도 1, 2단계의 얕은 수면 때라는 것을 간과해서는 안 된다. 본 연구 결과에 따르면 얕은 잠에서 3, 4단계 NREM의 깊은 잠으로 가면 기도가 전반적으로 더 좁아지게 되고 REM 수면에 빠지게 되면 연구개부 보다는 설근부의 기도가 더 좁아지게 된다. 그러므로 이런 경우 연구개부의 협착만 있다고 생각하고 구개수구개인두성형술 등의 수술을 시행하였을 때 결과가 만족스럽지 못한 요인이 될 수 있다. 
   본 연구에서 기도의 collapsibility는 수면이 깊어짐에 따라 증가하는 것을 볼 수 있었고 REM 수면에서 가장 크게 나타났다. 특히 협착부에서 호흡에 따른 단면적 변화 정도가 더 큰 것을 확인 할 수 있었다. 상기도 내압을 동시에 측정하지 않아 compliance를 구하긴 어렵지만 이러한 단면적의 변화율이 상기도 compliance를 반영할 것으로 사료된다. 
   Rowley 등⁵⁾은 연구개부와 설근부²⁾에서 각각 굴곡내시경으로 촬영한 수면 단계에 의한 단면적 변화를 보고하였다. 측정한 부위에 따라 차이를 보였는데 우선 연구개부에서는 각성시보다 NREM 수면 때 단면적이 많이 감소하였으나 이후 REM 수면에는 더 이상의 감소는 없었다고 하였으며, 반면 설근부에서는 NREM 수면에서 감소하고 REM 수면에서 더더욱 감소하는 소견을 나타내었다. 본 연구에서도 연구개부는 2단계 수면에 비해 서파 수면에서 단면적이 크게 감소하였지만 REM 수면에서는 서파 수면에 비해 조금만 감소하는 양상을 나타내었다. 이에 비해 설근부에서는 서파수면, REM 수면에 걸쳐 모두 큰 폭으로 감소하는 것으로 나타나 Rowley 등⁵⁾의 연구와 일치하는 소견을 볼 수 있었다. 만약 신경-근 활동(neuromuscular activity)이 상기도 크기를 결정하는 가장 중요한 인자라면 REM 수면동안 악설근(genioglossus)같은 설근부 근육의 신경-근 활동은 감소할 지라도 구개부의 단면적을 결정하는 구개긴장근(tensor palatini)와 구개거상근(levator palatini) 등의 근육의 활동은 감소하지 않는다고 생각할 수 있다.⁶⁾⁷⁾ 그러나 이전의 보고에 따르면 이들 구개부 근육들의 신경-근 활동은 NREM 수면 동안 의미있게 감소하고⁸⁾⁹⁾ REM 수면 동안에는 없는 것으로 알려졌다.⁷⁾ 그러므로 구개부 상기도의 크기는 비신경-근활동(non neuromuscular activity)에 의해 결정되게 되는데 이것에는 기도 벽을 이루는 근육의 조직 특성,¹⁰⁾¹¹⁾ 결체 조직, 골 구조, 기관의 장력(caudal tracheal traction),¹²⁾ 조직 혈액 관류(tissue blood perfusion)¹³⁾ 등의 특성이 포함된다. Rowley 등²⁾은 REM 수면 동안 비인강으로의 혈류 유입이 증가하여 비인강 벽의 경도를 증가시킴으로써, 또는 익돌구(pterygoid hamulus)를 포함한 비인강 골 구조가 신경-근 활동이 감소된 기간동안 기도가 열려있도록 유지하는 작용을 할 것이라는 가설을 제시하였다. 설근부의 경우는 REM 수면 동안 악설근을 비롯한 다른 상기도 근육의 긴장도가 떨어지고, 음압에 대한 악설근 반사가 감소함으로써¹⁴⁾ 인두의 확장작용을 하는 악설근 활동이 떨어진 것이 단면적이 감소하는 이유로 들 수 있겠다. 이처럼 수면 단계는 상기도의 부위에 따라 다른 영향을 나타내므로 상기도의 어느 한 부분만을 떼어서 연구하여서는 전체적인 병태 생리를 파악하기 어렵다. 
   본 연구는 대상군 모두에서 전날 밤 수면을 제한하였는데 수면 박탈은 코골이와 수면으로 인한 호흡장애를 증가시키는 것으로 알려져 있다. Leiter 등¹⁵⁾은 수면박탈은 이산화탄소 재호흡(CO2 rebreathing)에 대한 악설근의 근전도 반응을 감소시키지만 이것은 단지 30세 이상에서만 그러하였다고 하였다. 본 연구에서는 대상군 모두가 20대로서 수면 박탈에 의한 영향은 적을 것으로 사료된다. 또한 Series 등¹⁶⁾은 상기도의 임계폐쇄압(critical closing pressure)은 24시간의 수면 박탈 후에도 바뀌지 않았으며, 이는 상기도 전체의 신경근 작용이 수면박탈 후에도 변화가 없음을 알 수 있었다.

결     론

   본 연구는 정상인을 대상으로 수면 단계에 따라 상기도 협착의 위치, 정도, 역학에 어떤 변화가 있는지 알아보고자 하였다. 그 결과 치료방법 선택이나 술 후 예후 예측에 있어 중요한 관심사인 상기도 협착부의 위치는 얕은 수면에서 깊은 수면, REM 수면으로 수면 단계가 진행함에도 불구하고 거의 일정하게 나타나는 것을 관찰할 수 있었다. 그러나 상기도의 협착 정도는 수면 단계가 진행함에 따라 심해지는 양상을 보였고, 연구개부와 설근부에서 그 정도의 차이가 있어 수면 단계는 상기도의 부위에 따라 다른 영향을 나타내는 것을 알 수 있었다. 호흡에 따른 상기도 단면적의 변화율(Collapsibility)도 수면이 진행함에 따라 증가하는 양상을 보였고 특히 최대 협착부에서의 변화가 더 심하였다.
   이는 수면 중 상기도의 움직임이 수면 단계의 영향을 받는다는 것으로 수면 중 어느 한 시점, 또는 어느 한 부위에서의 상기도 평가가 전체 수면 중의 병태 생리를 적절하게 반영하지 못할 수도 있다는 것을 시사한다.

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