교신저자：김보형, 380-060 충북 충주시 교현2동 620-5  건국대학교 의과대학 이비인후과학교실
              전화：(043) 840-8281 · 전송：(043) 843-6165 · E-mail：bhkim@kku.ac.kr

서     론

   Quinolone계 약물은 여러 종의 미성숙 동물에 독특한 독성이 있어 관절병증을 일으킬 수 있다는 것은 잘 알려진 사실이다. 여러 보고에 의하면 이러한 관절병증은 주로 무게를 받는 관절에서 나타나게되며 연골세포가 파괴됨으로 인해 증상이 나타나는 것으로 알려져 있다.¹⁾²⁾ 사람에 있어 치료용량의 Quinolone계 약물이 관절병증을 일으킨 경우는 극히 드물지만, 여러 실험에서 보고된 이러한 독성으로 인해 유소아 뿐만 아니라 임산부 및 수유중인 환자에서도 사용이 금기시 되고 있다.³⁾⁴⁾
   Quinolone계 약물을 사용함으로써 나타나는 관절병증은 주로 관절연골을 침범하는 것으로 알려져 있는데, 오래 전부터 사용되어져 왔던 Pipemidic acid, Cinoxacin, Oxalinic acid, Nalidixic acid 뿐만 아니라 최근에 개발된 Cipropfloxacin, Norfloxacin, Ofloxacin, Difloxacin등도 이러한 병변을 일으키는 것으로 보고되고 있다.^5)6)7)8)9)
   지금까지 보고된 Quinolone계 약물에 의한 관절병증의 연구는 주로 정형외과 영역의 슬관절이나 고관절에서 주로 시행되어져 왔다. 저자들은 Ciprofloxacin을 이용하여 Quinolon계 약물이 이비인후과 영역의 소관절에도 변화를 일으키는지 관찰하고자 Ciprofloxacin을 미성숙 흰쥐에 전신 투여한 후 광학현미경 및 투과전자현미경을 이용하여 중이내 침추골 관절에 형태학적 변화를 야기시키는지, 그리고 뇌간유발 청력검사를 이용하여 청력에 변화가 일어나는지의 여부를 정상 대조군과 비교 관찰하고자 본 실험을 시행하였다.

재료 및 방법

실험동물
   출생 3주령으로 평균체중이 70 g 내외인 중이감염의 증거가 없으면서 음향성 자극이나 이독성 약물에 노출된 경력이 없는 건강한 미성숙 흰쥐 10마리를 이용하여 실내온도 23°C, 실내습도 50%의 소음이 없는 환경에서 실험하였다.

방 법

Ciprofloxacin의 투여
   실험동물을 각각 5마리씩(10귀) 실험군과 정상 대조군으로 나누었으며, 실험군에서는 고농도로 농축된 Ciprofloxacin(100 mg/ml)을 복강 내로 200 mg/kg로 10일간 주사한 후 72시간 후에 희생시켰으며, 대조군은 특별한 처치 없이 같은 시기에 희생시켰다.

청력 역치의 측정
   실험 전과 실험 후 각각 뇌간유발청각계기(Neuropack 8, Japan)를 사용하여 auditory brainstem response(ABR)의 파형 및 역치를 구하였다.

광학현미경 및 전자현미경 표본의 관찰
   대조군 및 실험군 흰쥐를 Ether 마취하에 관류고정(4% paraformaldehyde)을 시행하여 수술현미경 하에서 이소골을 적출한 후 4% paraformaldehyde로 24시간 고정후, 10% EDTA에서 1주 동안 탈회하였다. 탈회된 이소골을 통상적인 전자현미경 블록제작 과정을 거쳐 epon812에 포매하여 1 μm 두께의 박절편을 만들어 toluidine blue로 염색한 후 광학현미경하에 침추골 관절을 관찰하였으며, 200 A° 두께로 초박절편을 만들어 uranyl acetate와 lead citrate로 염색하여 투과전자현미경(Joel 1200 EX II, Japan)으로 관찰하였다.

결     과

ABR 결과
   실험 전 ABR 역치 검사는 평균 13 dB로 정상 청력 역치를 보이고 있었다. Ciprofloxacin을 투여한 후 검사에서는 평균 31 dB로 청력 역치의 상승을 보였으나(p<0.05)(Fig. 1), 파형의 전체적 모양은 실험 후에도 비교적 잘 유지되고 있었다.
   115 dB SPL의 ABR 파형의 검사상 4~5개의 peak를 관찰할 수 있었는데, 첫 번째 파형(Wave I)의 latency가 실험 전에서는 1.24±0.20 msec인 것에 비해 Ciprofloxacin을 투여한 실험 후에서는 1.61±0.28 msec로 증가된 소견을 보였다(p<0.05)(Fig. 2). 첫 번째 파형과 세 번째 파형의 interval(I~III)은 실험 전에는 2.61±0.24 msec, Ciprofloxacin을 투여한 실험 후에서는 2.64±0.42 msec로 구 군간에 차이가 없었다(p>0.05)(Fig. 3).

광학현미경 및 투과전자현미경 소견
   광학현미경상 정상 대조군에서는 매끄럽고 균일하게 염색되는 관절표면을 관찰할 수 있었으나(Fig. 4), Ciprofloxacin 투여군에서는 균질하지 못하고 파괴된 관절표면과 불규칙한 염색, 기질의 종창 및 연골내 고랑의 형성 등이 관찰되었다(Fig. 5).
   전자현미경 관찰에서는 대조군에 비해 Ciprofloxacin 투여군의 연골세포에서 응축된 핵과 세포돌기의 감소, 세포질내 공포형성 등을 관찰할 수 있었다(Figs. 6 and 7). 위에서 나타난 광학현미경 및 투과전자현미경 소견은 정도의 차이는 있었으나 실험군인 5마리(10귀) 모두에서 관찰되었다.

고     찰

   Quinolone계 약물은 여러 종의 미성숙 동물에 관절병증을 일으킬 수 있는 것으로 알려져 있으므로 적응증은 주로 성인에 국한해서 사용되고 있다.¹⁾²⁾ 그러나 P. aeruginosa 감염과 같이 다른 종류의 약물에 내성을 보이는 경우 선택적으로 유소아에서도 Quinolone계 약물이 사용되어지고 있으며 특히 Quinolone계 약물의 점이액은 효과가 탁월함으로 인하여 보편적으로 많이 사용되어지고 있다.¹⁰⁾¹¹⁾
   사람에 있어서 Quinolone계 약물에 의한 관절병증의 빈도는 실험적 결과와는 달리 드물게 보고되고 있는데 Chysky 등¹²⁾은 Ciprofloxacin을 사용한 유소아의 1.3%에서만 관절병증이 나타난 것으로 보고하였다. 건강한 성인에서 이러한 관절병증은 보고된 바가 적고, 약물의 종류에 따라서도 그 연골독성이 서로 달라 Pertuiset 등¹³⁾의 보고에 의하면 cystic fibrosis 환자 중 Pefloxacin을 사용한 경우 14%에서 관절병증이 발견되었지만 Ofloxacin을 사용한 경우 거의 관절병증이 나타나지 않는 것을 관찰하였다.
   Quinolone계 약물에 의해 유발되는 관절병증에 대한 연구는 주로 무게를 받는 관절인 슬관절이나 고관절에서 이루어져 왔는데, 미세형태학적으로 광학현미경상 관절연골의 종창, 연골세포의 괴사 및 밀도의 감소, 기질세포의 감소, 교원섬유의 감소, proteoglycans의 소실 및 연골 내 고랑의 형성 등이 보고되었으며,^1)14)15) 전자현미경상 연골세포의 퇴화, 연골세포 내 공포의 형성, 미토콘드리아의 종창, 고밀도의 핵 및 세포질의 형성 등이 보고되고 있다.^1)16)19)
   최근에 보고된 여러 연구에 의하면 마그네슘의 결핍에 의하여서도 Quinolone계 약물에 의해 유발되는 관절병증과 유사한 미세형태학적 변화가 나타나는 것으로 알려져 있는데, 이러한 연구로 미루어보아 Quinolone계 약물에 의한 관절병증의 기전은 Quinolone계 약물이 마그네슘과 결합하여 안정된 Quinolone-magnesium 복합체를 형성함으로써 연골의 세포외 기질에서 마그네슘결핍 및 전해질 불균형을 유발하게되고 관절연골에서 마그네슘의 결핍은 integrin receptor에 의해 매개되는 연골세포-기질 상호작용의 장애를 초래하여 관절병증을 유발하는 것으로 생각되어지고 있다.^{1)4)14)17)20)}
   Ciprofloxacin에 의한 침추골 관절의 미세형태학적 변화를 관찰한 본 연구에서 광학현미경상 균질하지 못하고 파괴된 관절표면과 불규칙한 염색, 기질의 종창 및 연골내 고랑의 형성 등이 관찰되었으며, 전자현미경상 연골세포에서 응축된 핵과 세포돌기의 감소, 세포질내 공포형성 등이 관찰되어 Ciprofloxacin에 의해 침추골 관절에서도 관절병증이 나타나는 것을 관찰할 수 있었다.
   이러한 침추골관절의 병적인 변화는 청력에도 영향을 미쳐 Ciprofloxacin 투여 후에 평균 31 dB의 청력 역치를 보이는 청력의 감소를 나타냈으며, ABR 파형의 관찰에서는 파형의 전체적 모양은 비교적 잘 유지되고 있었지만 첫번째 파형(Wave I)의 latency가 증가를 보이며 첫 번째 파형과 세 번째 파형의 interval(I~III)에는 차이가 없는 결과를 나타내어 Ciprofloxacin 투여로 인한 청력 역치의 증가가 전음성 난청으로 인해 나타난 것임을 추정할 수 있었다.
   이러한 결과는 Quinolone계 약물인 Ciprofloxacin을 미성숙 동물에게 사용했을 경우 이비인후과 영역의 소관절인 침추골 관절에도 관절병증을 유발시킬 수 있으며 이러한 관절병증은 전음성 난청을 초래할 수 있음을 추정할 수 있었다.

결     론

   이비인후과 영역에서 Quinolone계 약물은 경구나 이용액 등으로 쉽게 처방할 수 있는 약제이다. 이전에 보고된 여러 논문과 본 실험의 결과로 미루어 보아 유소아에서 사용했을 경우 고관절이나 슬관절 뿐만 아니라 침추골관절에도 관절병증을 유발하여 전음성 난청을 유발시킬 가능성이 있음을 추정할 수 있다. 그러므로 유소아에서는 가능한 처방을 피해야 하고 부득이 꼭 처방이 필요한 경우에는 세심한 주의와 충분한 설명 후에 처방하는 것이 필요할 것으로 사료된다.

1. Stahlmann R, Forster C, Shakibaei M, Gunther T, Merker H-J, Vorman J, et al. Magnesium deficiency inducedjoint cartilage lesion in juvenile rat which are identical to quinolone-induced arthropathy. Antimicrob Agents Chemother 1995;39:2013-18.

2. Burkhardt JE, Hill MA, Carlton WW. Morphological and biochemical changes in articular cartilages of immature beagle dogs dosed with difloxacin. Toxicol Pathol 1992;20:246-52.

3. Adam D. Use of quinolones in pediatric patients. Rev Infect Dis 1989;11:1113-6.

4. Stahlmann R, Forster C, Van Sickle DC. Quinolones in children: Are concerns over arthropathy justified? Drug safety 1993;9:397-403.

5. Ingham B, Brentnall DW, Dale EA, MacFadzean JA. Arthropathy induced by antibacterial fused N-alkyl-3-pyridone-carboxylic acid. Toxicol Lett 1977;1:21-6.

6. Howard LC, Van Sickle DC, Deshmuckh K, Griffing DJ, Owen NV. Cinoxacin induced arthropathy in juvenile beagle dogs. Toxicol Appl Pharmacol 1979;48:A145.

7. Tatsumi H, Senda H, Yatera S, Tekemoto Y, Yamayoshi M, Ohnishi K. Toxicological studies on pipemidic acid V: Effect on diarthrodial joints of experimental animals. J Toxicol Sci 1978;3:357-67.

8. Schlulter G. Toxicology of ciprofloxacin. Proc Excerpta Medica 1986;61-70.

9. Kato M, Onodera T. Morphological investigation of cavity formation in articular cartilage induced by ofloxacin in rat. Fundam Appl Toxicol 1988;11:110-9.

10. Simpson KL, Markham A. Ofloxacin otic solution: A review of its use in the management of ear infections. Drugs 1999;58:509-31.

11. Ohyama M, Furuta S, Ueno K, Katsuda K, Nobori T, Kiyota R, et al. Ofloxacin otic solution in patients with otitis media: An analysis of drug concentrations. Arch Otolaryngol Head Neck Surg 1999;125:337-430.

12. Chysky V, Kapila K, Hullmann R, Arcieri G, Schacht P, Echols R, et al. Safety of ciprofloxacin in children: Worldwide experience based on compassionate use. Infection 1992;19:289-96.

13. Pertuiset E, Lenoir G, Jehanne M, Douchian F, Guillot M, Menkes CJ. Tolerance articulaire de la pefloxacine et de l'ofloxacine chezles enfants et adolescents atteints de ucoviscidose. Rev Rhum 1989;56:735-40.

14. Forster C, Kociok K, Shakibaei M, Merker HJ, Vormann J, Stahlmann R, et al. Integrin on joint cartilage chondrocytes and alterration by ofloxacin or magnesium deficiency in immature rars. Arch Toxicol 1996;70:261-70.

15. Alison M, Bendele, James F, Hulman F, Harvey AK, Hrubey PS, et al. Passive role of articular chondrocytes in quinolone-induced arthropathy in guinea pigs. Toxicol Pathol 1990;18:304-12.

16. Gough AW, Kasali OB, Sigler RE, Baragi V. Quinolone arthropathy: Acute toxicity to immature articular cartilage. Toxicol Pathol 1992;20:435-49.

17. Vormann J, Forster C, Zippel U, Lozo E, Günther T, Merker HJ, et al. Effect of magnesium deficiency on magnesium and calcium content in bone and cartilage in developing rats in correlation to chondrotoxicity. Calcif Tissue Int 1997;61:230-8.

18. Douglas D, Sharpnack, Patrick J, Mastin, Childress CP, Henningsen GM. Quinolone arthropathy in juvenile New Zealand white rabbits. Lab Animal Science 1994;44:436-42.

19. Burkhardt JE, Hill MA, Turek JJ, Carlton WW. Ultrastructural changes in articular cartilage of immature beagle dogs dosed with difloxacin, a fuuoroquinolon. Vet Pathol 1992;29:230-8.

20. Stahlmann R, Förster C, Shakibaei M. Decrease of β1-integrins in cartilage from juvenile rats after ofloxacin treatment. Arch Pharmacol 1993;348(Suppl):R170.