서     론

   기계문명의 발달에 따라 주변 생활의 소음은 계속 증가하고 있으며 이로 인한 소음성 난청은 중요한 사회문제로 부각되고 있다.
   그 동안 소음에 의한 내이손상의 기전에 대하여 여러 가설들이 제시되었다. 그 중 와우혈류의 감소와 이에 동반하는 유리산소기의 발생이 소음에 의한 내이손상에 있어 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있다.¹⁾²⁾ 즉 소음에 의한 세포내 칼슘농도의 증가는 와우혈관의 투과성 항진과 혈관수축을 초래하며,³⁾ 와우혈류량의 감소에 따른 조직의 허혈과 유리산소기의 발생이 내이손상을 가속화시킨다.²⁾ 이를 근거로 세포내 칼슘농도의 증가를 억제시키고 형성된 유리산소의 제거를 통하여 소음에 의한 와우손상을 예방하려는 시도들이 있었다.²⁾⁴⁾
   고려홍삼에서 추출한 사포닌(Korean red ginseng saponin)은 다양한 ginsenosides로 이루어진 복합체로서 혈관이완 작용과 유리산소기의 제거효과가 있는 것으로 알려져 있다.⁵⁾ 이에 저자들은 소음에 의한 내이손상이 와우혈류의 감소와 유리산소기의 형성을 통하여 초래된다면 홍삼 사포닌이 소음으로 인한 와우손상을 예방할 수 있을 것이라는 가정하에 본 실험을 시행하였다.

재료 및 방법

실험동물

   이경검사상 정상고막을 가지며 정상 청성뇌간유발반응을 보이는 200~300 gm의 기니픽 12마리를 사용하였다. 사포닌을 투여하지 않고 소음에 노출시킨 6마리를 사포닌 비투여군으로 하였고, 사포닌으로 전처치 후에 소음에 노출시킨 6마리를 사포닌 전처치군으로 하였다.

청성뇌간유발반응 청력검사

   청성뇌간유발반응의 역치는 방음실(IAC1603A-CT)내에서 Cadwell사의 Quantum 84를 사용하여 측정하였다. 자극음은 rarefaction phase의 broad band click(100~3000 Hz)을 반복율 11.29 Hz로 insert earphone을 통하여 주었다. 마취는 ketamine hydrochloride 30 mg/kg를 근육주사하였고 필요시 15 mg/kg를 추가로 주사하였다. 검사중에 기니픽의 직장체온은 37°C이상, 심박동수는 210 ~270회/분으로 유지하였다.
   소음노출 전에 청성뇌간유발반응 역치를 측정하여 기준역치(baseline threshold)로 삼았고 소음노출이 끝난 직후와 소음노출 후 3시간, 6시간, 12시간과 24시간에 역치를 측정하여 비교하였다.

홍삼사포닌의 투여

   사포닌 전처치군에서는 홍삼사포닌 100 mg/kg을 소음에 노출시키기 3일 전부터 매일 일회 3일간 복강내 투여하였고 소음노출 30분 전과 소음노출 6시간 후에 추가로 투여하였다.
   홍삼사포닌은 6년근 고려홍삼으로부터 추출한 조사포닌으로서 주성분은 protopanaxadiol(PD) 사포닌과 protopanaxatriol(PT) 사포닌으로 조성비는 PD/PT＝1.55였다.

소음자극

   실험동물을 115 dB, 1500 Hz의 협역대역소음(narrow band noise, 1260~1780 Hz)에 12시간 노출시켰다. 소음원은 순음청력검사기(GSI 16)에 증폭기(Inkel RX-4010 R)와 2개의 스피커(Inkel ISP-103R)를 연결하여 사용하였다. 철망으로 만들어진 11×20×8 cm(가로×세로×높이)의 동물우리 속의 소음강도는 모서리를 포함한 9곳에서 1dB 이내의 차이를 보였다.

주사전자현미경 표본제작

   소음노출 24시간 후에 각 군에서 2마리씩 희생하여 와우를 노출시켰다. 등골을 와우의 난원창으로부터 분리한 뒤 와우의 첨단을 개방하고 4°C 2.5% glutaraldehyde(pH 7.2) 고정액으로 관류하였다. 고정액 속에서 pick, microforceps 등을 이용하여 와우의 기저회전부에서 첨단회전부까지 골와우각, 혈관조, 전정막, 개막의 순서로 제거하였다. 4°C에서 12시간 침수고정한 뒤 탈수와 금도금과정을 거쳐 주사전자현미경(Hitach S2500)하에서 관찰하였다.

통계학적 검정

   통계학적 검정은 SPSS 통계프로그램(version 9.0)을 이용하였다. 두 군의 시간에 따른 역치변화의 차이를 검정하기 위하여 반복측정분산분석(repeated measures ANOVA)을 시행하였고, 두 군간의 시간별 비교분석에는 비모수 검정의 Mann-Whitney 검정을 이용하였다.

결     과

청성뇌간유발반응 청력검사

   사포닌 비투여군과 사포닌 전처치군 모두에서 소음노출 직후에 최대의 역치상승을 보였으며 시간이 경과함에 따라 서서히 회복되는 양상이었다. 사포닌 전처치군과 사포닌 비투여군간에 기준역치의 차이는 없었다. 기준역치와 비교하여 사포닌 비투여군에서는 소음노출 직후와 소음노출 3시간, 6시간, 12시간, 24시간 후에 유의한 역치상승을 보였고, 사포닌 전처치군에서는 소음노출 직후와 3시간 후에 유의한 역치상승을 보였다(p<0.05). 사포닌 전처치군은 소음노출 직후와 소음노출 3시간, 6시간, 12시간, 24시간 후에 사포닌 비투여군과 비교하여 역치상승의 정도가 적었다(p<0.05)(Fig. 1).

주사전자현미경 소견

   사포닌 비투여군과 사포닌 전처치군 모두에서 난원창으로 부터 1.5 회전부근에서 와우 외유모세포의 변화를 관찰할 수 있었다. 사포닌 비투여군에서는 외유모세포의 바깥열에서 부동모들의 배열이 전반적으로 불규칙해졌고 부동모의 소실, 단축, 융합과 같은 퇴행성 변화를 보였다(Fig. 2). 사포닌 전처치군에서는 외유모세포 바깥열의 배열은 유지되었으나 고배율상에서 부동모들이 휘어지고 융합된 소견을 관찰할 수 있었다(Fig. 3). 외우 내유모세포와 다른 회전에서 외유모세포의 변화는 관찰되지 않았으며, 개체수가 적어 두 군간에 정량적인 비교는 시행하지 않았다.

고     찰

   소음에 의한 와우 유모세포의 손상은 직접적인 기계적 손상, 혈액순환장애 또는 세포막투과성의 변화에 의한 대사장애 등에 기인하는 것으로 알려져 있다.³⁾
   소음에 의한 와우혈류의 감소는 소음노출 후 와우혈관의 병리조직학적 변화,¹⁾⁶⁾ 현미경을 통한 말초혈관의 직접적인 관찰⁷⁾⁸⁾ 그리고 laser doppler flowmetry를 이용한 와우혈류의 변화⁹⁾¹⁰⁾ 등을 통하여 연구되었으며, 와우혈류의 감소에 따르는 허혈과 유리산소기의 형성이 소음에 의한 내이손상의 한 기전으로 제시되고 있다.²⁾¹¹⁾
   소음에 의해 와우혈류가 감소하는 현상은 칼슘이온의 세포내 유입에 의하는 것으로 알려져 있으며, Goldwyn과 Quirk³⁾은 칼슘통로의 차단약제인 verapamil을 투여하였고 Attias 등¹²⁾은 칼슘이온농도에 영향을 미치는 마그네슘을 투여하여 이를 간접적으로 증명하였다.
   한편 Seidman 등²⁾은 항산화제인 superoxide dismutase-polyethylene glycol과 allopurinol을 투여하여 소음에 의한 청력감소를 경감시킬 수 있었고, Yamane 등¹¹⁾은 소음에 의해 혈관선조의 혈류감소와 유리산소기의 형성을 보고하였다.
   홍삼 사포닌의 주된 성분은 triterpenoid계열의 dammarane계 사포닌으로 인삼속 식물에만 존재한다.⁵⁾ Dammarane계 사포닌은 비당부분에 붙어 있는 수산화기의 수에 따라 protopanaxadiol사포닌과 protopanaxatriol사포닌으로 구분하며 다양한 ginsenosides로 구성된 혼합물이다.⁵⁾ 많은 연구를 통하여 홍삼 사포닌의 효과가 알려져 있으나 일부 ginsenoids의 약리작용만이 밝혀져 있다.¹³⁾ 홍삼 사포닌은 세포내로 칼슘이온 유입의 억제,¹⁴⁾ norepinephrine에 의한 혈관수축에 길항작용,¹⁵⁾ 세포막에 대한 칼슘이온 결합력의 저해, 혈관내피에서 유리되는 일산화질소의 항진,¹⁶⁾ prostacyclin과 thromboxane A 2 비율(PGI2/TXA2)의 증가를 통한 혈관이완작용,¹⁷⁾ 항산화효소의 증가를 통한 항산화작용¹⁸⁾등의 효과가 보고되었다.
   저자들은 칼슘이온의 세포내 유입을 통한 와우혈류의 감소와 유리산소기의 증가가 소음에 의한 와우손상의 기전으로 작용한다면 홍삼 사포닌이 이를 예방할 수 있을 것으로 생각하였으며 이를 간접적으로 증명할 수 있었다.
   그러나 본 실험에서 청성뇌간유발반응 역치의 상승은 주로 가역적이며 일시적 청력역치의 상승(temporary threshold shift)을 반영하는 것으로서 영구적 청력역치의 상승(permanant threshold shift)의 정도는 관찰기간이 짧아 정확히 평가할 수 없었다.
   영구적 청력역치의 상승은 와우의 형태학적 변화를 통하여 예측해 볼 수 있다. 본 실험에서 1500 Hz 협역대소음은 와우 1.5회전부근에 국한하여 외유모세포의 손상을 초래하였다. 이는 주로 소음에 의한 직접적인 기계적 손상을 반영하는 것으로 생각되며, Lim과 Melnich¹⁹⁾이 보고한 바와 같이 와우 외유모세포의 손상이 주어진 소음의 주파수에 관련되어 있음을 나타낸다.

결     론

   소음으로 인한 와우손상에 있어 홍삼 사포닌의 예방적 효과를 관찰하기 위하여 기니픽에서 홍삼 사포닌으로 전처치한 뒤 소음에 노출시켜 청력역치의 변화와 와우의 형태학적 변화를 관찰하였다. 실험의 결과 홍삼 사포닌은 소음에 의한 역치의 상승과 와우의 형태학적 변화를 경감시켜줄 수 있었다. 그러나 인간에서 볼 수 있는 소음성 난청의 모델로서 보다 장기적인 소음노출과 관찰기간이 필요할 것으로 생각된다.

REFERENCES

1. Vertes D, Axelsson A, Lipscomb M. Some vascular effects of noise exposure in the chinchilla cochlea. Acta Otolaryngol 1979;88:47-55.

2. Seidman MD, Shivapuja BG, Quirk WS. The protective effects of allopurinol and superoxide dismutase on noise-induced cochlear damage. Otolaryngol Head Neck Surg 1993;109:1052-6.

3. Goldwyn BG, Quirk W. Calcium channel blockade reduces noise-induced vascular permeability in cochlear stria vascularis. Laryngoscope 1997;107:1112-6.

4. Deepak P. New strategies for prevention and treatment of noise-induced hearing loss. The Lancet 1998;352:1240-2.

5. Nam KY. Composition and pharmacokinetics of Panax ginseng. 1st ed. Taejon: Korean Ginseng Research Press;1996.

6. Axelsson A, Vertes D, Miller J. Immediate noise effects on cochlear vasculature in the guinea pig. Acta Otolaryngol (Stockh) 1981;91:237-46.

7. Hawkins JE. The role of vasoconstriction in noise-induced hearing loss. Ann Otol Rhinol Laryngol 1971;80:903-13.

8. Hultcrantz E. The effect of noise on cochlear blood flow in the conscious rabbit. Acta Physiol Scand 1979;106:26-37.

9. Thorne PR, Nuttall AL. Laser doppler measurements of cochlear blood flow during loud sound exposure in the guinea pig. Hearing Research 1987 ;27:1-10.

10. Okamoto A, Tamura T, Yokoyama K, Kobayashi N, Hasegawa M. Effect of loud sound exposure in the cochlear blood flow. Acta Otolaryngol (Stockh) 1990;109:378-82.

11. Yamane H, Nakai Y, Takayma M, Konishi K, Iguchi H, Nakagawa T, et al. The emergence of free radicals after acoustic trauma and strial blood flow. Acta Otolaryngol (Stockh) 1995;519:87-92.

12. Attias J, Joachim Z, Ising H, Bresloff I. Prophylactic effect of magnesium in noise induced hearing loss. In: Prasher D, Luxon L., editors. Biological effects of noise. London: Whurr Publishers;1998. p.173-81.

13. Nam KY, Ko SR, Choi KJ. Relationship of saponin and non-saponin for the quality of ginseng. J Ginseng Res 1998;22:274-83.

14. Chang SJ, Suh JS, Jeon BH, Nam KY, Park HK. Vasorelaxing effect by protopanaxatriol and protopanaxadiol of Panax ginseng in the pig coronary artery. Korean J Ginseng Sci 1994;18:95-101.

15. Ryu YH, Kang DH. The effect of Panax ginseng alcohol extract on the contractility of vascular smooth muscle. Yonsei Med 1981;14:148-55.

16. Jeon BH, Kim HS, Chang SJ. Effect of saponin and non-saponin of Panax ginseng on the blood pressure in the renovascular hypertensive rats. J Ginseng Res 1999;23:81-7.

17. Tamura Y, Hirai A, Terano T, Tahara K, Saitoh S, Kondo S, et al. Effect of Korean red ginseng on eicosanoid biosynthesis in platelets and vascular smooth muscle cells. In：Korean Ginseng and Tabacco Research Institute. Proceedings of the 6th International Ginseng Symposium; 1993 September 6-9; Seoul Korea: Korean Ginseng Research Press;1993. p.28-9.

18. Kim JS, Kim KW, Choi KJ, Kwak YK, Im KS, Lee KH, Chung HY. Screening of antioxidative components from red ginseng saponin. Korean J Ginseng Sci 1996;20:173-8.

19. Lim DJ, Melnick W. Acoustic damage of the cochlea: A scanning and transmission. electron microscopic observation. Arch Otolaryngol 1977;94:294-305.