Experimental Study of Laryngeal Chemoreflex in Puppies.

Park, Han Q; Kim, Kwang Moon; Hong, Won Pyo; Kim, Young Ho; Kim, Myung Sang; Kim, Dong Young

Korean Journal of Otorhinolaryngology-Head and Neck Surgery > Volume 42(12); 1999 > Article

Original Article

Korean Journal of Otorhinolaryngology-Head and Neck Surgery 1999;42(12): 1547-1554.

Experimental Study of Laryngeal Chemoreflex in Puppies.

Han Q Park, Kwang Moon Kim, Won Pyo Hong, Young Ho Kim, Myung Sang Kim, Dong Young Kim

Department of Otorhinolaryngology, Yonsei University College of Medicine, Seoul, Korea. kmkim97@yumc.yonsei.ac.kr

강아지의 후두화학반사에 대한 실험적 연구

박한규 · 김광문 · 홍원표 · 김영호 · 김명상 · 김동영

연세대학교 의과대학 이비인후과학교실

주제어: 후두화학반사ㆍ후두내전반사ㆍ상후두신경ㆍ신경 성숙.

ABSTRACT

BACKGROUND AND OBJECTIVES:
Mechanical or chemical stimulation of the supraglottic mucosa may result in either or both of two responses: the laryngeal adductor reflex response (LAR), which causes glottic closure, and the laryngeal chemoreflex (LCR), which results in centrally mediated apnea, hemodynamic instability and swallowing. Exaggeration of this normally protective reflexes is thought to be responsible for several disorders, including the sudden infant death syndrome (SIDS).
MATERIALS AND METHODS:
The supraglottic laryngeal mucosa which was topically stimulated by saline, distilled water, cow's milk and acid at pH 1.0 was introduced in 14 anesthetized puppies of three different age groups. In group I, four puppies were 2-weeks-of-age, and in group II and III, five puppies were 4 and 6-weeks-of-age, respectively. RESULT: 1) Strong acid (pH 1.0) induced the LCR response.20) After stimulating, respiration was depressed initially, followed by later hyperventilation. We found strong contraction or laryngospasm of thyroarytenoid (TA) muscle after a short period of latency. 3) Respiration was not, or minimally depressed in group I. Moderate depression or apnea was elicited in group II and III. 4) After stimulating, the heart rate was reduced, but it had no statistical meaning. 5) We found 3 types of TA muscle contraction pattern. Type I showed no laryngospasm, but large contraction wave was noted by EMG. Type II showed no laryngospasm, but strong contraction was noted initially and followed by some large waves by EMG. Type III showed laryngospasm that was visible to the naked eye and by EMG. 6) Peak to peak amplitude differences of TA muscle were significantly increased statistically in all age groups.
CONCLUSION:
We suggest that the LCR is an age-dependent response which is absent in very young puppies before 2 weeks and appears after that age. Thus, it has important implications that postnatal neural maturation may influence laryngeal reflex to some extent.

Keywords: Laryngeal chemoreflexㆍLaryngeal adductor reflex responseㆍSuperior laryngeal nerveㆍPostnatal neural maturation

서론 성문상부의 점막에 존재하는 촉각수용체(tactile receptors)를 화학적 혹은 기계적으로 자극하거나 상후두신경을 직접 전기 자극할 때에는 두 가지의 반응이 야기될 수 있다. 첫째가 후두내전반사(laryngeal adductor reflex response, LAR)로서 다접합뇌간반응(polysynaptic brain stem response)인 성문폐쇄를 일으키는 반사이며,1) 두 번째 반응은 후두화학반사(laryngeal chemoreflex, LCR)로서 이 반사의 영향으로 중추성 무호흡과 혈류역학적 변화 및 연하작용 등이 일어나게 된다. 이렇듯 정상적으로는 하기도의 방어기능을 담당하는 원시적인 반응인 후두반사반응이 어떤 원인에 의해서건 과장되거나 과민해지는 경우에는 경련성 발성장애(spastic dysphonia), 특발성 후두경련(idiopathic laryngospasm), 유아기 무호흡(apnea of infancy), 반사성 무호흡(reflex apnea), 말더듬증(stuttering) 및 급성영아사망증후군(sudden infant death syndrome) 등의 여러 가지 질환의 발생에 원인이 되는 것으로 생각되고 있다.2)3) 후두화학반사에 의한 성문폐쇄, 연하작용, 무호흡 및 심혈류 변화 등의 반응은 출생 후 성숙과정에서 변이가 일어난다고 보고된 바 있으며 특히 출생 직후의 어린 동물에서 더욱 민감하게 나타나는 것으로 알려져 있다. 또한 화학적인 자극을 일으키는 자극물질의 종류에 따라서도 반응에 차이가 있는 것으로 보고되고 있다. 따라서 미성숙 동물을 대상으로 이러한 차이가 있는지 확인해 봄으로써 미성숙 동물에 있어서 후두화학반사의 양상을 알아볼 필요가 있다. 저자들은 미성숙 잡견을 이용하여 후두화학반사 반응을 여러 가지 자극물질을 변화시키면서 측정하여 그 결과를 비교 검토해 봄으로써 강아지 나이에 따른 후두화학반사의 변화를 알아보고자 본 연구를 계획하였다. 재료 및 방법 실험동물 및 준비과정 생후 2주, 4주 및 6주의 미성숙 잡견을 각각 4마리, 5마리, 5마리씩 실험동물로 이용하였다. 황산 아트로핀의 투여로 전처치한 후 ketamine을 10 mg/kg로 근육내 주사하여 마취를 유도하였다. 마취의 유지는 대퇴정맥에 확보된 수액경로를 통하여 소량의 케타민을 매 30분마다 추가 주입함으로써 유지하였다. 마취된 강아지를 앙와위로 고정시킨 후 전경부의 중앙선에 설골에서부터 흉골병에 이르기까지 피부를 중앙 절개하여 후두와 기관을 노출시켰다. 기관하부에 기관절개술을 시행하고 풍선이 있는 3.5 내지 4.0 mm의 기관내 튜브를 삽입하였다. 상후두신경의 내지를 다치지 않도록 주의하면서 갑상설골막을 수평절개하고 갑상연골을 절흔으로부터 윤상갑상막에 이르기까지 수직 절개하였으며 이때 양측 성대가 손상되지 않게 하였다. 절단된 갑상연골 날개를 좌우로 벌려 견사로 견인 고정하여 후두의 내부를 노출시켰다. 후두화학반사 반응의 정도를 알기 위해 호흡상태 및 심박동을 측정하였고 후두 갑상피열근에 대한 근전도 등도 같이 시행하였으며 이것은 MP100A data acquisition system(BIOPAC system, Inc. Santa Barbara, California, U.S.A.)과 Biopac's Acqknowledge software를 이용하였다. 갑상피열근에 대한 근전도의 기준 전극 및 접지 전극은 전경부의 피대근(strap muscle)에 부착하였으며 2심형의 동심형침전극(bipolar concentric needle electrode)을 우측 갑상연골을 관통하여 우측 갑상피열근에 삽입하였다(Fig. 1). 이때 근전도 침전극이 후두내의 점막을 손상시키지 않게 주의하였으며 근전도 기계인 Nicolet Viking Ⅳ plus(Nicolet Biomedical, Inc. Madison, Wisconsin, U.S.A.)에 연결하였다. Nicolet Viking Ⅳ plus의 근전도 결과는 60 Hz filter를 사용하였으며 band filter는 100∼300 Hz로 설정하였다. Nicolet Viking Ⅳ plus는 UIM100 A Universal interface module 및 MP100A data acquisition unit에 연결하여 자료분석을 서로 공유할 수 있게 하였다. 후두화학반사 반응시 호흡상태를 알기 위해 TSD101A Respiratory effort transducer를 이용하였으며 이것을 강아지 복부에 밀착하여 고정하였다. TSD101A는 RSP100 Respiration pneumogram amplifier에 연결하여 UIM100A Universal interface module 및 MP100A data acquisition unit에 연결하였다. 또한 심박동의 변화를 알기 위해 심전도 표면전극을 우측 및 좌측 늑골 바로 아래, 좌측 다리에 각각 부착하여 심박동 기계를 통하여 MP100 A data acquisition unit에 연결되도록 하였다. 마취깊이 기관절개공을 통해 isoflurane과 산소(2.5 L/min)의 혼합물을 투여하였으며, 마취의 깊이는 상기 혼합물을 적절히 조절함으로써 일정하게 유지하였다. 후두화학반사를 유도하기 위해 다양한 물질을 투여하는 시기는 마취깊이 삼등급(level Ⅲ) 정도로 자가호흡이 있으면서 각막반사가 소실된 직후로 하였다. 이때 개의 호흡상태를 살펴보면 자가호흡이 있으면서 호기 시 갑상피열근의 수축을 관찰할 수 있는 상태였으며 후두에 대한 경도의 기계적 자극에 대해 기침반사, 호흡 및 후두근의 변화는 없었다. 각각의 개에 대해 이런 정도의 마취에 필요한 isoflurane의 농도는 다양하였지만 약 0.5% 내지 1.0%이었다. 성문상부 점막의 자극 및 반응의 측정 적절한 마취깊이에 도달되면 성문상부의 점막에 생리 식염수, 증류수, 우유 및 강산 등의 물질을 주입하여 화학적 자극을 유도하였으며 각 자극물질에 대해 2번씩 시행하였다. 상기 실험 전에 pH 2.0, 1.5, 1.0 등의 여러 산도의 강산을 이용한 실험을 시행하였으며 pH 1.0에서 결과가 일정하게 나와 강산의 자극 산도를 pH 1.0으로 정하였다. 강산은 1노르말(N) HCl을 0.9% 염화나트륨으로 적정하여 pH 1.0으로 맞추었으며 Benchtop pH/ISE meters(Orion Research Inc. Cambridge, Massachusetts, U.S.A.)를 이용하여 측정하였다. 자극 방법은 주사기로 약 3∼4 cc의 상기 자극물질을 점적 투여하며 후두점막에만 충분히 액체가 담겨질 수 있게 상부의 인두 및 하부의 경부기관을 작은 거즈로 채워 자극물질이 인두강 및 기관강에 흘러 들어가지 못하게 하였다. 각각의 자극물질로 자극한 다음에는 반응의 유무를 확실히 조사하기 위해 적어도 자극 후 60초 이상은 기다렸으며 새로운 물질을 시작할 때는 phosphate-buffered saline(pH 7.4)을 이용해 후두 내를 완전히 세척하였다. 또한 각각의 자극물질의 투여 사이에는 10분 이상의 시간 간격을 둠으로써 자극간에 정상적인 생리적 상태를 유지시켰다. 다양한 물질을 투여하기 바로 직전에 우측 대퇴동맥에서 혈액을 일부 채취하여 PaCO 2가 40 mmHg 이하, PaO2가 115 mmHg 이상(normoxic 상태)인 것을 확인하여 시행하였다. 각 자극물질에 대해 갑상피열근의 수축 및 반응 정도를 육안 및 근전도로 관찰하고 호흡 및 심박동수의 양상을 MP100A와 Biopac's Acqknowledge software를 이용하여 확인하였다. 호흡의 양상은 5초 이상 호흡이 없을 때를 무호흡으로 하였고, 그 이하에서는 호흡억제 유무를 확인하여 구분하였으며, 호흡수 및 심박동 수는 각 물질 자극 후 60초 동안의 평균을 기록하였다. 각 물질에 대한 실험이 끝나는 대로 양측의 상후두신경의 내지를 확인 후 절단하고 다시 자극을 주어 후두화학반사가 상후두 점막에 분포하는 감각신경의 부재 속에서도 일어나는 지를 확인하였다. 결과의 분석 생후 2주, 4주 및 6주의 미성숙 잡견을 대상으로 후두점막에 다양한 자극물질을 투여하였으며 그에 따른 후두화학반사의 변화를 육안으로 관찰하고 Biopac's Acqknowledge software를 이용하여 자료분석을 하였으며 통계적 분석은 Wilcoxon signed-ranks test를 이용하였다. 결 과 생리식염수, 증류수 및 우유로 자극한 경우에서는 나이에 관계없이 호흡, 심박동수 및 후두 근육의 변화는 관찰되지 않았으며 산도 1.0의 강산으로 자극한 경우에만 변화를 관찰할 수 있었다. 생후 2주, 4주 및 6주의 강아지를 각각 4마리, 5마리, 5마리를 실험동물로 이용하여 각 자극물질에 대해 2번씩 실험하였는데, 생후 4주의 강아지 중 1예에서 강산으로 자극한 두 번째 실험도중 소생술을 시행하는 등 불안정한 반응을 보여 제외시켰기 때문에 실험 결과가 2주, 4 주 및 6주에서 각각 8예, 9예, 10예로 나오게 되었다. 또한 각 물질에 대한 실험이 끝나는 대로 양측의 상후두신경 분지를 확인 후 절단하고 다시 강산으로 자극하여 후두화학반사가 상후두점막 감각신경의 부재 속에서는 일어나지 않음을 확인하였다. 강산으로 자극한 후에는 일정기간 동안 다양한 정도의 호흡억제 현상이 나타나며 그 후에는 호흡이 증가하는 양상을 보였으며, 갑상피열근의 경우에는 생후 4주와 6주에서 강산 자극 후 일정기간의 잠복기를 거친 후 후두경련이나 과도한 근육수축을 관찰할 수 있었으며, 심박동 수는 나이에 관계없이 대개 느려지는 양상을 보였다(Figs. 2, 3 and 4). 호흡의 변화 강산 자극 후에는 일정기간 동안 다양한 정도의 호흡억제 현상이 나타나며 그 후에는 호흡이 증가하는 양상을 보였다(Figs. 2, 3 and 4). 생후 2주의 경우에는 전례에서 호흡억제가 없거나 아주 짧은 시간 후 과호흡으로 이행하였고 생후 4주의 경우에는 무호흡이 4예, 호흡억제가 5예였으며 호흡이 억제되는 기간은 평균 8.1±1.4초였다. 생후 6주의 경우에는 무호흡이 3예, 호흡억제가 7예, 호흡이 억제되는 기간은 평균 9.2±1.1초였다(Table 1). 강산 자극 후 호흡이 억제되고 난 뒤에 호흡이 증가되는 양상을 보이며 이때의 호흡수의 변화를 자극 전과 비교하여 살펴보면 강아지의 나이에 관계없이 통계적으로 의미 있게 증가하였다(Table 2). 생후 2주의 경우에는 자극 전 분당 40.5±2.1회였으나 자극 후 분당 69.5±3.3회였으며, 생후 4주의 경우에는 자극 전 분당 34.1±0.7회였으나 자극 및 호흡 억제 후 분당 68.4±3.2회였으며, 생후 6주의 경우에는 자극 전 분당 31.5±1.8회였으나 자극 및 호흡억제 후 분당 66.9±15.5회였다. 심박동수의 변화 강산으로 자극한 후 강아지의 나이에 관계없이 심박동수가 전반적으로 느려지는 양상을 보이나 통계적으로 의미를 보이지는 않았다(Figs. 2, 3 and 4). 생후 2주의 경우에는 자극 전 분당 196.0±6.8회였으나 자극 후 분당 186.4±8.5 회였으며, 생후 4주의 경우에는 자극 전 분당 185.3±7.0회였으나 자극 후 분당 182.6±9.9회였으며, 생후 6주의 경우에는 자극 전 분당 151.8±4.9회였으나 자극 후 분당 142.4 ±4.7회였다(Table 3). 갑상피열근의 반응 저자들이 관찰한 바에 의하면 강산 자극에 대한 갑상피열근의 수축양상은 크게 3가지의 양상(Ⅰ형, Ⅱ형, Ⅲ형)을 보였다. Ⅰ형은 육안적으로 후두경련 현상이 없으면서 근전도상 큰 진폭을 가진 갑상피열근의 수축현상만 보이며, Ⅱ형은 육안적으로 후두경련은 없지만 근전도상 후두경련에서 보이는 밀집된 파형을 보이다가 그 뒤를 이어 강산 자극 전보다 큰 진폭을 가진 갑상피열근 수축현상을 보이며, Ⅲ형은 육안 및 근전도상으로 후두경련이 나타나면서 연속적으로 갑상피열근의 과도한 수축이 동반되었다(Figs. 2, 3 and 4). 생후 2주의 경우에는 Ⅰ형은 5예, Ⅱ형은 3예, Ⅲ형은 0 예였으며, 생후 4주의 경우에는 각각 2예, 6예, 1예였고, 생후 6주의 경우에는 각각 0예, 2예, 8예였다(Table 4). 후두경련이 생후 2주에는 관찰되지 않았고 생후 4주부터 관찰되었으며 4주보다는 6주에 있어 그 빈도가 더 높았다. 강산 자극 후 갑상피열근의 수축이 일어나기까지의 잠복기는 생후 2주의 경우에는 2.4±0.2초, 생후 4주의 경우에는 4.6±0.9초, 생후 6주의 경우 2.2±0.7초였으며, 후두경련 및 Ⅱ형에서의 후두경련과 같은 과도한 수축이 일어난 기간은 생후 2주의 경우 6.5±1.4초, 생후 4주의 경우 7.5±0.9초, 생후 6주의 경우 6.9±1.0초였다. 강산 자극 후 갑상피열근 수축시 진폭의 변화를 살펴보면 생후 2주의 경우에는 강산 자극 전 최대최소 진폭차(Peak to Peak amplitude difference)가 125.0±43.6 mV이었으나 자극 후 과도한 근육수축이 3예에서만 일어나 2160.0±511.0 mV로 증가되었다. 생후 4주의 경우에는 자극 전 75.6±15.9 mV이었으나 자극 후 과도한 수축 및 후두경련 기간 동안 1285.7±795.0 mV로 증가되었다. 생후 6주의 경우에는 자극 전 74.4±13.3 mV이었으나 자극 후 과도한 수축 및 후두경련 기간 동안 1030.0±667.1 mV로 증가되었다. 자극 전보다 자극 후의 갑상피열근 수축의 진폭이 통계적으로 의미 있게 증가됨을 알 수 있었다(Table 5). 고찰 후두반사는 호흡조절과 순환계의 조절 및 발성기능의 조절 뿐 아니라 오연으로부터 하기도와 폐를 보호하는 중요한 기능이다. 후두반사의 한 유형인 후두화학반사의 반응이 잘 알려져 있는데, 이로 인하여 중추성 무호흡과 혈류역학적 변화 및 연하작용이 나타난다.3)4) 삼차 신경, 설인 신경 등의 뇌신경들도 반회후두신경에 반사적 자극을 일으켜 강하지 않은 성문폐쇄를 일으킬 수 있지만, 상기 후두화학반사가 일어나는 경로는 성문 및 성문상부의 점막에 자극이 이루어진 후 상후두신경의 내지를 경유하여 미주신경의 구심성 섬유가 마디신경절에 이르게 되며 뇌간의 고립로핵을 거쳐 아마도 의핵과 망상체에 존재하는 것으로 알려져 있는 후두내전운동신경원을 활성화하여 성문폐쇄에 이르는 것으로 생각되고 있다.2)5) 이러한 자극의 경로가 상후두신경의 내지를 통한 구심성 전달이라는 사실은 미주신경을 마디신경절 상방에서 절단하거나 상후두신경을 절단한 경우 모든 반사 반응이 소실하는 것으로도 알 수 있다.6) 국내에서도 고양이를 이용하여 상후두신경의 내지를 전기적으로 자극 후 원격전장전위방법 및 근접전장전위방법으로 후두반사의 한 유형인 후두뇌간유발반응을 유도하는 연구가 발표되었다.7) 한편 현재 임상에서 널리 쓰이고 있는 청성뇌간유발반응은 청신경의 중추경로를 반영하여 청각장애자에 대한 객관적인 검사로 자리잡았지만, 후두뇌간유발반응의 임상적 이용은 지금까지 큰 성과가 없는 상태인데, 왜냐하면 이러한 반사 반응의 경로를 사람에 적용하여, 이와 연관되어 있을 것으로 생각되는 질환들의 원인 규명에 적용하는 것은 경피적 상후두신경 자극과 같은 비관혈적 방법이 도입되어야 하기 때문에6) 어려운 점이 많은 실정이다. 하지만 Yamashita는 후두전적출술(total laryngectomy) 환자에서 윤상갑상근을 이용한 경피적 전극 삽입법으로 두피에서 후두뇌간유발반응을 측정하여 사람에서 임상적인 적용 및 발전가능성을 보이게 되었다.8) 후두화학반사 결과 상기한대로 중추성 무호흡과 혈류역학적 변화 및 연하작용 등이 일어나게 되는데 이렇듯 정상적으로는 하기도의 방어 기능을 담당하는 원시적인 반응인 후두반사 반응이 어떤 원인에 의해서건 과장되거나 과민해지는 경우에는 경련성 발성장애(spastic dysphonia), 특발성 후두경련(idiopathic laryngospasm), 유아기 무호흡(apnea of infancy), 반사성 무호흡(reflex apnea), 말더듬증(stuttering), 급성영아사망증후군(sudden infant death syndrome) 등의 여러 가지 질환의 발생에 원인이 되는 것으로 생각되고 있다.2)3) 후두화학반사에 의한 무호흡, 서맥, 연하작용은 사람 미숙아,9) 새끼돼지,10-13) 성숙한 개,14) 새끼원숭이,15) 새끼고양이,4) 송아지,3) 어린 토끼16) 등의 실험동물에서 확인되었지만, 현재까지 강아지를 이용한 후두화학반사 실험은 아직 미미한 실정이다. 이러한 후두화학반사 반응은 출생 후 성숙과정에서 변이가 일어난다고 보고된 바 있으며 특히 출생 직후의 어린 동물에서 더욱 민감하게 나타나는 것으로 알려져 있으며 나이가 들면서 감소하는 것으로 되어 있다.3)4)17) 그러나 본 연구의 실험대상인 강아지에 있어서는 생후 약 4 주 내지 6주 사이에 후두기능이 급격히 성장하는 것으로 알려져 있으며, 그 결과 생후 7주 내지 11주 사이에 후두내전반사가 일시적으로 과민한 시기를 보인다고 보고하였다.2) 다른 연구에서는 비록 독립적인 반사로 생각되어 직접적인 비교가 어렵다고 생각되는 식도후두내전반사(esophagolaryngeal adductor reflex, ELAR)에 있어서도 강아지에서 생후 약 8주 내지 19주 사이에 후두내전반사와 후두경련이 가장 잘 일어난다고 보고하였다.18) 돼지에서는 화학반사로 인하여 3주 이내의 동물에서만 치명적인 무호흡이 일어났으며, 고양이에서도 마찬가지로 3주 이내에서 무호흡이 증가되었다고 보고된 바 있어,6) 이는 실험동물의 종간에도 반사반응에 민감한 시기가 다소 간에 다를 것으로 사료된다. 물론 동일한 실험조건하에서의 측정이라 할지라도 각각의 강아지 개체간의 변이는 본 연구에서도 확인할 수 있었는데 이는 부착된 전극의 세밀한 위치나 감수성에 차이가 있기 때문이며, 또한 반사반응 자체가 여러 가지 외부 요인에 의하여 영향을 받을 수 있는 복잡한 반응이기 때문인 것으로 생각할 수 있다. 본 연구에서 강아지를 이용하여 후두화학반사를 측정한 이유는 우선 개 후두의 해부학적인 구조가 사람과 비슷하며, 둘째로 개 후두내전반사의 잠복기가 16∼18 msec로 사람의 25∼27 msec와 유사하며, 셋째로 고양이에서는 반대측의 상후두신경을 자극한 경우에 동측을 자극한 경우에서보다 반응의 잠복기가 길고, 반대측 자극으로 동측에서 같은 정도의 전위를 발생시키려면 약 2배의 자극강도가 필요 되는 등 교차내전반사(crossed adductor reflex)가 존재하지만,19) 개에서는 거의 존재하지 않으며, 사람에서도 존재하지 않는 점으로 보아 생리학적으로도 가장 사람과 개가 유사하다는 점에서 강아지를 선택하였다.20) 후두화학반사를 유발하는 물질로는 증류수, 우유, 생리식염수, 강산, 태아기관액(fetal tracheal fluid), 양수(amniotic fluid) 등이 알려져 있으며,3)14) 위식도 역류(gastroesophageal reflux)에서 위산이 후두경련, 급성영아사망증후군 등의 치명적인 여러 질환을 일으킬 수도 있는 유발 원인으로 알려져 있어14) 본 연구에서는 위산의 주성분인 강산(pH 1.0, 1.5, 2.0)을 포함하여 생리식염수, 증류수 및 우유를 사용하여 실험하였다. 사람 상기도의 화학 수용체에 대한 적절한 화학 자극은 확실히 모르지만 강아지에서의 결과와 같이 염화이온(chloride ion)의 결핍과 관계된 것 같다는 보고가 있으며,9) Lanier 등은 자극물질 내의 염화나트륨(NaCl) 농도와 pH를 감소시킨 경우 새끼돼지에서 화학반사, 무호흡이 증가한다고 하였다.3) 성숙한 개에서 pH 2.5 이하의 강산에서 후두경련이 있었고,14) 생리 식염수가 후두의 수용체에 대한 기계적 자극이며, 물이나 증류수가 더욱 강력한 반응을 보이는 것은 이에 부가적인 화학적 자극이라는 보고가 있었지만,9) 본 연구에서는 pH 1.0의 강산에서만 반응이 일어났으며 생후 6주의 강아지에서 가장 강한 반응이 일어났다. 상기한 Loughlin 등14)의 실험에서와 같이 생리식염수, 증류수로 자극한 경우 후두경련이 일어나지 않은 것은 유사한 결과이지만, 성숙한 개를 가지고 실험한 Loughlin 등14)의 결과보다 오히려 본 연구의 어린 강아지에서 후두화학반사가 덜 일어났다. 이는 비록 후두화학반사와 유사하지만 서로 다른 독립적인 기전이라고 생각되는 식도후두내전반사(ELAR)의 경우 생후 약 8주 내지 19주 사이의 강아지에서 후두경련이 가장 잘 일어난다고 보고한 Bauman 등18)의 결과와 비교할 때, 생후 2주 이내의 강아지에서 거의 후두반사가 일어나지 않다가 생후 6주의 강아지에서 반응이 더욱 증가하는 것은, 후두반사가 아직 생후 6주 이내의 어린 강아지에서조차도 그 중추 및 신경의 경로가 덜 성숙되어 반응이 감소되어 나타나는 것인지에 대한 깊은 숙고와 연구가 뒤따라야 할 것으로 사료된다. 정상 동맥 혈중 산소 분압(PaO2 > 115 mmHg) 상태에서는 후두화학반사의 결과 이루어지는 여러 가지 반응들이 자연적으로 정상화되어 자극전과 같은 정상상태로 돌아올 수 있지만,17) 일반적으로 저산소증(hypoxia；PaO2 <80 mmHg) 상태에서는 후두화학반사에 의한 무호흡증이 증가하거나 소생술을 시행할 정도로 심각한 상태에 빠질 수도 있다고 알려져 있다.3)17) 그러나 저산소증 상태에서는 생리학적 원칙에 합당하게 무호흡증이 의미 있게 감소된다는 보고들도 많이 나오고 있으며,12) 저산소증 상태가 후두내전반사에는 큰 영향을 미치지 않는다는 보고도 있다.10) 본 연구에서는 전신마취 시 산소를 분당 2.5 리터로 공급하여 저산소증에 빠지지 않게 하였으며, 우측 대퇴동맥에서의 동맥혈 가스분석(arterial blood gas analysis)로 혈중 산소 분압과 이산화탄소 분압이 정상인지를 매 실험마다 확인하였다. 후두반사는 전신 마취의 심도에 의해 크게 영향받는 것으로 알려져 있어, 본 연구에서는 후두기계반사는 안 일어나고 후두화학반사만을 유발시키기 위해 마취 깊이를 삼등급(level Ⅲ)으로 유지하였다. 이러한 마취의 깊이는 자가호흡이 있으면서 각막반사는 소실되며 후두점막을 면봉으로 긁는 것과 같은 경도의 기계적 자극에 대해 기침반사, 호흡, 후두근의 변화는 관찰할 수 없는 상태이다. 또한 국소 마취제로 쓰이는 lidocaine의 경우에는 새끼돼지에서 정맥내 주사하여 전신적으로 투여한 경우 후두반사에 큰 영향이 없었으나, 국소적으로 후두 내부에 투여한 경우 후두화학반사 및 후두기계반사가 모두 소실되는 것은, 비록 후두반사가 중추에서 조절되는 신경반사 경로를 가지고 있다 할지라도, lidocaine이 중추적으로 신경반사를 억제하는 것이 아니라 후두점막의 기계 및 화학수용체를 직접 차단하는 국소 반응의 결과라고 보고하였다.11) 후두화학 반사시 후두근육반응, 후두경련, 무호흡을 나타낼 수 있는 지표로 사용하는 근전도에는 갑상피열근, 후윤상피열근, 횡격막 근육 등을 이용하는 보고들이 있었지만,14)17) 본 연구에서는 갑상피열근의 상태를 주로 검사하였으며 윤상갑상근도 동시에 같이 검사하였다. 이는 윤상갑상근이 갑상피열근과 같이 후두 근육 운동의 정도와 수축 기간을 잘 반영하며, 후두경련 시에도 외부에서 후두내부 상태를 잘 드러내는 유용한 지표로 알려져 있기 때문이다.18) 본 실험 결과 갑상피열근과 윤상갑상근은 비슷한 행동 양태를 보였으며, 후두경련이 생후 2주에는 관찰되지 않았고, 단지 강산 자극 후에 진폭이 큰 파장을 보이는 Ⅰ형의 근전도 소견을 보였으며, 후두경련을 동반한 제 Ⅲ형 근전도 소견은 생후 4주부터 관찰되기 시작하여 생후 6주에서 훨씬 그 빈도가 증가한 것은 이 시기가 후두화학반사에 민감하기 때문으로 사료되며, 어린 강아지에서의 후두화학반사는 2주 이내의 아주 어린 시기에는 나타나지 않다가 그 후에 나타나기 시작하는 출생 후 나이에 따른 반응임을 암시한다. 하지만 후두경련을 포함한 후두반사가 보호반사이고 감지역치 이상에서 실무율(all-or-none law)로 작동하며 자극강도의 증가가 후두반사에 별다른 변화를 야기하지 않는다는 보고가 있으며,6) 자극 물질을 제거해야 후두반사 반응이 소실된다고 하였는데,17) 본 연구의 강아지에서는 자극 물질 제거 전에 후두경련이나 과도한 후두근의 수축이 종료되거나, Ⅱ형에서와 같이 근육수축 반응이 자극 전보다는 크지만 자극 직후의 후두경련 상태보다 의미 있게 감소된 biphasic 양상을 보이는 경우가 있었다. 이는 본 연구에서 강아지에 대한 전신 마취의 깊이가 일정치 않았거나 산소가 너무 과도하게 투여(hyperoxia)된 결과로 후두근육 반응이 감소되어 나타난 것인지, 혹은 4주 이내의 사람 신생아에서는 물이나 우유를 먹일 때 후두내전반사가 성숙되지 않아 피로 오연(fatigue aspiration)이 일어나며 기관지경술을 시행할 때 후두경련이 일어나지 않는 점으로 미루어, 생후 2주 내지 6주 이내의 강아지에서도 후두반사에 관계된 신경 및 중추가 아직 충분하게 성숙되지 않은 결과인지 추후 면밀한 검토가 이루어져야 할 것으로 생각된다. 강산 자극 후 근전도 소견에서 수축현상을 보이거나 후두경련이 일어나기까지의 잠복기는 연령에 따른 차이는 없었다. 후두화학반사 결과 복부에 부착한 transducer를 이용하여 측정한 호흡 억제 양상은 역시 생후 4주 내지 6주에서 무호흡 및 중등도 이상의 호흡억제를 보였다. 이는 개에 있어서 후두기능의 급격한 성장시기가 4주 내지 6주이며, 자라나는 강아지에서 생후 7주 내지 11주가 후두내전반사가 과민하고,2) 비록 다른 종인 새끼돼지에서는 생후 3주 이하에서 심한 중추성 무호흡을 보이는 것과 연관 있을 것으로 생각된다.3) 호흡이 억제되고 난 후 오히려 호흡이 증가하는 양상을 보이는 데, 이는 아마도 무호흡증 후에 blood gas의 변화(PaO2의 감소)가 말초동맥의 화학 수용체를 자극하여 보상적인 호흡 증가를 보이기 때문으로 사료된다.17) 후두화학반사의 결과 일어나는 혈류역학적 변화는 고혈압, 서맥 등이 나타난다고 많이 보고하였는데,3) 이는 저혈압, 빈맥이 일어난다는 보고,13) 또는 1차로 저혈압, 서맥이 생겼다가 이에 대한 반동작용으로 2차적인 고혈압, 빈맥이 일어난다는 보고17) 등의 다른 연구 결과들과 대비된다. 이 때 심박동수의 감소는 압력 수용체 기전(baroreceptor mechanism)이 관여될 것으로 생각되며,15) 후두의 물 수용체(water receptor)의 자극은 혈압이나 심박동 수에 직접적인 영향은 없으나 무호흡동안 산소 분압 감소와 같은 혈중 가스농도 변화가 심혈관계에 변화를 일으킬 수 있으며, 경동맥체(carotid body)의 화학수용체가 이 반응을 조절하는 데 관여하는 것으로 사료된다는 보고도 있다.12) 본 실험의 경우에 pH 1.0의 강산으로 자극한 후 강아지의 나이에 관계없이 심박동수가 전반적으로 느려지는 양상을 보여 과거의 많은 연구 결과들과 부합되지만 통계적으로 의미를 보이지는 않았다. 결론 연구자는 생후 2주, 4주 및 6주의 미성숙 잡견 총 14마리의 강아지에서 상후두신경의 지배를 받는 성문 및 성문상부의 점막을 화학적으로 자극한 경우, pH 1.0의 강산으로 자극 시에만 후두경련 현상, 무호흡 및 호흡억제 현상, 서맥 등의 현상이 일어났으며 생후 2주보다는 생후 4주 및 6주에서 상기 반응이 더욱 민감하게 나타났다. 이것으로 강아지에서의 후두화학반사는 2주 이내의 아주 어린 시기에는 나타나지 않다가 그후에 출현하기 때문에 출생 후 나이에 따른 반응임을 알 수 있었으며, 이러한 결과 출생 후 신경의 성숙과정이 후두반사에 어느 정도로 관여함을 알 수 있는 기초 자료가 되리라 생각된다.
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