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Korean Journal of Otorhinolaryngology-Head and Neck Surgery 1999;42(10): 1230-1233. |
| Adaptation of the Vestibulo-Ocular Reflex to Concave Spectacle Lens. |
| Hyun Min Park, Han Gyun Kim, Chung Ku Rhee, Phil Sang Chung |
| Department of Otolaryngology-Head and Neck Surgery, College of Medicine, Dankook University, Cheonan, Korea. parkhm@anseo.dankook.ac.kr |
| 근시 안경 착용에 의한 전정안반사의 적응 |
| 박현민 · 김한균 · 이정구 · 정필상 |
| 단국대학교 의과대학 이비인후-두경부외과학교실 |
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| 주제어:
적응ㆍ전정안반사ㆍ이득ㆍ근시렌즈. |
| ABSTRACT |
BACKGROUND AND OBJECTIVES:
Vestibulo-ocular reflex (VOR) is the mechanism for the production of rapid compensatory eye movement during head movements. VOR gain can adapt to a change in visual stimulation, which is called adaptive plasticity. To investigate the adaptation of VOR to concave spectacle lens, the authors compared the diopters with VOR gain changes.
MATERIALS AND METHODS:
Calibration and sinusoidal harmonic acceleration (SHA) rotation tests at 0.01, 0.04 and 0.16 Hz were performed on 24 volunteer subjects wearing myopic lenses, with glasses on and off.
RESULTS:
VOR gains of patients with glasses-on were significantly greater, compared with those without glasses.
Correlation between diopters and gain change ratio was significant, especially at low frequencies.
CONCLUSION:
Long-term wearing of myopic lenses induced VOR gain reduction, which is proportioned to the diopter of the lenses. |
| Keywords:
AdaptationㆍVestibulo-ocular reflexㆍGainㆍMyopic lens |
서론
중추신경계는 환경의 변화에 따라서 전정안반사(vestibulo-ocular reflex, VOR)를 적응(adaptation)시키는 가소성을 갖고 있으며 이러한 능력은 전정기관의 병변이 발생한 후에 회복하는 중요한 기전으로서 역할을 한다. 전정안반사의 적응을 가장 관찰하기 쉬운 것은 시각자극의 변화에 의한 경우이며, 이러한 적응은 상당히 빨리 일어나는데 시각자극이 바뀌고 수 분 후부터 생길 수 있으며 다시 원래의 시각자극으로 바뀌는 경우 빠른 시간 내에 원래의 상태로 회복되지만 시각자극의 노출시간이 길면 길수록 회복이 더디다.1)
근시안에서는 오목렌즈 안경의 착용으로 인해 정시안에 비하여 정면으로부터 일정한 각도에 위치한 사물을 주시하기 위한 안구의 움직임이 작다. 이러한 현상은 렌즈의 프리즘 효과에 의한 것으로 안경의 굴절력이 클수록 심하다. 안경을 착용하지 않았던 사람을 대상으로 수일간 일상적인 안경을 착용시켰을 경우에도 인체의 전정안반사가 이득(gain)이 작은 쪽으로 적응이 된다.2) 전정안반사가 정상적으로 작동되는 근시안 환자는 안경을 낀 상태에 적당한 전정안반사의 이득을 보이지만, 안경을 벗는 경우 머리의 회전에 따르지 못하는 이득을 보여 시야의 흔들림을 호소할 수 있으며, 안경을 벗고 전정안반사를 검사하는 경우 이득이 낮게 측정되는 오류를 범할 수도 있다.
이에 저자들은 근시안에서 안경 착용 여부에 따른 전정안반사의 이득의 차이를 측정하여 적응 여부 및 정도를 확인하고 안경의 굴절력에 따른 이득 변화의 정도를 추정하고자 본 연구를 수행하였다.
재료 및 방법
대상
이과적 병력이 없고 어지러움이 없으며 근시교정용 오목렌즈 안경을 착용하고 있는 성인 24명을 대상으로 연구를 시행하였다. 근시교정 안경을 1년 이상 착용하며 하루 일과의 대부분을 안경을 착용하는 경우로 대상을 한정하였다. 대상은 남자 11명, 여자 13명이였고, 평균 연령은 28세였다. 근시의 정도는 착용하고 있는 렌즈의 굴절력에 따라 초점거리의 역수를 디옵터로 표시하였으며, 대상군의 범위는 -0.5에서 -9 디옵터까지 분포하였고 평균은 -4.5±2.8 디옵터였다.
검사방법
안경 착용 및 미착용 상태에서 slow harmonic acceleration(SHA) 회전검사(Micromedical Tech. ver 5.0)를 시행하였는데, 각 조건에서 먼저 calibration을 시행한 후 0.01 Hz, 0.04 Hz, 0.16 Hz에서의 안구운동을 측정하여 이득의 평균값을 비교하였다. Calibration은 정면에서 수평으로 좌, 우 각각 15도의 지점에 생기는 레이저 불빛을 주시하도록 하였다.
SHA 회전의자검사에서 이득의 변화율은 각 주파수마다 안경 착용시의 이득에서 안경 미착용시의 이득을 뺀 이득의 변화값을 착용시의 이득으로 나누어 구하였다.
이득(Gain)변화율＝{G(on)-G(off)}/G(on). (G＝gain)
통계처리
안경 착용 유, 무에 따른 결과의 비교는 paired t-test로 검증하였고, 안경의 디옵터와 전정안반사의 이득의 변화율은 spearman correlation coefficient로 상관관계를 구하였다.
결과
안경 착용 전, 후의 이득의 변화
24명의 안경 미착용 상태의 이득의 평균 및 표준편차는 0.01 Hz에서 0.41±0.12, 0.04 Hz에서 0.54±0.11, 0.16 Hz에서는 0.55±0.13 이었다. 안경 착용 상태의 이득은 0.01 Hz에서 0.50±0.12, 0.04 Hz에서 0.66±0.06이었고 0.16 Hz에서는 0.63±0.09로 모두 안경 미착용 상태에 비해서 이득이 의미있게 컸다(p<0.01)(Table 1, Fig. 1).
안경의 굴절력과 이득변화의 상관관계
디옵터와 안경 착용 유, 무에 따른 이득의 변화비율과의 상관관계는 0.01 Hz에서 r＝0.76, p＝0.001이었고 0.04 Hz에서는 r＝0.69, p＝0.003 그리고 0.16 Hz에서는 r＝0.50, p＝0.046으로 전 주파수에서 상관관계지수(r)가 0.5 이상으로 의미있는 높은 상관관계를 보였으며 특히 0.16 Hz에서 0.01 Hz로 갈수록 상관관계가 높았다(Figs. 2, 3 and 4).
고찰
머리의 움직임에 따른 보상성 안구운동은 반고리관과 이석기관에 의한 전정안반사, 망막에 의한 시운동성반사와 경부의 체감각수용체에 의한 경부안반사로부터의 입력에 의해 이루어진다. 이중 전정안반사는 약 12 msec의 짧은 잠복기를 보이며, 가장 빠른 반사로서 전정기관의 Scarpa 신경절, 연수의 전정신경핵과 안운동신경핵 등으로 구성된 반사로를 통하여 작용한다.3) 전정안반사의 일차적인 목적은 머리의 움직임시 망막에 맺힌 상의 움직임을 최소화하여 주시안정을 유지하는 것이다.
중추신경계는 환경의 변화에 전정안반사를 적응시키는 능력을 갖고 있으며 이러한 기능을 일컬어서 신경기관의 가소성(plasticity)이라고 하는데, 일반적인 행동조작시 나타나는 즉각적인(on-line) 피드백 조절반응과는 다르게 전정안반사의 적응조절은 점차적으로 장기간에 걸쳐서 일어난다. 이렇게 장기간의 적응에 의해서 한번 설정된 정보들은 성장, 노화, 세포손상 그리고 안경 착용 등과 같은 외부자극에 의하여 새롭게 변할 때까지 장기간 지속된다.4)
전정안반사의 적응 가소성에 대한 실험들은 비교적 오래 전부터 다양하게 시도되었다. 1973년 Gonshor등은 인체에서 머리의 움직임과 반대로 움직이는 정상적인 안구반사와는 다르게 머리의 움직임과 같은 쪽으로 안구의 움직임이 일어나게 하는 역상거울(mirror-reversed vision)을 일정 기간 착용시킨 후 제거시에도 어느 정도 역상거울에 적응된 상태로 유지됨을 관찰하였고, 이러한 반응은 단지 1시간을 착용해도 평균 36%의 전정안반사 이득이 감소됨을 보고하였다.5) 1980년 Miles와 Eighmy 등은 동물실험에서 상을 확대 또는 축소시키는 렌즈를 착용시킨 후에 각각 증가 또는 감소된 전정안반사 이득의 변화를 보고하였다.6) Gauthier와 Robinson 등은 2.1배의 망원(telescopic)렌즈를 5일간 착용후 약 70%의 전정안반사 이득의 증가를 보고하였다.7)
본 연구에서는 안경 미착용시에 실시한 SHA 회전검사에서의 이득이 0.01 Hz, 0.04 Hz, 0.16 Hz에서 각각 0.41±0.12, 0.54±0.11, 0.55±013 이었고 안경착용시의 이득은 각 주파수에서 0.50±0.12, 0.66±0.06, 0.63±0.09로 의미있게(p<0.01) 전반적인 전정안반사의 이득이 커졌으나 주파수별 차이는 특별히 보이지 않았다. 본 연구에서는 일상 생활에서 전정안반사가 주로 작동되는 범위인 1 Hz 이상의 주파수에서는 검사가 시행되지 않았지만 이러한 결과를 바탕으로 1 Hz 이상의 주파수에서도 역시 이득이 작은 쪽으로 적응되어 있을 것임을 추측할 수 있다.
착용 렌즈의 굴절력이 클수록(디옵터가 높을수록) 안경 착용 여부에 따른 이득의 변화율이 큰 결과는 전정안반사의 적응이 각 시각적 자극에 가장 적당한 쪽으로 변하게 됨을 의미한다. 특히 주파수별 결과에서 0.16 Hz에서 0.01 Hz로 갈수록 상관곡선의 기울기(r)가 0.5에서 0.72로커졌는데 이는 안경의 디옵터가 클수록 낮은 주파수에서의 이득의 변화율이 크다는 것이며, 즉 중추신경계에 의한 전정안반사의 적응의 정도가 주파수마다 다른 정도로 설정됨을 의미한다.
본 연구에서 정확히 디옵터에 비례하는 이득의 변화가 일률적으로 일어나지 않는 이유는 안구와 렌즈사이의 거리, 렌즈의 종류 및 크기에 의한 프리즘 효과의 차이 그리고 적응 효율의 개인차이 등의 여러 가지 변수가 존재하기 때문으로 설명할 수 있다.
같은 근시안 환자에서도 안경을 착용하지 않고 콘택트 렌즈를 사용하는 경우에는 위의 결과와 같은 적응을 보이지 않을 텐데, 그 이유는 콘택트 렌즈의 표면이 각막의 곡률과 같아서 고도의 굴절이상이 있는 경우에도 렌즈의 주변부를 통과하는 광선이 찌그러지는 프리즘작용이 거의 없기 때문이다.
연구대상의 연령분포가 평균 28세로 비교적 젊은 연령에 치우친 느낌이 있지만 이는 연령이 전정안반사 이득의 가소성에는 별다른 영향을 미치지 않는다는 기존의 연구결과8)를 바탕으로 할 때 모든 연령에 같은 정도로 적용되는 현상이라고 생각할 수 있다.
본 연구는 또한 회전검사 대상의 많은 구성원을 이루고 있는 근시 환자에서는 안경을 벗은 상태에서 calibration을 시행하는 경우 안경 착용 상태에서 정상적으로 적응된 값에 비하여 이득이 작게 계산되고 이로 인해 잘못된 검사해석을 할 수 있으며 특히 안경의 디옵터가 높은 경우에 심할 수 있다는 것을 보여주고 있다.
결론
근시 환자들은 장기적인 안경의 착용으로 인해 안경의 디옵터에 비례하는 전정안반사 이득의 감소를 보였으며, 이는 지속된 시각 자극의 변화에 의하여 전정안반사가 적응되는 현상을 의미한다.
REFERENCES
1) Melvill JG. Adaptive mechanisms in gaze control. In: Reviews in oculomotor research. vol 1. Amsterdam: Elsevier;1985. p.21-50.
2) Cannon SC, Leigh RJ, Zee DA, Abel LA. The effect of the rotational magnification of corrective spectacles on the quantitative evaluation of the VOR. Acta otolaryngol (stockh) 1985;100:81-8.
3) Lanman J, Bizzi E, Allum J. The coordination of eye and head movement during smooth pursuit. Brain res 1978;153:39-45.
4) Collewijn H, Martins AJ, Steinman RM. Compensatory eye movements during active and passive head movements: Fast adaptation to changes in visual magnification. J physiol (Lond) 1983;340:259-65.
5) Gonshor A, Melvill JG. Changes of human vestibuloocular response induced by vision reversal during head rotation. J physiol (Lond) 1973;234:102-3.
6) Miles FA, Eighmy BB. Long term adaptive changes in primate vestibuloocular reflex. J neurophysiol 1980;43:1406-18.
7) Gauthier GM, Robinson DA. Adaptation of the human vestibuloocular reflex to magnifying lenses. Brain Res 1975;92:331-42.
8) Sekine S. Age changing effect on the vestibuloocular reflex in humans. Pract otol (Kyoto) 1981;76:1471-6.
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