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Korean Journal of Otorhinolaryngology-Head and Neck Surgery 1998;41(2): 147-153. |
| Changes of Click-evoked Otoacoustic Emissions and Electrocochleographyin Experimental Endolymphatic Hydrops in Guinea Pigs. |
| Ha Won Jung, Sun O Chang, Won Seok Yu |
| Department of Otolaryngology-Head and Neck Surgery, Seoul National University College of Medicine, Seoul, Korea. |
| 기니픽의 유발 내림프수종에서 클릭유발 이음향방사와 와우전위의 변화 |
| 정하원 · 장선오 · 유원석 |
| 서울대학교 의과대학 이비인후과학교실 |
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| 주제어:
내림프수종ㆍ이음향방사ㆍ와우전위. |
| ABSTRACT |
BACKGROUND AND OBJECTIVES:
Despite the continued research on the pathology of Meniner's disease, it still remains largely uncertain. Since endolymphatic hydrops is known to occur in Meniner's disease, this study was conducted with experimentally induced endolymphatic hydrops. We evaluated the usefulness of click evoked otoacoustic emissions (CEOAE) and electro-cochleogram (ECoG) in studying endolymphatic hydrops.
MATERIALS AND METHODS:
Animal endolymphatic hydrops was induced in giunea pigs by mechanically obliterating the right endolympatic sacs and their ducts. The left ears were used as controls. In twelve weeks following the induction of endolymphatic hydrops, CEOAE and ECoG were measured.
RESULTS:
1) The endolymphatic hydrops induced group responded to CEOAE with 33.3% positivity, whereas the control group responded with 87.6% positivity. The echo response and reproducibility were significantly low in the endolymphatic hydrops group, for which the negative echo response was more pronounced. For the CEOAE positive endolymphatic hydrops group, the average peak frequency of the response curves was shifted significantly to a higher frequency. 2) The tone burst stimulated ECoG response showed the permanant summating potential. The tone bursts with the intensity of 95 dB and frequencies of 4 or 8 kHz were found to be suitable stimuli for the study of endolymphatic hydrops. On click stimulation, the latency of the first negative peak (AN1) in the endolymphatic hydrops group was prolonged. The ratios of the summating potential amplitude to the action potential were observed to be significantly high. |
| Keywords:
Endolymphatic hydropsㆍOtoacoustic emissionㆍElectrocochleogram |
서론
메니에르병의 병인에 대하여서는 지금까지 많은 연구가 진행되어 왔으나 아직도 그 병인이 분명히 밝혀지지 않은 실정이다. 사람에서의 메니에르병에 대한 연구는 1938년 이래로 현재까지 약 50례의 측두골의 연구가 보고되고 있으나 각각의 보고들이 일정하게 설계된 임상적인 연구는 아니었다. 이에 내림프수종을 동물에서 실험적으로 유도하여 이 질환의 병인을 규명하고 진단과 치료의 새로운 방법을 모색하고자 하는 노력이 진행되었다.
전기생리학적 연구로서 와우전위도는 내림프수종의 심도를 잘 반영하는 것으로 인정되고 있으나 보고자에 따라 다양한 결과를 보고하고 있으며 특히 최근 1978년 Kemp에 의하여 처음 발견된 이음향방사는 정상 와우도를 가장 잘 반영한다고 보고되고 있다.
저자는 메니에르병의 연구를 위해 안정된 내림프수종의 모델을 기니픽에서 유도하여 이들에서 와우전위도와 이음향방사의 측정을 통하여 자극음의 종류, 주파수 및 진폭 특성에 따른 특정한 반응 양상을 내림프수종에서 관찰하고자 하였다.
재료 및 방법
실험동물의 선정과 실험의 설계
실험동물은 이개반사(Preyer reflex) 양성을 보이며 수술현미경하에서 양측 고막이 정상소견을 보이는 체중 300∼400 gm의 백색 기니픽 24마리를 대상으로 하였다.
먼저 우측 귀에 내림프낭과 도수관의 폐쇄하여 내림프수종을 유발시켰으며 좌측 귀는 대조군으로 하였다. 내림프수종의 유발 11∼12주일 후 분석을 시도하였으며 이들의 체중은 700∼900 gm이였다.
실험군의 분류
실험동물인 기니픽은 모두 좌측 귀는 아무런 처치를 하지 않은 정상 대조군으로 사용하였고 우측 귀는 내림프 도수관을 폐쇄하여 질환군으로 하였다. 모든 기니픽은 수술조작 이전에 기초적인 검사로 이개반사와 현미경을 이용한 고막검사를 실시하였으며 11∼12주일 경과하여 모든 기니픽에서 이음향방사와 와우전위도를 측정하였다.
내림프수종의 유발
내림프도수관 폐쇄방법은 Kimura 및 Schuknecht1)의 술법에 따라 시행하여 11∼12주 경과하여 celloidin block으로 만들어서 광학현미경으로 관찰하였다. 내림프관 폐쇄후 12주일 경과한 내이의 소견은 scala media가 넓어지고 Reissner막이 팽창되어 내림프수종의 소견을 보여주고 있었다.
클릭음유발 이음향방사(CEOE)의 측정
마취는 sodium pentobarbital을 30 mg/kg을 복강내 주사하였고 앙와위에서 기관절개술을 실시한 후 myoblock 1.25 mg/kg을 근육주사하였으며 실험중 백열등을 이용하여 실험동물의 체온을 유지시켰다.
기관절개 후 충분히 마취가 된 상태에서 복와위의 자세에서 ear probe를 외이도에 fitting시켰다. 검사는 IAC에서 만든 방음실내에서 실시하였고 검사 기계는 Kemp가 고안한 ILO 88 Otodynamic Analyzer를 이용하였다. 클릭 자극음은 IBM PC에서 생산되는데 0∼6 kHz의 주파수영역를 지니며 자극기간은 80 microsec이며 클릭음사이의 시간은 20 msec이었으며, 260회 클릭음에 대한 반응을 평균가산 하였다. Window는 자극후 2.5 msec에서 20 msec 사이로 설정하였다. Ear probe는 한 개의 마이크로폰(Knowles EA 1842)과 한 개의 이어폰(Knowles 1716)으로 구성되며 증폭기와 평균화하는 컴퓨터에 연결된다. Ear probe는 밀폐형을 이용하였다.
소음을 없애기 위해 방음실 바깥에 인공호흡기를 설치하였다. 이음향방사의 양성판정은 echo response(ER)는 5 dB 이상, reproducibility(R)는 40% 이상으로 하였다.2)
이음향방사의 측정의 결과 분석은 대조군과의 비교를 통해 내림프수종의 유발에 따른 이음향방사의 양성율, 이음향방사의 양성을 보여주는 최소 자극음의 역치, echo response 및 reproducibility 등의 변수의 변화, 반응의 주파수 파형분석에서 반응이 나타나는 주파수 범위와 첨점주파수(peak frequency, PF)의 변화를 관찰하였다.
와우전위도의 측정
기관절개 마취와 이음향방사의 측정을 행한 다음 이개후측방부에 2 cm의 피부절개를 가하여 외이도 후벽의 상반부로부터 측두골 골포(bulla)를 drill과 bone rongeur를 이용하여 노출시켜 와우 기저회전의 말단부에 위치한 정원창을 확인하였다. 기준전극은 이개하부의 경부 근육에, 접지전극은 두정부 근육부위에 부착하였으며, 활성전극은 직경 0.2 mm Ag-AgCl 활동전극을 사용하여 정원창에 부착하였다.
와우전위 측정을 위한 기기는 Traveller’s Express사의 ERA을 사용하며 각 변수는 측정 window 20 msec, gain ×50,000, band-filter는 high filter 3,000 Hz와 low filter 3 Hz를, maximal stimulation number 700회, stimulus rate는 9회/분의 변수를 택하였다.
자극음은 80 μsec의 alternating click음과 rise-decay time이 1 msec이고 duration이 10 msec인 tone burst를 사용하였다. Click과 4,000 Hz의 tone burst에서 각각 95 decibel sound pressure level(dB SPL)에서 10 dB씩 감소시키면서 25 dB SPL까지 측정하였으며, 95 dB의 tone burst를 이용하여 각각 500, 1,000, 2,000, 4,000, 8,000 Hz의 주파수대에서 action potential(AP)과 summating potential(SP)을 측정하였다.
와우전위도의 분석은 click음과 4,000 Hz의 tone burst에서의 25∼95 dB의 강도별 분석으로 각각의 음에 따른 역치를 구하며, 첫 와우전위 첨점(first negative peak, AN1)을 분석하여 AN1의 진폭과 잠복기의 변화를 관찰하며 특히 SP와 AP가 잘 관찰되는 95 dB, 4,000 Hz와 8,000 Hz에서의 tone burst에 대한 파형을 계산하여 SP와 AP의 비율(SP/AP)을 측정하였다.
통계처리방법
통계는 전문통계 프로그램인 SAS를 이용하였으며 실험의 통계적 유의성은 Wilcox signed rank test를 이용하였다.
결과
이음향방사의 관찰
대조군에서의 기니픽 24귀에서 echo response 5 dB, repoducibility 40%를 기준으로하여 이음향방사를 측정하였다. 클릭음유발 이음향방사 양성소견은 24귀 중 21귀(87.5%)에서 양성소견을 보였다. 이음향방사검사 양성을 보인 최소 click음(역치)은 109 dB peak SPL이 50%로 가장 많았으며 평균 108.0±7.3 dB peak SPL(약 24 dB test gain)으로 94∼114 dB SPL의 범위에 분포하였다. 유발이음향방사의 파형은 click음의 주파수범위와 같은 넓은 주파수대에 반응을 보이는 broad band spectrum의 양상을 보이며 1개 또는 2개의 narrow band peaks를 보였다. 주파수강도분석 상 유발이음향방사의 peak들 중 최대 방사치는 13귀(72.2%)에서 2∼3 kHz 내에서 관찰됨을 보이고 있으며 평균 및 분포는 각각 2.0 kHz, 0.6 kHz 이었다(Table 1).
내림프수종군의 이음향방사 양성율은 24귀중 8귀에서 관찰되어 약 33.3%의 양성율을 보여서 24귀중 21귀에서 양성을 보인 대조군의 87.5%의 양성율과 의미있는 차이를 보였다(p<0.05). 방사음의 주파수강도분석으로 내림프수종군은 반응 주파수대가 축소되며 특히 peak frequency의 위치가 3.6 kHz로 대조군의 2.0 kHz에 비해 고주파영역으로 통계적으로 의미있게 전이되었다(Table 1).
와우전위도(electrocochleography, ECoG)의 변화
와우전위도의 측정에서 자극음은 click과 tone burst를 각각 이용하였으며 48귀 모두에서 각각의 음자극에 따른 전위역치를 구하였으며 AN1, SP와 AP의 진폭과 잠복기의 변화 그리고 SP와 AP의 진폭비를 구하여 내림프수종과 대조군을 비교하였다.
Fig. 1은 정상군에서 click음의 강도를 95 dB SPL에서 10 dB간격으로 감소시켜 25 dB SPL까지 측정한 와우전위도로 AN1의 역치는 35 dB SPL이며 click음의 강도가 하강함에 따라 AN1의 잠복기는 증가하며 AN1의 진폭은 감소하였다.
Fig. 2는 정상군에서 95 dB SPL강도의 tone burst를 주었을 때, 각각 0.5, 1, 2, 4, 8 kHz의 주파수에서의 반응을 보인 것으로 전형적인 SP와 AP의 반응은 4 kHz와 8 kHz의 tone burst에서 잘 관찰되며 4 kHz에서의 SP/AP는 0.4 이었다. 다음 4 kHz tone burst를 이용하여 자극강도를 95 dB SPL에서 10 dB씩 하강시켜 25 dB SPL까지 측정하여 AN1의 역치는 75 dB SPL의 결과를 구하였으며, click음의 자극시와 같이 tone burst의 강도가 하강함에 따라 SP와 AP의 잠복기는 증가하며 SP와 AP의 진폭은 감소하였으며 SP/AP는 4 kHz, 95 dB에서는 0.3이었으며, 4 kHz, 85 dB에서는 0.5이었다(Fig. 3).
같은 방법으로 측정한 내림프수종군의 와우전위도는 Figs. 4, 5 and 6과 같다. Click음에 대한 반응의 AN1의 역치는 Fig. 4에서는 35 dB SPL이며 전체적으로 비슷하거나 약간 상승하였으며 AN1의 진폭과 역치의 자극음에 따른 반응 특성은 정상군과 같았다. Tone burst에서의 AN1의 역치는 Fig. 6에서는 85 dB SPL로 역시 대조군에 비해 전체적으로 비슷하거나 약간 상승하였으며 AN1의 진폭과 역치의 자극음에 따른 주파수변화나 자극음의 강도에 따른 반응의 특성은 대조군과 동일하였으며 역시 특징적인 SP와 AP의 관찰은 85∼95 dB SPL과 2∼8 kHz의 tone burst 자극음에 대한 와우전위도에서 가장 잘 관찰되었다(Fig. 5). Fig. 5에서 SP/AP는 2 kHz, 95 dB tone burst에는 1.1, 4 kHz, 95 dB tone burst에는 1.6으로 대조군에 비해 상승하였다.
클릭자극음 강도에 따른 AN1의 잠복기의 비교에서 내림프수종군에서 대조군에 비하여 유의한 증가를 보였으나(p<0.1), AN1의 역치의 비교는 통계적인 의미가 없었다(Fig. 7).
SP와 AP를 가장 잘 보여주는 음인 95 dB SPL, 4 kHz, tone burst와 95 dB SPL, 8 kHz, tone burst에서의 SP와 AP의 관찰에서 각각의 진폭의 비교는 의미가 없었으나 SP와 AP의 비(SP/AP)는 내림프수종군에서 4 kHz와 8 kHz TB음에서 각각 평균 1.0이상으로 대조군의 0.5이하에 비해 통계적으로 의미있게 높았다(p<0.05)(Fig. 8).
고찰
이음향방사는 와우의 기저막의 기계적인 반향음 또는 유모세포를 포함한 와우 자체의 능동적인 반향음으로 알려져있다. 또한 Ohlms등14)은 distortion product otoacoustic emission(DPOAE)을 사람의 내림프수종에서 관찰한 후 DPOAE가 신경장애에 의한 난청과는 달리 메니에르병과 같은 외유모세포의 병변을 잘 반영한다고 보고하였으며, Horner15)는 AP와 DPOAE를 비교 연구하여 DPOAE가 내이 유모세포의 tonotopic function을 반영한다고 보고하였다. 따라서 내림프수종이 기저막 또는 유모세포에 미치는 영향은 이음향방사에 반영되게 된다.
이음향방사의 검사간 안정도와 신뢰도는 장 등16)17)과 정18)의 연구에서 echo response와 reproducibility의 변수를 기니픽의 한 개체에서 반복 측정하여 변이계수(coefficient of variation)의 개념을 도입하여 분석한 결과, 두 변수 모두가 평균치에 대한 표준편차가 10%이내에서 변화하여 이음향방사가 안정된 검사임을 증명하였다. 사람에서는 Berlin등19)이 CEOAE를 반복 측정하여 검사의 안정성이 91%에 이른다고 보고한 바 있으며, 또 Tanaka등20)도 같은 사람에서 3년의 시간 경과 후 반복 측정한 이음향방사의 파형과 변수는 거의 동일하여 CEOAE는 개인에 따라 다양한 변수치를 보이지만 같은 개인에서는 와우, 이소골, 고막 및 외이도의 반향음의 전달로의 변화가 없을 경우 항상 시간의 경과와 관계없이 같은 성상을 보여 이 새로운 검사방법이 안정적인 와우도로서의 가능성을 제시하였다. 따라서, 주기적인 이음향방사의 측정은 와우의 병적변화의 진단에 큰 도움이 된다.
내림프수종에서의 클릭음유발 이음향방사의 측정은 이음향방사가 정상적인 와우의 상태를 가장 잘 반영한다는 점과 이음향방사의 방사음의 발현이 와우기저막의 기계적인 진동설과 와우의 주체적인 반응설 등에서 내림프 수종은 결국 내림프액의 순환 및 전해질이상으로 기저막에 기계적인 영향을 미칠 수 있다는 가설에서 시작되었다.
저자의 관찰에서 Table 1과 같이 내림프수종군은 Echo response는 5 dB이상, Reproducibility은 40% 이상의 이음향방사의 반응양성 기준에서 양성율은 33%이며 이는 대조군의 87.5%에 비해 의미있게 감소하여 내림프수종의 병리로 인한 기저막의 압박이나 외유모세포의 손상을 반영하는 소견으로 해석된다.21) CEOAE양성을 유발하는 click음 즉 역치는 대조군은 24 dB test gain이며 내림프수종군도 양성을 보인 8귀에서의 관찰에서 약 25 dB test gain으로 다같이 높은 click음에서 방사음을 보였다(Table 1). Table 1은 CEOAE 양성을 보인 내림프수종 8귀를 대조군과의 변수 분석으로 echo response가 정상군에서 비해 의미있게 감소하였으며 reproducibility는 정상군과 비슷하였다. 반응곡선의 peak frequency(PF)는 가장 큰 반응을 보이는 주파수를 나타내는 것으로 내림프수종에서는 PF가 평균 3.6 kHz로 대조군의 2.0 kHz에 비해 고주파역으로 의미있게 전이되었으며, 이는 와우병변이 첨단회전부에서 더 심하게 나타나는 것과 일치한다. Echo response와 Reproducibility는 특성상 선형관계(linear correlation)를 보이며 이러한 선형관계는 정상대조군과 내림프수종군이 함께 나타났으나, 내림프수종군에는 negative ER가 많아서 전체적인 분포가 그림의 좌하방에 집중되였다(Fig. 9). 이런 소견은 저자의18) 이독성 약제인 furosemide의 체내 주사시에 나타난 small ER와는 다른 소견으로 와우의 외유모세포의 파괴와 관련하여 생각할 수 있으나 이뇨제에 의한 이독성과는 다른 기전임을 암시한다.
일반적으로 내림프수종시에 관찰되는 와우전위 변화는 cochlear microphonics(CM)의 감소와 왜곡,3)4) AP의 전위역치 증가 및 자극음의 강도에 따른 반응곡선의 변화,5) 그리고 SP 또는 SP/AP 증폭 등이 보고되고 있다.6)7)8) 본 연구에서 기니픽에 있어서 정원창에 활성전극을 둔 경우 와우전위도는 자극음으로는 tone burst가 클릭음에 비해 반응곡선의 SP와 AP의 구별이 보다 분명하였으며 특징적인 SP의 관찰이 쉬웠고 4 또는 8 kHz의 고주파수의 tone burst가 내림프수종의 검사에 유용하였으며, 이 경우 95 dB SPL의 강도가 적합하였다. 한편, 내림프수종군과 대조군의 비교에서 클릭음에 따른 first negative peak(AN1)의 역치와 진폭은 통계적 의미가 없었으나 내림프수종의 AN1의 잠복기는 상대적인 증가를 보였다(Fig. 7). Tone burst에 의한 와우전위도는 내림프수종군에서 SP의 관찰이 분명하였으며 SP와 AP 각각의 역치, 진폭과 잠복기의 정상군과의 비교는 통계적인 의미가 없었으며 다만 SP/AP의 진폭의 비율은 내림프수종에서 tone burst 4 kHz와 8 kHz 모두에서 1.0이상으로 정상군의 0.5이하인 것과 비교하여 의미있게 증가하였다(Fig. 8).
많은 보고에서 SP의 상승을 보고하고 있으며, 이는 기저막의 전위를 반영하는 것으로 생각되어지고 있다. SP의 발생기전에 대하여 Brookes등3)은 SP가 와우내에서 여러가지 non-linear mechanism으로 부터 일어나는 다발 요인성 반응(multi-component response)이며 내림프 수종에서 negative SP의 증가를 일으키는 non-linearity는 기저막의 변위(displacement)에 따라 나타난다고 하였다. Coats6)는 사람의 메니에르병에서 와우전위도의 측정을 통해 약 70%에서 SP의 상승을 관찰하였으며, 최근까지의 연구를 종합하면 메니에르병에서는 SP의 증가가 약 반수에서, SP/AP의 증가가 약 67%에서 나타난다고 하였다. 메니에르병의 진행시기에 따른 와우전위의 변화가 보고되고 있으며, 실험동물의 경우 Kumagami 및 Miyazaki9)는 기니픽 내림프수종에서 정원창에서 측정한 와우도에서 SP는 양성전위를 3주까지 유지하다가 음성전위로 바뀌며 1년 후에는 소실된다고 하였다. 그러나 Aran등10)은 시간경과에 따른 SP 전위의 전극변화는 관찰되지 않는다고 하였다. Kusa-kari등11)도 내림프수종을 기니픽에 유발하여 1, 2, 4, 12주일의 관찰을 통해 AP를 포함한 와우전위는 내림프도수관의 폐쇄유발 후 시간의 경과에 따라 함께 감소하였으나 SP만은 술후 1주일에서 가장 강하게 나타났다고 보고하였다.
AP의 경우 전위역치의 변화는 내림프수종 초기에는 없기 때문에 Van Deelen등7)과 Ruding등12)에 의하면 내림프수종 자체에 의한 것보다는 유모세포의 손상에 기인한다고 한다. Coats6)는 CM과 AP는 의미없다고 보고하였으며, Kumagami 및 Miyazaki9)는 기니픽 내림프수종에서 3개월 후 AP의 전위역치는 감소하나 강한 자극음에 대한 AP의 전위는 증가하여 이는 유모세포의 유모 변화 즉 부분적 소실이나 굴절과 관계가 있다고 하였다. 본 연구에서는 3개월된 내림프수종에서 통계적으로 유의한 SP 및 AP의 변화는 볼 수없었다.
메니에르병에서 흔히 관찰되는 widened SP/AP complex는 상대적으로 작은 AP에 증가된 negative SP가 복합되어 나타나는 것으로 생각되며3)13), Gibson등8)은 이러한 현상이 메니에르병의 65%에서 관찰되었다고 하였다. 저자의 연구에서는 메니에르병에서 흔히 관찰되는 widened SP/AP complex가 확인되지 않았으나 클릭음에 의한 AN1의 widening이 결국 SP와 AP의 복합체로 추정되었다.
결론
메니엘병의 병리소견인 내림프수종을 24 마리의 기니픽에 내림프낭과 도수관을 기계적으로 폐쇄함으로서 유도하여 11∼12주일 후 CEOAE와 ECoG의 측정을 하고 동물을 희생시켜 조직학적인 검색을 하고 내림프수종을 확인하였다.
본 실험에서 얻은 결과는 다음과 같다.
1) CEOAE의 반응 양성율은 내림프수종군에서 정상대조군에 비하여 현저히 감소되였다. CEOAE 양성을 나타내는 내림프수종군(8귀)과 대조군(24귀)은 방사음 역치가 비슷하였으나 echo response와 reproducibility가 현저히 감소하였으며 negative ER이 많이 관찰되였다. 한편, CEOAE 양성인 내림프수종군에서의 반응 곡선의 첨점주파수가 고주파영역으로 유의하게 이전됨을 볼 수있었다.
2) ECoG검사로서 정원창에 활성전극을 둔 경우 자극음으로는 tone burst음이 click음에 비해 특징적인 SP의 관찰이 용이하였으며 특히 95 dB, 4 또는 8 kHz의 높은 진폭과 고주파수의 tone burst음이 내림프수종의 검사에 유용하였다. 내림프수종군의 변화는 첫반응첨점의 잠복기가 상대적으로 길어졌으며, SP와 AP의 각각의 진폭의 변화는 통계적인 의미가 없었으나 SP/AP 진폭의 비율은 유의하게 상승함을 관찰할 수 있었다.
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