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Korean Journal of Otorhinolaryngology-Head and Neck Surgery > Volume 45(5); 2002 > Article
Korean Journal of Otorhinolaryngology-Head and Neck Surgery 2002;45(5): 483-487.
The Changes of Olfactory and Trigeminal Pungency Thresholds in n-Aliphatic Alcohols with Different Carbon Chain in Normal Adults.
Kyung Hun Yang, Nam Ho Huh, Tae Hyung Kim, Seung Ho Choi, Yong Sig kwun, Seong Ho Song, Jeom Keun Kim
1Department of Otorhinolaryngology-Head and Neck Surgery, Hallym University College of Medicine, Seoul, Korea. kyang@sun.hallym.ac.kr
2Department of Electronics Engineering, Hallym University, Chunchon, Korea.
정상인에서의 지방족 알코올의 탄소수 변화에 따른 후각역치 및 삼차신경역치의 변화
양경헌1 · 허남호1 · 김태형1 · 최승호1 · 권용식1 · 송성호2 · 김점근2
한림대학교 의과대학 이비인후-두경부외과학교실1;한림대학교 전자공학부2;
주제어: 후각역치삼차신경역치알코올.
ABSTRACT
BACKGROUND AND OBJECTIVES:
Using n-aliphatic alcohols whose physical properties change gradually as their length increases, we investigated the changes of olfactory threshold and trigeminal pungency threshold with the increase of carbon chain length.
MATERIALS AND METHOD:
Olfactory and trigeminal pungency thresholds were measured in ethanol (C2), 1-butanol (C4), 1-hexanol (C6) and 1-octanol (C8) in 40 normal adults using a two-alternative forced-choice modified by the ascending method of limit (CCCRC) test. Plastic bottles with 30 ml of four n-aliphatic alcohols were diluted threefold successively by mineral oil. Plastic bottles containing only mineral oil were used as controls.
RESULTS:
The olfactory and trigeminal pungency thresholds decreased and the ratio of olfactory threshold/trigeminal pungency threshold increased with the length of carbon chain in n-aliphatic alcohols. The correlation coefficients among olfactory thresholds in each alcohol were higher than those among trigeminal pungency thresholds.
CONCLUSION:
Alcohol with long carbon chains showed low olfactory and trigeminal pungency thresholds, indicating that high lipid solubility is an important factor in olfaction and trigeminal chemosensitivity.
Keywords: Olfactory thresholdTrigeminal pungency thresholdAlcohols

교신저자:양경헌, 150-071 서울 영등포구 대림동 948-1  한림대학교 의과대학 이비인후-두경부외과학교실
              전화:(02) 829-5217 · 전송:(02) 832-0661 · E-mail:kyang@sun.hallym.ac.kr

서     론


   일반 대기나 산업환경에는 약한 자극감을 일으키는 후각물질이 많은데, 이런 후각물질들은 물질 자체의 화학적 성질보다는 물리적, 물리화학적 성질이 후각자극에 더 중요한 역할을 한다. 이 약한 자극감을 일으키는 물질의 좋은 예가 지방족 알코올이다.1) 지방족 알코올의 물리화학적 성질은 탄소수에 따라 달라지는데, 탄소수가 증가할수록 분자크기, 비등점, 지용성이 증가하고, 수용성과 증기압은 감소하게 된다. 이런 동종(homologous) 물질들에서는 탄소수가 증가하면 물리적 성질은 변하더라도 화학적 성질은 변하지 않기 때문에 물리적 성질과 후각의 상관관계를 보는 연구에 많이 사용되어 왔다.2)
   저자들은 지방족 알코올 중 탄소수가 2, 4, 6, 8에 해당하는 ethanol, 1-butanol, 1-hexanol, 1-octanol을 이용하여 정상인의 후각신경 및 삼차신경의 역치를 측정하여 탄소수 증가가 후각역치와 삼차신경역치에 어떤 영향을 미치는 지 연구하였다.

대상 및 방법

대  상
  
검사는 20대, 30대의 남자, 여자 각각 10명씩 총 40명의 정상인을 대상으로 하였으며, 나이분포는 23세에서 38세, 평균나이는 28.7세이었다. 피검자들은 전비경검사상 비루, 비중격만곡 등 비, 부비동 질환이 없었으며, 과거나 현재 후각이상을 일으키는 질환이 없는 정상 후각능력을 가진 사람들로 하였다.

방  법

후각물질
  
지방족 알코올 중에서 탄소수가 2, 4, 6, 8개인 ethanol(C2H5OH), 1-butanol(C4H9OH), 1-hexanol(C6H13OH), 1-octanol(C8H17OH)(Sigma, USA)을 mineral oil에 희석하여 30 ml을 250 ml 용량의 폴리프로필렌으로 만든 플라스틱 샴푸병에 넣어 검사용액으로 사용하였고, mineral oil만 30 ml 들어있는 병을 대조군으로 사용하였다.
   검사용액은 가장 농도가 높은 100% 알코올을 step 0으로 하고 계속적으로 3배수로 희석하여, ethanol과 butanol의 경우는 step 12(1.9E-04%)까지 13 step, 1-hexanol은 step 14(2.1E-05%)까지 15 step, 1-octanol은 step 16(2.3E-06%)까지 17 step을 만들었다. 같은 병을 계속 흡입하면 공기가 유입되어 플라스틱병 상층부의 후각물질의 농도가 떨어지므로, 같은 농도의 자극을 계속 주기 위하여 5개의 희석조(dilution set)를 만들어 사용하였다.

후각역치검사
  
후각역치의 측정은 제일 낮은 농도의 알코올에서 시작하여 농도를 높여가며 역치를 알아내는 modified ascending method of limits(Connecticut Chemosensory Clinical Research Center(CCCRC) test)3)를 사용하였다. 자극방법은 검사자가 알코올이 들어있는 병과 mineral oil이 들어있는 병의 꼭지를 열어 피검자에게 주면 피검자는 검사하는 쪽의 비강 내에 삽입한 후 병을 누르면서 흡입을 하여 플라스틱병 상부 공기에 들어있는 후각물질이 비강 내로 들어가도록 하여 냄새를 맡도록 하였다. 피검자는 검사를 하는 동안 반대편 비강을 엄지손가락으로 막아 한쪽 비강으로만 자극이 되도록 하였으며 검사자는 피검자가 동일한 양의 흡입을 하도록 유도하였다.
   검사는 피검자가 두 개의 병(한 병은 희석된 알코올 용액이 들어있는 병이며 다른 병은 mineral oil이 들어 있는 대조군)의 냄새를 맡고 둘 중에서 알코올 용액이 들어 있는 병을 후각자극이 있다고 옳은 선택을 하면 같은 농도의 알코올 용액과 대조군을 다시 시도하였다. 만일 피검자가 같은 농도에서 다섯 번을 계속해서 후각자극이 들어있는 병을 맞게 선택을 하면 그때의 농도를 역치로 하였다. 그러나 다섯 번을 맞추기 전에 틀린 선택을 하면 한 단계 높은 농도의 자극을 하여 피검자가 계속 같은 농도에서 다섯 번을 맞출 때까지 혹은 용액의 가장 높은 농도에 이를 때까지 반복하였다.

삼차신경역치검사
  
삼차신경역치검사는 후각역치검사와 같이 낮은 농도에서 점차 농도를 높여가며 검사하였으며, 삼차신경역치가 후각역치보다 높은 농도에서 정해지기 때문에 후각역치에서 시작하여(좌측과 우측의 후각역치가 다를 경우에는 높은 역치 값(낮은 희석step)에서부터 시작), 농도를 계속 높여가면서 진행하였다. 검사는 피검자가 양쪽 비강에 알코올 용액이 들어있는 병과 대조군병을 동시에 흡입하도록 하여 어느 쪽에 자극감이 있는 지를 선택하도록 하였다.4)
   자극방법은 검사자가 알코올 용액이 들어있는 병과 mineral oil이 들어있는 병의 꼭지를 열어 좌, 우측을 지정하여 피검자에게 주면 피검자는 두 병의 꼭지를 양측 비강 내에 삽입한 후 동시에 병을 누르면서 흡입을 하여 어느 쪽에서 자극감이 생기는 지를 말하도록 하였다. 검사자는 피검자가 동일한 양의 흡입을 하도록 유도하였으며, 자극감이 좌, 우측을 번갈아 가면서 같은 수만큼 자극이 되도록 하였다.
   피검자가 좌, 우측 중 검사자가 알코올 용액으로 자극감을 유발시킨 쪽에 자극감이 있다고 옳은 선택을 하면 같은 농도의 알코올 용액과 대조군을 다시 시도하였다. 만일 피검자가 같은 농도에서 다섯 번을 계속하여 옳은 선택을 하면 그 때의 농도를 삼차신경역치로 하였다. 그러나 다섯 번을 맞추기 전에 틀린 선택을 하면 한 단계 높은 농도의 자극을 하여, 피검자가 계속 같은 농도에서 다섯 번을 맞출 때까지 혹은 용액의 가장 높은 농도에 이를 때까지 반복하였다.

통계학적 분석
  
남녀의 비교나 후각역치와 삼차신경역치의 비교에는 Wilcoxon signed ranks test를 사용하였고, 알코올 사이의 비교에는 Friedman test를 사용하였으며 유의수준은 5%로 검정하였다. 상관관계는 Pearson correlation test를 사용하였다.

결     과

성별에 따른 후각역치와 삼차신경역치(Table 1)
   정상성인 40명에서 CCCRC test를 사용하여 ethanol, 1-butanol, 1-hexanol, 1-octanol에서 측정된 후각역치와 삼차신경역치는 Table 1과 같다. 후각역치는 1-hexanol에서 남자가 10.1±1.1, 여자가 11.3±1.9 희석step으로 여자가 의미있게 낮았으며, 삼차신경역치는 1-butanol에서 남자가 7.45±1.4, 여자가 8.60±1.9 희석step으로 여자가 의미있게 낮았다(p<0.05, Mann-Whitney U test). 나머지 각각의 알코올에서는 성별에 따른 후각역치와 삼차신경역치의 차이는 없었다.

후각역치와 삼차신경역치의 차이(Table 2)
   후각역치는 ethanol에서 가장 높았고 1-hexanol과 1-octanol에서 가장 낮았으며, 삼차신경역치는 ethanol에서 가장 높았고 1-hexanol에서 가장 낮았다. 후각역치는 삼차신경역치보다 통계학적으로 의미있게 희석step이 높았다(p<0.01, Mann-Whitney U test).
   희석을 3배수로 하였으므로 삼차신경역치 / 후각역치의 비율은 ethanol의 경우 9.2±1.7 및 6.3±1.8 희석step으로 24.2배의 차이를 보였으며, 1-butanol은 9.4배, 1-hexanol은 9.9배, 1-octanol은 15.4배의 차이로 후각역치가 삼차신경역치보다 더 높은 희석step을 보였다. Ethanol을 제외하고는 알코올의 탄소수가 증가할수록 삼차신경역치 / 후각역치의 비율이 점점 커지는 소견을 보였다.

후각역치와 삼차신경역치에서의 상관관계(Table 3)
   각 알코올의 후각역치 사이에는 서로 상관관계가 높았다. 대체적으로 삼차신경역치는 후각역치에 비하여 다른 알코올 사이에 상관관계가 낮은 소견을 보였으며, 특히 ethanol이 다른 알코올과 낮은 상관관계를 보였다. 나머지 다른 알코올들은 ethanol에 비하여 비교적 서로 상관관계가 높았다.

고     찰

   후각역치와 삼차신경역치의 측정에 사용된 방법 CCCRC test는 환자에게 후각물질이 들어있는 병과 대조군의 병을 주어 피검자가 후각자극이나 삼차신경의 자극감이 있는 병을 선택하도록 하는 주관적인 방법이다. CCCRC test는 원래 4% 1-butanol을 3배수로 희석하여 사용하였으나, 본 연구에서는 삼차신경역치도 같이 측정하여야 하므로 높은 농도에서 역치가 측정될 가능성이 있으므로 100%부터 3배수로 희석하여 사용하였다. 희석은 mineral oil로 하였는데, 이는 지방족 알코올의 경우 ethanol은 물에 잘 녹지만 1-butanol은 4% 이상인 경우는 물에 녹지 않고, 1-hexanol과 1-octanol의 경우는 물에 녹지 않는다. 그렇지만 모든 알코올은 mineral oil에는 녹으므로 같은 조건으로 실험하기 위하여 mineral oil에 희석시켜 사용하였다.
   남녀의 후각역치를 비교하여 보면(Table 1), 후각역치는 모든 경우 여자가 낮게(높은 희석step) 나왔으며 그 중 1-hexanol은 통계학적으로 의미있게 낮았다(p=0.018). Kobal 등5) 및 Cain6)의 연구에서도 여자들이 남자들보다 후각역치가 더 낮게 나온다고 하였다. 본 연구에서는 삼차신경역치도 모든 알코올에서 여자가 남자보다 낮았고, 1-butanol의 경우는 여자가 통계학적으로 의미있게 남자보다 낮았다(p=0.017). Becker 등7)의 결과에서도 여자들이 남자들보다 삼차신경자극을 더 세게 느낀다고 하였다.
   전체 피검자의 역치를 보면(Table 2), 후각역치는 ethanol에서 가장 높았고(낮은 희석step), 1-hexanol과 1-octanol에서 가장 낮아 알코올의 탄소수가 증가할수록 후각역치가 감소하는 소견을 보였으며, 삼차신경역치도 ethanol에서 가장 높았고 1-hexanol에서 가장 낮아 전체적으로 탄소수에 따라 역치가 감소하는 소견을 보였다. Cometto-Muñiz와 Cain8)의 결과에서도 알코올의 탄소소가 증가할수록 후각역치가 감소한다고 하였다.
   삼차신경역치는 비강 내의 자극감을 느끼는 농도에서 측정되므로 후각역치보다 높은 농도에서 형성되는데, Doty9)는 31개의 화학물질을 이용하여 후각신경의 역치를 일으키는 농도로부터 자극의 강도를 높이면서 삼차신경의 역치를 일으키는 농도를 측정하여 비교해 본 결과 삼차신경의 역치농도가 후각역치농도보다 약 100배정도 높다고 하였다. 후각이 없는 환자에서는 후각자극에 의한 삼차신경역치의 왜곡이 없으므로 더욱 정확한 삼차신경 역치를 측정할 수 있는데, Cometto-Muñiz와 Cain8)은 무후각자의 삼차신경역치/후각역치의 비율이 지방족 알코올의 methanol의 경우 23배부터 1-octanol의 경우 10,000배로 탄소수가 증가할 수록 삼차신경역치/후각역치의 비율이 증가하며, 1-butanol은 약 1,000배정도 되었다고 하였다.
  
본 실험과 같이 정상인에서 삼차신경역치를 측정할 경우에는 후각자극에 의하여 삼차신경역치가 변화하므로 무후각자에 비하여 삼차신경역치가 더 낮게 나타나는 것으로 알려져 있다. Cometto-Muñiz와 Cain10)은 정상인들은 후각장애환자보다 삼차신경역치가 낮게 나오는데, 이는 정상 후각이 삼차신경역치를 떨어뜨리는 것으로 추측된다고 하였으며, Kobal과 Hummel11)은 정상인에서 삼차신경자극은 후각자극을 동반할 때 더 세게 느껴진다고 하였다. 이렇게 정상인에서 후각장애환자보다 삼차신경의 역치가 낮게 나오는 이유에 대하여 Cometto-Muñiz와 Cain12)은 정상인에서는 자극감을 느끼는 것과 강한 후각감각 사이에 혼동이 있거나, 정상인과 후각장애환자는 자극감에 대한 민감도가 다르다고 추측할 수 있다고 하였다. 이들12)은 본 실험과 같은 방법인 자극위치역치를 이용한 삼차신경역치를 측정한 결과 1-propanol(C3)부터 1-hexanol(C6)까지 4가지 알코올에서 평균적으로 후각장애환자의 경우 정상인보다 1.27배 더 높게 나왔으나, 통계학적으로 의미가 있지는 않았다고 하였으나, Yang 등13)은 1-butanol에서 같은 방법으로 측정한 결과 후각장애환자가 정상인보다 3.2배 높고 통계학적으로도 의미있게 높은(p<0.001) 결과를 얻었다.
   본 실험의 경우 3배수로 희석하였으므로 희석step이 한 step 올라갈수록 3의 지수함수로 역치가 감소하게 된다. 이런 식으로 계산하여보면 ethanol의 경우 삼차신경역치가 후각역치의 24.2배이었으며, 1-butanol은 9.4배, 1-hexanol은 9.9배, 1-octanol은 15.4배로 ethanol을 제외하고는 알코올의 탄소수가 증가할수록 삼차신경역치 / 후각역치의 비율이 올라가 Cometto-Muñiz와 Cain8)의 결과와는 같은 소견을 보였으나, 그 값은 커다란 차이를 보였다. 이는 Cometto-Muñiz와 Cain의 경우 무후각자를 대상으로 하였고, 본 실험의 경우는 정상인으로 실험을 하였기 때문에 삼차신경역치가 더 감소되었을 것이나, 실제로 측정된 삼차신경역치가 Cometto-Muñiz와 Cain의 경우보다 매우 낮았다. 이는 피검자들이 자극감보다는 강한 후각자극을 자극감과 혼동하여 병을 선택한 경우가 많지 않았는가 추측된다.
   또한 ethanol의 경우 삼차신경역치 / 후각역치의 비율이 24.4배로 다른 알코올에 비하여 높았는데, ethanol은 비등점이 78.5°C에 불과해 상온에서 증발이 잘되어 플라스틱병 상부의 공기내의 농도가 다른 알코올에 비하여 높아지므로 후각역치와 삼차신경역치가 예상보다 높은 희석step으로 나타날 가능성이 높아 정확한 결과를 얻기가 어렵다. 그러므로, ethanol의 경우 플라스틱병을 이용한 후각역치와 삼차신경역치의 측정에 사용하는 것에는 한계가 있는 것으로 여겨진다. 또한 후각역치와 삼차신경역치의 상관관계에서도 다른 알코올에 비하여 상관계수가 낮게 나타났다.
  
이렇게 탄소수에 따라 후각역치 및 삼차신경역치가 감소하는 것은 분자 크기의 증가, 지질용해도(lipid solubility)의 증가와 관련이 있는 것으로 알려져 있다.14)15)16) 즉 탄소수가 증가할수록 지질친화성이 높아지며 더 쉽게 상피층을 뚫고 삼차신경말단에 더 잘 도달한다고 하였다. Cometto-Muñiz와 Cain8)도 자극물질의 탄소수가 증가할수록 역치값이 낮아지며, 이는 알코올같이 상대적으로 덜 자극적인 물질들은 자극의 화학적 반응보다 물리적인 반응에 의해 자극감이 달라지고, 이런 동종물질간에 역치의 차이가 생기는 것은 비점막의 이상성(biphase), 즉 수용성인 점액성분과 지용성인 지질세포막을 얼마나 잘 투과할 수 있는가에 달려있다고 하였다.17)
   각각의 알코올에서의 후각역치와 삼차신경역치의 상관관계(Table 3)를 보면 ethanol을 제외하면 Pearson correlation coefficient가 0.51에서 0.79로 비교적 서로 상관관계가 높은 것으로 나왔다. 이는 각 알코올의 물리학적 성질이 규칙적으로 변하므로 각각의 알코올의 후각역치와 삼차신경역치가 서로 상관관계가 있다는 것을 의미하며, ethanol의 경우는 다른 알코올에 비하여 낮은 상관관계를 보였다.

결     론

   저자들은 지방족 알코올 계열중 탄소수가 2, 4, 6, 8에 해당하는 ethanol, 1-butanol, 1-hexanol, 1-octanol을 이용하여 정상인 40명의 후각신경 및 삼차신경의 역치를 CCCRC test를 이용하여 측정한 결과, 탄소수를 증가시킴에 따라 후각역치와 삼차신경역치가 감소하는 소견을 보였으며, ethanol을 제외하고 삼차신경역치 / 후각역치의 비율이 증가하였다. 또한, 각각의 알코올에서의 후각역치와 삼차신경역치의 상관관계는 후각역치의 경우 비교적 서로 상관관계가 높은 것으로 나오고 전체적으로 삼차신경역치의 상관계수보다 높은 값을 보였다. 
   이는 후각물질의 지질용해도가 후각 및 삼차신경 자극에 중요한 역할을 하는 것을 보여준다.


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