| The Relationship between Ciliary Beat Frequency and Maxillary Sinus Mucosal Hypertrophy on Computed Tomography in Patients with Chronic Sinusitis. |
| Yang Gi Min, Sang Jun Jeon, Chae Seo Rhee, Chul Hee Lee, Kang Soo Lee, Ja Bock Yun, Won Jin Yi, Kwang Suk Park |
1Department of Otorhinolaryngology-Head and Neck Surgery, Seoul National University College of Medicine, Seoul, Korea. ygmin@plaza.snu.ac.kr
2Department of Biomedical Engineering, Seoul National University College of Medicine, Seoul, Korea. |
| 만성 부비동염에서 섬모운동과 전산화 단층촬영에서의 상악동 점막비후의 상관관계 |
| 민양기1 · 전상준1 · 이재서1 · 이철희1 · 이강수1 · 윤자복1 · 이원진2 · 박광석2 |
| 서울대학교 의과대학 이비인후과학교실1;의공학교실2; |
|
|
|
|
|
| 주제어:
섬모운동속도ㆍ만성부비동염ㆍ점막비후. |
| ABSTRACT |
BACKGROUND AND OBJECTIVES:
This study was designed to investigate the relationship between the sinus mucosal hypertrophy and ciliary beat frequency (CBF) in patients with chronic sinusitis in vitro.
MATERIALS AND METHODS:
In 14 patients with chronic sinusitis, mucosal samples were obtained from the superior, inferior, and lateral walls of the maxillary sinus. Using a video-computerized analysis technique, we measured two parameters for ciliary activity at five different sites selected randomly from each sample=the ciliated area (%) showing CBF equal to or higher than 10 Hz (A10) and the weighted frequency (Fw). Mucosal hypertrophy of the maxillary sinus was calculated using a computer program on CT scans.
RESULTS:
A(>or=10) and Fw were 91% and 11.3 Hz in control group, respectively, whereas they were 47% and 9.1 Hz in chronic sinusitis group, respectively (p=0.03). There was a significant inverse correlation between A(>or=10) or Fw and mucosal hypertrophy of the maxillary sinus (p=0.001).
CONCLUSION:
The results of this study suggest that the severity of mucosal hypertrophy on CT scan may correlate with the ciliary activity. |
| Keywords:
Ciliary beat frequencyㆍChronic sinusitisㆍMucosal hypertrophy |
서론
부비동염에서 점액섬모기능이 변화하는 이유로는 염증에 의한 섬모의 손상,1) 염증성 매개물질, 섬모의 미세구조 변화,2) 그리고 점액융단의 성분 변화3) 등이 원인이며, 동물 실험에서는 염증반응이 지속됨에 따라 부비동 점막이 비후하는 것으로 알려져 있다. 아직까지 만성 부비동염 환자의 섬모운동에 대하여는 알려져 있지 않은 부분이 많으며, 그 결과 또한 보고자들에 따라 차이가 있다.4-8) 화농성 부비동염 환자를 대상으로 생체외에서 광전기법(photoelectric method)을 이용하여 섬모운동속도를 측정한 결과 정상 대조군에 비하여 섬모운동속도가 감소했다는 결과가 있는 반면,5) 부비동염 환자의 섬모운동속도는 정상 대조군과 비교하여 차이가 없었으며 화농성 비루가 있는 일부 환자에서는 섬모운동속도가 오히려 증가했다는 결과도 있었다.8) 이에 본 연구를 통하여 저자들은 만성부비동염 환자들의 부비동 점막 섬모운동속도의 변화 여부를 확인하고, 부비동 점막병변 정도를 반영하는 척도중의 하나로 상악동 점막비후의 정도를 측정하여 섬모운동속도와의 상관관계가 있는지를 알아보았다.
재료 및 방법
대 상
1997년 1월부터 동년 9월까지 서울대학교 병원 이비인후과에서 만성 부비동염으로 진단을 받고 부비동 내시경수술을 받은 14명의 환자를 대상으로 하였다. 환자의 연령분포는 19세에서 50세로 평균연령은 33.6세 였으며, 남자가 8명, 여자가 6명이었다. 환자군은 만성 부비동염의 증상과 증후가 8주 이상 있었으며, OMU-CT상에서 상악동 점막의 비후가 관찰되는 환자를 선택하였다.9) 모든 대상환자는 피부반응검사 및 Dermatophagoides farinae, Dermatophagoides pteronyssinus에 대한 RAST 검사 결과가 음성이었으며, 과거 부비동 수술을 받은 병력이 없고, 부비동 내시경 수술 2개월 전까지 항생제를 포함한 전신 및 국소약물치료를 받은 과거경력이 없으며, 흡연력이 없는 환자군으로 한정하였다. 상악동내의 점액저류는 OMU-CT에서 정확한 점막비후 측정을 어렵게 하므로 OMU-CT 촬영과, 수술시 화농성 비루가 있는 환자들은 대상에서 제외하였다. 섬모운동속도를 측정하기 위하여 lidocaine이나 bosmin 팩킹을 하지 않은 상태에서 모든 환자에서 부비동 내시경 수술시에 구상돌기절제술을 시행한 후, 상악동의 상부, 하부, 외측부 세 부위에서 점막을 채취하였다.
대조군으로는 최근 1달동안 약물투여나 상기도염의 병력이 없었으며, 흡연력과 부비동염의 증상이나 증후가 없는 11명의 건강한 자원자를 대상으로 충분한 설명으로 동의를 얻은후에 팩킹등의 전처치 없이 상악동 자연공 근처의 누두부(infundibulum)에서 채취하였으며, 구상돌기절제술은 시행하지 않았다.10)
상악동 점막비후 측정
상악동 점막비후는 OMU-CT상에서 상악동 자연공 부위가 가장 잘 나타나는 단면을 선택하여 scanner를 이용하여 IBM 컴퓨터로 영상을 옮긴 후에 저자들이 C-언어로 개발한 프로그램을 이용하여 측정하였다. 점막비후 면적은 상악동 전체 면적(A)와 점막비후에 의해 OMU-CT상에 보이는 공기음영 면적(B)를 구하여 다음과 같은 공식으로 계산하였다(Fig. 1)：
A-B/A×100(%)
측정된 상악동 점막비후는 같은 환자에서 얻은 세 군데 점막에서 측정한 섬모운동속도와 비교하였다.
섬모운동속도 측정
검체는 채취 즉시 DMEM-F12(GibcoBRL, Grand Island, NY)이 담겨 있는 Falcon tube에 담아 37℃, 5% CO2 incubator에 1시간 동안 거치시켜 섬모운동을 안정화시켰다. 이후에 측정용기로 옮겨 1000배 시야의 도립현미경으로 각 검체마다 임의로 다섯군데에서의 섬모운동의 영상을 video recorder로 녹화하였다. 녹화 영상을 재생하면서 비디오 영상 컴퓨터 분석법(video-computerized analysis system)11)을 이용하여 섬모운동을 측정하였으며 다음의 두 가지 변수를 구하였다. 첫째로, 각 검체에서 섬모운동속도가 10 Hz 이상(A≥10)되는 부위의 면적비율을 구하였고, 둘째로 weighted frequency(Fw)를 구하였다. Fw의 측정은 각 검체에서 섬모운동 측정시에 각 영역마다 가장 빈도가 높은 3개의 섬모운동속도를 구한 후, 각각의 섬모운동속도에 그 값이 관찰되는 면적의 비율을 곱하여 구하였으며 그 공식은 다음과 같다：
Fw(Hz)=[(f1(Hz)×A1(%))＋[f2A 2]＋[f3A 3]/(A1＋A2＋A3)
f1：가장 많은 빈도로 측정되는 섬모운동속도
f2：두번째로 많은 빈도로 측정되는 섬모운동속도
f3：세번째로 많은 빈도로 측정되는 섬모운동속도
A1：f1이 측정되는 면적의 비율
A2：f2이 측정되는 면적의 비율
A3：f3이 측정되는 면적의 비율
상악동 세 부위에서의 측정한 A≥10 및 Fw값의 평균치를 같은 환자의 상악동 점막비후와 비교하였다.
환자군의 섬모운동속도는 Student's t-test를 이용하여 차이를 비교하였다. 섬모운동속도와 상악동 점막비후와의 상관관계를 검증하기 위하여 Spearman correlation analysis를 이용하였으며, 동일 환자의 상악동 상부, 하부, 외측부 사이의 섬모운동 측정값의 차이는 paired t-test로 검증하였다. p<0.05를 통계적 유의성의 기준으로 정하였다.
결과
14명의 환자에서 채취한 모든 점막에서 섬모운동속도를 측정할 수 있었다. A≥10은 환자군에서는 47±29%이고 대조군에서는 91±6%로서 통계적으로 유의한 차이가 있었다(p<0.05). 그러나, 각 환자에서 비교한 상악동 상부, 하부 및 외측부간의 A≥10측정치는 통계적 차이가 없었다(p>0.05). Fw는 환자군에서는 9.1±5.4 Hz이고 대조군에서는 11.3±2.1 Hz로서 통계적으로 유의한 차이가 있었다(p<0.05, Fig. 2). 그러나, 각 환자에서 비교한 상악동 상부, 하부 및 외측부간의 Fw 측정치는 통계적 차이가 없었다(p >0.05).
부비동염군에서 측정한 OMU-CT상의 상악동 점막비후는 26%에서 90%로 평균 62%였다. 상악동 상부, 하부 및 외측부에서 각각 측정한 A≥10과 Fw는 OMU-CT에서 측정한 상악동 점막비후의 정도와 통계적으로 유의한 역상관관계가 있었다(Spearman correlation analysis：r2＝0.813, r2＝0.839, respectively；p＝0.001, each) (Figs. 3 and 4).
고찰
지금까지 부비동염 환자에서 측정한 섬모운동속도는 다양한 결과로 나타났다. Nuutinen 등은 화농성 비루가 있는 만성 부비동염 환자에서 광전기법을 이용하여 생체외에서 섬모운동속도를 측정한 결과, 섬모운동은 정지하거나 혹은 정상적인 속도로 움직임을 보이는 양 극단의 측정치만 나타나 있고 느려져 있는 경우는 없었다고 하였으며, 오히려 정상 대조군이나 분비물이 없는 환자군에 비하여 더 빠르다고 하였다. 그리고 수술시 육안적으로 관찰한 상악동내의 점막비후 정도 및 분비물의 성상과 섬모운동속도는 상관관계가 없었다고 하였다.8)
부비동염 환자에서는 섬모운동속도가 정상인에 비하여 다양한 측정값을 나타내므로 점막의 어느 부위를 측정하고 어느 값을 선택하는가에 따라 결과에 다소 차이가 있을 수 있다.5) 이런 점은 만성부비동염 환자의 섬모운동속도에 대한 지금까지 연구의 상반된 결과에 대한 한 이유가 될 수 있겠다. 또한, 섬모운동에 관한 기존의 연구들은 섬모운동을 광전기법으로 측정하였는데 이 방법은 측정부위의 섬모운동의 평균치를 반영하기 때문에 개별적인 섬모상피세포의 섬모운동을 파악하기는 어렵다. 저자들은 상악동의 측벽, 상벽, 내벽에서 채취한 점막에서 1,000배로 확대된 상태에서 무작위로 선택한 영역에서 비디오 영상 컴퓨터 분석법을 이용하여 섬모상피세포 각각의 섬모운동을 파악할 수 있었다. 먼저, 대조군에서 섬모운동속도를 측정한 결과 대부분에서 10 Hz를 넘었으며,10)12) 이를 정상 섬모운동속도의 최저치로 정하여 환자군에서 10 Hz를 넘는 면적의 비율을 구하였다. 컴퓨터 프로그램을 이용하여 정상적인 섬모운동을 보이는 영역의 비율을 구하고, 또한 같은 점막에서 측정된 섬모운동속도중에서 빈도가 가장 높게 측정된 3개의 섬모운동속도에 그 값이 측정된 면적을 가중하여 weighted frequency를 측정하였다. 이리하여 동일한 점막에서도 다양한 측정값을 보이는 부비동염 환자 전체 점막의 실제 섬모운동을 객관적으로 나타내고자 하였다. 한편, 정상 대조군으로 정상인의 상악동에서 얻은 점막을 사용하여 섬모운동속도를 측정하는것이 가장 정확한 방법이겠지만 실제적으로 그러한 점막을 얻기가 어렵다. 저자들이 4명의 안와저 외향골절 환자에서 채취한 상악동 누두부 부위 점막의 섬모운동속도는 상악동 점막과 통계적으로 서로 차이가 없음을 확인하였으며 정상 대조군으로 상악동 자연공에서 채취한 점막을 사용하였다.
저자들은 이상의 두 가지 척도를 사용하여 정상군과 환자군에서의 섬모운동 측정치를 비교한 결과, 환자군이 정상군에 비하여 통계학적으로 의미있게 섬모운동속도가 감소함을 확인할 수 있었다(Fig. 2).
상악동의 염증상태가 지속되면 배세포 증식, 섬모세포감소, 섬모의 소실등 병리학적 변화가 일어나며, 이 결과 부비동 점막이 비후하게 된다.7) 부비동염이 더 진행하면 점막에서는 섬모를 포함한 상피세포 미세구조의 비가역적인 변화가 일어나는 것으로 알려져 있으나,1) 병변의 조직학적 변화의 정도와 점막비후 정도와의 상관관계는 아직 알려져 있지 않다. 저자들이 만성 부비동염을 가진 환자의 점막에서 측정한 섬모운동속도는 점막비후가 심할수록 섬모세포의 섬모 소실부분이 많았으며, 섬모운동도 느려져 있었다. 만성부비동염 환자에서 OMU-CT는 현재 임상적으로 많이 이용되고 있으며 본 연구에서 점막비후를 나타내는 임상적 척도로서 OMU-CT에서 측정한 상악동 점막비후의 2차원적면적 비율(2-dimensional mucosal hypertrophic area percentage)을 컴퓨터 프로그램을 이용하여 객관적으로 구한 후 섬모운동속도와 비교하였다. 이 결과 대부분의 환자에서 점막비후가 심할수록 섬모운동속도가 감소되었으며 점막비후와 A≥10 및 Fw 로 측정한 섬모운동속도는 유의한 역상관관계가 있었다. 이상의 결과로 점막의 비후가 심할수록 정상기능을 갖는 섬모세포의 비율이 감소하며, 점막비후 정도는 감소된 섬모기능을 나타내는 하나의 임상적 척도가 될 수 있다.
결론
만성부비동염 환자의 섬모운동속도는 정상인에 비하여 감소하며, OMU-CT 에서 객관적으로 측정한 상악동 점막비후를 A≥10및 Fw와 비교한 결과 두가지 척도 모두 점막비후와 유의한 역상관관계에 있다. 따라서 저자들은 본 연구의 결과로부터 만성부비동염 환자에게 점막비후가 섬모기능의 저하를 나타내는 임상적 척도가 될 수 있다고 결론을 내렸다.
REFERENCES
1) Reimer A, von Mecklenburg C, Toremalm NG. The mucociliary activity of the upper respiratory tract. III: a functional and morphological study on human and animal material with special reference to maxillary sinus disease. Acta Otolaryngol (Stockh 1978;355 (suppl):1-20.
2) Friedman I. Ciliary structure; ciliogenesis, microvilli. Laryngoscope 1971;81:1852-8.
3) Dulfano MJ, Adler KB. Physical property of sputum. Am Rev Respir Dis 1975;112:341-7.
4) Takasaka T, Sato M. Atypical cilia of the human nasal mucosa. Ann Otol Rhinol Laryngol 1980;89:37-43.
5) Ohashi Y, Nakai Y. Reduced ciliary action in chronic sinusitis. Acta Otolaryngol 1983;397 (suppl):3-9.
6) Wilson R, Sykes DA, Currie D, Cole PJ. Beat frequency of cilia from sites of purulent infection. Thorax 1986;41:453-8.
7) Marks SC. Acute sinusitis in the rabbit model: histologic analysis. Laryngoscope 1998;108:320-5.
8) Nuutinen J, Rauch-Toskala E, Saano V, Joki S, Pharm BP. Ciliary beating frequency in chronic sinusitis. Arch Otolaryngol Head Neck Surg 1993;119:645-7.
9) Lund RM. The new classification of paranasal sinusitis. Ann Otol Rhinol Laryngol 1995;167 (suppl):17-21.
10) Robson AM, Smallman LA, Drake-Lee AB. Factors affecting ciliary function in vitro: a preliminary study. Clin Otolaryngol 1992;17:125-9.
11) Min YG, Yun YS, Rhee CS, Sung MW, Lee KS, Ju MS et al. The effects of phenylephrine on ciliary beat in human nasal respiratory epithelium: quantitative measurement by a video-computerized analysis technique. Laryngoscope 1998;108:418-21.
12) Rutland J, Cole PJ. Non-invasive sampling of nasal cilia for measurement of beat frequency and study of ultrastructure. Lancet 1980;13:564-5.
|
|
PDF Links
Full text via DOI 
Download Citation 
