교신저자：임상철, 501-190, 광주광역시 동구 학 1동 8  전남대학교 의과대학 이비인후과학교실
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서     론

   비강의 중요한 생리기능으로 호흡작용과 흡입공기에 대한 자가정화 및 방어작용 등을 들 수 있으며 이를 위해서는 비강점막을 덮고 있는 점액층의 역할이 중요한 것으로 알려져 왔다. 태생기에 인간의 비점막은 위중층 원주섬모상피층(pseudostratified ciliated columnar epithelium)으로 덮혀 있다가 어른이 되면 중비갑개와 하비갑개의 전방부위 일부에서 편평상피화(squamous metaplasia)가 관찰되며, 이것은 먼지나 연기(fume)를 포함한 공기의 흡인으로 인한 지속적인 외상과 낮은 습기에 의한 건조 등에 기인한다고 알려져 있다.¹⁾
   후두 전적출술을 받은 환자에서는 비강 내 공기 흐름이 소실된 결과로 비점막의 기능적, 형태학적인 변화가 발생할 수 있으며, 이에 대한 연구는 비강생리를 이해하는데 도움이 된다. 비강기류 차단 시 호흡상피의 변화에 대해서 많은 동물실험이 보고 되어 있고, 인간에 대한 연구는 후두 전적출술을 받은 환자에 국한되어 연구 되어 왔다. 그리고, 지금까지 후두 전적출술을 받은 환자에서 점액섬모 청소능, 섬모 운동 빈도,²⁾ 비주기,³⁾⁴⁾ 코점막 상피세포의 형태 및 비점막의 혈류량의 변화가 있음이 보고되었고,⁵⁾⁶⁾ 주관적인 비점막의 색깔의 변화를 기술하였지만, 인간에서 객관적으로 비강 점막 색깔의 변화를 증명한 연구는 미비한 실정이다.
   이에 저자는 후두암으로 인한 후두 전적출술로 비강기류가 차단된 환자에 있어서 비강기류 차단이 비점막에 미치는 영향에 대하여 알아보고자 내시경과 그래픽 프로그램을 이용하여 하비갑개의 형태학적인 변화와 조직검사를 통한 하비갑개의 전방부위의 세포의 변화를 관찰하였다.

대상 및 방법

대  상
   과거 후두 전적출술을 받은 환자 중 추적관찰이 가능하고 비내시경 사진 촬영 및 비점막 채취에 동의한 22명을 대상으로 하였다. 대상군은 22명 모두 남자 였으며, 연령분포는 43세에서 76세였고 평균연령은 63세이었다. 환자들의 수술 원인으로는 성문암이 6명, 성문상암이 11명, 성문하암이 1명, 하인두암이 4명이었다. 조사 당시 환자들은 수술 후 2개월에서 25년이 경과하였으며 평균 67개월이었다. 대조군은 비질환의 특별한 기왕력이 없는 남자 중 대상군과 나이가 비슷한 15명으로 하였으며, 연령분포는 45세에서 73세이었으며 평균연령은 58세였다.

검사 방법

하비갑개 형태의 변화에 대한 관찰
   대상자들을 의자에 앉은 자세에서 0°비내시경을 비디오 카메라(Olympus OTV-S5)와 연결하여 하비갑개의 중심부가 가장 잘 보이는 위치에서 빛의 반사가 가장 없게 하여 사진을 촬영 후에 하비갑개의 색깔 변화를 관찰하기 위하여 사진을 스캐너(Epson GT-9000)를 이용하여 color 36비트 HiFi, 해상도 200 dpi, 크기 30% 비율로 스캔 후에, 스캔한 이미지에서 하비갑개 전방부위를 0.5×0.5 cm 크기로 지정 후 이 부분의 RGB(Red, Green, Blue) 정도를 그래픽 프로그램(Adobe photoshop 6.0)에 있는 히스토그램(histogram)을 이용하여 분석하여 적색(Red), 녹색(Green), 청색(Blue)의 평균치를 얻었으며, 같은 방식으로 하비갑개 전방의 다른 부위도 RGB 정도를 두 차례 더 구하여 구해진 RGB의 평균치를 얻었다. 그 외에 하비갑개 전반부에서 0.5×0.5 cm 격자를 이용하여 dimpling의 개수를 각각 두 곳에서 구하여 가장 많은 값을 취하여 서로 비교하였다.

하비갑개의 조직 관찰
   후두 전적출술을 받은 환자 중 비 점막 채취에 동의한 13명에서 비강을 4% xylocain과 1:3000 epinephrine을 적신 솜으로 표면 마취 한 후에 하비갑개의 전하방에서 생검 겸자(biopsy forcep)를 이용하여 조직을 채취하여 포르말린에 고정 후 파라핀 포매를 만들고, 채취한 조직 중 일부는 전자 현미경 관찰을 위한 epon 포매를 만들기 위해 glutaraldehyde 용액(pH 7.4, 0.1 M cacodylate buffer)에 약 4℃에서 4시간 전고정 후 동일한 buffer를 사용하여 3회 세척하였다. 그리고 2% osmium tetroxide(OsO4) 용액(pH 7.4, 0.1 M cacodylate buffer, 4℃)에서 1시간 후 고정하여 동일한 buffer에 1회 세척한 후, ethanol로 탈수하고, propylene oside를 사용하여 치환시켰다. 조직을 propylene oxide와 epoxy resin의 1：1, 1：2 혼합액으로 3시간씩 침투시켰으며, epoxy resin 원액으로 밤새껏 침투한 후 포매한 다음 35℃에서 12시간, 45℃에서 24시간, 60℃에서 24시간 열 중합하였다.
   파라핀 포매를 박편으로 만들어 H & E 염색을 실시하여 점막층을 관찰하였으며, Epon 포매를 ultramicrotome(LKB- V형)을 이용하여 1 μm로 박절하고 1% toluidine blue로 염색한 후 광학현미경으로 전자현미경상 관찰하고자 하는 부위를 정한 뒤, 결정된 부위를 80 nm 두께의 박편으로 만들어 150 mesh의 copper grid에 올려 uranyl acetate와 lead citrate로 이중 염색하여 전자현미경(JEM 100CX II형, TEM)으로 가속전압 80 kV 하에서 관찰하였다.
   대조군에서는 비질환이 없고 인접한 비인두의 조직검사가 필요한 환자에 있어서 비 점막 조직 채취에 동의한 5명에게서 조직을 얻어 대상군과 같은 방식으로 만들어 비교하였다.

통계학적인 분석
   Student t-test로 통계분석을 하였고, p-value가 0.05 미만인 경우를 통계적으로 유의하다고 판정하였다. 모든 통계분석은 SPSS 10.0 윈도우버전을 사용하여 처리하였다.

결     과

하비갑개의 형태 변화(Fig. 1)
   후두전적출술을 시행한 환자의 RGB 값은 각각의 색깔을 0~255까지 구분하여 나타내었을 때, 적색 219.88±14.31, 녹색 202.70±22.37, 청색 214.57±21.01의 소견을 보였고, 대조군에서는 적색 217.70±9.76, 녹색 135.25±31.76, 청색 152.20±30.15의 소견을 보여 적색은 유의한 차이를 보이지 않고(p>0.05), 녹색(p<0.0001)과 청색(p<0.0001)은 의의있게 변화하였다. 이러한 결과로 후두 전적출술을 시행받은 환자에서 비강 내 하비갑개의 색깔이 분홍빛에서 백색계열로 바뀜을 알 수 있었다.
   Dimpling의 개수는 후두 전적출술을 시행한 환자에서 7.23±3.98/0.25 cm²를 보였고, 대조군에서는 1.53±2.03/0.25 cm²의 소견을 보여 후두 전적출술을 시행한 환자에 있어서 의의있게 증가함을 관찰할 수 있었다(p<0.0001).

조직학적인 변화
   대조군의 하비갑개 전하방부의 점막은 조직검사를 시행한 5명 모두에서 중층 편평상피(stratified squamous epithelium)가 관찰되었으나, 후두 전적출술을 시행한 환자 중 조직검사를 시행한 13명의 점막에서는 술 후 기간 경과와 관계없이 가중층 원주섬모상피와 원주섬모상피가 주로 관찰되었으며 편평상피세포는 관찰되지 않았다. 그리고, 후두 전적출술을 시행한 환자의 비점막에서 많은 술잔세포(goblet cell)를 관찰할 수 있었다(Fig. 2).
   전자 현미경 소견에서도 대조군의 하비갑개 전하방부의 점막은 섬모가 없는 중층 편평상피로 구성되어 있었고, 후두 전적출술을 시행한 군에서는 다수의 섬모를 가지는 원주상피(columnar epithelium)를 확인할 수 있었고, 원주상피 사이에 술잔세포를 관찰할 수 있었다(Fig. 3).

고     찰

   인체의 비점막의 주된 기능은 가열, 습도유지, 흡입공기의 정화 작용인데, 출생 시 비점막은 섬모 원주상피로 구성되어 있다가 비강 내로 흡입되는 흡기의 건조효과 때문에 하비갑개의 앞부분부터 뒤쪽 1 cm 부위에는 섬모가 없어지면서 미세융모(microvilli)를 가지는 입방상피로 된 이행대(transitional zone)를 거쳐 그 앞부분은 편평상피로 변한다.⁷⁾ 여러 동물실험에서 실험적으로 동물의 코를 막았을 경우 하비갑개 점막이 다시 섬모 원주 상피로 변함을 보고하였고, 그와는 반대로 막지 않은 코에서 편평상피화가 더 많이 발생하였음을 보고하였다.^8)9)10) 이로 미루어 볼 때 비점막 섬모 원주상피의 편평상피화에 비호흡이 크게 관여하고 있음을 알 수 있다. 또한 다른 연구에서 비강 내 공기 흐름이 없어지면 코점막의 혈류량이 점차 감소¹¹⁾하는 것으로 미루어 볼 때 비강의 생리적 기능을 유지하기 위해서는 비호흡이 매우 중요한 역할을 한다고 볼 수 있다. 이 외에도 후두 전적출술을 시행한 환자에 있어서 점액섬모 운동의 증가^2)12)13)14)와 후각기능의 저하가 보고 되었으며,¹⁵⁾ 또한 후각기능은 식도 발성이 가능한 환자에서 더 양호하다는 연구 결과가 있어서 비강 내 공기의 흐름이 후각에도 영향을 주고 있음이 보고 되었다.¹⁶⁾¹⁷⁾
   후두암으로 후두 전적출술을 시행받은 환자의 추적관찰은 과거에는 간접 후두경을 이용한 관찰법이 사용되어 오다가, 굴곡형 후두 내시경의 발달로 비강을 통해서 수술부위의 재발 유무를 관찰하면서, 비강의 변화를 보다 자세하게 관찰하게 되었지만, 비점막의 색깔의 변화를 객관적으로 증명한 연구는 없었다. 후두 전적출술 후에는 수술로 새롭게 형성된 기관공을 통하여 호흡을 하므로 비호흡이 소실되어 비강 내 공기흐름이 없어진다. Dixon 등은 이로 인하여 비강 내의 생리적 기능의 변화가 발생하고, 하비갑개 앞쪽의 편평상피가 섬모 원주 상피로 변하고, 비점막의 색깔도 분홍색(pink)에서 연한 자주빛(pale purple)으로 변한다고 보고하였으며,¹⁾ Ritter¹⁸⁾와 Henkin 등¹⁹⁾은 비점막의 색깔이 분홍색에서 보라색(violet)으로 변한다고 보고하였다. 그러나 이들의 보고는 주관적인 요소가 많기 때문에 본 연구에서는 그래픽 프로그램을 통해 이를 객관적으로 증명해 보고자 하였다. 하비갑개의 색깔을 객관적으로 비교하기 위해서 시행한 방법으로 일단 동일한 조건 하에서 하비갑개를 중심으로 비강을 0° 비내시경을 이용하여 촬영 후에 스캐너를 이용하여 사진을 스캔 후 Adobe사의 포토샵 6.0의 히스토그램을 이용하여 Red, Green, Blue의 정도를 비교하였는데, 이는 스캔한 사진이 화면에 RGB 방식으로 표현되고, 이의 평균값으로 여러 사진의 중간값을 가지는 색을 찾아 평균적인 색을 표현할 수 있기 때문이다. 사진촬영에 있어서 제한점은 빛의 광원과 카메라의 종류 그리고, 들어가는 각도에 따라서 상이 다르게 보인다는 것인데, 이 실험에서는 이러한 제한을 극복하고자, 같은 광원과 카메라를 사용하였으며, 빛이 들어가는 각도를 일정하게 유지하기 위해서 하비갑개의 중심부가 가장 잘 보이면서 빛의 반사가 가장 적은 상태에서 사진을 촬영하였다. RGB는 Red, Green, Blue의 세 가지 색을 0에서 255까지의 단계로 나누어서 각각의 색이 합쳐져서 화면 상에 새로운 색을 표현하는 것으로, 빛의 삼원색이 합해지는 원리와 마찬가지로 각각의 값이 증가하면 적색, 녹색, 청색의 고유의 색을 띠고, 모두의 값이 증가하면 백색을 띠게 된다.

   실험결과 후두 전적출술을 받은 환자에서는 RGB 값이 모두 증가하여 백색 계열로 가는 경향이 있었고, 정상 대조군에서 적색 값만 증가하고 나머지 녹색이나 청색 값은 중간 정도여서 붉은색 계열로 보이는 경향이 있어서, Dixon 등이 과거에 기술한 내용을 객관적으로 증명하였다고 판단된다. 또한, 후두 전적출술을 시행 후 장기간의 시간이 경과된 환자에게서 더욱더 백색계열로 보이는 경향이 있었으나, 수술 후 경과 시간과의 비례성에 대해서는 환자군이 작고 경과 기간이 다양하여 밝히기 어려웠다. 하비갑개 색깔 변화의 원인으로는 하비갑개 구성조직의 섬유화¹⁾와 미세혈관의 감소²⁰⁾를 들 수 있고 색깔의 변화가 자주빛에서 백색계열로 변화하는 것으로 보아서 미세혈관의 감소가 크게 작용하리라 사료되며, 조직소견에서 나타난 편평상피의 원주상피화도 관계가 있으리라 생각된다.
   비점막의 dimpling은 정상적인 성인의 비점막에서도 소수로 발견되지만, 비호흡이 소실된 후두 전적출술을 받은 환자에서 의의 있게 증가하는 것으로 미루어 볼 때 비강기능의 소실과 관련이 있을 것으로 사료되며, dimpling으로 추정되는 부위의 조직소견에서는 원주상피가 조밀하게 밀집되어 있는 것을 볼 수 있었으며, 앞으로 비강기능과 dimpling의 관계에 대한 연구가 필요할 것으로 사료된다.
   본 연구에서 후두 전적출술을 시행한 환자의 하비갑개 전하방부위의 조직검사에서 13개 모두에서 섬모 원주상피를 관찰하였고, 이것은 환자의 수술 후의 이환 기간이 2개월 된 환자에서 25년 된 환자까지 모두에서 관찰할 수 있었다. 반면, 대조군에서는 모든 하비갑개의 전하방부위 조직에서 편평상피를 관찰할 수 있었다. 술잔세포는 비점막에 분포하는 분비세포로 정상 성인에서는 하비갑개 전방부위 등 편평상피화가 일어난 부위에는 보이지 않고, 뒤쪽의 원주섬모상피가 있는 부위에서는 관찰된다. 그러나, 후두 전적출술을 시행한 환자에서는 비강기류 차단으로 인한 하비갑개 전방부위의 점막의 변화로 술잔세포가 관찰됨이 보고 되었으며,⁸⁾ 이번 실험에서도 섬모원주상피가 있는 점막에서 다수의 술잔세포가 관찰되었다. 이러한 결과는 인간의 비강점막은 어느 정도의 손상에 대해 복원력을 가지고 있음을 시사해 준다.

결     론

   후두 전적출술을 시행하여 비강 내 호흡이 소실된 환자에 있어서, 비내시경으로 하비갑개를 촬영하여 그래픽 프로그램을 이용해 색깔의 변화와 dimpling의 수를 조사해본 결과 비점막의 색깔이 분홍빛에서 연한 자주빛으로 변하고, 하비갑개 점막의 dimpling이 증가하였고, 하비갑개 전방부위의 세포가 중층 편평상피세포에서 위중층 섬모원주상피세포로 변하였으며, 하비갑개 전방부위의 점막에서 다수의 술잔세포가 관찰되었다.
   이상의 결과로 미루어 볼 때 비강기류가 비점막의 기능적, 형태학적인 측면에 중요한 영향을 미치고 있음을 알 수 있었다.

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