교신저자：여상원, 137-040 서울 서초구 반포동 505번지 가톨릭대학교 의과대학 이비인후과학교실
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서     론

   온도 안진의 측정은 외측 반규관이 외이도에서 가장 가까운 해부학적 구조로 자극을 가장 쉽게, 많이 받는다는 점을 이용해 말초 전정 기관의 기능을 평가하는 가장 보편적이고 널리 이용되는 방법이다. 그러나 기존의 전기 안진 측정 장치를 통한 온도안진의 측정은 이차원적인 분석만이 가능하여 수직 반규관에 대한 자극을 평가하기에는 부적절하다는 단점을 가지고 있었다. 근래에는 비디오 안구운동측정장치(video-oculography)나 자기유도코일장치(magnetic search coil system)를 이용한 3차원적 안구운동의 기록 및 분석이 가능해지면서 사람이나 원숭이에서 온도 자극에 의한 반응이 외측 반규관에만 국한 되는 것이 아니라 수직 반규관에도 영향을 미쳐 다양한 평면에서의 안구 운동을 일으킨다는 보고가 있어 왔다.¹⁾²⁾³⁾ 고양이를 이용하여 온도 안진을 측정한 것은 Kato 등⁴⁾과 Reder 등⁵⁾에 의한 보고가 있으나 이들은 모두 전극을 이용한 2차원적 안구 운동만을 관찰하였기에 회전 성분(torsional component)의 안구운동을 보고하지는 못하였다. 이에 저자들은 신경학적으로 정상인 고양이를 대상으로 온도 자극에 따른 안구 운동을 자기탐지코일을 이용한 3차원적 측정장치를 사용하여 관찰해 보고, 동시에 시성억제효과를 관측해 보고자 본 연구를 시행하였다.

재료 및 방법

재  료
   평형기능과 관계 있는 신경계의 선별 검사를 Chae 등⁶⁾이 시행한 방법대로 시행하여 정상임을 확인하고, 이후 실내 조명하에서 눈을 뜬 상태(eyes open in light. EO：명시야)와 빛이 차단된 캄캄한 곳에서 눈을 뜬 상태(eyes open in darkness. EOD：암시야)에서 자발안진, 두위안진, 두위변환안진 및 두진후안진을 자기탐지코일을 이용한 3차원적 안구운동측정장치로 검사하여 안진이 없음을 확인한 체중 1.8~3 kg의 건강한 수컷 고양이 6마리를 선택하였다.

실험 방법

자극장치 및 안구운동측정
   자극 장치는 조정 컴퓨터, 모터 조절기, 모터로 구성된 장치로 2대의 모터(Megatorque, NSK, Japan)가 마주 보고 하나의 회전축으로 지면과 평행하게 놓여 각각의 모터 조절기에 따라 동시에 움직이게끔 구성되어 있으며, 안구 운동의 측정은 탐지 코일(search coil), 자기장 코일(field coil), 보정 코일(calibration coil) 및 탐지용 전기회로로 이루어진 자기장 탐지코일 장치를 이용하였다. 탐지코일로 사용한 안구 코일(eye coil)은 직경 약 13 mm의 투명한 반구형 실리콘 판에 직경 0.04 mm 동선을 원형과 8자형으로 감아 제작하였으며, 원형 코일은 안구의 yaw plane 운동과 pitch plane 운동을, 8자형 코일은 안구의 roll plane 운동을 측정하는데 사용하였다. 안구 코일은 동물 고정 후 0.5% pontocaine 2~3 방울을 점안하여 각막과 결막을 표면 마취시킨 후 왼쪽 눈의 각막위에 부착시켜 사용하였다.
   자기장 코일은 직경 20 cm Helmholtz 형 코일 2쌍을 머리 주위를 둘러싸고 있는 정육면체의 동물고정상자 위의 서로 마주 보는 시상면(sagittal plane)과 수평면(horizontal plane)에 1개씩 고정하여 각각 쌍을 이루도록 하고 시상코일은 안구의 수평회전 운동을, 수평코일은 안구의 수직회전 운동과 관상회전 운동때 안구 코일의 움직임에 따라 각 자기장에서 전압이 유도되게 하였다.
   안구위치 보정 코일은 시상면의 자기장 코일과 10도씩 전후로 대각선 위치에 1쌍, 수평면의 자기장 코일과 10도씩 전후, 좌우로 대각선 위치에 2쌍, 모두 3쌍이 있어 각각 안구의 수평, 수직, 관상 회전 운동때 정해진 안구의 위치가 나타내는 전압의 크기를 알 수 있게 되므로써 유도되는 전압을 안구위치로 환산하는 보정에 이용하였다. 보정 코일의 실제 위치각도와 안구운동과 자기유도된 전압사이의 관계, 그 측정치의 민감도(sensitivity), 안구위치와 유도전압사이의 직선관계(linearity) 등은 모형안구를 이용하여 측정하였다.

동물 고정
   실험 동물을 온도 자극 실험 최소 2주전에 케타라(Ketamine hydrochloride, 유한양행) 20 mg/kg와 럼푼(xylazine, Bayer) 3 mg/kg를 이용하여 전신 마취를 하였으며, 직경 2 mm의 Steinmann pin(Zimmer, USA)를 사용하여 상악골 핀 고정(transmaxillary pin fixation)을 실시하였다. 실험시 핀의 양끝을 고정상자(restraining box)에 있는 핀잡이(pin holder)로 고정하고, 고양이의 몸은 자루(restraining bag)에 넣어 역시 고정상자에 Velcro로 고정시켰다. 고정상자는 모터 회전축의 동물대(animal platform) 위에 조임 나사로 고정시켜 동물의 머리와 몸이 하나로 움직이게 하였다.

온도 자극
   외측 반규관이 수직이 되도록 동물 상자(animal box)를 90도 직립위로 모터장치를 이용하여 위치시키고, 4°C 냉각수를 고양이의 외이도에 초당 1 ml씩 주입되도록 수액병과 수액선을 이용하여 120초간 자극을 주었다. 우선 암시야에서 시야억제효과 없이 안구운동이 일어나게 한 다음 온도 안진이 최고의 강도로 나타날 때 실내 조명을 켜서 시야억제효과가 일어나는지를 관찰하였다. 좌, 우측 귀의 자극 시간 간격은 각각 10분 이상으로 하였다.

자료의 수집과 분석
   IBM PC에서 DOS를 이용한 LAB Master A/D board(LAB Master DMA, Scientific Solutions Inc, Ohio, USA)에서 4개의 analog 채널 중 채널 1, 2, 3에는 안구의 수평, 수직, 관상면의 위치를, 채널 4에는 자극 모터의 위치를 기록한 후⁶⁾ Matlab(version 4.2, Math Works Inc., USA) 분석 프로그램에서 안진의 완서상 기울기를 커서를 이용하여 구한 후 일정한 보정 값(10도＝2 volt)으로 환산하여 안진의 완서상 속도(slow phase velocity) 를 구하였으며, 온도 안진 기록 중 최대의 속도를 나타내는 연속된 3개의 안진을 골라 평균하여 최대 완서상 속도(Maximum slow phase velocity)를 산출하였고, 시야 억제 직후 감소된 안진에서 연속된 3개의 안진을 골라 완서상 속도를 측정한 후 평균하여 시야억제후 완서상 속도로 정하였다.

통  계
   SPSS(version 8.0)을 이용하여 온도 자극 후 일어나는 안진의 최대 완서상 속도와 시야 억제 후의 완서상 속도에서의 차이를 보기 위해 Wilcoxon rank sum test를 사용하였고, 동일 개체 내에서 여러 면에서 나타난 완서상 속도 사이의 차이를 보기 위해 ANOVA를 이용하여 통계 검정하였고 유의성 검정의 기준은 p<0.05로 하였다.

결     과

온도 안진의 3차원적 분석
   대상 고양이 모두에서 냉각수를 이용한 온도 자극시 뚜렷한 수평(horizontal), 수직(vertical) 및 회전 성분의 안진을 관찰할 수 있었고, 최대 완서상 속도를 보이기까지의 평균 잠복기는 좌, 우측 귀에서 자극 시작 후 각각 136.5±11.7초, 131.2±14.1초를 보였으며, 세 성분 모두에서 거의 동일한 시점에 관찰되었다(Table 1).
   최대 완서상 속도는 세 평면방향의 안진 요소에서 각각 다른 값을 보였는데, 수평 성분이 좌, 우측귀에서 각각 41.8±13.2°/sec, 37.8±8.8°/sec로 가장 빠르게 나타났으며, 회전 성분, 수직 성분순으로 점차 느린 속도의 안진을 관찰할 수 있었는데 각 성분에서의 최대 완서상 속도는 통계적으로 유의하게 차이를 보이고 있었다(p<0.05). 반면 한 고양이의 좌, 우측 귀간 동일 성분에서의 최대 완서상 속도는 유의한 차이를 보이지는 않았다. 안진의 방향은 수평 성분과 회전 성분에서는 모든 고양이에서 동일하게 나와 수평 성분은 온도자극이 가해진 귀의 반대 방향으로, 회전 성분는 온도자극이 가해진 귀쪽 안구가 내회전(intorsion)하는 방향으로 안진 속상(fast component)이 관찰되었고, vertical component는 개체에 따라 상방 혹은 하방으로의 속상을 관찰할 수 있었다(Table 2).

시성억제(Visual suppression) 효과
   모든 고양이에서 온도자극 후 나타난 최대 안진에서 실내 조명을 켰을 때 안진이 감소되는 시성억제효과가 관찰되었으며(Fig. 1), 가장 큰 반응을 보인 수평 성분의 최대 완서상 속도는 시성억제 후 좌, 우측 귀에서 각각 31.3±7.2%, 24.9±8.8%의 감소률을 보여 평균 28.1%의 시성 억제를 보였다(Table 3). 수직 및 회전 성분에서도 시성억제 효과는 수평 성분과 동시에 나타났으나 최대 완서상 속도가 낮았기에 시성억제 효과 역시 속도를 관측하기에는 현저히 낮게 관찰되었다. 또한, 수평 성분에서 나타나는 안진의 최대 완서상 속도가 큰 경우 시성억제효과는 오히려 적은 경향을 보였다(Fig. 2).

고     찰

   온도 안진은 말초 전정 기관의 기능 장애를 평가하는데 가장 흔히 사용되는 방법으로 Barany에 의해 소개된 이후 Fitzgerald 및 Hallpike에 의해 변형되어 50년 이상 전정 기능 평가에 많이 이용되어 왔다.⁷⁾ 온도 안진은 온도 자극에 의한 두가지 효과, 즉 1) 외측 반규관이 수직 위치에서 온도자극을 받아 내림프액의 대류(convection current)가 일어나 반응이 나타나는 것과 2) 전정 신경에 대한 직접적 온도 영향(direct thermal effect)으로 신경에서의 dischage rate를 변화시킴으로써 반응이 나타나는 것으로 알려져 있고 이중 대류에 의한 효과가 더 큰 것으로 보고되어 왔다. 그 외에 각각의 미로(labyrinth)를 독립적으로 자극할 수 있고, 검사 방법이 비교적 간단하고 적용하기 쉽다는 장점이 알려져 있다.^{8)9)10)11)12)} 대류에 의한 온도안진의 반응을 최대화하기 위해서는 외측 반규관을 수직으로 위치시키는 것이 가장 이상적이며, 고양이에서 온도안진을 측정한 Kato 등⁴⁾의 보고에서도 고양이가 직립위가 되도록 동물상자의 위치를 취하여 검사를 한바 있다. 본 실험에서 동물 고정 상자에 고양이를 고정함으로써 설정한 “head upright neutral position”은 고양이의 외측 반규관의 평면이 지면과 나란하게 만든 자세로 외이도와 외안각을 잇는 선이 23도 앞으로 기울게 하는 것과 같으며,¹³⁾ 이렇게 고정된 고정상자를 모터조절기를 이용해 90도 회전시킴으로써 고양이의 외측 반규관이 최대한 직립위를 취하도록 하여 검사를 시행하였고, 그 결과 모든 동물에서 뚜렷한 온도안진을 관찰할 수 있었다.
   고양이에서 3차원적인 안구 운동 분석에 의해 전정 기능의 평가를 시행한 방법으로는 자발안진, 두위안진, 두위변환안진 및 두진후안진 등을 측정하는 이전의 보고가 있었으나,⁶⁾¹⁴⁾ 온도 안진을 측정하여 3차원적으로 결과를 분석한 보고가 아직까지 없었다. 본 연구에서는 자기장 탐지코일을 이용한 3차원적 안구운동 측정 장치를 통해 사람과 같이 전안(frontal eye) 동물이고 뇌간의 구조가 사람과 유사하면서 비교적 원숭이 등에 비해 다루기 쉬운 실험동물인 고양이의 온도 안진을 측정하고 그 결과를 분석하였다. 6마리의 실험 고양이 모두에서 뚜렷한 온도 안진을 수평, 수직 및 회전 성분에서 관찰할 수 있었으며, 각 안구 운동의 최대 완서상 속도는 수평, 회전, 수직 성분의 순서로 나타나 직립위를 시킨 고양이의 온도 자극시 외측 반규관의 자극이 가장 현저히 반영됨을 시사하였다. 사람이나 원숭이를 대상으로 3차원적 안구운동을 분석한 이전의 보고에서도 온도 자극에 의한 안진이 외측반규관의 자극에 의한 수평 성분에서 가장 현저하게 나타남이 알려져 있고 그 외 수직 및 회전 성분등도 관찰되었는데 이를 통해 온도 자극에 의한 안진이 외측 반규관에 대해서만 일어난다기 보다는 삼반규관 전체에 대한 자극과 이로 인한 복잡한 전정-안구 반응의 결과임이 설명된 바 있다.¹⁾¹⁵⁾
   반규관에 대한 온도자극에서 발생하는 안진의 방향과 관련한 여러 동물 실험에서 앙와위(supine position)로 외측 반규관을 직립시킨 상태에서의 자극이 외측 반규관내 내림프액의 대류를 가장 크게 일으킬 수 있음이 증명되었으며, 외측반규관을 수술적 방법으로 폐쇄시켜 내림프액의 대류를 저지한 상태에서도 온도자극에 대한 안진이 크기는 감소하지만 뚜렷이 관찰되는 점으로 인해 직접적 온도 효과(direct thermal effect)에 의한 온도 안진의 발생은 이미 잘 알려져 있다.¹⁶⁾ 특히 원숭이를 이용하여 온도자극이 말초 전정 기관에 미치는 영향을 관찰한 Wilpieski의 보고를 통해 전정 유모 세포나 말초 구심성 신경에 대해 냉자극의 경우 전정 기능을 억제하고 온자극의 경우 그 기능을 흥분시키는 효과가 있음이 밝혀졌다.¹⁷⁾ 본 실험 고양이들에서 관찰된 안진의 방향은 고양이에게 취해진 외측 반규관의 직립위 상태에서 냉각수를 이용한 자극이었으므로 대류에 의해 외측 반규관내의 내림프액이 ampullofugal flow를 이룸으로써 자극한 쪽 귀의 외측 반규관 신경의 활성을 감소시키고, 직접적인 온도 영향 역시 억제성으로 작용하는 안구 운동을 예상할 수 있었고, 실험 결과에서도 안진의 수평 성분는 자극한 귀의 반대 방향으로 속상을 나타내고 있었다. 한편, 외측 반규관이 직립위인 상태에서 수직 반규관에 대한 냉각수의 자극이 미치는 영향에 대해서는 각각의 수직 반규관내 내림프액에서 최대의 대류가 일어나는 위치는 아니나 전반규관 및 후반규관 모두에서 내림프액이 미약한 ampullupetal flow를 이루어 이들 반규관 신경의 활성을 억제하는 방향으로 안구 운동을 일으키고, 여기에 직접적 온도 효과에 의한 억제성 반응이 합쳐져 회전 성분의 경우 본 실험의 결과에서 보는 것처럼 자극을 가하는 귀쪽 안구를 내회전(intorsion) 시키는 방향으로 안진의 속상이 관찰되는 것으로 생각된다. 반면, 수직 성분에서 안진 방향은 개체에 따라 차이를 보이고 있었는데, 이같은 반응은 사람을 대상으로 한 Yagi 등¹⁾의 실험에서도 관찰된 바 있으며 그들은 이에 대해 전반규관과 후반규관 중 어느 반규관에 대한 온도 자극이 더 우세한가가 안진의 방향을 결정지으며, 전반규관의 활동이 더 강할 경우 수직 성분이 위를 향하는 속상의 안진을 보이고, 후반규관의 활동이 더 강할 경우 아래를 향하는 안진을 보인다고 주장한 바 있다.
   온도안진 후 최대안진을 보이는 부위에서 실내 조명을 켬으로써 관찰된 고양이에서의 시성억제 효과는 평균 28.1%로 시야를 한 곳에 고정하도록 지시하고 시행한 사람에서의 경우 40~70% 정도로 보고된 것¹⁸⁾¹⁹⁾에 비해 약하게 나타났고, 또한 최대완서상 속도가 높을수록 시성억제 효과가 떨어지는 양상을 관찰할 수 있었는데 이는 사람에서처럼 시야 고정을 하지 못하고 조명을 켜는 것만으로 시성억제 효과를 관찰할 수 밖에 없는 동물 실험에서 나타난 결과로 생각된다. 대상 동물의 종류에 따라 시성억제 효과의 결과가 다르다는 이전의 보고를 참고할 때,⁴⁾ 고양이가 사람과는 다른 시성억제 반응을 보일 수 있다고도 여겨진다. 또한 안진의 크기가 클수록 시성억제 효과는 오히려 작은 경향을 보이고 있었는데(Fig. 2), 이같은 결과는 여러 동물에서 온도 자극후 시성억제 효과를 관찰하여 보고한 바 있는 Kato 등⁴⁾의 보고와 유사하였고, 안진의 크기가 클 때일수록 시성억제 효과가 떨어지는 것으로 생각할 수도 있었으나 실험의 대상수가 많지 않아 이에 대해서는 추가적인 연구가 필요할 것으로 생각된다.

결     론

   본 연구는 말초 전정 기관의 기능을 평가하는데 가장 보편적으로 이용되는 온도 안진 검사를 실험동물인 고양이에게 시행하고 이를 3차원적 안구운동 분석 장치를 이용하여 관찰하였으며, 시성억제 효과가 고양이에서 관찰되는지를 연구하였다. 냉각수를 이용한 온도 자극에 대해 고양이에서도 수평, 수직 및 회전 성분의 뚜렷한 안진이 일어남을 확인하였고, 사람에 비해 약하기는 하지만 시성억제 효과도 있음을 확인할 수 있었다.
   저자들은 본 실험을 통해 고양이를 이용한 전정기능검사를 시행함에 있어 자기장탐지코일장치를 이용한 3차원적 안구운동장치가 온도안진의 검사에도 충분히 이용될 수 있음을 확인하였고, 본 연구 결과를 향후 시행하게될 전정기능 관련 동물 실험에 유용하게 활용할 수 있으리라 기대한다.

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