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Korean Journal of Otorhinolaryngology-Head and Neck Surgery 1999;42(10): 1225-1229. |
| A Study of Non-Convective Factor of Caloric Nystagmus in Relationship between Head Position and Maximal Slow Phase Eye Velocity. |
| Sung Wan Byun, Yoon Hee Cho, Sang Il Park, Soon Kwan Hong, Chun Dong Kim |
| Department of Otolaryngology, College of Medicine, Ewha Womans University, Seoul, Korea. byunsw@mm.ewha.ac.kr |
| 두위의 각도와 온도안진의 최대완서상 안구운동속도와의 관계를 통한 비대류요인 연구 |
| 변성완 · 조윤희 · 박상일 · 홍순관 · 김춘동 |
| 이화여자대학교 의과대학 이비인후과학교실 |
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| 주제어:
대류설ㆍ온도안진ㆍ최대완서상 안구운동속도ㆍ비대류요인. |
| ABSTRACT |
Background and OBJECTIVE: There are strong evidences that the caloric nystagmus may be due to non-convective factors in addition to the widely accepted Barany's convection theory. The influence of non-convective factor on the caloric nystagmus was interpreted by measuring the maximal slow phase eye velocity according to the head position.
MATERIALS AND METHODS:
In 18 normal ears, the maximal slow phase eye velocity of the cold caloric nystagmus was measured at five (-15degrees, 05degrees, 305degrees, 455degrees, 605degrees) different head positions.
RESULTS:
The sine value of the angle of the lateral semicircular canal (LSCC) plotted against the maximal slow phase velocity showed linear relationship without crossing the zero point in linear regression analysis.
CONCLUSION:
Maximal slow phase eye velocity shows linear relationship with the sine value of the angle of the LSCC.
Compared with the curve expected by the convective factor, the curve in this study was biased by a constant amount (about 20%), which can be attributed to non-convective factor. |
| Keywords:
Convection theoryㆍCaloric nystagmusㆍMaximal slow phase eye velocityㆍNon-convective factor |
서론
약 1세기 전부터 전정기관에 대한 온도자극이 안진을 유발한다는 사실이 알려졌고,1) 그 기전으로 Barany의 대류설이 널리 받아들여져 왔다.2) 그러나, 두위와 온도안진검사에 대한 여러 연구들은 대류설만으로는 설명되지 않는 결과들을 보고하였고, 온도안진의 유발에 있어서 순수한 대류요인 이외에 다른 요인이 함께 작용함을 시사하였다. 본 저자들도 역위에서 온도안진검사를 시행하여 기본적으로 대류설을 지지하지만, 중력에 영향을 받지 않고 온도변화에 영향을 받는 특정한 방향성을 지니는 다른 요인의 존재 의의를 보고한 바 있다.3) 그 후속 실험으로 저자들은 여러 각도의 두위에서 냉자극의 온도안진검사를 시행하여 최대완서상 안구운동속도를 측정한 후, 이를 이용해 최대완서상 안구운동속도에 영향을 미치는 대류요인 및 비대류요인의 관계에 대해, 여러 문헌에서 보고된 사실을 참조하여 적절한 해석을 해보고자 하였다.
재료 및 방법
대상
이신경학적으로 정상인 24세에서 30세 사이(평균 27.6세) 남자 3명과 여자 6명의 18귀를 대상으로 두위의 각도(-15°, 0°, 30°, 45°, 60°)를 달리하여 냉자극의 온도안진검사를 시행하였다(Fig. 1).
검사 방법
피검자를 position table에 똑바로 눕힌 자세에서 중심에 추를 단 각도기를 이용하여 Frankfurt horizontal line을 기준으로 두위의 각도를 측정하였고 원하는 각도를 맞춘 후에 두위를 고정시켰다(Fig. 1). 암실 개안상태에서 검사를 시행하였고, 개방회로 온도관류기 (Life-tech Inc. Model 3000D, Houston, Texas, USA)를 이용하여 외이도에 30℃ 냉수를 분당 250 ml의 속도로 40초간 관주한 후 전기안진기(Electronystagmography, SPIRIT, Nicolet, Wisconsin, USA)를 이용하여 180초간 안진의 최대완서상 안구운동속도를4) 측정하였다. 전기안진을 기록하는 도중에 20초마다 측정시간을 불러주고, 응답하게하여 각성상태를 유지시키려고 노력하였다. Habituation 효과에 의한 계통적 오차(systematic error)를 최소화하기 위하여 각 피검자의 검사순서와 각 피검자에서 검사각도의 순서는 무작위로 시행하였다. 한 피검사에서 다른 각도간의 검사 간격은 24시간이었다.
통계처리
개인간 반응의 차이를 제거하기 위하여 귀별로 최대값을 보이는 최대완서상 안구운동속도를 100%로 하여 최대완서상 안구운동속도의 백분율(이하 %SPV)을 구하고 Sigma-Stat(Version 2.03, SPSS Inc., USA)을 이용하여 외반규관이 수평면과 이루는 각도(θ)의 sine값(sinθ)을 독립변수, %SPV를 종속변수로 선형회귀분석하였다.
결과
외반규관의 각도(θ)에 따른 %SPV는 두위의 각도 30°(외반규관의 각도 90°)에서 최대값을 보였다(Table 1, Fig. 2A). %SPV와 외반규관의 각도의 sine값(sinθ)은 직선적인 상관관계가 있었고(Fig. 2B), 선형회귀분석상 x축(독립변수)을 외반규관의 각도의 sine값(sinθ), y축(종속변수)을 %SPV로 하는 기울기 78.0, y절편 20.2의 직선을 나타내었다(%SPV＝20.2＋78.0·sinθ, r＝0.88, p<0.001)(Fig. 2C).
고찰
전정기관의 온도자극후에 발생하는 온도안진은 기본적으로 대류설로 잘 설명이 되지만 이 가설만으로 설명할 수 없는 몇 가지 사실들이 관찰되었다. Behrman은 통상의 온도안진과 같은 방향의 안진이 일어나는 범위는 360°중 두위 상방 자세 200°범위였고 반대방향의 안진이 일어나는 범위는 두위 하방 자세 160°범위로, 대류설로 예상할 수 있는 180°~180°와 차이가 있는 비대칭성을 보고하였다.5) 다른 여러 연구자가 몸의 위치와 안진의 관계를 연구하여 두위 상방 자세에서 두위 하방 자세에서 보다 안진의 지속시간이 길고,6) 더 강한 반응이 일어남을7) 보고하였다. 그리고 최근 대류가 일어나지 않는 무중력의 공간에서 시행한 온도안진검사에서 미약하지만 지구상에서의 온도안진검사와 같은 방향의 안진이 나타난다는 보고가 있었다.8)
대류설에 따르면 내림프액의 이동은 온도자극에 의한 내림프의 밀도의 변화에 의해 일어나고 이러한 밀도의 변화는 외반규관에 작용하는 중력에 비례하게 된다. 이 중력(G)은 외반규관이 기울어져 있을 때 외반규관이 수평면과 이루는 각도(θ)에 비례하여 G·sinθ로 작용하게 된다(Fig. 3A). 따라서 대류설에 근거하여 순수하게 대류요인만이 작용한다고 한다면, 외반규관이 수평면과 이루는 각도에 대해 대류의 강도는 이론적으로 sine 함수를 나타내게 될 것이다. 또한 대류의 강도가 최대완서상 안구운동속도와 비례한다면 %SPV도 sinθ에 비례하게 될 것이다. 즉, 외반규관의 각도와 %SPV는 sine 함수를 나타내고 외반규관의 각도의 sine값과 %SPV는 이론적으로는 원점을 지나는 직선이 될 것이다. 그러나, 본 연구결과에서는 외반규관의 각도의 sine값(x축)과 %SPV(y축)의 그래프는 원점을 지나지 않고 y축으로 일정한 값만큼 평행이동된 직선을 이루고 있다(Fig. 3B). 이는 sinθ와 무관한 비대류요인이 일정량 작용한 것이라고 추측할 수 있다. 그리고 외반규관 각도와 %SPV의 그래프는 원점을 지나는 sinusoidal curve가 아닌 20.2%(sinθ＝0.202, θ＝11.65°)만큼 y축으로 평행이동된 sinusoidal curve를 나타내고 있다(Fig. 3C). 이처럼 %SPV를 평행이동시키는 요인은 외반규관 각도의 변화와 무관하게 일정한 값을 지니며 이는 그래프의 y절편에 해당하는 20.2%(sin 11.65°)이다. 또한 이 수치로 예상되는 안진의 범위는 두위 상방 자세에서 203.3°까지 였고 두위 하방 자세에서는 156.7°이며(Fig. 3C) 이는 Behrman의 보고와도5) 일치하였다.
정상 온도안진검사와 역위 온도안진검사에서의 최대완서상 안구운동속도의 차이를 비교하면(1-sin 11.65°) / (1＋sin 11.65°)＝0.664 로 예측할 수 있다. 이전의 저자들의 실험결과에서3) 보인 18.9/26.7＝0.708와도 부합하는 결과를 보여주었다. 또한 저자들은 이전의 연구에서 온도안진에 순수한 대류요인 이외에 중력의 영향을 받지 않는 비대류요인의 방향성에 대한 가설을 제시하였다.3) 냉자극의 정상 온도안진검사에서는 대류요인과 비대류요인은 같은 방향으로 작용하여 반응이 합산되고, 무중력 상태에서는 대류요인은 없지만 비대류요인이 약하게 대류의 방향으로 작용하고, 역위 온도안진검사에서는 대류요인에 비대류요인이 대류의 반대 방향으로 작용하여 반응이 감산된다는 것이었다. 온자극 온도안진검사에서도 비대류요인은 냉자극 온도안진검사시와 반대방향으로 작용하여 정상 온도안진검사에서는 합산되는 반응으로 무중력 상태에서는 약하게 대류방향으로 작용하고 역위 온도안진검사에서는 반대방향으로 작용하여 반응이 감소된다고 예측하였다. 이번 연구의 결과도 이 가설을 지지하였다.
이런 결과들을 종합하면 최대완서상 안구운동속도는 외반규관 각도의 sine값과 직선적인 상관관계가 있으며 이는 중력의 영향에 의한 대류요인으로 설명할 수 있다. 그러나 순수하게 대류요인만 작용하는 이론적인 그래프와 비교했을 때, 실험에 의해 얻어진 상관관계 그래프는 외반규관의 각도와 무관하게 y축으로 일정한 값만큼 평행이동 되어 있었으며 그래프를 평행이동시키는 이 요인이 비대류요인에 의한 것임을 추정할 수 있다. 그리고, 비대류요인은 그래프의 y절편값인 20.2%로 추정할 수 있다. 본 연구의 결과, 중력에 영향을 받는 대류요인은 외반규관 각도의 sine값에 비례하고, 중력의 영향을 받지 않는 비대류요인은 정상 온도안진검사에서는 대류요인을 도와주고, 역위 온도안진검사에서 대류요인을 저해하는 특정한 방향성을 지니고 있음을 알 수 있다. 또한 비대류요인은 중력에 무관하지만 온도에 따라 방향이 바뀐다고 추정되는데 이는 온도변화에 의한 내림프액의 부피변화나 온도변화에 따른 감각기나 신경계의 대사율의 변화 또는 이러한 여러 요인들이 동시에 작용하는 것으로 생각할 수 있다.9)
Squirrel monkey에서 외반규관을 폐쇄하였을 때 두위 상방 자세와 두위 하방 자세의 반응의 차이가 없어지며 외반규관을 폐쇄하지 않았을 때 나타나는 방향과 같은 방향의 미세한 안진이 나타난다는 보고도10) 본 고찰의 해석과 잘 부합한다. 외반규관을 폐쇄하였을 때 나타나는 안진은 대부분 비대류요인에 의한 것으로, 팽대부릉 주위의 내림프가 열 팽창 또는 축소하여 팽대부릉을 편향시키는 경우에 나타날 수 있으리라 추정된다. 또한 직접적인 온도의 영향으로 감각기 또는 신경세포의 대사 또는 활성이 변하는 것으로도 나타날 수 있을 것이다.
결론
외반규관에 대한 온도자극에 의해 유발되는 온도안진의 최대완서상 안구운동속도는 외반규관 각도의 sine값에 비례하여 직선적인 상관관계를 나타낸다. 이는 기본적으로 대류설을 지지하는 결과이지만 그래프를 y축으로 평행이동시키는 요인은 외반규관의 각도와 무관하게 일정한 값을 지니며 이것이 비대류요인에 의한 것으로 사료된다. 이 비대류요인은 중력의 영향을 받지 않으며 일정한 방향성과 크기(약 20%)를 지님을 추정할 수 있었다. 고찰에서 제시한 이러한 모델은 대류요인과 비대류요인의 이해 및 향후의 관련 실험에 도움이 될 것으로 생각한다.
REFERENCES
1) Brawn-Sequard G. Course of lectures on the physiology and pathology of central nervous system. Collins Philadelphia;1860. p.187.
2) Barany R. Untersuchung ber den vom vestibularapparat des ohres reflektorish ausgelsten rhythmischen nystagmus und serine begleiterscheinungen. Monatsschr Ohrenheilkd 1906;40:193-297.
3) Byun SW, Hong SK, Kim CD, Yoon HJ, Park SI, Hong HJ, et al. Significance of caloric test in reversed position. Korean J Otolaryngol 1998;41:1264-8.
4) Nicolet Instrument Corporation. Nystar Plus operation manual. Nicolet Instrument Corporation, Madison, Wisconsin;1992. p.6-17.
5) Behrman W. Indifferenzlagen und nystagmusgebiete. Acta Otolaryngol (Stockh) 1940;Suppl 11:5-61.
6) McNally WJ, Stuart EA, Jamieson JS, Gaulton G. Some experiments with caloric stimulation of the human labyrinth to study the relative values of ampullo-petal and ampullo-fugal endolymphatic flow (Ewald's Laws). Trans Amer Acad Ophthal Otolayngol 1947;52:513-41.
7) Coats AC, Smith SY. Body position and intensity of caloric nystagmus. Acta Otolayngol (Stockh) 1967;63:515-32.
8) von Baumgarten R, Benson A, Berthoz A, Brandt U, Bruzek W, Dichgans J, et al. Effects of rectilinear acceleration and optokinetic and caloric stimulation in space. Science 1984;13:225:208-12.
9) Hood JD. Evidence of direct thermal action upon the vestibular receptors in the caloric test. Acta Otolaryngol (Stockh) 1989;107:161-5.
10) Paige GD. Caloric Response After Horizontal Canal Inactivation. Acta Otolaryngol (Stockh) 1985;100:321-7.
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