Histopathologic Study of the Guinea Pig Stapediovestibular Joint in Experimental Otitis Media.

Ahn, Ouk Seon; Cho, Yong Bum; Shim, Woo Jin; Shin, Jin An

Korean Journal of Otorhinolaryngology-Head and Neck Surgery > Volume 41(11); 1998 > Article

Original Article

Korean Journal of Otorhinolaryngology-Head and Neck Surgery 1998;41(11): 1372-1377.

Histopathologic Study of the Guinea Pig Stapediovestibular Joint in Experimental Otitis Media.

Ouk Seon Ahn, Yong Bum Cho, Woo Jin Shim, Jin An Shin

Department of Otolaryngology, Chonnam National University Medical School, Kwangju, Korea. choyb@orion.chonnam.ac.kr

기니픽에서 실험적 중이염에 의한 등골전정관절의 변화에 관한 연구

안옥선 · 조용범 · 심우진 · 신진안

전남대학교 의과대학 이비인후과학교실

주제어: 중이염ㆍ등골전정관절.

ABSTRACT

BACKGROUND AND OBJECTIVES:
Otitis media is one of the most common diseases in otolaryngology, and the stapediovestibular joint could be influenced by the inflammation of the middle ear cavity. This study was performed in order to observe the changes of the stapediovestibular joint in experimentally induced otitis media.
MATERIALS AND METHODS:
Otitis media was induced by innoculation of Pseudomonas aeruginosa to the tympanic bullae of a guinea pig. The temporal bone was then removed after 1 week, 2 weeks, 4 weeks, and 7 weeks and observed with a light microscope.
RESULTS:
In the first week, many neutrophils and monocytes were aggregated in the middle ear cavity. The continuity of the middle ear mucosa was broken especially on the stapediovestibular joint, so the joint cavity was exposed. In the second week, inflammation remained. The mucosa of the middle ear cavity had thickened and the submucosal inflammatory cells were aggregated. In the fourth week, the inflammation was nearly subsided and the mucosa around the stapediovestibular joint was nearly normalized. In the seventh week, there was no evidence of the inflammation in the middle ear cavity and around the stapediovestibular joint.
CONCLUSION:
These findings suggest that the stapediovestibular joint could have been damaged by the inflammation in the middle ear, and that inflammation can influence the inner ear.

Keywords: Otitis mediaㆍStapediovestibular joint

서론 등골전정관절은 등골과 전정의 난원창 사이의 관절로 외부로부터 들어온 소리가 고막과 이소골을 통하여 내이로 전달되는 경로가 되며 이경화증, 외임프 누공, 고실 경화증 등과 같은 병변이 발생하는 부위이고 중이강내의 만성 염증성 병변에 의한 염증성 산물들이 내이로 파급되는 통로가 될 수 있다. 그리고 등골전정관절의 기능은 음전달 외에도 고음으로부터 내이를 보호하는 기능도 가지고 있는 것으로 알려져 있으며, 사람의 등골판의 크기는 길이 2.64∼3.36 mm로 평균 2.99 mm, 너비 1.08∼1.66 mm로 평균 1.41 mm이며,1)2) 등골전정관절의 형태는 사람에서 인대결합, 부전동관절, 혹은 half-joint 등으로 저자에 따라 다르게 분류되고 있으며,1)3)4) 기니픽에서는 전형적인 가동활액 관절을 가지고 있는 가동관절로 알려져 있다.5) 이처럼 등골전정관절은 인체에서 중요한 역할을 하고 있지만 기능, 형태, 이 부위에서의 병변발생의 기전 등에 대해 아직 밝혀지지 않은 부분이 많다. 특히 중이강 내의 염증성 병변이 등골전정관절에 미치는 영향에 대한 연구는 없는 실정이다. 이비인후과 영역에서 중이염은 가장 흔한 질환중의 하나이며, 중이강내의 염증성 병변은 고막 천공, 이소골 연쇄의 파괴 및 그에 따른 전음성 난청, 안면 신경마비, 뇌막염, 경막하농양, 뇌농양, 유양돌기염, 주변 골조직의 파괴 등과 같은 많은 합병증을 야기시키는 것으로 알려져 있다. 중이염에 의한 중이의 병리학적 소견은 중이점막의 부종으로 점막이 두꺼워지고 혈관 충혈이 있으며 급성 염증 세포의 침윤이 관찰되며, 2)6) 만일 급성 염증이 수일간 지속되면 점막에 궤양, 용종, 육아조직이 형성되고 염증이 오랜 기간 지속되면 이소골과 유양돌기가 광물질 소실(demineralization)되고 파골 세포의 활성으로 흡수되는 것으로 알려져 있다. 2)6) 이와 같은 중이강내의 염증성 병변이 등골전정관절에 미치는 영향을 알아보기 위하여 본 실험을 하였으며 만성 중이염에서 가장 흔히 동정되는 균중의 하나인 녹농균을 이용하여 기니픽에서 중이염을 야기시킨 후 등골전정관절의 변화를 보고자 하였다. 재료 및 방법 체중 200∼250 g 정도의 정상 고막 소견을 가진 기니픽 8마리를 암수 구분하지 않고 사용하였다. 실험적으로 중이염을 유발하기 위해서 사용한 균주는 녹농균 ATCC 27853 균주로 액체배지에서 하루동안 배양해서 McFarland No. 3와 동일한 균수를 가지도록 하였으며, 균수는 9×10 8/ml로 동일하였다. 기니픽을 ketamine hydrochloride 40 mg/kg과 xylazine hydrochloride 5 mg/kg을 하지의 근육에 주사하여7) 마취시킨 후 후이개부의 전상방에서 후방 쪽으로 약 2 cm 정도 절개하여8) 측두골을 노출시켰다. 수술 현미경 하에서 외이도 상방 근처에서 고실포(tympa-nic bulla)를 미세 드릴로 구멍을 내고 McFarland No. 3와 동일한 균수를 갖는 녹농균 ATCC 27853균주 0.1 ml를 중이강내로 주입하였다. 대조군으로 반대측 귀에 멸균 식염수를 같은 방법으로 주입하였다. 중이강내로 균을 주입한 후 1, 2, 4, 7주에 각각 2마리씩 과다한 용량의 pentobarbital(100 mg/kg)을 복강내로 주입하여 기니픽을 희생시키고 측두골을 적출 하였다. 적출하기 전 수술 현미경하에서 고막을 관찰하였다. 적출한 측두골은 적당한 크기로 세절한 후 반으로 희석한 Karnovsky 용액으로 약 6시간 정도 전고정(prefixation) 하였다.9) 전고정 후 EDTA 용액에 4주 정도 탈회하고 2% osmium tetroxide로 4℃에서 1시간 후고정을 하고 alcohol로 4℃에서 탈수한 후 propylene oxide로 세척하였다. 이어 Epon 혼합액에 조직을 포매시키고 중합 과정을 거친후 미세절편기를 이용하여 두께 1 μm로 절단하여 toluidine blue로 약 15초 정도 염색한 후 광학현미경으로 관찰하였다. 결과 고막 소견 대조군 및 실험군은 균 주입후 1, 2, 4, 7주에 측두골을 적출하기전 수술현미경 하에서 고막을 관찰하였다. 대조군 전례에서 정상적인 진주양 회백색이었고, 균 주입 후 1, 2주의 실험군 고막은 전례에서 호박색으로 전형적인 중이염 소견을 보여주었으며 중이강내에 삼출물이 차 있었다. 4, 7주의 기니픽에서는 중이강내의 염증소견은 전례에서 관찰할 수 없었으며 고막의 호박색이 사라지고 정상적인 진주양 회백색이었다. 등골전정관절의 변화 대조군에서는 전례에서 정상적인 등골전정관절을 보여주었다(Fig. 1). 녹농균을 중이강에 넣은 후 1주째에는 실험군 모두 중이강내에 많은 호중구와 단핵구 등의 염증세포가 관찰되었고 중이강 점막의 연속성이 없어지고 많은 부위에서 소실되어 나화되어 있었으며, 특히 등골전정관절을 덮고 있는 점막이 소실되어 관절강이 노출되어 있었다. 부분적으로 남아 있는 점막의 기저층 하부에는 많은 염증세포들이 응집되어 있는 것을 관찰할 수 있었다(Fig. 2). 2주 후에는 1주째에 비해 실험군 모두에서 염증이 많이 소실되었으나 지속되고 있었으며 중이강 점막의 비후 또는 부종 소견이 관찰되었고 점막하에 염증세포의 침윤이 관찰되었다. 등골전정관절낭의 전정면은 정상과 비슷하였고 중이강면은 약간 비후된 소견을 보였으며 등골전정관절 자체는 정상 관절과 비교하여 큰 변화가 없고 등골판으로 연속되는 점막 부종이 중이강면의 관절낭을 덮고 있었다(Fig. 3). 술후 4주째는 전례에서 중이강내 염증이 거의 소실되었고 등골전정관절 부위의 점막도 거의 정상 소견을 보였다(Fig. 4). 7주째에는 중이강 및 등골판 부위의 염증은 관찰되지 않았다. 고찰 등골전정관절은 등골과 전정의 난원창을 연결해주는 관절로 중이강과 내이의 경계를 이루고 있고 고막과 이소골을 통하여 전달된 소리를 효과적으로 내이로 전달하여10) 외임프액의 운동을 일으키는 경로가 되며 이경화증 환자에서는 이 관절의 움직임이 소실되어 난청이 발생된다. 중이강내에 만성 염증이 지속되어 발생되는 고실 경화증에 의해 이 부위의 관절의 가동성이 소실 또는 감소되고 소리의 전달이 안되어 전음성 난청이 발생할 수 있으며, 중이강내의 염증성 산물이 내이로 파급되어 감각신경성 난청과 같은 내이의 병변을 초래하는 통로가 될 수 있다. 이러한 등골전정관절에 대한 연구는 많지 않으며 이소골 연쇄의 파괴, 안면신경마비, 뇌막염 등과 같은 두개내 합병증을 초래하는 중이강내의 지속적인 염증성 병변이 등골전정관절에 미치는 영향을 보고자 하였다. 등골전정관절은 보고자에 따라 분류에 차이를 보이고 있는데 Anson과 Donaldson1) 등은 사람의 등골전정관절이 섬유륜인대(fibrous annular ligament)로만 구성되어 있는 인대결합으로 보고하였고, R dinger3)등은 관절강(articular cavity)을 가지고 있는 부전동관절(amphiarthrosis)이라고 보고하였으며, Engstr m4)은 순수한 섬유륜인대로 구성되어 있는 경우도 있고 관절강과 관절연골로 구성되어 있는 경우도 있는 half-joint라고 보고하였다. Bolz와 Lim5)에 의하면 사람 100례의 측두골을 조사하였는데 54례의 등골전정관절에서 관절강이 관찰되었다고 보고하였다. 이들 관절강의 대부분은 등골의 후각 근처에 있는 등골판 관절의 후부에 위치하고 있으며 평균 크기는 0.72 mm였다고 하였다. 이 관절강은 전체 관절 길이의 약 1/10 정도였고 13세 이하에서는 관절강이 관찰되지 않았으며 13세 이상에서는 70% 에서 관절강이 관찰되었고 사람에서 대부분의 등골전정관절은 불완전한 가동관절(diarthrosis)이라 하였다. 본 연구에서 기니픽의 등골전정 관절은 관절 연골이 잘 발달되어 있고 관절강은 명확히 관찰되었으며 이 관절강은 중이 점막과 내이의 상피로 이루어진 낭에 의해 둘러 쌓여 있었다. 실험 동물의 등골전정관절은 두 가지로 분류할 수 있는데 고양이, 개, 양, 토끼, 쥐 등의 관절은 골간인대(interosseous ligament)로 연결된 인대결합(syndesmosis)이고 기니픽, chinchilla, 벵골원숭이, 다람쥐원숭이 등은 관절연골, 활액낭 등을 가지고 있는 전형적인 가동활액 관절(diarthrodial synovial joint)이다.5) 본 연구에서도 정상 기니픽의 등골전정관절이 가동관절임을 잘 보여주고 있고, 기니픽의 등골전정관절이 사람의 등골판 관절과 유사함으로 기니픽을 본 실험에 사용하였다. 이비인후과 영역에서 중이염은 가장 흔한 질환중의 하나이며 중이강내의 염증성 병변이 있는 사람의 이루에서 배양된 균의 종류는 비슷하며 빈도 또한 유사하다. 급성 중이염에서 가장 많은 원인 균은 Streptococcus pneumoniae이며 Hemophilus influenzae, Branhamella catarrhalis 등의 순으로 되어 있다.11) 만성 중이염에서는 Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureus, corynebacterium, Klebsiella pneumoniae 등이 흔히 검출되고 있으며12) 본 연구에서는 만성 중이염에서 가장 많이 동정되는 균주인 녹농균을 이용하여 중이염을 유발시키고 등골전정관절의 변화를 관찰하였다. 중이강내의 염증에 의한 합병증이나 병변에 의한 임상 양상을 결정하는 것은 세균의 독성, 숙주 반응의 특성, 그리고 치료의 효과성 등이고, 숙주의 일차적인 국소 반응은 말초모세혈관의 수축에 이은 확장, 혈관내피에 백혈구 부착, 혈관투과성의 증가에 따른 조직액의 증가, 조직내 화학주성에 의한 백혈구 증가 등의 염증반응이다. 일반적으로 중이강의 급성 염증은 병리경과에 따라 4기로 나눌 수 있다.13) 제1기는 발적기로 점막의 충혈과 부종이 나타나는 시기로 중이강내에 삼출물이 고이며 고막이 전체적으로 발적되어 있다. 제2기는 삼출기로 점막의 상피하조직에 부종이나 출혈과 염증세포의 침윤이 있게되고 중이강내에 삼출액이 차게된다. 제3기는 화농기로 고막의 자연 천공이 일어나 이루가 생기며 점막은 염증세포의 침윤과 새로운 모세혈관 형성이나 섬유소성 조직의 증식 등으로 골점막의 장애가 일어나 골파괴가 발생하여 커다란 농양강을 형성하기도 하며 더욱 진행이 되면 피하농양을 형성하거나 두개내 합병증을 일으킬 수 있다. 제4기는 융해기로 새로운 골의 신생이나 육아조직의 반흔이 일어나며 염증의 치유가 일어난다. 최근에는 항생제 등의 발달로 제3기 이전에 치유되는 경우가 많다. 본 실험에서는 중이 점막의 파괴, 부종 및 염증세포의 침윤 소견 등의 제1기와 제2기의 소견을 보여주고 있으나 고막의 천공, 골파괴나 새로운 신생골의 형성, 피하농양 등의 제3기와 제4기 소견을 관찰할 수 없었고 녹농균을 중이강내로 주입한지 4주 이후에는 염증이 지속되지 못하고 거의 치유되었는데 이는 사람에서 대부분의 급성 중이염이 자연 치유되는 것과 유사하였으며 기니픽과 본 실험에 사용된 녹농균 ATCC 27853균 사이의 숙주와 균주 특성으로 사료되었으며 앞으로 이에 대한 연구가 더 필요할 것으로 생각되었다. 중이염의 합병증으로 유양돌기염, 추체염, 안면신경마비, 뇌농양, 뇌막염, 세균성 미로염, 감각신경성 난청14) 등이 발생할 수 있다. 미로염은 어지러움증, 감각신경성난청, 농을 일으킬 수 있는데 뇌막염 후에 올 수 있는 수막성 미로염과, 중이강내에 지속적인 염증에 의한 독소, 염증성 산물 또는 세균이 직접 내이에 침입하여 병변을 일으키는 고실성 미로염으로 나눌 수 있으며, 고실성 미로염에서 병변을 일으키는 경로로서 정원창,15) 난원창, 측두골의 골절 등을 들 수 있다. 중이강내의 만성 염증이 지속되면 조직학적으로 많은 다형핵백혈구가 정원창함요에 모이고 정원창 점막은 혈관충혈, 부종, 백혈구 침입 등이 관찰되는 것으로 보고되고 있으며,15) 이러한 병변이 내이로 파급되는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서도 중이강내 많은 염증세포가 관찰되었고 중이강 점막의 연속성이 소실되었으며 특히 등골전정관절을 덮고 있는 점막이 파괴되어 관절강이 노출되어 있었으며 이러한 소견은 중이강내의 염증성 병변이 내이로 파급될 수 도 있음을 시사하였다. Frickinger16)에 의하면 분비성 중이염의 환자에서 경도의 감각신경성 난청이 31% 발생하였고 중등도의 감각신경성 난청은 15% 발생하였다고 하였으며 만성 중이염일 경우에는 각각 55%, 23% 발생하였고 고도의 감각신경성 난청도 5% 발생하였다고 하였다. 또한 Arnold와 Ganzer17) 등은 분비성 중이염을 가진 소아의 20%에서 감각신경성 난청을 보고하였고 Hulka18)는 급성 중이염에서도 감각신경성 난청을 보고하였다. 본 실험에서도 급성기인 1주와 2주째에 등골전정관절 점막이 파괴되어 있는 소견을 보여주고 있는데 이러한 소견은 중이염이 있을 경우 세균이나 세균의 내독소 또는 염증성 산물들이 등골전정관절을 통하여 내이로 파급되어 감각신경성 난청과 같은 내이의 병변을 일으킬 가능성을 보여주고 있으나 본 소견만으로는 알 수 없었다. 이는 추후 감각신경성 난청의 정도를 측정하거나 감음세포들의 조직학적 변화를 관찰해 보아야 할 것으로 사료되었다. 결론 외부로부터 고막과 이소골을 통하여 들어온 소리가 내이로 전달되는 경로가 되며 중이와 내이 사이의 경계를 이루고 있고 인체에서 중요한 역할을 하는 등골전정관절이 이비인후과 영역에서 가장 흔한 질환중의 하나인 중이강내의 염증성 병변에 의하여 어떠한 영향을 받을 수 있는지를 보기 위하여 중이염에서 가장 많이 검출되는 균주의 하나인 녹농균을 기니픽의 고실포에 주입하여 실험적 중이염 모델을 만들고 1, 2, 4, 7주에 각각 측두골을 적출 하여 등골전정관절의 변화를 관찰하였다. 녹농균 ATCC 27853에 의한 중이염의 1주에는 중이강내에 많은 호중구와 단핵구등의 염증세포가 관찰되었고 중이강 점막이 많은 부위에서 파괴되었으며 특히 등골전정관절을 덮고 있는 점막이 군데군데 소실되어 등골전정관절강이 노출되어 있었다. 수술 2주에는 중이강내의 염증은 지속되었고 중이강 점막의 비후 또는 부종, 점막하에 염증세포 침윤을 보였다. 수술후 4주에는 중이강내의 염증은 거의 소실되었으며 등골전정관절 부위의 점막도 거의 정상소견을 보였다. 7주에는 중이강 및 등골전정부위의 염증소견은 관찰되지 않았다. 이와 같은 소견으로 미루어 중이강내의 염증성 병변은 등골전정관절에 영향을 미칠 수 있으며 염증성 병변이 내이로 파급될 수 있음을 시사하였다.
REFERENCES
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