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Korean Journal of Otorhinolaryngology-Head and Neck Surgery 1998;41(1): 7-12. |
| Acoustic Reflex Facilitation with Various Frequencies and Amplitudes of Pure Tone. |
| Sung Hwa Hong, Yang Sun Cho, Joong Keun Kwon, Yoo Seok Jung, Jae Yeon Choi, Kwang Chol Chu |
| Department of Otorhinolaryngology-Head and Neck Surgery, College of Medicine, Sungkyunkwan University, Samsung Medical Center, Seoul, Korea. |
| 등골근반사에서 여러 주파수 및 강도의 순음을 이용한 감작현상에 관한 연구 |
| 홍성화 · 조양선 · 권중근 · 정유석 · 최재연 · 추광철 |
| 성균관대학교 의과대학 삼성서울병원 이비인후과학교실 |
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| 주제어:
등골근반사ㆍ감작현상. |
| ABSTRACT |
BACKGROUND AND OBJECTIVES:
There are several methods for lowering the acoustic reflex hreshold, a process known as "facilitaion". The most popular facilitation method is the simultaneous stimulation of a high-frequency tone (facilitator) with a reflex-elicing tone (activator). This study was performed in order to analyze and generalize the facilitation phenomenon, and infer clinical applications from this phenomenon.
MATERIALS AND METHODS:
Authors measured the acoustic reflex thresholds when the facilitators of various amplitudes and frequencies was simultaneously stimulated in normal population. Also, the effects of facilitation was observed on the growth function curve (a curve showing the acoustic reflex pattern in subthreshold and suprathreshold stimulation).
RESULTS:
Facilitation was observed more effectively by using facilitators of high frequencies and high amplitudes. In the analysis of growth function curve, we found similar result as above. But there was no correlation between the frequency of activator and the mode of facilitation.
CONCLUSION:
We analyzed the factors affecting the phneomenon of facilitation and discussed a several proposals explaining the different tendencies of facilitation. Further studies should be made on the clinical implication of this phenomenon to sensorineurally hearing-impaired patients or children. |
| Keywords:
Acoustic reflexㆍFacilitation |
서론
등골근은 외이도를 통하여 강한 음자극을 주었을 때, 말초 청각신경에서 뇌간까지의 신경반 사회로를 경유하여 반사적으로 수축하게 된다. 이러한 등골근반사(acoustic reflex)는 임상적으로 많은 정보를 얻을 수 있고, 또 널리 사용되는 객관적 검사법의 하나이다. 등골근반사 역치(Acoustic reflex threshold)는 등골근이 수축하여 고막의 운동범위(compliance)가 변하기 시작하는, 음자극의 가장 약한 강도를 의미하는데 이는 자극음의 종류 및 어느쪽 귀를 자극했는가에 따라 다르다. 정상인에서 순음의 자극을 줄 때 반대쪽 귀에 자극음을 주면 70∼100 dB HL(평균 85 dB HL)에서 반사가 나타나며, 동측에 자극음을 주면 이보다 2-16 dB 낮은 강도에서 반사가 나타난다.1)
등골근반사 역치를 정상 강도보다 낮추는 것을 감작(sensitization) 혹은 촉진(facilitation)이라고 하는데, 이를 위한 여러 방법들이 소개되어 있다. 즉, 강한 세기의 음에 미리 노출시키는 방법,2) 음자극과 동시에 피부에 전기자극을 주는 방법,3) 서로 다른 주파수를 가진 순음을 동시에 주는 방법,4) 그리고 click음을 이용할 때, click repetition rate를 증가시키는 방법5) 등이 있는데, 이 중 서로 다른 주파수를 가진 순음(pure tone)을 동시에 주는 방법이 가장 효과적인 방법으로 알려져 있다.
두개의 순음 중 역치를 낮추는 역할을 하는 것을 preactivating tone 또는 facilitating tone(facilitator)라고 하며, 실제로 음향반사를 일으키는 음을 activating tone(activator)라고 하여, 이 두 가지 종류의 순음을 등골근반사의 역치를 측정하는 데 이용한다. 일반적으로 facilitator는 activator보다 높은 주파수에서 기능을 잘하는 것으로 알려져 왔으며, 그 자체로는 등골근반사를 일으키지 않아야 하므로, facilitator 자체의 등골근반사 역치를 구한 뒤 역치보다 낮은 강도로 facilitator를 주어야 한다.8) Facilitator의 위치도 activator를 주는 귀와 같은 측에 위치시키는 방법(monotic mode)과 반대편에 위치시키는 방법(dichotic mode) 등이 소개되어 있다.4)
본 연구는 정상 청력을 가진 성인을 대상으로 여러가지 주파수와 강도의 facilitator를 이용할 경우, 등골근반사 역치의 변화, 즉 등골근반사 감작현상의 양상 및 차이를 측정하고 분석하기 위한 목적으로 시행되었다. 또한 역치보다 약한 음자극 및 강한 음자극(subthreshold and suprathreshold)에 대한 각각의 등골근반사 역치의 변화를 그래프로 나타내고, 이 그래프에서 서로 다른 주파수와 강도의 facilitator에 의하여 초래되는 감작현상의 차이도 분석하고자 하였다.
대상 및 방법
21세에서 30세 사이의 성인 22명을 대상으로 하였으며, 성별은 남자가 12명, 여자가 10명이었다. 청력의 기준은 순음청력검사상 250 Hz에서 8000 Hz까지의 기도청력역치가 15 dB 이하이며 고실도에서 고막의 운동범위(compliance)가 0.3에서 1.5 ml, 중이압은 ±5 daPa 이내이고 0.5∼4 KHz 사이의 동측 및 반대측의 등골근반사 역치가 75∼95 dB HL인 경우로 한정하였다.
측정장비로는 등골근반사 역치를 측정하기 위해, GSI 33, version 2 Middle-Ear Analyzer(Grason-Stadler, Milford, USA)를 사용하여 activator와 facilitator를 주었다. 등골근반사는 monotic mode와 dichotic mode에서 모두 측정하였다. Monotic mode는 등골근반사를 측정하는 반대측에 facilitator와 activator를 모두 위치시키는 방법(Contralateral facilitator Contralateral activator：CfCa mode)에서 측정했고, dichotic mode로는 동측편에 facilitaor를 위치시키고 반대측에서 activator를 위치시키는 방법(Ipsilateral facilitator Contralateral activator：IfCa mode)으로 측정하였다. 등골근반사 역치의 기록은 activator를 5 dB 간격으로 올리면서, 고막운동범위가 0.02 ml 이상 변하는 순간의 강도를 측정하여 시행하였다.
CfCa mode의 경우 activator로는 0.5, 1, 2 KHz의 주파수를 가진 순음을 사용하여 등골근반사 역치를 구하였고 facilitator로는 2, 4, 6 KHz의 주파수를 가진 순음을 사용하였다. 음자극은 activator, facilitator모두 0.5 sec 동안 가했으며, 각각의 facilitator의 주파수에 대한 역치를 측정한 뒤, 이보다 각각 5, 10, 15 dB 낮은 강도를 이용하여 facilitator로 삼아서 등골근반사 역치를 측정하였다. 단 activator를 2 KHz로 준 경우는 facilitator를 6 KHz에서 역치보다 5 dB 낮은 경우만을 검사하였다.
IfCa mode에서는, activator로는 0.5 KHz와 1 KHz의 주파수를 가진 순음을 사용했고, facilitator로는 2 KHz와 4 KHz의 순음을 사용하였다. 강도는 각각의 주파수에서의 등골근반사 역치보다 5 dB 낮은 강도를 채택하였다.
역치상 및 역치하(suprathreshold and subthreshold) 음자극에 대한 등골근반사 변화의 함수(growth function)는 전체 22명 중, 12명을 대상으로 CfCa mode에서 측정하였다.
Facilitator의 주파수를 변화시키거나(6 KHz, 4 KHz, 2 KHz), 6 KHz에서 facilitator의 강도를 변화시키는 조건(역치-5 dB, 10 dB, 15 dB)에서, activator의 강도변화에 따른 등골근반사 감작의 정도를 비교 분석하였으며, 역시 등골근반사 역치를 낮추는 것으로 알려진 broad band noise(BBN)에 대한 반응도 같이 비교하였다.
통계는 CfCa mode와 IfCa mode에서 facilitator와 activator에 따른 감작의 정도를 분석하기 위해 repeated measurements of ANOVA와 paired t-test를 이용하였다. 또한 growth function의 양상차이를 분석하기 위해 Wilcoxon signed rank test를 이용하였다.
결과
Contralateral activator Contralateral facilitator(CfCa) mode
두 가지 종류의 순음을 동시에 준 모든 경우에서 등골근반사의 역치가 낮아지는 결과를 볼 수 있었다(Table 1a and b).
Facilitator의 강도를 threshold-5 dB로 고정하고, facilitator의 주파수를 기준으로 비교해 보면, 주파수가 6 KHz와 4 KHz의 경우에서 2 KHz의 경우보다 등골근반사 감작이 유의하게 잘 일어났다(p＝0.0016)(Table 1a and b, Fig. 1). Facilitator의 강도를 기준으로 결과를 비교하면, 강도가 높을수록 등골근반사 감작이 유의하게 잘 일어났는데(p＝0.0001)(Table 1a and b), 감작의 정도는 역치-5(dB)>역치-10(dB)>역치-15(dB) 순서로 큰 양상을 보였다.
Activator의 주파수를 기준으로 비교해 보면, 0.5 KHz의 activator에서 1 KHz보다 더 감작이 잘되는 것처럼 보였으나 약한 유의관계를 보였다(p＝0.06).
Ipsilateral activator Contralateral facilitator(IfCa) mode
CfCa mode에서와 마찬가지로, 동측에 activator를, 반대측에 facilitator를 주어서 감작을 시켰을 때 모든 경우에서 등골근반사의 역치가 낮아지는 결과를 관찰할 수 있었다(Table 2). 등골근반사 역치-5 dB의 강도로 facilitator를 준 경우, facilitator의 주파수가 클수록, 등골근반사 감작이 잘되는 경향을 보였지만, 통계적인 유의성은 없었으며(p＝0.271), activator의 주파수에 따른 등골근반사 감작의 차이도 없었다(p＝0.532)(Table 2).
IfCa mode와 CfCa mode의 비교
주파수를 2 KHz와 4 KHz로 하고 강도를 역치-5 dB로 한 상태에서 0.5 KHz의 actvator를 주었을 때, IfCa mode와 CfCa mode 각각에서 등골근반사 감작의 정도에는 유의한 차이가 없었다(p＝0.687)(Table 3).
Growth function의 분석
CfCa mode에서 6 KHz의 주파수의 facilitator의 강도를 변화시키면서 growth function curve를 얻고 이를 분석하였다. Facilitator의 강도가 클수록 등골근반사 감작이 잘 일어났으며(ART-5 dB>-10 dB>-15 dB>No facilitator), 이는 통계적으로 유의하였다(p＝0.0153)(Fig. 2a).
CfCa mode에서 강도를 역치-5 dB로 한 상태에서 facilitator의 주파수를 변화시키면서 얻은 growth function curve를 분석한 결과, facilitator의 주파수가 클수록 등골근반사 감작이 잘되었으며(6 KHz>4 KHz＝2 KHz>No facilitator), 이는 통계적으로 유의하였다(p＝0.0083)(Fig. 2b).
Broad band noise(BBN)과 등골근반사 감작에 의한 growth function curve를 비교하였다.(Figs. 2 and 3). 두 경우 모두 등골근반사 역치를 낮추는 효과가 있었는데, BBN을 사용하였을 때에는 순음에 의한 곡선을 20 dB 정도 좌측으로 평행이동을 시키는 효과가 있지만, 등골근반사 감작에 의한 곡선은 낮은 강도에서의 고막의 운동범위(compliance)만 높아져서 activator만 사용하였을 때에 비하여 다른 형태의 곡선이 나타났다(Fig. 2a and b).
고찰
등골근반사 감작을 초래하는 여러 방법들 중 가장 시행하기가 용이한 방법으로 알려져 있는 것은 서로 다른 주파수를 가진 순음을 주는 방법이다. Jeck등(1983)은 이러한 방법으로 6 KHz의 facilitator를 주었을 때, 등골근반사 역치는 10에서 12 dB정도 낮아지며 facilitator의 등골근반사 역치 부근의 강도에서 이러한 효과가 가장 두드러진다고 하였다.8) Rawool 등(1995)은 click음을 이용하여 등골근반사 역치를 낮추었는데 이때, click음의 반복횟수를 늘릴수록 감작이 잘 되었으며, 등골근반사 감작현상의 정도는 연령이 증가할수록 줄어든다고 하였다.5)
정상 청력군을 대상으로 한 연구에서 Sesterhenn 등(1976)은 6K의 facilitator를 주었을 때 등골근반사 역치의 변화양상에 대해 보고하였다. 그들은 이 방법으로 역치를 30 dB 정도 낮출 수 있다고 하였으며,6) 이러한 방법을 청력소실이 있을때 청력역치를 추정하는데 응용할 수 있다고 하였다.7) 그러나 이들은 facilitator의 주파수와 강도를 다른 방법으로 변화시켜 나갈 때, 감작현상의 변화 양상에 대해선 특별히 보고하지 않았다.
Facilitator의 주파수와 강도에 대한 연구들에서, Jeck등은 6 KHz의 주파수로 등골근반사 역치보다 4 dB 낮은 facilitator를 사용하였고,8) Blood와 Greenberg 등(1981)은 등골근반사 역치보다 2 dB 낮은 음을,4) Sesterhenn과 Breuninger(1976)은 등골근반사 역치 수준으로 facilitator를 주었다.6) 이들은 각각의 방법에서 효과적으로 감작현상이 관찰되었다고 보고하였다. 그렇지만 여러가지 가능한 주파수와 강도를 여러가지 방법으로 변화시켰을 때, 감작현상이 변화하는 양상에 대한 보고는 없는 상태이다. 한편, 본 연구에서는 Facilitator의 반사 자체가 결과에 영향을 미쳐서는 안되므로 facilitator의 강도는 등골근반사 역치보다 충분히 낮아야 하며 본 연구에서는 5 dB 이상 작은 크기의 음을 사용하였다.
본 연구에서는 facilitator의 주파수가 높을수록(6 KHz, 4 KHz) 낮은 주파수 영역에 비해 더 등골근반사 감작이 잘되는 것으로 나타났다. 또한 고주파의 facilitator를 쓰는 경우에서 낮은 주파수보다 등골근반사 역치가 유의하게 낮게 나오는 현상이 관찰되었다. 또한 등골근반사 역치보다는 낮지만 가능한 한 높은 강도의 facilitator를 쓰는 경우에서, 등골근반사 역치가 유의하게 낮게 나왔다. 이는 역치보다 낮으면서도 가능한 한 센 강도의 facilitator를 쓰는 경우에 더 잘 감작이 잘된다는 것을 시사한다고 할 수 있다. 한편, growth function을 이용하여, 등골근반사의 양상을 분석한 결과 역시 높은 주파수와 높은 강도의 facilitator를 주는 경우, 등골근반사 역치가 유의하게 낮게 나오는 결과를 얻을 수 있었다.
BBN을 사용할 때는 등골근 반사에 의한 고막의 운동범위(compliance)가 전체적으로 높아져서 순음에 의한 곡선이 20∼25 dB정도 좌측으로 평행이동을 하는 효과가 있다고 알려져 있다.10) Fig. 2의 그래프들을 분석하여 보면 BBN을 사용하였을 때에 비해 등골근반사 감작에 의한 growth function curve는 낮은 강도에서의 고막의 운동범위(compliance)만 높아져서 activator만 사용하였을 때에 비하여 다른 형태의 곡선이 나타내게 된다. 두 가지 현상이 모두 등골근 반사역치를 낮추지만 등골근반사 감작현상을 이용하면 BBN에 비해 특정 주파수 에서의 정보를 얻을 수 있다는 장점이 있다. 또한 반사역치를 낮추는 정도도 최대 25 dB로서 BBN을 사용하였을 때와 비슷하다고 할 수 있다.
이러한 등골근 반사 감작현상에 대한 설명으로는, 복합적인 청각자극(complex stimulus)에 대한 청각계의 energy summatation을 반영한다고 해석되고 있다. Blood등은 임계대역이 넘어가는 자극에 대하여 와우가 갖는 loudness summation으로 설명하였는데, 그들의 연구에서 mo-notic이 dichotic mode보다 감작현상이 잘 일어났으며, 감각신경성 난청환자에서 이러한 현상이 둔화되는 것을 들어 등골근 반사 감작현상을 담당하는 장소는 와우라고 주장하였다.4) 그러나 본 연구에서의 결과에서 dichotic mode(IfCa mode)에서 감작이 되는 것으로 보아 이러한 현상은 어떠한 경로로든 중추신경계를 경유할 것이라고 예상된다. 또한 monotic과 dichotic mode에서 감작현상의 정도에는 유의한 차이가 없었으며, 두개의 다른 tone을 주었을때 생기는 감작현상이 spatial integration을 반영하는 BBN에 대한 등골근 반사역치 저하와는 다른 모양의 growth function을 보였다. 그리고 일반적으로 두개의 tone을 주었을 때 와우에서 two-tone suppression이 일어나는 것에 비하여 등골근반사 감작현상은 반대의 의미를 가지므로 와우에서의 기전이라는 주장에 대한 반증이 된다. 이러한 점에 대해 Stelmachowicz 등은 등골근 감작현상이 와우를 포함한 구심성회로에서 일어난다면 와우의 tonotopicity를 고려할 때 activator와 facilitator의 주파수가 가까울 때 감작현상이 더 잘 일어나야 하는데 실제는 그 반대이므로 뇌간을 포함한 원심성 회로에서 이 현상을 일으킨다고 하였다.9) 이러한 점들로 보아 이러한 기전은 말초성이라기 보다는 중심성으로 생각되며 등골근 반사를 관장하는 상올리브핵(superior olivary neucleus) 수준에서 등골근 반사를 감작시키는 intergrator 또는 interneuron의 존재를 제시해 볼 수 있겠다.
등골근반사의 의미로서는 시끄러운 환경에서 저주파가 감소되어(attenuation) 받아들여지게 되므로써 어음/소음 비(speech-noise ratio)가 증가하고 어음명료도(speech discrimination)가 증진되는 효과가 있다고 추론된다.
감각신경성 난청에 대하여는 이번 연구에서 실시하지 않았지만 Blood 등의 연구에서 정상청력에 비해 둔화되었지만 감작현상이 나타났고,4) Sesterhenn 등(1976)은 등골근반사 감작현상 전후의 역치의 차이는 그 주파수의 등골근반사 역치(sensation level)와 비례한다고 하였다고하여 감각신경성 난청에서의 감작폭이 적음을 설명하였다.6) 등골근 반사감작의 기전이 중심성이라고 가정을 할 때 감각신경성 난청중에서 미로성 난청으로 중심청각계에 이상이 없는 경우에는 감작현상이 잘 일어날 것으로 예상된다.
그러므로 이러한 현상을 이용하여 난청으로 인하여 등골근 반사를 이용할 수 없는 환자들에서 등골근반사를 유발할 수 있는 방법이 될 수 있고 특히 소아의 난청에서 고주파는 뇌간유발반응청력검사(acoustic brainstem reflex)를 이용하여 측정이 가능한데 비하여 저주파의 측정이 어려운 데 대하여 이용할 수 있겠다. 또한 Rawool 등에서는 click 음을 이용하여 미로성과 후미로성 병변의 진단적 가치에 대하여 언급한 바 있다.5)
또한 와우이식술때 유발 등골근반사 역치(evoked stapedial reflex threshold)가 comfortable loudness level과 연관이 있어 사용을 하고 있는데11) 이때 두개의 band를 자극하여 감작을 시킴으로써 와우이식환자의 dynamic range에 대한 더 많은 정보를 얻을 수 있는 가능성도 생각해 볼 수 있겠다.
결론
정상 청력을 가진 성인들을 대상으로 등골근반사를 측정하여 여러가지의 주파수와 강도의 facilitator를 줄 경우 역치의 변화를 알아보고 이 역치의 주파수 및 강도에 따른 차이를 분석하였으며 growth function의 양상도 분석하였다. 가장 감작이 잘되는 조건에서 등골근반사 역치가 낮아지는 정도는 25.9±6.7 dB였고, 같은 activator의 조건에서는 대개 facilitator의 강도가 증가할수록 감작이 잘되었으며, 같은 강도의 facilitator의 경우 주파수가 클수록 감작이 잘되었다. Growth function의 분석에서도 동일한 경향을 관찰할 수 있었다. 이에 반해 activator의 주파수의 변화는 별 영향을 끼치지 못하였으며 facilitator를 같은쪽에 주는지 반대편 귀에 주는지 여부도 유의한 영향을 끼치지 못하는 것으로 분석되었다. 등골근반사 감작현상의 기전은 중심성으로 생각되며 임상적 의미 및 효용성 등에 관해서는 계속되는 연구가 필요할 것으로 사료된다.
REFERENCES
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2) Chobot J, Wilson W. The effect of sensitization on the aoustic reflex as a function of frequency. J Aud Res 1977;17:99-104.
3) Klockoff I. Middle ear muscle reflexes in man: A clinical and experimental study with special reference to diagnostic problems in hearing impairment. Acta Otolaryngol (Stockh). Suppl 1961;164:1-92.
4) Blood I, Greenberg H. Low-level acoustic reflex thresholds. Audiology 1981;20:244-50.
5) Rawool VW. Ipsilateral acoustic reflex thresholds at varying click rates in humans. Scand Audiol 1995;24:199-205.
6) Sesterhenn G, Brueninger H. The acoustic reflex at low sensation levels. Audiology 1976;15:523-33.
7) Sesterhenn G, Brueninger H. Determination of hearing threshold for single frequencies from the acoustic reflex. Audiology 1977;16:201-14.
8) Jeck LT, Ruth RA, Schoeny ZG. High-frequency sensitization of the acoustic reflex. Ear and Hearing 1983;4(2):98-101.
9) Stelmachowicz PG, Gorga MP. Investigation of the frequency specificity of acoustic reflex facilitation. Audiology 1983;22:128-35.
10) Polpeka GR, Margolis RH, Wiley TL. Effect of activating signal bandwidth on acoustic-reflex thresholds. J Acoust Soc Am 1976;59:153-9.
11) Bas VDB, Ad FMS, Lucas HMM, Jan PLB, Paul VDB. Stapedius reflex measurements during surgery for cochlear implantation in children. Am J Otol 1996;17:554-8.
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