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서 론
중화상에서 광범위한 조직손상에 뒤이은 병태생 리학적 변화는 열에 의한 표층조직에만 국한된 것뿐
The Immune Modulatory Effect of Early Escharectomy on
Endotoxin in Major Burn Patients
Jung-Eun Kwon, M.D., InSuk Kwak, M.D., TaeHyung Han, M.D. and KwangMin Kim, M.D.
Department of Anesthesiology and Pain Medicine, Hangang Sacred Heart Hospital Hallym University College of Medicine
Backgrounds: Early escharectomy has been shown to improve the survival rates and the
treatment outcomes in major burn patients. However, its exact mechanism, especially in human immune systems, has not been fully elucidated. This observational study, focusing on the endotoxin, was conducted to assess the changes in major burn patients undergoing early eschar excision.Methods: Seventeen ASA physical status II or III adults major burn patients, admitted to plastic
and reconstructive surgery for their burn wound care, were initially recruited. When the early escharectomy was scheduled, the series of blood samples were obtained four times at 72 and 24 hours preop and 24 and 72 hours postop, respectively. The changing levels of endotoxin were measured with chromogenic limulus amebocyte lysate (LAL) techniques.Results: All the patients suffered from major burn. Early escharectomy appear to have the immune modulating effect on the kinetics of endotoxin, showing significant decrease when compared before and after the escharectomy.
Conclusions: Major burn injury certainly induces the systemic inflammatory responses. Endotoxin
behaves in such a way that escharectomy has the immune modulating effect in major burns, although it was minimal. This limitation is probably related to the timing and extent of surgery, and the complex nature of burn related inflammation.ꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏ
Key Words: Endotoxin, Escharectomy, Thermal injury
조기 가피제거술이 중화상 환자들의 내독소 변화에 미치는 영향
한림대학교 의과대학 한강성심병원 마취통증의학과
권정은․곽인숙․한태형․김광민
책임저자：한태형, 서울시 영등포구 영등포동 94-200 우편번호: 150-719, 한림대학교 의과대학 한강성 심병원 마취통증의학과
Tel: 82-2-2639-5500, Fax: 82-2-2631-4387 E-mail: [email protected]
만 아니라 급성전신병태로 이해해야 할 것이다.1,2) 화상은 손상의 종류와 범위, 수상 후 경과기간 등에 따라 여러 염증매개 물질이 분비됨으로써 국소적, 전신적 변화를 초래한다.3) 급성염증반응은 화상 직 후 유리되는 많은 매개물질들에 의해 조절된다. 급 속한 염증매개물질들의 과생산, 백혈구 및 내피세포 의 활성화, adhesion molecule의 발현, nitric oxide synthase 유도 등의 과정이 전신적 염증반응증후군 (Systemic inflammatory response syndrome: SIRS), 다 발성 장기부전증후군(Multiple organ dysfunction syn- drome: MODS)로 진행되어 종국에는 사망에 이르게 된다.4∼6)
여러 경험적, 임상적 연구에서 중화상 손상 후 심 한 면역억제현상들이 보고되고 있으며, 가피제거술 은 이러한 면역반응을 역전시키거나 완화시키는 것 으로 생각되고 있다.7) 화상가피는 감염의 원인이 될 뿐만 아니라 환자에게 전신적으로 치명적인 역할을 하는 변성단백질, 매개물들, 독소의 원인으로 작용한 다고 생각되고 있으므로 면역억제물질의 흡수를 피 하는 가장 효과적인 방법은 신속한 가피제거술이라 고 할 수 있을 것이다. 죽은 조직을 제거하고 이식을 하는 것은 감염원을 제거하는 것일 뿐만 아니라 염 증매개물질들의 분비를 감소시킴으로써 생존율을 높이고, 화상 후 면역억제를 예방하고 피부의 장벽 기능을 유지하는 것으로 생각된다. 현재 가피의 조 기제거와 상처봉합을 통해 일부 면역지표들이 개선 되는 것이 경험적으로 관찰되기는 하였으나 아직까 지 정확한 병태생리학적 및 면역학적 장점은 증명되 지 못했다.
본 연구에서는 광범위한 가피제거술 전후로 내독 소의 변화를 측정하여 전신적 염증반응증후군을 조 절하고 예방하는데 있어 조기 가피제거술의 면역학 적 역할을 규명하고자 하였다.
대상 및 방법
본 연구는 본 의료원 임상실험윤리회의 규정을 준 수하였고 사전심사를 통과하였으며 연구 개시 전에 환자 또는 보호자에게 서면으로 동의를 구하였다.
연구대상이 될 만한 중화상 환자가 응급실에 도착 할 경우 마취과에 보고하여 연구대상자를 선별케 하 였다. 환자의 가피제거술의 일정이 결정되면 적어도 3일 전에 연구자에게 통보되었다. 본 연구에서 환자 들은 흡입 손상, SIRS, 패혈증, 패혈성 쇼크, 성인성 호흡부전증후군(adult respiratory distress syndrome:
ARDS), 다발성 장기기능부전(Multiple organ dysfunc- tion syndrome: MODS)을 포함하는 진단에 따른 임상 적 status에 따라 선별하였으며, 이는 The Criteria of the College of Chest Physicians/Society of Critical Care Medicine (ACCP/SCCM)에 기초하였다.
면역결핍성 증후군 등의 질병을 앓고 있거나 면역 치료를 받고 있는 환자, 스테로이드나 항암약제, 호 르몬제를 복용하고 있는 환자, 면역불균형을 유발할 질환을 갖고 있는 환자는 연구에서 제외되었다. 사망 한 환자들의 경우 염증매개물질이 기하급수적으로 증 가하는 것이 일반적이므로 연구 결과의 오류를 줄이 기 위해 이들 자료를 마지막 분석에서 제외하였다.
연구에 포함된 환자들은 연속적인 채혈을 위해 중 환자실에서 상지나 하지에 동맥선을 거치하고, 헤파 린으로 채워 놓았다. 수술 전 72 및 24시간 전, 수술 후 24 및 72시간 후 등 총 4차례 오전 8시에서 9시 사이에 채혈을 실행하였다. 혈액 3 ml를 endotoxin free EDTA containing blood specimen tube (BD Vacuta- inerTM, BD Vascular system, Belliver Industrial Estate, Plymouth, UK)에 수집하였다. 채혈 후 30분 이내에 3,000 rpm에서 30분간 원심 분리하여 platelet-rich plasma (PRP)를 만든 후 -70oC에서 보관하였다. 이 샘플들은 최종 분석을 시행할 때까지 냉동 보관하였 다. 모든 혈액샘플들은 수집이 완료된 후 3개월 후에 한꺼번에 분석하였다.
마취는 sodium thiopental 2∼5 mg/kg, vecuronium 0.1∼0.12 mg/kg, fentanyl 2∼4μg/kg으로 유도하였다.
마취의 유지는 fentanyl 1∼2μg/kg/hr을 점적하였으 며 nitrous oxide와 oxygen을 각각 50%로 유지하였고 sevoflurane을 호기말 농도 3.0% 내외에서 조절하였 다. 간헐적으로 vecuronium을 정주하여 근이완을 유 지하였다.
내독소의 농도는 gram-negative bacterial endotoxin의
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정량적 분석에 사용되는 chromogenic limulus ameboc-yte lysate (LAL) test (QCL 1,000TM, Biowhittaker, Inc., East Rutherford, New Jersey, USA)로 측정하였다. 이 샘플들은 test kit 내에 공급되는 LAL과 잘 혼합하여 37oC에서 10분간 배양하였다. 기질용액과 LAL-샘플 을 잘 섞어 다시 37oC에서 6분간 배양한 후 화학반 응은 stop reagent로 중지시켰다. 내독소가 샘플 내에 존재한다면 노란색이 발현된다. 샘플의 흡수파장은 spectrophotometry의 405∼410 nm 파장범위에서 결정 하였다. 파장의 흡수정도는 기존하는 내독소의 양과 정비례하므로 그 농도는 표준곡선으로부터 계산하 였다.
통계분석은 SPSS version 10.01 (SPSS Inc., Chicago, USA)을 사용하였고 모든 수치는 평균±표준편차로 표시하였다. 연령, 성별, 신장과 체중, 화상종류와 체 표면적 대비화상의 정도(Total body surface area:
TBSA), 미국마취과학회의 신체등급분류 등을 기록 하였다. 내독소의 변화는 Bonferroni's correction에 의 한 analysis of variance (ANOVA) 반복측정으로 가피 제거술 전후에 연속적으로 비교하였다. P-value가 0.5 미만인 경우 통계적으로 유의한 것으로 간주하였다.
결 과
총 25명의 환자가 선정되었다. 이 중 3명은 가피 제거술 후 1주 내에 사망하였고, 5명은 가피 제거술 전후로 상기 합병증을 보였으므로 이들은 마지막 분 석에서 제외하였다. 나머지 17명은 체표면적대비 25% 이상의 화상손상이 있었던 경우들로서 혈액샘 플 채취 후 3개월 이상 생존하였던 환자들이었다.
이들 대상 환자들의 인구통계학적 자료는 Table 1 에 정리하였다. 대부분 광범위한 화상손상을 입었으 며 가피제거술은 약 일주일 내에 시행되었다.
Fig. 1은 수술 전후 내독소 농도의 변화이다. 가피 제거술 전후로 통계적으로 유의한 변화가 관찰되었 으며 이러한 변화는 연구기간 내 수일간 유지됨을 알 수 있었다.
고 찰
본 연구 결과에서는 중화상 환자들에서 내독소의 역동학적 변화에 대한 조기 가피제거술의 면역조정 효과를 평가하였을 때 내독소가 가피제거술 전후로 의미 있는 감소가 있었음을 보여 주었으나 그 변화 의 범위는 매우 제한적이었다.
중화상 손상에서 전신적 염증반응증후군은 내독 소, cytokine, adhesion molecule 등과 같은 염증매개물 질들의 발현이 종합되어 나타나는 현상으로 해석될
Table 1. Demographic Data and ASA Classification ꠚꠚꠚꠚꠚꠚꠚꠚꠚꠚꠚꠚꠚꠚꠚꠚꠚꠚꠚꠚꠚꠚꠚꠚꠚꠚꠚꠚꠚꠚꠚꠚꠚꠚꠚꠚꠚꠚꠚꠚꠚꠚꠚꠚꠚꠚꠚ
Age (yrs) 44.1±12.2
Sex (M/F) 12/5
Weight (kg) 63.5±12.6
Height (cm) 168.4±5.6
ASA class (II/III) 3/14
TBSA (%) 51.9±17.0
Elapsed dates since
initial injury for early 5.3±1.7 escharectomy (days)
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Fig. 1. Bar graphs illustrating the changing levels of endotoxin before and after the extensive escharectomy in major burns (repeated measures of ANOVA, *p＜
0.05 when -3 day was compared to -1, +1 and +3
day,
†p＜ 0.05 when -1 day was compared to +1 and
+3 day).
수 있다. 이는 화상쇼크와 소생술과 연관된 허혈-재 관류 손상과 내독소혈증과 같은 여러 기전에 의해 시작된다. 내독소는 염증반응의 강력한 유도인자로 서 cytokine과 보체(complement)의 생산, 중성구의 활 성화 등을 유발한다. 허혈장벽을 통한 위치 변화와 더불어 내독소가 전신순환 내 존재한다는 것은 젖산 혈증, 전신혈관저항하강, 전신적 염증반응증후군과 관계있다. 내독소가 cytokine의 분비를 유도하는 기 전은 lipopolysaccharide-binding protein (LBP)과 내독 소의 lipid A 부위간의 복합체를 형성하는 것으로 설 명된다. LBP-endotoxin 복합체는 대식세포가 분비하 는 tumor necrosis factor alpha (TNF-α) 유도의 강력 한 자극제이다. LBP-endotoxin 복합체가 대식세포의 CD14 receptor에 결합함으로써 protein kinase가 활성 화되고 TNF-α 생산이 개시된다.8) 전신염증반응에서 가장 강력하고 중요한 cytokine인 TNF-α는 여러 생 리기능 중에서도 chemotactic cytokine인 interleukin-8 (IL-8)의 분비와 활성화에 결정적인 역할을 한다.
Chemokine으로도 알려진 IL-8은 중성구 및 과립구 (PMN)을 모아 내피세포에 부착한 후 조직 내로 이 동하게 하여 PMN 매개손상을 유발한다.9) 백혈구가 내피세포에 부착되기 위해서는 혈관내벽에 초기에 부착하는 것이 요구되는데 이 과정은 selectin에 의해 서 이루어지며 각각 혈소판에는 P-selectin이, 내피 세 포에는 E-selsctin이, 백혈구에는 L-selectin이 존재한 다.10) 이 과정에서 관찰되는 전형적인 모습은 백혈구 의 “rolling”으로 이는 백혈구가 혈관내벽을 따라 매 우 느린 속도로 구르는 것(adhesion의 첫번째 단계) 이다.11) 그러면 TNF-α에 의해 유도된 IL-8이 백혈구 표면 위의 integrin을 활성화(adhesion의 두번째 단계) 시킨다. 이후 “rolling” 과정은 정지되고, CD11a/CD18 이 soluble intracellular adhesion molecule-1 (sICAM-1) 에, CD49가 soluble vascular cell adhesion molecule-1 (sVCAM-1)에 강하게 부착된다.12) 백혈구는 endothel- ial ligand에 결합하고 elastase나 myeloperoxidase와 같 은 중성구의 세포 내 효소들을 분비하여 endothelial barrier를 통과하는 방법으로, 모양이 변화하면서 내 피를 통과하여 조직 내로 이동한다(adhesion의 세번 째 단계 또는 2차 adhesion).13) 이와 같이 염증반응은
여러 매개물질들이 관여하여 전신적 염증반응으로 진행하며 따라서 이러 물질들은 염증반응의 지표로 서 연구되고 있다.
본 연구에서 가피의 제거가 제한적 반응을 보인 이유는 여러 가지로 고려해 볼 수 있다. 첫째로 환자 선택의 문제로서 생존자로부터 채취한 샘플만을 최 종분석에 포함하였다. 사망한 환자들의 경우 면역반 응은 매우 크게 변화하는 것으로 알려져 있다. 우리 는 이들 사망 환자들의 자료를 의도적으로 제외시켰 는데 그 이유는 그들의 자료가 결과범위를 상승시켜 가피제거술의 진정한 면역학적 효과를 부정확하게 할 수 있기 때문이다.14) 농도변화의 경향이 다른 연 구들에 비해 크지 않았다는 것은 어쩌면 당연할 수 도 있었을 것이다.
둘째, 수술의 시기와 범위가 또 다른 요인이 될 수 있을 것이다. 본 화상센터에서는 화상손상을 입고 화상쇼크 단계에 빠진 대략 5일(3∼7일)이 지난 후 가피제거술을 시행하며 더구나 사조직 제거 범위가 제한적이고 여러 차례에 나누어 수술이 시행되는 것 이 일반적이다. 신속한 가피의 제거가 염증 cytokine 의 생산과 분비를 줄이고 염증반응에 의한 심근손상 을 줄인다고 알려져 있다. 화상쇼크단계에서 광범위 가피제거술을 시행하면 대식세포의 염증매개물질들 의 분비를 유도하는 화상 혈장의 능력을 약화시킬 수 있어 전신적 염증반응증후군의 발생을 예방하는 효과가 있다. 화상쇼크단계 이후로 사조직 제거가 지연되면 가피로 부터 염증매개 물질이 분비되어 혈 장 내에 순환하게 된다. 즉 일단 순환이 시작되는 화 상수상 후 5일경에 가피제거술이 시행되면 염증매개 물질의 농도에 큰 영향을 미치지 못하는 것으로 알 려져 있다.15)
셋째, 가피제거 외에 여러 요소들이 화상 환자의 임상적, 면역학적 개선에 영향을 줄 수 있다. 항생제 사용, 매일 시행하는 상처 dressing, 즉각적인 수액공 급, 적절한 영양공급, 폐 합병증의 관리, 잘 보호된 화상상처 등이 화상환자의 임상적 면역학적 회복에 기여한다.
넷째, 내독소를 비롯한 염증 매개 물질의 일반적 인 특성은 대단히 민감하고 비교적으로 비특이적이
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며 그 발생은 특히 대식세포에 영향을 받는다. 이들은 음성 되먹이기 기전이 없기 때문에 계속 혈장 내 에 존재할 수 있는데, 이 때문에 지속적인 상처나 감 염이 없어도 염증, 패혈증, 장기기능부전으로 진행할 수 있다.
순환하는 내독소의 양과 임상적 질환, 조직의 활 성정도는 반드시 비례하지 않는데 이는 내독소가 2차 매개물질들의 분비를 위한 신호를 개시하는데, 일단 개시되면 이를 유지하기 위해 그 신호가 계속 필요하지 않기 때문이다. 또, 내독소는 세포표면과 세포 내에 있는 수용체에 각각 작용하므로 혈장 내 농도가 세포 내 농도를 반영하지 못하기 때문이다.
이러한 이유로 내독소의 혈장 내 농도가 패혈증이나 화상과 같은 중환자의 임상적 상태를 반영하지 못하 는 것은 놀랄만한 일은 아니다.16)
다섯째, 외상, 패혈증, 화상에서는 여러 염증매개 물들이 복합적으로 상호영향을 미치어 질환상태를 만든다. 외상과 출혈 후 염증기능과 면역기능에 많 은 변화가 임상적, 경험적 상황에서 관찰되는데 특 히 체액성(complement, coagulation) system과 세포성 (중성구, 내피세포, 대식세포) system에서 그러하다.
이 활성과정의 결과는 전신염증과 조직손상을 유발하 는 수많은 매개물들(toxic oxygen species, proteolytic enzyme, adhesion molecule, cytokine)의 합성, 발현, 분 비이다. 매개물질들에 의해서, 서로 다른 종류의 세 포들 간의 지속적인 상호 작용과 상호연결고리와 되 먹이기 기전을 이용한 증폭효과가 일어나며, 결국에 는 일련의 염증과 여러 장기의 손상으로 진행하게 된다. 외상이나 화상의 경우 세균 또는 비세균성 요 인을 포함하는 많은 활성인자들이 존재하며, 이들이 부분적 혹은 전신적으로 염증반응을 유도한다. 세균 과 내독소간의 translocation의 잠재적인 역할과 임상 적 연관성에 관해서는 논란의 여지가 있으나, 위장 관이 전신패혈증과 뒤이은 다발성 장기기능부전의 근원지라는 점을 지지하는 증거들은 많이 있다.17) 내독소는 잘 알려진 염증 및 염증으로 유발된 질 환의 개시자이다. 내독소는 arachidonic acid metabo- lite, oxidant, cytokine 그리고 TNF-α를 포함하는 수 많은 매개체의 분비를 활성 한다. 내독소는 또한 뚜
렷한 감염원이 없는 경우에도 외상 후 반응의 주요 역할을 하면서 전신적 면역억제를 유발한다. 오염된 상처표면이나 부위가 세균과 내독소 translocation의 주요인이라고 생각된다. 염증반응은 내독소와 cyto- kine을 생산하고 adhesion molecule을 유도한다. 이들 은 LFA (CD11a/CD18)과 MAC-1 (CD11b/CD18)의 질 적 변화를 유도하는데 이는 양적변화와 질병진행의 심각성과는 필연적인 상관관계가 없음을 의미한다.
화상의 경우, 예후가 좋지 않은 환자군의 내독소의 농도가 높았는데, 이는 내독소가 화상과 관련한 병 리학적 유인작용을 하기 때문이다.18) 조기가피제거 와 상처봉합은 화상상처를 방치할 경우 감염되지 않 은 상처인데도 볼 수 있는 내독소에 대한 과반응을 예방한다.19)
결 론
중화상 환자에서 조기 가피제거술의 유병률 및 사망률 감소에 대한 역할과 그 장점은 더 이상 논란 의 여지가 없다. 그러나 이런 점을 면역학적으로 생 체 내에서 증명하려는 것은 아직 더 많은 연구가 필 요한 것으로 생각된다. 본 연구에서는 중화상 환자 들을 대상으로 조기 가피제거술 전후 내독소의 변화 를 관찰한 결과 유의한 변화를 보였으나 그 변화의 범위는 다른 연구보고들에서 보다 적었으며 이에 대 한 원인들로서는 환자의 선택, 수술시기 및 범위, 염 증매개물질들의 비특이적 반응 및 다른 다양한 염증 매개물질들의 복잡한 상호작용 등등을 생각해 볼 수 있다. 보다 나은 면역조정효과를 얻기 위해서는 화 상 후 가장 초기에 광범위한 조기 가피제거술을 시 행하는 것이 가장 효과적이라 하겠다.
참 고 문 헌
