대한비과학회

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정상인과 만성 비부비동염 환자에서 비즙의 pH측정과 비교

건양대학교 의과대학 이비인후과학교실

이호진·최종철·윤정희·조남식·김찬호·김종엽

The Study of pH in Nasal Secretion in Normal and Chronic Rhinosinusitis

Ho-Jin Lee, MD, Jong-Cheol Choi, MD, Jung-Hee Yoon, MD, Nam-Sik Joe, MD, Chan-Ho Kim, MD and Jong-Yeup Kim, MD

Department of Otorhinolaryngology-Head and Neck Surgery, College of Medicine, Konyang University, Daejeon, Korea

ABSTRACT

Background and Objectives：Nasal mucosal pH have a direct effect on the alteration of the physio-chemical characteris-

tics of the nasal mucosa. Previous studies have reported the normal mucosal pH to be within the range of 5.3-7.0, mucosal pH with sinusitis to be within 6.8-7.6 and mucosal pH with rhinitis to be within 7.2-8.3. However, no consideration was paid to the conditions that influence the pH and there were no measured pH value by different methods. This study was therefore designed with the latest trend method in pH measurement with the purpose of evaluating pH in nasal secretion and creating an objective parameter for a beneficial manifestation of mucosa. Materials and Methods：We measured the pH values from 30 normal control group (group 1), 30 patients with chronic sinusitis (group 2), and 30 patients with allergic rhinitis (group 3). Nasal secretion was obtained through filter paper absorption method and, using a micro pH electrode with pH meter, pH was measured in nasal secretion. Results：pH in nasal secretion in this study was higher than the nasal mucosal pH from previously reported studies. pH values in nasal secretion showed a significant difference between three groups (group 1：7.86, group2：8.06, group 3：8.24) in this study (p<0.01). Conclusion：The measurement of pH in nasal secretion seems to be a useful parameter for monitoring and assessing the state of nasal mucosa. And we recommend this study as a method for obtaining an objective parameter for pH measurement in nasal cavity.

KEY WORDS

： pH·Nasal secretion·Chronic rhinosinusitis·Nasal mucosa.

서 론

호흡기 점막의 물리화학적 요소인 pH는 점막에서 이온 화 합물의 흡수와 성분의 구성, 상피조직의 섬모운동 그리고 점 막 분비물의 양상에 영향을 끼치는 중요한 변수이다.^1-4) 이러 한 비점막의 pH에 대한 연구는 1941년에 비점막에서 직접적 인 방법으로 pH를 측정하여 보고⁵⁾된 이후로 현재까지도 다양 한 연구에 이용되고 있다.

기존에 연구 보고된 비강점막에서의 pH는 주로 정상인과 만성 부비동염 환자의 pH 측정값으로, 정상의 비강점막의 pH 는 초기에는 5.5~6.5의 범위로 보고하였으나,^5-8) 최근의 결과

에서는 5.2~8.1의 범위로 보고하였으며,⁹⁾¹⁰⁾ 만성 부비동염에 서의 pH는 6.8~7.8 혹은 6.4~7.6의 범위로 보고하였다.⁶⁾¹¹⁾ 또한, 감염성 비염에서의 비강점막의 pH에 대한 연구 보고에 서는 정상 비강점막과 비교하여 높은 7.2~8.3의 pH 측정결 과로 보고하였다.^5)6)12)

하지만, 기존의 연구보고는 서로 다른 pH 측정방법을 이용 하여 pH를 측정한 연구결과이며, pH의 측정결과에 영향을 줄 수 있는 연구대상의 진단과 분류에서의 진단과정, 호흡, 식사여 부, 기저질환, 그리고 연구 환경의 항온과 항습 등의 요소^10)13-15) 에 대한 언급이 부족하거나 배제되었다.

이에 본 연구에서는 비강내 pH에 영향을 끼치는 요소를 최 소화하고, 최근 재현성이 좋은 pH 측정법으로 비강점막의 상 태를 반영하는 비즙(nasal secretion)^16-18)에서 pH를 측정하여, 그 결과를 기존 연구와 비교하여 비즙에서의 pH 측정의 객관 성과 유용성을 알아보고자 하였다.

논문접수일：2008년 11월 25일 / 심사완료일：2009년 2월 2일 교신저자：최종철, 302-718 대전광역시 서구 가수원동 685번지 건양대학교 의과대학 이비인후과학교실

전화：(042) 600-9215·전송：(042) 543-8959 E-mail：[email protected]

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대상 및 방법

대 상

2007년 2월부터 2008년 2월까지 본원을 내원한 정상 대조 군과 연구 대상군을 대상으로 하였다(Table 1).

정상 대조군(Group 1)

비흡연자로서 비즙채취 8주 전까지 투약병력, 전신 병력, 코질 환으로 치료를 받은 병력, 그리고 알레르기 비염의 가족력이 없으 며, 비내시경에서 정상으로 보이는 20~40세 연령 30명을 대상으 로 하였다. 평균연령은 30.5세, 남자는 19명, 여자는 11명이었다.

만성 부비동염 환자군(Group 2)

비흡연자로서 전신병력이 없고, 방문 8주 전까지 진료 및 치료병력이 없는 코막힘, 후비루, 화농성 콧물 등의 코증상이 최소한 3개월 이상 있으며, 비내시경에서 양측 만성 부비동염 소견과 방사선학적인 검사에서 양측 만성 부비동염 소견을 보 이는 20~40세 연령 환자 30명을 대상으로 하였다. 평균연령 은 30.3세, 남자는 14명, 여자는 16명이었다.

알레르기 비염 환자군(Group 3)

비흡연자로서 전신병력과 최근 약 4주간의 투약 병력이 없 으며, 3개월 이상 코막힘, 콧물, 재채기, 가려움증 등의 증상 으로 방문하여 집먼지 진드기(D. pteronyssinus, D. farinae) 에 대한 피부반응검사, 비유발 검사, radioallergosorbent test (RAST)에서 양성 결과, 그리고 총 혈청 IgE 결과에서 100 IU/

ML 이상인 20~40세 연령의 환자 30명을 대상으로 하였다.

평균연령은 32.3세, 남자는 23명, 여자는 7명이었다.

방 법

비즙의 채취와 처리

비즙의 채취는 여과지 흡착법(filter paper method)을 이용 하여 채취하였다. 한쪽 면이 5×50 mm크기의 V자 형태인 여과지(Whatman No.50, Maidston, England)를 동시에 양 측의 비강 측벽에 위치시키고 15분 후에 비강의 좌, 우로 구

별하여 여과지를 채취하였다. 채취한 여과지는 비즙을 함유 한 부위만을 소독된 가위로 여러 조각으로 나누어 에펜도르 프관(eppendorf tube)에 각각을 옮겨 2,000 rpm으로 5분간 원심분리를 한 후 상층액의 pH를 측정하였다.

pH의 측정

pH의 측정 전 정확한 계측을 위하여 pH 4와 pH 7의 완충 액(buffer solution)의 순서로 미세 pH 전극(micro pH electrode, Thermo fisher scientific Inc, Waltham, MA)을 수차 례 교정(calibration)한 후, 미세 pH 전극과 pH 측정기(pH meter, Thermo fisher scientific Inc, Waltham, MA)를 이용하 여 원심 분리된 비즙 상층액의 pH를 측정하였으며, 측정시마 다 교정과정을 한 후에 측정하여 기록하였다(Fig. 1).

통계 검증

본 연구를 위한 3개의 군은 각 30명씩으로, 연구 집단별 양 측 비강의 비즙에서 측정한 평균 pH 측정값을 비교하기 위하 여 공변량 분석(ANCOVA)을 통하여 분석 적용하였으며, 유의 확률이 p<0.01일때 통계적으로 의미 있다고 보았다.

결 과

pH의 측정치

정상 대조군(Group 1)

pH측정치는 좌측 비강에서 pH 7.68~8.07의 범위로 측정 되었으며, 우측 비강에서는 pH 7.69~8.04의 범위로 측정되 었다. pH의 평균값은 7.86이었다(Fig. 2).

만성 부비동염 환자군(Group 2)

pH측정치는 좌측 비강에서 pH 7.89~8.19의 범위로 측정 되었으며, 우측의 비강에서는 7.89~8.22의 범위로 측정되었 다. pH의 평균값은 8.06이었다(Fig. 2).

알레르기 비염 환자군(Group 3)

pH측정치는 좌측비강에서 pH 8.08~8.34의 범위로 측정

Table 1. Age and sex distribution

Sex Age

Group

Male (%) Female (%) Total Mean (year)

Normal 19 (63.3) 11 (36.7) 30 30.5

Chronic sinusitis 14 (46.7) 16 (53.3) 30 30.3

Allergic rhinitis 23 (76.7) 07 (23.3) 30 32.3

Total 56 (62.2) 34 (37.8) 90 (100%) 31.0

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되었으며, 우측의 비강에서는 8.00~8.42의 범위로 측정되었 다. pH의 평균값은 8.24이었다(Fig. 2).

통계 검증결과

연구 집단인 정상 대조군, 만성 부비동염 환자군, 그리고 알 레르기 비염 환자군에서 측정한 양측 비강에서 비즙의 pH 평 균값은 세 군 간에서 서로 다른 측정결과를 보였으며, 통계적 으로 유의한 차이를 보였다(p<0.01)(Fig. 2).

고 찰

비강내 pH에 대한 연구에 의하면 점막 분비단백질의 조성 과 역할 그리고 비즙의 양과 점도의 결정요소,^1-3) 점액섬모수 송기능과 비강도포용 약물의 흡수와 분포에 영향을 끼치는 중요한 물리화학적인자로서 알려져 있다.^4)7)10)

이러한 비강내 물리 화학적 요소인 pH에 대한 연구는 1941년 Fabricant 등⁵⁾이 연구 보고한 후, 이를 기준 측정값으 로 하여 비교한 다양한 연구들이 있다.

비강내 pH에 대한 초기 연구에서는 비강점막 표층에서 직 접적으로 pH를 측정하였으며,^5-7)11) pH의 측정에는 pH 수치 가 아닌 표준색상의 변화를 주관적으로 판독하는 pH 측정여 과지(pH test paper)를 이용하여,^4)6)11)12) 최근의 연구결과보다 상대적으로 넓은 범위의 pH 결과를 보고하였다.

최근에는 이러한 기존의 연구에 비하여 보다 객관적이며 재현성을 높이고자 극히 소량의 표본에서도 용이하게 측정이 가능하고 재현성이 좋은 pH 측정기기를 이용한 연구가 보고 되고 있으나,^7)9)10) 현재까지 연구자들 간에 서로 공유할 수 있 는 객관적인 연구방법이 없는 실정이다.

기존의 비강점막에서 직접적으로 측정한 초기 연구에서의 pH 측정값은 정상에서 5.5∼7.6, 만성 부비동염에서 6.8∼8.7, 그리고 감염성 비염에서는 7.2∼8.3의 범위로 보고하였다.

하지만, pH 측정기기를 사용한 최근 연구에서는 정상은 5.3∼

7.0, 만성 부비동염에서는 6.8∼7.8의 범위로 보고하여 기존 의 연구와 서로 다른 범위의 결과를 보였다.

이러한 기존 연구들의 서로 다른 비강내 pH 측정결과는 pH 측정에 사용된 기기 혹은 방법의 차이, pH 측정 시 비강 내 pH 측정결과에 영향을 줄 수 있는 동일하지 않는 연구 조 건들의 차이, 그리고 서로 다른 pH 측정의 표적(target) 등 으로 인한 결과로 저자들은 고려하고 있다.

이에 본 연구에서는 연구 대상군의 연구 조건을 보다 동일 한 조건으로 하고자 연령군은 20∼40세의 범위로 하였으며, pH의 측정시간은 아침식사 후 오전 10∼11시로 정하고 항온, 항습이 유지 될 수 있는 동일한 장소에서 대상군이 90분 이

Fig. 1. Photographs show pH measure- ment at supernatant in nasal secretion using a micro pH electrode and pH meter after centrifuge of wet filer paper with nasal secretion.

Normal group Chronic sinusitis group Allergic rhinitis group 7

* * *

7.86

8.06 8.24

7.5 8 8.5

PH

Fig. 2. Comparison of average pH value. There were significant difference of average pH value in each groups (*p<0.01).

(4)

상 체류한 후에 pH 측정을 하여 되도록 pH 측정에 영향을 미치는 조건¹⁴⁾¹⁵⁾을 동일화 하고자 하였다.

또한, pH 측정의 표적(target)을 비즙으로 하였는데, 비즙 은 물리적, 화학적, 염증성 매개체에 의하여 비강점막에서 분 비되는 호흡기 분비물의 일종으로 혈관 투과성의 변화, 점막 하 분비선의 분포와 분비조건에 의하여 다양한 조성의 변화 를 보이기 때문에 비강점막의 상태를 반영할 수 있는 객관적 인 지표로서의 의미가 있기 때문에^16-18) 비즙을 표적으로 하여 pH를 측정하였다. 이러한, 비즙의 채취 시 본 연구에서는 비 즙의 채취에 비교적 안전하다고 알려진 여과지 흡착법(filter paper absorption method)을 이용하였으며,¹⁹⁾ 측정 전에 원 심분리를 시행하여 pH 측정에 영향을 끼칠 수 있는 불순물 등을 제거한 후 비즙의 상층액에서 pH를 측정하였다. 이러 한 과정은 비즙에서의 pH 측정에 영향을 줄 수 있는 요소 들을 최대한 배제할 수 있다고 생각되며, 비즙의 동일한 성 분에서의 측정으로 보다 객관성을 높일 수 있다고 저자들 은 생각한다.

그리고 본 연구에 사용된 pH 측정기기는 샘플의 양이 0.5 μL 소량의 범위에서도 pH 측정이 가능하고 빠른 시간 내에 측정이 가능하며, pH의 측정범위는 0~14까지 측정할 수 있 는 장점을 가진 미세 pH 전극(micro pH electrode)과 pH 측 정기(pH meter)를 사용하였는데 비즙 채취 후의 pH 측정에 도움이 되어 본 실험의 취지에 부합되었다고 생각한다.

본 연구의 pH 측정결과에서 pH 측정값의 범위는 기존 연 구들에 비하여 상당히 좁은 범위로 측정되었으며, 정상 대조 군은 좌, 우측 평균 7.86, 만성 부비동염환자군 8.06, 알레르 기성 비염환자군은 8.24의 순으로 측정되었다.

이러한 결과는 정상 대조군의 경우, 비강 점막에서 직접 측정 한 pH의 기존 연구들의 결과보다 평균값에 있어서 0.85~1.20 정도의 높은 측정결과를 보였으며, 만성 부비동염군에서는 기 존 연구들의 측정결과와 근접하거나 약간 높은 측정결과, 그 리고 알레르기성 비염 환자군의 경우에서는 기존 연구결과들 과 일치하는 측정결과를 보였다.

정상 대조군의 경우, 본 연구에서는 기존의 연구들보다 높 은 pH 측정 결과를 보였는데, 이는 비즙 채취 시 사용한 종이 흡착법에 의한 비강점막 자극으로 비즙에 함유된 중탄산염 (bicarbonate)의 증가로 인한 것^10)20)21)으로 저자들은 생각하고 있다.

만성 부비동염의 경우, 본 연구에서는 기존의 연구들과 달리 정상 대조군보다 높은 pH 측정 결과를 보였는데, 이는 pH를 측정하는 표적대상의 차이 즉, 기존 연구들에서는 비강 점막에 서 직접적인 방법으로 pH를 측정하여 다량의 비분비물과 가피 를 포함한 오염물, 호흡으로 인한 측정결과의 차이, 그리고 pH

측정 시의 연구조건 등의 차이로 인한 결과로 생각된다.

위와 같이 기존의 연구들과 비교하여 서로 다른 본 실험의 pH 측정결과의 주요한 원인으로 무엇보다도 pH 측정에 사용 된 측정기기의 차이와 pH 측정대상의 차이로 인한 것으로 저 자들은 생각한다.

즉, 기존 연구들에서는 pH 측정에 동일하지 않은 서로 다 른 기기나 방법을 사용하였으며, pH 측정의 표적으로는 비강 점막의 표층으로 하였으나, 측정한 비강점막의 해부학적인 위 치에 대한 기술이 부족하거나 동일한 위치가 아니었으며 측정 결과에 영향을 줄 수 있는 호흡과 비강점막의 소견이나 오염 정도에 대한 정보도 부족하였다. 이러한 결과는 서로 다른 pH 측정결과를 보이는 중요한 원인 중의 하나라고 생각된다.

저자들은 본 연구에서 만성 부비동염과 알레르기 비염에서 정상과 서로 다르게 높게 측정된 비즙의 pH값은 만성 부비동 염에서 관찰되는 점막하 분비선의 증가와 배세포(goblet cell) 의 숫적인 변화 등으로 인한 비정상적인 비점막 분비물의 증 가와 비즙의 조성변화,²²⁾²³⁾ 그리고 감염성 세균의 독소 등의 원인으로 생각하며, 알레르기 비염의 경우는 비강 점막의 조 직학적 변화 이외에도, 하비갑개의 종창에 기인한 비강내의 개통성의 저하와 이에 따른 탄산가스의 상대적 증가와 흡수 장애로 인한 원인 등이 비즙의 pH를 더욱 높이는 중요한 요 소로 생각하고 있다.

정상과 다른 유의하게 높게 측정된 만성 비부비동염의 비 즙의 pH값은 임상에서 정상과 만성 비점막 질환에서 pH의 물리화학적 요소로서의 감별 진단, 비점막의 변화에 대한 지 표, 비증상과의 연관성 그리고 약물 사용에 대한 비점막의 반 응과 효과에 대한 응용을 고려할 수 있으나, 이에 대한 조직 학적 뒷받침과 기초연구는 없는 실정이다. 다만, 비강점막의 조직학적 변화와 비강내 pH에 관련된 동물실험의 연구보고

1)에서 적정한 비강내 pH 범위에서 비강점막의 상피세포 구 조가 유지됨을 관찰할 수 있지만, 적정 범위를 벗어난 pH 의 조건에서는 상피세포의 위축이나 변화 등을 관찰 할 수 있다는 보고가 있다. 하지만, 각각의 질환별 그리고 인간에 서의 비강점막에 대한 연구는 미비한 상태이므로, 향후 이를 증명하기 위하여 비강점막의 조직학적 변화와 비강내 pH 변 화에 대한 연관성을 위한 추가적인 연구가 뒤따라야 할 것 으로 생각된다.

본 연구에서는 pH 측정에 미세 pH전극을 사용하였으며 pH 측정의 표적대상으로는 비강점막의 상태를 반영하는 비즙을 대상으로 pH를 측정한 바, 더욱 좁은 범위의 일정한 측정값과 재현성을 확인할 수 있었다.

하지만, 더욱 많은 대상과 질환에서의 연구와 자료의 축적 이 필요할 것으로 생각된다.

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결 론

본 연구에서는 비강점막의 상태를 반영하는 비즙을 표적으 로 하여, pH 측정에 영향을 끼치는 요소와 조건 등을 최소 화하고 재현성과 정밀성이 좋은 최근의 pH 측정기기를 이 용하여 pH를 측정한 결과에서 유용성을 확인하였으며, 이 러한 비강내 비즙을 표적으로 pH를 측정하는 방법이 객관적 인 비강내 pH 측정방법의 하나라고 제안하는 바이다.

중심 단어：pH·부비동염·알레르기성 비염.

REFERENCES

1) Ohwaki T, Ando H, Katimoto F, Uesugi K, Watanabe S, Miyake Y, et al. Effects of dose, pH and osmolarity on nasal absorption of secre- tion in rats Ⅱ: Histological aspects of the nasal mucosa in relation to the effects of pH and osmolarity. J Pharm Sci 1987;76:687-95.

2) Quraishi MS, Jones NS, Mason J. The rheology of nasal mucus: A re- view. Clin Otolaryngol 1998;23:403-13.

3) Talbot AR, Herr TM, Parsons DS. Mucociliary clearance and buf- fered hypertonic saline solution. Laryngoscope 1997;107:500-3.

4) Park DS. A study of lysozyme activity and pH in nasal discharge. Ko- rean J Otolaryngol 1971;14(3):17-21.

5) Fabricant ND. Significance of the pH of nasal secretions in situ. Arch Otolaryngology 1941;33:150-63.

6) Nungester WT, Atkinson AK. pH of the nasal mucusa measured in situ.

Arch Otol 1944;39:342-6.

7) Su XY, Po ALW. Surface-response study of the effect of pH and tonic- ity on ciliary activity. STP Pharma Sci 1994;4:82-5.

8) Lee KD, Park HW, Ban YS, Choi BN, Park CY. Variation of pH and

electrolyte in nasal secretum. Korean J Otolaryngol 1997;40(5):641-6.

9) England RJA, Homer JJ, Knight LC, ELL SR. Nasal pH measurement:

Reliable and repeatable parameter. Clin Otolaryngol 1999;24:67-8.

10) Washington N, Steele RJC, Jackson SJ, Bush D, Mason J, Gill DA, et al. Determination of baseline human nasal pH and the effect of intran- asally administered buffers. Int J Pharm 2000;198:139-46.

11) Jeong YC, Cho SB, Lee YK. The study of pH in the nasal cavity in chronic paranasal sinusitis. Korean J Otolaryngol 1985;28(6):773-6.

12) Marsh DG, Belin L, Bruce CA. Rapidly released allergens from short ragweed pollen. J Allergy Clin Immunol 1981;67:206-16.

13) Thompson R. Lysozyme and its relation to antibacterial properties of various tissues and secretions. Arch Path 1940;3010:96-103.

14) Andersen I, Lundqvist GR, Proctor DF. Human nasal mucosal function in a controlled climate. Arch Environ Health 1971;23:408-20.

15) Andersen I, Lundqvist GR, Proctor DF. Human nasal function under four controlled humidities. Am Rev Resp Dis 1972;106:438-49.

16) Riechelmann H, Deutschle T, Friemel E, Gross HJ, Bachem M. Bio- logical markers in nasal secretion. Eur Respir J 2003;21(4):600-5.

17) Patow CA, Shelhamer J, Marom Z, Logan C, Kaliner MA. Analysis of nasal mucous glycoproteins. Am J Otolaryngol 1984;5(5):334-43.

18) Choi JC, Kim MW, Cho MJ, Yoon JH, Kim JY. Clinical significance of nasal secretory proteins in chronic sinonasal diseases. Korean J Otolaryngol 2007;50(3):229-34.

19) Powell KR, Shorr R, Cherry JD, Hendley JO. Improved method for collection of nasal mucus. J Infect Dis 1977;136(1):109-11.

20) Luk CK, Dulfano MJ. Effect of pH, viscosity and ionic strength chan- ges on ciliary beating frequency of human bronchial explants. Clin Sci 1983;64:449-51.

21) Wagner U, von Wichert P. Control of mucus secretion in airways. Res- piration 1991;58:1-8.

22) Tos M, Mogensen C. Mucus production in chronic maxillary sinusitis. Acta Otolaryngol 1984;97:151-9.

23) Majima Y, Masuda S, Sakakura Y. Quantitative study of nasal secretory cells in normal subjects and patients with chronic sinusitis. Laryn- goscope 1997;107:1515-8.