식도에 수술 후 협착이나 부식성 협착 등과 같은 양성 협착 인 경우 풍선확장술이 일차적인 치료로 쓰여 왔다. 그러나 풍 선확장술의 경우 식도 천공의 위험이 32%까지 보고되었고 약 45%의 환자에서는 재발로 인한 반복적인 풍선확장술이 필요 하여 최근에는 일시적인 스텐트 삽입을 시도하고 있다(1, 2).
식도암과 같은 악성 협착인 경우 풍선확장술에 잘 반응하지 못 하여 수술이 불가능한 경우에 일차적으로 스텐트 삽입이 고식 적인 치료 방법으로 쓰이고 있다.
과거의 보고에서 식도에 금속 스텐트 삽입 시 나타나는 합 병증으로는 스텐트 자체 반응에 의한 조직과증식 (tissue hyperplasia), 스텐트 이동, 스텐트 망상조직의 절단 등이 알려 져 있으며 그 중 가장 문제가 되는 것이 스텐트의 철선 사이 사이나 스텐트의 양끝에서 생기는 조직과증식인데, 이는 동맥 에 스텐트 시술 등을 시행한 후 생기는 신생내막증식과 비슷 한 것으로서, 이러한 반응성 협착은 식도뿐만 아니라 요도나 위장관에서도 많은 보고가 있었고 이를 해결하려는 여러 가지 노력이 있었다(1, 3-5).
최근, 관상동맥에서 스텐트 시술이나 풍선확장술 후 약 50
%의 환자에서 생기는 것으로 보고되는 재협착을 방지하기 위 하여 방사선을 방출하는 풍선도관을 이용한 방사선 치료가 시 도되었고 비교적 좋은 결과를 보고하고 있다(6-10). 이때 사 용된188Re은 β-선을 방출하는 동위원소로서 반감기가 17시간 으로 비교적 짧고, 사용 후 방사성 동위원소의 처리가 간편할 뿐 아니라 동위원소 발생기를 한번 구입하면 약 6개월간 사용 이 가능하여 매우 경제적이다. 고농축된 188Re-표지 방사성의 약품의 가장 큰 장점은 비교적 짧은 시간 내에 방사선 치료를 188
Re-MAG 3 를 채운 풍선확장술을 이용한
조직과증식의 감소: 토끼 식도에서의 실험적 연구
1신지훈・송호영・문대혁2・오승준2・김정선3・김은희4・이상진5・김태형
최원찬・김은영・우철웅・Zhen-Hai Di・고기영・윤현기・성규보
목적:토끼 식도 모델에서 스텐트 설치에 의하여 형성되는 조직과증식을 줄이는데 있어서188Re- mercaptoacetyltriglycine(MAG3)를 채운 풍선확장술을 이용한 베타-방사선 조사의 가능성과 효능을 평가하고자 한다.
대상과 방법: 토끼 15마리의 식도에 스텐트 설치 후 5마리씩 3개 군으로 나누어 제1군에는
188Re-MAG3를 채운 풍선확장술을 시행하여 1-mm의 조직 깊이에서 20 Gy를 조사하였고 제 2군은 40 Gy를 조사하였으며 제3군은 기존의 풍선확장술만 시행하였다. 스텐트 및 풍선확장 술 시행 후 모든 토끼를 6주 후에 희생하는 것으로 하였다. 추적 기간 중 식도조영술을 얻었고 희생 후에 정상 부위와 스텐트가 있었던 중간 부위에서 조직학적 소견(상피세포 두께, 근육층 의 파괴 정도, 점막하 염증세포 침윤 정도)을 얻었다. 조직학적 소견에 대해 Kruskal-Wallis test와 Mann-Whitney U test를 이용하여 세 군 간의 유의한 차이를 검증하였다.
결과:스텐트 설치 후 스텐트 이동과 같은 합병증은 없었다. 9마리 토끼는 스텐트 설치 후 1-3주 후에 죽었는데 스텐트는 많은 찌꺼기로 인해 부분적으로 스텐트가 막혀 있어서 세 군 간에 식도 조영술 소견을 비교하는 것은 불가능하였다. 식도의 천공(n=6)이나 스텐트 인접 부위의 적색 점 막 변화(n=5)는 제1군과 제2군에서만 관찰되었다. 식도 점막은 제1군과 제2군에서는 밋밋하였으 나 제3군에서는 스텐트 철선 사이 사이로 결절성 돌출을 보였다. 근육층의 파괴 정도는 제1군과 제2군에서 제3군에 비교하여 현저한 손상을 보여 통계학적으로 유의한 차이를 보였다(p<0.05).
결론: 188Re-MAG3를 채운 풍선확장술을 이용한 베타-방사선 조사는 토끼 식도 모델에서 스 텐트 설치에 의하여 형성되는 조직과증식을 줄이는데 효과적이다.
1울산대학교 의과대학 서울아산병원 방사선과학교실
2울산대학교 의과대학 서울아산병원 핵의학과학교실
3울산대학교 의과대학 서울아산병원 진단병리학교실
4원자력의학원 싸이클로트론 응용연구실
5순천향대학교 의과대학 방사선과학교실
This study was supported by a grant (2003-312) from the Asan Institute for Life Sciences, Seoul, Korea, by a grant (03-PJ1-PG3-20500-0076) from the Korea Institute of Science & Technology Evaluation and Planning (KISTEP), by a grant (#R01-2003-000-11716-0) from the Korea Science and Engineering Foundation, and by a grant from the Ministry of Science & Technology (MOST), Government of Korea, through its National Nuclear Technology Program.
이 논문은 2004년 7월 30일 접수하여 2004년 9월 30일에 채택되었음.
끝낼 수 있으며 만약의 경우 방사성동위원소가 체내에 유출되 더라도 신속하게 소변으로 배출되므로 환자에 대한 위험성이 최소화될 수 있다는 것이다. 또한 일반적인 풍선확장술과 같은 방법으로 방사성동위원소를 풍선도관에 채워 수 분간 방사선 치료를 하기 때문에 시술이 대단히 간편하고 기존의 시술과 비 교할 때 시술 시간도 거의 비슷하다고 할 수 있다.
혈관에서 스텐트 시술 후 협착이 생긴 혈관 벽에 방사선을 조사하여 혈관 평활근세포의 증식 및 신생내막의 형성이 억제 되어 재협착을 방지한다는 원리가 식도와 같은 비혈관에서도 적용되어 육안적 및 현미경적으로 스텐트와 연관된 조직의 과 증식이 억제될 것이라는 가정 하에 본 연구를 시도하였다.
따라서 이 연구의 목적은 188Re-표지 방사성의약품을 채운 풍선도관을 이용한 방사선 치료를 시행한 군에서 대조군과 비 교하여 식도 스텐트 삽입 후 철선 사이에 생기는 조직과증식 이 억제되는지를 알아보고 방사선 용량에 따른 조직 반응의 차 이가 있는지를 알아본다.
대상과 방법
방사선 조사 장치와 선량 측정
방사선 조사장치는188Re-MAG3를 채운 풍선도관을 사용하 였다. 액체인188Re은 최대 2.12 eV의 고에너지 베타선 방출체 로서 188W/188Re generator(Oak Ridge National Laboratory, Oak Bridge, U.S.A.)에서 매일 생산 가능한 물질이며 반감기 는 17시간이다.
자동합성기계를 사용하여 3.7-11.1 GBq/mL의 고농축
188Re-MAG3를 얻었다(11). 이 자동합성기계는 주사펌프 (syringe pump)와 유체 흐름방향 조절밸브, 반응용기 및 기타 방사성의약품 정제장치로 구성이 되며, 유체의 흐름을 최소화 하여 방사능의 손실을 최소화하면서도 빠른 시간 내에188Re- 표지 방사성의약품의 합성이 가능하도록 구성 부품을 배치하 고, 스위치를 사용하여 원거리에서 원격작동이 가능하도록 되 어 있다. 188Re-MAG3를 이온성의 조영제(Ultravist 300, Schering AG, Berlin, Germany)와 혼합하여 최종 이온 농도 가 30%(volume/volume)가 되도록 하였다. 술자에게 방사선 이 피폭되는 것을 최소화하기 위하여 1.5 mL의 188Re-MAG3 를 채운 주사기를 베타와 감마선을 차폐할 수 있는 주사기 보 관함(10 mm-acryl과 20 mm-lead)에 넣어 차폐하였다. 동 위원소를 채운 주사기와 주사기 보관함은 시술 테이블을 오염 시키지 않기 위하여 플라스틱 통 안에 보관하였다.
사전 연구로 Monte Carlo 시뮬레이션 방법을 사용하여 본 연구를 위한 정밀한 선량측정(dosimetry)을 시행하였는데 사 전 선량측정 연구로 식도와 같은 관 내벽에 위치한 풍선카테 타에 방사성의약품을 채운 후 방사선을 조사하는데 있어서 조 사량과 조사시간을 결정하였다(12). 본 연구자는 이온성 조영 제, 풍선, 풍선 벽의 두께와 풍선 내강의 직경 등에 의한 방사 선 조사량의 감소를 이 가상 모델을 이용하여 계산하였고, 직 경 12 mm, 길이 4 cm의 풍선에 7.08 GBq/mL의 188Re과 30
%의 이온성 조영제를 채워 풍선 외벽에서 1 mm 떨어진 곳의
방사선 조사량을 계산했을 때 5 Gy/min이 되게 하였다. 188Re 과 조영제의 혼합액의 양은 풍선 용적과 풍선카테타 및 팽창 수축장치(in-deflator) 자체에 남는 양을 감안하여 9mL가 되 도록 하였다. 또한 위의 결과를 토대로 실험 당시 실제 188Re 의 활성도와 주고자 하는 방사선량에 따라 풍선-식도벽 경계 면에서 1 mm 떨어진 깊이에 20, 40 Gy의 방사선을 조사하기 위한 방사선 조사 시간이 계산되었다.
동물 실험 연구 대상
식도에 스텐트를 넣은 후 대부분의 경우에 있어서 스텐트의 철선 사이 사이에 조직과증식이 생긴다는 점에 착안하여 3.5 kg 내외의 토끼 15마리를 대상으로 풍선확장술을 이용한 방사 선 치료군으로 제1군(20 Gy, n=5) 및 제2군 (40 Gy, n=5) 를 설정하고 대조군으로 제3군(n=5)을 설정하여 실험하였다.
스텐트의 제작 및 설치
스텐트는 0.15 mm 두께의 nitinol 철선을 엮어 6개의 굽힘 수를 갖게 원통형으로 만든 것으로 자체 제작하였으며, 스텐트 철선 사이 사이로 조직과증식을 조장하기 위해 피복 물질은 씌 우지 않았다. 자체 제작된 스텐트는 최대로 확장 되었을 때 직 경이 12 mm였고 길이는 20 mm였다.
전 예에서 ketamine hydrochloride(유한양행, 서울, 한국)와 atropine sulfate(대한약품, 서울, 한국)를 근육주사하여 마취 를 유도하였으며 이후 ketamine hydrochloride를 정맥주사하 여 마취를 유지시켰다. 토끼 입을 마우스피스로 벌리고 0.035 inch 두께의 유도철사(Terumo, Tokyo, Japan)를 넣고 이를 통해 5 Fr 길이 측정용 카테타(Cook, Blooming-ton, IN)를 넣어 스텐트 삽입 위치를 결정하고 식도 내에 다른 이상이 있 는지를 보기 위해 비이온성 조영제(Telebrix 30 Meglumine, Gerbet Korea, Seoul, Korea)을 써서 식도조영술을 시행하였 다(Fig. 1).
식도스텐트 안내도관세트(introducer set)는 외경 9-F의 피 포(sheath) 및 밀대(pusher catheter)로 구성되었다. 입을 통 해 0.035 inch 두께의 유도철사(Terumo, Tokyo, Japan)를 위 까지 삽입시켰으며, 투시조영 하에서 유도철사를 통해 스텐트 가 장착된 9-F 피포와 밀대를 위식도 경계부까지 진입시킨 후 스텐트의 원위부가 제7흉추 하연에 맞춰지게 한 후 한 손으로 밀대를 잡고 다른 한 손으로 피포를 천천히 잡아 당겨 스텐트 가 펴지게 하였다. 스텐트가 다 펴진 다음 피포와 밀대를 제거 하였고 남겨진 유도철사를 통해 길이 측정용 카테타를 넣어서 스텐트의 개통 여부와 위치 파악을 위해 식도조영술을 시행하 였다(Fig. 1).
풍선확장술
실험에 사용된 토끼는 모두 15마리였다. 이들 중 실험군 10 마리는 스텐트 설치 후188Re-표지 방사성의약품을 채운 풍선 카테타를 이용한 방사선 치료를 하였으며, 나머지 5마리는 대 조군으로서 스텐트 설치 후 조영제만 채워 풍선확장술을 시행
하였다.
실험에 사용된 풍선(Boston Scientific, San Jose, U.S.A.)의 직경은 12-mm, 길이는 4 cm였으며, 방사선 풍선확장술을 위 해서188Re-MAG3을 채운 주사기를 통상적인 팽창수축장치에 3-way stopcock(세방향 꼭지)를 사용하여 풍선카테타에 연 결하였고, 세방향 꼭지를 조작하여 풍선에서 공기를 완전히 제 거한 후188Re-MAG3용액을 수동으로 주입하였다. 방사선 조 사 중 풍선카테타의 확장은 6 기압으로 유지하였다. 방사성동 위원소 풍선확장술 치료 후 전체 장치는 제거하여 핵의학과에
서 안전하게 처리하였다. 대조군에서 시행한 풍선확장술은
188Re-MAG3용액 대신 조영제를 사용한 것을 제외하고 방사 성동위원소 풍선확장술과 동일하였다.
풍선확장술은 각 개체에서 스텐트의 근위부와 원위부를 포 함하여 풍선카테타의 중앙이 스텐트의 중앙에 오게 하였고 풍 선카테타의 길이가 4 cm로 스텐트의 길이 2 cm 보다 더 길 어서 스텐트가 장착되어 있는 부위는 풍선확장술에 의한 방사 선의 영향을 모두 받을 수 있도록 하였다.
A B C
D E
Fig. 1. Stent placement, balloon dilation and follow-up esophagography (Rabbit #10).
A. Esophagography before procedure to determine the location of the stent.
B. Stent is being deployed with the distal portion of the stent at the lower margin of T7.
C. Balloon dilation with the center of the balloon at the middle of the stent (arrows).
D, E. Follow-up esophagography 3 weeks (D) and 6 weeks (E) following stent placement and balloon dila- tion shows minimal narrowing (arrows) of the lumen within the stent. There is also narrowing of the proxi- mal and distal portion of the stent.
추적 검사
스텐트 삽입 후 식도 폐색의 유무를 알기 위해 식이 섭취 여 부를 관찰하였고 각 개체는 스텐트 설치 및 풍선확장술 후 6 주 후에 희생하는 것으로 하였다. 스텐트의 위치를 파악하고 식도 협착의 유무 및 정도를 알기 위해 스텐트 삽입 3주 후 및 개체들의 희생 직전에 식도조영술을 시행하였다(Fig. 1).
조직학적 검사
실험에 이용한 토끼들을 스텐트 삽입 후 6주 후에 희생하여 조직을 얻거나 일찍 죽은 토끼의 경우에는 죽은 직후 조직을 얻 었다. 위식도 이행부위부터 스텐트 상방 약 5 cm 정도가 포함 되도록 식도를 외과적으로 적출한 다음 장축으로 절개하여 식 도에서 스텐트를 제거하였다(Fig. 2). 그리고 스텐트가 제거된 나머지 식도 적출물을 24시간 동안 포르말린으로 고정시켰다.
고정된 조직 표본을 스텐트 상방으로 3 cm 이상 떨어진 곳 에 위치한 정상 부위를 A부위(Area A)로 정하고 스텐트 중 앙 부위를 B부위(Area B)로 정하여 횡축으로 절개하였으며, 각각 절개된 조직 표본을 헤마톡실린-에오신으로 염색하였다 (Fig. 2).
현미경적 소견에서 상피세포층의 두께 (epithelial layer thickness)는 고유판(lamina propria) 안쪽의 상피세포층의 두 께를 측정하였고 근육층의 파괴 정도는 방사성동위원소에 의 한 방사선 치료에 의한 조직 손상의 정도를 평가하려는 것으 로 그 정도에 따라 mild-severe의 3단계로 나누었고(mild - 전체 근층의 1/3 미만 파괴, moderate - 1/3-2/3파괴, severe - 1/3 이상 파괴) 점막하층의 염증세포의 침윤 정도는 염증세 포의 분포와 밀도에 따라 주관적으로 mild부터 severe까지의 5단계(1-5)로 나누어 구하였다. 현미경 분석은 20-100배의 배율 조절이 가능한 광학현미경으로 하였고 두께 측정은
Image-Pro Plus(Media Cybernetics, Silver Spring, MD) 프 로그램을 이용하였다.
통계적 분석
각 현미경적 소견에서 세 그룹 간의 차이를 알아보기 위하
Table 1. Survival Data and Gross Findings after Sacrifice
Rabbit Survival Perforation Mucosal reddish Surface Residue
No. (week) (location) change (location) nodularity* within stent
01 2 ( - ) ( - ) smooth (+)
Group I 02 2 (+, prox.) (+, prox.) smooth (+)
(20 Gy) 03 2 ( - ) ( - ) smooth (+)
04 2 ( - ) (+, prox.) smooth (+)
05 6 (+, prox.) ( - ) smooth ( - )
06 3 (+, prox./dist.) (+, prox./dist.) smooth (+)
07 2 ( - ) ( - ) smooth (+)
Group II
08 3 (+, prox.) (+, prox./dist.) smooth (+)
(40 Gy)
09 3 (+, prox.) ( - ) smooth (+)
10 6 (+, prox.) (+, prox.) smooth ( - )
11 6 ( - ) ( - ) nodular ( - )
Group III 12 1 ( - ) ( - ) nodular (+)
(control) 13 6 ( - ) ( - ) nodular (+)
14 6 ( - ) ( - ) nodular ( - )
15 6 ( - ) ( - ) nodular** ( - )
*Surface nodularity means nodularity by the tissue hyperplasia within the stent. **Part of the stent wires were embedded within the nodular tissue hyperplasia, so it was difficult to remove the stent. Prox: means the proximal portion of the stent, Dist: means the distal portion of the stent. Residue within the stent means whitish sticky mucoid material within the stent.
Fig. 2. Gross specimen matched with the scheme.
The longitudinally opened esophagus matched the schematic figure showing the location of tissue samples for histologic ex- aminations; (1) ‘Area A’; normal segment 3 cm away from the proximal margin of the stent, (2) ‘Area B’; mid-portion of the esophagus where the stent had been placed.
여 Kruskal-Wallis test를 시행하였고, Kruskal-Wallis test에 서 의미 있게 나온 경우 각 두 그룹 간에 통계적 차이를 검증 하기 위해 Mann-Whitney U test를 시행하였다. 통계 분석을 위하여 SPSS 10.0판 통계 패키지를 이용하였으며, p 값이 0.05 이하일 때 통계적으로 유의하다고 정의하였다.
결 과
스텐트 삽입 및 풍선확장술(Fig. 1)
스텐트 삽입 시 기술적인 어려움은 없었으며, 시술과 관련된 합병증도 없었다. 또한, 풍선확장술도 모든 토끼에서 성공적이 었다. 시술 중에 투시조영상 식도 벽과 풍선의 외벽 사이에 눈 에 띄는 틈새는 보이지 않았다. 풍선확장술 시간은 제1군(20 Gy)에서는 평균 9분14초(9분 6초 - 9분21초)였고 제2군(40 Gy)에서는 평균 20분47초(20분 2초 - 21분24초)이었다. 대 조군인 제3군에서는 제1군과 제2군의 중간 정도의 시간을 주 기 위해 15분으로 하였다.
추적검사 및 식도조영술 소견
추적검사 동안 스텐트의 이동이나 토혈 등은 관찰되지 않았 다. 스텐트 설치 및 풍선확장술 후 6주 후에 희생 예정이었으 나 총 9마리(제1군 - 4마리, 제2군 - 4마리, 제3군 - 1마 리)가 1-3주 사이에 죽었고 나머지 6마리는 6주까지 생존하 였다(Table 1).
3주 추적 식도조영술은 일찍 죽은 토끼들이 있어서 7마리에 서 시행되었으며 3주까지의 식도 내강의 개통성을 확인할 수 있었다. 총 15마리 중에서 추적 식도조영술 및 희생 전 식도조 영술이 각각 7마리와 6마리에서만 시행되어서 통계 처리가 힘 든 정도의 적은 숫자였고 희생 후 스텐트 내부의 육안적 소견 에서 털 및 점액성 찌꺼기가 많이 끼어 있어서 식도조영술이 실 제 내강의 직경을 반영하지 못하여 식도조영술 소견을 분석하 여 그룹 간에 조직과증식의 정도를 비교하는 것은 불가능하였 다.
육안적 및 조직학적 검사(Table 1, 2)
모든 토끼에서 식도 조직은 스텐트가 있는 부위를 포함하여 상하방 정상 식도 조직이 포함되도록 얻었으며 적출 직후 식 도에서 스텐트를 제거하였다. 제거된 스텐트는 모두 손상이 없 었으며 쉽게 떨어져 나왔으나 대조군에 속한 한 토끼(rabbit
#5)에서만 스텐트 철선 일부가 돌출된 조직과증식(tissue hyperplasia)에 묻혀 있어서 제거하는데 어려움이 있었다.
육안적으로 스텐트가 제거된 식도에는 스텐트 철심으로 인 한 자국이 관찰되고 자국 사이사이로 돌출된 조직과증식이 보 이는데 제3군에서는 결절성으로 비교적 돌출이 심하나 제1군 이나 제2군에서는 전 예에서 매우 밋밋한 양상을 보였다(Fig.
3). 스텐트의 가장자리에 천공이 제1군에서는 2마리, 제2군에 서는 4마리에서 발견되었고 대부분 스텐트의 근위부에서 보였 다. 식도 점막의 적색 변화는 5마리에서 보였는데 흥미로운 것
Table 2. Microscopic Findings after Sacrifice
Rabbit Epithelial layer Destruction of M.P.** Inflammatory cell
No. thickness* (μm) (grade) infiltration*** (grade)
Area A Area B Area A Area B Area A Area B
01 145 0 2 2 3
Group I 02 155
Not 0 2 0 3
(20 Gy) 03 199 M: 155
available 0 M: 0 2 M: 2.4 2 M: 0.8 3 M: 2.8
04 156 0 3 0 2
05 120 0 3 0 3
06 123 0 3 2 2
Group II 07 206
Not 0 2 2 3
(40 Gy) 08 157 M: 179
available 0 M: 0 3 M: 2.8 1 M: 1.0 3 M: 3.2
09 177 0 3 0 4
10 231 0 3 0 4
11 190 295 0 0 0 3
Group III 12 171 399 0 0 0 M: 3
(control) 13 87 M: 154 362 M: 400 0 M: 0 1 M: 0.4 0 0.0 2 M: 2.8
14 163 345 0 1 0 3
15 160 599 0 0 0 3
‘Area A’denotes normal segment (at least 3 cm away from the proximal margin of the stent) of each esophageal specimen.
‘Area B’denotes the central portion of the esophageal specimen where the stent had been placed. ‘M’means mean (average).
*Epithelial layer thickness means the distance between the top of the epithelium and lamina propria. **Destruction of M.P. (muscularis propria): 0-absent, 1-mild, 2-moderate, and 3-severe. ***Inflammatory cell infiltration in the submucosa: 0-absent, 1-mild, 2-mild to moderate, 3-moderate, 4-moderate to severe, and 5-severe.
은 천공이 있는 6마리 중 4마리에서 천공이 있는 스텐트 주변 에 이러한 적색 점막 변화를 동반하였다(Fig. 3).
스텐트 내에 끈적끈적한 점액성 찌꺼기를 형성한 것으로 보 이는 흰색 물질이 희생 시에 10마리의 토끼에서 관찰되었는데 2-3주에 죽은 토끼의 경우에는 모두 이러한 물질이 스텐트 내 를 채우고 있었다. 일부 토끼에서는 이러한 흰색 점액 물질에 토끼의 털이 같이 섞여 있었다.
현미경적 소견에서 상피세포층의 두께는 A 부위(스텐트 상 방으로 3 cm 이상 떨어진 곳에 위치한 정상 부위)에서는 세 군에서 큰 차이를 보이지 않았다. 반면 B 부위(스텐트 중앙 부 위)에서는 단지 대조군인 제3군에서만 상피세포층의 두께를 잴 수 있었는데 A 부위에 비해서 스텐트에 자극에 의한 반응성 현상으로 평균 2.6배(154 vs. 400) 증가하였다. 제1군과 제2 군에서는 상피층의 심한 탈락 및 미란으로 측정이 불가능하였 다(Fig. 4). A 부위에서 세 그룹 간에 유의한 차이는 없었으며 (Kruskal-Wallis test, p=0.368) B 부위에서는 결측치가 존재 하여 통계 분석을 하지 못하였다.
근육층의 파괴 정도는 A부위에서는 전혀 찾아 볼 수가 없는 반면, B 부위에서 제1군에서는 평균 2.4, 제2군에서는 2.8로 제3군의 0.4에 비해 현저히 근육층의 손상이 오는 것을 알 수 있었다(Fig. 4). A 부위에서는 세 그룹 간에 유의한 차이가 없 었으나(Kruskal-Wallis test, p=1.000) B 부위에서는 유의한 차이가 있었다(Kruskal-Wallis test, p=0.004). B 부위에서는 제1군과 제3군 사이, 제2군과 제3군 사이에 유의한 차이가 있
었으나(Mann-Whitney U test, p=0.007 & 0.006, respec- tively), 제1군과 제2군 사이에는 유의한 차이가 없었다 (Mann-Whitney U test, p=0.221).
점막하층에서의 염증세포의 침윤 정도는 A부위에서는 제1 군과 제2군에서 경도의 침윤이 관찰되었고 B부위에서는 세 그 룹 모두 비슷한 양상의 중등도 정도의 침윤이 관찰되었고 A부 위와 B부위에서 세 그룹 간의 차이는 없었다(Kruskal-Wallis test, p=0.163 & 0.502, respectively).
고 찰
많은 동물 및 임상 실험을 통해 관상 동맥에서는 전리방사선 이 신생 내피 형성을 억제시킨다는 보고가 있었다(12-15). 최 근에 발표된 3개의 논문에 의하면 관상동맥 내에서 풍선카테 타를 통한 β-혹은 γ-선 선원을 이용한 국소적 방사선 치료 (afterloading 방식)가 9개월 추적검사에서 재협착에 의한 재시 술을 약 33-36% 정도 감소시킨다고 보고하였다(12-14). β- 선의 가장 큰 장점은 투과력이 적고 환자와 술자에 피폭 및 주 변 정상 조직의 손상을 최소화 시킬 수 있다는 것이다(16, 17).
β-선을 방출하는 동위원소 중188Re는 액체 형태로 존재가 가능하기 때문에 풍선카테타에 액체 형태의188Re을 채우면 동 맥의 구부러짐이나 협착 형태에 관계 없이 β-선을 중심에서 방출할 수 있다(16, 17). 기존의 단순 카테타를 통한 방사선 선원 또는 방사성동위원소로 피복된 스텐트를 통한 β-선의 운
A B C
Fig. 3. Gross findings of the representative pathologic specimens after six weeks of follow-up.
Esophageal specimen (A) from group I (20Gy, rabbit #1) and esophageal specimen (B) from group II (40Gy, rabbit #7) show smooth nature of the tissue between the wire meshes of the stent. Esophageal perforation (arrows in A & B) and mucosal reddish change (arrowheads in B) are also seen. Esophageal specimen (C) from group III (control group, rabbit #15) shows marked nodular tissue hyperplasia between the wire meshes of the stent.
C D
E F
Fig. 4. Pathological comparisons among the three groups.
A, C, & E. (H & E staining, ×40) -‘Area A’(normal segment) in group I, II, & III, respectively.
B, D, & F. (H & E staining, ×40) -‘Area B’(stent segment) in group I, II, & III, respectively. The epithelial layer thickness (calipers) is preserved in ‘Area A’of the three groups, while absent in ‘Area B’of the groups I and II and increased in ‘Area B’of the group III. The muscle layer is preserved in ‘Area A’of the three groups and ‘Area B’of the group III, while nearly destroyed in ‘Area B’of the groups I and II.
A B
반은 β-선의 심한 비균질성을 초래할 수 있기 때문에 이 개념 은 매우 중요하다(18). 이 β-선의 중심 개념은 심한 굴곡을 보이는 기도나 요도, 그리고 연동운동을 보이는 식도 및 위장 관 등의 비혈관성 장기에 방사선 치료를 적용시킬 때에도 매 우 중요할 것이다. 이 연구에서는 식도에 최초로 방사선 풍선 확장술을 시도하였는데, 기술적으로 문제가 없었고 모든 토끼 에서 풍선 외벽과 식도 벽이 직접 닿아 있었기 때문에 방사선 조사량은 비교적 균일하다고 할 수 있다. 연구 결과도 대조군 에 비해서 방사선 풍선확장술을 시행한 군에서 육안적 및 현 미경적 소견 모두에서 육안적인 조직과증식이 감소되고 상피 세포 및 근육층까지 방사선에 의한 손상이 관찰되어 치료적인 면에서의 충분한 가능성을 시사하였다. 게다가 방사선 풍선확 장술은 방사성동위원소로 피복된 스텐트를 사용하였을 때 보 이는 지속적인 방사선 노출에 의한 성장인자의 생성을 피할 수 있는 장점이 있다(19). 단점으로는 방사성동위원소를 채운 풍 선카테타가 파열될 수 있다는 점이다. 이럴 경우 인체 내에 방 사성동위원소가 축적될 수 있고 치료실을 오염시킬 수 있다.
풍선 파열은 매우 드물게 보고되며, 이런 경우 위세척(gastric lavage)으로 방사성동위원소를 몸 밖으로 배출시키고 남아 있 는 방사성동위원소에 대해서는 물 섭취를 통해 희석을 시키는 동시에 수액을 보충시켜 혈액 내로부터 소변으로 배출시키면 방사선으로 인한 피해를 최소화할 수 있다.
동맥에서는 방사선에 의한 세포 비활성화, 클론형성세포사 (clonogenic cell death), 방사선 유도 세포자멸사(apoptosis), 세 포외 매질 합성의 감소, 세포 이동의 장애, TGF(transforming growth factor)-beta 성장인자의 하향조절 등에 의해 동맥성형 술 혹은 스텐트 삽입 후 일어나는 조직반응이 억제된다(15, 20, 21). 이러한 방사선의 작용 기전이 식도와 같은 비혈관 관강 장기에서 스텐트 설치 후 이차적으로 생기는 조직과증식에도 적용되리라 생각되는데 이는 조직과증식 또는 육아조직(gran- ulation tissue)이 조직학적으로 신생 모세 혈관의 증식, 수많 은 섬유아세포들과 염증 세포들 및 신생 혈관 증식으로 구성 된 결체 조직이고 여기에 내피 세포의 분열이 동반되면서 만 성 염증에 의한 반응으로 세포들의 숫자가 증가하게 되는 것 이기 때문이다(22, 23). 따라서 이런 관점에서 비혈관성 장기 에 방사선에 의한 효과를 적용하는 것은 아주 의미 있다고 할 수 있고 특히 식도나 위장관 점막은 인체 내 다른 비혈관 관 강장기보다 방사선에 민감한 장기이기 때문에 식도에 적용하 는 것은 매우 전망 있는 분야가 되리라 생각한다(24).
본 연구의 방사선 조사량은 풍선 외벽으로부터 1 mm 떨어 진 곳에서 20 Gy와 40 Gy였다. 사용된 방사선 조사량은 비록 적용된 장기가 다르기는 하지만 풍선 외벽에서 0.5 또는 1 mm 떨어진 곳의 조사량이 15-20 Gy 정도였던, 이전의 관상 동맥 에서 방사성동위원소를 이용한 β-선 조사에 관한 몇몇 연구를 참고하여 결정하였고(16, 17) 충분한 양의 방사선 조사 시의 육안적 및 조직학적 소견을 알고자 40 Gy를 추가하여 이들을 대조군과 비교하고자 하였다. 동맥 내에서 병변의 기간과 특징 이 각기 다르기 때문에 이상적인 방사선 조사량을 결정하기 어 려운 것처럼 비혈관성 장기에서도 표적 장기, 협착의 원인 및
기간 그리고 정도가 다르기 때문에 비혈관성 장기에 있어서도 이상적 방사선 조사량을 결정하기는 어려울 것이다. 방사선 조 사량이 너무 많거나 적으면 이는 내강의 섬유화 및 협착, 조직 과형성의 악화를 초래할 것이다(15, 17). 잡견 식도 모델에서 심한 섬유화와 근육층의 변성 및 파괴는 166Ho으로 피복된 식 도 스텐트에서 약 1 mm 떨어진 식도의 안쪽 벽에 약 48-90 Gy의 방사선이 조사되었을 때 보고 되어서(25) 40 Gy 이상 의 방사선 조사는 피하고자 하였다.
육안적 소견을 볼 때 스텐트의 철선 사이로 조직과증식이 결 절성 돌출이 뚜렷한 제3군에 비해 방사성동위원소 풍선확장술 을 받은 제1군과 제2군에서는 매우 밋밋한 양상을 보여 국소 적 방사선 치료가 조직과증식을 효과적으로 억제하여 스텐트 설치 후 올 수 있는 재협착을 막는데 효과적으로 쓰일 수 있 으리라는 가능성을 확인할 수 있었다. 조직학적 소견에서는 상 피세포층의 두께를 볼 때 스텐트가 들어가 있었던 부위인 B부 위에서 제1군과 제2군에서는 상피세포층의 심한 손상으로 인 해 측정할 수 있는 부위가 없었다. 대조군인 제1군에서는 스텐 트가 들어감으로 인해 약 2.6배(154 vs. 400) 상피세포층이 두꺼워지는 것을 감안할 때 상당한 정도의 조직 파괴라고 여 겨진다. 이와 비슷한 개념으로 근육층의 파괴 정도도 제1군과 제2군에서 제3군보다 의미 있게 파괴 정도가 뚜렷한 것을 확 인할 수 있어서 방사선에 의한 손상이 토끼 식도에서는 풍선 표면에서 1 mm 떨어진 곳에서 20 Gy에서도 충분한 것을 알 수 있었고 이를 활용하면 스텐트 설치 후 이차적으로 수반되 는 조직과증식을 효과적으로 차단할 수 있을 것으로 기대한다.
염증세포의 정도는 세 그룹에서 비슷하여 방사선으로 인한 염 증의 차단 효과는 기대하기 어려움을 짐작할 수 있었다.
식도의 천공은 40 Gy가 조사된 제2군에서 5마리 중 4마리 에서 생겼고 천공 부위의 점막의 적색 변화도 3마리에서 동반 되어 있어서 20 Gy에서의 천공 2마리, 점막의 적색 변화 2마 리에 비해서 그 빈도가 훨씬 많음을 알 수 있었고 이러한 소 견들이 제3군에서는 전무한 것과 비교해 볼 때 방사선에 의한 조직 손상이 뚜렷했음을 시사하는 소견이라 할 수 있다. 이러 한 변화는 잡견 요도에서의 비슷한 실험(풍선 표면에서 1 mm 떨어진 곳에서 15 Gy의 방사선 조사)에서는 전혀 생기지 않 았던 소견으로(26) 15 Gy보다는 방사선이 보다 세기는 하지 만 주로는 실험 장기가 다른 것에 기인한 것으로 보인다. 식도 나 소화기관의 점막은 요도조직보다 훨씬 얇고 보다 왕성하게 증식하는 조직이어서 초기에 방사선 손상을 더 잘 일으키는 것 으로 알려져 있다(24).
스텐트 주변의 식도 점막의 적색 변화는 방사선에 의한 정 상 조직에 의한 손상으로 이해되며 스텐트의 팽창력이 심하여 식도 조직이 심하게 팽창되며 이차적으로 생기는 허혈성 변화 도 일조하는 것으로 보여진다. 식도의 천공과 식도 점막의 적 색 변화는 각각 6마리와 5마리의 토끼에서 보였는데 이 중 4 마리는 두 가지 소견을 동시에 가졌으며 식도의 천공이나 식 도 점막의 적색 변화를 가진 7마리의 토끼 중 5마리가 6주 추 적 기간을 살지 못하고 2-3주에 사망하여 식도의 천공으로 인 한 염증이나 주변 식도의 기능 이상으로 인한 음식 섭취가 제
대로 되지 않아 일찍 사망했을 가능성을 시사한다. 스텐트의 직경은 12 mm로 다소 큰데 이는 정상 식도에 실험을 함으로 인한 스텐트의 이동을 막기 위해 사용한 것으로 이번 실험에 서는 스텐트의 이동은 전혀 발견되지 않았다. 하지만 스텐트의 큰 직경이 부분적으로는 식도 천공이나 식도 점막의 적색 변 화에 영향을 주었을 것으로 보여진다.
흥미로운 것은 희생 시에 스텐트 내와 그 주변에 총 15마리 의 토끼 중 10마리에서 흰 색깔의 끈적끈적한 점액성 찌꺼기 를 발견할 수 있었다. 이는 조직학적으로 무엇인지 규명되지는 않았지만 식도 점막과는 비교적 잘 떨어지는 물질로 음식 찌 꺼기와 털 등으로 구성되어 있는 것으로 생각되었고 이것이 보 였던 10마리 중 1마리만이 6주까지 생존하였고 9마리는 1-3 주에 사망하였고 이것을 동반하지 않았던 5마리 모두는 6주까 지 생존하여 이것이 있을 경우 식도 폐색을 야기하여 토끼의 생존율을 크게 떨어뜨린 것으로 보인다. 비슷한 실험을 진행할 때 도관을 통한 주기적인 세정 등으로 이러한 물질을 줄일 수 있다면 식도의 생존율을 올릴 수 있을 것으로 기대한다.
이 연구는 몇 가지 제한점이 있다. 첫째, 실험 대상 동물 수 가 적었다는 것이다. 둘째, 토끼 식도 모델에서의 스텐트 설치 실험으로 전반적으로 토끼의 생존율이 떨어져 육안적 및 조직 학적 소견의 정확한 비교가 어려웠다는 점이다.
결론적으로, 토끼의 식도에 스텐트 설치 후 방사성동위원소 를 이용한 풍선확장술을 시행한 치료군은 조영제만으로 풍선 확장술을 시행한 대조군에 비하여 육안적으로는 결절성 돌출 이 없었으며, 현미경적으로는 상피세포층의 소실, 근육층의 현 저한 파괴 등을 보여서 토끼 식도에서 스텐트 삽입 후 방사성 동위원소를 이용한 풍선확장술은 스텐트 철선 사이 사이로 생 기는 조직과증식을 방지할 수 있는 가능성을 보였다.
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Address reprint requests to : Ji Hoon Shin, M.D., Department of Radiology, Asan Medical Center, University of Ulsan College of Medicine, 388-1, Pungnap-2dong, Songpa-gu, Seoul 138-736, Korea.
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Reduction of Tissue Hyperplasia with a
188Re-MAG
3-filled Balloon Dilation: Experimental Study with a Rabbit Esophageal Model
1Ji Hoon Shin, M.D., Ho-Young Song, M.D., Dae Hyuk Moon, M.D.2, Seung-Jun Oh, Ph.D.2, Jung-Sun Kim, M.D.3, Eun-Hee Kim, Ph.D.4, Sang-Jin Lee, M.D.5, Tae-Hyung Kim, M.S., Won-Chan Choi, B.S., Eun-Young Kim, M.S., Chul-Woong Woo, B.S., Zhen-Hai Di, M.D.,
Gi-Young Ko, M.D., Hyun-Ki Yoon, M.D., Kyu-Bo Sung, M.D.
1Department of Radiology, Asan Medical Center, University of Ulsan College of Medicine
2Department of Nuclear Medicine, Asan Medical Center, University of Ulsan College of Medicine
3Department of Pathology, Asan Medical Center, University of Ulsan College of Medicine
4Laboratory of Cyclotron Application, Korea Institute of Radiological and Medical Sciences
5Department of Radiology, Soon Chun Hyang University College of Medicine
Purpose:The purpose of this study was to evaluate the feasibility and efficacy of beta-radiation therapy with a rhenium-188-mercaptoacetyltriglycine (188Re-MAG3) filled balloon to prevent tissue hyperplasia secondary to stent placement in a rabbit esophageal model.
Materials and Methods:Fifteen rabbits were divided into the three study groups. The ten rabbits having the ra- dioactive balloon dilation performed immediately after stent placement were scheduled to be sacrificed at six weeks; the 20 Gy (Group I, n=5) or 40Gy (Group II, n=5) at 1 mm away from the balloon surface were also sacrificed at six weeks. The remaining five rabbits that had conventional balloon dilation done immediately af- ter stent placement were scheduled to be sacrificed six weeks later; this was the control group (Group III). At follow-up, we obtained esophagography and the histologic findings (epithelial layer thickness, degree of de- struction of the muscularis propria, and degree of submucosal inflammatory cell infiltration) at both the nor- mal area and the mid-stent area for each esophageal specimen after sacrificing each rabbit. The differences among the three groups were statistically assessed using Kruskal-Wallis and Mann-Whitney U tests.
Results:There were no complications such as migration after stent placement. Nine of the rabbits died 1-3 weeks after stent placement and the stents were partially obstructed with a lot of residue, so it was impossible to compare the esophagographic findings among the three groups. Esophageal perforation (n=6) and mucosal reddish changes (n=5) of the esophagus adjacent to the stent were observed only for rabbits of group I or II.
The esophageal mucosa displayed smoothness in group I and II, and the esophageal mucosa displayed nodu- larity in group III. The degree of destruction of the muscularis propria was significantly higher in group I or II when compared to group III (p<0.05).
Conclusion:Beta-irradiation using a 188Re-MAG3-filled balloon dilation has the potential for preventing tissue hyperplasia secondary to stent placement in a rabbit esophageal model.
Index words :Interventional procedures, experimental studies Stents and prostheses
Esophagus, interventional procedures
