저친화도와 고친화도의

책임저자：양완석, 울산시 중구 태화동 123-3

󰂕 681-320, 동강병원 성형외과 Tel: 052-241-1324, Fax: 052-241-1324 E-mail: [email protected]

저친화도와 고친화도의 Carboxymethylcellulose의 창상 치유에 미치는 효과

이지원ㆍ지소영ㆍ최재일ㆍ석정훈ㆍ양완석

Effect of Carboxymethylcellulose with Low and High Degree of Substitution on Wound Healing

Ji Won Lee, M.D., So Young Ji, M.D., Jae Il Choi, M.D., Jeong Hoon Suhk, M.D. and Wan Suk Yang, M.D.

Department of Plastic and Reconstructive Surgery, Dong Kang General Hospital, Ulsan, Korea

Purpose: Wound healing is a dynamic and complex process

Methods: Four round (diameter 2 cm) wounds were made bi-

Results: Group B and C show statistically higher percentage

Conclusion: This study suggest Carboxymethylcellulose with

14:77-84)

Key Words: Carboxymethylcellulose, Hydrofiber dressing,

서 론

창상은 어떠한 원인에 의해 해부학적으로 조직의 연속성

이 파괴된 것을 의미하며, 다양한 방법으로 창상을 치유하

려는 노력은 지속되고 있다. 창상 치유과정은 손상된 조직

을 복구하기 위한 수많은 요소들의 상호작용을 통해 이루

어지고, 이러한 환경 체제는 상피세포, 진피세포, 진피하세

포, 세포외 기질, 단백 분해 효소와 그 억제 인자 등 수없이

많은 인자들의 균형과 항상성을 유지하기 위한 신호에 의

해 조절 받는다. 창상의 치유는 염증단계, 상피화단계, 증식

단계, 성숙단계로 구분할 수 있으며, 각각의 단계는 중첩되

면서 연속적으로 진행된다. 이는 각 과정에서 나타나는 세

포들, 세포들에 의해 유래되는 각종 인자들과 조직 간의 복

잡한 유기적인 상호작용으로 그 과정이 이루어지기 때문이

다

. 임상에서 사용되는 다양한 드레싱 제재들은 창상 치

유에서 염증 반응, 육아 조직 및 섬유아세포의 활동, 상피화

촉진 등에 주로 그 효과를 나타낸다. 드레싱 재료의 효과는

이상적인 드레싱 재료의 조건인 창상의 외부 노출 차단을

통한 감염 예방, 생체에 대한 우수한 친화성, 생체 분해 및

흡수성, 과다한 삼출물의 적절한 흡수와 지나친 염증반응

의 억제 등을 통해 이루어진다. 이러한 조건을 만족하기 위

해 현재까지 다양한 드레싱 재료들이 개발되어 왔다

.

Carboxymethylcellulose (CMC)는 셀룰로오스의 가장 잘

알려진 수용성 유도체이며, 알칼리셀룰로오스를 모노클로

로아세테이트에 반응시킴으로 얻을 수 있다. Sodium car-

boxymethylcellulose (CMC)는 음이온의 수용성 중합체로

Fig. 1. (Left) Full thickness skin defects, 2 cm in diameter, were

선 창상에 있어 창상치유과정 특히, 창상치유 속도 및 상피 화정도 교원질 침착 등에 미치는 영향과 새로운 드레싱 재 료로서의 가능성을 알아보기 위해 치환도에 차이를 둔 so- dium carboxymethylcellulose (CMC) 2개의 타입과 거즈 드레싱 및 Aquacel

(ConvaTec, US)을 각각 사용하여 창 상치유를 비교하는 실험을 시행하였다.

대상 및 방법

1. 실험재료

체중 250∼300 g의 흰색 백서(Sprague-Dawley) 20마리 를 일정한 온도 및 습도의 사육사에서 사육하여 사용하였 으며 실험에 사용된 드레싱 재료에 따라 4개의 실험군으로 나누었다.

A군은 음성 대조군(negative control)으로 고식적인 거즈 드레싱을 하였고 시중에 시판중인 gamma radiation으로 살균된 제품을 구입하여 사용하였다. 시험을 위해 사용된 CMC 드레싱재제는 100% cotton 섬유를 Spunlace 공법으 로 제작한 부직포를 carboxymethylation 하여 제조하였다.

부직포의 셀룰로오스 고분자쇄의 hydroxy 치환정도(DS=

Degree of substitution)에 따라 겔화 정도가 달라지며, 시험 에 사용한 것은 low gel (DS=0.15), high gel (DS=0.3) 두 가지로 B군은 고 친화도의 high gel (DS=0.3) CMC로 드레 싱하였고, C군은 양성 대조군으로 Aquacel

(ConvaTec, US)로 드레싱하였다. D군의 경우는 저 친화도의 low gel (DS=0.15) CMC로 드레싱하였다(Fig. 1).

2. 실험방법

20마리의 백서를 대상으로 등에 지름 2 cm의 원형의 전 층 피부 창상을 4군데에 만들어 각각의 창상에 4가지 드레 싱 재료의 내용에 따라 4개의 실험군으로 할당하여 모든 창상이 치유될 때까지 관찰하였다.

수술시 kg당 10 mg의 xylazine-HCL (Rompun

, Bayer Korea, Korea)과 kg당 100 mg의 ketamine-HCL (Huons

3. 실험평가 1) 육안적 평가

총 20마리의 백서의 육안적 평가를 위해서 술후 0, 4, 7, 10, 14, 18, 21일 째에 백서 등의 창상 면적을 Visitrak grid

(Smith & Nephew, UK) 필름에 그린 다음 이를 면적 분석 장치 Visitrak digital

(Smith & Nephew, UK)을 이용하여 면적을 측정하였다.

위와 같이 구한 값을 토대로 창상치유에 따른 창상 수축 률, 창상 치유률, 창상 상피화률을 구하였다(Fig. 2). 측정된 값들은 시간에 따른 각 실험군 간의 상호비교로 분산분석 법(ANOVA test)과 쉐페법(Scheffe's test)을 이용하여 평가 하였다.

2) 조직학적 평가

총 20마리의 백서는 조직학적 평가를 위해 술후 4, 7, 10,

14, 18, 21일에 창상 전체를 적출하여 10% 중성 포르말린에

고정시키고 파라핀 포매한 후 조직절편을 만들어 Hemato-

xylin and Eosin과 Masson's trichrome으로 염색하여 광학

Fig. 4. The mean percentage of the wound epithelization rate

Fig. 5. The mean percentage of the wound healing rate accor-

Fig. 2. Method for measuring changes in wound size.

Fig. 3. The mean percentage of the wound contraction rate

현미경 하에 창상부의 염증반응, 혈관 신생, 교원섬유의 형 성과 재생상피를 관찰하였다.

결 과

1. 육안적 소견

창상은 시간이 경과함에 따라 창상의 수축과 상피화가 동시에 진행되어 상피화 되지 않은 육아 조직이 점점 감소 하면서 창상이 치유되는 것을 관찰할 수 있었다. 창상 생성 후 4일째까지 모든 군에서 다량의 삼출물이 배출되었으며 이는 A군: 거즈 군에서 상대적으로 심하였으며, 드레싱 교 환 과정에서 창상 표면의 손상에 의한 출혈이 관찰되기도 하였다. 창상 수축율은 14일 이전까지의 창상 치유 과정 동 안 B군: high gel과 C군: Aquacel

(ConvaTec, US)에서 통 계적으로 유의하게 높았다(P＜0.05) (Fig. 3). 창상 상피화율 은 D군: low gel에서 창상 생성 후 14일째까지 높게 나타났

으며 14일 이후에서는 다른 군에 비해 B군: high gel과 C군:

Aquacel

(ConvaTec, US)에서 통계적으로 유의하게 높았 으며 (P＜0.05) (Fig. 4), 창상 치유율 역시 14일 이전까지의 창상 치유 과정 동안 B군: high gel과 C군: Aquacel

(ConvaTec, US)에서 높게 나타났으나 통계적 유의성은 없 었으며, 창상 치유 21일 군에서는 거즈 군을 제외한 다른 군에서 비슷한 결과를 나타내었다(Fig. 5).

2. 조직학적 소견

창상 치유 초기에 모든 군에서 전층 피부 결손부 상층에

삼출물과 염증세포가 층을 이루어 관찰되었다. 초기의 조

직학적 소견으로 다핵구 및 림프구 등의 염증세포의 침윤

은 술후 7일째에서 high gel 및 Aquacel

(ConvaTec, US)

Fig. 6. The degree of infiltration of inflammatory cells on the 7th post-operative day (Hematoxylin-Eosin stain, ×100). Group A (above,

군에서 다른 군들에 비해 염증세포침윤이 조기에 감소하는 소견을 보였다(Fig. 6). 혈관 증식 소견은 술후 7일째에 거즈 군을 제외한 다른 군에서 증식된 혈관이 관찰되었고, 술후 14일째에 high gel 및 Aquacel

(ConvaTec, US) 군에서 타 군들에 비해 뚜렷하게 혈관 증식소견을 보였다(Fig. 7). 창상 상피화율은 D군: low gel에서 창상 생성 후 14일째까지 높 게 나타났으며 14일 이후에서는 다른 군에 비해 B군: high gel과 C군: Aquacel

(ConvaTec, US)에서 교원섬유의 배열 이 규칙적이고 밀집된 배열로 나타났다(Fig. 8).

고 찰

창상은 염증과 세포반응에 의해 치유가 되는데, 이 과정 에는 재상피화, 수축, 육아조직 형성 및 교원질 합성 등이 포함된다. 창연 면적의 감소는 재상피화와 수축이라는 두 가지 과정에 의해 동시에 유도되는 현상인데 창상 수축은

섬유아세포의 수축력에 의해 일어나며, 창연의 면적 감소 에 우선적으로 기여한다고 알려져 있다

. 재상피화는 피 부 손상 후 정상표피세포가 유사분열하여 기저세포를 대치 해 주고 기저세포는 피부 결손부를 향해 이동하게 되는데, 이 기저세포는 섬유소 그물을 따라 창상 경계면에서부터 창상 중심부로 이동하며 창상연 양쪽에서 이동해오던 기저 세포가 서로 만나게 되면 이동을 멈추고 표피의 두께가 정 상이 될 때까지 유사분열을 계속하여 표피의 밀도를 증가 시키는 과정을 뜻한다.

BC 400년 무렵의 히포크라테스 시대의 의학에서부터 습

윤한 환경 조성은 창상 치유에 있어서 널리 사용되어온 중

요 방법이며

, Gilje는 adhesive tape 하에서 조성된 습윤

드레싱법을 이용한 Unna's boot법을 이용하여 하지 궤양의

치료에 있어 습윤 환경의 조성이 창상 치유에 있어서 중요

함을 보고하였으며, 1962년에 Winter의 실험 보고 이후 습

윤 환경은 창상 치유에 있어 가장 중요한 방법의 하나로

Fig. 7. A comparison of the angiogenesis on the 14th post-operative day (Masson's trichrome stain, ×100). Group A (above, left),

사용되어오고 있다

. 그러나 습윤한 환경의 지속은 창상 및 주위 조직의 짓무름을 유발하는 단점을 가지기도 하며 과 도한 삼출물이 있는 상황에서는 문제가 되기도 한다

. 현재 널리 상용되는 드레싱제재는 크게 hydrocolloid dressing, hydrofoam dressing, silver-based dressing 등이 있다. Hydrocolloid dressing 및 hydrofoam dressing 제재 는 습윤 환경을 제공하고 삼출물을 적당하게 흡수하는 작 용이 있으나, 창상의 삼출물이 과도하면 밀봉(occlusiven- ess) 효과가 떨어져 감염 및 침연(maceration)의 우려가 있 다. 또한 재료 및 제조 방식에 따라 차이가 있으나 합성고분 자 소재로 인체 친화성이 떨어져 역할을 다하면 반드시 제 거되어야 한다

. 또한 silver based dressing material의 경 우 높은 항균성을 지녀 단독 또는 다른 드레싱 재료와의 조합으로도 널리 쓰이고 있으나, silver의 cytotoxicity로 감 염이 없는 창상의 사용에는 재고해야 한다.

Carboxymethylcellulose (CMC)는 제1차 세계대전 후 독

일에서 gelatin의 대체용으로 개발되기 시작하였으며, Car-

boxymethylcellulose (CMC) 염의 일반적인 형태는 sodium

salt로 CMC라 불리기보다는 정확히 표현을 하자면 SCMC

(Sodium carboxymethylcellulose)가 옳을 것이다. CMC는

금속이온이나 암모늄 이온과 착염을 형성할 수 있는데, 그

용해특성과 제조공정, 사용처에 따라 현재로서는 가장 적

합한 것이 sodium salt로 산업적으로도 중요한 cellulose 유

도체이다. CMC는 식품분야에서는 보통 cellulose gum으로

알려지는데, sodium염 형태로 뜨거운 물과 차가운 물에 녹

으며, 유기용매에는 불용이나, 저급알코올 수용액이나 아세

톤에는 녹는게 된다

. 그리고 그 특성은 치환도(DS)와 점

도 입자에 따라 다른 성질을 가지며, 안정한 용액 점도를

이끌어 내는 CMC의 용해 속도는 여러 가지의 요인에 따라

달라진다

. 첫째, 입자 크기로 적당히 분산되었을 때, 최종

적으로 ground CMC가 coarse CMC보다 더 빨리 녹게 되

지만 후자의 coars CMC는 점차로 응집하지 않고, 훨씬 쉽

Fig. 8. A comparison of re-epithelization on the 21th post-operative day in the infected wound (Masson's trichrome stain, ×100).

Group A (above, left), Group B (above, right), Group C (below, left). Group D (below, right). Re-epithelization was still not completed in Group A. The thick layer of re-epithelization was observed in Group B and C.

게 분산된다. 용해 속도는 치환의 정도가 증가함에 따라, 분 자량이 감소함에 따라 증가한다. 낮은 점도의 CMC가 높은 점도의 CMC보다 안정화하려는 성질이 있고, 용액의 점도 는 CMC의 농도에 따라 급격히 증가하고, 용액들은 의가소 성 유동(pseudoplastic flow)을 보여주고 있다. 낮은 DS 형태 (0.4∼0.7)의 것들은 빈번히 요변성 유동(thixotrophy flow) 을 하게 되고, 적용이나 전단의 제거에 관해 점도의 변화를 보여준다. 하지만 낮은 농도의 용액이나 높은 점도 형태의 것은 거의 뉴우튼 유동을 하고 특히 낮은 전단속도일 때 더 그렇다.

CMC 용액의 점도는 온도의 증가에 따라 감소한다. 이것 의 영향은 고온과 높은 pH를 제외하고는 역으로도 가능하 다. 용액이 정상적인 점도 이상의 광범위한 점도를 지닐 때 라도 pH 7과 pH 9사이에서 용액의 최상적인 안정성이 나 타난다. pH 4 아래에서는 3차원상의 네트워크를 형성하는 덜 녹는 산성 CMC가 우세하여 점도가 증가한다.

이론적으로 무수 글루코오스 반복단위 안에 3개의 모든 수산기는 에테르화에 이용이 가능하다. 하지만 최고 치환 율인 DS 3은 얻을 수 없으며, 최적 용해도와 실행에 대해 필요한 것은 아니다. 대개 폭넓게 사용되는 cellulose gum 은 치환율 0.65∼1.0을 갖는다. 낮은 치환율의 것들은 물에 잘 녹지 않는다. 일반적으로 CMC는 치환율 0.4에서는 불용 성 fiber가 많은 부분 존재하게 될지 모르고, 치환율 0.05∼

0.25 사이에서는 단지 알칼리 수용액에서만 녹는 성질이 있

다. CMC는 증점, suspending, stabilzing, binding 등으로서

역할이 뛰어나고 film-forming 성질이 매우 우수하다

.

저자들은 이러한 특징을 가지는 CMC를 주성분으로 하

는 드레싱 재료의 치환도의 차이에 따라 gel화 정도 및 친

수성 및 용매에 대한 유기도가 달라짐에 착안하여, 신선 창

상에 있어 창상치유 과정 특히, 창상치유 속도 및 상피화정

도 교원질 침착 등에 미치는 영향과 새로운 드레싱 재료로

서의 치환도에 차이를 둔 sodium carboxymethylcellulose

(CMC)과 거즈 드레싱 및 Aquacel

(ConvaTec, US)을 각각 사용하여 창상치유 정도를 비교하는 실험을 시행하였다.

창상 수축율은 14일 이전까지의 창상 치유 과정 동안 B 군: high gel과 C군: Aquacel

(ConvaTec, US) 에서 통계적 으로 유의하게 높았고, 창상 상피화율은 D군: low gel에서 창상 생성 후 14일째까지 다른 군에 비해 높았으며, 14일 이후군에서는 B군: high gel과 C군: Aquacel

(ConvaTec, US) 에서 통계적으로 유의하게 높은 결과를 나타내었다. 술 후 14일 째 조직 소견에서 B군: high gel과 C군: Aquacel

(ConvaTec, US)에 많은 양의 혈관신생을 관찰할 수 있었다.

따라서 두군에서 나타난 삼출물의 조기 감소 및 조직 소견 상에서 염증세포의 침윤 감소 및 보다 많은 양의 신생 혈관 생성이 결국 염증단계의 빠른 종결을 의미하는 것으로 사 료된다.

상처 치유를 매개하는 대표적인 염증세포는 호중성구 및 대식세포로서 CMC와 같은 hydrofiber wound dressing에 서는 드레싱 자체가 흡수하는 호중성구의 숫자가 늘어남으 로 결국 상처 표면 자체에 남게되는 호중성구의 숫자가 감 소하게 되어 상처 치유를 촉진하게 되는 결과를 유도하게 되는 것이며, 동시에 각질세포의 성장을 유도하여 상피 재 생을 유도하게 되는 것이다

.

현재 Aquacel

(ConvaTec, US)과 같은 hydrofiber wound dressing material은 fibronectin 및 fibrin을 통한 상 처 표면과의 흡착으로 밀봉의 드레싱 효과 및 삼출물을 충 분히 흡수하고, 습윤 환경을 유지해주는 제품으로 볼 수 있 다. 이러한 CMC 유도체의 유변학적 성질은 용매, 농도, 온 도, pH, 염의 첨가 등에 의해 다양하게 나타날 수 있다. 현 재 CMC 유도체는 다양한 산업에 이용되며, 의료 분야에 있어서도 훌륭한 창상 치유 촉진제로서의 기능을 하고 있 다. 본 실험을 통해서는 치환도에 따라 겔화 정도의 차이를 보이는 성질을 이용하여 창상 치유에 미치는 영향을 조사 하였으며, 상처 수축, 혈관 생성, 상피화가 전반적으로 치환 도 0.3의 CMC에서 좋은 결과를 보여주었으나. 14일 이전의 상피화에서 낮은 치환도에서 초기의 빠른 변화를 보여줌을 동시에 관찰할 수 있어, 일률적인 치환도의 CMC를 사용하 기 보다는 시기에 따라 좀 더 다양한 치환도를 가지는 CMC를 적용하고, 다양하게 변하는 유변학적 성질을 좀 더 이용한다면 더 좋은 창상치유효과를 나타낼 수 있으리 라 사료된다.

결 론

저자들은 치환율의 정도에 따라 점도, 친수성 등이 달라 지며 다양한 물성을 가지는 carboxymethylcellulose (CMC)

를 저친화도와 고친화도의 그룹으로 나누어 신선 창상에 있어 나타나는 창상 회복을 육안적, 조직학적으로 비교하 였다.

결과적으로 급성창상의 창상 회복에 있어 고친화도 그룹 과 양성 대조군인 Aquacel

(ConvaTec, US)에서 창상 치 유 초기 2주간 수축율, 창상 치유율에서 높은 성과를 보였 으며, 창상 상피화율은 창상 치유 초기에는 저친화도 그룹 에서 다른 군에 비해 높은 정도를 보였으나, 이후에는 고친 화도 그룹과 양성 대조군인 Aquacel

(ConvaTec, US)에서 좀 더 높은 성과를 보여주었다.

치환율의 정도에 따라 점도, 친수성 등이 달라지는 CMC 의 특징에 따라 시기별 적절한 드레싱을 적용시킬 수 있음 을 본 실험을 통해 알 수 있었으며, 다양한 치환율을 더 적 용하여 접목한다면, 좀 더 구체적이고 상세한 시기별 적정 농도를 파악할 수 있으리라 여겨진다. 또한 CMC의 다양한 유변학적 성질을 응용하여 좀 더 향상된 창상 치유 촉진제 를 개발할 수 있으리라 여겨진다.

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