백서에서 출혈성 쇽이 장내세균 전위에 미치는 영향

대한소화기학회지 2001;37:179-186

서 론

임상에서 심한 외상이나 화상 혹은 급성 출혈이 있는 환 자가 대량 출혈로 저혈량성 쇽(hypovolemic shock)이 있은 후 적절한 조치를 시행한 후에도 경우에 따라서는 특별한 감염원이 없이 패혈증이나 다발성 장기부전을 나타내는 경 우가 있다.^{1- 5} 심한 출혈성 쇽 후에 패혈증이나 다발성 장기 부전으로 사망한 환자의 약 30%에서 임상적으로나 부검 (autopsy)상 특별한 감염원을 찾을 수 없다.^{1 ,2} 이와 같이 특 별한 감염원을 찾지 못하는 경우 세균 감염원으로서 소화기

접수: 2000년 10월 19일, 승인: 2001년 2월 19일 연락처: 정문관, 705-717, 대구광역시 남구 대명동 317-1

영남대학교 의과대학 내과학교실

TEL: (053) 620-3830, FAX: (053) 654-8386

장내에 정상 세균총에 의해 전신 감염되었을 것이라고 추측 하고 있는데 123명의 균혈증 환자에 대한 연구에서 48명은 주 감염원을 찾을 수 없었다고 보고하면서 감염원으로서 소 화관을 제시하였고,⁶ 쥐를 이용한 실험적 복강내 농양에서 농양벽의 손상이 없으면서 정상 장내세균에 오염되었다고 보고하면서 장내세균에 의한 감염을 제안하고 있다.⁷

정상 장관의 경우 장점막은 단순한 물리적 방어뿐만 아 니라 점액 생성 및 분비, 표피세포의 탈락, 세균 길항작용, 분비성 면역글로불린의 분비와 장 연동운동 등과 같은 다 양한 기전으로 장내세균의 전신적 감염을 막아주는 중요한 방어벽의 역할을 하고 있다. 하지만 출혈성 쇽인 경우는 장 내 허혈성 변화로 인한 장점막세포의 투과성 변화나 저혈 압으로 인해 장내용물 흡수기전 이상이 이론적으로 생길 수 있는데 이 때 장 관강내의 세균들이 장점막을 통해 혈행 이나 림프선을 거쳐 장간막 림프절, 간장, 비장 및 폐 등으

백서에서 출혈성 쇽이 장내세균 전위에 미치는 영향

영남대학교 의과대학 내과학교실

정성복・권순욱・최교원・김봉준・장병익・김태년・정문관

B a c t e r i a l T r a n s l o c a t i o n a f t e r E x p e r i m e n t a l H e m o r r h a g i c S h o c k i n R a t

S u n g B o k J u n g , M .D ., S o o n U k K w o n , M .D ., K o w W o n C h o i , M .D ., B o n g J u n K i m , M .D ., B e y o n g I k J a n g , M .D ., T a e N y e u n K i m , M .D .

a n d M o o n K w a n C h u n g , M .D .

Dep artment of Internal Medicine, Youngnam University Colleg e of Medicine, Deagu, Korea

Background/Aim s: The aim of this study was to determine whether bacterial translocation could be demonstrated

after experimental hemorrhagic shock in rat and whether translocated bacteria have a pattern of distribution within

the maj or organ system . Methods : Male Sprague-Dawley rats were randomly assigned to hemorrhagic shock group

(group I, n=20), sham shock group (group II, n =20) and normal control group (group III, n=15). At 24, 48, 72

hours after shock, rats were sacrificed and bacteria in their maj or organs were cultured. Results: The incidence

of cultured bacteria in group I were highest. In the group I, enteric bacteria were cultured at mesenteric lymph

node of 15 rats (75.0 %), liver of 10 rats (50.0 %), spleen of 4 rats (20.0 %), lung of 4 rats (20.0 %), portal vein

of 4 rats (20.0 %). The most common cultured bacterial species was E. coli. The bacterial translocation seemed

to increase significantly in lungs at 48 and 72 hours after shock (p<0.05) and cecal mucosal injury occurred after

shock. Conclusions: Bacterial translocation was induced in hemorrhagic shock model. The identification of

cultured organism in major organs supports the bacterial translocation from gut. Hemorrhagic shock could impair

mucosal barrier, which may promote bacterial translocation. (K orean J Gastroenterol 200 1;37 :179-186)

K ey W ords: Bacterial translocation, Hemorrhagic shock, Rat

18 0 대한소화기학회지: 제37권 제3호 2001

로 이동하는 장내세균 전위(bacterial translocation)가 생기 고 이로 인한 패혈증이 야기될 가능성이 제시된다.

장내세균 전위란 정상적으로 장관내에 토착하는 세균이 장관 표피세포 방어벽을 통과하여 점막 고유층을 통해 장 간막 림프절과 다른 원위부 장기로 살아 있는 상태로 이동 하는 것을 의미한다.^{8 ,9} 장내세균이 장점막을 통과한다는 것 은 19세기 후반에 복막염이 장내세균에 의해 유발된다는 migratory peritonitis 라는 용어를 사용하였고 최근 동물 실험에서 화상, 금식, 영양 결핍, 장폐색 등에서 잘 일어난 다고 보고하고 있다.^{10 - 12}

이에 저자들은 소화관 출혈에 의한 패혈증의 원인을 규 명하고자 하였다. 이를 위하여 실험적 출혈성 쇽 모델을 이 용하여 패혈증 및 장내세균 전위 유무와 시간에 따른 장내 세균 전위 양상을 관찰하였다.

대상 및 방법

1. 대 상

실험 동물은 250 g 내외의 수컷 Sprague-Dawley를 사용 하였으며, 실험 전후에 물과 사료는 자유로이 먹도록 하였 다.

2 . 방 법 1) 실험군

실험군은 좌측 대퇴동맥에 카테터를 삽입 후 출혈을 일 으킨 출혈성 쇽군(shock group, I 군) 20예와 카테터를 삽입 하되 출혈은 일으키지 않은 위-쇽군(sham shock group, II 군) 20예, 아무것도 시행하지 않은 정상 대조군(normal control group, III 군) 15예로 나누어서 각 군에서 세균의 전위 여부를 비교하였다. 또한 출혈성 쇽군의 20예 중 10예 는 쇽 상태와 쇽 전후의 대사성 산혈증, 산소농도 등을 비 교하기 위하여 쇽 전과 쇽 당시 그리고 쇽 48시간 후 동맥 혈을 채취하였고, 쇽 전과 쇽 48시간 후 혈액을 채취하여 백혈구, 혈소판 수치 등을 비교하였다.

시간에 따른 장내세균 전위 유무와 정도를 알아보기 위 하여 쇽 유발 후 24시간째 세균을 배양한 군(IV 군) 10예, 48시간째 세균을 배양한 군(V 군) 10예, 72시간째 세균을 배양한 군(VI 군) 10예로 나누어 비교하였다.

2) 출혈성 쇽 유발 및 혈액학적 소생

Ketamine ( 100 mg/kg)을 3 mL 주사기를 이용하여 외 대 퇴부에 근주(intramuscular injection) 10분 후 마취 유무를 확인하고 povidone soap을 이용하여 양측 서혜부를 포함하 여 하복부를 씻은 후 털을 깍았고 앙와위로 수술판에 고정

한 후 povidone iodine으로 소독하였다. Ethylene oxide(E.O) 가스로 멸균 처리된 공포를 복부에 씌운 다음 좌측 서혜부 만 노출시킨 후 미세수술용 수술기구를 이용하여 서혜부를 절개한 후 대퇴동맥, 대퇴정맥 및 대퇴신경다발이 발견되 면 각진 미세수술용 겸자(angled microforceps)를 이용하여 대퇴동맥만을 박리하였다. 동맥 상단부를 혈관 겸자로 혈 행을 차단한 후 PE-50 도관을 조심스럽게 좌측 대퇴동맥에 삽관하였다. 삽관 후 혈액 응고를 방지하기 위해 heparin ( 10 unit/saline 1 m L)이 포함된 생리식염수를 도관에 채운 후 strain-gauge transducer에 연결하고 Acqknowlege 881 컴 퓨터 소프트웨어(MP 100ws, BIOPAC system , Inc. USA)를 이용하여 지속적으로 혈압을 측정하였다.

출혈성 쇽군에서는 heparin을 도포한 1 mL 주사기로 혈 액을 뽑으면서 60분간 지속적으로 동맥 혈압이 35～50 mmHg되게 쇽을 유지시켰다. 채취한 혈액은 37℃에서 보관 하였으며 혈액 1 mL당 heparin 20 unit를 섞어 혈액 응고를 방지하였다. 60분 뒤 채취한 혈액을 다시 주입하였고 주입 후 정상 혈압으로 돌아온 것을 확인하고 난 다음 도관을 제 거하였으며 이후 출혈이 없도록 대퇴동맥을 3-0 silk로 결 찰하였고 이어서 피부를 봉합하였다. 위-쇽군에서는 절개 후 도관을 삽입하되 출혈은 시키지 않고 혈압만 관찰 후 역 시 같은 방법으로 대퇴동맥 결찰과 피부 봉합을 시행하고 마취에서 회복시켰다. 정상 대조군에서는 아무런 조작을 시행하지 않았다.

모든 시술은 무균 조작하였으며 마취에서 회복시킨 후 자유로이 물과 음식을 섭취할 수 있게 하였다.

3) 세균배양검사

세균 전위를 알아보기 위해 출혈성 쇽군과 위-쇽군 및 정상 대조군에서 48시간째에 세균배양검사를 시행하였다.

또 시간에 따른 세균 전위 여부를 관찰하고자 출혈성 쇽을 유발한 후 24시간째(IV 군), 48시간째(V 군) 및 72시간째 (VI 군)에 장간막 림프절과 간, 비장, 폐의 가검물에서 세균 을 배양검사하였다.

각 장기의 세균 배양을 하기 위해 먼저 ketamine ( 100 m g/ kg)을 대퇴부에 근주하여 마취를 유도하였다. 복부를 povidone soap로 씻고 털을 깨끗이 깍은 후 povidone iodine으로 소독한 후 멸균 처리된 공포를 복부에 씌워 정 중 개복을 시행하였다. 먼저 혈액 배양은 1 mL 주사기를 이용하여 문맥정맥에서 1 mL 채취하여 시행하였다. 다음 장간막 림프절과 간, 비장, 폐를 적출하여 각각의 무게를 잰 후 멸균 소독된 15 mL 혹은 30 mL의 tissue grinder tube (Weaton , NJ, USA)에 각각 담은 후 적당량의 식염수 를 첨가하여 tissue grinder (Heidolph, Germ any)로 균질화 (homogenization)하였다. 문맥정맥 혈액은 brain heart

정성복 외 6인. 백서에서 출혈성 쇽이 장내세균 전위에 미치는 영향 18 1

infusion (BHI, Difco Laboratories, Detorit, MI, USA)에 Bac/ Alert (Organon Technika, NC, USA)에 넣어 37℃에서 7일간 배양하였다. 배양 양성으로 판정되면 그람(Gram)염 색을 시행하였고 이후, blood agar plate 및 MacConkey agar plate에 계대배양하였고, 장간막 림프절 및 각 장기의 균질화된 조직은 blood agar plate 및 MacConkey agar plate 에 직접 배양하였다. Blood agar plate와 MacConkey agar plate에서 24시간에서 48시간 동안 35℃에서 배양 후 균 집 락을 육안 관찰하여 균이 자라는 것이 확인되면 배양된 균 의 동정은 자동 세균동정기인 VITEK 2 (bioMerieux, France)로 균을 동정하였다.

모든 조작은 무균적으로 시행하였으며 문맥정맥혈과 장 간막 림프절, 간, 비장, 폐 중 어느 한 가검물에서라도 장내 세균이 배양되면 세균의 전위가 있는 것으로 판정하였다.

4) 장점막의 관찰

장내세균 전위의 기전을 알아보기 위해 정상 대조군과 출혈성 쇽 후 48시간째 회맹부 추출하여 전자현미경으로 장점막을 비교 관찰하였다.

3 . 통 계 처 리

실험 성적으로 얻어진 자료는 평균값과 표준편차로 표시 하였다. 실험군과 대조군 간의 비교는 Fisher 's exact test, 쇽 전후의 동맥혈 가스 분석 및 일반 혈액검사의 비교는 paired t-test를 이용하였다. p<0 .05의 경우를 통계적으로 유 의한 것으로 하였다.

결 과

1. 출 혈 성 쇽 군 과 대 조 군 의 비 교

출혈성 쇽군(I 군)의 평균 몸무게는 242.0± 12.3 g, 위-쇽 군(II 군)은 238.0± 10.7 g, 정상 대조군(III 군)은 248.0±9.8 g으로 세 군 사이의 차이는 없었다. 실험 전 혈압은 출혈성 쇽군(I 군)에서 118.0±5.6 mm Hg, 위-쇽군(II 군)은 122.0

±7.3 mmHg로 양 군의 차이는 없었다. 출혈성 쇽 군에서 출혈 중 평균 혈압은 44.1±6.2 mmHg이었으며 혈액소생술 후 평균 혈압은 12 1.0±8.1 mmHg로 실험 전 혈압과는 차 이가 없었다. 총 수혈된 혈액의 양은 6.7±0.6 mL이었다 (Table 1) .

2 . 출 혈 성 쇽 군 과 대 조 군 간 의 장 내 세 균 배 양 성 적 출혈성 쇽군(I 군) 20예 중 15예(75.0%)에서 장내세균이 배양되었고, 출혈을 일으키지 않은 위-쇽군(II 군)에서는 20 예 중 5예(25.0 %)에서 배양되었으며, 아무런 조작을 가하

지 않은 정상 대조군(III 군)에서는 모든 예에서 배양되지 않았다.

출혈성 쇽군에서는 위-쇽군과 정상 대조군에 비해서 통 계적으로 의미 있게 균이 배양되었으며(p<0.05), 위-쇽 군 에서는 정상 대조군과 비교해서 균 배양의 차이는 통계적 으로 의의가 없었다(Table 2).

3 . 장 기 별 세 균 배 양 양 상

출혈성 쇽군의 20예 중 세균이 배양된 장기의 분포를 보

Table 3. Organ Distributions of Cultured Bacteria Group n PV MLN Liver Spleen Lung Shock

Sham -shock Normal control Total

20 20 15 35

4 0 0 4

15 5 0 20

10 2 0 12

4 0 0 4

4 0 0 4 PV, portal vein ; MLN, mesenteric lymph node .

Table 2. Bacterial Culture Rates in Hemorrhagic Shock, Sham -Shock and Normal Control Group

Culture Group n Positive Negative Shock

Sham -shock Normal control Total

20 20 15 55

15＊

5 0 20

5 15 15 35

＊ p<0.05 vs. sham -shock or normal control group . Table 1. Demographic Data in Shock, Sham -Shock and Normal Control Group

Experimental groups Group I

(n =20)

Group II (n =20)

Group III (n = 15) Body weight (g)

Blood pressure (mmHg) Initial

During shock After resuscitation Amount of blood loss

(mL)

242± 12.3 118±5 .6 44. 1±6.2 12 1±8.1 6.7±0.6

238± 10 .7 122±7.3

NT NT NT

248±9 .8 NT NT NT NT

Group I, shock group ; Group II, sham -shock group ; Group III, normal control group ; NT, not tested . There were no significant difference between 3 groups in body weight and initial blood pressure .

18 2 The Korean Journal of Gastroenterology: Vol. 37, No. 3, 2001

면 장간막 림프절이 15예(75.0 %)로 가장 많았고, 간 10예 (50 .0 %), 비장, 폐, 문맥정맥혈에서 각각 4예(20.0 %)이었다.

이중 장간막 림프절에서만 배양된 것이 5예, 장간막 림프절 과 간에서 동시에 배양된 경우가 6예, 문맥정맥혈, 장간막 림프절, 간, 비장, 폐 모두에서 배양된 것이 4예였다. 위-쇽 군의 경우 장간막 림프절에서 5예(25.0 %), 장간막 림프절과 간에서 같이 배양된 경우가 2예( 10.0%)였다(Table 3).

4 . 전 위 장 내 세 균 주 의 분 포

출혈성 쇽군에서 세균 전위가 관찰된 15예 중 14예 (93.3 %)에서 Escherichia coli 가 배양되었고 다음이 Entero- bacter sp .로 8예(53.3 %), Proteus sp .가 2예( 13.3 %), Pseudomonas sp .가 1예(6.6%)이었으며 위-쇽군의 5예는 전 부가 E. coli가 배양되었다. 출혈성 쇽군에서 15예 중 2가지 이상의 혼합 균주의 배양이 관찰되었던 경우가 10예, 단독 균주가 배양되었던 것이 5예였다. 전체적으로 가장 많이 동 정된 균은 E. coli였고 다음이 Enterobacter sp ., Proteus sp ., Pseudomonas sp .순이었으며 Stap hy lococcus sp .는 배양되 지 않았다(Table 4).

장기별로 세균 배양된 균주를 보면 장간막 림프절의 경

우 E. coli가 60.0%, Enterobacter sp .였고, 20.0%, Proteus sp . 20.0 %였다. 간에서는 E. coli 70.0 %, Enterobacter sp . 20 .0 %, Proteus sp . 10.0 % 순으로 배양되었다. 문맥정맥혈, 비장과 폐의 경우 E. coli 75.0 %였고, 나머지는 Enterobac- ter sp .였다(Fig 1) .

5 . 장 기 별 세 균 전 위 의 시 간 에 따 른 변 화

출혈성 쇽을 유발시킨 후 시간별로 세균 배양을 하였다.

먼저 24시간(IV 군)에서는 장간막 림프절(80.0%)에서 가장 많이 균이 배양되었고, 그 다음이 문맥정맥혈(50.0%), 간 (30.0 %), 비장(30 .0 %), 폐( 10 .0 %) 순이었다. 48시간(V 군)에 서는 장간막 림프절, 간과 비장은 90.0% 균이 배양되었고, 다음으로 문맥정맥혈 60.0%, 폐 60.0 %에서 균이 배양되었 다. 72시간 (VI 군)에서는 간장 80.0 %, 장간막 림프절 70 .0 %, 비장 70.0 %, 폐 70 .0 %, 문맥정맥혈은 40.0 %에서 균 이 배양되었다. 장기별로 관찰하였을 때 문맥정맥혈, 장간 막 림프절, 간, 비장은 48시간째 균 배양이 가장 많이 되는 경향을 보이다가 72시간째는 감소하는 경향이 있었지만 이 들 사이의 통계학적 의의는 없었다. 그러나 폐에서는 24시 간째에 비해 48시간째와 72시간째 균 배양이 많았다 (p <0.05)(Fig 2) .

6 . 쇽 전 후 의 동 맥 혈 가 스 분 석

출혈을 일으킨 쇽군의 10예에서 쇽 전의 pH는 7.37±

0 .04, 쇽 당시엔 7 .25±0 .03, 48시간 후에는 7 .36±0 .03으로 쇽 상태에서 쇽 전과 쇽 후에 비해 동맥혈의 pH의 감소가 있었으며(p<0.05), 동맥혈 산소 분압은 쇽 전이 9 1.0±0.3 mmHg, 쇽에서 84.0±2.5 mmHg, 48시간째 86.0±0.7 mmHg로 차이가 없었고 이산화탄소 분압도 쇽 전이 43.0±

Fig. 2. Distributions of bacterial translocation according to time in hemorrhagic shock group. There was significantly increased bacterial translocation in lung after 24 hours to hemorrhagic shock(p<0.05). PV, portal vein; MLN, mesenteric lymph node.

Fig. 1. Frequency of indigenous enteric bacteria cultured at each organ. The most common bacterial species were E. coli. PV, portal vein; MLN, mesenteric lymph node.

Table 4 . Identification of Translocated Bacterial Strains Group

Bacteria Shock Sham -shock Escherichia coli

Enterobacter sp . Proteus sp .＊

Pseudomonas sp . Stap hy lococcus sp .

14 8 2 1 0

5 0 0 0 0

＊ 10 cases were mixed cultured.

Sp , species .

Jung, et al. Bacterial Translocation after Experimental Hemorrhagic Shock in Rat 18 3

1.5 mmHg, 쇽일 때는 4 1.0±0 .6 mmHg, 48시간 후는 40 .0

±0.5 mmHg로 차이가 없었다. Bass excess는 쇽 전이 0.2

±0.12 mmol/L, 쇽일 때 -7.6±0.93 mmol/L, 48시간 후 -4.1

±0.22 mmol/L로 쇽 상태에서 쇽 전과 쇽 후에 비해 의미 있는 차이가 있었다(p<0.05)(Table 5).

7 . 쇽 전 후 의 일 반 혈 액 검 사 의 비 교

쇽 전의 평균 백혈구 수는 6,100± 1,300/mm³, 혈색소 12.9±0 .8 g/dL, 혈소판 999 .3± 169 × 10³/mm³였으며, 쇽 후 에는 백혈구 수 5,700± 1,200/mm `, 혈색소 11.8± 1.1 g/dL, 혈소판 996.7± 174 × 10³/mm³으로 쇽 전과 48시간 후와 희 생 직전의 일반 혈액검사에서 10예 중 2예에서 백혈구 증 가증이 관찰되었으나 의미 있는 차이는 없었고, 혈색소 수 치나 혈소판의 수치의 변화도 없었다(Table 6).

8 . 출 혈 성 쇽 전 후 의 장 점 막 의 관 찰

출혈성 쇽 군에서 세균 전위가 관찰되었던 15예 중 5예 를 추출하여 회맹부를 절단하여 장점막의 전자현미경검사 를 시행하였으며 이를 정상 대조군과 비교 관찰하였다. 전 자현미경검사 소견상 출혈성 쇽 군에서 부분적인 장점막 상피세포의 괴사와 세포간 간격(intercellular space)의 확장 이 있었다(Fig 3).

고 찰

소화관 출혈은 응급 내원 환자의 1-2 %를 차지할 정도로 많은 질환이고 상부위장관 출혈로 인한 사망률도 10- 15 % 나 된다.^{13 - 1 8} 특히 다량의 상부위장관 출혈시 혈중 pH가 7.2 이하로 떨어지면 예후가 불량하다고 알려져 있다.¹⁹ 위장관 출혈이나 외상에 의한 출혈이 있은 후 패혈증과 다발성 장 기부전으로 사망하는 경우 패혈증의 원인균은 대부분 그람 음성균이다. 그런데 토착 장내세균 중 그람 음성균에 대한 역할을 알아보기 위하여 백서를 이용한 실험을 시행하였 다. 60분간 출혈성 쇽을 만든 후 48시간 후 각 장기에서 세 균 배양을 시행한 결과 장간막 림프절 75 %, 간 50 %, 비장 20 %, 폐 20 %에서 장내세균의 전위가 관찰되어 출혈성 쇽 이 장내세균 전위를 일으킨다는 것을 확인할 수 있었다. 위 -쇽군의 25 %에서 폐와 간에서 장내세균이 배양되었는데 Table 5 . Comparison of Arterial Blood Gas Analysis in

Shock group

Shock group (n = 10)

Pre-shock On -shock Post-shock pH

PaO² (mmHg) PaCO2 (mmHg) B .E (mm ol/L)

7 .37±0 .04 9 1.0±0 .3 43.0± 1.5 0 .2±0 .12

7 .25±0 .03＊

84 .0±2 .5 4 1.0±0 .7 -7.6±0 .93＊

7 .36±0 .03 86.0±0 .7 40.0±0 .5 -4 .1±0 .22 Mean±SD .

B .E, base excess.

＊ p<0.05 vs. pre-shock and post-shock group.

Fig. 3. Electromicroscopic findings. (A) Cecum in a normal control rat. There are no cellular necrosis, intact intercellular space and tight junction (arrow) are noted (×2,000). (B) Cecum in a rat 48 hours after hemorrhagic shock. There are loss of villi, widening of intercellular space (arrow) and necrotic change (rupture of cell membrane, loss of cell cytoplasm, clump of heterochromatin in nucleus) (×2,000).

Table 6 . Comparison of Complete Blood Counts in Shock Shock group (n = 10)

Pre-shock Post-shock p value WBC (/mm³)

Hemoglobin (g/dL) Platelet(× 10³/mm³)

6, 100± 1,300 12 .9±0.8 999 .3± 169

5,700± 1,200 11.8± 1.1 996.7± 174

NS NS NS Mean±SD .

NS, not stgnificant

18 4 대한소화기학회지: 제37권 제3호 2001

이는 외과적 외상 혹은 혈관 삽관 등에 의한 자극으로 인해 전위된 것으로 판단된다. 또한 정상 대조군과 비교시 통계 학적인 의의는 없었다.

장내세균 전위를 일으키는 기전으로 크게 세 가지가 제 시되고 있다. 첫째는 장내세균군의 변화로서 광범위 항생 제의 사용과 같은 조건에서 장내세균군의 변화를 일으켜 특정 세균의 과증식을 초래하여 세균 전위가 나타나는 경 우이다.^{2 0} 페니실린, 메트로니다졸 등과 같은 편성 혐기성 균에 대한 경구항생제를 백서에 4일간 투여한 실험에서, 맹 장내 편성 혐기성 세균이 1,000배 가량 감소된 반면 Enterobacteriaceae 는 10,000배 증가하였으며 이 균이 장간 막 림프절로 전위됨을 확인한 보고가 있다.^{2 1} 이 때 항생제 의 투여를 중지하였음에도 불구하고 최고 26일까지 계속적 으로 장내세균의 전위가 관찰되어 장내세균의 과다 증식이 장내세균 전위의 중요한 기전 중 하나임을 알 수 있다. 하 지만 출혈성 쇽인 경우 갑작스럽게 장내세균총의 변화가 생기지는 않기 때문에 장내세균 수의 증가에 의해서 생길 가능성은 희박하다 할 수 있다.

둘째는 출혈성 쇽에 의한 장내세균 전위가 장점막의 손 상 혹은 장 투과성의 변화로 초래될 가능성을 들 수 있다.

심한 출혈성 쇽인 경우 저혈류량 상태가 되면 장 내용물의 흡수가 많아지고 또 세포막이 과투과성 상태가 되기 때문 에 장내세균 흡수가 많아질 수 있다. 예를 들면, 출혈성 쇽 모델에서 polyethylene glycol 을 이용한 장 투과성 변화를 관찰한 결과 장 투과성이 증가되어 있었다고 보고하고 있

다.^{2 2 ,2 3} 또한 장내세균의 과증식을 보여주는 실험에서 장점

막의 물리적 손상이 없음에도 불구하고 세균은 장 상피세 포에 의해 세포내 이입되어 장외로 전위되는 것은 장점막 이 손상되거나 혹은 장 투과성의 증가시도 장내세균이 장 방어벽을 통과할 수 있다는 것을 시사한다. Ricinoleic acid ( 12-hydroxy-9-octadecenoic acid)을 백서에 투여시 상부소장 상피세포의 심한 탈락과 동시에 장내세균의 전위가 관찰되 었으며 장상피세포가 재생되는 7일에 이르러 세균 전위가 중지됨을 보고한 바 있다.^{2 4} 출혈로 인한 저혈량성 쇽일 때 부위 관류의 변화와 국소 산소 요구량의 증가로 조직의 산 소 요구량과 공급량 간의 불균형을 초래한다. 쇽 초기에 내 장 혈류는 다른 장기 및 조직에 비해 감소되는데, 혈액 소 생이 이루어진 후에도 혈류 감소가 지속될 수 있어 소화관 점막은 손상을 받기 쉬운 부위로 생각된다.^{2 5} 본 연구에서 도 동맥혈 산소 분압(PaO2)과 이산화 탄소 분압(PaCO2)에 있어서는 대조군과 비교하여 차이가 없었고, 백혈구와 혈 소판 등도 대조군과 차이가 없었지만 pH에 있어서는 쇽 당 시에는 의미 있는 산혈증(acidosis)의 소견을 나타내서 조직 에 저산소증이 있었음을 관찰할 수 있었지만 48시간째는 실험 전 단계로 회복되었다. 이는 향후 소화관 혈류 감소가

어느 정도 지속되는지에 대한 연구와 소화관 혈류 감소와 세균 전위와의 상관관계에 대한 연구가 필요할 것으로 생 각된다.

출혈성 쇽과 같은 저혈량성 쇽 후에 장점막의 손상의 기 전으로 Deitch 등^{2 6}은 쇽 후 내장 혈관의 수축으로 장 허혈 이 일어나게 되고, 이어 부종과 염증이 동반되어 장점막의 투과성이 증가하게 되는 허혈성 손상과 혈류 재관류시에 장점막세포의 ATP에서 hypoxanthine이 생성되고 xanthine oxidase에 의해 세포독성 자유 라디칼이 유도되어 이에 의 해 장점막 손상이 일어난다고 주장하고 있으며 또 이것이 쇽 후 혈류를 개선시켜도 계속적으로 세균전위가 일어나는 이유로 설명하고 있다. 이렇게 저혈량성 쇽이 있었을 때 장 관점막이 손상받으면 손상된 부분을 통해 장내 정상 세균 총이 장점막을 통과하여 장간막 림프절 혹은 기타 다른 기 관으로 전위할 것이라는 가설을 세울 수 있다. 30분간 출 혈성 쇽을 일으킨 후 희생한 백서의 장점막 및 장 투과성의 변화를 관찰한 연구에서 쇽 후 2시간째 회맹부의 점막 상 피세포하 부종(subepithelial edema) 및 장 투과성의 증가를 관찰할 수 있었으며, 전자현미경검사에서 상피세포 사이의 폐쇄 소대(tight junction)의 파괴를 관찰할 수 있었다.^{2 7} 본 실험에서도 출혈성 쇽 후 48시간째 회맹 부위의 전자현미 경 사진상 장점막의 괴사와 동시에 세포간 간격의 확장이 동반된 것을 미루어 보아 장내세균 전위는 장 점막의 손상 과 관계 있을 것으로 생각할 수 있다. 하지만 본 실험에서 는 쇽 후 장내세균 전위가 일어난 군과 정상 대조군만을 대 상으로 비교 관찰하였기 때문에 장점막의 손상과 장 투과 성의 변화가 장내세균 전위와 직접적인 관계가 있는지에 대해서는 더 연구하여야 할 것으로 생각한다.

그 외 장내세균 전위를 일으키는 기전으로는 숙주의 면 역방어기전의 감소가 제안되고 있다. 이는 장내세균이 물 리적으로 장 방어벽을 통과하여 장간막 림프절과 같은 세 망내피계(reticuloendothelial system )에 안착되더라도 상주 해 있는 대식세포에 의해 사멸되면 토착 세균의 배양이 불 가능하기에 숙주의 면역체계가 병인에 중요한 역할을 담당 할 것으로 생각된다. 이는 면역억제제를 복강내 투여한 경 우 토착 장내세균이 장간막 림프절, 간, 비장 등으로 전위 된다는 보고에서 알 수 있다.^{2 8}

장내세균 전위에 있어서 해부학적으로나 시간별 세균의 이동 경로는 아직 명확히 밝혀져 있지 않다. 본 연구에서 출혈성 쇽 후 시간에 따른 장내세균의 전위는 24시간째는 장간막 림프절에서 세균 전위가 많았으며, 이후부터는 폐에 서 의미 있는 세균 전위가 관찰되었고 간장과 비장에서는 세균 전위가 증가는 되었으나 통계학적인 의의는 없었다.

하지만 이렇게 간장과 비장에 세균 전위가 증가되는 것은 본 연구에서 증명하지는 못하였지만 외상 후 24시간이 지난

정성복 외 6인. 백서에서 출혈성 쇽이 장내세균 전위에 미치는 영향 18 5

후에는 helper T세포와 suppressor T세포의 비가 역전하고 옵소닌(opsonin)의 감소와 세망내피계의 역할이 억제되는 등의 숙주의 면역방어기전의 감소 때문으로 추정된다.^{2 9 - 3 1} 한편 폐의 세균 전위는 48시간째부터 많이 일어났는데 이는 첫 24시간까지는 장간막 림프절이나 간 등과 같은 세망 내 피계와 혈액 속의 면역체계에 의해 균을 어느 정도 제거하 였지만 시간이 지남에 따라 균과 내독소 등을 제거할 수 없 어 폐에서 균이 많이 전위된 것으로 추측된다.

요 약

목 적 : 출혈성 쇽에서 장내세균 전위를 규명코자 백서를 이용한 실험적 출혈성 쇽 모델을 만들어 일정 기간 동안 출 혈성 쇽을 야기한 군과 비교군 간에 패혈증 및 장내세균 전 위 유무와 시간에 따른 장내세균 전위 양상을 관찰하였다.

대 상 및 방 법 : 출혈성 쇽을 일으킨 군 20예(I 군)와 출혈 시 키지 않은 채 대퇴동맥 삽관만 시행한 위-쇽군 20예(II 군) 와 아무것도 시행하지 않은 정상 대조군 15예( III 군)로 나 누어 실험하였다. 또 출혈성 쇽군에서 시간에 따른 세균 전 위의 양상을 관찰하기 위해 쇽 후 24시간째(IV 군), 48시간 째(V 군), 72시간째(VI 군) 각각 10예에서 문맥정맥혈, 장 간막 림프절, 간, 비장, 폐조직의 세균 배양을 시행하였으며 쇽 전후의 혈액학적 변화를 보기 위하여 동맥혈 가스 분석 과 일반 혈액검사를 시행하였다. 결 과 : I 군 20예 중 15예 (75 .0 %)에서 장내세균이 배양되었고(p <0 .05), II 군에서는 20예 중 5예(25.0 %)에서 배양되었으며 III 군에서는 세균이 배양되지 않았다. I 군의 20예 중 장기별 세균 전위의 분포 를 보면 장간막 림프절에서 15예(75.0%)로 가장 많이 배양 되었으며, 간에서 10예(50.0 %), 비장에서 4예(20.0 %), 폐에 서 4예(20.0%), 문맥정맥혈에서 4예(20.0 %)이었다. 한편 장내세균 전위 중 가장 많이 동정된 균은 E. coli였고 다음 이 Enterobacter sp., Proteus sp ., Pseudomonas sp . 순이었 다. 시간별 장내세균의 전위 양상을 보면 문맥정맥혈, 장 간막 림프절, 간, 비장은 48시간에서 세균 전위가 많이 일 어나는 경향을 보이다가 72시간째부터는 감소하는 경향이 있었지만 이들 사이의 통계학적 의의는 없었다. 하지만 폐 에서는 24시간째에 비해 48시간째와 72시간째에 의의 있게 세균 전위가 많았다(p<0.05). 출혈성 쇽 상태에서 동맥혈의 pH는 감소되었지만 동맥혈 산소 분압의 변화는 없었으며 일정 시간이 지나 장내세균이 타장기로 전위가 이루어져도 혈색소, 혈소판의 감소나 백혈구증가증은 관찰되지 않았다.

출혈성 쇽군에서 15예 중 5예를 추출하여 회맹부를 절단하 여 장 점막의 전자현미경 검사를 시행하였다. 전자현미경 소견상 장점막 상피세포의 괴사와 세포간 간격(intercellular space)이 확장되어 있었다. 결 론 : 출혈성 쇽이 발생하면 혈

액과 장간막 림프절, 간, 비장, 폐 조직으로의 장내세균 전 위가 의미 있게 증가하는 것을 알 수 있었다.

색 인 단 어 : 장내세균 전위, 출혈성 쇽, 백서

참 고 문 헌

1. Carrico CJ, Meakins JL, Marshall JC, Fry D, Maier RV.

Multi-organ failure syndrome. Arch Surg 1986; 12 1:196-208.

2. Goris JA, Boekhorst TPA, Nuytinck JKS, Gimbrere JSF.

Multi-organ failure. Arch Surg 1985; 120:1109- 1115.

3. Shires GT, Dineen P. Sepsis following burns, trauma, and intra-abdominal infections. Arch Intern Med 1982; 142:

20 12-2022.

4. Masci JR, Nicholas P, Jayamanne DS, Berger HW.

Pulmonary complications of AIDS. N Engl J Med 1984;

3 11:1182- 1183.

5. Walker WE, Kapelanski DP, Weiland AP, Stewart JD, Duke JH Jr . Patterns of infection and mortality in thoracic trauma. Ann Surg 1985;20 1:752-757.

6. Garrison RN, Fry DE, Berberich S, Polk HC Jr . Entero- coccal bacteremia: clinical implications and determinants of death . Ann Surg 1982; 196:43-47.

7. Wells CL, Rotstein OD, Pruett TL. Intestinal bacteria translocate into experimantal intra-abdominal absceses. Arch Surg 1986; 12 1:102- 107.

8. Wolochow H, Hildelbrand GJ, Lammanna C. Translocation of microorganism across the intestinal wall of the rats:

Effect of microbial size and concentration. J Infect Dis 1966; 116:523-530.

9. Berg RD, Garlington AW. Translocation of certain indigenous bacteria form the gastrointestinal tract to the mesenteric lymph nodes and other in gnobiotic mouse mode. Infect Immun 1979;23:402-407.

10. Eaves-Pyles T, Alexander JW Rapid and prolonged impair- ment of gut barrier function after thermal injury in mice.

Shock 1998;9:95-100.

11. MacFie J. Enteral versus parenteral nutrition: the signifi- cance of bacterial translocation and gut-barrier function . Nutrition 2000; 16:606-6 11.

12. Horgan AF, Stuart RC, O' Shaughnessy EM, Cryan B, Kirwan WO. Bacterial translocation during peroperative colonic lavage of the obstructed rat colon. Br J Surg 1994;81:1796-1798.

13. 김현정, 이삼범, 도병수, 김태년, 정문관. 상부 위장관 출혈의 원인의 변화 양상. 대한응급의학회지 1999;10:227-24 1.

18 6 The Korean Journal of Gastroenterology: Vol. 37, No. 3, 2001

14. 최종화, 박진호, 양창헌, 김태년, 정문관, 이현우. 상부 위장관 출혈의 임상적 고찰. 대한소화기학회지 1992;24:1224-1232.

15. 박우찬, 이종서, 김웅국, 장석균, 이재학, 주상용. 상부 위장관 출혈에 대한 임상적 고찰. 대한소화기병학회지 1992;24:

726-735.

16. 양석균, 임용철, 윤병철 등. 상부 위장관 출혈의 원인별 임상 상과 예후인자. 대한소화기병학회지 1989;2 1:830-84 1.

17. 김경국, 김선회, 김진복. 상부 위장관 출혈의 임상적 관찰. 대 한소화기병학회지 1986;18:435-448.

18. 서영도, 조몽, 심원보, 양웅석, 허윤. 출혈위궤양의 임상적 관 찰. 대한소화기병학회지 1985;17:87-92.

19. Vladec BC, Bassin R, Kark AE, Shoemaker WC. Rapid and slow hemorrhage in man. II, Sequential acid-base and oxygen transport responses. Ann Surg 197 1; 173:33 1-336.

20. Berg RD. Translocation of microbes from the intestinal tract. In : Tannock G, ed. Medical importance of the normal microflora. London : Chapman & Hall, 1998:338-370.

2 1. Berg RD. Promotion of the translocation of enteric bacteria from the gastrointestinal tracts of mice by oral treatment with penicillin, clindamycin, or metronidazole. Infect Immun 198 1;33:854-86 1.

22. Rush BF Jr, Kraven T, Ghuman SS. Hemorrhagic shock and hepatic cell membrane permeability. Surgery 198 1;90:

489-492.

23. Ameno H, Tani T, Hanasawa K, Kodama M. New method for the detection of bacterial translocation using intestinal permeability with polyethylene glycol 4000. Eur Surg Res 2000;32:23-29.

24. Morehouse JL, Specian RD, Stewart JJ, Berg RD. Trans- location of indigenous bacteria from the gastrointestinal

tract of mice after oral ricinoleic acid treatment. Gastro- enterology 1986;9 1:673-82.

25. Scalia S, Burton H, Van Wylen D, et al. Persistent arteriolar constriction in microcirculation of the terminal ileum following moderate hemorrhagic hypovolemia and volume restoration. J Trauma 1990;30:7 13-7 18.

26. Deitch EA, Bridges W, Ma L, Berg R, Specian RD, Granger DN. Hemorrhagic shock-induced bacterial translocation : the role of neutrophils and hydroxyl radicals.

J Trauma 1990;30:942-952.

27. Deitch EA, Morrison J, Berg R, Specian RD. Effect of hemorrhagic shock on bacterial translocation, intestinal morphology, and intestinal permeability in conventional and antibiotic-decontaminated rats. Crit Care Med 1990; 18:

529-536.

28. Berg RD. Bacterial translocation from the gastrointestinal tract of mice receiving immunosuppressive chemothera- peutic agents. Curr Microbiol 1983;8:285-292.

29. Christou NV, McLean AP, Meakins JL. Host defense in blunt trauma: interrelationships of kinetics of anergy and depressed neutrophil function, nutritional status, and sepsis.

J Trauma 1980;20:833-84 1.

30. Saba TM, Blumenstock FA, Scovill WA, Bernard H.

Cryoprecipitate reversal of opsonic alpha2-surface binding glycoprotein deficiency in septic surgical and trauma patients. Science 1978;20 1:622-624.

31. Sori AJ, Rush BF Jr, Lysz TW, Smith S, Machiedo GW.

The gut as source of sepsis after hemorrhagic shock. Am J Surg 1988; 155:187- 192.