Key Words: Fasting status, Timing of sample collection, Helicobacter pylori, 13C-Urea Breath Test

대한소화기학회지 2000;35:546 - 553

No. 99-230 금식 여부 및 측정 시간에 따른 13C- 요소호기검사 결과의 평가

고려대학교 의과대학 내과학교실, 소화기연구소, 동국대학교 의과대학 내과학교실*

이 구*・전훈재・진윤태・이성준・이홍식・송치욱 엄순호・이상우・최재현・김창덕・류호상・현진해

A Me t h o d o l o g i c An a l y s i s o f 13C-U r e a B r e a t h Te s t R e s u l t s a c c o r d i n g t o F a s t i n g S t a t u s a n d Te s t D u r a t i o n

Goo Le e , M.D.*, Hoon J ai Chu n, M.D., Yoon Tae J e e n, M.D., Sung J oon Le e , M.D., H o n g S i k L e e , M .D ., C h i Wo o k S o n g , M .D ., S o o n H o U m , M .D .,

Sang Woo Le e , M.D., J ai Hyu n Ch oi, M.D., Chang Du ck Kim, M.D., H o S a n g R y u , M.D. a n d J i n Ha i Hy u n , M.D.

Department of Internal Medicine, Institute of Digestive Diseases and Nutrition, Korea University College of Medicine, Seoul; Department of Internal Medicine*,

Dongguk University College of Medicine, Kyungju, Korea

Background/Aims: This study was designed to evaluate whether the result of 13C-urea breath test (UBT)

Twenty-five volunteers were enrolled in this study. Their results were concordant in histology and standard (fasting) UBT for the diagnosis of Helicobacter pylori (H. pylori) infection. Standard UBT was performed after 4-hour-fasting and nonfasting UBT was performed within 1 hour after each meal for the same subjects at one week interval. The breath samples were collected just before and at 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 50, and 60 minutes after test meal (HelikitTM) and analyzed by isotope ratio mass spectrometer. H. pylori infection was defined as Δ13CO2 at 30 minutes was over 4%. Results: Of 25 volunteers, 13 were infected by H. pylori. Diagnosis of H. pylori the case in which infection was completely concordant in both standard and nonfasting states. In H. pylori infected group, Δ13CO2 was significantly decreased in nonfasting state than standard state, and the mean Δ13CO2 of both states was the highest at 20 minutes after test meal. Ten minutes were sufficient to obtain ΔCO2 for diagnosis of H. pylori infection. Conclusions: The diagnosis of H. pylori infection is not affected by whether UBT using 75 mg of 13C-urea containing HelikitTM is performed in nonfasting state or its test duration is shortened. (Kor J Gastroenterol 2000;35:546 - 553)

Key Words: Fasting status, Timing of sample collection, Helicobacter pylori, 13C-Urea Breath Test

접수: 1999년 11월 22일, 승인: 2000년 3월 19일

연락처: 현진해, 136-705, 서울시 성북구 안암동 5가 126-1, 고려대학교 안암병원 소화기내과 Tel: (02) 920-5565, Fax: (02) 953-1943

이 구 외 11인. 금식여부 및 측정시간에 따른 13C-요소호기검사 결과의 평가 547

서 론

Helicobacter pylori (H. pylori) 감염이 상부위장 관질환의 중요한 원인으로 부각되면서 다양한 H.

pylori 감염의 진단법들이 개발되었다. 이러한 진단 법들은 크게 내시경 생검을 필요로 하는 침습적인 진단법과 내시경을 필요로 하지 않는 비침습적 진 단법으로 대별된다. 그 중 1987년 Graham 등1이 고 안한 13C-요소호기검사(13C-UBT)는 H. pylori가 가 지고 있는 강력한 요소분해효소 활성을 이용하여 H. pylori의 유무를 비침습적으로 진단하는 검사법 이다.2,3 13C-UBT는 간편하여 다양한 연령층에서 반 복 검사가 수월하며 민감도와 특이도가 높고 제균 후의 효과 판정에도 그 유용성이 인정되고 있다.4-6 그러나 13C의 측정에는 특수한 기기가 필요하고 검 사 비용이 고가이며 호기중 13CO2의 배출에 영향을 미치는 인자 즉, 금식의 유무, 13C-요소를 포함하는 시험식의 종류 및 호기 채취 시간 등의 복잡한 절차 가 단점으로 지적되고 있다.2 따라서 이러한 문제점 을 개선하려는 방법론적 연구 결과, 4시간 이상의 금식과 13C-요소 투여 후 30분 호기를 채취하는 것 이 현재 일반적인 검사 방법이다.7,8

금식의 목적은 음식물 속에 있을 수 있는 요소의 영향을 제거하고 13C-요소가 전체 위점막에 고루 분 포되게 함으로써 H. pylori에 감염된 위점막과의 접 촉을 용이하게 하는 것으로 알려져 있다.9 그러나 실제로 공복 상태가 반드시 필요한지는 최근까지도 논란이 되고 있고 금식 상태가 이 검사에 미치는 영 향에 대한 평가는 아직 정립되지 않았다.9-11 또한 호 기 채취 시간은 13C-요소의 양, 시험식의 종류, 분석 기기 및 검사 방법 등에 따라 다소 차이가 있어 채 취시간 변경에 따른 연구 결과도 보고자에 따라 다 르다.2,12-16

이에 저자들은 최근 국내에 도입되어 그 유용성 이 보고5,6된 시험식 헬리키트(HelikitTM)와 동위원소 비 질량분광계(isotope-ratio mass spectrometer)를 이 용하여 동일인에서 공복시와 비공복시 시간 경과에 따른 13C-UBT를 시행하여 검사에 대한 금식의 영향 과 적절한 호기 채취 시간을 평가하고자 본 연구를

시행하였다.

대상 및 방법

1. 대 상

총 26명(남자 17명, 여자 9명)의 자원자를 대상으 로 하였으며 이들의 평균 연령은 39.1세(19-65세)였 다. 자원자 중 검사 전 4주 이내에 H2 수용체 차단 제, 제산제, 프로톤 펌프 억제제, 항생제, 비스무스 제제, 비스테로이드성 소염진통제 등을 투여받은 경 험이 있거나 임신부는 대상에서 제외하였다.

2. H . p y lori 감염의 판정

모든 자원자들에게 상부위장관 내시경검사를 시 행하였고 전정부 및 위체부 중간 부위의 소만과 대 만에서 2개씩 총 4개의 생검을 한 뒤 hematoxylin- eosin염색과 Wright-Giemsa염색을 하여 판독하였다.

H. pylori 감염 상태의 판정은 조직검사와 공복시 13C-UBT의 결과가 일치하는 경우로 하였고 양쪽의 결과가 상이한 경우는 제외하였다.

3. 13C - UB T 1) 공복시 13C- U B T

검사 전 하룻밤 금식한 후 13C-UBT를 시행하였 다. 시험식 투여 전 시험관에 호기를 채취하고 13C- 요소 75 mg과 구연산 750 mg, 구연산 나트륨 220 mg, 만니톨 3,925 mg 및 감미료 등을 함유하고 있 는 시험식(HelikitTM, Isotechnica Inc., Canada)을 생 수 75 ml에 녹여 복용시켰다. 투여 후 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 50, 60분 호기를 채취하였고, 검체의 분석은 동위원소비 질량분광계(GC-IRMS AP2003, Analytical Precision Ltd., UK)를 이용하여 각각의 호기 샘플에서 13CO2/12CO2를 산출하고 13C-요소 투 여 전과 후의 13CO2의 증가율, 즉 Δ13CO2를 다음과 같은 공식으로 구하였다.

Δ13CO2(‰)=[(13CO2/12CO2)T-(13CO2/12CO2)B]×10 00/(13CO2/12CO2)STD

T : 13C 표지화합물 투여 30분 후의 호기 B : 13C 표지화합물 투여 전의 호기

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STD : 표준가스[Pee Dee Belemnite limestone]

H. pylori 감염 양성은 30분 Δ13CO2가 4%o 이상 으로 판정하였다. 대상자들은 검사 결과에 따라 감 염군과 비감염군으로 분류하였다.

2) 비공복시 13C- UB T

동일인에서 공복 및 비공복시 13C-UBT는 1주일 간격을 두고 시행하였다. 비공복시에는 점심 식사 후 검사를 시행하였고 정상적인 식사를 권유하였으 며 식사에 특별한 제한을 두지는 않았다. 식사시 담 배, 술 및 후식 등은 허용하지 않았고 식후 30분에 서 1시간 이내에 검사를 시행하였다. 호기 채취 시 간, 검체의 분석, H. pylori 감염의 판정 및 검사 결 과에 따른 감염군과 비감염군의 분류는 공복시 13C-UBT와 동일하게 하였다.

4. 통 계

모든 측정 수치는 평균±표준편차로 표시하였고 통계는 PC SAS (version 6.12)를 이용하여 p값이 0.05 미만을 통계학적으로 유의하다고 판정하였다.

결 과

1. H . p y lori 감염의 판정

공복시 13C-UBT와 조직검사를 비교하였을 때, 대 상자 26명 중 1명은 13C-UBT는 감염 양성, 조직검 사는 음성으로 결과가 상이하여 제외하였고 나머지 25명에서 H. pylori 감염 양성은 13명(남자 10, 여자 3)으로 52%이었고 음성은 12명이었다.

2. 30분 Δ13CO2 1) 공복시 13C- U B T

H. pylori 감염군에서 30분 Δ13CO2는 34.7±18.

7‰, H. pylori 비감염군에서 30분 Δ13CO2는 0.4±

0.3‰ 이었다.

2) 비공복시 13C- UB T

H. pylori 감염군에서 30분 Δ13CO2는 25.5±11.

9‰로 공복시에 비해 통계적으로 유의하게 낮았다 (p<0.01). 그러나 30분 Δ13CO2에 의한 감염 판정은 표준검사(공복시 13C-UBT와 조직검사)와 일치하였

Fig. 1. Δ13CO2 at fasting and nonfasting states in each volunteer with H. pylori infected group. Changes of Δ13CO2 at 30 minutes in 13 volunteers infected with H.

pylori who had 13C-UBTs performed after an overnight fast and repeated on next week within 1 hour after a square meal. Thick parallel line means cut-off value.

Lee, et al. The Influence of Fasting and Test Duration on 13C-Urea Breath Test 549

다(Fig. 1). H. pylori 비감염군에서 30분 Δ13CO2는 0.6±0.5‰로 공복시 13C-UBT와 통계적으로 의미 있는 차이는 없었으며 표준검사와 감염 판정도 일 치하였다(Fig. 2). 결과적으로 자원자 개개인의 H.

pylori 감염 여부의 판정은 공복시와 비공복시 모두 일치하여 위양성이나 위음성을 보인 예는 없었다.

Fig. 2. Δ13CO2 at fasting and nonfasting states in each volunteer with H. pylori noninfected group. Changes of Δ13CO2 at 30 minutes in 12 volunteers not infected with H. pylori under the same conditions of those infected with H. pylori. Thick parallel line means cut-off value. NS: nonsignificant.

Fig. 3. Time-sequential changes of Δ13CO2 after test meal ingestion in fasting 13C-UBT. In H.

pylori infected group, Δ13CO2 is the highest at 20 min. and since then the values decrease as time passes. Datas shown are mean±SD. (+): infected group, (-): noninfected group.

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3. 호기 채취 시간에 따른 Δ13CO2의 변화 1) 공복시 13C- U B T

공복시 13C-UBT에서 H. pylori 감염군의 평균 Δ 13CO2는 20분 측정치가 49.2±36.9‰로 가장 높았으 며 20분 이후부터는 점차 감소하였다. H. pylori 비 감염군에서는 시간 경과에 따른 Δ13CO2의 의미 있 는 변화는 없었으며 위양성을 보이는 경우는 없었 다(Fig. 3). 감염군 중 한 명이 5분 측정치에서 위음 성을 보였으나 10분 이후의 측정 시간대에서는 H.

pylori 양성으로 판정되었다.

2) 비공복시 13C- UB T

H. pylori 양성군의 평균Δ13CO2는 20분 측정치가 가장 높았고 20분 이후부터는 표준 13C-UBT에 비해 Δ13CO2가 일정하게 유지되는 추세를 보였다. H.

pylori 비감염군의 Δ13CO2 변화는 표준 13C-UBT 의 경우와 유사하였다. 두 군 모두 위양성이나 위음성을 보이는 경우는 없었다(Fig. 4). 공복시와 비공복시 13C-UBT 모두 60분까지 감염 판정이 가능하였다.

고 찰

13C-UBT의 원리는, 금식 후 경구로 섭취한 13C- 요소가 위내 H. pylori의 요소분해효소에 의해 암모 니아와 13CO2로 분해되고 13CO2는 혈중으로 흡수된 후 폐를 통하여 호기시에 배출되는데, 이때 호기 중 13CO2 농도를 측정하는 것이다.1 그러므로 13C-UBT 시행시 동위원소가 결합된 요소화합물과 호기 중 13C 농도 측정을 위한 분석기기 등이 필요하며 진단 에 필요한 최소한의 13C-요소량, 시험식의 종류, 시 간과 횟수에 따른 적절한 호기 채취 방법 및 금식 여부 등, 검사 조건의 보다 단순하고 정확한 설정이 편리한 검사를 위해 중요하다.2

농도 측정을 위한 13C-요소 농축화합물의 제작에 는 고도의 기술과 많은 비용이 들고, 특히 13CO2는 호기중 CO2의 1% 정도밖에 존재하지 않기 때문에 높은 검출감도를 얻기 위해서는 정밀한 동위원소비 질량분석기가 필요하므로 검사시 소요되는 13C-요소 의 양과 그 측정에 소요되는 경비가 13C-UBT의 중 요한 문제점이다.2 본 연구에서 사용한 헬리키트에 는 13C-요소 75 mg 및 시험식으로 구연산 750 mg 등이 포함되어 있고 구연산은 위배출시간을 지연시 Fig. 4. Time-sequential changes of Δ13CO2 after test meal ingestion in nonfasting 13C-UBT. In H. pylori infected group, change of Δ13CO2 after 20 min. is relatively constant. Datas shown are mean±SD. (+):

infected group, (-): noninfected group.

이 구 외 11인. 금식여부 및 측정시간에 따른 13C-요소호기검사 결과의 평가 551

켜 복용한 13C-요소와 H. pylori의 요소분해효소와의 반응을 원활히 해 주며, 요소분해효소를 가지고 있 는 구강내 세균의 영향을 최소화한다.12,13 요소호기 검사 초기에는 5 mg/kg의 고용량 13C-요소와 20%

포도당중합체를 사용하였으나1 그 후 150 mg의 13C- 요소와 지방식인 Ensure 를 사용하거나,4 125 mg의 13C-요소와 지방식으로 반탈지분유와 Calogen 등 을 사용하여 민감도 92%, 특이도 100%의 성적을 보였다.14 특히 75 mg의 저용량 13C-요소와 구연산 을 사용하여 높은 민감도와 특이도를 유지할 수 있 다는 연구9와 구연산과 Ensure , Calogen 등의 지 방식 등을 비교하여 구연산이 비용이나 호기 채취 시간을 경감시키며 높은 진단율을 보인다는 보고가 있다.13 그러나 이와 같은 연구에서는 13C-요소를 복 용하기 전에 시험식을 따로 복용시켜야 하는 번거 로운 점이 있었으나 헬리키트는 13C-요소의 양을 경 감시켰고, 13C-요소와 구연산을 함께 배합하여 환자 가 한 번에 복용할 수 있어 편리하다. 이 검사 방법의 민감도는 94%, 특이도는 100%로 보고되고 있어4-6 헬리키트를 이용하는 것이 현재 일반적인 추세이다.

공복시와 비공복시 13C-UBT를 비교하였을 때, 감 염 판정에 이용되는 30분 Δ13CO2는 H. pylori 감염 군에서 비공복시가 공복시보다 유의하게 낮았다.

13C-요소 75 mg과 구연산을 사용한 다른 연구에서 도 비공복시의 Δ13CO2가 낮은 결과를 보였다.9 30 분 Δ13CO2가 낮게 나타나는 이유는 아직 정립되지 않았으나 시험식의 위배출 지연효과가 저하되며, 위 내용물이 시험식과 H. pylori에 감염된 점막 표면의 접촉을 방해하여 공복시보다 낮게 측정된다고 한 다.8,17 또한 H. pylori 비감염군에서는 공복시와 비 공복시 Δ13CO2의 의미 있는 차이는 없었고 비감염 군 중 4명에서는 Δ13CO2가 비공복시에 공복시보다 증가하였다. 이는 식사에 포함되어 있는 13C-요소의 영향이라 하며9,14 C4 식물(사탕수수, 옥수수 등)에 는 13C-요소가 많이 함유되어 있기 때문에 비공복시 에 위양성 20%, 위음성 10%를 보여 공복이 필요하 다는 보고도 있다.9 본 연구에서는 비공복시에 술, 담배를 제외한 한국인의 보통 식사를 제한 없이 허 용하면서 13C-UBT를 시행한 결과, 비감염군의 Δ 13CO2 증가 정도는 미미하여 유의한 차이가 없었고

오히려 감소하는 예가 더 많았다. 불편한 시험식의 투여 및 식사를 제한한 연구들10-12이 있었으나 본 연구에서 헬리키트를 사용하여 시험식의 투여를 보 다 단순화했고 식사에 별다른 제한을 두지 않았음 에도 감염 판정에는 영향을 미치지 않았다.

호기 채취 시간은 초기에 13C-요소 투여 후 60분 이 경과해야 된다고 하였으나1 현재 30분에 채취하 는 것이 일반적이다.7,8 본 연구에서 시간에 따른 Δ 13CO2의 변화를 5-10분 간격으로 관찰한 결과 평균 Δ13CO2는 감염군에서 공복시와 비공복시 모두 20 분 측정치가 가장 높았으며 비감염군에서 공복시와 비공복시의 Δ13CO2는 시간대에 따라 유의한 차이 가 없이 거의 일정한 수준을 보였다. 감염군에서 5 분대에 한 예가 위음성을 보였을 뿐 그 외의 시간대 와 비감염군에서의 전 시간대에서 공복시, 비공복시 모두 감염 판정은 일치하였다. 시험식으로 우유를 사용한 보고에서는 공복시와 비공복시의 Δ13CO2를 15분 간격으로 2시간까지 측정하였으나 Δ13CO2는 두 군간에 유의한 차이를 보이지 않았다.18 호기 채 취시간의 단축을 위해서는 구강내 요소분해효소 생 성균의 영향을 고려해야 하는데, 요소호기검사시 이 균으로 인한 위양성의 가능성이 있어 이를 배제하 기 위해 13C-요소 섭취 후 30분 정도의 시간이 필요 하다는 보고가 있으며2,7 구강 요소분해효소의 작용 이 시험식 섭취 후 첫 10분 내에 가장 크게 나타난 다고 하였다.16,19 또한 이런 영향을 배제하기 위해 시험식으로 구연산을 사용하는 경우도 있으며 구연 산을 사용하지 않은 연구에서는 요소 복용 후 구강 세정을 실시하였다.15,16 본 연구는 구강 세정 없이 실시하였으며 첫 10분 동안 위양성을 보인 경우는 없었다. 이는 헬리키트에 포함된 구연산의 효과로 생각되나 구강 요소분해효소의 영향을 보기 위해 구강 세정의 효과에 대해 더 자세한 연구가 필요하 리라 생각된다. 125 mg의 13C-요소를 사용하여 호기 시간을 20분으로 단축시켜도 민감도 96% 특이도 100%로 보고20한 것과 비교해 볼 때 공복시, 비공복 시 모두 20분 이하로 단축해도 감염 진단이 가능하 리라 생각된다.

결론적으로 본 연구에서는 75 mg의 저용량 13C- 요소와 구연산이 포함되어 있는 헬리키트를 사용하

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면서 정상적인 식사를 허용하고, 호기 채취 시간을 기존의 30분보다 단축시켜도 감염 판정에 영향을 받지 않았다. 그러나 25명의 제한된 자원자들을 상 대로 하였기 때문에 좀 더 많은 인원을 대상으로 우 리 나라 검사 방법의 표준화를 위한 다기관 연구가 필요할 것으로 생각되며, 또한 감염군에서 비공복 시 Δ13CO2가 의미 있게 감소하므로 제균요법 후에 는 위음성이 발생할 가능성이 있어 금식이 필요하 리라 생각된다. 최근 Δ13CO2의 임상적 의의에 대해 Δ13CO2가 위내 H. pylori의 밀도 및 만성 위염의 활 성도와 관련성이 있다는 보고21와 제균요법 전 Δ 13CO2와 제균 성공 여부와의 관련성이 있다는 연구 등22이 있다. 이로 미루어 볼 때 감염 판정 이외에 정확한 Δ13CO2의 측정치를 얻어야 할 경우에는 금 식이 필요하리라 예상되며 이에 대한 임상적 연구 가 추후 시행되어야 할 것으로 생각된다.

요 약

목적: 13C-요소호기검사시 금식 여부 및 호기 채 취 시간에 따른 결과의 평가를 위해 동일인에서 표 준(공복시)과 비공복시 시간 경과에 따른 13C-UBT 를 실시하여 그 결과를 분석하였다. 대상 및 방법:

대상은 자원자 중 Helicobacter pylori (H. pylori) 감 염판정에서 조직검사와 공복시 13C-UBT 결과가 일 치했던 25명으로 하였다. 13C-UBT시 13C-요소 75 mg과 구연산이 포함된 시험식(헬리키트) 투여 직전 및 투여 후 일정한 시간 경과에 따라 호기를 채취하 였다. 각각의 호기 샘플에서 동위원소비 질량분광계 를 이용, Δ13CO2를 측정하였고 H. pylori 감염 양성 은 30분 호기 Δ13CO2가 4% 이상으로 하였다. 결 과: H. pylori 감염군은 13명이었고 30분 Δ13CO2는 감염군에서 비공복시가 공복시보다 유의하게 낮았 다. 비감염군은 공복시와 비공복시 사이에 Δ13CO2 의 유의한 차이는 없었다. 감염군 및 비감염군 모두 공복시와 비공복시 감염 판정은 일치하였다. 시간대 별 분석에서 평균 Δ13CO2는 감염군에서 공복시와 비공복시 모두 20분에 가장 높았고 비감염군에서는 공복시와 비공복시 모두 시간의 경과에 따른 평균 Δ13CO2는 일정한 추세를 보였다. 또한 호기 채취

시간을 단축시켜도 감염 판정에는 영향을 미치지 않았다. 결론: 13C-UBT시 헬리키트를 이용하여 비 공복시에 시행하거나 호기 채취 시간을 단축하여도 감염 진단이 가능하리라 생각된다.

색인단어: 공복, 호기 채취 시간, Helicobacter pylori, 13C-요소호기검사

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