강아지의 후두화학반사에 대한 실험적 연구

Abstract

[한글]

성문상부의 점막을 화학적 혹은 기계적으로 자극하거나 상후두신경(superior-laryngeal nerve)을 직접 전기 자극할 때에는 성문폐쇄(glottic closure)를 일으키는 후두내전반사(laryngeal adductor reflex response, LAR)와 아울러 후두화학반사(laryngeal chemo-reflex, LCR)가 일어나며 후두화학반사의 영향으로 중추성 무호홉과 혈류역학적 변화 및 연하작용(swallowing) 등이 야기된다. 이와 같이 정상적으로는 하기도의 방어기능을 담당하는 후두반사가 과민한 반응을 보이는 경우에는 급성영아사망증후군(sudden infant death syndrome) 등과 같은 여러 질환들이 발생할 수 있다. 후두화학반사에 의한 무호흡 및 심혈류 변화 등의 반응은 출생 후 성숙과정에서 변이가 일어난다고 보고된 바 있으며 특히 출생 직후의 어린 동물에서 더욱 민감하게 나타나는 것으로 알려져 있다. 또한 혈중 산소포화도 및 화학적인 자극을 일으키는 자극물질의종류에 따라서도 반응에 차이가 있는 것으로 보고되고 있다. 후두의 반사반응에 대한 연구에는 그 구조 및 생리가 사람의 후두와 가장 유사한 개를 이용하는 것이 가장 합리적인 것으로 되어 있으므로 개를 이용하여 실험을 하면 그 결과는 독창성 있고 사람에의 적용 가능성이 많은 연구가 될 것으로 생각된다.

연구자는 생후 2주, 4주, 및 6주의 미성숙 잡견 총 14마리(각 4마리, 5마리,5마리)를 대상으로 후두 성문상부를 여러 가기 자극물질을 변화시키면서 후두화학반사 반응을 측정해보고 그 결과를 비교 검토해 봄으로써 나이에 따른 강아지 후두화학반사의 변화를 보고자 본 연구를 시행하여 다음과 같은 결과를 얻었다.

1. 생리식염수, 증류수 및 우유로 자극한 경우에는 나이에 관계없이 호흡, 심박동수 및 후두근육의 변화는 관찰되지 않았으며, 산도 1.0의 강산으로 자극한 경우에만 변화를 관찰할 수 있었다.

2. 강산으로 자극한 후 일정기간 동안 다양한 정도의 호흡억제 현상이 나타나며 그후에는 호흡이 증가하는 양상을 보였으며, 갑상피열근의 경우에는 자극 후 일정기간의 잠복기를 거친 후 후두경련이나 과도한 수축을 관찰할 수 있었다.

3. 호흡 변화를 살펴보면 생후 2주의 경우에는 전례에서 호흡억제가 없거나 아주 짧은 시간 후 과호흡으로 이행하였고, 생후 4주의 경우에는 무호흡이 4례, 호흡억제가 5례였으며 호흡이 억제되는 기간은 평균 8.1±1.4초였다. 또한 생후 6주의 경우에는 무호홉이 3

례, 호흡억제가 7례, 호흡이 억제되는 기간은 평균 9.2±1.1초였다. 호흡이 억제되고 난 뒤에 호흡이 증가되는 양상을 보이며 이때의 호흡수의 변화를 강산 자극 전과 비교 관찰한 결과 강아지의 나이에 관계없이 통계적으로 의미있게 증가하였다.

4. 심박동수의 경우에는 강산 자극 전보다 자극 후가 전반적으로 느려지는 양상을 보이나 통계적으로 의미를 보이지는 않았다.

5. 저자들이 관찰한 바에 의하면 갑상피열근의 수축은 크게 3가지의 양상(Ⅰ형, Ⅱ형, Ⅲ형)을 보였다. Ⅰ형은 육안적으로 후두경련 현상이 없으면서 근전도상 갑상피열근의 과도한 수축현상만 보이며, Ⅱ형은 육안적으로 후두경련은 없지만 근전도상 후두경련에서와

같은 큰 진폭을 가진 갑상피열근의 수축이 생기다가 그 뒤를 이어 강산 자극 전보다 큰 진폭을 가진 갑상피열근 수축현상을 보이며, Ⅲ형은 육안적 및 근전도상 후두경련이 나타나면서 연속적으로 갑상피열근의 과도한 수축이 동반되었다. 나이에 따른 갑상피열근의

수축양상을 살펴보면 생후 2주의 경우에는 Ⅰ형은 5례,Ⅱ형은 3례, Ⅲ형은 0례였으며, 생후 4주의 경우에는 각각 2례, 6례, 1례였고, 생후 6주의 경우에는 각각 0례, 2례, 8례였다. 이는 후두경련이 생후 2주에는 관찰되지 않았고 생후 4주부터 관찰되었으며 4주보다는 6주에 있어 그 빈도가 높았음을 보여주는 것이다.

6. 갑상피열근 수축 시 진폭의 변화를 살펴보면 생후 2주의 경우에는 강산 자극전의 최대-최소 진폭차(Peak to Peak amplitude difference)가 125.0±43.6 mＶ였으나 자극 후 과도한 근육수축이 3례에서만 일어나 2160.0±511.0 mＶ로 증가되었다. 생후 4주의 경우

에는 자극 전 75.6± 15.8 mＶ였으나 자극 후 과도한 수축 및 후두경련 기간동안 1285.7±795.0 mＶ로 증가되었다. 생후 6주의 경우에는 자극 전 74.4±13.3 mＶ였으나 자극 후 과도한 수축 및 후두경련 기간 동안 1030.0±667.1 mＶ로 증가되었다. 자극 전보다 자극 후의 갑상피열근 수축의 진폭이 통계적으로 의미있게 증가됨을 알 수 있었다.

이상과 같은 결과로 볼 때, 강아지에서 상후두신경의 지배를 받는 성문상부의 점막을 화학적으로 자극한 경우, pH 1.0의 강산으로 자극 시에만 후두경련 현상, 무호흡 및 호흡억제 현상, 서맥 등의 현상이 일어났으며 생후 2주보다는 생후 4주 및 6주에서 상기 반응이 더욱 민감하게 나타났다. 이것으로 강아지에서의 후두화학반사는2주 이내의 아주 어린 시기에는 나타나지 않다가 그후에 출현하기 시작하는 출생 후 나이에 따른 반응임을 알 수 있었으며, 이러한 결과 출생 후 신경의 성숙과정이 후두반사에 어느 정도로 관여함을 알 수 있는 기초 자료가 되리라 생각된다.

[영문]

Laryngeal reflexes play an important role in respiratory control and pulmonar y protection from aspiration. Mechanical or chemical stimulation of the supraglottic mucosa or direct elec-trical stimulation of the superior laryngeal nerve(SLN) may result in either or both of two responses: the laryngeal adductor reflex response (LAR) causes glottic closure, or the second response, the laryngeal chemoreflex (LCR), results in centrally mediated apnea, hemo-dynamic instability, and swallowing. Exaggeration of this normally protective reflexes is thought to be responsible for several disorders, including the sudden infant death

syndrome(SIDS).

Susceptibility to the profound effects of the LCR is related to the age of the animal, the stimulating substances and hypoxic state. Data have been collected that show the LCR reponse is exaggerated during a critical period of postnatal development in several experimental animals other than puppies. This investigation of the LCR in puppies was undertaken to determine the age-related difference of the susceptibility to the stimulation. The supraglottic laryngeal mucosa was topically

stimulated by saline, distilled water, cow's milk and acid at pH 1.0 in 14 anesthetized puppies divided into three age groups. In group Ⅰ, four puppies were 2-weeks-of-age, and in group Ⅱ and Ⅲ each five puppies were 4-weeks and 6-weeks-of-age.

The results of our experiment are as follows;

1. Normal saline, distilled water, or cow's milk had no influence on the respiration, heart rate, or the laryngeal muscle contraction. However, strong acid (pH 1.0) induced the LCR response.

2. After stimulating the la교ngeal mucosa with acid, respiration was depressed initially, followed by later hyperventilation. We fecund strong contraction or laryngospasm of thyroarytenoid muscle after a short period of latency.

3. Respiration was not, or minimally depressed in group Ⅰ. Moderate depression or apnea was elicited in group Ⅱ and Ⅲ. The average durations of apnea were 8.1 ± 1.4 seconds in group Ⅱ and 9.2± 1.1 seconds in group Ⅲ.

4. After stimulating the laryngeal mucosa with acid, the heart rate was reduced, but it had no statistical meaning.

5. We found 3 types of thyroarytenoid (TA) muscle contraction pattern (type Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ). Type I showed no laryngospasm, but some strong contraction was noted by EMG. Type Ⅱ showed no laryngospasm, but strong contraction was noted initially and

followed by some large waves by EMG. Type Ⅲ showed laryngospasm that was visible to the naked eye and by EMG. Laryngospasm was not noted in the 2-weeks-of-age group, but we noted it in1 case of the 4-weeks- of-age group and in 8 cases of the 6-weeks-of-age group.

6. Peak to peak amplitude differences of TA muscle were significantly increased statistically in all age groups.

We found the LCR response (laryngospasm, apnea, respiratory depression and bradycardia)in puppies only after stimulating the laryngeal mucosa with acid (pH 1.0), and it was easily achieved in the 4 and 6-weeks-of-age groups than in the 2-weeks. These findings suggest that the LCR is an age-dependent response which is absent in very young puppies before 2 weeks and appears after that age.

Thus, it has important implications that postnatal neural maturation may inf1uence laryngeal reflex to some extent.