소음과 Kanamycin이 내이 유모세포에 미치는 형태학적 연구

Abstract

[한글]

소음 및 이중독성 각종 항생제가 내이 유모세포에 미치는 영향에 관한 병리조직학적인

연구는 1951년 전자현미경이 이과영역에 이용되고(Lim, 1969) 그후 Engstrem 등(1966)에

의해서 표면처치법(surface preparation technic)이 개발되어 급격한 발전을 보여 유모세

포들의 와우각내 회전부위별 양적인 손실도나 수상성의 상관관계 및 전자현미경적 미세구

조의 변화를 더욱 자세하게 밝힘으르써 오늘날에는 그들의 내이손상기전에 대해서 많은

연구결과가 발표되게 되었다. 이에 저자는 소음과 이중독성 항생제의 하나인 kanamycin에

따른 지금까지의 내이손상 지견을 바탕으로 해서 증가일로에 있는 오늘날의 소음환경하

에서 kanamycin을 비롯한 이중독성 약물의 투여가 더욱 극심한 내이손상을 유발할 것으로

사려되어 이와같은 소음과 kanamycin의 병합투여가 내이유모세포의 병변에 어떻게 영향

하는지를 실험적으로 관찰코자 본 연구를 실시하였다.

실험재료 및 방법

실험동물로는 체중 200gm 내외의 음향성자극이나 이중독성약물에 노출된 바 없는 이개

반응(Preyer reflex)이 양성인 건강한 몰못트 32마리를 사용하여 이를 정상대조군, 단독

처치군, 병합처치군으로 크게 나누어 정상대조군은 생리식염수를 투여한 제 1군을, 단독

처치군은 90dB의 소음을 노출시킨 제 2군과 kanamycin을 체중 kg당 15mg, 50mg, 100mg씩

을 각각 투여한 제 3, 제 4, 제 5군으로 그리고 병합처치군은 90dB 소음과 kanamycin을

체중 kg당 15mg, 50mg, 100mg씩을 각각 병합투여한 제 6, 제 7, 제 8군으로 선정하여 각

군마다 4마리씩의 몰못트를 사용하였다. 소음의 강도는 車(1975)가 발표한 방직공장내부

의 평균기계 소음치인 90dB로 하였고 실험동물에게는 하루 6시간씩 소음을 계속적으로 노

출시켰으며 실험약제의 투여는 C회사 제품인 kanamycin sulfate를 각군별로 일정량을 매

일 1회씩 대회부에 근육주사하였다. 또 실험 시작후 도살시기까지 이개반응검사로 청각의

변동을 관찰하였며 도살시기는 각군을 2군으로 나누어서 각각 실험시작 제 3주말과 제 6

주말에 도살하였다

도살방법으로는 에텔 마취하에 실험동물의 측두골내의 와우각을 적출하여 3% glutarald

ehyde 용액으로 처리한 후 1% cacodylate buffer 용액으로 세척하고 1% osmium 용액에 1

∼2시간 고정한 다음 일측 와우각은 35%, 50%, 70% 에타놀(ethanol)로 탈수한 후 70% 에

타놀내에서 수술현미경하에 해부를 실시하여 표면처치법으로 위상차현미경을 사용하여 유

모세포의 양적인 손실도를 관찰하였으며 타측와우각은 35%, 50%, 70%, 95%, 100% 에타놀

에 탈수시켜 Epon 812에 포매하여 block을 만든 후 Spoendlin 및 Brun(1974)의 표면절편

법(surface block technic)에 의해서 Hitachi HU-11E형 전자현미경으로 유모세포를 관찰

하였다.

실험성적 및 결론

소음과 kanamycin의 단독 또는 병합처치가 내이유모세포에 미치는 영향에 관한 일련의

실험을 통해서 다음과 같은 결론을 얻었다.

1. 90dB의 소음단독노출군에서는 주로 기저회전의 외유모세포에서 가장 심한 손상을 받

으며 첨단회전으로 갈수록 병변이 경미하였으나 내유모세포의 손상은 발견할 수 없었다.

2. Kanamycin 단독처치군에서는 전회전의 외유모세포에서 손상이 있었으며 특히 기저회

전에서 심하였으나 내유모세포의 병변은 첨단회전 부위에서 관찰되었다.

3. 단독처치군에 있어서는 유모세포는 실험 제 3주까지는 거의 병변이 관찰되지 않았으

나 병합처치군에서는 실험 제 3주군에서도 이미 유모세포의 병변을 볼 수 있었으며 이개

반응검사에 있어서도 대다수 예에서 음성이었다.

4. 병합처치군에서는 실험 제 3주에서 벌써 전회전에 걸친 외유모세포의 손상을 보였으

며 제 3회전 및 첨단회전에서 내유모세포의 팽윤 및 의곡이 관찰되었는데 이러한 병변은

같은 양상으로 실험 제 6주에서 더욱 심하였다.

5. 전자현미경소견에 있어서 소음단독노출군에서는 사립체의 변성 및 증식과 소포체의

확장이 주로 관찰되었으며 kanamycin 단독처치군에서는 위의 소견 외에도 lysosome과 세

포질내의 소포 및 공포의 출현을 볼 수 있었고 그 정도는 kanamycin의 투여량이 증가함에

따라서 더욱 심하였다.

6. 병합처치군에서는 미세구조의 변화가 더욱 극심하여 위의 단독처치군에서 보는 소견

외에도 소포체의 확장이 더욱 뚜렷하여 소보체 주위에도 많은 공포가 형성되고 세포질내

의 공포도 증가하였으며 결국에는 소피판의 변형과 아울러 감각모의 소실이 초래되어 유

모세포는 현저히 변성된 것으로 관찰되었다.

이상과 같은 소견들은 소음환경하에서의 항생제 투여는 단독투여보다 내이유모세포에

더욱 심한 병변을 초래하는 것을 입증한 것으로 사려된다.

[영문]

Exposure to intense noise or large dosages of ototoxic antibiotic drags are known

to cause hair cell damage in the organ of Corti. This has been studied both

clinically and in animal experiments, (Dayal 1971) and it has been established that

the sensory cell and subsequent neural degeneration are the main histologic

findings. (Lim 1976)

The nature of the ototoxic effect of various antibiotic drugs has been

investigated since Hinshaw and Feldman (1945) described the ototokicity of

dihydrostrepomycin and since Hamberger and Hyden (1945), the ototoxic effect of

noise has also been described.

Although the mechanism of insult is different between noise and antibiotic

ototoxicity, the end result in both is sensory cell degeneration and subsequent

sensorineural hearing loss. The changes in submicroscopic structures of sensory

cells as a end result include proliferation and vacuolization of endoplamic

reticulum, swelling of mitochondria, fusion of the sensory hairs, softening of the

cuticular plate, excessive cuticle formation, and lysosomes at the top portion of

the cell (Lim and Melnick 1975, Lim 1976).

These findings would imply that the high energy yielding enzyme systems are

rendered inoperative in these cells, resulting in cell degeneration.

With this knowledge about the alteration of fine structures of sensory cells, the

present geries of experiments was designed to assess the combined effect of noise

and kanamycin to the hair cells of Corti's organ morphologically, postulating that

kanamycin injection of long duration would bring about more severe sensory cell

damage under an environment of machinery noise as a combined effect than that in a

quiet environment.

Materials and Metheds

As experimental animals, the author used 32 healthy guinea pigs, around 200gm,

which had not been exposed to noise and ototoxic drugs, and then the experimental

animals were divided into 8 groups as follows.

Normal Control Group

Group 1…………Saline injection…………………………………………4 guinea pigs

Single Treated Group

Group 2…………90 dB noise exposure……………………………………4 guinea pigs

Group 3…………Kanamycin 15 mg/kg injection…………………………4 guinea pigs

Group 4…………Kanamycin 50 mg/kg injection…………………………4 guinea pigs

Group 5…………Kanamycin 100 mg/kg injection……………………… 4 guinea pigs

Dobule Treated Group

Group 6…………90 dB noise and kanamycin 15 mg/kg injection……4 guinea pigs

Group 7…………90 dB noise and kanamycin 50 mg/kg injection……4 guinea pigs

Group 8…………90 dB noise and kanamycin 10 mg/kg injection……4 guinea pigs

The intensity of noise (90 dB) was applicable to the average machinery noise of a

textile factory (Cha, 1975) and the animals were exposed during 6 hours every day.

Kanamycin was injected intramuscularly once every day and the animals were

checked weekly for the Preyer reflex to observe the change of hearing. Two animals

in each group were sacorificed three weeks after beginning the experiment, the

remaining two animals six week later.

The obtained cochlea was fixed directly with 3% glutaraldehyde solution, and

washed with 1% cacodylate buffer solution, and then fixed again with 1% osmium

tetraoxide phosphate buffer solution.

Following fixation, one side of the cochlea was dehydrated in 35%, 50%, and 70%

ethanol. This specimen was dissected in 70% ethanol for a surface preparation

technic. The author observed the hair call surface under a phase contrast

microscope (A/O Series 10 phase micros-cope).

Simultancously, the other side of the cochlea was dehydrated in graded ethanol

and embedded in Epon 812 for electron microscopic examination of hair cells by

surface block technic(Spoendlin and Brun, 1974).

Results and Conclusions

1. Sensory cell degeneration in the noise only treated group was frequently

observed in the outer hair cells of the basal turn and was observed less often in

the apical turn. Inner hair cells were relatively undamaged in all cochear turns.

2. Sensory cell degeneration in the kanamycin only treated group was frequently

observed in apical turn, damage of the inner hair cells was observed.

3. In single treated 3 week experimental groups, sensory cell degeneration was

almost not observed. However sensory cell degeneration of the double treated groups

in the same period was marked and the Preyer reflex was also almost negative.

4. Sensory cell degeneration in the double treated 3 week experimental groups was

already observed in the outer hair cells of all cochlear turns. Swelling and

distortion of the sensory cells was also observed in the inner hair cell in the

third and apical turns.

Sensory cell degeneration in the double treated 6 week experimental groups was

more severe but with the same type of damage.

5. The electron microscopic examinations revealed mild proliferation and

degeneration of mitochondria, and proliferation of the endoplasmic reticulum in the

noise only treated group. In the kanamycin toxic ear, the author observed not only

above the mentioned findings but also vesicles, vacuoles in the cytoplasm, and

appearance of lysosomes. The degree of severity in alteration of fine structures

was in proportion to the injected amount of kanamycin.

6. In the double treated group, the alteration of fine structures of the hair

cells was extremely severe. The electron microscopic examination revealed marked

dilation and vacuolization of the endoplasmic reticulum, vacuole filled cytoplasm,

a deformed cuticular plate and the loss of the sensory hairs.

In summing up the above results, when antibiotic drugs ware used under a noisy

environment, the author confirmed that the sensory cell degeneration appeared more

severely from the combined effects than that with the single treatment.