정상인과 음성질환자의 호흡의 동적 기능 및 호흡-발성의 협응 기능 평가

Abstract

[한글]정상적인 소리 산출은 호흡 기관과 후두 기관 간의 빠르고 정확한 협응과 상호작용을 거친다. 음성질환자가 보이는 불완전한 성문폐쇄나 성대진동의 불규칙성은 음성 산출에 있어서 호흡 기관과 후두 기관 간의 효율적인 호기류의 사용에 방해를 받게 된다. 따라서 호흡과 발성은 구분되어 평가하기 보다는 협응 관계를 파악하는 것이 무엇보다 중요하다. 현재 임상에서 사용되는 대부분의 기기에 의한 호흡 및 음성 평가들은 정량적 수치를 제공하나 이러한 측정치들은 호흡 또는 발성에 대한 각각의 정보만 제공하며, 그 결과를 어떻게 치료에 적용할 것인지에 대한 직접적인 정보를 제공해 주지 못하는 한계가 있다. 따라서, 본 연구에서는 정상적인 발성 중에 호흡의 신호를 측정할 수 있으며, 발성 시 공명, 조음기관에 영향을 주지 않고 호흡과 성문 및 발성의 기능을 동시에 평가할 수 있는 음성, 성문 및 호흡 통합검사장치를 이용하여 정상 성인 집단 55명, 성문의 불완전한 폐쇄를 보이는 양성성대질환자 20명 및 성대마비환자 15명을 포함한 총 90명을 대상으로 /아/모음연장발성 시 호흡의 동적인 기능과 호흡의 패턴을 비교하였다. 또한 발성 시 타이밍과 관련하여, 호흡-발성 간 시간적 조절 관계 기능 및 발성 시 호기 소모에 따른 발성 개시 1초 후, 중간, 발성 종료 1초 전의 성대진동패턴과 음향학적 특징을 비교하였고, 호흡 &#8228; 발성 기능에 대한 동시적 평가 결과를 비교하였다. 그 결과는 다음과 같다.1. 호흡의 동적 기능은 정상군과 음성질환군에서 흡기와 호기 시 흉곽의 두드러진 움직임이 관찰되었으며, 모든 집단에서 복부에 비해 흉식 호흡의 비율이 더 높았다. 호흡의 패턴은 정상군과 양성성대질환군, 성대마비군에서 모두 흉식 호흡의 비율이 가장 높았다. 그러나, 성대마비군은 상대적으로 정상군이나 양성성대질환군에 비해 흉식 호흡의 비율이 높았으며, 정상군은 복식 호흡의 비율이 높았고, 양성성대질환군은 모순된 역행(paradoxical)의 호흡이 높은 경향을 보였으나, 성별과 연령을 통제한 상태에서 호흡 패턴은 집단 간에 유의한 차이를 보이지 않았다(p > .05). 호흡의 동적 기능 중 최대흡기량과 흡기 시 전체 폐활량에 대한 흉식 호흡의 비율은 성대마비군이 가장 높았으나, 통계적으로 유의한 차이는 없었다(p > .05). 또한, 최대호기량은 성대마비군에서 가장 낮았으나 통계적으로 유의한 차이는 없었으며(p > .05), 호기 시 전체 폐활량에 대한 흉식 호홉의 비율은 성대마비군에서 통계적으로 가장 유의하게 높았다(p < .05).2. 후두와 흉벽 움직임 조절은 집단 간 차이를 보였으며, 흉곽, 복부, 후두 간 조절 시간은 조절 움직임 시간부터 발성 개시 전까지의 기간을 측정하였다. 정상군의 복부 조절시간은 평균 2.0초, 흉곽 조절시간은 평균 1.8초로 복부 움직임이 흉곽 움직임보다 선행하였다. 양성성대질환군과 성대마비군의 복부 조절 시간은 각각 평균 1.5초, 1.5초이었고, 흉곽 조절 시간은 각각 1.7초, 평균 2.5초였다. 정상군과 달리 두 음성질환군에서는 흉곽움직임이 복부 움직임보다 선행하였으며 특히, 성대마비군에서는 이른 흉곽움직임과 가장 늦은 복부움직임을 보였다.3. 호흡-발성 간 시간적 협응 관계를 살펴보기 위하여, 집단 간 흡기가 최대치에 도달할 때까지의 시간, 호기부터 발성 시작 전까지의 시간 및 최대연장발성지속시간을 측정하였다. 흡기 최대치에 도달할 때까지의 기간은 정상군은 평균 1.4초, 양성성대질환군은 평균 1.9초, 성대마비군은 평균 2.0초로 정상군에서 유의하게 짧았으며 성대마비군에서 유의하게 길게 나타났다(p < .001). 또한, 호기부터 발성 시작 전까지의 시간은 정상군은 0.6초, 양성성대질환군 0.2초, 성대마비군은 1.8초로 성대마비군이 통계적으로 유의하게 가장 길었다(p < .001). 최대연장발성지속시간은 정상군은 18.8초, 양성성대질환군 12.6초, 성대마비군 7.1초로 정상군에서 통계적으로 유의하게 가장 길었고, 성대마비군에서 가장 짧았다(p < .001).4. 발성 개시 1초 후, 발성 중간, 발성 종료 1초 전의 성문폐쇄율, 성문접촉속도율, 주기간 주파수 변동률, 주기간 진폭 변동률 및 잡음 대 배음비를 측정하였다.그 결과 호기류가 소모되는 동안, 정상군과 양성성대질환군에서는 성문폐쇄율이 점점 증가하는 경향을 보였으나, 성대마비군에서는 발성중간지점까지는 증가하다가 발성 종료 1초 전 지점에서는 감소하였다. 성문접촉속도율은 호기가 소모됨에 따라 모든 집단에서 감소하는 경향을 보였으며, 주기간 주파수 변동률 및 주기간 진폭 변동률은 점점 증가하였으나, 잡음 대 배음비는 감소하는 경향을 보였다. 5. 호흡 &#8228; 발성 기능에 대한 동시적 평가 결과, 성대마비군은 정상군에 비해 음향학적 측정치인 주기간 주파수 변동률, 주기간 진폭 변,잡음 대 배음 비와 호흡과 발성 간의 시간적 조절 관계 중 호기부터 발성 시작 전까지의 시간, 최대연장발성지속시간 및 호흡의 동적 기능 중 호기 시 복식호흡의 비율, 성대진동패턴인 성문폐쇄율, 성문접촉속도율에서 두드러진 차이를 보였다. 또한 호흡과 발성 시작 간의 시간적 조절 관계 중 후두와 흉벽 간의 전체 조절 시간과 후두와 흉벽 간의 조절 시간 및 흡기 최대치에 도달할 때가지의 시간은 정상군과 양성성대질환군에 비해 길었다. 한편, 양성성대질환군은 정상군에 비해 음향학적 측정치인 주기간 주파수 변동률, 주기간 진폭 변동률, 잡음 대 배음비가 가장 큰 차이를 보였으나, 호기 시 흉식 및 복식 호흡의 비율은 정상군과 유사한 패턴을 보였고, 흡기 최대치에 도달할 때까지의 시간은 정상군에 비해 길었으며 최대연장발성지속시간은 짧았다. 이와 같이 음성질환자의 비정상적인 후두와 흉벽 움직임 조절 패턴 및 호흡-발성 간 서로 다른 시간적 조절 관계는 불충분한 후두 밸브 기능을 보상하기 위하여 초래되는 것임을 시사해 주었다. 결론적으로 말 산출 하부 기제인 호흡과 발성 기관은 서로 상호작용하는 패턴을 보였으며, 하나의 기능이 비정상적이거나 불충분할 때 다른 말 산출 기제에 영향을 주는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 음성 평가 시에 이러한 상호 작용 기제를 동시에 평가하는 것이 바람직하며, 음성 질환의 발생 기전 및 보상 패턴을 이해하고 이를 치료에 적용하는데 매우 유용하리라 사료된다.

[영문]Normal voice is produced by rapid and precise coordination and interrelationship between respiratory and laryngeal structures. Patients with dysphonia show incomplete glottal closure and irregular vocal folds vibration, which interrupt the airflow for efficient voice production. Therefore, clinicians should evaluate the coordination evaluation of respiratory function and phonatory function during assessing the patients with voice problem. Currently used clinical instruments in the clinical setting provide quantitative data of respiratory and phonatory function separately. Further, those give the limited historical, etiologic, and evaluative information that can be utilized for effective voice therapy. Therefore, this study aimed to evaluate kinematic breathing, Electroglottography(EGG), and acoustic analysis simultaneously to obtain the information regarding the coordination of respiration and phonation in two dysphonic groups with 20 benign voice disorder(8 vocal nodules, 2 Reinke's edemas, 10 vocal polyps) and 15 unilateral vocal fold palsy (UVFP) as well as 55 normal control group using a integrated analysis system of respiration, EGG, and voice. Dynamic breathing function and pattern as well as timing relationship between chest wall movement and larynx control during /a/sustained vowel phonation were evaluated among these groups.The results revealed that the rib cage movements were observed predominantly in both normal and dysphonic groups. In respiration pattern, rib cage respiration was relatively observed in UVFP group much more than other groups and paradoxical respiration pattern in benign voice disorders group much more but there is no significantly different. Thus it can conclude that respiration patterns were similar in three groups. However, relative inspiratory lung volume excursion in %VC(p = .48), relative volume contribution of the rib cage in inspiration(p = .07) were not significantly different but expiration(p = .02) were significanatly different. Those in UFVP group were higher than two other groups. Relative expiratory lung volume excursion was not statistically significant(p = .14), however, UVFP group had lower value of it than two other groups.Chest wall movement and laryngeal control were also different among the groups. In normal group, rib cage, abdominal and laryngeal adjustment times(ATs) were measured from the onset of adjustment to the moment of phonatory onset showed that mean abdominal AT was 2.0sec(SD = 1.3), whereas the corresponding mean rib cage AT was 1.8sec(SD = 0.9), which means the abdomen adjustment preceded the rib cage movement before the phonatory onset in normal group. On the contrary, in benign voice disorders group and UVFP group, mean abdominal ATs were 1.5sec(SD =1.1)and 1.5sec(SD = 1.6)respectively as well as mean rib cage ATs were 1.7sec(SD = 0.8), 2.5sec(SD = 1.1), respectively. It represents that rib cage adjustment preceded the movement of the abdomen adjustment in benign voice disorder group and UVFP group. Particularly, UVFP group demonstrated the earliest rib cage adjustment and the latest abdomen adjustment among three groups.Maximum inspiratory time(MIT), time between inspiration initiation and the moment of maximum inspiration, time between expiratory initiation time and phonation onset time(EPT), and Maximum phonation time(MPT) were measured from the combined abdomen and rib cage channel. The mean MIT was significantly different among the three groups(p < .001). The mean MIT was 1.4sec(SD = 0.5) in normal group, 1.9sec(SD = 0.8)in benign voice disorders group, and 2.0sec(SD = 0.8)in UVFP group in that order.The mean EPT was also significantly different(p < .001). UVFP group had the longest EPT with 1.8 sec(SD = 1.0). EPT in normal group and in benign voice disorders group were 0.6(SD = 0.5)and 0.2(SD = 0.7), respectively. Further, three group demonstrated significant different mean MPTs. The mean MPT was 18.8sec(SD = 5.4)in normal group, 12.6sec(SD = 3.3)in benign voice disorders group, and 7.1sec(SD = 3.4) in UVFP. The mean MPT was 18.79sec(SD = 5.41) in normal, 12.63sec(SD = 3.25)in benign voice disorder, 7.09sec(SD = 3.40)in UVFP. Thus MPT was significantly longest in normal subjects and shortest in UVFP(p <.001).During phonation, Closed Quotient(CQ) and Speed Quotient(SQ) from EGG and jitter, shimmer and NHR at 1sec point after phonation onset, midpoint of phonation and 1sec point before phonation offset from acoustic analysis were obtained. As airflow rate passing through the glottis decreased, CQ increased in normal and benign vioce disorders groups. However, in UVFP group, CQ increased from 1 sec point after phonation to midpoint of phonation whereas CQ decreased at 1 sec point after phonation offset. SQ and NHR decreased, but jitter and shimmer increased from phonation onset to offset in all groups.These results suggested that insufficient laryngeal valving function in patients with dysphonia contributes to the abnormal control of chest wall and larynx as well to the different timing regulation between respiration and phonation. It can be that respiration and phonation interact each other and abnormal function in any subsystem during voice production affects another. Thus it is necessary to evaluate respiratoroy mechanism, phonatory mechanism, and the interactive mechanism of two simultaneously. That will give the insight to understand the underlying etiology and compensatory pattern of dysphonia, which helps clinician apply to voice therapy.