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문제 정의
- 이를 바탕으로 정량적인 분석을 시행하였다. 이들 중 통계적으로 유의한 변화를 보이는 지표를 탐색하여, 이를 바탕으로 과호흡의 질을 평가할 수 있는 기초 자료로 제시하고자 하였다.
제안 방법
- 5~3 Hz), 세타(4~7 Hz), 알파(8~13 Hz), 베타(14~30 Hz)의 4개 구간별로 적분 값을 이용해 강도를 구하고, 전체 주파수 영역의 강도에 대한 각 대역의 상대 파워 (relative power)를 산출하였다. Whole cranial 파워는 4개 채널에서 수집한 뇌파 파워를 합하여 평균을 낸 값을 채택하였으며, frontal 파워와 parietal 파워는 각각 전두부와 두정부의 전극값을 바탕으로 결과를 얻었다.
- 결합 조직이나 골막을 긁어내어 두개골을 노출시켜 70% 에탄올로 닦아 깨끗하게 한 뒤, 전두골과 두정골에 좌우 하나씩 지름 1 mm의 구멍을 드릴로 뚫었다. 각 구멍에 동물 측정 목적으로 특수 제작된 두께 1 mm의 전극(LAXTHA Inc., Korea)을 위치시켰다. 참조 전극은 후두골에 동일한 크기의 구멍을 뚫어 위치시켰다.
- 마취 된 쥐를 바로 눕힌 뒤, 두피를 2% Lidocaine-HCl (Huons, Korea)으로 국소마취하여 십자형으로 절개하였다. 결합 조직이나 골막을 긁어내어 두개골을 노출시켜 70% 에탄올로 닦아 깨끗하게 한 뒤, 전두골과 두정골에 좌우 하나씩 지름 1 mm의 구멍을 드릴로 뚫었다. 각 구멍에 동물 측정 목적으로 특수 제작된 두께 1 mm의 전극(LAXTHA Inc.
- 기본 환기 량은 tidal volume 2 ml, respiratory rate 80 회/min을 기준으로 계산하여, 환기량(ventilation volume) 160 ml/min을 대조군(CONT)으로 설정하였다[9]. 과호흡은 기본 환기량보다 50% 증가된 환기량 240 ml/min (V240)과 기본 환기량보다 약90% 증가된 300 ml/min (V300) 으로 유도하여 뇌파를 측정하였다. 각 그룹별 실험조건 및 진행은 Table 1과 같다.
- 쥐의 두개부에 전극을 설치한 상태에서 10분 동안 뇌파를 측정하였다. 다음, 기관을 절개하여 외경 2.29 mm, 내경 1.27 mm의 소구경 튜빙 (Microbore Tubing, TYGON2) S-54-HL, SAINT-GOBAIN, U.S.A.)을 삽입하고 인공 호흡 장치 (Rodent Ventilator, Harvard Apparatus, U.S.A.) 를 기관에 설치하였다. 한편, 기관 삽입술이 뇌파에 미치는 영향을 살펴보기 위하여 10분 동안 뇌파를 측정하였다.
- 따라서 본 연구에서는 흰 쥐에게 인공적인 과호흡을 적용하여 과호흡 전, 과호흡 도중, 그리고 과호흡 후의 뇌파를 측정하고 이를 바탕으로 정량적인 분석을 시행하였다. 이들 중 통계적으로 유의한 변화를 보이는 지표를 탐색하여, 이를 바탕으로 과호흡의 질을 평가할 수 있는 기초 자료로 제시하고자 하였다.
- 전두부 뇌파만 유의한 변화로 관찰되는 것은 fMRI를 이용한 타 연구결과에 따르면, 과호흡 중에 변화하는 pCO2 변화에 전두엽 이 가장 민감하여 뇌파의 변화를 유의하게 반영하는 것으로 생각된다[28]. 따라서 전두부 파형을 대상으로 각 그룹별로 변화 양상을 살펴보았다. CONT 그룹과 V240 그룹에서 뇌파의 변동을 각각 paired t-test로 비교하여 본 결과, 유의한 변화가 관찰되지 않았다.
- ) 을 사용하여 마취하였다. 마취 된 쥐를 바로 눕힌 뒤, 두피를 2% Lidocaine-HCl (Huons, Korea)으로 국소마취하여 십자형으로 절개하였다. 결합 조직이나 골막을 긁어내어 두개골을 노출시켜 70% 에탄올로 닦아 깨끗하게 한 뒤, 전두골과 두정골에 좌우 하나씩 지름 1 mm의 구멍을 드릴로 뚫었다.
- 사용하였다. 사육 환경은 온도 23℃, 습도 55%, 12시간의 명암주기가 유지되도록 하였으며, 일반 쥐사료와 물을 자유롭게 섭취하도록 하였다. 각 군에 6마리씩 총3군으로 하여 실험하였다.
- 폐는 흉강을 절개하기 전기도를 통하여 10% 포르말린을 주입하여 관류고정을 하였으며, 폐와 기관을 한꺼번에 적출하여 하루 이상 포르말린에 담가 고정하여 파라핀 블록을 제작한 후 Hematoxylin & Eosin 염색을 실시하였다. 이후 형광을 사용하지 않은 이미지분석형광현미 경(Axioskope2 Plus, Carl Zeiss, Germany) 으로 폐포와 미세조직에 물리적인 손상이 있는 지를 검경하였다.
- 인공적인 과호흡이 폐에 물리적인 손상을 초래하는지 알아보기 위해 각 그룹에서 한 마리씩, 그리고 인공적인 과호흡을 전혀 시 행하지 않은 쥐 한 마리(reference)를 택하여 총 4마리의 폐조직 슬라이드를 제작하였다. 폐는 흉강을 절개하기 전기도를 통하여 10% 포르말린을 주입하여 관류고정을 하였으며, 폐와 기관을 한꺼번에 적출하여 하루 이상 포르말린에 담가 고정하여 파라핀 블록을 제작한 후 Hematoxylin & Eosin 염색을 실시하였다.
- 참조 전극은 후두골에 동일한 크기의 구멍을 뚫어 위치시켰다. 접지 전극은 갈고리 바늘 형태로 우측 대퇴부에 꽂아서 측정하였다.
- 쥐의 두개부에 전극을 설치한 상태에서 10분 동안 뇌파를 측정하였다. 다음, 기관을 절개하여 외경 2.
- 5로 설정하였다. 측정된 뇌파는 Fast Fourier Transformation 을 통해 주파수 별 성분 분석으로 전환한 뒤, 델타(0.5~3 Hz), 세타(4~7 Hz), 알파(8~13 Hz), 베타(14~30 Hz)의 4개 구간별로 적분 값을 이용해 강도를 구하고, 전체 주파수 영역의 강도에 대한 각 대역의 상대 파워 (relative power)를 산출하였다. Whole cranial 파워는 4개 채널에서 수집한 뇌파 파워를 합하여 평균을 낸 값을 채택하였으며, frontal 파워와 parietal 파워는 각각 전두부와 두정부의 전극값을 바탕으로 결과를 얻었다.
- 폐조직 슬라이드를 제작하였다. 폐는 흉강을 절개하기 전기도를 통하여 10% 포르말린을 주입하여 관류고정을 하였으며, 폐와 기관을 한꺼번에 적출하여 하루 이상 포르말린에 담가 고정하여 파라핀 블록을 제작한 후 Hematoxylin & Eosin 염색을 실시하였다. 이후 형광을 사용하지 않은 이미지분석형광현미 경(Axioskope2 Plus, Carl Zeiss, Germany) 으로 폐포와 미세조직에 물리적인 손상이 있는 지를 검경하였다.
- ) 를 기관에 설치하였다. 한편, 기관 삽입술이 뇌파에 미치는 영향을 살펴보기 위하여 10분 동안 뇌파를 측정하였다. 기본 환기 량은 tidal volume 2 ml, respiratory rate 80 회/min을 기준으로 계산하여, 환기량(ventilation volume) 160 ml/min을 대조군(CONT)으로 설정하였다[9].
대상 데이터
- 6주령 수컷 Sprague-Dawley 쥐를 구입하여(Hyochang Science, Daegu, Korea), 1주일간 사육 환경에서 적응한 뒤 7주령에 사용하였다. 사육 환경은 온도 23℃, 습도 55%, 12시간의 명암주기가 유지되도록 하였으며, 일반 쥐사료와 물을 자유롭게 섭취하도록 하였다.
- 사육 환경은 온도 23℃, 습도 55%, 12시간의 명암주기가 유지되도록 하였으며, 일반 쥐사료와 물을 자유롭게 섭취하도록 하였다. 각 군에 6마리씩 총3군으로 하여 실험하였다. 동물 실험은 인제대학교 동물실험윤리위원회의 윤리 규정을 준수하여 실험을 하였다.
- 뇌파는 단채널 EEG system (LXE3208, LAXTHA Inc. Korea)으로 신호를 수집하였다. 신호는 0.
- 쥐 의 체중을 측정하고 Urethane (i.p. inj. 1.5 g/kg, Sigma-Aldrich, U.S.A.) 을 사용하여 마취하였다. 마취 된 쥐를 바로 눕힌 뒤, 두피를 2% Lidocaine-HCl (Huons, Korea)으로 국소마취하여 십자형으로 절개하였다.
데이터처리
- 1A와 비교하여 과호흡 중에 낮은 주파수 대역의 파인 델타가 4개 채널에 걸쳐서 증가한다는 사실을 확인 할 수 있었다. 과호흡 시에 주로 어떤 지표가 유의한 변화를 보이는지 각 그룹간의 차이를 one way ANOVA test로 분석하였다. 두정부의 파워는 실험군 간에 유의적인 차이가 없었다(Table 4).
- 총 18마리의 결과 데이터는 mean과 SD로 나타내었으며, 그룹 간의 차이는 one way ANOVA test를 이용하였고, 그룹 내의 뇌파 변동은 paired t-test를 이용하여 분석하여 p<0.05 인 경우 유의적 차이가 있는 것으로 간주하였다. 통계처리는SPSS 17.
성능/효과
- 따라서 전두부 파형을 대상으로 각 그룹별로 변화 양상을 살펴보았다. CONT 그룹과 V240 그룹에서 뇌파의 변동을 각각 paired t-test로 비교하여 본 결과, 유의한 변화가 관찰되지 않았다. 대뇌 혈류량을 관찰한 연구에서도 심하지 않은 과호흡의 경우 생리학적 변화가 미미하다고 보고하고 있는데[1], 이는 비과호흡그룹인 CONT 그룹과 준과호흡 그룹인 V240그룹에서 유의한 뇌파 변화가 유도되지 못하였음을 설명하여 준다.
- IB는 동일한 쥐가 과호흡을 하는 5분 동안에 측정한 FFT분석 그림이다. Fig. 1A와 비교하여 과호흡 중에 낮은 주파수 대역의 파인 델타가 4개 채널에 걸쳐서 증가한다는 사실을 확인 할 수 있었다. 과호흡 시에 주로 어떤 지표가 유의한 변화를 보이는지 각 그룹간의 차이를 one way ANOVA test로 분석하였다.
- FFT는 뇌파 파형을 시간이 아닌 주파수 별로 분석하는 방법으로 각 영 역대의 뇌파가 어느 정도 나오고 있는 지 직관적으로 알 수 있으며, 이 분석을 바탕으로 실제 파워값을 적분을 통해 구할 수 있다. 과호흡 전 5분 동안의 결과는 델타파가 평균 80% 정도로 우세한 모습을 보여주고 있으며 세타, 알파, 베타 순으로 그 비율이 높았다.
- 쥐는 Urethane 으로 마취 하여 뇌파를 처음 10분 동안 측정하였으며 그 결과를 Table 3에 나타내었다. 대체로 수면시의 패턴과 비슷하게 델타파가 모든 부위에서 우세하게 나타났는데, 상대파워 분석을 하여본 결과 델타파가 70% 이상을 점유하는 모습을 보였고 세타, 알파, 베타가 그 뒤를 이었다. 델타파는 수면 시에 70% 이상을 점유하는 파인데, Urethane 마취 시에도 나타나고 있으며, Propofol 등의 다른 마취 약물을 사용한 타 연구 결과와도 비슷하였다[7, 13, 24].
- 본 실험에 사용된 쥐의 체중은 전체 평균이 259±12 g이었으며, 각 그룹간 체중에 유의한 차이는 없었다(Table 2). 쥐는 Urethane 으로 마취 하여 뇌파를 처음 10분 동안 측정하였으며 그 결과를 Table 3에 나타내었다.
- 베타파는 네 가지 뇌파 형태 중에 가장 빠른 속파로써 대체로 전두엽에서 잘 관찰되며 대뇌의 활발한 움직임과 연관이 있다. 본 연구에서 나타난 전두부 베타파 파워의 감소는 뇌파의 전체적인 구성에서 속파가 줄어든다는 것이며, 이는 뇌파가 과호흡 시에 서파화 된다는 이전의 연구 결과들과 동일한 결과라고 할 수 있다[3, 13, 27].
- 지표가 될 것으로 사료된다. 이 전 연구 결과들은 델타파의 증가와 알파파의 감소만을 설명하고 있고 베타파는 다루고 있지 않는데 [23, 33], 본 연구 결과에서는 베타파가 유의적으로 감소하는 결과를 보였다. 베타파는 네 가지 뇌파 형태 중에 가장 빠른 속파로써 대체로 전두엽에서 잘 관찰되며 대뇌의 활발한 움직임과 연관이 있다.
- 실험군 쥐의 조직을 인공적인 환기를 실시하지 않은 reference 쥐의 조직과 비교하였을 때, 위에서 언급한 섬유성 조직, 폐포 조직, 모세혈관의 세 가지 부위에서 특별한 차이점을 찾을 수 없었다. 이를 통해 본 실험의 결과가 다른 외부적인 손상에 의해서 나타난 것이 아님을 알 수 있었고 특히 과환기량을 유도한 그룹에서 모두 손상이 없었으므로 과호흡 그룹의 유의한 뇌파 변화가 폐 조직의 손상에 의해 유도되지 않았다고 할 수 있다.
후속연구
- 그러나 간질환자의 약 60%가 과호흡 부활에 의의 있는 뇌파소견을 나타낸다는 보고가 있으며, 과호흡이 다른 자극에 비해 간질이 잘 유발된다는 보고도 있으므로, 중요도는 높지만 과호흡을 유도하는 과정에 어려움이 따르는 검사라고 할 수 있다[20, 30]. 따라서 뇌파 검사 시 수행했던 과호흡의 질을 평가하여 결과 보고서 에 첨부할 수 있다면 질 높은 검사 수준을 제공하는데 일조할 것이다.
- 이상의 결과에서 일정 수준 이상의 과호흡을 실시 하였을 때, 전두부 델타파와 알파파의 유의한 변화는 과호흡 평가의 유용한 지표가 될 것으로 사료된다. 이 전 연구 결과들은 델타파의 증가와 알파파의 감소만을 설명하고 있고 베타파는 다루고 있지 않는데 [23, 33], 본 연구 결과에서는 베타파가 유의적으로 감소하는 결과를 보였다.
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