제 1 장제 25 장 디프테리아 디프테리아는디프테리아균 (Corynebacterium diphtheriae) 에의해발생하는전염병으로감염된부위에따라증세가다르며, 전염력이강하고치명율도상당히높은병이지만최근에는예방접종의보급으로질병발생이감소하여비교적드문질환이다. 1821년 Pierre Bretonneau 에의해다른상기도감염증과차별되는임상적특징이최초로기술되었으며주로 24세의유아에게상기도위막을형성하는것으로알려졌으며, 2차적으로독소가흡수되어중추, 말초신경의지각, 운동마비, 심근염등의증상으로발전할수있다. 병원체 1. Corynebacterium diphtheriae 디프테리아균 (Corynebacterium diphtheriae) 이원인병원체로서, 염색상이일정하지않은 0.3~0.8 μm 1.0~8.0 μm의다양한모양의그람양성간균으로아포를형성하지않고, 협막과운동성이없다. 염색표본에서는울타리모양으로배열되거나각세균이서로 V자혹은 L자모양으로각을지어배열되어있는것이특징이다. 이러한현상은증식할때붙은모양으로분열하기때문이다. 각세포는특징적으로한쪽끝이곤봉모양으로부풀어있으며메틸렌블루염색시다인산염의축적으로세포내에구슬모양 328 감염병실험실진단제 1 부세균질환
으로보이는이염성과립 (metachromatic granules) 이관찰된다. 혈액한천배지에서하룻밤배양시 1~3 mm크기의집락이형성된다. C. diphtheriae는시스테인텔루라이트 (cysteinetellurite) 한천배지에서의집락형태, 생화학적특징및감염의중증도에따라 grais, mitis, belfanti 및 intermedius의네가지생물형으로분류된다 ( 표 1). 표 1. 임상적으로중요한 Corynebacteria 의생화학적동정 Species CYS PYZ Nitrate Urea Glucose Maltose Sucrose Glycogen C. diphtheriae biotype grais biotype mitis biotype intermedius biotype belfanti C. ulcerans C. pseudotuberculosis C. amycolatum C. imitans C. pseudodiphthericum C. striatum ± ± ±: 약양성반응, : 가변적반응 CYS:cystinase production on Tinsdale medium PYZ:pyrazinamidase actiity C. diphtheriae 유전체는 NCTC13129주의전체염기서열분석결과 2.49 Mbp 크기로분석되었으며 GC 함량은 53.5% 이다. 균체의항원성은다양하여응집반응으로여러개의혈청형을구별할수있으나균의동정에는사용되지않는다. 분리균의아형분석을위하여과거에는파지형이나혈청형이사용되기도하였으나근래에는전체세포펩티드분석, genomic DNA restriction fragment length polymorphism (RFLP), ribotyping, pulsedfield gel electrophoresis (PFGE) 등다양한분자생물학적방법이사용되고있다. C. diphtheriae는광선, 건조, 동결등물리적작용에비교적강하다. 위막 (pseudomembrane) 에말라붙은상태에서적어도 14주간은생존할수있다. 그러나 100 에 1분간혹은 58 에 10분간처리하면사멸되며보통사용되고있는소독약에도감수성이있다. 제 25 장디프테리아 329
2. 기타 Corynebacterium 속세균 C. diphtheriae 외의기타 Corynebacterium속세균은자연계에널리존재한다. 이중일부는토양, 사람피부, 인후부위에상재균으로존재하기도하고몇종은동물에감염을일으키기도한다. 특히면역부전상태이거나인공장치를삽입한심장질환환자에서기회감염및심내막염원인병원체이기도하다. Corynebacterium속세균들은산화및발효대사등생화학적특성 ( 표 1) 외에지방을첨가한배지에서생육이촉진되는친유성, 독소유전자보유여부, 항생제에대한감수성등이균종에따라다른특성을나타낸다. 친유성인종으로는 C. jeikeium, C. urealyticum, C. macginleyi 등이있으며 C. jeikeium은면역부전환자에서기회감염을일으키는세균으로잘알려져있으며특히혈액관련질환이나혈관카데터와관련해기회감염을일으킨다. 건강한사람에서는드물지만병원에입원한환자는면역력과관계없이피부에서 40% 가까이분리된다. C. urealyticum 역시건강한사람에서는잘분리되지않으나면역력이부진하거나비뇨생식기에기저질환이있는경우또는항생제치료후요도감염을일으킬수있다. C. ulcerans 와 C. pseudotuberculosis는 C. diphtheriae와연관성이높고사람에게디프테리아와매우유사한질병을유발할수있으며 C. tuberculosis는아급성혹은만성림프절염을일으킨다. C. amycolatum은피부표면상처감염및패혈증, 요로및호흡기감염을일으켜임상검체에서의분리빈도가높으나 C. xerosis로잘못동정되는경우가많다. 또한최근에는심장혈관내삽입장치와관련해심내막염을유발한사례들이보고되고있으며 C. jeikeium과 C. urealyticum과마찬가지로여러항생제에내성을보이는주요기회감염세균이다. C. pseudodiphtheriticum 및 C. xerosis는임상검체에서가장빈번히분리되는균종으로서 C. pseudodiphtheriticum은비인두에서자주관찰된다. 짧고균일한막대균으로이염소체나곤봉모양은볼수없는것이특징이다. C. xerosis는사람의피부및점막특히결막에상존한다. 이두균종은면역부전환자혹은피부나점막결손환자의균혈증원인이되기도한다. 심장판막수술후에생기는패혈증을동반한심내막염의가장흔한원인균이다. 330 감염병실험실진단제 1 부세균질환
임상증상 디프테리아의임상증상은감염부위, 환자의면역상태, 균주의독력등에따라달라진다. 즉면역상태에따라무증상감염, 경증의호흡기증세및전격성의치명적증세까지다양하게발전할수있다. 1) 호흡기디프테리아 2~6일간의잠복기후에인두염, 후두염혹은편도선염의증세가나타난다. 흔하게는권태감, 인두통, 발열이생기며편도선, 연구개, 목젖혹은인두벽에삼출물반점이나삼출물막이형성된다. 회백색으로보이는삼출물막은감염부위의상피세포에디프테리아독소작용으로형성되는것으로섬유소의응괴, 백혈구, 세포부스러기, 세균등이점막에결합되어형성되는것으로구인두 ( 口咽頭 ) 부위에서후두 ( 喉頭 ) 와기관 ( 氣管 ) 부위로퍼져내려갈수있다. 부수적으로경부림프선염이동반되는경우가흔히있다. 비교적경증인경우에는점차감염증세가소실되면서감염 5~10일후에는기침할때위막이배출된다. 합병증과사망률은상기도의폐쇄와흡수된디프테리아독소의전신적인작용에기인한다. 디프테리아독소가전신에흡수되면각종장기가파괴되는데그중에서도심장의손상이크다. 질병경과후기에나타나는마비증세는뇌신경과말초신경이손상을입어발생하는것으로, 연구개및안구운동근이흔히마비된다. 마비는가역적인것으로특별히횡경막을포함한호흡에관여하는근육이마비되지않는한생명에는위험이없다. 2) 피부디프테리아피부디프테리아는열대지방에서비교적많으며주로환자와피부접촉하여감염되며균이상처를통해피하로침투해구진 ( 丘疹 ) 이생긴뒤잘아물지않는궤양이형성된다. 특히이차피부병소가흔히있다. 피부디프테리아병변은만성으로확산되며치료가잘안되고회색막이덮이는작은찰과상같이보인다. 또한병변부위에 Streptococcus pyogenes 혹은 Staphylococcus aureus가동시에존재하기도한다. 이와같은혼합감염이치료가어려운원인이되기도한다. C. diphtheriae의 mitis형이통상피부감염의원인이되는데 mitis형은병세가심하지않고전신감염으로는잘발전하지않는다. 아주드물게결막, 각막, 질, 귀에감염되기도한다. 이들은모두인후나피부감염의이차감염으로발생한다. 제 25 장디프테리아 331
역학 C. diphtheriae는오직사람의점막과피부에상재하여디프테리아감염을일으키므로사람이유일한병원소이다. 디프테리아는주로소아에서발생률이높은질병이나톡소이드백신이개발된이후로는발생환자의연령층이바뀌어독성이있는디프테리아균에노출되지않았었거나백신에의한면역성이소실된성인에서발생하는경향이있으며주로백신접종이불충분하고인구밀도가높은도시빈민지역에서의발생위험도가높다 [4]. 환자발생은백신의사용에따라전세계적으로현저히감소하였으나백신접종이충분치않을경우다시유행할위험도가높은질병이다. 실제로구소련연방의붕괴후 1990년~1998년예방접종프로그램이적절히시행되지못한신생독립국들사이에서디프테리아대유행이발생하여 15만명이상의환자가 WHO에보고되었으며 1994년에는 47,802건이발생하여 1,746명이사망하였다 [2]. 우리나라는 1940년대까지매년수천명의환자가발생하였으나 1951년디프테리아단독백신, 1956년 DPT ( 디프테리아, 백일해, 파상풍혼합백신 ) 가도입된이후 1960년대에는매년수백명수준으로감소하였고, 이후에도꾸준히감소하여 1987년 1명이마지막으로발생한이후 2004년까지발생보고가없었다. 영아와학령기전어린이를대상으로예방접종이체계적으로이루어진나라들에서는디프테리아환자의발생이거의없어졌으며그결과건강보균자의수도드물어졌다. 그러나이러한지역은자연감염에의한면역획득기회가줄어들고예방접종에의한항체가는시간경과에따라감소되어성인인구에서의면역이충분치않게되어디프테리아재유행이우려됨에따라성인면역수준을높이기위한백신추가접종프로그램이고려되기도한다. 사람들의면역상태는혈중항독소량측정으로평가할수있으며혈중항독소량이 0.01 unit/ ml이하인사람은디프테리아에감염될수있다. 예방및관리 1. 치료 디프테리아항독소투여가특이적이고효과적인치료법이다. 항독소의투여는빠르면빠를수록치료효과가좋으므로세균학적확진이성립되기전에임상적으로추정진단만내리고항독소투여를시작하는것이바람직하다. 환자의예후와합병증의발현도 332 감염병실험실진단제 1 부세균질환
항독소요법을얼마나빨리시작하였는지에좌우된다. 항독소의작용은혈중에순환하고있는독소를중화하여손상을입지않은세포에더이상결합하는것을막아주는것이다. 항독소는독소분자 C 말단부의항원결정기에결합함으로써 B 절편이조직세포에결합하지못하도록차단하며일단독소가세포에결합하면항독소는작용하지못한다. 디프테리아환자치료에는항독소투여와함께항생제투여를병행해 C. diphtheriae 를제거하고독소생산을중단시켜야한다. 페니실린, 에리트로마이신등이권장된다. 이차전파를막기위해환자를격리하여야하며항생제투여는이차감염을예방하는목적이나만성보균자의치료에도유효하다. 화학요법을하지않으면회복한환자중 1~15% 가수주혹은수개월간 C. diphtheriae를보균할수있다. 2. 예방 디프테리아는독소를포르말린으로처리하여제조한톡소이드를사용하여능동면역을실시함으로서효과적으로예방할수있다. 기초접종은생후 2, 4, 6개월에 3회실시하고생후 18개월과 4~6세에추가접종을실시한다. 이면역과정에서파상풍톡소이드와백일해항원이혼합되어있는 DPT 또는 DTaP를사용하는것이보통이다. 디프테리아의추가면역은 10~12세및이후매 10년마다실시하는것이바람직하며이경우디프테리아톡소이드함량이십분의일인성인용 Td 백신을사용한다 [2]. 호흡기디프테리아환자와가까이접촉한모든사람이나가족을주의깊게관찰하면서비인후검체를채취하여배양검사를실시하여야하며, 면역을하지않았거나불충분한면역을한사람에게는페니실린혹은에리트로마이신등의예방적화학요법을하는것이바람직하다. 그러나환자의호흡기나피부디프테리아감염이독소가없는균주에의한것으로판단될경우접촉자에대한예방적화학요법은필요하지않다. 실험실진단 디프테리아의실험실확인진단에는 1주이상이소요되므로의심환자의경우임상적진단을근거로초기치료를시작한다. 1) 도말표본 : 임상검체의현미경직접검경은신뢰도가높지않아진단에사용하기어렵다. 메틸렌블루염색시이염성과립이관찰되기도하나 C. diphtheriae에서만관찰되는것은아니므로참고자료로만사용하여야한다. 제 25 장디프테리아 333
2) 배양 : 호흡기디프테리아균분리를위한검체는비인두, 목, 위막등에서항생제를투여하기전에채취해야한다. 검체는혈액한천등비선택성배지와함께, Tinsdale 한천배지및 tellurite 초코렛한천배지등선택배지에도말하여모두 37 에서배양한다. 검체를배지에즉시접종할수없을때는멸균된말혈청이들어있는보관배지에보관해야한다. 12~18시간배양후 Tinsdale 한천배지에서전형적인디프테리아균집락이생기고 36시간~48시간에 tellurite 초코렛한천배지에서전형적인검은회색으로착색된 C. diphtheriae의집락이형성되면 C. diphtheriae의동정시험을하면서동시에독소생성시험을병행해야한다. Tinsdale 한천배지에서배양한경우현미경관찰특징이가장잘나타난다. C. diphtheriae는호기성및통성혐기성으로증식되는세균이나산소성조건에서증식이잘된다. 대부분의균은액체배지표면에균막을형성하며증식한다. 초대분리배지로는 Tinsdale 한천배지가널리사용된다. 이배지에서는 C. diphtheriae 가전형적인형태를유지하면서증식이되나인두에흔한 Streptococci 혹은 Pneumococci의증식은억제된다. 37 에서 12시간내지 24시간배양하면작고회백색인광택이있는집락이형성된다. Potassium tellurite (K 2 TeO 3 ) 가함유된혈액한천배지혹은초콜렛한천배지는 C. diphtheriae 이외의세균증식을억제하기때문에선택배지로쓰인다. Tellurite 이온은세포질속에서 tellurium으로환원되어침전된다. 균주에따라회색혹은검은색으로착색되며집락형및생화학적특성에따라 grais, intermedius, mitis 및 belfanti의네가지생물형으로분류할수있다. Grais형의집락은크고편평하며회색내지검은색이다. Mitis형집락은중간크기로더까맣고, 광택이있으며더볼록하다. Intermedius형집락은아주작고표면이매끈하거나 (smooth) 혹은거칠기도 (rough) 하다 ( 그림 1). 생물형과질병의경중과는별로상관이없으나유행의역학적분석자료로사용된다. C. diphtheriae는집락이검게착색되는것이특징이기는하나상기도에서관찰되는세균중포도알균과비병원성 Corynebacterium 등도까맣게착색된다. C. diphtheriae는 nicotinic acid, pantothenic acid 및 biotin 등필수아미노산과포도당혹은말토스와같은에너지원을가해주면비교적단순한배지에서도증식이잘된다. C. diphtheriae는포도당을신속히, 말토스를서서히분해하여산을생성하나가스는발생하지않는다. 또카탈라제및사이토크롬산화효소반응이양성이다. 생물형 intermedius는친유성이며 belfanti는 mitis와집락형태및생화학적성상이유사하나 nitrate 환원성으로구별할수있다. 334 감염병실험실진단제 1 부세균질환
그림 1. Tellulite 혈액한천배지에서배양한 C. diphtheriae biotype grais 선택배지인 Tinsdale medium과 Hoyle medium에서의집락형태는각각표2, 3과같다. 표 2. Tinsdale medium 에서주요코리네박테리아의집락특성 균주명 집락형태 C. diphtheriae biotype grais 작고광택이있는흑색집락 C. diphtheriae biotype mitis 24 시간배양후볼록한집락, 흑갈색후광 C. diphtheriae biotype intermedius 연한갈색집락, 36 시간배양후후광형성 Diphtheroids (C. pseudodiphtheriticum) Haemophilus, Klebsiella, Neisseria, Staphylococcus and Streptococcus species Proteus species 후광이없는흑갈색집락. 배지의탈색을보이지않는미세한집락 특징적인악취와형태를갖는흑갈색집락 표 3. Hoyle medium 에서주요코리네박테리아의집락특성 균주명 집락형태 C. diphtheriae type grais 회색집락, 직경 1.5~2.5 mm, 희미한표면 C. diphtheriae type mitis 회색집락, 직경 1.5~2.0 mm, 규칙적인가장자리와광택있는 표면, 통상크기변이가있음 C. diphtheriae type intermedius 회색집락, 직경 0.5~0.75 mm, 광택있는표면, 중심이보다 어두우며집락크기가일정함 C. hofmannii 대개둥글고흰색혹은회색집락, 직경 0.5~0.75 mm C. xerosis 흑색다양한크기의광택이있는집락 Streptococci 미세한흑색혹은흑갈색집락 제 25 장디프테리아 335
3) 독소생성시험 : 모든 C. diphtheriae 분리균은외독소생성시험능을확인하여야한다. 디프테리아독소의활성측정은전통적으로분리균의배양액과항독소를사용하여 Elek test 등시험관내면역확산시험이일반적으로사용되고있다. 이것은항독소디스크 (10 IU/disk) 를분리균으로부터 9 mm떨어진곳에놓고 37 에서 48 시간배양하여시험한다. 또한세포배양을이용한항독소중화시험, 분리균의기니픽피하접종방법을이용한생체내중화시험등이사용된다. 근래에는중합효소연쇄반응법으로디프테리아독소유전자를분리균에서검출하거나임상검체로부터직접검출하는방법이신속진단목적으로활용되고있다. 그러나독소유전자가검출되지않는 C. diphtheriae의경우도패혈증, 심근염, 골수염등심각한증세를유발할수있는것으로보고되고있다. 참고문헌 1) 국립보건원, 전염병발생 / 사망통계, 전염병정보망 http://dis.mohw.go.kr. 2) Bonnet JM, and Begg NT. Control of diphtheria:guidance for consultants in communicable disease control. Commun Dis Pub Health 1999, 2(4):242249. 3) Choe S, Bennett MJ, Fugii G, Curmi PMG, Kanlardjieff KA, and Collier RJ, Eisenberg D. The crystal structure of diphtheria toxin. Nature 1992, 357: 216222. 4) Efstratiou A, and George RC. Laboratory guidelines for the diagnosis of infections caused by Corynebacterium diphtheriae and C. ulcerans. Commun Dis Pub Health 1999, 2(4):250257. 5) Funke G, on Graeenttz A, Clarridge III JE, and Bernard KA. Clinical microbiology of Coryneform bacteria. Clin Microbiol Re 1997, 10(1):125 159. 6) London E. How bacterial protein toxin enter cells:the role of partial unfolding in membrane translocation. Mol Microbiol 1992, 6(22):32773282. 7) Murray PR, Rosenthal KS, Kobayashi GS, and Pfaller MA. Medical Microbiology pp 250255, 4th ed. Mosby. 2002. 8) Rolf J, and Eidels L. Characterization of the diphtheria toxin binding domain. 336 감염병실험실진단제 1 부세균질환
Mol Microbiol 1993, 7(4):585591. 9) Wharton M, Dittmann S, Strebel PM, and Mortimer Jr. EA (ed). Control of epidemic diphtheria in the newly independent states of the former Soiet Union, 19901998. J Infect Dis 2000, 181:Suppl 1. 제 25 장디프테리아 337