Research in Vestibular Science Vol. 9, No. 2, June 2010 Original Article pissn 2092-8882, eissn 2093-5501 자발안진에대한갈바니전기자극의효과 : 전정신경염과메니에르병에서예비연구 서울대학교의과대학신경과학교실, 분당서울대병원신경과 1, 충남대학교병원신경과 2 정성해 1,2, 김지수 1 Effects of Galvanic Stimulation on Spontaneous Nystagmus in Meniere s Disease and Vestibular Neuritis: A Preliminary Study Seong-Hae Jeong, MD 1,2, Ji Soo Kim, MD, PhD 1 1 Department of Neurology, Seoul National University Bundang Hospital, Seoul National University College of Medicine, Seoul; and 2 Department of Neurology, Chungnam National University Hospital, Daejeon, Korea Received May 6, 2010 Accepted May 31, 2010 Corresponding Author: Ji Soo Kim, MD Department of Neurology, Seoul National University Bundang Hospital, Seoul National University College of Medicine, 300 Gumi-dong, Bundang-gu, Seongnam-si, Gyeonggi-do 463-707, Korea Tel: +82-31-787-7463 Fax: +82-31-719-6828 E-mail: jisookim@snu.ac.kr Copyright c 2010 by The Korean Balance Society. All rights reserved. Background and Objectives Galvanic vestibular stimulation (GVS) is known to induce nystagmus, ocular torsion, a tilt of subjective visual vertical, and perceptual and postural shift. The aim of this study was to compare the findings of GVS among the patients with spontaneous nystagmus (SN) caused by Meniere s disease (MD) or vestibular neuritis (VN). Materials and Methods Three-dimensional video-oculography was performed without fixation in 4 patients with MD and 2 with VN, as diagnosed by history, independent vestibular function tests and neuroimaging. We recorded the eye-movements in response to bilateral, bipolar, and surface GVS (2.5~3 ma) for 30 seconds, and analyzed mean slow phase velocity of SN. Results Of the 4 patients with MD, two exhibited a suppression of the left beating SN during anode stimulation of left mastoid and an augmentation of the nystagmus during cathode stimulation of left mastoid. The same patterns of galvanic modulation were observed in the other 2 patients with right beating SN due to MD. In contrast, the patients with VN showed an absent or decreased response to GVS. Conclusion In MD, the responses to GVS were preserved while the responses were impaired in VN. These results suggest that the irregular vestibular fibers, which are sensitive to GVS, are relatively spared in MD. In contrast, both regular and irregular fibers appear to be damaged in VN. GVS may be helpful in discriminating MD from VN, especially when the patients presented without auditory symptoms.. Research in Vestibular Science 2010;9(2):64-69 Key Words: Galvanic stimulation; Spontaneous nystagmus; Meniere s disease; Vestibular neuritis 서 론 갈바니전기를이용한전정자극검사는전정안반사와전 정척수반사를유발시켜안구운동및체위운동을일으킨다. 1,2 갈바니전기자극에의해자극되는전정계부위와그기전에대해서아직정확히알려져있지않다. 이전의연구 64
정성해외 1 인. 자발안진에대한갈바니전기자극의효과 : 전정신경염과메니에르병에서예비연구 결과에따르면안진과신체동요의방향은전극의극성에의해결정된다. 안진의경우전정자극시음전극방향의전정신경은활성화되고, 반대로양전극방향은억제되어안진의느린성분은양전극쪽을향하게되고, 빠른성분은음전극방향을향하게되어결과적으로안진의방향은음전극을향하게된다. 3 정상인과말초전정질환환자에서갈바니전기자극에대한안구운동의변화에대한연구는있었으나, 급성기자발안진에대한변화를관찰한연구는드물었다. 토끼의말초전정기관을파괴시켰을때병변반대방향을향하는자발안진이관찰되었고, 전기자극을속상성분과같은방향으로주었을때안진의빈도가감소되고, 반대방향으로주었을때는안진의빈도가증가한다는실험적보고가있었다. 4 이에자발안진을보이는대표적인말초성전정질환인급성기전정신경염과메니에르병환자에서갈바니전기자극에대한반응의차이가있는지알아보고자이연구를시행하게되었다. 대상및방법 2007년 5월부터 2007년 9월까지분당서울대병원응급실에내원한환자중에서자발안진을보였던 4명의메니에르병과 2명의전정신경염환자를대상으로하였다. 정상인을대상으로한연구를기초로하여자발안진의정의는수평안진의완서상속도가 1.1 /sec 이상인경우로하였다. 전정신경염의진단은 1999년 Strupp과 Brandt에의해제시된기준을기초로하였고, 메니에르병의진단은 1995년 The Committee on Hearing and Equilibrium of the American Academy of Otolaryngology-Head and Neck Surgery (AAO-HNS) 에서제시된진단기준중 definite, probable 기준을이용하였다. 5,6 안진은 3차원비디오안구운동기록기 (SMI, Teltow, Germany) 를이용하여시고정이제거된상태에서측정하였다. 갈바니전기자극은전극은직경 15 mm인 Ag-AgCl 전극을양쪽유양돌기에음전극과양전극으로나누어부착하였고, 자극전류의형태는양극성직류자극 (bipolar constant DC waveform) 으로하였다. Reid s line이수평이되도록앉은상태에서 30 초간자발안진을측정하고, 이후 30초간전기자극을 2.5~3 ma로주면서안진을측정하였다. 이후전극의방향을바꾸어부착하고반복하였다. 각환자는평균 2회의갈바니전기자극을받았다. 2.5 ma에의해안진의변화가없는경우에는 3 ma자극으로검사를반복하였고, 협조가되지않거나눈깜빡임이심하여안진이정확히기록되지않는경우에 도한번더시행하였다. 각환자에서갈바니전기자극유무에따른안진의평균완서상속도를비교하기위해 t-test를이용하였다. 또한, 안진의변화율을다음와같이계산하여구하였다 {[( 자극중안진서상의수평성분의평균 )-( 자극전안진서상의수평성분의평균 )]/( 자극전안진서상의수평성분의평균 )} 100. 본연구는헬싱키선언을존중하였으며연구에대해설명하고대상군의동의를구하였다. 통계적인분석은 SPSS (ver. 11.5, SPSS Inc. Chicago, IL, USA) 를이용하였으며유의확률이 0.05미만인경우를의미있다고정의하였다. 결과증례 1 (Definite Meniere s disease left-irritative 77세여자환자가 2007년 11월식사하고나서갑자기발생한어지럼을주소로내원하였다. 5~6년전부터같은양상의어지럼이반복되었고, 최근 1년간더잦아지는양상을보였다. 어려서부터왼쪽귀를잘앓았으며, 평소이명이동반되었으나어지럼당시이명의양상이변하는것은아니었다. 내원당시좌향반시계방향의자발안진이관찰되고있었고, Alexander s의법칙을따르고있었다. 이안진은두진에의해증폭되는양상을보였다. 두부충동검사로시행한전정안반사는우측으로의이득이감소되어있었다. 1시간후검사에서좌향자발안진은여전히관찰되고있었으나, 두진후안진이증가되지는않았으며, 두부충동검사상우측으로의전정안반사는정상이었다. 이때, 우측유양돌기에갈바니양전기자극을주었을때, 자발안진은증폭되었고 (p=0.001) (Table 1), 좌측유양돌기에갈바니양전기자극을주었을때, 자발안진의방향이바뀌어오른쪽으로향하였다 (p=0.001) (Table 1). 이때청력검사에서는이전에비해우측귀의청력이 20dB 더감소되어있었다. 7일후내원시증상은호전된상태였고, 자발안진은관찰되지않았으며, 정상두부충동검사에좌향두진후안진이관찰되었다. 증례 2 (Definite Meniere s disease right-paralytic 65세남자가재발현훈과수일전일어나면서발생한어지럼, 구토를주소로내원하였다. 내원당시검진상좌향자 65
Res Vestibul Sci Vol. 9, No. 2, Jun. 2010 Table 1. Responses to galvanic vestibular stimulation in patients with Meniere s disease and vestibular neuritis Subjects Disease Spontaneous Right (+) Left (+) Change rate (%) nystagmus Stimuli ( ) Stimuli (+) Stimuli ( ) Stimuli (+) Change rate (%) 1 MD Left 6.8±1.5 18.9±2.8 * +177 5.4±1.3 0.5±0.5 * 109 2 MD Left 31.6±3.4 37.9±7.9 * +20 28.3±4.7 16.2±3.5 * 43 3 MD Right 6.2±1.1 3.7±1.2 * 40 6.6±1.2 8.2±1.4 * +24 4 MD Right 1.1±0.3 4.5±0.8 * 505 1.7±0.2 6.8±0.9 * +315 5 VN Left 6.8±1.2 6.3±1.0 8 7.3±1.3 7.0±0.6 5 6 VN Right 25.3±5.4 20.5±2.5 * 19 29.4±8.5 25.1±6.8 15 MD, Meniere s disease; VN, vestibular neuritis; Right (+), anode stimulation of right mastoid and cathode stimulation of left mastoid; Left (+), anode stimulation of left mastoid area and cathode stimulation of right ear; Stimuli ( ), mean slow velocity of spontaneous horizontal nystagmus before galvanic stimuli; Stimuli (+), mean slow velocity of spontaneous horizontal nystagmus during galvanic stimuli; Change rate (%) ={[Stimuli (+)-Stimuli (+)]/[Stimuli ( )]} 100. * p-value<0.05. 발안진이관찰되었다. 두부충동검사는정상이었다. 이때시행한온도안진검사상좌측반고리관마비가 48% 였으며, 고도난청을보였다 (60dB). 50대중반부터발생한좌측의이명과청력감소가있었다. 유발안진의방향도모두좌측이었다. 우측유양돌기에갈바니양전기자극을주었을때자발안진은증폭되었고 (p=0.001) (Table 1), 좌측유양돌기에갈바니양전기자극을주었을때자발안진의방향이바뀌어오른쪽으로향하였다 (p=0.001) (Table 1). 4시간후좌향안진이감소하였으며, 두진후우향안진이유발되었다. 두부충동검사상좌측전정안반사의감소가관찰되었다. 이후검사에서는자발안진이우측으로향했으며, 두부충동검사상여전히좌측전정안반사의감소가관찰되었고, 두진후안진과진동유발안진은우측으로유발되었다. 증례 3 (Probable Meniere s disease left-paralytic 환자는하루전발생한어지럼, 오심을주소로내원하였다. 과거외상으로인한좌이의고막천공병력이있었으나, 청력감소나이명은동반되지않았다. 검진상우향자발안진이관찰되었고, 두진후안진이증폭되었으나, 두부충동검사상좌이의전정안반사감소는관찰되지않았다. 온도안진검사상좌이의반고리관마비가 56% 였다. 당시청력검사상저음력 (250 Hz, 500 Hz) 에서 15dB, 고음력 (8,000 Hz) 에서 70dB의청력감소가관찰되었으며, 이는 4일후증상호전과함께회복되는양상을보였다. 환자는 probable Meniere s disease의 paralytic phase에해당되는것으로진단하였다. 이때우측유양돌기에갈바니양전기자극을주었을때자발안진은감소되었고 (p=0.001) (Table 1), 좌측유양돌기에갈바니양전기자극을주었을때, 자발안진은증가되었다 (p=0.001) (Table 1). 증례 4 (Definite Meniere s disease right-recovery 56세여자가반복적인우이의충만감과청력저하를동반한어지럼을주소로내원하였다. 내원당시우향자발안진을보이고있었으며, 두부충동검사상우이의전정안반사가감소되었고, 두진후안진의방향이왼쪽으로바뀌었다. 순음청력도상평균청력역치가 60dB인탑형 (peak) 의청력감소가우이에서관찰되었다. 좌이에서도저음역 (250~500dB) 에서 30dB의청력감소가관찰되었다. 온도안진검사상우이에서 94% 반고리관마비가관찰되었다. 이때우측유양돌기에갈바니양전기자극을주었을때자발안진은좌향으로변하였고 (p=0.001) (Table 1), 좌측유양돌기에갈바니양전기자극을주었을때우향자발안진은증폭되었다 (p=0.001) (Table 1). 증례 5 (Vestibular neuritis left) 53세남자가앉아있다가발생한어지럼을주소로내원하였다. 과거력상어지럼, 청력감소, 이명, 이충만감의병력은없었다. 우향자발안진이관찰되었고, 두진에의해증폭되었으며, 두부충동검사상좌측의전정안반사감소가관찰되 66
정성해외 1 인. 자발안진에대한갈바니전기자극의효과 : 전정신경염과메니에르병에서예비연구 었다. 온도안진검사상왼쪽반고리관마비가 89% 였으며, 순음청력도는정상이었다. 뇌간유발전위검사는정상이었고, 주관적시축검사에서는좌측으로의편위가관찰되었다 (-11.60 OS, -11.70 OD, -12.35 OU). 소뇌기능검사를포함한다른신경학적검진상이상은없었다. 갈바니전기자극을주었을때, 자극방향에관계없이자발안진의변화를보이지않았다 (Table 1). 증례 6 (Vestibular neuritis right) 56세여자가처음발생한어지럼을주소로내원하였다. 청력소실과이충만감등의증상은부인하였다. 신경이과적검진상좌향자발안진이관찰되었으며, 이는두진후증가하였다. 두부충동검사상우측귀의전정안반사가감소되었다. 온도안진검사상우측반고리관마비가 62% 로있었으며, Galvanic stimuli, Right mastoid (+), 2.5 ma LH 50 deg Figure 1. Spontaneous left beating nystagmus is augmented by anode galvanic stimulation (2.5 ma) of right mastoid in patient 2 with Meniere s disease (LH; horizontal nystagmus of left eye). 3s Figure 2. Spontaneous left beating nystagmus is suppressed by anode galvanic stimulation (2.5 ma) of left mastoid in patient 2 with Meniere s disease (LH; horizontal nystagmus of left eye). Figure 3. Spontaneous left beating nystagmus does not change by anode galvanic stimulation (2.5 ma) of right mastoid in patient 5 with vestibular neuritis (LH; horizontal nystagmus of left eye). 67
Res Vestibul Sci Vol. 9, No. 2, Jun. 2010 Figure 4. Spontaneous left beating nystagmus does not change by anode galvanic stimulation (2.5 ma) of left mastoid in patient 5 with vestibular neuritis (LH; horizontal nystagmus of left eye). 주관적시축검사상우측으로의편위가관찰되었다 (5.70 OS, 8.60 OD, 7.95 OU). 우측에양극의갈바니전기자극을주었을때좌향자발안진이감소되었고, 좌측을양극전기자극시자발안진의변화는없었다 (Table 1). 메니에르병환자들의경우자발안진이향하는쪽귀에음자극을주었을때는안진이증가하였고 (Figure 1), 반대편귀에음자극을주었을때는자발안진이자극전에비해유의하게감소하였다 (Figure 2). 그러나전정신경염환자에서는어느쪽귀를자극하더라도자극전에비해자발안진이감소하거나큰변화를보이지않았다 (Figures 3, 4). 또한메니에르병환자에비해전정신경염환자에서의안진변화정도도작았다 (Table 1). 고찰본연구결과메니에르병환자의경우갈바니전기자극시양쪽귀에서음전극으로향하는안진이반영된자발안진의증가및감소를관찰할수있었다. 이에반해전정신경염의경우에는병변쪽에양전극을붙이고자극시이러한변화는관찰되지않았고, 음전극을붙였을때에도메니에르병에비해큰변화를보이지않았다. 갈바니전류에대해반응하는구심전정신경의해부학적차이로인해이러한반응이나타날수있을것으로생각된다. 갈바니전기자극은불규칙적방전섬유 (irregularly discharging fiber) 를선택적으로자극하는것으로알려져있다. 2 전정신경의중요한생리적특징중하나가방전규칙성 (discharge diversity) 인데, 7 극파간격 (interspike interval) 의규칙성에따라규칙성방전을보이는규칙방전신경섬유 (regularly discharging fiber) 와불규칙적 방전을보이는불규칙방전신경섬유 (irregularly discharging fiber) 로구분된다. 8 이러한방전의규칙성은신경상피내신경섬유말단의위치와연관성을보여불규칙적방전섬유는팽대부릉및평형반의중심부에위치하고규칙적방전신경섬유는가장자리에위치하며, 이러한신경말단위치에따른세포막이온채널의차이에의하여방전규칙성이결정된다고알려져있다. 7 불규칙적방전신경섬유는주로제1형유모세포와접합하여전도속도가빠르고, 직류전기자극에감수성이높으며, 높은주파수역동성을갖고있어팽대부릉의편위뿐아니라팽대부릉정의속도에반응한다고알려져있다. 이에반해규칙적방전신경섬유는제2형유모세포에접합하며느린자극에반응한다. 9 매우빠른움직임에반응하는전정안반사에는주로불규칙적방전신경섬유가관여하며, 보다긴잠복기를따르는자극에대해서는주로규칙적방전신경섬유가반응한다. 10 따라서, 본연구에서갈바니전기자극에대한메니에르병환자의반응결과는이들환자에서병태생리학적으로불규칙적방전신경섬유가상대적으로보존되어있음을시사한다. 실제로장기간메니에르병이있었던 24명의환자에서측두골 (temporal bone) 을조사한결과제2형유모세포와 Scarpa s ganglion이정상인에비해조직학적으로많이감소된것으로나타났으나, 제1형유모세포의분포에는차이가없었다. 11 따라서, 메니에르병환자들에서상대적으로불규칙적방전신경에대한반응이보존되어갈바니전기자극에대한반응이유지되어있다고할수있다. 또한, 정상적인안진의반응에대한수치는구할수없어정확한비교는어려우나자극전후로반응의변화율을볼때메니에르병에서는전정신경염에비해오히려반응의항진소견이의심된다. 이외에불규칙적방전섬유가상대적으로보존됨을시사하는또다른연구가있었는데, 68
정성해외 1 인. 자발안진에대한갈바니전기자극의효과 : 전정신경염과메니에르병에서예비연구 메니에르병환자에서전정기능검사를시행했을때, 온도안진검사상이상을보이는환자 (13/17) 에비해두부충동검사에서이상을보이는환자 (2/17) 가상대적으로적었다. 12 즉, 현훈이재발하는메니에르병환자의경우에는전정신경염환자에비해관찰되는두부충동검사상이득의저하를보이는빈도가낮아메니에르병에의해반고리관의낮은주파수와가속도의회전자극에대한반응의선택적감소를보여주파수특이적손상을시사하였다. 13 이또한병의진행과정에서침범되는구심전정신경의분포에차이가있음을보여주는소견이라고할수있다. 본연구결과전정신경염환자들은자극방향에관계없이자발안진의크기가감소하거나변화가없었다. 전정신경의부분적인손상에의한것이라고한다면, 건측을양극으로자극할때안진의크기가감소한것은병측이음극전류에의해크게흥분이되지는않으면서, 건측은양극전류에의해억제되어전정불균형이발생하여안진이감소하는것으로설명할수있고, 병측을양극으로자극시에는안진의크기에큰변화가없는것은신경기능소실로인하여, 갈바니전기자극에대한반응이없어나타난결과로생각할수있다. 결론자발안진을보이는메니에르병환자의경우는갈바니전기자극에대해방향에따라안진의증가및감소가뚜렷이관찰되었으나, 전정신경염에서는이러한안진의증가반응은관찰되지않았다. 따라서, 임상적으로갈바니전기자극은청력소실이나이충만감같은와우증상없이일측성안진을보이며처음발현하는메니에르병과전정신경염을감별하는데있어도움이될수있을것으로생각된다. 중심단어 : 갈바니전기자극, 자발안진, 메니에르병, 전정신경염 REFERENCES 1. Breson K, Elberling C, Fangel J. Galvanic nystagmography. Acta Otolaryngol 1971;71:449-55. 2. Goldberg JM, Smith CE, Fernandez C. Relation between discharge regularity and responses to externally applied galvanic currents in vestibular nerve afferents of the squirrel monkey. J Neurophysiol 1984;51:1236-56. 3. MacDougall HG, Brizuela AE, Burgess AM, Curthoys IS, Halmagyi GM. Patient and normal three-dimensional eyemovement responses to maintained (DC) surface galvanic vestibular stimulation. Otol Neurotol 2005;26:500-11. 4. Swaak AJ, Oosterveld WJ. The effect of galvanic stimulation on spontaneous nystagmus. ORL J Otorhinolaryngol Relat Spec 1976;38:140-7. 5. Strupp M, Brandt T. Vestibular neuritis. Adv Otorhinolaryngol 1999;55:111-36. 6. Committee on Hearing and Equilibrium guidelines for the diagnosis and evaluation of therapy in Meniere's disease. American Academy of Otolaryngology-Head and Neck Foundation, Inc. Otolaryngol Head Neck Surg 1995;113: 181-5. 7. Goldberg JM. Afferent diversity and the organization of central vestibular pathways. Exp Brain Res 2000;130:277-97. 8. Baloh RW, Honrubia V. Clinical neurophysiology of the vestibular system. 2nd ed. Philadelphia: F.A. Davis Co.; 1990. 9. Goldberg JM, Fernandez C. Vestibular mechanisms. Annu Rev Physiol 1975;37:129-62. 10. Hullar TE, Minor LB. High-frequency dynamics of regularly discharging canal afferents provide a linear signal for angular vestibuloocular reflexes. J Neurophysiol 1999;82:2000-5. 11. Tsuji K, Velazquez-Villasenor L, Rauch SD, Glynn RJ, Wall C 3rd, Merchant SN. Temporal bone studies of the human peripheral vestibular system. Meniere's disease. Ann Otol Rhinol Laryngol Suppl 2000;181:26-31. 12. Carey JP, Minor LB, Peng GC, Della Santina CC, Cremer PD, Haslwanter T. Changes in the three-dimensional angular vestibulo-ocular reflex following intratympanic gentamicin for Meniere's disease. J Assoc Res Otolaryngol 2002;3:430-43. 13. Park HJ, Migliaccio AA, Della Santina CC, Minor LB, Carey JP. Search-coil head-thrust and caloric tests in Meniere's disease. Acta Otolaryngol 2005;125:852-7. 69