A Significance of Measurement of Eosinophil Cationic Protein Levels in Middle Ear Effusions

Kim, Hyun-Seung; Choi, Seok-Chan; Ahn, Jeong-Yoon; Lee, Hyung-Jun; Lim, Dae Jun; Kang, Sung-Ho; Kim, Bo-Hyung

Original Article

Auditory and vestibular disorders

Korean Journal of Audiology 2008;12(2):95-99.

A Significance of Measurement of Eosinophil Cationic Protein Levels in Middle Ear Effusions

Hyun-Seung Kim, Seok-Chan Choi, Jeong-Yoon Ahn, Hyung-Jun Lee, Dae Jun Lim, Sung-Ho Kang, Bo-Hyung Kim

Department of Otorhinorlaryngology, School of Medicine, Konkuk University, Chungju Hospital, Chungju, Korea

삼출성 중이염 환아의 중이 저류액내 Eosinophil Cationic Protein Level 측정의 의의

김현승^, 최석찬^, 안정윤^, 이형준^, 임대준^, 강성호^, 김보형

건국대학교 의학전문대학원 충주병원 이비인후과학교실

Abstract

Background and Objectives
For decades, allergy has been proposed as a cause of chronic middle ear inflammation, but research has been impeded by an absence of methods to verify that relationship. This study confirms that OME is a sign of allergic inflammation in the middle ear that is associated with an increase in eosinophils and a concomitant release of ECP into the effusion in individuals with allergy demonstrated by skin testing.

Subjects and Methods
The subjects were nonacute OME patients of children who were required myrigotomy with or without tympanostomy tubes insertion against the medical treatment for over two months. The collected middle ear effusion ECP was measured by ELISA method and carefully analysed with the skin tests, total IgE and RAST were perfomed at preoperative period.

Results
1) Skin test positive in nonacute OME patients had almost elevated ECP in effusions. 2) Althoug, negatives in skin test, ECP in effusions was elevated in three of four patients.

Conclusions
We think that nonacute OME, which is no response to the long-term medical therapy, may have allergy as one of the causes, and elevated ECP in effusion reflects the localized eosinophilic inflammatory reaction in middle ear even though skin test is negative, which supports the hypothesis that OME is a sign of allergy.

Keywords: Nonacute otitis media with effusion;ECP;Allergy.

Address for correspondence : Bo-Hyung Kim, MD, Department of Otorhinorlaryngology, School of Medicine, Konkuk University, Chungju Hospital, 620-5 Gyohyeon 2-dong, Chungju 380-740, Korea
Tel : +82-43-840-8280, Fax : +82-43-843-6165, E-mail : bhkim@kku.ac.kr

서     론

삼출성 중이염은 청력감소와 언어발달의 지연 그리고 중이 점막의 비가역적 변화를 초래하는 증후군으로 기술되어지고 있다.¹⁾ 최근의 보고에 따르면 이러한 중이의 염증성 질환의 발병기전은 어느 한 가지의 원인과 결과에서 발생되는 것보다는 여러 복합적 요인들 특히, 내인성 및 외인성 요소와 유전적 요소 등의 상호관계에 의해서 조직의 염증반응이 재발과 관해를 반복하면서 이 과정의 매개를 인체의 면역반응 체계가 담당하는 것으로 추정하여 알레르기가 이러한 만성적인 염증반응을 일으키는 원인으로 제시되고 있다. 그러나 삼출성 중이염에서 알레르기와의 관계를 규명할 적절한 실험방법이 부적절하여 이의 규명에 대한 연구가 활발히 진행되었는데,^2,^3,⁴⁾ 최근에는 중이 저류액내 호산구의 과립 단백물질의 측정에 의해 중이강내의 국소적 알레르기 반응이 삼출성 중이염의 원인이 된다는 보고가 증가하고 있다.^5,⁶⁾ 본 연구에서는 비인강내 해부학적 이상 소견 없이 최근 2개월 이상의 약물치료에 반응하지 않은 무균성 삼출성 중이염을 대상으로 고막절개술 혹은 환기관삽입술이 필요하였던 소아에서 수술 전 시행한 알레르기 피부검사와 RAST, 혈청 total IgE와 수술시 채취한 저류액내의 Eosinophil Cationic Protein(이하 ECP라 칭함)을 ELISA법으로 정량분석한 결과 중이강내 ECP의 증가는 삼출성 중이염이 알레르기에 의해 발생한다는 가설과 병의 진행을 증명하는 중요한 지표가 될 수 있으리라 사료되어 본 연구를 시행하였다.

대상 및 방법

실험대상
대상 환자는 최근 2개월 이상의 약물요법에도 호전되지않아 고막절개술 혹은 환기관삽입술이 필요하였던 삼출성중이염 소아 환자 40명 중 중이저류액내의 세균학적 검사에서 미생물의 배양이 안된 무균성 질환으로 판명된 17명을 대상으로 수술 전 시행한 알레르기 피부검사, 혈청 total IgE, 그리고 RAST의 결과를 술 중 채취한 중이 저류액의 ECP의 양과 비교하였다.

ECP의 측정
중이 저류액내의 ECP의 측정은 술 중 Juhn Tym-Tap^®을 이용하여 저류액을 채취하여 저류액과 동일량의 1% phos-phate 완충용액으로 희석하여 원심분리 시행 후 이중항체 면역형광법(ECP RIA; Kabi Pharmacia Diagnostic AB, Uppsala, Sweden)을 이용하여 정량분석하였다.

결     과

대상 환자의 평균연령은 6.5세이며 유병기간은 평균 2.4개월이었으며, 평균 재발 횟수는 2회 정도였다. 수술 전 시행한 알레르기검사에서 피부검사에 양성을 보인 경우가 17예 중 13예에서 관찰되었으며, 그 중 알레르기성 비염의 증상이나 기관지 천식 증상 등의 기왕력을 지니는 경우는 3예에서만 관찰되었다. 수술 중 내시경으로 관찰한 비인강내의 해부학적 이상 소견으로는 전례에서 아데노이드의 증식증이 관찰되었으나 이관 개구부의 이상을 초래할 정도의 과대 증식은 관찰할 수 없었다.

알레르기 피부검사와 중이 저류액내 ECP의 상관관계
수술 전 시행한 알레르기 피부검사에 양성인 환아의 중이 저류액내의 ECP의 정량분석결과 10 μg/L 이상(이하 ECP양성으로 칭함)을 보인 경우가 12명으로 Chi-Square test상 p-value 0.05 이하(p=0.02)로 의의있게 증가되어 있음을 알 수 있었으며(Table 1), ECP양성과 ECP음성 간의 알레르기검사와의 상관관계에서는 t-test상 p=0.001로 의의가 있음을 알 수 있었다(Table 2, Fig. 1).

중이 저류액의 성상에 따른 ECP와의 상관관계
중이 저류액의 성상에 따른 분류에서 점액성의 경우(N=11)에서 장액성의 경우(N=6)보다 ECP의 양이 t-test에서 p=0.023으로 통계학적으로 의의있게 증가되어 있음을 알 수 있었다(Table 2).

고     찰

중이점막의 지속적인 염증반응이나 이관의 기능부전으로 중이강내의 환기가 부적절하여 중이점막의 부종성 변화를 초래하여 체액의 저류를 유발하면서 지속적인 약물치료에도 불구하고 잘 반응하지 않는 만성삼출성중이염은 급성 중이염의 경우보다는 다른 면역학적 요인, 특히 알레르기 반응에 의해 발생할 것이라는 보고 이후 그에 대한 연구가 활발히 진행되었다.^2,³⁾ 이처럼 중이점막에서의 알레르기 반응을 고려하게 된 이유로는 만성삼출성중이염의 57%에서 무균성 질환으로 관찰되었으며,⁷⁾ 중이 저류액에서 박테리아 항원을 이용한 고감작 분석에서도 49%에서만 원인 박테리아가 검출되었다는 점,⁸⁾ 그리고 항생제와 위약(placebo)을 이용한 만성삼출성중이염의 약물치료 대조실험 결과 두약제의 치료효과에 대한 통계학적 유의성이 없었다는 보고⁹⁾ 등을 이러한 이유로 들 수 있었다. 그러나 이러한 중이점막의 알레르기 반응을 실험을 통해 증명할 수 있는 적절한 연구방법의 부재로 과거에는 일반적인 알레르기 피부검사와 RAST검사 그리고 특이 IgE항체검사같은 혈청검사를 이용한 추정적 결론 보고 등이 주류를 이루었다. 1965년 Fernandez와 McGovern 등¹⁰⁾은 알레르기 반응이 만성 중이염이나 소아의 급성 중이염의 주원인으로 작용하는데 이것의 주 항원을 식품 알레르기라고 보고하였지만 Bernstein 등⁵⁾은 흡인성 항원에 의한 국소 알레르기가 주류를 이룬다고 보고함으로써 중이 저류액에 대한 국소적인 호산구 염증반응에 대한 실험적 연구의 필요성을 강조하였다. 하지만 대부분의 연구들은 호흡기 상피세포로 이루어진 중이강 점막의 면역 매개성 질환의 유추를 비염이나 천식같은 호흡기 알레르기질환을 모델로 하여 비강과 폐조직에서 비만세포의 증명을 통한 결과를 인용하여 보고함으로써 본 연구에서와 같은 국소적인 호산구 염증반응의 증명이 필요하였다.
상기도의 면역매개성 질환의 국소 알레르기 반응에 대한 연구에 있어서 각 염증세포의 탈과립 단백에 대한 정량 분석 보고가 증가하고 있는데 그 중 호산구의 탈과립 단백물질인 ECP와 호중구의 myeloperoxidase 그리고 비만세포의 tryptase 등은 상기도의 염증 질환의 발병에 대한 간접적인 매개체로 특히 ECP의 증가는 알레르기 증상의 정도와 밀접한 관계가 있다고 한다.^11,¹²⁾ Wang 등¹³⁾은 알레르기성 비염 환자의 비즙내의 ECP 양은 활동적인 호산구의 존재를 반영하는 것으로 이의 증가와 환자의 증상 그리고 호산구의 활동성에 있어서 서로 상관관계가 있음을 보고하였다. ECP의 분비로 야기될 수 있는 상기도 증상으로는 점막 수축, 점막의 투과력 증가, 그리고 섬모 운동장애와 과다 점액분비를 일으켜 점액섬모 청소능력을 저하시키는 것으로 알려졌다.^14,¹⁵⁾ 하지만 많은 연구자들에 의해 과연 중이 저류액내의 ECP의 증가가 국소적인 중이강내의 호산구의 활동적인 염증 질환을 반영하는 것인가에 대한 의문점이 제기되었다. 이러한 의문점은 1) 성숙된 호산구의 수명은 혈액내에서는 13~18시간 정도이며 조직내에서는 수일 정도지만 ECP는 단지 45분 정도의 수명을 지니기 때문에 호산구의 체내 존재의 반영에 민감한 척도이다.¹⁶⁾ 2) 국소적으로 상승된 ECP의 양은 호산구의 수적 증가와 더불어 활발한 염증반응과 계속적인 탈과립 단백물질의 생성을 의미한다.⁶⁾ 3) ECP의 상승은 알레르기 환자의 점막의 염증 정도와 밀접한 관계가 있다.¹³⁾ 이러한 보고에 의해 ECP의 증가는 국소적인 호산구성 염증 질환의 좋은 척도가 될 수 있음을 관찰할 수 있었다.
삼출성 중이염의 원인 요소로서 가장 많이 받아들여지는 이관기능의 부전에 있어서 Fireman 등¹⁷⁾은 이관은 제1형 알레르기 반응에 의해 기능적, 형태학적인 변화를 초래하게 되는데 특히 비강의 알레르기 항원의 양적 폭로가 증가될 때 더 심한 부종성 변화를 초래하여 이차적인 삼출성 중이염을 유발한다고 보고하였다. 이관의 중이강 통로에 대한 수문장 역할로 항원의 유입이 차단되기 때문에 중이강 자체의 알레르기 반응은 발현되기 어렵다는 논란에 대해서는 호흡기를 통한 국소 알레르기 항원의 폭로시 제일 먼저 항원 특이 면역반응을 일으켜 specialized allergen-presenting cell에 의한 T-cell의 항원 감작을 유발하여 상피내의 구성 세포들과 호염기세포, 호산구, 그리고 비만세포들의 선구물질들 간의 활발한 반응을 일으키게 된다. 이러한 선구물질들은 항원 유발작용에 의하여 증폭되어 환자의 혈액내에 많은 양이 존재하여 호흡기내에서 다양한 염증반응을 유발시키며 외부 자극으로 유입된 항원에 대해 인체에서 이미 프로그램화된 면역반응을 특정 부위에서 수행하는 것으로 알려졌다.¹⁸⁾ 이러한 이유로 삼출성 중이염 환자에서는 비알레르기 환자에서 관찰되지 않는 증폭된 호산구와 중성구가 혈행을 통하여 끊임없이 target organ으로 유입되므로 급성 중이염시 관찰되는 다양한 염증 매개물질들이 급성기가 끝났음에도 불구하고 중이강 내 지속적으로 존재하여 혈행을 통하여 유입된 염증세포들과 친화하여 중이점막의 상피 내의 구성 세포들과 호염기세포, 호산구, 비만세포의 활성화를 유발함으로써 급성 중이염 이후의 삼출성 중이염으로의 유병율이 높은 것으로 보고되었다.⁶⁾ 본 연구에서도 알레르기 피부검사에서 음성을 보이지만 ECP의 증가를 보인 경우는 전신적 알레르기 반응에 의한 것보다는 이러한 국소적 면역반응의 한 형태로 볼 수 있을 것으로 사료된다.
Ichimiya 등¹⁹⁾은 병원소에 감작된 중이강은 국소적 면역반응의 장소가 되며 이러한 반응은 체순환되는 임파구에서 나온 IgG의 매개로 Interleukin-2, Interleukin-4의 영향으로 중이점막에서 급성 면역반응의 증폭을 유발시켜 점막의 분비가 증가하고, 항원의 계속적인 자극에 의하여 IgA가 주도하는 면역반응이 이루어진다고 하였다. 그리고 그 결과 중이강에 드물게 임파조직이 결여되어 있거나 정상적으로는 항원유발실험에 약한 반응을 보이지만 이미 감작되어진 중이강으로 재차 항원의 유입이 이루어지면 아주 활발한 면역반응을 보이는 것이라고 보고하였다. 이러한 이론을 통하여 저류액의 성상에 따른 ECP의 수치가 점액성의 경우 장액성보다 높게 측정된 것은 알레르기 후기반응의 초기에 증폭되어진 호산구와 중성구의 활발한 조직내 염증반응에 의하여 계속적인 항원유입에 따른 혈장으로부터의 점액의 유출과 관계된다고 본다. 이 결과 호흡기 상피조직의 점막 표면과 고유층에서 유리된 단백질, 효소, 면역글로불린, 싸이토카인, 그리고 면역 매개물질들과 접속하게 되어 저류액의 점도가 증가하게 되고, 중이강의 세포로부터 나온 싸이토카인의 조절작용으로 임파구와 중성구의 역할이 점차 감소되고 IgE가 매개되는 알레르기 반응 중 후기 반응이 나타나게 되면서 중이저류액내의 ECP의 양적인 증가를 가져온다고 사료된다.^6,²⁰⁾ 본 연구를 통하여 중이저류액내 비정상적으로 상승한 ECP는 중이강 자체에서 호산구의 증식과 활성화를 가져온 내인성 면역반응의 결과로써 삼출성 중이염이 중이강내의 국소 알레르기 반응에 의해서도 발생될 수 있다는 가설의 검증 매체로서 적합한 물질로 사료된다.

결     론

본 연구에서 호흡기에서 일어나는 국소 면역반응의 형태가 중이강의 점막에서도 유사하게 일어난다는 것을 알게 되었으며, 실험대상 삼출성 중이염 환아의 88%에서 ECP의 의미있는 증가를 관찰할 수 있었다. 이러한 삼출성 중이염의 원인으로 1960년대부터 중이강의 국소 알레르기 반응에 의한 발병과정의 증명에서 호흡기 알레르기 질환의 진단방법으로 그 원인을 유추하였으나, 최근에는 호산구의 탈과립 단백의 국소 조직내의 정량 분석을 통한 방법들이 이용되고 있다. 이러한 탈과립 단백물질 중의 하나인 ECP는 호산구에 의해 야기되는 국소적 알레르기 반응의 좋은 지표로써 알레르기도 삼출성 중이염의 원인임을 증명할 수 있는 좋은 지표로 이용할 수 있을 것으로 사료되어 문헌고찰과 함께 보고하며, 이에 대한 보다 많은 연구가 있기를 바라는 바이다.

REFERENCES

Dohlman FG. Allergiska processeri mellanorat. Nord Med Tidskr 1943;17:224-6.
Solow LA. Is serous otitis media due to allergy or infection? Ann allergy 1958;16:297-9.
Venge P. Monitoring the allergic inflammation. Allergy 2004;59:26-32.
Draper WL. Secretory otitis media in children: A study of 540 children. Laryngoscope 1967;77:636-53.
Bernstein JM. The role of IgE-mediated hypersensitivity in the development of otitis media with effusion. Otolaryngol Clin North Am 1992;25:197-211.
Hurst DS. Association of otitis media with effusion and allergy as demonstrated by intradermal skin testing and eosinophil cationic protein levels in both middle ear effusions and mucosal biopsies. Laryngoscope 1996;106:1128-37.
Teele D, Pelton S, Kline J. Bacteriology of acute otitis media unresponsive to initial antimicrobial therapy. J Pediatr 1981;98:537-9.
Miller M, Koltai P, Hetherington S. Bacterial antigens and neutrophil granule proteins in middle ear effusions. Arch Otolaryngol Head Neck Surg 1990;116:335-7.
Williams RL, Chalmers TC, Stange KC, Chalmers FT, Bowlin SJ. Use of antibiotics in preventing recurrent acute otitis media and in treating otitis media with effusion. A meta-analytic attempt to resolve the brouhaha. JAMA 1993;270:1344-51.
Fernandez AA, McGovern JP. Secretory otitis media in allergic children and infants. South Med J 1965;50:581-9.
Linder A, Venge P, Deuschl H. Eosinophil cationic protein and myeloperoxidase in nasal secretion as markers of inflammation in allergic rhinitis. Allergy 1987;42:583-90.
Knani J, Campbell A, Enander I, Peterson CG, Michel FB, Bousquet J. Indirect evidence of nasal inflammation assessed by titration of inflammatory mediators and enumeration of cells in nasal secretions of patients with chronic rhinitis. J Allergy Clin Immunol 1992;90:880-9.
Bousquet J, Chanez P, Lacoste JY, Barneon G, Ghavanian N, Enander I, et al. Eosinophilic inflammation in asthma. N Engl J Med 1990;323:1033-9.
Hastie AJ, Loegering DA, Gleich GJ, Kueppers F. The effect of purified human eosinophil major basic protein on mammalian ciliary activity. Am Rev Respir Dis 1987;135:848-53.
Lundgren JD, Davey RT Jr, Lundgren B, Mullol J, Marom Z, Logun C, et al. Eosinophil cationic protein stimulates and major basic protein inhibits airway mucus secretion. J Allergy Clin Immunol 1991;87:689-98.
Venge P, Bergstrand H, Hakansson L. Neutrophils and eosinophils. In: Keelly W, Harris E Jr., Ruddy S, Sledge C, editors. Textbook of Rheumatology. 4^th ed. Philadelphia: Saunders;1992. p.269-82.
Fireman P. The role of antihistamines in otitis. J Allergy Clin Immunol 1990;86:638-41.
Denburg JA. Microenvironmental influences on inflammatory cell differentiation. Allergy 1995;50:25-8.
Ichimiya I, Kawauchi H, Mogi G. Analysis of immunocompetent cells in the middle ear mucosa. Arch Otolaryngol Head Neck Surg 1990;116:324-30.
Bizhazi P, Ryan AF. Expression of immunoregulatory cytokines during acute and chronic middle ear immune response. Laryngoscope 1995;105:629-34.