Histologic Changes of Tympanic Membrane Related to Chronic Middle Ear Infections

Kim, Hyung; Kang, Sung-Ho; Kim, Dong Wook; Lee, Beob Yi; Lee, Yong Bae

Original Article

Anatomy and physiology

Korean Journal of Audiology 2000;4(1):27-31.

Histologic Changes of Tympanic Membrane Related to Chronic Middle Ear Infections

Hyung Kim¹, Sung-Ho Kang¹, Dong Wook Kim¹, Beob Yi Lee², Yong Bae Lee³

¹Department of Otolaryngology
²Anatomy, College of Medicine Konkuk University, Chungju
³Department of Otolaryngology, College of Medicine Sungkyunkwan University, Seoul, Korea

만성중이염 환자에서의 병인 양상에 따른 고막의 형태학적 변화

김보형^¹^, 강성호^¹^, 김동욱^¹^, 이법이^²^, 이용배^³

^¹건국대학교 의과대학 이비인후과학교실
^²해부학교실
^³성균관대학교 의과대학 이비인후과학교실

Abstract

Normal tympanic membrane consists of three layers. Histologic properties of tympanic membrane are changed with middle ear infection. So that, we intended to inspect the changes in three layers of tympanic membrane related to chronic middle ear infection. Among patients experienced in surgical practice, 10 patients were selected. During operation, specimens were picked up and fixed with 4% paraformaldehyde. Variable changes of their three layers related to middle ear infection were inspected with electron microscope. In chronic adhesive otitis media, histologic changes of three layers were hyperkeratosis in outer epithelial layer, atrophic aspects in middle fibrous layer. In chronic otitis media with small perforation, hypertrophied middle fibrous layer with amorphous sclerotic debris. With similar aspects of histologic changes between our findings in chronic adhesive otitis media and those of cholesteatoma in previous studies, the results guess that adhesive pattern of tympanic membrane is previous stage of cholesteatoma. In chronic otitis media with small perforation, their histologic findings suggest that middle fibrous layer has gradual changes with infection state.

Keywords: Chronic otitis media;Tympanic membrane.

교신저자：김보형, 380-062 충북 충주시 교현동 620-5
전화) (043) 840-8280, 전송) (043) 843-6165

서 론

만성중이염으로 진단되는 환자들의 이경검사소견은 다양하며 정상고막 소견과 비교하여 천공, 경화, 위축, 유착 등의 소견을 보인다. 고막의 변화는 중이내 만성적 염증변화에 기인하며, 이의 증명을 위해 동물을 이용한 실험들이 행해져왔는데 19세기부터 고막의 조직학적 구조가 3층구조로 구성됨이 연구되어진 이래 이에 대한 세부적인 전자현미경적 관찰을 위에 노력해왔다. 특히 진주종성 중이염의 병인 기전에 대한 연구가 활발해지면서 더욱 고막의 조직학적인 변화에 대한 관심이 고조되었다. 염증성 변화를 보이는 고막의 조직학적 관찰에도 관심을 기울여 왔는데, 전자현미경 검사상 세포분열 양상의 변화, 조직 구성의 변화 등이 관찰되어진다고 보고되었고, 이의 치유과정에 대해 관찰하려는 실험이 행해졌다. 본 실험에서는 만성적으로 중이내 염증을 가지고 있는 환자에서 보이는 여러 가지 고막의 형태조직학적 변화를 각각 구분하였고, 전자현미경을 이용하여 정상고막과 비교하여 만성염증이 정상고막에 어떠한 조직학적 변화를 일으키는지에 대하여 관찰하고자 하였다.

대상 및 방법

만성 중이염으로 수술을 시행 받은 환자 중 고막의 천공이 크게 관찰되지 않았던 환자의 고막, 만성 유착성 중이염 환자의 고막, 경화소견이 관찰되었던 환자의 고막을 대상으로 하였다. 대조군 및 실험군의 고막은 인산완충용액(pH 7.4, 0.2 M)으로 희석한 4% paraformaldehyde 용액에 1차로 4시간 동안 고정하였다. 인산완충용액으로 수세한후 1% osmium tetroxide 용액에 1시간 동안 후고정하였고, 알코올 농도 상승순에 따라 각 15분간 탈수하였다. Propylene oxide와 Epon 812 혼합물에서 치환과정을 거치고 Epon 812에 포매하였다. 박절편(1 μm)은 toluidine blue로 염색하여 적정부위를 선정한후 70 nm의 초박절편을 제작하였고, uranyl acetate와 lead citrate에 염색하여 투과전자현미경(Joel 1200 EX II, Japan)으로 관찰하였다. 정상고막은 사후 24시간이 지나지 않은 부검환자의 고막을 채취하여 관찰하였다. 대상군의 선택시 청력검사상 순음 청력검사를 이용하여 AB gap이 35 dB를 넘지 않은 환자를 선택하였다.

결     과

선택된 대상군은 10례로 대상군의 분포는 만성 유착성 중이염이 6례, 고실경화증이 2례, 고막의 긴장부에 중심성 소천공만이 동반된 경우가 2례로 선택되었으며 진주종성 중이염은 본 연구에서 제외하였다. 대상군의 수술적 시행은 7례에서 고실성형술, 2례에서 고막성형술, 1예에서 고실성형술 및 유양동 삭개술을 시행하였다. 대상군의 평균 유병률은 5.6년으로 조사되었고 순음청력 검사상 평균 32 dB의 AB gap을 보였다.

정상고막

만성중이염 및 이질환의 과거력이 없었고 이경검사상 정상소견을 보인 38세 여자의 사후 24시간째 부검시 채취한 고막을 선택하였다. 전자현미경을 이용한 상피층의 세부구조를 관찰하여 각질층, 과립층, 유극층, 기저층을 확인하였다(Fig. 1). 제일 하층에서 관찰되는 기저층은 입방형 또는 원주형의 세포들로 구성된 단층구조로 형성되고 있다. 유극층의 세포들은 하층구조의 세포들에 비하여 약간 납작해진 형태로 세포질이 표면쪽으로 돌출되어 있는 극돌기(spine)를 가지며 세포질내에 장원미사(tonofilament)들이 풍부하게 산재해 있는 양상을 관찰할 수 있었다. 과립층의 세포들은 하층구조의 세포에 비해 조금 더 납작해진 형태로 관찰되며 세포질 내에 많은 각질유리질상 과립(keratohyaline granule)을 포함한 구조로 관찰되었다. 각질층은 대부분 핵이 없고 세포질이 각질로 대체되어진 긴 띠 모양의 세포로 형성된 세층 내지 네층의 각질층으로 구성됨을 관찰할 수 있었다. 특히 외배엽 기원의 상피층에서만 볼 수 있는 세포간 결합의 특징인 교소체(desmosome) 구조를 관찰할 수 있었다(Fig. 2). 정상고막의 중간층을 형성하고 있는 고유층을 관찰 결과, 많은 섬유질이 불규칙하게 산재해있는 양상이 관찰되었다. 이부위의 위쪽에서 기저층(stratum baslae)의 비교적 난형의 핵 및 세포질이 관찰되었다. 경계부에서는 유두형 양상의 진피유두(dermal papilla)를 관찰 할 수 있었다(Fig. 3).

소천공 및 경화를 동반한 만성중이염 환자의 고막

수술시 추출한 소천공을 가진 만성중이염환자 고막의 전자현미경 사진에서 고유층은 정상고막에서 관찰되었던 섬유질의 양상과 비교하여 섬유질의 과증식 된 형태를 관찰할 수 있었다. 또한 전체적인 고유층의 전자현미경적 부피의 증가를 관찰할 수 있었다(Fig. 4). 동일 부위의 확대사진에서 횡선을 가진 긴 띠 모양의 교원질 섬유들의 증식소견을 선명하게 관찰할 수 있었다(Fig. 5).

만성 유착성 중이염 환자에서의 고막

수술시 추출한 만성 유착성 중이염환자 고막의 전자현미경 관찰에서 정상고막에서 관찰되는 고유층과 비교하여 섬유질의 수적, 양적 위축 소견을 관찰할 수 있었다. 그 상부층에서는 기저층의 세포분열이 증가된 양상을 관찰할 수 있었다(Fig. 6). 만성 진주종성 중이염의 조직학적 소견과 비슷한 양상을 띈다.⁶⁾⁷⁾

고     찰

정상적인 고막의 형태학적인 특징은 불규칙한 원형의 원뿔형으로 중심부와 주변부로 갈수록 두꺼워지는 양상을 띄며 크기는 종축으로 8.5 mm에서 10 mm 정도이고 횡축으로 8 mm에서 9 mm 정도이며 긴장부와 이완부로 구성되고 조직학적으로 구분되어 지는 세층의 구조를 하고 있다. 정상고막은 태생학적 기원이 세층이 각각 다른, 외배엽, 중배엽, 내배엽 기원의 상피층, 고유층, 점막층으로 구성되고 있으며 또한 각각 전자현미경적 미세구조로 구분되어진다. 정상고막의 외층을 이루는 상피층은 외측으로부터 각질층, 과립층, 유극층, 기저층의 네층구조로 세분되어지며, 고유층은 결합조직층과 교원질층의 혼합층으로 구성되어 진다. 점막층은 편평상피의 단층구조로 이루어져 있으며 세포 표면에 많은 미세융모를 포함한 형태의 조직학적 구조로 형성되어 있다. 정상고막의 상피층은 중층 편평 상피 세포로 구성되어 있고 세층 내지 일곱층의 두께로 이루어져 있다.^1-3) 상피층의 최외층을 이루는 각질층은 상피조직 분화의 마지막 부산물로 세포의 형태를 소실한 몇몇층의 조직으로 구성되며, 핵과 세포질내의 구성은 상실하였지만 과립층에서 관찰되는 교소체와 각질유리질상 과립은 관찰된다. 상피층의 바로 아래층을 이루는 과립층은 한 개 내지 두 개의 세포층으로 구성되며, 0.1 μm에서 1.0 μm까지 크기와 형태가 다양한 각질유리상 과립이 풍부하게 관찰되는 것이 특징이다. 세포질내 장원미사들이 유극층에서 관찰되는 양보다 감소되어 있으며 장원미사와 각질유리질상 과립이 밀접해 위치함이 관찰된다. 유극층은 세포질내 많은 장원미사를 함유한 세포로 구성되며 장원미사들은 교소체에 부착되어 있는 경우를 종종 관찰할 수 있다. 상피층의 가장 안쪽으로 위치하는 기저층은 한층의 세포층으로 구성되며 기저막에 의해 고유층의 결합조직층과 구분되어진다. 또한 기저층의 세포들의 세포분열에 의하여 상부층인 유극층, 과립층, 각질층으로 갈수록 세포들의 퇴화와 함께 세포가 이행되어지는 양상이 관찰된다.²⁾³⁾ 중간층의 고유층은 상피하 결합조직층, 외측 방사상 교원질층, 내측 원형 교원질층, 점막하 결합조직층로 구성되는데, 상피하 결합조직층은 성긴 교원섬유와 교원아세포, 신경섬유, 모세혈관으로 구성되어 있다. 점막층은 단층의 편평상피세포로 구성되며 세포 표면에 많은 미세융모를 가진다.1-3) 천공을 가진 만성중이염 환자의 고막의 조직학적 소견은 기저층에서의 각화세포들의 과증식 및 방향성 상실로 인한 고유층으로의 증식, 고유층의 혈관소실 및 경화조직(sclerotic tissue)의 축적, 섬유질의 과증식 등이 관찰되며, 특히 점막층에서는 초기 중이염에서 잘 관찰되는 섬모를 가진 세포(cilliated cell)들이 천공부위의 변연에서 관찰되어 진다고 보고되고 있다.⁴⁾ Sade등은 만성 유착성 중이염의 경우 점막층의 부위에서 간간히 호흡상피세포들이 관찰되며 세포내에 PAS 양성인 과립들이 풍부한 양상으로 관찰되어 진다고 보고 하였다.⁵⁾⁸⁾ 본 실험에서는 소천공의 만성중이염 고막에서 고유층의 교원섬유의 과증식 양상과 상부 상피층의 과분열 양상을 관찰하였다. 만성 유착성 중이염 환자의 고막에서는 정상고막과 비교하여 상피층에서 과각질화된 양상으로 정상고막에 비해 각질의 축적이 많았다. 편평상피층이 비후되고 세포의 양적증가를 보이는 조직학적 변화를 관찰 할 수 있었다. 다양한 정도로 기저층이 유두형 양상으로 고유층으로의 내증식되는 양상 또한 관찰 되었다. 반면 고유층에서는 정상고막에서 관찰되는 중층의 교원질층이 없거나 또는 상당히 위축되어 있었다. 교원질로 구성된 지지반이 소실되어 있으며 이 부위에 림프구와 형질세포로 관찰되는 원형의 세포들이 산재해 관찰되어졌다. 대부분의 경우 교원질을 관찰할 수 없었고 관찰되는 경우에서도 불규칙한 형태로 보여졌다.

결     론

유착성 중이염의 경우는 채취한 정상고막과 비교하여, 상피층 기저부에서 세포들의 과증식으로 인해 고유층으로 유두형 세포 함입이 진행 되는 것은 만성 진주종성 중이염환자의 조직학적 변화와 유사하게 관찰되어진다. 이는 시간경과에 따라 진주종성 중이염으로의 진행과정으로 생각되었다. 소천공을 가진 만성중이염의 고유층의 변화는 중이강 점막에서의 삼출액과 감염 정도에 따른 만성적 자극으로 인한 과증식 변화가 점진적으로 진행되는 것으로 사료된다.

REFERENCES

Hentzer E. Ultrastructure of the human tympanic membrane. Acta Otolaryngol (Stockh) 1969;68:376-90.
Lim DJ. Tympanic membrane.Ⅰ: Pars tensa. Acta Otolaryngologol (stockh) 1968;66:181-98.
Lim DJ. Human tympanic membrane. An ultrastructural observation. Acta Otolaryngologol (stockh) 1970;70:176-86.
Spandow O. Structural charaterization of persist tymapnic membrane perforation in man. Laryngoscope 1994;106:346-52.
Sade J. Ateletatic tympanic membrane: Histologic study. Ann Otol Rhinol Laryngol 1993;102:712-6.
Wells MD, Micheals L. Role of retraction pockets in cholesteatoma formation. Clin Otolaryngol 1983;8:39-45.
Proud Go. Chronic otitis media and cholesteatoma. Ann Otol Rhinol Laryngol 1980;89(suppl):47-9.
Stevens A, Lowe J. In Histology. Lodon: Gower Medical Publishing, 1992;355.