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고압산소치료에 대한 최신 지견 II- 만성 난치병에 대한 적용가능성

상처 치유
고압산소치료는 당뇨병의 합병증으로 생기는 족부의 감염뿐만 아니라, 동맥 혈액순환의 장애로 인하여 다리에 생긴 궤양의 치료에 도움이 된다고 알려져 왔다. 전향적인 이중맹검 연구에서 16명의 비흡연자에서 만성적인 하지의 궤양이 발생하였을 때 고압산소치료를 30회 정도 시행하였더니 4~6주 만에 상처의 크기가 감소하였다. 이러한 결과는 흡연을 하거나 만성질환이 동반된 경우에도 비슷하게 좋을 결과를 얻을 수 있다고 일반화하기는 아직 명확하지는 않다. 당뇨병으로 인하여 발에 병변이 있는 30명의 환자에서 45분씩 고압산소치료를 하였더니 발목 위까지 절단술을 시행해야 하는 경우는 2례가 있었고 고압산소치료를 하지 않은 경우에는 7례가 절단술을 해야 했다. 이러한 결과 차이의 정확한 기전은 아직까지는 잘 알지는 못하지만, 좋은 결과를 얻으려면 최소 30회 정도의 고압산소치료가 필요할 것으로 추정된다. 경피적으로 산소분압을 측정하는 것이 말초혈관질환의 중증도를 평가하고, 하지의 상처에서 치료될 가능성을 평가하는데 유용하다. 고압산소치료는 2.0~2.5기압에서 90분에서 120분 정도 치료하는 것이 동맥혈행 장애에 의한 상처의 치유에 도움이 될 것으로 사료된다.
 
고압산소치료가 도움이 될 수 있는 만성 난치성 질환들
1. 외상성 뇌손상 및 외상후 스트레스 증후군
외상성 뇌손상은 외상으로 인하여 뇌가 손상을 받는 것을 말하며, 뇌손상의 정도에 따라 정신적 및 신경학적 증상을 나타낸다. 뇌손상은 전쟁, 운동하다가 혹은 교통사고나 작업 중의 사고로 인하여 많이 일어 날 수 있다. 외상 후 두 단계로 뇌손상이 일어나게 되는데, 첫 단계는 직접 손상을 받는 것이고 두 번째 단계는 저산소증과 산화스트레스의 증가 및 염증에 의하여 일어난다. 특히 뇌손상을 받은 후에 외상성 스트레스 증후군에 시달리는 경우가 많다. 이러한 경우에 아직까지는 효과적인 치료 방법이 많지 않지만 고압산소치료가 대한이 될 수 있다. 최근까지의 연구는 고압산소치료가 회복에 도움이 된 경우가 있다고 보고되었지만, 반대로 별다른 효과가 없었다는 보고들도 있다. 고압산소치료는 동물실험에서의 결과는 세포사멸을 감소시키고 성장 인자를 증가시키며 항산화 능력을 증가시키고 염증성 사이토카인의 생성을 억제시킨다. 이러한 결과를 종합해 보면 외상성 뇌손상이나 외상후 스트레스 증후군의 치료에 도움이 될 가능성이 있다고 볼 수 있다. 고압산소치료의 부작용으로는 급성으로 뇌에 독성작용을 보일 수도 있고, 너무 오래 사용하는 경우에 더 많은 활성산소를 만들어서 산화스트레스를 악화시킬 수도 있다. 그러므로 고압산소치료를 할 때 최대 효과를 얻고, 유해한 독작용은 감소시킬 수 있는 최적의 노출 시간에 대한 연구가 필요하다.

2. 분만 손상과 뇌성마비
분만 손상에 따른 뇌성마비는 가족과 환자자신에게 매우 치명적이고 불행한 신경학적 후유증이다. 예방이 가장 중요하지만 불가항력적으로 생긴 경우에 현대의학에서는 아직까지는 확실한 치료방법을 제시하지 못하고 있다. 연구자와 보고자에 따라 고압산소치료의 효과에 대하여 찬반이 있기는 하지만 분만 손상의 정도와 위치, 회복능력의 차이 등이 일정치 않기 때문에 비교논문은 많지 않다. 그러나 전혀 치료 방법이 없던 분만 손상과 뇌성마비에 환자에서 고압산소치료 후에 호전되었다는 개별적인 증례는 지속적으로 보고되고 있다.

3. 뇌졸중
뇌졸중이 발생되면 가장 직접적으로 전혀 산소공급을 받지 못하는 Umbra영역과, 신경의 기능은 떨어져 있지만 치료조건이나 방법에 따라 회복될 수 있는 Umbra주변의 Penumbra영역으로 구분할 수 있다. 1989년까지는 Umbra와 Penumbra 영역의 뇌세포가 산소공급을 받지 못할 때 견딜 수 있는 시간은 각각 6분과 30-60분 정도로 알려져 있었다. 그러나 1990년 Neubauer는 “Idling Neuron”을 Lancet(1990;335:542)에 발표하였는데 그 내용은 14년 전에 뇌졸중을 앓았던 60세 환자의 Penumbra에 있는 신경세포가 고압산소치료를 한 후에 SPECT 뇌영상을 촬영한 결과 회복되었다고 보고하였다. 대기압상태에서는 90~99%의 헤모글로빈은 산소로 포화되어 있고, 고압산소치료를 하면 추가적으로 혈장에 산소가 녹아들어간다. 혈장에 추가로 녹아들어간 산소가 뇌졸중의 병리와 병리생리학적인 관점에서 약리작용을 나타낸다고 할 수 있다.

4. 자폐증

소아 자폐에서는 100%의 산소를 1.5기압까지 사용하는 것이 흔히 추천된다. 고압산소를 투여하면 뇌의 혈류량이 증가되고, 염증의 표지자가 감소되며 산화스트레스를 줄여준다. 일부의 연구에서는 고압산소치료에 별다른 효과의 차이가 없다고 하였으나, 많은 연구에서는 고압산소를 투여한 후에 소아 자폐아의 행동양상이 변화되고 개선되었다고 보고하였다. 고압산소치료는 소수에서 부작용일 있었으나 비교적 안전하고 효과적인 치료라고 할 수 있으나 향후 더 많은 비교연구가 필요할 것으로 사료된다. 앞으로의 연구에서는 표준화된 행동 양상의 측정방법과 생리적인 생체표지자를 이용한 검사를 추가로 하는 것이 필요할 것이다.

5. 알츠하이머 치매, 파킨슨 병 및 다른 난치성 신경학적 질환들
알츠하이머 치매와 파킨슨병의 공통점은 신경세포염증에 의해서 생기는 병이다. 두병의 차이점은 측두엽 내의 해마가 주병변이 되면 알츠하이머 치매가 되고, 기저핵을 포함한 중뇌의 흑질이 주병변이 되면 파킨슨병이 된다고 알려져 있다. 고압산소치료를 하면 세포내의 hypoxia inducible factor(HIF) 및 cAMP response element binding(CREB) 등을 포함한 전사인자에 작용하여 신경세포의 재생(neurogenesis)이 일어난다고 알려져 있다. Molchanova 등이 보고한 것을 보면, 여러 다른 원인의 파킨슨병 환자 64명을 고압산소치료를 하였다. 1.3에서 2기압으로 40분에서 60분씩 매일치료하면서 총 8~12회 정도시행 하였다. 55명의 환자에서 파킨슨 증상이 개선되었다. 65세 이하이며, 질병의 이환 기간이 1~5년 이내이며, 혈관성 파킨슨병인 경우에 결과가 더 좋았다. 그리고 진전(tremor)보다는 경직과 운동완서의 증상이 더 개선되었다.

6. 만성 라임병
라임병은 Borrelia burgdorferi균에 의한 감염질환으로 피부과적인 증상, 류마티스 증상, 신경학적 증상 및 심장 등에 이상이 올 수 있는 질환이다. 감염의 초기에는 항생제로 치료가 가능하지만 일부의 환자에서 만성으로 진행한다. 자가 면역의 기전 등 여러 가지로 설명하지만 아직까지는 만성 라임병의 발병 기전은 잘 모른다. 2009년에 텍사스 대학교의 Jain이 보고한 치료연구에 따르면, 91명의 만성 라임병환자에서 고압산소치료를 한 결과 정신 착란 증상, 우울증, 피로 등을 포함한 신경학적 증상이 84.8%에서 호전되었으며 추적 검사한 결과 70%가 재발하지 않고 지속적으로 호전된 상태를 유지했다. 이러한 결과를 종합해 보면 기존의 치료에 실패한 만성 라임병에서 고압산소치료는 부가적으로 도움을 줄 수 있을 것으로 사료된다.


그림 1. 저산소증은 고형암에서 특징적인 소견이다. 저산소증에 의하여 암세포가 성장하고 진행하는 것을 요약한 모식도이다.

7. 암

저산소증은 고형암에서 특징적인 소견이며, 암세포의 생존, 혈관생성, 해당 작용 및 암이 전이되는데 중요한 역할을 한다(그림 1. 참조). 산소는 상처의 치유에 매우 중요한 요소라고 알려져 있기 때문에 암에 산소를 투여하면 암의 성장에 도움이 될지, 반대로 억제할지에 대한 확실한 근거를 제시하지 못하였다. 비록 고압산소치료 방법을 통하여 암을 치료한 연구 보고들이 많지는 않지만, 최근에 보고된 연구결과에 따르면 암환자에서 고압산소치료는 안전한 것으로 밝혀졌다. 과거에는 저산소증이 암세포의 분열과 성장을 제한하는 요소라고 알고 있었으나, 최근의 연구에서는 저산소증이 암의 분화와 진행을 촉진하는 인자로 밝혀졌다. 암세포는 만성적인 저산소 상태에서 생존할 수 있게 적응해서 변형된 세포라고 할 수 있다. 오히려 저산소증이 되면 신생혈관의 생성이 촉진되어 암세포의 성장과 전이에 도움을 줄 수 있다. 뿐만 아니라 저산소증이 되면 유전자의 불안정성이 증가되고 주변조직으로의 침습능력이 활성화되고 미분화된 세포상태가 지속된다. 그 결과 암의 성장을 촉진하고 재발이 잘되는 결과를 얻었다. 그리고 저산소증이 되면 기존의 항암치료에 대한 저항성이 증가된다는 것이 밝혀졌다. 특히 산소농도는 방사선 치료의 저항성에 매우 중요한 역할을 한다. 암에서 저산소 상태가 되면 상피세포가 간질세포로 이행(epithelial-to-mesenchymal transition, EMT)된다. 그 결과 암은 주변조직으로의 침습성이 증가되고 원격전이가 더 잘되는 상태로 된다. Chen 등이 실험한 결과는 암에서 고압산소를 투여하면 세포사멸을 촉진하는 MAPK경로가 활성화되고 세포사멸을 억제하는 ERK경로가 하향 조절된다. 실제로 골육종에서 고압산소를 투여한 연구에서 세포의 사멸이 유도되는 것을 볼 수 있었다. 뇌교종과 유방암에 대한 동물 실험에서도 고압산소에 의하여 세포사멸이 일어났다.

일반적으로 고압산소를 투여하면 신생혈관이 만들어짐으로서 조직재생과 세포성장에 도움을 준다고 알려져 있다. 그러나 종양세포에서는 고압산소를 투여하면 오히려 혈관생성이 억제되었다. 그러나 다른 대규모 연구에서는 고압산소를 투여했을 때 혈관신생에는 변화가 없었다. 즉 암세포와 정상세포가 고압산소에 노출되었을 때 서로 다른 반응을 보인다는 뜻이다. 그리고 고압산소를 투여하면 유방암에서 간엽상피이행(mesenchymal-to-epithelial transition, MET)을 유도하였다. 이러한 결과는 암세포의 침륜성이 감소되고 전이되는 것을 억제할 수 있다는 의미가 된다.
저산소증이 되면 항암제에 대한 저항성이 증가된다는 것은 잘 알려진 사실이다. 저산소증에 의하여 항암제에 대한 저항성이 증가되는 기전은 첫 번째로 세포의 대사가 바뀌면서 항암제가 암세포를 살상할 수 있는 세포독성이 감소되고, 두 번째로는 활성산소를 최대한으로 만드는 산화환원 반응이 감소되며, 세 번째로는 유전자의 불안정성이 증가되어 항암제에 저항성을 가지고 있는 암세포의 증식이 빨라지기 때문이다.
방사선 치료와 동시에 고압산소치료를 하는 목적은 방사선 치료 후 나중에 생기는 방사선 손상을 치료하기 위한 경우와 방사선 치료의 효율을 높여주는 방사선 감수성 증가물질을 증가시켜주기 위함이다. 2011년에 Overgaard 등이 연구한 메타분석의 결과를 보면 고압산소치료와 방사선 치료를 동시에 하면 치료결과가 더 좋았다고 하였다. 그러나 반대로 방사선 치료와 고압산소치료를 병행하였을 때 산소 중독과 중중의 방사선에 의한 조직손상도 보고되었다. 이러한 합병증을 줄이기 위해서는 고압산소치료를 한 후에 직후에 방사선 치료를 하는 것이 좋으나 동시에 치료하면 안 된다고 하였다. 그러나 최근까지의 결론은 고압산소와 방사선치료를 조합해서 치료하는 것에 대한 효과는 아직까지는 확실하지는 않다. 이상의 결과를 종합해 보면, 암을 치료함에 있어서 저산소증을 해결하는 것이 중요한 목표가 될 수 있겠다.

부작용
표준 프로토콜에 따라 안전하게 고압산소치료를 하려면 산소압력은 3기압을 넘지 말아야 하며 치료 횟수는 최대 120회 정도로 제한하는 것이 좋다. 그럼에도 불구하고 가끔 부작용이 발생한다. 렌즈에 직접적인 산소의 독작용으로 인하여 정상으로 회복되는 일시적인 근시가 가장 흔한 부작용이다. 그러나 표준 고압산소치료로 인하여 백내장이 온 경우는 없었다. 소수의 환자에서 고막이나 부비동의 파열로 인한 경증에서 중증까지의 통증이 있을 수 있고, 매우 드물지만 공기의 매우 빠른 압력의 변화로 인하여 치아나 폐가 손상되는 경우도 보고되었다. 고농도의 고압산소를 투여하면 전신적인 간질이 악화될 수도 있다. 그러나 이것은 매우 드물며 시간이 지나면 저절로 좋아지며 영구적인 후유증을 남기지는 않는다.

고압산소에 반복적으로 노출되면 가슴이 답답하거나, 흉골아래 열감이나 기침 같은 가역적인 기관과 기관지의 증상이 올 수 있고 일시적으로 폐기능 검사가 나빠질 수 있다. 정상 압력에서 고농도의 산소를 오랫동안 사용해야하는 중증의 환자에서 고압산소치료를 반복적으로 하면 폐기능에 악영향을 줄 수 있다. 1인용 고압산소치료기계는 협소공포증의 환자에서 문제가 될 수 있다. 아직까지는 고압산소가 암을 일으킨다는 증거는 없다.

금기증
고압산소치료에서 유일한 절대적 금기증은 치료되지 않은 기흉이다. 그 이유는 고압산소 치료 후 감압하는 동안에 긴장성 기흉으로 진행될 수 있기 때문이다. 폐안에 커다란 기포(bleb)가 동반된 만성폐쇄성 폐질환(COPD)환자는 기흉과 비슷한 이유로 상대적인 금기사항이다.

절대적 금기증 (다음의 약물과 같이 사용하면 안 된다.)
Doxorubicin (Adriamycin) - 항암제, 고압산소와 같이 투여 시 세포독성이 증가된다.
Cisplatin - 항암제
Disulfiram (Antabuse) - 알코올 중독의 치료에 사용하는 약
Mafenide acetate (Sulfamylon) - 화상의 상처에서 세균의 증식을 억제하는 약
상대적 금기증
1) 심장질환
2) 만성 폐쇄성 폐질환 : 공기가 잡혀있는 경우는 폐기종이 생길 수 있다.
3) 상기도 감염
4) 고열인 경우에 고압산소를 하면 간질 발작을 할 수 있다.
5) 탄산가스가 정체된 폐기종 : 고압산소치료를 하면 기흉이 생길 수 있다.
6) 흉곽 수술을 한 병력
7) 암환자 : 암세포는 많은 혈액의 공급이 필요하지만 고농도의 산소에서 억제된다.
8) 고압산소는 줄기세포를 생산하고 증식하는데 도움이 되나 악성화 되는 것을 촉진하지는 않는다.
9) 중이의 압력손상
    임신하였다고 해서 고압산소치료를 못하는 것은 아니다. 임신한 여성이 일산화탄소 중독이 된 경우에 일산화탄소 때문에 태아의 신경학적 후유증의 위험이나 사산될 수 있다는 것을 고려해서 2.0기압정도의 고압산소치료를 한 경우에 태아에 특별한 해를 주지 않았다.


결론 및 전망
과거에 고압산소치료의 시도는 과학적인 근거를 제시하지 못하였다. 일산화탄소 중독, 감압병, 동맥에 가스 색전증, 방사선 골괴사증, 클로스트리디움에 의한 괴사, 혈액순환이 나쁜 피부 이식 등에서는 세포학적이나 생화학적인 면에서 효과가 입증되었다. 고압산소치료의 생리학적 효과는 혈액내의 산소의 양을 증가시켜서 수혈받기 힘든 중증의 빈혈에서 도움이 된다. 그 이외에도 과학적인 근거는 밝혀지지는 않았지만, 임상적으로는 좋은 결과를 보인 사례들이 보고되고 있다. 비록 지금까지는 고압산소치료의 효과에 있어서 무작위 조절 방법으로 비교 연구된 결과들이 많지는 않지만, 앞으로 많은 만성 난치병들에 대해서 조심스러운 접근 방법으로 시도해 보면 또 하나의 치료 방법으로 제시 할 수 있을 것으로 사료된다.

최세환  emd@mdjournal.net

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