림프부종 질환에서 근적외성 형광 림프 조영술을 이용한 림프 기능 부전의 생체 동적 정적 분석 논문정보
서울아산병원 재활의학과 전재용 교수, 성형외과 서현석 교수, 의공학연구소 천화영 박사가 수행한 본 연구는 심장 질환을 진단하는데 널리 활용되는 심전도(electrocardiogram, ECG) 검사법과 마찬가지로 림프 순환 질환을 진단하기 위해 비정상적인 림프 수축 형태를 검사하는 새로운 질병 진단법(림프 동역학 검사법; lymphangio-dynamics)을 제안한다.
심전도 검사에서는 몸에 부착된 전극을 이용하여 심장의 전기적 활동을 해석하여 비정상적인 심장의 리듬과 파형을 평가하여 심장 질환 진단에 활용한다. 심장은 정상적인 상태에서는 일정한 주기의 파형과 리듬을 유지하며 몸의 항상성을 유지한다. 본 연구팀의 동물실험 결과 림프계 순환도 혈액 순환과 마찬가지로 정상 상태에서는 일정한 형태의 파형(그림 1)을 가지는 림프 수축 신호가 있는 것을 발견하였으며, 정상 상태에서는 일정한 주기로 림프관의 수축하며 주기적인 신호를 발생키는 것을 확인하였다(그림 2). 좀 더 정확한 신호 분석을 위해 시간축 데이터를 신호처리를 통해 노이즈를 제거하고 주파수축으로 변환하여 신호의 주기성 및 주파수 파라미터의 변화를 관찰하였다. 그 결과 림프부종과 같은 림프 순환의 질병 상태에서는 이러한 항상성이 깨지게 되어 림프 수축의 파형과 리듬의 정규성(regularity)이 붕괴되는 것을 관찰할 수 있었다. 이러한 정규성 붕괴는 푸리에 변환(fast Fourier transform, FFT)에서 주피수 피크가 없어지는 것으로 나타나며 웨이블렛 변환(continuous wavelet transform, CWT)에서는 같은 주파수에서의 신호 밴드가 관측 시간 동은 사라지는 것으로 나타났다(그림 3). 림프 수축의 정규성 붕괴는 기존의 분자생명학 분석을 통해 염증 반응과 이로 인한 근육 수축 신호 교란으로 일어나는 것이 밝혀져 있었으나 생체 내에서 동물 실험을 통해 관찰되고 증명된 것인 이번 연구가 처음이다.
림프 동역학 검사법은 심장의 정규성을 측정하는 심전도 검사법과 마찬가지로 림프 수축과 순환의 정규성을 검사하여 질환 유무를 판단할 수 있다. 심전도 검사법과의 차이점은 심전도 검사에서는 심장의 전기적 신호를 수집하고 분석하여 진단하는 것에 비해 림프 동역학 검사법은 형광 조영제와 광학적 측정장비를 이용하여 림프 수축에 의한 광학적 신호를 수집하고 분석하여 진단한다(그림 3). 이번 연구에서 활용된 신호처리 방법은 심전도 신호 분석에서도 활용되는 신호처리 방법으로 같은 순환계의 관점에서 혈류계와 림프계가 공통된 생리적 특성을 가지고 있다는 것을 의미한다. 현재 심전도 검사법은 심장 혈관 질환을 진단하는 가장 흔하고 필수적인 검사법이므로 림프 동역학 검사법도 림프 질환을 검사하는 표준적인 검사법으로 발전할 수 있다. 또한 성형외과 임상에서 림프부종의 치료를 위해 시행되는 림프-정맥문합술(lymphovenous anastomosis, LVA)에서 문합술을 위한 건강한 림프관을 찾는데도 활용될 수 있다.
본 연구 결과는 세계 순환기 계열의 양대 학회 중 하나인 미국 심장학회(American Heart Association, AHA)에서 발간하는 권위있는 학술지인 ‘동맥경화, 혈전 및 혈관생물학’ (Arteriosclerosis, Thrombosis, and Vascular Biology, ATVB) 저널의 10월호에 중개연구 (translational research) 분야의 대표저널(Featured Journal)로 발표되었다. 본 학술지는 Clarivate 기준 혈액학 (Hematology) 및 말초혈관질환 (Peripheral vascular disease) 분야 상위 7% 이내 저널이자 2022년 Impact Factor 8.7 (10.514, 2021년) 이고, Scopus 기준 심장학 및 심혈관 의학 (Cardiology and Cardiovascular Medicine) 분야 상위 5% 이내 저널이다.
▲ 그림 1. 심전도 검사에서 정규성을 지니는 심장 박동 신호 및 림프 동역학 검사에서 정규성을 지니는 림프 수축 신호
▲ 그림 2. 림프 순환 단절(이차성 림프부종)을 일으킨 동물 모델에서 림프 순환 단절로 인한 림프 수축 신호 변화를 시간축에서 관찰함
▲ 그림 3. 시간축 신호 변화를 주파수축 신호로 변환하여 림프 동역학 신호의 정규성 여부를 판단함
▲ 그림 4. 심전도 검사법(ECG)과 림프 동역학 검사법(lymphangio-dynamics)의 비교
본 연구는 한국연구재단 중견연구자지원 사업(No. NRF-2019R1A2C1009055), 기본연구 사업 (No. NRF- 2021R1F1A1056527), 서울아산병원 아산생명과학연구원의 연구비 지원(2021IL0035)으로 진행되었다.
※ 전재용 교수는 서울아산병원 재활의학과 임상과장 및 의공학연구소 재활연구센터 센터장으로 재직 중이다.
현재 울산대학교 재활의학과 주임교수로 림프질환 연구 및 암재활 연구에 매진하고 있으며, 여러 과제 수행을 통해 의공학적 기술을 기반으로 하는 여러 중재기술을 개발하고 있다. 다학제 연구팀을 주도하여 아직까지 미지의 영역인 림프계에 대한 이해의 폭을 넓히고 림프질환의 치료/진단 기술 개발을 위해 노력하고 있다.
※ 서현석 교수는 서울아산병원 성형외과 부교수로 재직 중이다.
림프 기능 재건을 위한 초미세수술 기술 개발 뿐만 아니라 신경, 피부 조직 등 우리 몸의 손상된 조직을 재건하는 다양한 외과적/의공학적 기술 개발에 매진하고 있으며, 국책과제 수행을 통해 림프계에 대한 이해의 폭을 넓히고 림프질환 환자의 효과적인 치료/진단 기술 개발을 위해 노력하고 있다.