Korean Journal of Biological Psychiatry

교신저자：손창호, 100-032 서울 중구 저동 2가 85

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서     론

   알코올은 기호식품이지만 만성적 섭취는 각종 정신적, 육체적 변화를 초래하고, 특히 신경계에 심각한 각종 장애를 유발한다. 중추신경계에 유발되는 장애로는 대뇌의 위축과 안근마비(opthalmoplegia), 안진(nystagmus), 혼돈 및 기억상실을 주증상으로 하는 Wernicke 증후군, 중추신경계의 대사장애에 의한 진행성 대뇌위축으로 무욕감, 졸음 및 기억상실을 특징으로 하는 Korsakoff 증후군, 알코올 소뇌변성(alchoholic cerebellar degeneration) 및 알코올성 치매 등을 들 수 있다. 말초신경에서는 알코올성 말초신경염이 일어날 수 있으며 그 외 드물지만 뇌량(corpus callosum)의 낭포성 탈수초를 특징으로 하는 Marchiafava-Bignami병, 뇌교의 탈수초를 일으키는 central pontine myelinolysis도 있다(Lewis와 Woods 1994；Rubin 1996).

   이처럼 중추신경계 기능에 알코올이 끼치는 영향은, 기억과 학습능력뿐 아니라 운동기능에 이르기까지 매우 다양한 장애를 유발한다. 이중 기억과 학습능력의 장애를 초래하는 대표적 알코올 관련질환을 DSM-IV 진단기준에서는 알코올 유도 지속성 치매(alchohol-induced persisting dementia)와 Wernicke-Korsakoff 증후군으로 알려진 알코올 유도 지속성 기억상실(alcohol-induced persisting amnestic disorder)로 구분해 놓았다. 일반적으로 전자는 알코올 자체에 의한 질환으로 후자는 thiamine 결핍에 의한 질환으로 간주되었으나(Kaplan과 Sadock 1998), Joyce(1994)는 알코올 자체에 의한 인지기능 손상에 의문을 제기하였다. 즉 기존의 신경병리학적, 신경영상학적 그리고 기능성 신경영상학적 연구에서 알코올 유도 지속성 치매와 Korsakoff 증후군이 별개의 질환이라고 볼 만한 증거는 현재까지도 없으며 알코올 유도 지속성 치매도 Korsakoff 증후군과 같이 thiamine 결핍에 의해 일어나는 인지기능장애로 보는 것이 오히려 타당하다는 것이다.

   사실 알코올중독에서 보이는 인지기능 및 각종 신경계장애가 에탄올 자체에 의한 것인가 하는 점에서는 많은 논란이 있었다. 이는 알코올중독 상태가 상당히 다양한 문제를 야기한다는 점에 기인하고 있다. 장기간의 알코올 섭취는 식이섭취의 불균형 혹은 흡수장애에 의한 단백이나 비타민의 결핍을 초래하고, K^＋, Ca^＋＋, Mg^＋＋ 및 Zn^＋＋와 같은 전해질 평형을 깨뜨리며 간질환을 비롯한 각종 신체질환을 유발한다(Rubin 1996). 또한 실제 주류에는 에탄올 성분 외에도 많은 첨가물이 있기 때문에 이러한 요인도 배제할 수 없다. 이러한 점때문에 현재까지도 알코올의 장기 섭취에 따른 신경계의 변화가 알코올 자체의 신경독성작용에 의한 것인지, 비타민결핍 등에 의한 이차적인 변화인지 논란이 되고 있으며 알코올이 자체로서 과연 신경독성이 있는가 하는 점도 여전히 의문으로 남아 있다.

   알코올이 세포에 변성을 일으키는 기전 역시 현재까지 확실히 알려지지 않고 있다. 다만 에탄올의 소수성(hydrophobic properties)때문에 알코올이 세포막을 투과하여 세포막을 파괴하는 결과가 초래되며 종국에는 세포막의 이중지질막 교란(disturbance of bilipidic layer), 인지질(phospholipids)의 acyl chains 파괴, 세포막의 유동성(membrane fluidity) 증가를 가져온다고 보고된 바 있다(Ollat 등 1988). 특히 현재까지 밝혀진 알코올에 의한 신경계의 형태학적 변화는 노화나 허혈성 질환에서도 발견되는 비특이적인 세포변성소견들이다.

   흥미로운 사실은 알코올 섭취 용량이 높을수록 해마에 의존하는 학습기능 장애가 심화되며(Melia 등 1996), 해마의 추체세포와 소뇌 치상회(dentate gyrus) 과립세포의 알코올에 대한 감수성이 선택적으로 높다는 점이다(McMullen 등 1984；Pentney 1982；Phillips 등 1990；Walker 등 1980). 또한 Tavares와 Paula-Barbosa(1983)는 백서에게 장기간 알코올을 투여하였을 때 노화과정에서 비교적 일관되게 나타나는 소견 중 하나인 지방갈색소의 침착이 소뇌 및 해마에서 많이 발생하였고, 지방갈색소 침착의 정도가 신경세포손상을 방어하고 정상노화에 의한 신경세포의 변성을 줄여준다고 알려진 piracetam(2-oxo-1-pyrrolidine acetamide)에 의해 경감된다고 보고한 바 있다(Paula-Barbosa 등 1991). 이 결과는 알코올이 중추신경계 노화과정을 유발할 수 있다는 점, 특히 이러한 변화가 기억과 학습에 중요한 기능을 하는 해마와 균형과 보행등 운동기능의 장애뿐 아니라 여러 인지기능수행에도 기능을 한다는 소뇌(Amaral 2000)에서 많이 발생된다고 하는 점에서 흥미로운 발견이라 하겠다. 그러나 상기 연구들에서는 신경계에서 신경세포막과 신경전도를 유지하며 결핍시에는 다발성 신경염과 Wernicke-Korsakoff 증후군을 유발하는 thiamine을 비롯한 비타민 결핍에 의한 세포변성효과를 살펴보지 않았다. 따라서 실제 이러한 변성에 비타민결핍이 미치는 영향과 알코올 자체의 영향은 상기 연구에서 알기 어렵다. 그래서 저자들은 상기 지견을 바탕으로 알코올 장기 투여시 비타민과 piracetam이 해마와 소뇌에 미치는 영향을 비교 해봄으로써 비타민 결핍 및 알코올 자체가 미치는 각각의 중추신경독성 양상을 살펴보고자 하였다.

연구대상 및 방법

1. 실험동물

   체중 약 200그램 정도의 Sprague-Dawley계 흰쥐 수컷을 일정기간 사육한 후 건강이 양호한 것을 골라 실험에 사용하였다. 알코올은 Merck(독일), 비타민은 다보타민으로 유한양행(한국), piracetam은 뉴트로필로 한국 유씨비제약(한국)의 제품을 사용하였다.

2. 연구방법

   먼저 흰쥐의 일일 수분 섭취량을 측정하기 위해 5일간 자유롭게 물과 사료를 섭취하도록 사육하였는데 그 결과 일일 평균 수분 섭취량은 약 40ml정도였다. 이를 기준으로 20% 알코올 용액을 만들고 여기에 각각 piracetam 일일 섭취량이 800mg/kg, 비타민은 thiamine 기준으로 일일 섭취량이 0.5mg/kg이 되도록 섞었다(Paula-Barbos 등 1991). 그리고 알코올 투여로 인해 수분 섭취량이 변화하는 것을 매주 관찰하여 정해진 양의 piracetam과 비타민이 전량 투여되도록 그 농도를 조절하였다.

   대조군은 5개월간 자유롭게 식이를 섭취하도록 사육하였다. 실험군은 알코올 단독 투여군, 알코올과 비타민 병합 투여군 그리고 알코올과 piracetam 병합 투여군으로 나누었다. 대조군은 10마리이며 실험군은 각 군에서 20마리씩 5개월간 실험하였다.

   5개월 후 실험동물은 ether로 마취하여 동물 고정대에 고정하고 흉복부의 정중선을 따라 절개한 후 좌심실로 4% para-formaldehyde 용액 100ml를 관류하여 뇌를 생체 고정하였다. 관류 고정 후 뇌를 적출하여 대뇌 및 소뇌를 좌우 반반씩 나누어 광학 및 전자현미경 관찰을 위해 재고정하였다. 광학현미경 검색을 위해 10% 포르말린에 고정하여 탈수한 후 파라핀에 포매하고 6μm 두께로 박절하여 hematoxylineosin 염색을 하였다. 전자현미경 관찰을 위해서는 2% glutaraldehyde 용액(0.1M, phosphate buffer, pH 7.4, 4°C)에 2시간 동안 전(前)고정한 후 1% OsO 4(0.1M, phosphate buffer, pH 7.4, 실온)에 2시간 동안 후(後)고정을 하였다. 고정한 조직을 계열 ethanol 용액으로 탈수하여 propylene oxide로 치환한 후 epon 혼합물에 포매하였다. 포매된 조직은 MT2B Porter-Blum ultramicrotome으로 두께 1μm로 박절하여 toluidine blue 염색을 한 뒤 광학현미경으로 관찰부위를 결정하였다. 그후 diatome knife를 사용하여 두께 40~60nm로 초박절한 후 uranyl acetate와 lead citrate로 이중전자염색을 하여 Hitachi H-7000 전자현미경으로 관찰하였다.

   해마 추체세포의 적색 변성세포를 정량 분석하기 위해 전정(bregma) 후방 3.5mm에 해당되는 뇌절편을 hematoxylineosin 염색을 하고 광학현미경 100배의 배율로 전체 해마횡단면의 적색신경원 수를 계산하였다. 소뇌의 Purkinje세포의 적색 변성세포수는 무작위로 연속적인 200개의 Purkinje세포를 100배의 배율로 관찰하여 이 중, 적색 변성이 일어난 세포의 개수를 측정함으로써 결정하였다. 해마의 추체세포와 소뇌의 Purkinje세포의 지방갈색소(lipofuscin)의 양을 비교하기 위해서는 개체당 각각 10개의 추체세포와 Purkinje세포를 무작위로 선택하여 인화한 사진의 배율이 10,000배가 되도록 전자현미경으로 촬영하였다. 이들 사진 위에 한 칸이 5mm가 되는 투명모눈용지를 덮어 지방갈색소가 차지하는 모눈용지의 교차점을 계산하였다.

3. 통계분석

   측정된 해마의 적색신경원의 수와 해마 및 소뇌의 지방갈색소 침착 정도를 비모수적 통계방법인 Mann-Whitney U-Test를 시행하여 정량 분석하였다.

연구결과

1. 광학현미경 소견

   대조군의 해마에서는 과립세포층이 V자형으로 3~5층이 분포하였다. 추체세포는 과립세포가 분포한 V자의 가운데에서 U자 모양으로 3~5층의 핵이 분포하였다. 과립세포내 추체세포의 모양은 비슷하였으나 과립 세포의 크기가 작았다. 이들 세포는 모두 핵이 둥글고 커서 세포의 대부분을 차지하였다. 핵은 밝고 한 개의 핵소체가 뚜렷하였으며 세포질은 연한 호산성을 나타내었고 세포의 윤곽도 분명하였다. 그 외의 부분에는 모세혈관, 소교세포 및 그밖의 신경교세포가 드문드문 산재하여 분포하였다(그림 1). 소뇌에는 과립세포층의 경계를 따라 Purkinje세포가 한줄로 배열해 있었고 이들 세포의 모양도 추체세포와 비슷하였다. 즉, 핵이 크고 핵소체가 뚜렷하였으며 세포질은 호산성을 나타내었다(그림 2).

   알코올 단독 투여군에서는 해마의 추체세포가 적색 변성을 일으켜 크기가 작아졌고 핵은 농축되었으며 세포질의 호산성이 증가하였다. 세포의 윤곽은 다각형이었고 축삭이 적색 변성으로 인해 구별이 잘 되었다. 적색 신경원의 수는 CA3 부위나 CA4 부위에서 가장 많았고 CA1 부위와 CA2 부위에서는 적었다(그림 3). 그리고 개체에 따라 추체세포의 적색 변성 정도는 차이가 있었다. 소뇌의 Purkinje세포에서도 적색 변성이 일어났으며 그 수가 추체세포의 변성만큼 많지는 않았다(그림 4). 성상세포에서 종창이 관찰되었으며, 과립세포, 소교세포는 특기할 변화가 없었다.

   알코올과 비타민 병합 투여군 및 알코올과 piracetam 병합 투여군에서도 해마의 추체세포와 소뇌의 Purkinje세포에서 적색 변성이 일어났다.

2. 전자현미경 소견

   대조군의 해마 추체세포는 CA 부위에 따라 세포층수의 차이가 있었으나 개개 세포의 미세구조는 비슷하였다. 핵은 크고 둥글며 간혹 함몰된 것이 있었다. 핵소체는 한 개이며 크고 윤곽이 뚜렷하였다. 염색질은 전자밀도가 낮고 미세과립상인 진정염색질이 대부분이었으며, 핵막을 따라 전자 밀도가 높은 이형 염색질이 소량의 덩어리를 형성하였다. 세포질에는 니슬소체에 해당하는 곳에 조면소포체가 잘 발달되어 있었다. 크고 작은 미토콘드리아가 세포질 전체에 고르게 분포하였고 그 외에 골기체, 소수의 리소솜 그리고 지방갈색소가 있었다. 지방갈색소는 크기와 윤곽이 불규칙하고 전자 밀도가 높으며 과립 내에 전자 밀도가 낮은 공포모양의 구조나 전자 밀도가 높은 구조가 있어 일차 리소솜과 구별이 잘 되었다. 추체세포의 축삭에는 신경원섬유가 풍부하였고 미토콘드리아와 소량의 지방갈색소가 있었다. 그 주위에는 수초신경과 무수초신경 섬유가 치밀하게 분포하였다. 성상세포와 소교세포는 비슷하였으며 핵에는 이형 염색질이 많았고 세포질은 적었으며 조면소포체와 미토콘드리아가 소수 분포하였다. 과립세포는 추체세포보다 작았으나 미세구조는 비슷하였다.

   소뇌의 Purkinje세포는 핵이 크고 둥글며 핵소체가 크고 뚜렷하였다. 핵의 대부분은 진정 염색질이며 이형 염색질은 핵막에 붙어 소량 분포하였다. 세포질에는 조면소포체로 된 큰 니슬소체가 있었고 원형 혹은 장원형의 미토콘드리아가 다수 분포하였다. 골기체도 세포질의 변연부에 다수 분포하였다. 크고 작은 리소솜이 많았으며 지방갈색소가 추체세포보다 많이 있었다. 이들 세포주위에는 핵이 둥글고 진정염색질이 많으며 세포질이 적고 세포소기관도 적은 과립세포와 수초 및 무수초 신경섬유가 치밀하게 분포하였다.

   알콜 단독 투여군에서는 주로 추체세포의 적색 변성이 일어났는데 이 세포는 핵이 농축되어 모양이 다각형이며 핵내 염색질의 전자밀도가 높았고 이형염색질이 증가하였다. 세포질도 농축되어 전자밀도가 높았으며 조면소포체와 골기체의 내강이 확장되었으나 괴사의 소견은 없었다(그림 5). 적색 변성이 일어나지 않은 추체세포의 일부에서는 미토콘드리아의 종창 및 형태변형이 관찰되었으며, 세포질도 종창이 일어나 전자밀도가 감소하였다(그림 5). 이들 세포주위에는 무수초 신경섬유의 공포화가 진행되고 수초의 층상구조가 풀린 곳이 많았다(그림 7). Purkinje세포도 적색 변성이 일어났으며 그 변화는 추체세포와 비슷하였다(그림 8). 추체세포와 Purkinje세포 모두에서 지방갈색소가 증가하였다(그림 9).

   알코올과 비타민 병합 투여군, 그리고 알코올과 piracetam 병합 투여군에서의 변화 내용은 알코올 단독 투여군과 같았다.

3. 정량분석 결과

1) 해마의 적색신경원 수

   해마의 적색신경원 수는 알코올 단독 투여군에서 274.28±149.07개로서 37.66±35.94개인 대조군에 비해 유의하게 많았다(Mann-Whitney U-Test, p＝0.007). 알코올 단독 투여군에 비해 알코올과 비타민 병합 투여군에서 적색신경원은 103.20±94.77개로 유의하게 적었으나(Mann-Whitney U-Test, p＝0.045), 알코올과 piracetam 병합 투여군에서는 149.14±117.69개로 알코올 단독 투여군에 비해 유의한 차이가 없었다(표 1).

2) 소뇌의 적색신경원의 수

   소뇌의 적색신경원 수는 알코올 단독 투여군에서 124.78±29.47개로 52.43±15.20개인 대조군에 비해 유의하게 많았다(Mann-Whitney U-Test, p＝0.001). 알코올과 비타민 병합 투여군(Mann-Whitney U-Test, p＝0.003)은 61.60±3.50개였으며 알코올과 piracetam 병합 투여군(Mann-Whitney U-Test, p＝0.03)은 89.00±20.28개로 두 군 모두에서 알코올 단독 투여군에 비해 적색신경원이 유의하게 적었다(표 2).

3) 소뇌의 지방갈색소 면적

   소뇌의 지방갈색소 면적은 알코올 단독 투여군에서 2.81±0.65 μm²으로 1.53±0.49μm2인대조군에 비해 유의하게 컸다(Mann-Whitney U-Test, p＝0.008). 알코올 단독 투여군에 비해 알코올과 piracetam 병합 투여군에서는 1.92±0.42μm²으로 지방갈색소의 침착이 유의하게 작았으나(Mann-Whitney U-Test, p＝0.016), 알코올과 비타민 병합 투여군에서는 3.05±1.12μm²으로 알코올 단독 투여군에 비해 유의한 차이가 없었다(표 3).

4) 해마의 지방갈색소 면적

   해마의 지방갈색소 면적은 알코올 단독 투여군에서 1.56±0.48μm²으로 0.85±0.23μm²인 대조군에 비해 유의하게 컸다(Mann-Whitney U-Test, p＝0.047). 알코올 단독 투여군에 비해 알코올과 piracetam 병합 투여군에서 0.89±0.41μm²으로 지방갈색소의 침착이 유의하게 작았으나(Mann-Whitney U-Test, p＝0.047), 알코올과 비타민 병합 투여군에서는 1.11±0.51μm²으로 알코올 단독 투여군에 비해 유의한 차이가 없었다(표 4).

고     찰

   알코올의 장기간 섭취는 중추신경 및 말초신경에 광범위한 변화를 일으킨다. 알코올의 섭취기간, 섭취량과 방법, 유전적 감수성 및 동물의 종류에 따라 신경원 소실의 정도와 분포에 차이가 있지만(Harper 1998), 대뇌에서는 백질 용적이 감소하고 피질이 위축되며(Harper 등 1985；de la Monte 1988) 신경섬유 수초가 변화하고, 신경원의 수가 감소한다(Harper와 Kril 1989). 시상(Berachochea 등 1997), 시상하부(Harper 1983), 기저핵(Arendt 등 1983), 청반(Arango 등 1994), 뇌간 봉합핵(Baker 등 1996) 등에도 경하게나마 용적 감소, neurofibrillary tangle 형성, 신경원 수의 감소 등이 일어난다.

   알코올 섭취에 따른 신경독작용에는 알코올의 대사산물인 아세트알데히드 지방산 에틸 에스터(acetaldehyde fatty acid ethyl ester)(Bora와 Lange 1993), excitotoxin(Lovinger 1993), 질산 산화물(nitric oxide)(Lancaster 1992), 유리기(free radical)(Pellman 1993) 등이 유인인자로 작용한다고 알려져 있다. 특히 알코올에 대한 감수성이 높다고 알려진 해마(McMullen 등 1984；Pentney 1982；Phillips 등 1990；Walker 등 1980)에 대한 신경병리학적 연구에서 알코올을 장기간 투여했을 때 쥐 해마의 추체세포, 과립세포 그리고 치상 과립세포(dentate granule cell)에서 수상돌기 가지(dendritic spine)가 감소된다는 보고가 있었다(Riley와 Walker 1978；Walker 등 1980). 그러나 해마세포는 감소하나 핵의 크기나 추상돌기가 감소하지는 않는다는 연구(Lescaudron과 Verna 1985)도 있었으며, 최근에는 신경소실이 발견되지 않았다는 보고도 있다(Kril 등 1997).

   본 연구에서 관찰한 또 다른 부위인 소뇌에 대해서는, 알코올의 만성적 투여가 백서 소뇌 과립세포의 소실을 유발하며(Walker 등 1981) 이러한 소실은 알코올 투여기간에 비례한다고 보고된 바 있다(Cadete-Leite 등 1988). 이러한 과립세포의 감소와 달리 소뇌 수상돌기의 길이가 길어지는 현상이 관찰되는데 이것이 과립세포 감소에 대한 보상작용일 가능성이 제기된 바 있으며(Cadete-Leite 등 1988), 초미세형태학적 변화로는 조면소포체의 확장이 보고되었다(Philips 1987). 또한 Jedrzejewska와 Wierzba-Bobrowicz(1990)은 쥐에게 장기간 에탄올을 투여하고 해마를 전자현미경으로 관찰한 결과 수많은 미토콘드리아가 진하고 어두운 색으로 변색하였으며 작거나 비대(hypertrophy) 또는 괴이(bizzare)한 형태가 되었고, 조면소포체 종창, 핵소체 내 염색질(chromatin)의 고밀도 축적(high-density accumulation), 신경교세포 유착(glial cell adhesion), 신경세관 증식(multiplication of neurotubules), 이중핵을 가진 신경교세포 증식증(gliosis with double nuclei in glial cells), 세포돌기(cell process) 종창, 어두운 색의 미토콘드리아 증식(multiplication of dark mitochodria), 성상세포 내 공포형성(formation of intra-astrocytic vacuoles) 등을 관찰했다고 한다. 본 연구에서도 세포질 종창, 미토콘드리아 비대 및 변형, 염색질 축적, 성상세포내 공포형성 등은 발견했으나 신경교세표의 변화 소견들은 뚜렷치 않았다. 이러한 차이는 Jedrzejewska와 Wierzba-Bobrowicz(1990)의 연구에서 본 연구에서 사용한 20% 에탄올에 비해 고농도인 40% 에탄올을 사용한 점과 사용한 쥐의 종이 다르다는 점에 기인할 것으로 생각된다. 또한 본 연구에서는 신경세포 주위에서 무수초 신경섬유의 공포화와 수초의 층상구조가 풀린 곳을 많이 관찰할 수 있었는데 이 소견은 기왕의 연구(Phillips 등 1991)와 일치하는 것이다.

   본 연구에서는 신경세포의 변성 정도에 초점을 맞추었으며 그 지표로서 적색변성과 지방갈색소를 사용하였다. 적색신경원은 원래 허혈성손상 등 여러 손상기전에 의해 발생할 수 있는 비특이적 변성으로서 세포가 수축(shrinkage)되고 핵은 응축(pyknotic)되며 세포질이 정상보다 더 호산성(eosinophilic)을 띄게 되는 변성을 가리킨다(Morris와 Phil 1989). Jedrzejewska와 Wierzba-Bobrowicz(1990)은 알코올에 의한 신경독성은 허혈성변화에서 보이는 기전과 유사할 것이라고 추론한 바 있으며, 본 연구에서 보인 적색 변성도 허혈성변화에서 흔히 관찰되므로 본 연구 결과도 알코올의 신경독성이 허혈성 신경변성과 비슷한 기전을 가질 것이라는 추론을 뒷받침하는 소견이라 생각된다.

   실험 결과 알코올 장기 투여시 해마의 추체세포와 소뇌의 Purkinje세포 모두에서 지방갈색소가 증가하였다. 지방갈색소는 그 기능이나 역할은 아직 분명히 밝히지 못하였으나, 세포의 노화과정에서 나타나는 소견(Terman과 Brunk 1998)으로 알려진, 중합 및 산화지방산(polymerized and oxidized fatty acids)의 비수용성 응집체이다. 주로 내부세포막(internal cell membrane)에 있는 인지질의 불포화 지방산을 산화시키는 여러 과산화물(peroxide)과 산소함유 유리기(oxygencontaing free radicals)의 작용에 의해 생성된다(Giurgea 1973). 비정상적인 지방갈색소의 생성에는 두 가지 중요한 기전이 있는 것으로 알려져 있다. 즉 1) 비정상적으로 높은 지질과산화활성(lipid perxidative activity)을 초래하는 뇌저산소증(brain hypoxia) 때문에 일어나는 세포막손상과 같은 종류의 손상이 증가하는 경우, 2) 항산화제(antioxidant)에 의해서 혹은 리소솜(lysosomic machinary)내에서 일어나는 변화에 세포의 산화과정이 정상적으로 일어나지 못하는 경우이다(Sohal과 Wolfe 1986). 알코올은 세포막의 변화와 함께 신경의 과산화 활동(peroxidative activity)의 증가로 인한 광범위한 리소솜의 변화(lysosomic change)를 유발하며(Merzey 등 1976), 에탄올 장기 투여시 백서의 뇌조직에서 산소 유리기 형성과 지질과산화(lipid peroxidation)가 증가되었다는 보고(Montoliu 등 1994)로 미루어 보아 알코올이 지방갈색소를 증가시킬 가능성은 상당히 크다. 또한 알코올 장기투여시 조기에 새포 내에 진행성 지방갈색소가 축적된다는 연구결과도 있으므로(Borges 등 1986), 지방갈색소의 증가는 알코올에 의한 세포변성 정도를 반영할 가능성이 크다고 할 수 있다.

   본 연구에서는 비타민과 piracetam이 알코올에 의해 유발되는 신경변성에 영향을 미치는 물질이라고 보았다. 비타민 특히 Thiamine이 알코올중독에서 신경계독성에 영향을 준다는 것은 익히 알려진 사실이다. Thiamine은 흡수가 되면 인산화(phosphorylation)가 되어 thiamine 파이로인산염(pyrophosphate)을 생성하여 비타민의 활성조효소(coenzyme) 형태가 된다. 이것은 1) ATP형성을 유도하는 알파 키토산(alphaketoacids)의 산화 탈탄산화(oxidative decarboxylation) 기능, 2) 오탄당 인산 경로(pentose phosphate pathway)에서 트란스케토라제(transketolase)의 보조요소(cofactor)기능, 3) 말초신경을 위주로 한 신경세포막(neural membrane) 및 정상신경전달(normal nerve conduction)의 유지와 같은 세 가지 주요기능을 한다고 알려져 있다(Rindi 등 1986). 장기간의 알코올 투여는 다른 영양소의 섭취를 줄게 하며, 흡수를 방해하고, thiamine 파이로인산염의 활성도를 저하시켜서 신경세포의 thiamine 이용을 방해한다(Rindi 등 1986). 또한 에탄올은 쥐의 뇌와 간조직의 트란스케토라제 효소 작용을 억제하며 특히 에탄올의 대사산물인 아세트알데히드는 에탄올 자체에 비해 그 억제작용이 10배에 달한다(Abe와 Itokawa 1977). 이는 알코올 사용시 thiamine의 결핍현상이 쉽게 일어나며 이로 인해 뇌대사의 저하가 초래된다는 것을 시사한다. Phillips(1987)는 thiamine이 결핍된 알콜투여군에 속한 쥐의 대뇌에서는 조면소포체의 확장이 일어났으나 thiamine이 공급된 알콜투여군이나 또는 알코올을 투여하지 않은 채 thiamine 결핍만 시킨 군에서는 이러한 소견이 발견되지 않았다고 하였다. 따라서 조면소포체가 thiamine 결핍이나 알코올 자체작용으로 확장된다기 보다는 두 현상의 생화학적 상호작용 때문에 확장되는 것이라고 추론하였다. 그리고 조면소포체의 확장은 이후 다시 회복되는 양상을 보였다며 가역성변화로 보았다. 또한 소뇌신경세포변성도 thiamine 결핍과 알코올투여가 병행된 군에서만 나타났기에 두 요인의 상호작용에 의한 것이라고 지적하였다. 본 연구에서는 알코올 단독 투여군뿐 아니라 알코올과 비타민 병합 투여군에서도 빈도는 다소 작았지만 조면소포체의 확장이 나타난 것을 관찰할 수 있었다. 이러한 차이는 Phillips(1987)의 연구에서는 thiamine을 혈관 내 투여한 데 비해 본 연구에서는 경구투여를 해, 비타민 병합 투여군이라 하더라도 흡수 정도에 따라 부분적인 thiamine 결핍현상이 초래된 데 기인하는 것으로 보인다. 또한 비타민 투여가 알코올 투여에 의한 해마 및 소뇌에서의 적색 변성을 두드러지게 경감시킨 것으로 보아 적색 변성의 주요인이 thiamine을 비롯한 비타민 결핍일 가능성이 있다.

   본 연구에서 사용한 piracetam(2-oxo-1-pyrrolidine acet-amide)은 GABA 유도체로 체내에 들어오면 중추신경계에 고농도로 분포하여 학습능력과 기억력을 향상시킨다고 알려진 물질이다(Mondadori 등 1989). 또한 신경세포손상에 대한 방어작용도 있으며, 이러한 기능이 정상노화에 따른 신경세포 변성도 줄여 준다고 보고되었다(Mondadori 등 1989). 이러한 Piracetam은 알코올을 장기간 투여한 후 발생하는 치상 과립세포의 소실에 대해 보전효과가 있다(Cadete-Leite 등 1997)는 보고가 있어 알코올에 의한 신경독성에도 효과가 있을 것으로 생각된다. 본 연구에서 알코올 장기 투여시 발생하는 지방갈색소의 증가에 piracetam이 상당한 억제효과를 나타내었고 이는 기존의 연구결과와 일치하는 것이다. 이 결과만으로 piracetam이 지방갈색소의 형성을 적게 하는지 또는 형성된 지방갈색소를 용해하는지는 확실히 알 수가 없으므로 추가의 연구가 필요할 것이다.

   적색 변성의 경우에 piracetam이 소뇌에서는 유의한 억제효과를 보였으나 해마에서는 유의한 효과를 보이지 않았다. 그러나 해마에서도 실제 그 수치상 알코올 단독 투여군에서 평균 274.38개, piracetam 병합 투여군에서 149.14개로서 상당한 차이가 있었다. 따라서 대상군의 수가 적어 해마에서는 통계적 유의성이 나타나지 않았을 뿐 해마에서도 piracetam이 적색 변성을 억제할 가능성이 크다고 생각된다. 결론적으로 piracetam이 지방갈색소나 적색 변성과 같은 알코올에 의한 신경손상을 상당부분 억제시켜 주는 효과가 있다고 하겠다.

   본 연구의 제한점은 다음과 같다. 첫째, 실험대상군이 소수이며, 둘째, 알코올은 물질의 섭취 흡수, 대사 등에 총체적으로 영향을 미치므로 비타민과 piracetam을 경구투여한 본 실험에서는 비타민 및 piracetam의 신경계에 미치는 영향을 온전히 파악하기 어렵다는 점이다. 그럼에도 불구하고, 본 연구결과는 몇 가지 중요한 사실을 시사해 준다. 첫째, 적색 변성과 지방갈색소의 침착이 서로 다른 요인에 의해서 이루어졌을 가능성이다. 즉 알코올 투여시 발생되는 적색 변성은 thiamine을 비롯한 비타민 결핍이 일차적 요인이며, 지방갈색소의 증가는 비타민 투여로 억제되지 않는 것으로 보아 알코올 자체 또는 그 대사산물에 의한 것일 가능성이 있다. 둘째, piracetam이 지방갈색소 증가를 억제하고 소뇌에서의 적색 변성도 억제하는 것으로 보아 알코올의 장기간 섭취에 의한 신경변성을 piracetam이 방어하는 효과가 있을 것으로 생각된다. 추후 본 연구의 결과를 확인, 보충하기 위해서는 다수의 실험대상군 확보, 경구투여가 아닌 혈관 내 투여와 같은 보다 정확한 투여경로의 확보가 이루어져야 할 것이며, 또한 적색 변성이나 지방갈색소의 지속성을 보기 위해 알코올 중단 후의 변화를 지속적으로 관찰해야 할 것이다.

결     론

   백서에서 5개월간 알코올 단독 투여 및 비타민 또는 piracetam 병합 투여후 진행된 형태학적 변화를 살펴본 결과 해마의 적색신경원 수는 알코올 단독 투여군에서 대조군에 비해 유의하게 많았으며, 알코올 단독 투여군에 비해 알코올과 비타민 병합 투여군의 적색신경원 수가 유의하게 적게 나타났다. 하지만 알코올과 piracetam 병합 투여군에서는 유의한 차이가 없었다. 소뇌의 적색신경원 수는 알코올 단독 투여군에서 대조군에 비해 유의하게 많았으며, 알코올 단독 투여군에 비해 알코올과 비타민 병합 투여군 그리고 알코올과 piracetam 병합 투여군 모두에서 적색신경원이 유의하게 적었다.

   또한 해마 및 소뇌의 지방갈색소 면적은 알코올 단독 투여군에서 대조군에 비해 유의하게 컸다. 알코올 단독 투여군에 비해 알코올과 piracetam 병합 투여군에서 지방갈색소 침착이 유의하게 작았으나 알코올과 비타민 병합 투여군에서는 알코올 단독 투여군에 비해 유의한 차이가 없었다.

   이상 소견은 알코올투여에 의한 해마와 소뇌 적색 변성의 주요인이 thiamine을 비롯한 비타민 결핍이며 해마와 소뇌의 지방갈색소 증가는 비타민 결핍에 의한 것이라기 보다는 알코올 자체 혹은 그 대사산물에 의해 발생한다는 점을 시사한다. 또한 piracetam이 지방갈색소 침착을 억제하고 소뇌의 적색 변성도 억제함으로써 알코올의 장기간 섭취에 의한 인지기능장애를 개선하는 효과를 지니고 있을 가능성을 시사한다.