Airway Responses to Bronchoprovocation Using High-Resolution Computed Tomography in Patients with Bronchial Asthma

기관지천식환자에 있어서 고해상도 전산화단층촬영술을 이용한 기관지유발에 대한 기도의 반응

Background: Bronchial hyperresponsiveness and abnormal response such as a loss of distensibility are pathophysiologic characteristics if bronchial asthma. The only means of direct in vivo measurement of airway size had been a tantalium bronchography, until high-resolution computed tomography(HRCT) enabled to measure noninvasively two dimensional airway area more accurately and reliably. Method: To investigate airway area responses to bronchial provocation with methacholine and evaluate the major sites of bronchial constriction in patients with bronchial asthma. We examined HRCT scans in five patients with bronchial asthma who had significant bronchoconstriction(20% or more decrease in $FEV_1$) using CT scanner(5,000T CT, Shimadzu Co, Japan) before and in 3~5 min. after methacholine inhalation. Airways which were matched by parenchymal anatomic landmarks in each patient before and after methacholine inhalation were measured using film scanner(TZ-3X scanner; Truvel Co. Chatsworth CA, USA) and a semiautomated region growing method. Results: 1) We identified 9 to 12 airways in each patient which were matched by parenchymal anatomic landmarks before and after methacholine inhalation. 2) Airway responses to methacholine are quite different even in a patient. 3) The constriction of small airways(average diameter <2 mm; area < $3.14mm^2$) was 48.7%(8.3; SEM, n=43), being more prominant than that of large airways(average diameter >2 mm; area > $3.14mm^2$), 53.8% (4.4;SEM, n=10), but not significantly different(p>0.05). 4) There was no significant difference in the degree of constriction between upper(44.3% +5.8; mean + SEM, n=30) and lower lung regions(56.7% +4.5, n=23). Conclusions: Thus airway responses to methacholine bronchoprovocation is quite variable in a patient with bronchial asthma and has no typical pattern in patients with bronchial asthma.

연구배경: 기도의 과민성과 더불어 반응성의 이상도 기관지천식의 병태생리에 관여한다. 고해상도 전산화 단층촬영술(HRCT)은 기관지조영술보다 비칩습적(non-invasive)이며, 더욱이 기도의 내강을 2차원적으로 측정이 기능하게 되어 훨씬 더 정확하고 신뢰있는 기도의 면적(dimension)을 얻을 수 있다. 방법: 기관지천식에서 메타콜린 기관지유발에 의한 기도 내강의 변화를 관찰하고자 HRCT(5000T CT, Shimadzu Co, Japan)를 이용하여 직접 기도의 반응을 영상화하였다. film scanner(TZ-3X scanner; Truvel Co, Chatsworth CA, USA)를 이용하여 scan 하고 a semiautomated region growing method로 면적을 측정 하였다. 5명의 기관지천식환자에서 $FEV_1$이 20%이상의 감소를 유발하여 기도 내강의 면적이 수축하는 정도를 측정하고, 유발전과 후에 기도의 크기와 폐의 구역에 따른 차이를 알아 보았다. 결과: 1) 메타콜린 흡입후 $FEV_1$이 24.2%에서 45.3%까지 의미있는 수축을 하였으며, 이들에서 기관지수축전후 비교할 수 있는 기도는 상폐야에서는 4개에서 8개, 하폐야에서는 2개에서 6개, 한 환자에서 9개에서 12개까지 면적의 측정이 가능하였다. 2) 메타콜린에 의한 기도의 수축률은 한 환자내에서도 차이가 많았다. 3) 평균 직경 2 mm(면적 $3.14\;mm^2$)이하의 소기도(43개)에서는 48.7%(8.3; SEM) 이였으며, 직경 2mm보다 큰 중심기도(10개)에서는 53.8%(4.4; SEM)으로 소기도에서 더 많은 수축률을 보이는 경향이었으나, 통계적으로 의미있지는 않았다.(p>0.05). 4) 상폐야의 기도(30개)의 수축은 44.3%(5.8; SEM)이었고, 하폐야의 기도(23개)는 56.7%(4.5; SEM)으로 차이가 없었다(p>0.05). 결론: 메타콜린에 의한 기도의 수축은 한 환자 내에서도 차이가 많으며, 폐의 구역이나 기도의 크기에 따른 차이도 없었다. 그 기전에 관하여는 연구가 필요할 것으로 생각된다.