황화수소 노출 후 발생한 저산소뇌병증의 자기공명영상 변화
Serial MRI of Hypoxic Brain Damage after Hydrogen Sulfide Exposure
Article information
Trans Abstract
Hydrogen sulfide is a colorless gas and frequently lethal occupational hazard that causes tissue hypoxia with prominent neurological signs. Depending on the amount of exposure, many neurotoxic effects such as headache, disequilibrium, and loss of consciousness have been reported. However, a few address the brain MRI findings in hydrogen sulfide poisoning. We report serial brain MRI findings in a patient with hydrogen sulfide intoxication.
황화수소는 독성을 가진 무색 가스로 원유, 가죽, 석유, 고무, 오수, 섬유물질을 처리하는 과정에서 부산물로 발생하기 때문에 산업현장에서 일산화탄소 다음으로 흔하게 산업근로자들에게 노출되는 것으로 알려져 있다[1]. 황화수소 흡인은 폐포의 모세혈관막을 통해 빠르게 흡수되며, 세포 내에서 산소전달을 저해하여 조직 저산소증을 유발시키는 화학적 질식제이다[2]. 황화수소에 노출 시 농도에 비례하여 두통, 어지럼, 운동실조, 의식소실과 같은 다양한 신경계증상을 동반할 수 있으나, 황화수소 노출 후 뇌자기공명영상 소견에 대한 보고는 드물다. 저자들은 작업장내에서 황화수소 노출 후 혼수상태로 내원한 환자에서 시간에 따른 뇌자기공명영상 변화를 보고하고자 한다.
증 례
피혁공장의 폐수처리시설에서 근무하던 44세 남자가 의식소실로 내원하였다. 고장난 파이프 수리를 위해 혼자 작업장에 들어간 뒤 2시간 만에 의식없이 쓰러져 있는 상태로 동료들에 의해 발견되었으며 심폐소생술을 받고 응급실로 왔다. 동료들에 의하면 작업장은 계란 썩는 냄새가 심했고, 환기 공간이 하나밖에 없어 공기 순환이 잘 되지 않는 장소였다고 한다. 내원 당시 활력징후는 혈압 110/60 mmHg, 맥박수 77회/분, 체온 37°C였으며, 자발호흡이 미약하였다. 기관내삽관 후 100% 산소로 인공호흡기를 적용하였다. 신체진찰에서 썩은 계란냄새가 났고, 양안 부종과 결막충혈이 동반되었다. 신경학적진찰에서 의식수준은 혼수였고, 통증자극에 반응이 없었다. 양측 상하지심부건반사는 모두 항진되어 있었으며, 바빈스키징후도 양성이었다. 인공호흡기치료 후 실시한 동맥혈가스분석은 pH 7.35, PaO2 141 mmHg, PCO2 17.8 mmHg, 산소포화도 98.5%, 산소헤모글로빈 94%, 메트헤모글로빈 0%, 일산화탄소헤모글로빈 3.3%였다. 단순흉부방사선검사에서 양쪽 폐야에 증가된 음영이 확인되었으며, 흉부전산화단층촬영에서 다발성의 광범위한 미만성 폐경화(pulmonary consolidation)가 확인되었다. 뇌전산화단층촬영에서 이상은 보이지 않았다. 발견 후 2시간 만에 시행한 자기공명영상의 확산강조영상(diffusion-weighted imaging)은 소뇌편도와 치아핵을 포함한 양측 소뇌반구에서 고신호강도의 병변이 나타났으며 겉보기확산계수지도(apparent diffusion coefficient map)에서 동일부위에 저신호강도를 보였다. 액체감쇠역전회복영상(fluid attenuated inversion recovery imaging)에서는 동일부위에 변화가 미묘하여 겉보기확산계수지도에 비해 상대적으로 이상이 분명하지 않았다(Fig. 1-A). 작업장에서 고농도의 황화수소 가스가 확인되어, 황화수소중독으로 진단하였다. 내원 2일째 시행한 뇌파검사에서 좌측 측두엽에서 뇌전증초점을 시사하는 뇌전증모양방전이 관찰되었다. 비경련 뇌전증지속상태로 판단하여 항경련제(발프로산: valproic acid 1,200 mg/day, levetracetam 1,000 mg/day)를 투여하였고, 추적 뇌파에서 뇌전증모양방전이 사라진 것을 확인할 수 있었다. 내원 2일째 확산강조영상과 액체감쇠역전회복영상에서 양측 내측 측두엽과 내측 후두엽, 중심고랑 주변 피질에서 고신호강도를 보였으며, 겉보기확산계수지도에서는 동일 부위에 저신호강도가 관찰되었다(Fig. 1-B). 일주일 뒤 환자의 의식수준은 큰 변화가 없었으나, 통증 자극 시 사지에서 약간의 근육수축이 관찰되었다. 내원 7일째 확산강조영상과 액체감쇠역전회복영상에서 미상핵, 조가비핵에서 고신호강도가 양측 대뇌피질과 피질하부의 주변부위에 층상괴사(laminar necrosis)로 여겨지는 고신호강도가 확인되었다(Fig. 2-A). 내원 2주 후 자발 호흡이 돌아왔고, 내원 한 달 후에는 자발적으로 눈을 뜨고 감는 수준의 의식회복이 있었으나 의사소통은 여전히 되지 않았으며, 자발적인 사지의 움직임도 없이 전신강직이 동반되었다. 내원 4주 후 추적확산강조영상과 겉보기확산계수지도에서 이상신호는 모두 사라졌으나, T1강조영상에서 조가비핵에 고신호강도가 관찰되었다. 조영제 주입 후 얻은 T1강조영상에서 내측 후두부와 소뇌에서 연수막 조영증가가 있었으며 액체감쇠역전회복영상에서 피질하부를 포함한 백질에서 다발적으로 고신호강도를 보여 백질변성이 추가적으로 관찰되었다(Fig. 2-B). 8주 후 환자는 의식 수준에 큰 변화 없는 상태로 요양병원으로 전원되었다.
Brain magnetic resonance imaging (MRI) obtained 2 hours after hydrogen sulfide intoxication (A). Diffusion weighted imaging (DWI) demonstrates hyperintense signals in the cerebellar, apparent diffusion coefficient (ADC) show low signal intensities in the corresponding area. Brain MRI 24 hours after the incident (B). DWI and fluid-attenuated inversion recovery show high signal intensities in the cerebellar, caudate nucleus, putamen, paracentral lobule, medial temporal and medial occipital lobes. ADC show low signal intensities in the corresponding area.
Follow-up magnetic resonance imaging (MRI) obtained after 1 week (A). Diffusion weighted imaging (DWI) and fluid-attenuated inversion recovery (FLAIR) images demonstrate increased signal intensity in caudate nucleus, putamen and whole cerebral cortex. Follow-up MRI obtained 4 weeks after hydrogen sulfide intoxication (B). FLAIR demonstrates multiple high signal intensities in the basal ganglia, cerebellum, cerebral cortex and subcortical white matter. T1-weighted image (T1WI) shows high signal intensities in the putamen and contrast-enhanced T1WI show leptomeningeal enhacements in medial occipital cortex and cerebellar.
고 찰
본 증례는 사고 당시의 상황과 임상소견을 볼 때 급성 황화수소중독에 의한 저산소뇌병증으로 여겨진다. 일산화탄소 분압이 약간 상승되어 있어 일산화탄소에 함께 노출 되었을 것으로 추정되지만, 증상을 유발하지 않는 낮은 일산화탄소헤모글로빈 수치로 일산화탄소중독에 의한 의식저하 가능성은 낮다.
황화수소는 세포내 미토콘드리아 시토크롬산화효소에 붙어 산소 사용을 방해함으로써 조직에 저산소증을 발생시키는 화학적 질식제이다[1]. 50 ppm 이하의 저농도 황화수소에 노출 시 점막을 자극하여 결막각막염(gas eye) 및 호흡기계 염증을 유발하고, 100 ppm에서는 후각마비가 발생하여 황화수소 가스 특유의 계란 썩는 냄새에 무감각해져 가스노출에 인지가 떨어질 수 있으며, 250 ppm에서는 폐부종이 발생할 수 있다. 500 ppm 이상의 고농도 황화수소에 노출 시 중추신경계에 직접적인 영향을 미쳐 급성 호흡부전과 갑작스러운 녹다운(knockdown)이 발생할 수 있다고 알려져 있다[3]. 녹다운은 황화수소가 직접적으로 중추신경계에 세포독성을 일으켜 발생하는 것으로 알려져있는데 즉각적인 의식회복을 보이는 경우도 있고, 지속적인 혼수상태나 사망에 이르기도 한다[4].
본 증례의 자기공명영상 소견의 변화는 저산소허혈뇌병증(hypoxic ischemic injury)에서 보이는 소견과 유사하다. 심정지에 의한 관류저하 또는 이차적인 저산소혈증에 의해 발생하는 저산소허혈뇌병증은 기저핵, 시상, 대뇌피질, 소뇌 및 해마를 포함한 회질이 우선적으로 손상되며, 경계구역경색을 보이기도 한다[5]. 회질은 시냅스후글루타메이트수용체가 분포하고 있는 수상돌기를 많이 포함하고 있어 글루타메이트 흥분독성에 취약하며, 시냅스 활동 때문에 백질보다 대사활동이 활발하기 때문에 저산소혈증에 우선적으로 영향을 받는 것으로 여겨진다[3].
반면 황화수소중독은 조직수준에서 저산소증(hypoxia)을 일으키기 때문에 저산소혈증(hypoxemia)으로 발생하는 저산소허혈뇌병증과 발생 기전이 다를 수 있다. 황화수소중독 환자의 부검에서 대뇌피질과 기저핵은 초록색으로 변색을 보이지만 심정지에 의한 저산소허혈뇌병증 환자의 부검에서는 동일 부위에 변색이 동반되지 않았다는 보고가 있어[6], 황화수소가 조직수준에서 저산소손상을 일으키고 직접적인 중추신경계 독성을 가지는 것으로 여겨진다. 현재까지 황화수소중독 환자에서 뇌자기공명영상의 이상을 보인 보고는 2개로, 피질위축, 기저핵과 운동피질의 변성이 보고 되었다[7,8]. 본 증례에서도 급성기에 기저핵과 대뇌피질에 확산강조영상에서 고신호강도 병변과 저신호 겉보기확산계수가 확인되었으며, 저산소 및 허혈손상에 의한 뇌세포막의 투과성 변화에 의해 것으로 여겨진다. 한달 이후 촬영한 T1강조영상에서 기저핵에 고신호강도와 대뇌 및 소뇌피질의 연수막 조영증가는 저산소손상에 의해 변질된 단백의 축적이나 조직괴사에 의해 발생했을 가능성이 높아 보인다[9,10]. 따라서 황화수소중독 시 기저핵과 대뇌피질이 가장 빈번하게 침범 받는 구조물로 추정된다. 본 증례에서 보인 초기에 소뇌 병변과 후기 백질변성은 황화수소중독에서 아직 보고된 적이 없어 흥미로운데, 황화수소로 인한 급성 호흡부전이나 동반된 폐렴에 이한 이차적인 저산소뇌병증 소견일 수 있어, 직접적인 독성에 의한 것인지 논란의 여지가 있다.
황화수소중독치료는 고농도산소 투여이며, 고압산소치료 또한 고려되나 치료효과에 대한 연구는 부족하다. 아질산나트륨(sodium nitrate)이 메트헤모글로빈 혈증을 유발하여 황화수소와 경쟁하기 때문에 해독제로 추천되고 있으나, 노출 후 즉시 투여하는 것이 효과적이고, 아질산제제에 의해 유발된 메트헤모글로빈은 산소를 운반할 수 없으며 저혈압을 유발할 수 있어 투여 시 주의가 필요하다[1]. 본 증례에서 아질산나트륨을 즉각적으로 투여를 하지 못한 점과 활력징후의 불안정 때문에 고압산소치료를 시행하지 못한 점은 아쉬움이 남는다. 본 증례에서 황화수소 노출 이후 저산소에 취약한 뇌 구조물의 손상 변화를 자기공명영상을 통해 확인할 수 있었으며, 뇌영상을 이용한 뇌병변 평가가 예후 예측에 도움이 될 것으로 보인다.