Wound management with cold plasma therapy (저온 플라즈마 치료법을 통한 상처 관리)

출간일 09/12/2021

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저온 대기압 플라즈마 요법(Cold Atmospheric Pressure Plasma therapy, CAPP)은 수의학 분야에서 새롭게 떠오르는 기술이다. 이 글에서는 CAPP의 진행 과정과 CAPP가 어떻게 개 환자에게 도움이 될 수 있는지에 대하여 소개하고자 한다.

핵심 포인트

저온 플라즈마 요법(cold plasma therapy)은 감염원을 효율적으로 제거하고 상처 치유 과정을 가속화하는 간단하고 통증이 없는 치료 방법이다.

저온 대기압 플라즈마(Cold Atmospheric Pressure Plasma, CAPP) 요법이 다제내성 세균에 대해 매우 효과적일 수 있어도 기저 원인을 제거하지는 못한다. 따라서 임상 진단을 대체할 수는 없다.

서론

약제 내성 세균 및 진균 감염이 전 세계적으로 증가하고 있는 것을 감안할 때, 이러한 감염성 병원체에 대한 대체 치료 옵션을 개발하는 것이 점차 더욱 중요해지고 있다. 이와 같이 문제를 일으키는 물질을 제거할 수 있는 지속 가능한 물리적 방법에 대한 개발이 더욱 중요하며, 저온 대기압 플라즈마(Cold Atmospheric Pressure Plasma, CAPP) 요법은 항균제 내성 세균, 바이러스, 진균 병원체를 치료하는데 효율성이 입증된 기법이다 12345. 또한 이 기법은 상처 치유 장애가 있는 환자에게 특히 유익할 수 있는데, 즉 치유를 촉진하고 가속화하는 수많은 요인을 개선하고 상향 조절한다 67. 원래 인의에서 사용되었던 CAPP는 현재 수의학에서 더 널리 받아들여지고 있다. 그 이유는 부분적으로 진정제를 사용하지 않고 적용할 수 있는 통증이 없는 치료법이기 때문이다 8. 하지만, 현재 동물을 대상으로 한 연구가 부족한 실정으로, 아직 이 치료법이 상대적으로 잘 알려져 있지 않다는 것을 알 수 있다. 이 글은 CAPP 요법에 대한 통찰과 반려동물 전문 동물병원에서 어떻게 효과적으로 사용될 수 있는지에 대한 몇 가지 실용적인 예를 제시할 것이다(그림 1).

그림 1. 개의 귓바퀴 궤양에 아르곤가스 저온 플라즈마 펜을 사용하는 CAPP요법. © Christoph Klinger

기초 물리학 원리와 작동 방식

플라즈마는 때때로 (고체, 액체, 기체와 더불어) “제4의 물질”이라고 하며, 본질적으로 제한된 공간 내에서 자유 이온과 전자가 뒤섞여 있는 기체와 비슷한 상태의 물질이다 9. 자연 현상의 사례로는 번개와 태양 플레어가 포함되지만, 플라즈마는 상온 및 정상 대기압에서도 인위적으로 생성될 수도 있다. 예를 들어, 상온 및 정상 대기압에서 전자기장(electromagnetic field)을 따라 하전된 기체 입자를 가속하여 생성할 수도 있다. CAPP요법은 치유 과정을 가속화하고 흉터 형성을 줄임으로써 조직 수복에 긍정적인 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. CAPP요법이 어떻게 그런 효과를 만들 수 있는지 아직 완전히 이해된 것은 아니지만, CAPP가 특정 성장 인자(각질 세포 이동을 위한 FGF-7), 항염증 신호 분자(TGF-β), 염증 신호 전달 경로에 강한 영향을 미치는 것으로 알려져 있다 67891011.

CAPP는 처음에는 사람의 상처 소독과 화상 환자의 치유를 촉진하기 위해 활용되었지만, 지금은 기타 다양한 상황에서도 활용된다. CAPP는 단순하고 복잡한 모든 피부 감염(특히 다제내성 병원체가 존재하는 경우) 뿐만 아니라 당뇨병에서 이차적으로 발생할 수 있는 다양한 상처치유를 치료하는 데 효과적이다 136. 이 치료법은 세균, 바이러스, 진균 병원체를 퇴치하는 데 매우 효과적인 것으로 널리 보고되었으며, 바이오필름이 형성되어 있는 경우에도 효과적인 것으로 밝혀졌다 2359. 그리고 CAPP의 물리적 작용 방식을 보면, 항균제, 항진균제, 항바이러스제에 대한 내성이 무의미하다는 것을 알 수 있다. 연구에 따르면, CAPP는 메티실린 내성 황색 포도상구균(methicillin-resistant Staphylococcus aureus spp., MRSA), S. pseudintermedius (MRSP), 다제내성 녹농균(multi-resistant Pseudomonas aeruginosa, MRPA)과 같이 수의학 현장에서 흔히 볼 수 있는 피부감염증 유발 세균에 탁월한 정균 효과(bacteriostatic effect)가 있는 것으로 나타났다 1234.

장치 유형 및 활용

현재 사용할 수 있는 장치는 3가지 기본 유형이 있으며, 각각 장단점을 갖고 있다. 이 3가지 유형은 모두 일반적인 대기 속의 기체(산소 및 질소)이든 아르곤과 같은 불활성 기체이든 기체를 플라즈마 상태로 이온화하여 저온 플라즈마를 생성한다.

가장 간단하고 저렴한 유형(€2,000 이상)은 음극(cathode)인 장치에서 전하를 생성하고 피부를 양극(anode)으로 사용하여 이 둘 사이의 좁은 공간에서 플라즈마가 생성된다(그림 2). (상대적으로 저렴한 비용 외에) 이 유형의 장치의 주요 장점은 사용이 간편하고 비교적 단순한 디자인 덕에 장치를 배터리로 작동할 수 있다는 것이다. 그러나 일부 환자의 경우 소음을 느끼기도 하며 전류의 강도에 따라 "따끔거리는" 감각, 불쾌감을 느낄 수 있다.
두 번째 유형의 장치는 장치의 음극(cathode)과 피부 사이에 전기 전도체로 중간 매체(폼)를 사용한다. 이것은 따끔거리는 감각을 줄여주거나 아예 없애 주기도 하지만(그림 3), 직접적인 상처 부위에 대한 접촉으로 일부 환자의 경우 여전히 불쾌감을 느낄 수 있다. 이 유형의 장치를 사용하면 상대적으로 넓은 표면적을 치료할 수 있으며 더 큰 상처나 큰 개를 치료할 경우 치료 시간 측면에서 효율적이다. 그러나 작은 환자, 작은 상처 또는 피부 주름에 병변이 있는 경우 폼을 올바르게 적용하기가 더 어려울 수 있다. 또한, 환자마다 새 패드가 필요하며, 이동이 가능한 장치라고 해도 작동 중에는 전원이 필요하다.
세 번째 유형의 장치는 아르곤과 같은 불활성 기체에서 플라즈마를 생성한 다음 치료 펜의 끝에서 작은 화염 또는 "제트(jet)"로 방출시킨다(그림 1). 제트는 원을 그리며 피부 표면을 통과하며, 상처에 가깝게 대기는 하지만 직접 닿지는 않게 사용한다. 이 디자인은 피부주름이나 상처가 다소 깊더라도 선택적으로 "스팟(spot)" 치료를 할 수 있으며, 진물이 나거나 화농성인 상처를 자극이나 소음이 거의 없이 빠르게 건조시킬 수 있다. 이 유형의 단점은 비용이 높으며(최대 €15,000), 아르곤 기체를 필요로 한다는 점, 장치를 휴대하기가 어렵다는 점이다.

그림 2. 플라즈마 생성을 위해 피부를 양극(anode)으로 사용하는 휴대용 저온 플라즈마 펜. 장치와 병변 사이에 작은 섬광이 보인다. © Christoph Klinger

일부 장치는 폼(foam)을 사용하여 피부와 닿는 표면적이 넓다. — 그림 3. 일부 장치는 폼(foam)을 사용하여 피부와 닿는 표면적이 넓어, 큰 병변을 치료하는 데 이상적이다. © Christoph Klinger

CAPP요법은 세균, 바이러스, 진균 병원체를 퇴치하는 데 매우 효과적인 것으로 널리 보고되었으며, 바이오필름이 형성되어 있는 경우에도 효과적인 것으로 밝혀졌습니다. 또한, CAPP의 물리적 작용 방식을 보면, 항균제, 항진균제, 항바이러스제에 대한 내성 역시 무의미하다는 것을 알 수 있습니다.

Christoph Klinger

위의 3가지 옵션은 모두 사용이 간편하고, 짧은 기간 교육을 받으면 쉽게 장치를 조작할 수 있으므로, CAPP요법은 비멸균 상태의 상담실이든 무균 수술실이든 일상적인 진료 업무에서 편리하게 활용할 수 있다. 통증이 없기 때문에 환자는 진정이나 마취가 거의 필요하지 않지만, 성공 여부는 분명히 문제의 근본 원인을 확인하는 데 달려 있다 67. 적용 기간과 빈도는 부분적으로 장치 사양(침투 깊이는 나노미터에서 몇 밀리미터까지 다양하다)과 병변의 유형, 깊이 및 특성에 따라 다르다. 일반적으로 환부의 치료는 2~3일마다 2주간 치료한 다음, 주 1회로 줄여가는 것이 효과적인 것으로 입증되었다.

현재까지 CAPP요법의 부작용은 장기간 피부 접촉이 있는 곳에 경미한 피부 자극이 있는 것을 제외하고는 미미한 것으로 보인다 8. 서로 다른 장치의 효능을 검토하기 위한 비교 연구는 거의 없었지만 12, 저자는 환자가 치료를 견뎌내는 수준과 치유 속도가 세 번째 유형의 장치에서 가장 좋았다고 생각한다. 그러나 보호자들은 어떤 유형의 장치이든 CAPP 치료 결과에 전반적으로 매우 만족스러워 하였으며 CAPP 치료로 인한 추가 비용을 기꺼이 지불하였다.

수의학 분야 적용 가능성

현재 모든 장치는 주로 국소용으로 설계되었으며 CAPP요법의 가장 중요하고 혁신적인 측면은 세균, 바이러스, 진균이 있는 거의 모든 부위를 물리적으로 소독하고 145, 내성이 있거나 내성이 없는 세균 균주 모두에 대해 매우 효과적이라는 점이다 112. 조직 침투가 제한적임을 감안할 때, 개방적이고 얕은 상처에 이 기술을 적용하는 것은 이상적으로 보이지만, 도달하기 어려운 부위(지간의 갈라진 틈, 체강, 이도, 깊은 상처)에 유익한 효과가 있을지에 대해서는 의문의 여지가 있다. 적어도 현재로서는 장치 디자인과 치료되는 병변의 유형에 따라 많은 것이 달라지므로, 일부 CAPP 장치는 지간염(pododermatitis) 또는 외이염 치료에 적합할 수 있지만, 다른 CAPP 장치는 표면적이 넓은 부위에 사용하기에 더 적합할 수 있다.

소독 측면 이외에도, 이 요법의 다른 유익한 점도 분명해지고 있다. 예를 들어, 리슈마니아증(leishmaniasis)에서 볼 수 있는 것과 같은 혈관염 관련 병변에 점차적으로 더 많이 사용되고 있다. 그림 4는 이전에 메글루민 안티모네이트(meglumine antimoniate), 밀테포신(miltefosine), 알로퓨리놀(allopurinol) 로 4주 과정의 치료를 받았던 라브라도(Labrador)의 사진이다. 임상 지표 및 항체 역가 모두 치료에 잘 반응했지만, 관련 혈관염이 귓바퀴의 내측면의 궤양을 점진적으로 악화시켰으며, 기저 연골이 노출되었다. 이는 CAPP요법을 사용하여 28일 이내에 거의 완전한 회복에 이르렀지만, 리슈마니아증으로 인해 6개월 후에 증상이 다시 나타났다.

4살된 라브라도(Labrador)의 귓바퀴의 오목한 부분. — 그림 4a. 리슈만편모충증(leishmaniasis)으로 귓바퀴의 오목한 부분의 연골 부위 아래에 궤양이 있는 4살된 라브라도(Labrador)의 CAPP요법 시술 전 모습. © Christoph Klinger

중요한 것은 CAPP가 상처 치유를 촉진하지만, 기저 질환을 동시에 치료하지 않으면 짧은 시간 내에, 예를 들어 면역억제 환자에서와 같이 재발이 발생할 가능성이 있다는 것이다 13. 그림 5는 괴사성 이물질 장폐색증(ileus)에 이차적으로 발생한 패혈증이 있는 8살된 버니즈 마운틴 독의 모습이다. 개는 이전에 부신피질기능저하증(hypoadrenocorticism) 진단을 받고 몇 년 동안 데옥시코르티코스테론(deoxycorticosterone) 치료를 받았다. 패혈증의 결과로 환자는 옆구리의 여러 부위에 괴사성 근막염이 발생했는데, 코르티코스테로이드 요법으로 인해 삼중 항균제 치료에 치료 반응이 충분하게 나타나지 않았다. 그러나 CAPP 적용으로 3주간 신속하게 호전되었고, 이 기간 동안 개가 추가로 근막염이 발생했지만, 이들 역시 성공적으로 치료되었으며, 모든 병변은 치료 24일 후에 더 이상 재발 없이 해결되었다.

그림 5a. 면역이 억제된 8세 버니즈 마운틴 독(Bernese Mountain dog)의 괴사성 근막염(Necrotizing fasciitis)을 CAPP로 치료한 모습. 시술 전. © Christoph Klinger

그림 5b. 면역이 억제된 8세 버니즈 마운틴 독(Bernese Mountain dog)의 괴사성 근막염(Necrotizing fasciitis)을 CAPP로 치료한 모습. CAPP요법 후 7일째. © Christoph Klinger

면역이 억제된 8세 버니즈 마운틴 독(Bernese Mountain dog)의 괴사성 근막염(Necrotizing fasciitis)을 CAPP로 치료한 모습. CAPP요법 후 11일째(c). — 그림 5c. 면역이 억제된 8세 버니즈 마운틴 독(Bernese Mountain dog)의 괴사성 근막염(Necrotizing fasciitis)을 CAPP로 치료한 모습. CAPP요법 후 11일째. © Christoph Klinger

또한 CAPP요법은 다양한 면역매개질환이 있는 환자에게 유익한 것으로 나타났다. 이는 그림 6에서 항문주위 누공이 있는 3살된 저먼 셰퍼드(German Shepherd)의 치료에서 입증되었다. 이 개는 CAPP, 사이클로스포린, 국소용 타크로리무스의 병합요법으로 치료했지만, 비교를 위해서 항문의 좌측 절반만 CAPP로 치료했고, 우측은 저온 플라즈마 치료 세션 동안 종이로 덮어두었다. 18일 후, 약물 투여의 효과가 나타났으며, 좌측은 우측보다 상처 봉합이 훨씬 더 빨랐고, 흉터가 더 적었다.

3살 된 저먼 셰퍼드(German Shepherd)의 항문주위 누공(Perianal fistulae). — 그림 6a. 3살 된 저먼 셰퍼드(German Shepherd)의 항문주위 누공(Perianal fistulae) 치료 전. © Christoph Klinger

그림 6b. 3살 된 저먼 셰퍼드(German Shepherd)의 항문주위 누공(Perianal fistulae) 치료 후 18일째. 항문의 왼쪽 절반만 CAPP로 치료했다는 점에 주목한다. © Christoph Klinger

현재 섬유증(fibrosis)에 대한 저온 플라즈마 요법의 유익한 효과에 대해서도 관심이 모이고 있다 11. 그림 7에서는 낙엽성 천포창(pemphigus foliaceus)의 치료 결과 초래된 의인성 부신피질기능항진증에 속발성으로 나타난 심한 피부 석회증이 있는 4살된 개 버니즈 마운틴(Bernese Mountain)을 보여준다. 천포창을 조절하기 위해 국소 항염증요법(DMSO)과 글루코코르티코이드에서 사이클로스포린과 같은 대체 약물로 전환하는 것 외에 이러한 경우의 치료 옵션은 몹시 제한적이다. 피부 석회증은 종종 심각한 흉터를 유발할 수 있지만, CAPP요법 적용 시, 치료 반응이 매우 신속했으며 피부의 90%가 4주 이내에 흉터 없이 완전히 치유되었고, 이후에 털이 완전하게 재성장 했다.

마지막으로, 이제 CAPP는 다른 분야에도 적용될 수 있다. 최소 침습적 중재(예를 들면, 내시경에 의해)를 통해 이 기술을 체내에 적용할 수 있는 옵션에 대한 연구가 이미 수행되고 있다 14. 다만 수술 증례에서의 사용은 여전히 논란의 여지가 있다. 수술 후 상처 소독 및 흉터 예방에 유용할 수 있지만, 수술 중 사용에 대해서는 불확실성이 존재한다. CAPP를 사용하면 수술 시 세균 부하를 감소시킬 수 있지만, 수술 시간이 길어지면, 조직에서 체액 손실이 발생하여 치유가 더 어려워질 수 있다 1115.

그림 7a. 낙엽성 천포창(pemphigus foliaceus)이 있는 4살된 버니즈 마운틴 독(Bernese Mountain dog)의 심한 의인성 피부석회증(calcinosis cutis). © Christoph Klinger

그림 7b. 똑같은 개의 CAPP 치료 시작 28일째. © Christoph Klinger

결론

저온 대기압 플라즈마(CAPP) 요법은 많은 피부 상처의 치유를 상당히 앞당길 수 있는 간단한 물리적 치료이다. 약물 내성에 관계없이, 감염원을 효율적으로 제거하고 환자의 회복을 가속화하는데, 특히 치유 과정을 늦출 수 있는 요인이 있을 경우에 그렇다. 적용이 빠르고 통증이 없고 복잡하지 않기 때문에, 실무에서 일상적으로 사용하기에도 적합하다. 하지만, 그 효능에 대한 결정적이고 객관적인 평가가 아직 부족하다. 중요한 것은 CAPP요법이 기저 질환을 치료할 수 없기 때문에 수의사의 진단을 대체하는데 있어서는 신중해야 한다는 점이다.

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Christoph J. Klinger

Dr. Klinger graduated from Munich in 2011 and worked in small animal practice before undertaking a year-long internship at Ludwig Maximilian University. 더 읽기