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1. 서언
현재 일본의 65세 이상 고령자 인구는 전체 인구에서 점하는 비율이 20%에 달해, 초 고령화 시대에 접어들고 있다. 고령화 사회의 진출과 함께 특별요양노인 가정과 요양시설 등의 시설 내에 있어서의 냄새가 심각한 문제가 되고 있다. 白井(시로이) 씨 등은 생체의 산화효소의 기능을 활용해 소취․살균섬유를 개발(1, 2)하였고, 이것을 이용해 뇨취, 변취, 체취 등의 악취를 제거하고, 또한 살균기능도 갖는 소취․살균섬유제품을 다수 개발해 놓고 있다.
특히 최근에 우리는 이들 요양시설에 있어서의 작업환경 개선을 목적으로 한 냄새대책을 검토하던 중에 꼭 움켜 쥔 손바닥에서 발생하는 강한 냄새가 시설환경을 악화시키는 원인 중 하나라는 것을 인지, 소취․살균섬유를 이용해 이것을 개선할 수 있다는 것을 알았다.
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뇌졸중 등에 의해 수지가 마비되거나 고령자가 잠을 자고 있는 상태가 장시간 계속됨에 따라 근육과 피부 등 관절주변의 연골조직이 신축성을 실어 굳게 되어 그림 1과 같이 손발이 경직되어 오그라짐 현상을 일으킨다. 이럴 경우 손을 꽉 쥔 상태 그대로 있기 때문에 통기성이 손실되어 땀이 쉽게 나서 항상 습윤 상태에 있기 때문에 치즈가 발효된 것과 같은 악취가 발생하고, 또한 꼭 쥔 정도가 심해지면 白癬菌(trichophyton)의 번식과 진균감염의 합병증의 사례도 보고되고 있다(3, 4). 그 대책으로 차 팩(5)이나 커피 원두를 소취제로 사용한 핸드타월을 쥐게 하거나, 손바닥 냄새와 백선균과 진균에 의한 감염은 해결할 수 없는 상황에 있다.
본 연구에서는 우리가 개발한 소취․살균기능을 갖는 철 프랄로시아닌 가공 포(7)를 이용한 핸드타월을 제작해 손 오그라짐 환자에게 사용해 그 효과에 대해 검토하였다.
2. 실험
2.1 시료
면 편직물(두께 0.5mm, 110g/㎡)를 정련․표백한 후 카치온화제인 50cc/L의 카치오논 KCN(一方社유지)와 15g/L의 수산화나트륨 수용액과의 혼합액 10L에 욕비 1:10의 조건으로 넣어 85℃로 45분간 반응시켰다. 얻어진 카치온화 면 편직물을 충분히 물로 세정한 후 0.5% owf의 철(Ⅲ)프탈로시아닌 테트라카르본산(8)의 수산화나트륨 수용액(pH12) 10L 중에 침적하고, 80℃에서 30분간 교반처리한 후 산으로 중화하였다. 얻어진 면 편직물을 충분히 수세하고 건조해 철(Ⅲ)프탈로시아닌 가공포를 얻었다(9). 또 이 가공포를 황산구리(황산동)(Ⅱ) 5 수산화물 4g을 암모니아 수용액(15cc/L 1L에 녹인 수용액에 투입해 30℃에서 20분간 교반한 후 충분히 수세, 건조해 철프탈로시아닌 동(Ⅱ)암모니아 착체 가공포(동 함유량 0.3wt%)(이하 철 프탈로시아닌 동 가공포)를 얻었다.
2.2 소취효과의 측정방법
손이 오그라진 부분에서 발생하는 악취는 피부로부터 분비되는 비지의 산화분해로 생기는 저급지방산과, 땀 중의 요소와 요산이 분해해서 생기는 암모니아가 주성분으로 생각되기 때문에 초산과 암모니아를 모델냄새로 각각을 이용하였다. 소취효과는 5L의 Tedlar bag(아즈완 사)에 시료 포를 넣고, 이어 초산, 또는 암모니아가스 3L를 규정농도 넣어 일정시간 경과한 후 tedlar bag 중의 가스농도를 기체 채취기(GV100S, 가스텍 사)와 가스 검지관으로 이용해 bag 중의 기체 100ml를 분할해 잔류가스 농도를 측정하였다. 가스 잔존 율은 다음과 같은 식으로 계산하였다.
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2.3 항균효과 측정
항균성 시험은 JIS L1902의 균액흡수법에 준해, 황색포도상구균 Staphylococcus aureus(ATCC 6538P)에 대한 항균성을 조사하였다. 황색포도상 구균에 대한 것은 混釈平板培養法(혼석평판배양법 : pour plate culture)으로 생균수를 측정하였다. 정균활성치는 다음의 식으로 산출하였다.
정균활성 값 = (Mb-Ma)-(Mc-Mo)
여기서 Mb-Mb는 기준시료(면)의 배양 18시간 전후의 생균수에 대한 상용대수 값의 차이이고, Mc-Mo는 시험시료의 배양 18시간 전후의 생균수에 대한 상용대수 값이 차이이다.
2.4 Hand grip 제작
수지가 오그라짐 대책을 위해 철 프탈로시아닌 가공포 및 철 프탈로시아닌 동가공포를 이용한 hand grip을 제작하였다.
Hand grip은 손바닥과 접촉하는 손아귀 부분과 손 및 손가락을 감싸주는 띠 부분으로 구성되어 있다. 손아귀 부분은 편물의 길이 약 13cm, 폭 5.5c의 장방형 띠 상으로, 손의 오그라짐 예방을 위해 쿠션체로 저 반발 우레탄폼을 넣었다. 한편 띠는 길이 21cm 폭 4cm의 짧은 책 형태의 바닥부분 상하에 2개, 우측에 4개를 붙였다. 상하 띠를 손 등에 고정하고 우측 띠 4개를 손가락에 장착하였다(그림 2). 이 hand grip이 실제 소취와 피부질환에 효과가 있는가를 조사하기 위해 2.5에 제시한 시설에서 임상시험을 행하였다.
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2.5 임상시험
임상시험은 2010년 3월부터 8월까지 佐久(사꾸)總合병원 노인건강시설(나가노현)에서 수지경직이 있는 환자 남녀 3명(75세에서 83세)에게 hand grip을 사용하였다. 또 2010년 9월 14일부터 9월 21일까지 동안 三井陽光苑(東京)에서 수지경직이 있는 환자 여성 5명(90~100세)에 대해 임상시험을 행하였다.
양 시설에서 수지경직이 있는 환자에게 hand grip을 끼워서 발생하는 취기와 피부환부 상태를 비교 관찰하였다. 취기는 6단계 취기강도 표시법(10)(0:무취, 1:약간 냄새를 감지할 수 있음, 2:무슨 냄새가 나나 좀 약함, 3:즐거이 감지할 수 있는 냄세, 4:강한 냄세, 5:강열한 냄새)에 의해 냄새의 강도를, 9단계 불쾌도 표시법(-4:극단적으로 불쾌, -3:매우 불쾌, -2:불쾌, -1:약간 불쾌, 0:쾌적하거나 불쾌감도 없음, 1:약간 쾌적, 2:쾌적, 3:매우 쾌적, 4:극단적으로 쾌적)에 의해 쾌․불쾌도를 T&T olfactometer 시약으로 취기시험(10)에 합격한 스텝 및 학생으로 구성된 5명 시험단의 감각에 의해 조사하였다.
피부환부의 상태는 5단계(0:양호, 1:환부에 붉은 기가 사라지고 있음. 2:환부의 피부가 재생되고 있음. 3:환부가 건조되어 있음, 4:환부가 젖어 있음, 5:환부가 젖어있고 고름이 남아 있음)로 나누어 육안검사로 평가하였다. 이 때 피험자의 경직 정도에 따라 hand grip의 오그라든 부위의 쿠션 량을 조정하였다. 장착 후 쥐고 있던 hand grip을 빼어 손과 hand grip의 냄새를 맡고, 비부 환부상태를 사진 촬영하였다.
3. 결과와 고찰
3.1 소취효과
수지경직 환자는 손이 경직되어 손을 강하게 쥐고 있기 때문에 땀이 나서 항상 습윤상태에 있기 때문에 피부환부로부터 발생한 땀 성분이 분해한 암모니아 및 피지의 산화로 발생한 초산과 난산, 이소 길초산(isovaleicacid) 등 저급지방산 등의 취기를 발생한다. 본 실험에서는 땀 유래의 암모니아와 피지유래의 저급지방산 모델물질로 초산을 사용, 철 프탈로시아닌 가공포 및 철프탈로시아닌 동 가공포의 소취효과를 조사하였다. Tedlar bag 중에서 초기농도 100ppm의 이들 시료에 의한 암모니아가스의 제거율(%)의 시간변화는 그림 3과 같다. 그 결과 철 프탈로시아닌 가공포의 암모니아 제거율은 측정 시간 내에서 항상 미처리 면보다 낮았다. 이것은 카치온 화된 면섬유 표면과 암모늄 카치온과의 정전반발 때문으로 생각된다. 본 실험의 처리조건하에서는 반응액 중에 잔존하는 철 프탈로시아닌 량으로부터 철 프탈로시아닌 가공면섬유의 경우 셀룰로오스-OH100 잔기에 붙은 프탈로시아닌 테트라카르본산은 1분자라는 것을 알 수 있다. 이 경우의 근소한 소취효과 발현은 철 프탈로시아닌 테트라 카르본산 중의 -COO-와 NH4+ 가 이온결합으로 -COONH4염을 형성하였기 때문으로 생각된다. 철 프탈로시아닌 가공포에 동(Ⅱ)이온을 반응시킨 철 프탈로시아닌 동 가공포의 경우에는 약 5분 후에 75%의 높은 암모니아가스 제거율을 나타냈다. 셀룰로오스와 동(Ⅱ)아민 착체 반응에서는 셀룰로오스 중의 OH 기에 동 이온이 배위한다. 예를 들면 그림 4의 (1)과 같은 동 착체를 형성하는 것은 오래 전부터 잘 알려져 있다(11). 이것이 [1] 식에 나타낸 바와 같이 암모니아가스와 배위자 교환(2)을 형성(12, 13)하기 때문에, 철 프탈로시아닌 테트라카르본산의 카르복실기와 암모늄이온과의 중화반응도 더해져서 높은 소취효과가 발현되는 것으로 생각된다.
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다음에, 초기농도 37ppm의 초산 냄새에 대한 시료포의 소취효과를 조사한 결과는 그림 5와 같다. 모든 시료에서 약 5분 동안에 95% 정도, 40분 동안에 검지한계 이하로 떨어지는 높은 소취효과를 나타냈다. 특히 철 프탈로시아닌 동의 경우 5분 후의 소취율과 소취속도가 모두 가장 높았다. 이것은 셀룰로오스에 결합한 동 이온과 초산이 배위자교환으로 초산동(Ⅱ)를 형성하였기 때문으로 생각된다. 이상으로 철 프탈로시아닌 동 가공포를 암모니아 및 초산에 대한 가장 우수한 소취효과를 나타내는 것으로 알았다.
3.2 항균성 평가
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인체의 피부표면에 생식하는 세균에는 선옥균과 악옥균이 있다. 표피포도상구균과 같은 선옥균은 땀 성분을 분해해 피부보습 역할을 하는 것에 반해 황색포도상구균과 같은 악옥균은 땀 중에 있는 극소량의 요소를 분해해 암모니아 냄새를 발생한다(14). 표피 표면에는 황색포도상 구균이 다량으로 존재하는 것으로 알려져(15) 있기 때문에 철 프탈로시아닌 가공포와 철 프탈로시아닌 동 가공포의 황색 포도상구균에 대한 항균성을 조사해 황색포도상구균의 생균수와 정균활성 값을 표1에 제시하였다. 철 프탈로시아닌 가공포와 철 프탈로시아닌 동 가공포의 정균활성 값은 모두 방취가공의 평가기준인 정균활성 값 2.2 이상을 나타내었다. 특히 철 프탈로시아닌 동 가공포는 정균활성 값 3.7을 나타내었고, 생균수는 철 프탈로시아닌 가공포의 약 1/10으로 감소해 높은 항균성을 갖는다는 것을 알았다.
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3.3 임상시험
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수지 경직으로 피부질환과 취기를 발생하는 환자에 대해 hand grip을 사용, 냄새 및 손 피부의 상태변화를 조사하였다. 처음에 佐久(사꾸)總合병원에서 2010년 3월에서 4월까지 수지 경직환자에 대한 철 프탈로시아닌 가공포를 이용한 hand grip을 사용하였다. 피부질환 정도는 개인차가 있었으나 비교적 수지 경직이 심한 환자 3명에 대해 약 7~10일간 hand grip을 채워 주었다. 그 중 특히 수지경직이 심해서 피부질환이 악화된 환자에 대해 hand grip 사용 전후의 피부질환 변화를 비교한 것이 그림 6이다. 이 그림에서와 같이 수지경직에 의해 손을 장시간 쥔 상태로 있었기 때문에 발한에 의해 젖게 되고 통기성이 나빠져서 백선균이 번식, 피부질환의 원인이 되고 있다는 것을 피부과 의사의 진단으로 확인하였다. 이 환자에 대해 hand grip을 8일간 사용하면 피부질환이 건강한 상태로 회복된다는 것을 알았다. 또 수지 경직환자 3명도 hand grip을 사용함으로써 7~8일 만에 건강한 피부상태로 회복하였다.
이어 철 프탈로시아닌 동 가공포를 사용한 hand grip을 마찬가지로 수지 경직 환자에게 사용하였다. 손의 경직이 심한 부위는 땀으로 알칼리성을 나타내는 경향이 있었다. 본래 건강한 피부의 pH는 약산성으로, 알칼리성이 되면 피부표면에 존재하는 황색포도상구균이 증식하는 것으로 보고되고 있다(16). 수지 경직 환자의 피부질환의 원인은 백선균이나, 손의 경직 환자의 손바닥은 피부의 pH 변화로 백선균과 황색포도상구균이 증식하는 것으로 추정된다.
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높은 항균성을 나타낸 철 프탈로시아닌 동 가공포를 이용한 hand grip을 피부질환이 심한 환자에게 사용해 피부상태를 조사하였다. 그림 7에는 대표적인 피부질환 부위의 변화를 나타낸 것이다. 본 가공포를 직접 수지 경직 환자의 환부에 접촉시켜 3~4일 정도 만에 건강한 상태로 회복하였고, 약 1주일에 완전히 회복한다는 것을 알았다. 이 경우, 습윤되어 있는 피부가 건조상태로 되고, 그 후 피부가 재생해서 질환부위의 붉은기가 사라지고, 건강한 피부상태로 회복해 치료 속도가 높아진다는 것을 관찰하였다. 이것은 항균작용이 있는 카치온화 섬유소재에 금속 프탈로시아닌 유도체와 동 셀룰로오스 착체가 담지되어 있기 때문에 더욱 강한 항균성을 발현하는 것으로 생각된다.
다음에, 철 프탈로시아닌 동 가공포를 이용한 HAND GRIP을 사용할 경우에 있어서의 손 냄새 변화를 관찰하였다. 냄새 평가는 T&T olfactometer 시약으로 기준취각검사에 합격한 모니터들에 의해 쾌․불쾌도 및 취기강도를 조사하였다. 경직환자 5명의 손 냄새 변화에 대한 평균값은 그림 8과 같다. 경직 환자의 손에서는 피지에서 유래하는 치즈가 발효한 것과 같은 냄새가 발생한다고 대부분의 모니터들이 “약간 불쾌”로 판정하였다. Hand grip을 사용해 피부환부가 치료되는 3~4일 째에는 “쾌적도 불쾌도 아님” 정도로 냄새가 완화되었고, 8일 째에 완전히 “무취”로 판정, 피험자도 냄새를 느끼지 못한다고 판정하였다. 한편 냄새의 강도는, 4일 째에 “감지할 수 있을 정도”가 되었고, 8일 째에는 완전히 “무취”로 판단하였다. 이상 경직의 원인이 되는 취기는 매일 개선되어 4일 째에는 거의 냄새가 나지 않을 때까지 저감되어 1주일 후에는 무취 수준까지 도달한다는 것을 임상시험에서 알게 되었다.
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4. 참고문헌
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출처 : SEN'I GAKKAISH(報文) Vol.69, No.7(2013)
- 손성군 통섭섬유 연구소
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