화재진압 소방관에서 소뇌 회질 밀도 변이

Abstract

Introduction: Firefighters are repeatedly exposed to chemicals, physically hazardous situations, and psychologically traumatic events, which could play as risk factors for physical and psychological disorders and bring negative effects on the brain as well as the body. The cerebellum is subject to structural variations in response to environmental factors such as hazardous materials, heat, and psychological stress and is less likely to be affected by genetic factors compared to other regions of the brain. Therefore, firefighters may show structural alterations of the cerebellum when compared to the general population. Since there are only few cohort studies of firefighters using neuroimaging techniques, the current study was designed to examine the cerebellar alterations in firefighters by using magnetic resonance imaging (MRI) and a cerebellum-specific template. Method: T1-weighted structural MRI data were collected from 28 firefighters in the fire suppression division and from 28 age- and sex-matched controls. In order to investigate cerebellar gray matter density alterations between firefighters and matched controls, voxel-based morphometry (VBM) analysis using spatially unbiased infra-tentorial template (SUIT) was conducted for the detailed structural analysis of the cerebellum including lobules and fissures. Results: The lower gray matter density of the anterior and posterior cerebellum was bilaterally shown in the firefighters relative to controls. The significant reduction (cluster-size corrected p < 0.01 at voxel-level p < 0.01) in cerebellar gray matter density was found in the anterior regions in the left lobule V (cluster size = 144 mm³, minimum z-value = -3.75), left lobule I-IV (cluster size = 136 mm³, minimum z-value = -4.34), and two of right lobules I-IV (cluster size = 176 mm³, minimum z-value = -3.16), (cluster size = 120 mm³, minimum z-value = -4.72). The significant gray matter reduction (cluster-size corrected p < 0.01 at voxel-level p < 0.01) in the cerebellum was also revealed in the posterior regions in the left lobule VI (cluster size = 280 mm³, minimum z-value = -4.80), left lobule VIIIa (cluster size = 120 mm³, minimum z-value = -3.17), left Crus I lobule (cluster size = 96 mm³, minimum z-value = -3.29), areas covering bilateral lobule IX and vermis (cluster size = 96 mm³, minimum z-value = -3.28), and two of right lobules VI (cluster size = 184 mm³, minimum z-value = -3.61), (cluster size = 120 mm³, minimum z-value = -3.66). There was no significantly higher cerebellar gray matter density in firefighters in relation to healthy controls. Conclusion: This is the first study to report the structural alterations in the cerebellum of firefighters by using MRI and a cerebellum-specific template. The gray matter densities of the bilateral cerebellum in the anterior and posterior regions showed the significant reduction in firefighters relative to controls. Based on the previous reports regarding associations between environmental factors and cerebellar alterations, the firefighters' exposures during firefighting operations would have affected structural alterations of the cerebellum. Also, the cerebellar regions of the significant gray matter reduction may be related to impaired cognitive functions.;서론: 소방관들은 화재 현장에서 여러 화학적, 물리적, 심리적 유해요인에 반복적으로 노출된다. 이는 소방관들에게 기능 저하를 비롯한 여러 심리, 신체적 질환을 야기하고, 전신은 물론 뇌에도 영향을 줄 것으로 예상된다. 특히 소뇌는 다른 뇌 부위에 비해 유전적 요인의 영향을 적게 받고, 독성 물질, 열, 심리적 스트레스에 취약성을 보이는 등 환경적 요인에 따른 구조적 변이가 일어나기 쉬운 부위로 알려져 있다. 이런 특성을 기반으로, 유해한 환경적 요인에 지속적으로 노출되는 소방관들에게 소뇌 구조적 이상이 있을 것으로 예상하였다. 현재까지 소방관 코호트를 대상으로 뇌영상 연구를 진행한 경우는 매우 적으므로, 본 연구는 화재진압 소방관들을 대상으로 자기공명영상(magnetic resonance imaging, MRI)과 소뇌 부위에 특화된 템플릿을 사용하여 소뇌 세부 구조를 포함한 구조적 변이를 관찰하고자 하였다. 방법: 본 연구는 현재 화재진압 업무를 담당하고 있는 소방관 28명과 정상대조군 28명을 대상으로 뇌 자기공명영상을 획득하여 소뇌 복셀기반 형태분석(voxel-based morphometry, VBM)을 시행하였다. 본 연구에서는 소뇌 부위에서 나타나는 구조적 변이를 세부적으로 관찰하기 위해, 소뇌에 특화된 템플릿인 spatially unbiased infra-tentorial template (SUIT)를 이용하여 소방관과 정상대조군 사이의 소뇌 회질 밀도 차이를 분석하였다. 결과: 소방관과 정상대조군의 소뇌 회질 밀도를 통계적으로 비교 분석한 결과, 소방관군의 양쪽 소뇌 전엽과 후엽에서 소뇌 회질 밀도가 유의하게 낮은 영역이 관찰되었다. 소방관군의 소뇌 전엽에서 복셀 수준의 유의수준 p < 0.01 및 군집 크기로 보정한 유의수준 p < 0.01 으로 회질 밀도가 유의하게 낮게 나타난 영역은 좌측 V 소엽(크기 = 144 mm³, 최소 z 값 = -3.75)과 좌측 I-IV 소엽(크기 = 136 mm³, 최소 z 값 = -4.34), 우측 I-IV 소엽 2개(크기 = 176 mm³, 최소 z 값 = -3.16), (크기 = 120 mm³, 최소 z 값 = -4.72)이었으며, 소뇌 후엽에서 복셀 수준의 유의수준 p < 0.01 및 군집 크기로 보정한 유의수준 p < 0.01 으로 회질 밀도가 유의하게 낮게 나타난 영역은 좌측 VI 소엽(크기 = 280 mm³, 최소 z 값 = -4.80), 좌측 VIIIa 소엽(크기 = 120 mm³, 최소 z 값 = -3.17), 좌측 Crus I 소엽(크기 = 96 mm³, 최소 z 값 = -3.29), 좌∙우측 IX소엽 및 소뇌벌레에 걸친 영역(크기 = 96 mm³, 최소 z 값 = -3.28)과 우측 VI 소엽 2개(크기 = 184 mm³, 최소 z 값 = -3.61), (크기 = 120 mm³, 최소 z 값 = -3.66)이었다. 소방관군에서 소뇌 회질 밀도가 유의하게 높게 나타난 영역은 없었다. 결론: 본 연구는 소방관군에서 나타나는 소뇌 변이를 자기공명영상과 소뇌 부위에 특화된 템플릿을 사용하여 분석한 최초의 연구이다. 소방관과 정상대조군의 소뇌 회질 밀도를 통계적으로 비교 분석하여, 소방관군의 양쪽 소뇌 전엽과 후엽의 일부 영역에서 소뇌 회질 밀도가 유의하게 낮음을 보였다. 선행 연구에서 밝혀진 환경적 요인과 소뇌와의 관련성을 기반으로, 화재 현장에서 지속적으로 노출되는 화학적, 물리적, 심리적 유해요인이 소방관들의 소뇌 구조적 변이에 영향을 주었을 것으로 추측하였다. 또한, 회질 밀도가 유의하게 낮은 것으로 나타난 소뇌 부위와 관련하여 소방관들에게 기능 저하가 나타날 수 있을 것으로 예상하였다.