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태아수술(Fetal Surgery)

 연세의대 소아외과 25주년 심포지움의 강의록

2000. 3 

연세의대 외과학교실 소아외과 한 석주



1. 서론

최근 들어 태아의 구조적 기형을 진단하는 방법은 초음파와 MRI의 발전에 힘입어 비약적으로 발전하였다. 이러한 산전 진단기술의 발달로 우리는 태아의 구조적 결함에 대한 병태 생리에 대한 관심이 커지게 되었으며 이에 대한 지식도 넓어진 것은 사실이다. 이로 인하여 많은 선천성 기형을 가진 태아와 산모가 적절한 치료가 가능한 의료시설로 후송되어 전문 의료인의 상담을 받고 출생하여 최상의 조건에서 치료를 받음으로써 과거보다 치료성적이 향상된 것은 사실이다. 그러나 아직도 선천성 횡경막 탈장 같은 일부 선천성 질환의 경우에는 출생 후 최상의 치료에도 불구하고 높은 사망률을 보이고 있다. 이는 이들 질환의 경우 선천성 구조적 결함이 태아시기에 중요 장기(선천성 횡경막 탈장의 경우에는 폐)의 발달을 심하게 억제하게 되고 따라서 출생 후 아무리 최상의 치료를 하더라도 산전에 이미 형성된 장기의 발달부전을 극복하지 못하기 때문이다. 이런 문제를 해결하고자 하는 아이디어로 연구가 시작된 분야가 바로 태아 수술이다. 과거 약 20년간의 선진국의 실패와 성공을 거듭하는 태아수술에 대한 연구와 임상시도를 통하여 일부 선천성 기형에서는 태아 수술이 성공적으로 시행되게 되었으며 현재 그 결과도 괄목하게 향상되게 되었다. 이에 본 연제에서는 현재 임상 적용이 시행되고 있는 태아 수술을 소개하고자 한다.

2. 태아 수술의 개념

태아 수술이란 선천적인 태아의 구조적 결함을 자궁 내에서 외과적으로 교정하고 남은 수태기간을 유지 후 분만하는 외과적 치료방법이다. 그 목적은 태아 수술을 통하여 태아의 구조적 결함이 초래하는 장기의 발달 장애를 자궁 내에서 예방하고 교정하는 것이다.

3. 임상 적용이 되고 있는 태아수술의 대상 질환

태아 수술이란 태아에게만 침습적 술식을 시행하는 것이 아니라 모체에도 상당히 부담이 되는 침습적 술식을 시행하게 된다. 따라서 모체에 대한 불이익과 수술로써 얻는 태아의 이익에 대한 충분한 고려가 태아 수술의 대상을 설정함에 생각하여야 할 중요한 사항이다. 또한 태아 수술이 모체의 다음 임신에 불이익을 미쳐서는 안되겠다. 산전 진단된 선천성 질환을 치료 방침에 따라서 분류하면 표 1과 같다. 이를 살펴보면 1) bilateral renal agenesis나 anencephaly같이 출생 후 사망할 수밖에 없는 질환은 유산의 대상이 되어야 할 것이며, 2) esopahgeal atresia와 같은 질환은 임신을 지속하고 정상 분만후 교정하여야 할 것이며, 3) sacrococcygeal teratoma같이 산도를 통과하는 동안 종괴가 파열되고 정상 질식 분만이 힘든 경우에는 임신을 지속한 후 제왕 절개술이 선택되어야 할 것이며, 4) urinary tract obstruction 같이 점진적으로 장기의 미성숙을 초래하는 경우에는 분만 후 생존이 가능하다고 판단되면 가능한 빨리 분만하여 이를 교정하여야 할 것이다. 그러나 임신의 지속이 장기의 심각한 미성숙을 초래하여 출생 후 생존이 힘들다고 판단되며 자궁 내 수술로써 장기의 미성숙을 예방하여 출생 후 생존이 가능한 질환이라고 판단될 경우에는 태아 수술의 대상이 된다(5). 이들을 대상으로 하는 태아 수술은 보통 임신 제 18주에서 30주에 시행되게 된다.

 

Table. 1 Treatment Police for Prenatal Diagnosed Congenital Structural Anomaly

Prenatal Diagnosis: Fetal Malformation

1. Incompatible with Life: Abort

anencephaly, bilateral renal agenesis

2. Correct at Term: Wait

esophageal atresia

3. Dystocia: C-Section

very large tumor that might break during vaginal delivery

4. Progressive Ill Effect: Delivery Early

urinary tract obstruction that is causing ongoing damage of kidney and lungs

5. Prevent Development: Correct in Utero (Fetal Surgery)

congenital diaphragmatic hernia(CDH)

lung hypoplasia ------> pulmonary failure

congenital cystic adenomatoid malformation(CCAM)

lung hypoplasia ------> fetal hydrops

urinary obstruction: urethral valve

hydronephrosis ------> renal failure

lung hypoplasia ------> pulmonary failure

sacrococcygeal teratoma

high output failure ------> fetal hydrops

twin twin transfusion syndrome (TTTS)

vascular steal ------> fetal hydrops through placenta


4. 연구 대상으로의 태아 수술의 대상 질환

태아는 출생 후와는 다른 독특한 병태 생리적 기전을 가지고 있으며 이를 잘 이용하면 임상적으로 해결되지 않는 많은 문제를 해결 할 수가 있다. 아직 임상에는 본격적으로 적용되고 있지는 않으나 현재 활발하게 연구되고 있는 질환은 표 2와 같다. 이중 meningomyocele은 최근 태아 수술의 안정성이 높아지면서 임상 예가 늘어나고 있는 추세이다.

Table. 2 Congenital Structural Anomaly for Research of Fetal Surgery

1. Meningomyocele

2. Cleft Lip and Palate

3. Fetal Stem Cell Transplantation to treat hemoglobinopathy(i.e. thalassemia, sickle cell anemia) and immune deficiences

4. Hydrocephalus


5. History of Fetal Surgery (University of California, San Francisco, UCSF)

1981: First open fetal surgery for urinary tract obstruction, urinary catheter for posterior urethral valve

1989: First successful open fetal surgery for CDH

1990: Uterine stapling device

Radiotelemeter (NASA's Sensor 2000 Program)

1990: Successful resection of congenital cystic adenomatoid malformation

1992: Successful resection of sacrococcygeal teratoma

1993-1996: NIH clinical tracheal occlusion (int. plug and ext. clip)

Fetal endoscopic tracheal clip (Fetendo clip)

1999: Fetendo intratracheal balloon

6. Maternal Fetal Intensive Care

태아 수술 중에 태아의 활력 징후를 monitor하는 방법으로는 pulse oximeter가 유용하게 쓰이며 이를 통하여 태아의 심박동수와 산소 분압의 측정이 가능하다(그림 1).

Fig. 1. Intraoperative monitoring

Fig. 2 Implantation of Radiotelemeter

또한 수술 중 시행하는 초음파도 태아의 심장의 상태를 감시하는데 유용하게 사용되어진다. 수술 후에도 지속적인 태아와 자궁에 대한 감시가 필요한데 이는 수술중 태아에 삽입하여 두는 radiotelemeter에서 나오는 전파를 모체 외의 receiver를 이용하여 받아서 태아의 심전도, 체온, 자궁수축의 데이터를 얻을 수가 있다(그림 2). 수술직후 산모는 이러한 장비가 갖추어진 maternal fetal intensive care unit(MF-ICU)에서 1-2일 감시를 받게 된다.

7. Preterm Labor after Fetal Surgery

태아 수술에 있어서 가장 큰 문제이며 현재까지 해결되지 않고 있는 문제는 태아 수술 후에 100% 발생하는 preterm labor이다. 이는 이식 수술 후에 볼 수 있는 거부반응에 비유 할 수 있다. 이를 방지하기 위하여 수술 후 여러 tocolytic agent가 사용되어 지고 있으며 가능하면 open fetal surgery를 피하고 내시경을 이용한 endoscopic fetal surgery(fetendo)를 시행하고 있다.

8. Fetus with Urinary Tract Obstruction

posterior urethral valve와 같은 urinary tract obstruction을 가진 태아의 일부는 hydronephrosis, renal dysplasia로 인한 renal failure와 lung hypoplasia로 인한 pulmonary failure가 문제가 되어 출생후 사망하게 된다. 양의 태아를 이용한 urinary tract obstruction의 동물모델에서 적절한 시기에 urinary tract obstruction을 해결해 주는 경우에는 renal dysplasia와 lung hypoplasia의 가역적인 변화를 볼 수 있었으며 이러한 변화는 사람의 태아에서도 관찰이 되었다. 현재 posterior urethral valve에 대한 태아수술은 방광에 Harrison Double Pigtail Catheter를 삽입하거나(그림 3) vesicostomy를 직접 시행하고 있다. 최근에는fetal cystoscopy를 통한 urethral valve의 laser ablation 방법이 시도되고 있다. 수술 대상 태아의 선택은 (그림 4)에 따른다.

Fig. 3 Harrison Double Pigtail Catheter

Fig. 4 Algorithm for urinary tract obstruction

 

9. Fetus with Congenital Cystic Adenomatoid Malformation(CCAM)

아주 큰 CCAM을 가진 태아의 경우 종괴가 lung hypoplasia와 venous return을 감소시켜 fetal hydrops을 초래하고 이로 인하여 태아의 사망을 초래하며 이러한 변화는 가역적임이 동물 실험에서 입증되었다(그림 5).

 

Fig 5-1 Animal Model of CCAM(inflation of balloon)

Fig 5-2 Animal model of CCAM(deflation of balloon)

      

따라서 fetal hydrops가 있는 CCAM의 경우에는 태아 수술의 대상이 되며 현재 open fetal surgery를 이용한 surgical resection이 시행되고 있다(그림 6). 최근에는 침습이 적은 radiofrequency ablation에 대한 방법이 연구되고 있다(그림 7).

Fig. 6 Surgical Resection of CCAM

Fig. 7 Radiofrequency ablation of CCAM

                                    

10. Fetus with Congenital Diaphragmatic Hernia(CDH)

CDH의 경우 가장 활발하게 연구되고 실제로 많은 case의 태아 수술이 실행되고 있는 질환이다. CDH가 있는 태아는 정도의 차이는 있으나 lung hypoplasia를 동반하게 되며 심한 경우에는 이로 인하여 출생후 사망하게 된다. CDH의 동물모델에서 CDH를 태아시기에 교정하여 주면 lung hypoplasia의 가역적인 변화가 입증되었다(그림 8).

 

 

 

Fig. 8 Animal model of CCAM

인간 태아에 대한 적용시의 criteria도 정립되어 있으며 수술방법도 처음에는 open repair를 시도하였으나 성적이 좋지 않아 현재는 temporary tracheal occlusion을 태아내시경(fetendo)을 이용하여 시행하여 좋은 성적을 거두고 있다(표 3).

Table 3 History of Development of Fetal Surgery for CDH


표 3

History of Fetal Surgery for Congenital Diaphragmatic Hernia

* pathophysiology in fetal lamb model ---> Hypoplasia reversible, surgical repair feasible(1981)

* Natural history of untreated human fetus ---> Timing & volume, hidden mortality (1985)

* Selection for Rx ----> Liver position (1987), Lung-Head Ratio (1996)

* Fetal Rx ----> Open repair (two-step) ----> 1st trial (1991) ----> Temporary tracheal occlusion (1994)

-PLUG vs CLIP (1996)

-Open vs FETENDO (1997)

-Randomized Trial (1999)


Open Repair

open repair(그림 9)는 초기에 시행되었던 방법으로 현재는 태아내시경(fetendo)을 이용한 temporary tracheal occlusion이 주로 시행되고 있다.

Fig. 9-1 Open Repair of CDH  

Fig. 9-2 Gortex pouch to increase the peritoneal cavity

                                           

그 이유는 open repair를 시행할 경우 높은 태아사망률을 보이는데 이는 간이 흉곽에 위치한 liver-up case의 경우에 간이 복강내로 정복되면서 umbilical vein이 kinking되어 태아가 사망하게 되기 때문이다 (그림 10).

 

Fig. 10 The Mechanism of High Mortality in Liver-up cases

Temporary Tracheal Occlusion

CDH의 동물모델에서 trachea를 occlusion하는 경우에는 폐가 성장하고 흉곽으로 들어온 복강내 장기가 발육되는 폐로 인하여 복강내로 복원함이 동물모델에서 증명되었다 (그림 11).

 

Fig. 11 Fetal Lamb Model for Temporarily Tracheal Occlusion in CDH

이를 이용하여 CDH를 가진 인간 태아에서도 temporary tracheal occlusion을 시행하여 폐의 성장을 촉진하고 복강내 장기가 점진적으로 복강내로 복원된 후 lung hypoplasia가 호전된 상태에서 출생후 CDH를 repair하자는 것이 CDH에서 temporay tracheal occlusion의 개념이다(그림 12).

 

Fig. 12 The First Case of Human Tracheal Occlusion

temporary tracheal occlusion의 방법으로는 PLUG(Plug the Lung Until it Grows)을 이용하는 방법(그림 13), CLIP을 이용하는 방법(그림 14), Balloon을 이용하는 방법(그림 15)이 있으며 이들 방법은 초기에는 open procedure로 행하여 졌으나 현재는 태아내시경(FETENDO)을 이용하여 시행되어지고 있다.

Fig. 13 Foam PLUG

Fig. 14 Tracheal Clip

Fig. 15 Detachable Silicon Balloon

  

EXIT Procedure

EXIT(EX Utero Intrapartum Treatment)란 temporary tracheal occlusion을 시행한 태아가 출생하게 되면 태아의 상부만을 자궁외로 분만시킨 상태에서 태반을 통한 제대 혈류에 의지하여 태아가 무호흡인 상태에서 tracheal occlusion을 제거하고 bronchoscope, intubation, surfactant 투여, elective ventilation등의 procedure를 시행하는 방법이다. 이 방법은 원래 CDH에서 temporary tracheal occlusion한 태아를 위하여 개발된 방법이나 현재는 경부의 cystic hygroma, teratoma, congenital high airway obstruction syndrome(CHAOS)같은 air way를 obstruction하는 다른 선천성질환을 가진 태아의 출산에서도 적용되고 있다. 일명 OOPS(Operation on Placenta Support)라고도 불린다 (그림 16).


Fig. 16 EXIT procedure

Prognostic Factors of Prenatal Diagnosed CDH and Selection Criteria for Fetal Surgery

산전 진단된 CDH의 예후를 결정하는 인자는 LHR(Lung Head Ratio), Liver position(Liver-up여부), Polyhydroamniosis 여부, CDH가 처음 진단된 시기, stomach position, cardiac anomaly 여부 등이 있다 (그림 17, 18).


Fig. 17 Prognostic Factors in CDH  

 Fig. 18 Survival Rate of CDH and Lung-Head Ratio(LHR)

 

                        

태아수술의 대상이 되는 경우는 예후가 나쁠 것으로 추측되는 group만을 그 대상으로 하고 있다. 즉 임신 24주전에 초음파로 진단되고, liver가 herniation 되어 있으며 LHR이 1.4 미만인 태아가 그 대상이 되고 있다 (그림 19)

 

Fig. 19 Groups of Treatment in Poor Prognosis of CDH

Result of Temporary Tracheal Occlusion for CDH

예후가 나쁜 group을 postnatal repair group, open clip group, fetendo clip group으로 나누어 비교한 결과를 보면 fetendo clip group의 생존율이 월등히 향상되었음을 알 수 있으며(그림 20) 산모의 재원일도 감소되었다.


Fig. 20 Survival Rate of CDH According to Treatment Methods

 

FETENDO (FETal ENDOscopy)

FETENDO의 장점은 그림 21과 같다.

Fig. 21 Advantages of Fetendo

 

FETENDO를 시행시는 수술중 초음파로 태반의 위치를 확인후 내시경의 삽입부위를 결정하게 되며 특수하게 제작된 trochar를 이용하여 양수의 누출을 방지하게 된다. working medium으로는 과거에는 gas와 fluid를 사용하였으나 현재는 fluid를 사용하고 있으며 fluid를 사용할 경우 문제가 되는 시야의 확보는 perfusion pump를 사용하여 지속적으로 fluid를 관류시키는 방법으로 해결하고 있다(그림 22).

Fig. 22 Perfusion Pump for Amniotic Fluid Circulation

 

FETENDO의 대상질환은 그림 23과 같다.

Fig. 23 Diseases for Operative Fetoscopy

 

11. Fetus with Sacrococcygeal Teratoma

아주 큰 천미골 기형종이 있는 경우에는 high output herat failure로 인한 fetal hydrops를 초래하게 되어 태아가 사망하게 된다. 이때는 open surgical resection을 시행하고 있으며(그림 24) 현재는 비침습적인 radiofrequency ablation 방법을 모색하고 있다(그림 25).

Fig. 24 Open Resection of Sacrococcygeal Teratoma

Fig. 25 Laser Ablation of Sacrococcygeal Teratoma

  

12. Fetus with Myelomeningocele

myelomeningocele은 비록 태아를 사망에 이루게 하지는 않으나 영구적인 신경계 손상으로 하지의 마비, 변.요실금등을 초래한다. myelomeningocele의 동물모델 실험을 보면 이런 신경계 손상은 신경조직이 자궁내에서 노출되므로 인하여 자궁벽등으로 부터 물리적 손상을 입음으로써 생긴다고 생각되어 지고 있으며 태아시기에 myelomeningocele을 repair하는 경우에는 신경마비의 증세가 없어짐이 확인되었다. 현재 인간의 태아에게도 primary repair의 방법을 사용하여 성공예를 보고하기 시작하였으며 일부에서는 fetendo를 이용한 repair를 시도하고 있다(그림 26).

Fig. 26 Fetendo Surgery for Myelomeningocele.

 

13. Fetus with Twin Twin Transfusion Syndrome(TTTS)

TTTS는 각각의 amniotic sac을 가진 일란성 쌍생아가 한 개의 태반을 공유하면서(그림 27) 태반 혈관사이에 교통이 있어(보통 A-V communication) donor twin의 혈액이 recepient twin으로 이동하여 75%의 사망률을 보이는 질환이다(그림 28). 이때는 fetendo를 이용하여 vascular communication을 laser ablation하여 좋은 결과를 얻고 있다.

Fig. 27 Monozygotic twins with tow amnions and one placenta

Fig. 28 Vascular Communication between Twins

 

14.Fetal Treatment Team and Refer System

Fetal Surgery를 위한 team은 선천성 질환에 대한 지식과 경험이 많은 소아외과 의사가 주축이 되기는 하나 무엇보다도 관련되는 각 전문분야간의 상호 협조가 중요시된다. 관계되는 전문분야를 살펴보면 소아외과, 산부인과, 소아방사선학, 마취과, 신생아학, 소아비뇨기과, 소아신경외과, 수술간호학 등이 있으며 이들간의 긴밀한 협조하에 fetal tretment team을 구성하여야 한다.

태아수술의 적응질환이 산전 초음파에서 발견되면 환자의 병력과 초음파 기록(video tape)을 우선 우편으로 접수받게 되며 이를 검토하는 회의를 거쳐 적응 대상이 된다고 생각되면 환자를 방문케 하여 필요한 검사를 추가로 받게 한다. 모든 검사가 끝나면 검사 결과를 종합하여 환자와의 면담을 거친 후 수술을 결정하게 된다.

15. 맺는 말

산전 진단 기술의 발달로 인하여 우리는 과거에는 알지 못하였던 선천성 질환의 진단이 가능하게 되었으며 이들 질환의 태아시기의 병태생리도 알게 되었다. 이로 인하여 과거에는 치료가 불가능하다고 생각되어졌던 많은 질환들을 태아시기에 교정하려는 시도가 있어왔으며 이중 하나가 태아수술이다. 과거 수십 년간의 연구와 임상시도, 그리고 근래의 내시경 수술의 발달에 힘입어 선천성 횡경막 탈장, twin twin transfusion syndrome같은 질환의 태아 수술의 성적은 괄목하게 향상되었으며 이들 질환에 대한 국내 적용도 가능하다고 생각된다.

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All copyright is reserving for Seok oo Han, M.D., Department of the Pediatric Surgery, Yonsei University College of the Medicine, Seoul, Korea

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