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음성은 호흡, 발성, 공명, 조음의 복잡하고도 유기적인 작용을 통해 이루어진다. 가장 먼저 폐에서부터 생성된 기류와 압력이 성대를 통과하고 인두강, 구강, 비강의 다양한 성도를 지나가면서 음성이 완성된다. 이때 정상적인 성대에서는 폐에서부터 생성된 공기역학적 에너지가 음향학적 에너지로 어렵지 않게 변환되지만 비정상적인 성대에서는 공기역학적 에너지가 음향학적 에너지로 변환되는 데 많은 노력이 필요하여 그 효율성이 감소하게 된다(Zhuang et al., 2013). 이렇듯 공기역학적 특성은 성대의 해부학적 특징, 생리적인 변수, 성대의 크기, 성대접촉의 양상 및 시간, 성도의 크기와 모양에 따라 다르게 나타난다(Kim, 2014).

임상에서는 음향학적 평가, 청지각적 평가, 자가 설문지와 함께 공기역학적 평가를 필수적으로 시행하고 있다. 주로 최대발성시간, 성문하압, 평균호기류율과 같은 파라미터를 통해 발성이 지속되는 동안 성대의 상태를 반영하여 객관적이고 정량적인 자료를 제공해 준다. 최근에는 임상에서 기본적으로 실시하는 과제 외에 발성역치압력, 발성역치기류와 발성역치능력에 대한 연구도 이루어지고 있다(Choi et al., 2010; Hottinger et al., 2007; Hwang & Lee, 2014; Jeong et al., 2018; Jiang et al., 2008; Lee et al., 2013, 2015; Plexico et al., 2011; Titze, 1988; Zhuang et al., 2009, 2013).

국외에서는 2000년대 이전부터 발성역치를 주제로 연구가 진행 되어 왔다. 공기역학적 평가에서 성문하압(subglottal pressure: Psub)과 평균호기류율(mean airflow pressure: MFR)이 훌륭한 매개변수이긴 하나 많은 연구자들이 성대진동을 시작할 때 요구되는 ‘최소’의 힘과 ‘최소’의 기류량에 관심을 가지면서 발성역치압력(phonation threshold pressure: PTP)과 발성역치기류(phonation threshold flow: PTF)에 대한 원리와 측정 방법에 대해 논의를 하기 시작한 것이다. PTF는 성대진동을 시작할 수 있는 최소한의 공기흐름이고 PTP는 성대진동을 시작하는 데 필요한 최소한의 성문하압이며 PTW(phonation threshold power)는 발성역치능력으로 PTF와 PTP의 곱으로 산출되어 두 파라미터의 특성을 고루 포함하는 것으로 알려져 있다(Titze, 1988; Zhuang et al., 2013). 특히, PTF는 후방 성문의 폭(posterior glottal gap)이 클수록, 성대의 길이가 신전될수록(vocal fold elongation), 성대표면에 탈수가 있을수록(surface dehydration) 커진다고 하였다(Hottinger et al., 2007; Jiang & Tao, 2007; Jiang et al., 2008; Zhuang et al., 2013). 반면 PTP는 성대가 두꺼울수록(vocal fold thickness), 조직 감소(tissue damping)가 많을수록, 발성 전 성문의 폭(prephonatory glottal width)과 점막파동의 점성(mucosal wave velocity)이 클수록 값이 증가한다고 하였다(Plexico et al., 2011; Titze, 1988).

다수의 연구자들에 따르면 성대 질환은 발성 전 성문의 폭을 증가시킨다는 데 합의를 하고 있으며 특히, 성대마비는 성대 조직의 점성(velocity)과 강성(stiffness)을 변화시킬 수 있고, 성대 부종은 성문의 모양과 크기를 변화시킬 수 있으며, 성대 수술로 인한 흉터(scar)는 성대 조직의 특성을 변화시킬 수 있다고 하였다(Jiang & Tao, 2007; Zhuang et al., 2009, 2013). 이러한 성대의 병리학적 조건에서 발성역치 파라미터들은 성대의 특성을 반영하여 음성을 산출하는데 요구되는 최소한의 노력의 양을 파악할 수 있게 해준다. 사실상, 성문하압(subglottal pressure: Psub)이나 평균호기류율(mean airflow pressure: MFR)과 같은 파라미터만 확인하더라도 음성이 생성되는 기본적인 공기역학적 특성을 이해할 수는 있다. 하지만 음성 생성에 필요한 노력의 양을 확인하는 것은 성대의 생체역학적 특성을 반영하여 병리적 음성을 더욱 민감하게 파악할 수 있도록 해준다. Zhuang 등(2013)의 연구에서도 성대의 양성점막질환과 정상음성 간 차이를 변별하기 위해서 MFR과 PTF를 이용하였는데 PTF가 MFR보다 더 민감하게 차이를 구분해 줄 수 있다고 하였다.

한편, 발성역치에 관한 연구가 해외에서 활발히 진행된 것과 상반되게 국내에서는 매우 드물게 이루어지고 있다. 국내에서 연구된 몇몇 사례들을 살펴보면 PTF, PTP, PTW를 이용하여 양성점막질환(Hwang & Lee, 2014; Lee et al., 2013)과 연축성발성장애(Choi et al., 2010)를 일반음성 집단과 비교하거나 갑상선 수술 환자(Jeong et al., 2018; Lee et al., 2015)에게서 중재 전후의 변화를 살펴보기 위해 PTP를 이용하거나 PTF, PTP, PTW의 기준치를 마련하기 위해 정상 성인 남녀를 비교 분석한 연구(Park et al., 2019)에 국한되어 있다. 더욱이 임상에서는 거의 활용되고 있지 않다.

따라서 본 연구에서는 발성역치 파라미터를 이용하여 시행하는 예비연구로써 성대운동장애 중 편측성대마비를 대상자로 선정하여 일반음성 집단과의 차이를 살펴보고자 하였다. 추가적으로 가장 민감하게 파악할 수 있는 파라미터는 무엇인지 알아보려고 한다. 즉, 편측성대마비 집단과 일반음성 집단 간 발성역치 파라미터를 통해 발성 시 요구되는 노력의 양을 파악함으로써 진단을 하는 데 도움이 되는지 확인하고 임상에서의 활용도를 높이는 데 목적이 있다.

따라서 본 연구의 연구 문제는 다음과 같다.

첫째, PTF, PTP, PTW가 편측성대마비 집단과 일반음성 집단 간에 차이가 있는가?

둘째, 차이가 있다면 PTF, PTP, PTW 중에서 가장 민감하게 차이를 구별해 줄 수 있는 파라미터는 무엇인가?

본 연구에서는 발성역치 파라미터들을 이용하여 성대마비 집단과 일반음성 집단의 차이를 밝히되 두 집단의 차이를 민감하게 밝혀주는 파라미터는 무엇인지 살펴보는 데 목적이 있다.

우선 성대마비 집단과 일반음성 집단 간에 PTF에서 유의미한 차이가 나타난 것은 물론 각 집단 내 성별에 따른 차이도 나타났다. Zhuang 등(2009)은 성대결절과 성대폴립을 양성점막질환 집단으로 묶어 일반음성 집단과 PTF, MFR의 차이를 비교하였다. 양성점막질환 집단이 일반음성 집단에 비해 PTF와 MFR이 유의미하게 높았으며 PTF는 MFR보다 두 집단의 차이를 더 민감하게 구별해주는 파라미터라고 하였다. 그리고 4년 뒤 PTF, PTP, PTW를 이용해 대상자의 수와 집단을 확장하여 양성점막질환 집단, 성대마비와 피열연골탈구를 묶어서 성대운동장애 집단, 일반음성 집단 간에 차이를 비교하였고 PTF는 각 집단을 변별할 수 있는 유용한 파라미터라고 하였다(Zhuang et al., 2013). 성대마비 집단이 일반음성 집단에 비해 PTF가 큰 이유는 불완전한 성문폐쇄로 인해 발성하는 동안 기류유출이 생길 수 밖에 없는 성대의 구조적인 문제에 기인한 것이다. 이는 예상 가능한 결과였으며 여러 연구에서 밝혀진 바와 같이 성문 사이의 틈은 PTF에 영향을 끼치는 중요한 매개변수임(Hottinger et al., 2007; Zhuang et al., 2013)을 본 연구에서도 확인할 수 있었다.

집단 내 성별 비교에서는 성대마비 집단과 일반음성 집단 모두 남성이 여성에 비해 PTF가 유의미하게 높았다. 정상 성인을 대상으로 성별에 따른 PTF의 차이를 살펴본 국내의 연구에서도 남성은 여성에 비해 PTF가 높다고 하였다(Park et al., 2019). PTF는 성문폐쇄의 정도와 함께 성대길이에도 영향을 받으며(Hottinger et al., 2007; Jiang & Tao, 2007; Jiang et al., 2008; Zhuang et al., 2013) 성대의 길이가 길어질수록 PTF는 커진다. 남성은 여성에 비해 성대길이가 길기 때문에 PTF가 유의미하게 높게 측정되었다고 본다. 성대마비 집단에서도 여성에 비해 남성의 PTF가 높게 측정되었는데 PTF는 성문폐쇄 유무와는 별개로 성대의 길이 즉, 성별에 영향을 받는다고 해석할 수 있다.

성대마비 집단과 일반음성 집단 간 PTP에서도 유의미한 차이가 나타났으며 성대마비 집단과 일반음성 집단 내 성별에 따른 차이도 나타났다. 앞에서 언급한 것처럼 PTP는 성대가 두꺼울수록(vocal fold thickness), 조직의 감소(tissue damping)가 많을수록, 발성 전 성문의 폭(prephonatory glottal width)과 점막파동의 점성(mucosal wave velocity)이 클수록 증가한다(Plexico et al., 2011; Titze, 1988). 성대마비와 같이 성문폐쇄가 불완전한 대상자는 Titze(1988)가 제시한 요인 중 발성 전 성문의 폭에 영향을 받는다고 할 수 있겠다.

PTP는 일반음성 집단에 비해 성대마비 집단에서 유의미하게 컸으며 다른 선행연구에서도 동일한 결과가 나타났다(Zhuang et al., 2013). 성대마비와 같이 양 성대 사이에 존재하는 간격은 성대진동을 시작하기 위해서 추가적인 힘이 필요할 수밖에 없으며 일반음성 집단에 비해 PTP가 높게 측정된 것은 당연한 결과이다. 또한 검사 과정에서 모든 대상자들은 PTF를 측정한 후에 PTP를 측정하였는데 연령이 높은 다수의 대상자들은 검사를 한 번에 수행하지 못하고 충분히 연습한 후에 실전 검사에 임하였다. 특히 일반음성 집단에 비해 성대마비 집단 환자들은 검사를 시행하는 데 소요되는 시간이 더 길었다. 이는 음성 피로도를 느꼈을 수 있는 상황으로 여겨지며 음성피로와 높은 상관관계가 있다고 알려진(Chang & Karnell, 2004) PTP도 마땅히 높게 측정되었을 수 있다고 사료된다. 성대마비 집단과 일반음성 집단 간 PTP 차이와 함께 각 집단 내에서 남성이 여성에 비해 PTP가 유의미하게 높았다. 이는 PTF와 마찬가지로 PTP도 성문폐쇄 유무와 관계없이 성별에 영향을 받는다는 것을 알 수 있다.

성대마비 집단과 일반음성 집단 간에 PTW에서도 유의미한 차이가 나타났으며 성대마비 집단과 일반음성 집단 내 성별에 따른 차이도 나타났다. PTW는 PTF와 PTP의 특성을 고루 반영한다. PTF와 PTP는 성문 형태에 따른 영향을 받는데 특히 성대마비는 불완전한 성문폐쇄로 인해 폐에서부터 성대까지 에너지를 전달하는 데 더 많은 노력이 요구된다. 앞서 밝혀진 바와 같이 성대마비 집단의 PTF와 PTP는 일반음성 집단에 비해 유의미하게 측정치가 높았고 PTF와 PTP의 곱으로 산출되는 PTW는 당연히 높을 수밖에 없다.

성대마비 집단과 일반음성 집단 간 PTF, PTP, PTW의 민감도를 확인하기 위한 ROC 분석에서 AUC는 PTP(.825), PTW(.823), PTF(.753) 순으로 나타났다. PTF는 발성역치 파라미터들 중 후방 성문 폭의 변화에 영향을 크게 받으며(Hottinger et al., 2007; Zhuang et al., 2013) 성문폐쇄부전의 특성을 평가할 수 있는 파라미터로 알려져 있어(Hottinger et al., 2007) 성대마비와 정상음성 간에 두드러진 차이를 나타내는 파라미터는 PTF일 것으로 예상되었으나 반대의 결과가 도출된 것이다. 예상한 바와 다른 결과의 원인으로 본 연구자들은 선행 연구와 비교하여 대상자의 연령 차가 첫 번째 원인이라고 생각하였다. 음성장애 집단과 일반음성 집단을 비교한 다수의 선행 연구들에서 대상자들의 평균 연령이 40세 내외인 것과 비교하였을 때(Choi et al., 2010; Hwang & Lee, 2014; Lee et al., 2013; Zhuang et al., 2009, 2013) 본고에서는 60세를 기준으로 60세 이상이 성대마비 집단에서는 40명 중 25명(62.5%, 60~82세), 일반음성 집단에서는 33명 중 17명(51.5%, 61~79세)으로 상대적으로 대상자들의 평균연령이 높았다. 연령과 관련한 발성역치와 연구가 미비하여 비교할 대상이 많지는 않지만 Park 등(2019)의 연구에서 PTF는 연령에 따른 유의미한 차이가 없다고 하였다. 하지만 20세부터 59세까지 분석한 결과로 더 높은 연령대에 대한 정보는 없었다. 따라서 연령에 따른 PTF의 차이를 확인하고자 성대마비 집단과 일반음성 집단을 성별에 관계없이 60세 이상, 60세 미만 집단으로 나누어 t-검정을 하였다. 그 결과, 성대마비 집단에서는 유의한 차이가 관찰되지 않은 반면(p=.121), 일반음성 집단에서는 60세 미만 집단보다 60세 이상 집단에서 PTF 측정치가 유의미하게 큰 것으로 나타났다(p<.014). 이 같은 결과는 정상적인 성대운동을 한다하더라도 고령의 대상자는 나이가 어린 대상자보다 성대진동을 시작하는 데 필요한 최소한의 공기흐름이 더 많이 요구된다는 것을 의미한다. 다시 말해 공기역학적 에너지가 음향학적 에너지로 변환되는 데 효율성이 떨어진다고 이해할 수 있는 것이다. 따라서 대상자 중 절반 이상이 60세 이상으로 구성된 본 연구에서는 성대마비 집단과 일반음성 집단 간에 PTF의 차이가 미미하여 PTP와 PTW보다 상대적으로 덜 민감하게 구분한 것으로 해석된다. 반면 성대마비 집단에서는 연령에 따른 차이보다 불완전한 성문폐쇄 자체의 요인이 크게 작용하였기 때문에 연령에 따른 유의미한 차이는 관찰되지 않은 것으로 사료된다.

두 번째 이유는 집단 내에서 측정된 값들의 분포가 다양하다는 것이다. 특히 PTF에서는 동일한 집단에 속하더라도 측정된 값의 범위가 넓었는데 그중에서 정상 집단의 남성과 여성의 표준편차는 평균의 반 혹은 2/3에 해당되어 정규분포곡선을 그렸을 때 양옆으로 흩어짐 정도가 클 것으로 예상된다. 이는 추후 연구에서 대상자의 수를 더 늘려서 비교분석을 해야 할 필요성을 시사한다.

본 연구에서는 성대마비 집단과 일반음성 집단 간 성별에 따른 PTF, PTP, PTW를 비교 분석하고 두 집단의 차이를 민감하게 밝혀줄 수 있는 파라미터에 대해 알아보았다. PTF, PTP, PTW는 두 집단의 차이를 설명해 주었으며 진단 예측력(AUC)은 PTP, PTW, PTF 순으로 나타났다. 하지만 성별에 따른 분석뿐만 아니라 연령을 고려하여 분석하였다면 더 의미 있는 결과가 나왔으리라 기대해 본다. 또한 성대운동장애 중 편측성대마비만을 지정하여 일반음성 집단과 비교를 하였는데 추후 연구에서는 다양한 성대접촉문제가 있는 후두질환을 대상으로 한 연구가 필요하다고 사료된다.