KR102483564B1 - 천식 치료 장치 및 그 장치의 구동방법 - Google Patents

천식 치료 장치 및 그 장치의 구동방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 경부에서 기도, 즉 기관 또는 기관지가 위치하는 부위에 광선을 조사하여 천식을 치료하되, 청색광과, 주황색광 또는 적색광의 강도 및 조사 시간을 사용자 맞춤형으로 조절하여 치료하는, 광 치료 장치 및 그 장치의 구동방법에 관한 것이다.
본 발명의 천식 치료 장치는, 광원을 구비하며, 기관 또는 기관지 또는 천돌 경혈의 부위의 경부의 피부표면인, 기관 대응부 또는 기관지 대응부 또는 천돌경혈 대응부에, 광선조사 제어신호에 따라, 광을 조사하는, 천식치료용 광선조사기; 광조사 시간을 포함하는 설정 데이터를 이용하여, 광선조사 제어신호를 생성하여 광선 조사기로 전송하는, 천식치료용 광선조사 제어장치;를 포함하여 이루어진다.
천식치료용 광선조사기가, 기관 대응부 또는 기관지 대응부 또는 천돌경혈 대응부의 피부표면 아래에 있는 표피층이나 진피층에 분포되어 있는 신경말단(nerve endings)을, 기 설정된 광조사 시간 동안, 광을 조사함에 의해 자극하고, 자극받은 신경말단과 말초신경으로 연결된 질소 활성 신경말단(nitrergic nerve terminals)에서, 일산화질소(nitric oxide)를 포함하는 물질을 분비토록 유도하여, 분비된 상기 물질이, 기도과민성을 포함하는 천식파라미터를 감소시키도록 유도한다.

Description

천식 치료 장치 및 그 장치의 구동방법 {Asthma therapy device and method of driving the device}
본 발명은 경부에서 기도, 즉 기관 또는 기관지가 위치하는 부위에 광선을 조사하여 천식을 치료하되, 청색광과, 주황색광 또는 적색광의 강도 및 조사 시간을 사용자 맞춤형으로 조절하여 치료하는, 광 치료 장치 및 그 장치의 구동방법에 관한 것이다.
목은 머리와 가슴을 잇는 좁은 신체 부위로, 중요한 기관들이 밀집되어 있으며, 목뼈와 여러 근육, 결합조직이 여러 중요 기관, 즉, 후두, 기도, 식도, 갑상샘, 많은 혈관, 신경, 림프조직을 둘러싸고 있다.
기도는 호흡시에 공기가 폐로 전달되기 위해 통하는 통로로, 여러 근육의 작용으로 음식물이 기관으로 들어가는 것을 막는다. 기도는 보통때는 열려있다가 음식물을 삼킬 때는 기관을 닫아 보호한다. 기도는 상 ·하 기도로 구분되며, 상기도는 비강에서 인두까지이고, 하기도는 후두, 기관(氣管), 기관지로 이루어진 부분이다.
기관(Trachea)은 성대 하부의 숨길로, 후두와 허파를 이어준다.
주기관지(principal bronchi)는 기관에서 좌우로 갈라져 폐로 연결된 1쌍의 관으로 오른 주기관지와 왼 주기관지지로 나뉜다. 기관이 좌우로 갈라지는 곳은 기관용골이라 한다. 오른쪽 폐로 들어가는 오른 주기관지는 왼 주기관지보다 직경이 더 굵으나 길이는 약 3㎝정도로 왼주기관지(4~5㎝)보다 짧다. 그러므로 기관지 내로 이물질이 들어왔을 때 오른주기관지 내로 들어갈 가능성이 크다. 기관지는 폐 속으로 들어가면서 계속 나뉘어져 많은 가지들을 내면서 폐 전체에 넓게 퍼져있다.
기관지의 역할은 외부의 산소를 체내로 전달하고 체내에서 생성된 이산화탄소를 제거하기 위하여 공기가 드나드는 수송관의 역할을 하며, 또한 기관지에 들어오는 이물질의 이동과 제거, 외부에서 침입하는 균에 대한 면역작용도 함께 이루어진다. 이물질의 제거는 기관지 점막의 점액과 섬모운동을 통하여 일어난다.
천식은 유전적인 요인과 환경적인 요인에 기인하여 발생하며, 주로 집먼지 진드기, 꽃가루, 곰팡이 등과 같은 외부 알레르기물질이 몸에 흡입되면서 기관지에 염증이 생기는 것으로, 기침, 흉부 압박, 호흡곤란, 기침, 거친 숨소리(천명), 가래와 같은 증상이 발생한다. 특히, 천식으로 인한 호흡곤란이 심해지면 발작 증상이 나타날 수 있으며, 특히 산소소모량이 적어지는 밤에는 기관지의 분비물이 잘 배출되지 않아 증상이 심하여지기도 한다.
일반적으로 포유동물이나 사람의 천식을 야기하는 원인 중 대부분이 면역 체계의 과민 반응에 의한 알레르기 때문인 것으로 알려져있다. 이처럼 알레르기에 기인하는 천식은 알레르기의 원인 물질인 알레르겐을 특정하여 제거함으로써 정도에 따라 천식을 피할 수 있다. 알레르기성 천식은 체내에 들어온 이물질(예컨대, 담배 연기, 먼지, 진드기, 비듬, 꽃가루, 살충제, 향수, 페인트 등의 화학제품, 벽난로 연기, 배기가스 등)에 대한 면역 체계가 과민 반응하는 것으로 기관지에 염증이 발생하게 천식 증상을 일으킨다.
또한, 비 알레르기성 천식은 알레르기성 천식과 달리 면역 체계의 과민 반응 이외의 원인에 의해 야기된다. 비 알레르기성 천식은 어떤 요인(예컨대, 차가운 공기와 연기, 분말 등의 흡입, 감염, 스트레스, 불안, 급격한 운동, 약물 등)에 의해 기관지에 급격한 부담이 걸릴 때 발생한다.
일반적으로, 포유동물이나 사람이 천식에 걸리게 된 경우, 일반적으로 내복약이나 기침, 기관지 확장제 등을 복용하고, 발작이 악화되지 않도록 모습을 보고 치료를 실시한다. 알레르기성 천식의 경우, 혈액 검사에 의해 알레르기 항원, 즉 알레르기 유발 물질을 특정하고, 알레르기 유발 물질을 제거하여 발작이 일어나지 않도록 한다. 또한, 생활 개선에 의한 치료는 기관지의 염증을 억제하는 식이 요법과 알레르기 유발 물질을 제거하는 식이 요법을 실시하여, 천식 자체의 치료는 되지 않지만, 기관지와 호흡기에 부담을 줄임으로써 천식의 증상을 줄일 수 있다.
따라서, 광을 조사하여 천식을 치료하는 천식치료 장치가 연구되고 있다.
본 출원인은 국내 등록특허 제10-1557701호의 '기도와 기관지 이완장치'를 보유하고 있다. 이는 목걸이 형태로 제작된 것이며, 천돌혈 부위, 즉 목의 앞쪽 아래에 좌우 빗장뼈의 끝부분이 만나는 오목한 부위에 가시광선 파장 대역의 색광, 특히, 청색광(450nm ~ 480nm)을 정해진 시간 동안 조사하여 기도와 기관지의 근육세포에서 근육을 이완시키는 물질(예컨대, 일산화질소 등)을 분비하도록 유도하는 것이다.
국내 등록특허 제10-1557701호는, 사용자의 움직임에 따라서, 목걸이 형태의 기도와 기관지 이완장치가 움직여져, 천돌혈 부위가 아닌 다른 부위에 광을 조사하는 결과를 가져올 수 도 있다. 또한 이 발명은 청색광(450nm ~ 480nm)을 사용하나, 이 청색광(450nm ~ 480nm)은 살균 소독, 혈관의 확장을 행하는 파장 대역으로, 천돌혈 부위의 근육을 이완하나, 이것만으로는 치료효과가 높지 않다.
즉, 가시광선(380~780nm)의 하나의 파장대역으로만 치료할 경우 천식치료효과가 높지 않다. 청색광(450nm ~ 480nm)과 주황색광(590 ~ 620nm) 또는 적색광(620 ~ 750nm)을 적절히 병용하여 치료하는 것이 필요하다. 특히, 사람(성별, 나이, 체중 등)에 따라, 각 파장의 치료시간을 달리하여 치료하는 것이 필요하다.
일반적으로, 생체의 천부(淺部) 치료는 500~700nm의 파장대, 심부 치료는 800~1000nm의 파장대가 사용된다. 자외선 (320~400nm)과 청색광은 적혈구 헤모글로빈에 흡수되어 산화 질소 (NO, Nitric oxide)를 발생시켜 혈관을 확장시킨다. 또한, 600~630nm의 가시 광선은 산화 질소(NO)의 유도와 시토크롬 C 산화 효소(cytochrome c oxidase, COX) 저해를 억제한다. 시토크롬 C 산화효소 결핍증은 기저신경핵, 시상 및 뇌간을 주로 침범하여 아급성 괴사뇌병증을 초래하는 리병(Leigh disease), 비특이 뇌병증, 근병증, 비대심장근육병증, 간병증을 동반한 뇌병증, 콩팥기능부전을 동반한 뇌병증 등 다양한 형태의 임상 증상이 나타난다. 특히, 최근들어 600~660nm 파장의 광을 통해 염증 발생을 저하시키는 연구가 보고되고 있다.
따라서 본 발명은 경부에서 기도, 즉 기관 또는 기관지가 위치하는 부위에 광선을 조사하여 천식을 치료하되, 청색광과, 주황색광 또는 적색광의 강도 및 조사 시간을 사용자 맞춤형으로 조절하여 치료하는 천식 치료 장치 및 그 장치의 구동방법을 제안한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 경부에서 기도, 즉 기관 또는 기관지가 위치하는 부위에 광선을 조사하여 천식을 치료하되, 청색광과, 주황색광 또는 적색광의 강도 및 조사 시간을 사용자 맞춤형으로 조절하여 치료하는 천식 치료 장치 및 그 장치의 구동방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 광조사 시간을 포함하는 설정 데이터를 이용하여 광선조사 제어신호를 생성하여 광선 조사기로 전송하는 천식치료용 광선조사 제어장치를 포함하는 천식 치료 장치에 있어서, 설정 데이터는 치료모드를 더 구비하되, 치료모드는, 천식치료용 광선조사 제어장치의 연산처리부가, 천식치료용 광선 조사기로부터 수신된 진동신호 및 소리신호를 이용하여, 청색광 및 주황색광의 광 조사시간 및 광 강도를 결정하고, 결정된 청색광 및 주황색광의 광 조사시간 및 광 강도에 따른 광선 조사 제어신호를 생성하는, 환자 상태별 치료모드를 포함하는, 천식 치료 장치 및 그 장치의 구동방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 천식 치료 장치는, 광원을 구비하며, 기관 또는 기관지 또는 천돌 경혈의 부위의 경부의 피부표면인, 기관 대응부 또는 기관지 대응부 또는 천돌경혈 대응부에, 광선조사 제어신호에 따라, 광을 조사하는, 천식치료용 광선조사기; 광조사 시간을 포함하는 설정 데이터를 이용하여, 광선조사 제어신호를 생성하여 광선 조사기로 전송하는, 천식치료용 광선조사 제어장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
천식치료용 광선조사기가, 기관 대응부 또는 기관지 대응부 또는 천돌경혈 대응부의 피부표면 아래에 있는 표피층이나 진피층에 분포되어 있는 신경말단(nerve endings)을, 기 설정된 광조사 시간 동안, 광을 조사함에 의해 자극하고, 자극받은 신경말단과 말초신경으로 연결된 질소 활성 신경말단(nitrergic nerve terminals)에서, 일산화질소(nitric oxide)를 포함하는 물질을 분비토록 유도하여, 분비된 상기 물질이, 기도과민성을 포함하는 천식파라미터를 감소시키도록 유도한다.
광원은 430nm~480nm의 파장을 갖는 청색광 광원과, 580nm~630nm의 파장을 갖는 주황색 광원을 구비하거나, 또는 천식치료용 광선 조사기는 특정 파장대의 광을 출력하기 위한 광선필터를 더 구비할 수 있다.
천식 치료 장치는, 광이 조사된 상기 기관 또는 기관지 또는 천돌 경혈 부위에서, MARK (Mitogen-activated protein kinase) 또는 NF-ĸB (nuclear factor-kappaB)의 신호전달경로가 억제됨으로써, T helper type 2 (TH2)반응이 일어나며 기관지 수축물질이 감소되게 되도록 이루어진다.
천식치료용 광선조사 제어장치가 광선 조사기로 광선조사 제어신호를 무선으로 전송하며,천식치료용 광선 조사기는 배터리를 내장할 수 있다.
천식치료용 광선조사 제어장치가 광선 조사기로 광선조사 제어신호를 유선으로 전송하며, 천식치료용 광선 조사기는 광선조사 제어장치로부터 전송된 전원에 의해 구동될 수 있다.
천식치료용 광선 조사기는, 경부의 진동신호를 검출하는 진동감지부; 경부의 소리신호를 검출하는 소리감지부; 진동감지부 및 소리감지부로부터, 진동신호 및 소리신호를 수신하여 송수신부를 통해 천식치료용 광선조사 제어장치로 전송하는 제어부;를 더 포함할 수 있다.
설정 데이터는 치료모드를 더 구비하며, 치료모드는, 환자가 설정한, 광선 조사 시간 및 광선 강도에 따라, 천식치료용 광선조사 제어장치의 연산처리부가 광선조사 제어신호를 생성하는 환자 설정용 치료모드; 환자 또는 의료전문인 또는 공장 출하시에 미리 정해진 프로그램에 의하여 일정한 시간간격으로, 기설정된 광선조사시간 및 광선 강도에 따른 광선조사 제어신호를 천식치료용 광선조사 제어장치의 연산처리부가 생성하는, 자동 설정용 치료모드; 천식치료용 광선조사 제어장치의 연산처리부가, 천식치료용 광선 조사기로부터 수신된 진동신호 및 소리신호를 이용하여, 청색광 및 주황색광의 광 조사시간 및 광 강도를 결정하고, 결정된 청색광 및 주황색광의 광 조사시간 및 광 강도에 따른 광선 조사 제어신호를 생성하는, 환자 상태별 치료모드;를 포함할 수 있다.
천식치료용 광선조사기를, 기관 대응부 또는 기관지 대응부 또는 천돌경혈 대응부에 장착시에, 양면테이프, 흡착도구, 헤드기어, 목걸이, 목줄 중 하나를 이용한다.
광선조사 제어장치는, 스마트폰, PDA, 노트북, 안드로이드 폰, 아이폰, 스마트워치, 컴퓨터 중 하나이다.
천식치료용 광선조사 제어장치는, 기 설정된 청색광 광강도 및 청색광 조사시간에 따라, 청색광 광선조사 제어신호를 생성하여 천식치료용 광선조사기로 전송하고, 청색광 조사시간이 종료되면, 기 설정된 주황색광 광강도 및 주황색광 조사시간에 따라, 주황색광 광선조사 제어신호를 생성하여 천식치료용 광선조사기로 전송한다.
또한, 본 발명의 천식 치료 장치의 구동방법은, 청색광 및 주황색광의 광선 조사 시간 및 광 강도를 키입력부로부터 수신하거나, 메모리부로부터 수신하고, 타이머 또는 카운터를 청색광 조사 시간에 맞추어 세트하는, 초기화단계; 연산처리부는, 초기화 단계에서 수신된 청색광 광강도에 따라, 청색광 광선조사 제어신호를 생성하여 천식치료용 광선조사기로 전송하는, 청색광 조사단계; 연산처리부는 타이머 또는 카운터를 통해 체크하여, 초기화 단계에서 수신된 청색광 조사시간이 경과했는지를 판단하고, 만약, 청색광 조사시간이 경과하지 않았다면 청색광 조사단계로 되돌아가고, 만약, 청색광 조사시간이 경과하였다면, 타이머 또는 카운터를 주황색광 조사 시간에 맞추어 세트하고, 주황색광 조사단계로 가는, 청색광 조사 시간 종료여부 판단단계; 연산처리부는, 초기화 단계에서 수신된 주황색광 광 강도에 따라, 주황색광 광선조사 제어신호를 생성하여 천식치료용 광선조사기로 전송하는, 주황색광 조사단계; 연산처리부는, 타이머 또는 카운터를 통해 체크하여, 초기화 단계에서 수신된 주황색광 조사시간이 경과했는지를 판단하고, 만약, 주황색광 조사시간이 경과하지 않았다면 주황색광 조사단계로 되돌아가고, 만약, 주황색광 조사시간이 경과하였다면 종료하는, 주황색광 조사 시간 종료여부 판단단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 천식 치료 장치의 구동방법은, 청색광 및 주황색광의 광선 조사 시간 및 광 강도를 키입력부로부터 수신하거나, 메모리부로부터 수신하여, 전의 청색광 조사시간, 전의 청색광 조사강도, 전의 주황색광 조사시간, 전의 주황색광 조사강도로 설정하는, 초기화단계; 연산처리부는 송수신부를 통해 천식 치료용 광선 조사기로부터 진동신호 및 소리신호를 수신하고, 수신된 진동신호가 기설정된 진동 문턱치보다 큰지를 판단하고, 수신된 소리신호가 기설정된 소리 문턱치보다 큰지를 판단하여, 가중치를 설정하고, 가중치에 따라, 기설정된 청색광 조사시간 또는 청색광 조사강도를 조정하여, 현재의 청색광 조사시간 또는 현재의 청색광 조사강도로서 구하고, 현재의 청색광 조사시간 또는 현재의 청색광 조사강도를 이용하여 청색광 조사 신호를 생성하는, 청색광 조사신호 생성단계; 연산처리부는, 청색광 조사신호 생성단계에서 생성된 청색광 조사신호를 천식치료용 광선 조사기로 전송하여, 천식치료용 광선 조사기로 하여금 청색광을, 현재의 청색광 조사시간동안, 현재의 청색광 조사강도로 출사하게 하는, 청색광 출력단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 천식 치료 장치의 구동방법은, 청색광 출력단계에서 청색광 조사시간이 종료되면, 연산처리부는 송수신부를 통해 천식 치료용 광선 조사기로부터 진동신호 및 소리신호를 수신하고, 수신된 진동신호가 기설정된 진동 문턱치보다 큰지를 판단하고, 수신된 소리신호가 기설정된 소리 문턱치보다 큰지를 판단하여, 가중치를 설정하고, 가중치에 따라, 전의 주황색광 조사시간 또는 주황색광 조사강도를 조정하여, 현재의 주황색광 조사시간 또는 현재의 주황색광 조사강도로서 구하고, 현재의 주황색광 조사시간 또는 현재의 주황색광 조사강도를 이용하여 주황색광 조사 신호를 생성하는, 주황색광 조사신호 생성단계; 연산처리부는, 주황색광 조사신호 생성단계에서 생성된 주황색광 조사신호를 천식치료용 광선 조사기로 전송하여, 천식치료용 광선 조사기로 하여금 주황색광을, 현재의 주황색광 조사시간동안, 현재의 주황색광 조사강도로 출사하게 하는, 주황색광 출력단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
청색광 조사신호 생성단계 및 주황색광 조사신호 생성단계에서, 연산처리부는, 만약, 진동신호가 기설정된 진동 문턱치보다 작고, 소리신호가 기설정된 소리 문턱치보다 작다면 제1가중치를 가지며, 만약, 진동신호가 기설정된 진동 문턱치보다 크거나 같고, 소리신호가 기설정된 소리 문턱치보다 작다면 제2가중치를 가지며, 만약, 진동신호가 기설정된 진동 문턱치보다 작고, 소리신호가 기설정된 소리 문턱치보다 크거나 같다면 제3가중치를 가지며, 만약, 진동신호가 기설정된 진동 문턱치보다 크거나 같고, 소리신호가 기설정된 소리 문턱치보다 크거나 같다면 제4가중치를 가지도록 이루어진다.
본 발명의 천식 치료 장치 및 그 장치의 구동방법은, 경부에서 기도, 즉 기관 또는 기관지가 위치하는 부위에 광선을 조사하여 천식을 치료하되, 청색광과, 주황색광 또는 적색광의 강도 및 조사 시간을 사용자(환자) 맞춤형으로 조절하여 치료하여, 치료효과를 높인다.
특히, 본 발명에서는 인체 및 동물의 천식 치료에 보다 적합한 광의 파장을 찾아서, 상기 광의 파장으로 천식을 치료하되, 환자별로 맞춤형으로 각 파장대 광을 조절하여 치료하도록 이루어져, 기존에 광을 이용한 천식치료보다 치료효과를 높인다.
본 발명을 활용하여 개, 말, 고양이 등과 같은 포유동물이나 사람의 목의 특정한 영역 (즉, 기도 또는 기관이 위치한 영역)의 피부 부위에 매일 정해진 시간씩 정해진 기간(예컨대, 1주 내지 3개월) 동안 반복된 가시광선 조사를 실시함으로써 질소 활성 신경말단과 접하고 있는 기도 평활근을 이완시켜 기도 평활근의 두께를 감소시킬 수 있고, 그 결과로 기도의 천식파라미터를 감소시켜 기도의 과민성과 염증을 줄이고, 기도의 점액분비를 억제함으로써 천식을 치료하거나 예방할 수 있다.
또한, 본 발명은, 광조사 시간을 포함하는 설정 데이터를 이용하여 광선조사 제어신호를 생성하여 광선 조사기로 전송하는 천식치료용 광선조사 제어장치를 포함하는 천식 치료 장치에 있어서, 설정 데이터는 치료모드를 더 구비하되, 치료모드는, 천식치료용 광선조사 제어장치의 연산처리부가, 천식치료용 광선 조사기로부터 수신된 진동신호 및 소리신호를 이용하여, 청색광 및 주황색광의 광 조사시간 및 광 강도를 결정하고, 결정된 청색광 및 주황색광의 광 조사시간 및 광 강도에 따른 광선 조사 제어신호를 생성하는, 환자 상태별 치료모드를 포함하는 천식 치료 장치 및 그 장치의 구동방법을 제공한다.
도 1은 제1실험 후, 실험그룹에서 폐 조직의 헤마톡실린(hematoxylin) 및 에오신 (H & E) 염색의 이미지(a)와, 염증 점수(b)를 나타낸다.
도 2는 제2실험 후, 쥐를 대상으로 한 천식파라미터 감소용 광선조사 제어 실험의 기도 과민성과 염증 변화 결과 그래프이다.
도 3은, 제2실험 후, 실험대상 쥐에서의 기도 점액 생성과 평활근 두께 변화 결과 그래프이다.
도 4는 제2실험 후, 실험대상 쥐에서의 기관지폐포세척액(BALF)에서 Th2형 사이토카인(Th2 cytokine), 히스타민(histamine) 및 트립타제(tryptase)를 측정한 결과 그래프이다.
도 5는 제2실험에 따른 베타아밀로이드 플라크의 축적 억제용 광선조사 제어 실험 프로토콜 설명도이다.
도 6은 쥐를 대상으로 한 제2실험에 따른 천식파라미터 감소용 광선조사 제어 실험의 면역장기의 크기와 무게 변화 결과 그래프이다.
도 7은 제1실험에서 천식 마우스로부터 얻은 폐 조직에서 MAPK의 인산화 및 NF-κB 활성화에 대한 L-PBM 의 억제 효과를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 일실시예에의한 천식 치료 장치(10)의 구성을 개략적으로 설명하는 블럭도이다.
도 9은 본 발명의 천식 치료 장치(10)의 사용상태도를 나타내는 도면이다.
도 10는 본 발명에 따른 천식파라미터 감소용 광선조사 제어장치에 의해 제어되는 천식치료용 광선조사기가 쥐의 목의 앞쪽 아래에 좌우 쇄골의 끝부분이 만나는 오목한 부위에 접착된 상태를 나타낸 실시예이다.
도 11은 본 발명의 천식 치료 장치(10)의 구동 방법의 제1실시예이다.
도 12은 본 발명의 천식 치료 장치(10)의 구동 방법의 제2실시예이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 보다 구체적으로 설명한다.
우선, 본 발명에서는 610nm 파장의 주황색광이 천식의 치료(염증치료)에 도움이 되는지를 확인하기 위한 제1실험을 행하였다. 이는 본 발명자들에 의해 유럽 저널인 Allergy에 2019년 1월 14일자로 발표된 "Light-emitting diode-based photobiomodulation reduces features of allergic asthma in mice"에 공개되어 있어 여기서는 간략히 설명한다.
제1실험을 위해 6주된 마우스(쥐)를 5개의 실험그룹으로 나누었으며, 1그룹에는 8~10마리의 마우스로 하였다.
상기 5개의 실험그룹에서, 제1그룹은 인산완충 생리식염수(phosphatebuffered saline, PBS)만을 제공한 'PBS' 그룹이고, 제2그룹은 인산완충 생리식염수(PBS)를 제공한 후, LED기반 광생물 조절 치료(Photobiomodulation, PBM)(설명의 편의상 이하 'L-PBM' 또는 '광선치료'라 함), 즉 중심파장이 610nm인 광을 이용한 광선조사 치료를 행하는 'PBS + L-PBM'그룹이다.
제3그룹은 OVA(ovalbumin, 오브알부민, 난백알부민)를 제공하여 천식을 유발한 'OVA' 그룹이다. 제4그룹은 OVA(오브알부민, 난백알부민) 제공한 후(즉, 천식을 유발한 후), 염증억제제(면역 억제제)인 DEX(dexamethasone, 덱사메타손)를 주사하여 치료하는 'OVA+DEX' 그룹이다. 제5그룹은 OVA(오브알부민, 난백알부민) 제공한 후(즉, 천식을 유발한 후), 중심파장이 610nm인 광을 이용한 광선 치료(L-PBM)을 행하는 'OVA + L-PBM'그룹이다.
도 1은 제1실험 후, 실험그룹에서 폐 조직의 헤마톡실린(hematoxylin) 및 에오신 (H & E) 염색의 이미지(a)와, 염증 점수(b)를 나타낸다.
610nm 파장의 광을 이용한 치료의 경우인 'OVA + L-PBM'그룹 (제5그룹)이, 염증억제제(면역 억제제)인 DEX를 이용한 치료의 경우인 'OVA+DEX' 그룹 (제4그룹)과 거의 비슷한 수준의 치료효과를 가져왔다.
다음으로, 본 발명에서는 460nm 파장의 청색광 및 610nm 파장의 주황색광 중에 어느 파장대가 더 천식의 치료(염증치료)에 도움이 되는지를 확인하기 위한 제2실험을 행하였다.
제2실험을 위해 마우스(쥐)를 5개의 실험그룹으로 나누었다.
상기 5개의 실험그룹에서, 제1그룹은 아무것도 제공되지 않은 마우스 그룹으로, 비교시 기준(control)이 되는 그룹으로서, 여기서는 'Control' 그룹이라 한다. 즉, 'Control' 그룹은 천식을 유발하지 않은 그룹이라고 할 수 있다. 제2그룹은 OVA(ovalbumin, 오브알부민)를 제공하여 천식을 유발한 'OVA' 그룹이고, 제 3그룹은 OVA(오브알부민) 제공한 후 DEX(dexamethasone, 덱사메타손)를 주사하여 치료하는 'OVA+DEX' 그룹이다. 제4그룹은 OVA(오브알부민) 제공한 후, 중심파장이 460 nm 파장의 광을 조사하여 광선 치료(L-PBM)을 행하는 그룹으로, 여기서는 'OVA + 460nm'그룹으로 표시한다. 제5그룹은 OVA(오브알부민) 제공한 후, 중심파장이 610 nm 파장의 광을 조사하여 광선 치료(L-PBM)을 행하는 그룹으로, 여기서는 'OVA + 610nm'그룹으로 표시한다.
도 2는 제2실험 후, 쥐를 대상으로 한 천식파라미터 감소용 광선조사 제어 실험의 기도 과민성과 염증 변화 결과 그래프이다.
도 2의 (a)는 기도 수축을 유발하는 약물인 메타콜린을 투약해서 인위적으로 기관지를 수축한 뒤의 폐활량 검사 결과이다. 50mg/mL 농도에서, 'Control' 그룹에 비해, 천식을 유발한 'OVA'그룹에서 Penh(기도 과민성의 정도를 나타내는 지표, Enhanced Pause)가 제일 많이 증가(즉, 기도 과민성이 증가)했다. 다음으로 'OVA + 460nm'그룹이 Penh가 높았으며, 이는, 천식 유발후, 460nm 파장의 빛 치료(LED-T)를 한 그룹이, 천식을 유발한 OVA 그룹에 비해 Penh가 유의적으로 감소되었음을 나타낸다. 특히, 'OVA + 610'그룹의 Penh가, 'OVA + 460nm'그룹의 Penh보다 낮으며, 'OVA+DEX' 그룹의 Penh과 거의 유사하였다. 천식 유발후, 610nm 파장의 광선 치료는, 460nm 파장의 광선 치료보다 기도과민성을 보다 낮추는 효과를 가져오며, 또한, 염증억제제(면역 억제제)인 DEX를 이용한 치료의 경우와 비슷한 효과를 가진다는 것을 시사한다.
도 2의 (b)는 제2실험 후, 천식 쥐 모델의 기관지폐포세척액(BALF)에서 전체 세포(total cell)를 카운트한 결과이다. 'OVA'그룹은 염증에 의해 기관지폐포세척액에서의 전체 세포수가 증가되었고, 610nm 또는 460nm 파장으로 광선 치료한 그룹들은 상기 전체 세포(total cell)수가 유의적으로 감소되었다. 특히, 기관지폐포세척액에서의 전체 세포(total cell)수에 대해, 'OVA + 610'그룹이, 'OVA + 460nm'그룹 보다 많이 작았으며, 이는 610nm 파장이 460nm 파장보다 더 효과적으로 기도 염증을 감소시킨다는 것을 나타낸다.
도 2의 (c)는 제2실험 후, 백혈구백분율산정(Differential cell count) 결과로, 즉, 백혈구 속의 대식세포(macrophage)에 대한 각 그룹별 비율, 백혈구 속의 림프구(lymphocyte)에 대한 각 그룹별 비율, 백혈구 속의 호중구(Neutrophil)에 대한 각 그룹별 비율, 백혈구 속의 호산구(eosinophil)에 대한 각 그룹별 비율을 나타낸다.
호산구(eosinophil)를 비롯한 다른 세포들에 대해서도, 'OVA'그룹 보다, 460nm 파장 및 610nm 파장의 광선 치료 그룹 (즉, 'OVA + 610'그룹 및 'OVA + 460nm'그룹)이, 더 작은 세포수를 나타냈으며, 이는 천식이 유발되었을 경우 광선치료가 기도염증을 유의적으로 감소시킴을 나타낸다. 특히, 'OVA + 610'그룹이, 'OVA + 460nm'그룹보다 더 작은 세포수를 나타냈으며, 이는, 천식이 유발되었을 경우, 610nm 파장의 광선치료는 460nm 파장의 광선치료보다 염증 억제 효과가 뛰어났음을 시사한다.
도 2의 (d)는 폐 조직의 염증 상태를 헤마토실린(hematocylin)과 에오신(eosin)을 이용한 염색법(즉, H&E염색법)으로 확인한 결과 이미지를 나타내며, 도 2의 (e)는 이때의 염증 점수를 나타낸다.
도 2의 (d)에서, 'OVA'그룹은 다른 그룹들에 비해 기관지 주변에 염증세포가 두드러지게 침투된 반면, 460nm 파장 및 610nm 파장의 광선 치료 그룹 (즉, 'OVA + 610'그룹 및 'OVA + 460nm'그룹)은 'OVA'그룹에 비해 염증 세포가 유의적으로 감소되었다. 특히, 'OVA + 610'그룹이, 'OVA + 460nm'그룹보다 더 염증 세포들의 감소를 나타냈으며, 이는, 천식이 유발되었을 경우, 610nm 파장의 광선치료는 460nm 파장의 광선치료보다 폐 조직에서 염증 억제 효과가 더 높음을 시사한다.
도 2의 (e)에서, 'OVA + 610'그룹이, 'OVA + 460nm'그룹보다 염증 점수가 낮으며, 염증억제제(면역 억제제)인 DEX를 이용한 치료의 경우인 'OVA+DEX' 그룹과 거의 비슷한 수준의 염증 점수를 나타냈다. 즉, 이는 천식이 유발되었을 경우, 610nm 파장의 광선치료는, 460nm 파장의 광선치료보다 염증 치료에 효과적이며, DEX를 이용한 치료의 경우와 비슷한 치료효과를 가져온다는 것을 나타낸다.
도 2의 (f)는 혈청에서 전체 면역글로불린(total IgE)을 측정한 결과이고, 도 2의 (g)는 혈청에서 난백알부민 특이적 면역글로불린(OVA-specific IgE)을 측정한 결과이다.
도 2의 (f)에서, 'OVA'그룹이 혈청에서 전체 면역글로불린(total IgE)이 제일 높았으며, 460nm 파장 및 610nm 파장의 광선 치료 그룹 (즉, 'OVA + 610'그룹 및 'OVA + 460nm'그룹)은 'OVA'그룹에 비해 낮았다. 이는 460nm 파장 및 610nm 파장의 광선치료에 의해 혈청에서의 전체 면역글로불린(total IgE)이 유의적으로 감소되었음을 알 수 있다. 특히, OVA + 610'그룹이, 'OVA + 460nm'그룹보다, 혈청에서의 전체 면역글로불린(total IgE)이 더 감소됨을 나타냈으며, 이는 610nm 파장의 광선치료는, 460nm 파장의 광선치료보다 더 효과적이며, DEX를 이용한 치료의 경우와 비슷한 치료효과를 가져온다는 것을 나타낸다.
도 2의 (g)에서, 'OVA'그룹이 혈청에서 난백알부민 특이적 면역글로불린(OVA-specific IgE)이 제일 높았으며, 460nm 파장 및 610nm 파장의 광선 치료 그룹 (즉, 'OVA + 610'그룹 및 'OVA + 460nm'그룹)은 'OVA'그룹에 비해 낮았다. 이는 460nm 파장 및 610nm 파장의 광선치료에 의해 혈청에서의 난백알부민 특이적 면역글로불린(OVA-specific IgE)이 유의적으로 감소되었음을 알 수 있다. 특히, OVA + 610'그룹이, 'OVA + 460nm'그룹보다, 혈청에서의 난백알부민 특이적 면역글로불린(OVA-specific IgE)이 더 감소됨을 나타냈으며, 이는 610nm 파장의 광선치료는, 460nm 파장의 광선치료보다 더 효과적이며, DEX를 이용한 치료의 경우와 비슷한 치료효과를 가져온다는 것을 나타낸다.
도 2를 통해, 천식을 치료하기 위해, 가시광선 대역의 파장으로 광선 치료를 한다고 하더라도, 그 파장대역에 따라, 천식의 원인이 되는 염증을 치료 정도가 달라질 수 있음을 알 수 있다. 즉, 460nm 파장의 광선치료는 그다지 치료효과가 높지 않으며, 610nm 파장의 광선치료는 염증억제제(면역 억제제)인 DEX를 이용한 치료를 한 경우와 비슷한 염증 억제 효과를 얻을 수 있음을 알 수 있다.
도 3은, 제2실험 후, 실험대상 쥐에서의 기도 점액 생성과 평활근 두께 변화 결과 그래프이다.
도 3의 (a)는 기관지에 생성된 점액을 확인하기 위해 실시한 과요오드산 쉬프염색(PAS: periodic-acid-Schiff stain) 결과 이미지(좌측)와, 상기 점액의 점수(우측)를 나타낸다. 과요오드산 쉬프염색 결과 이미지(좌측)에서, 적색으로 염색된 부분이 점액이 생성된 것을 나타낸다.
460nm 파장 및 610nm 파장의 광선 치료 그룹 (즉, 'OVA + 610'그룹 및 'OVA + 460nm'그룹)은 'OVA'그룹에 비해 점액 점수가 낮으며, 'OVA + 610'그룹의 점액점수는 OVA + 460nm'그룹보다 낮으며, 'OVA+DEX' 그룹과 거의 비슷한 수준이다. 다시말해, 천식을 유발하는 난백알부민(OVA)에 의해 점액이 증가하였으며, 덱사메사손(DEX) 치료와 광선치료에 의해 난백알부민(OVA)-챌린지(challenge)에 의한 점액 과분비를 감소시켰으며, 특히, 610nm 파장의 광선치료는 460nm 파장의 광선치료보다 점액분비 억제 효능이 컸으며, 염증억제제(면역 억제제)인 덱사메사손(DEX) 치료와 거의 비슷한 점액분비 억제 효능을 나타냈다.
도 3의 (b)는 기도 평활근의 두께를 확인하기 위해서 α-SMA(α-smooth muscle actin)항체를 사용한 면역조직염색 결과 이미지(좌측)과, 기도 평활근 근육량(우측)을 백분율로 나타낸다.
기도 평활근의 두께를 확인하기 위해서 α-SMA(α-smooth muscle actin)항체를 사용한 면역조직염색 결과(도 3의 (b)의 좌측)에서, 'OVA' 그룹은, 천식을 유발하지 않은 'control' 그룹에 비해, 기도 평활근의 두께가 유의적으로 증가되었다. 460nm 및 610nm 파장의 광선 치료그룹은 'OVA' 그룹에 비해 평활근의 두께가 감소되었으며, 610nm 파장의 광선 치료그룹('OVA + 610'그룹 )은 460nm 파장의 광선 치료그룹('OVA + 460nm'그룹)에 비해 평활근의 두께가 감소되었다. 즉, 460nm 또는 610nm 파장의 광선 치료를 통해 기도 평활근의 비후가 감소되었으며, 610nm파장의 광선 치료는 460nm 파장의 광선 치료보다 효과가 더 뛰어났다. 그러나, 'OVA+DEX' 그룹은 'OVA' 그룹과 거의 비슷한 수준의 평활근의 두께를 나타냈으며, 이는 스테로이드인 덱사메사손(DEX)은 천식으로 인해 증가된 기도 평활근의 두께를 감소시키지는 않음을 알 수 있다.
기도 평활근 근육량(도 3의 (b)의 우측)은, 'OVA' 그룹이 제일 높고, 'OVA+DEX' 그룹, 'OVA + 460nm'그룹, 'OVA + 610'그룹 순으로 높았다.
도 3에서, 점액분비 억제 효능측면에 있어서, 610nm 파장의 광선치료는 460nm 파장의 광선 치료보다 점액분비 억제 효능이 컸으며, 특히, 덱사메사손(DEX) 치료와 거의 비슷한 정도의 효능을 나타냈다, 또한, 기도 평활근의 두께 측면에서, 덱사메사손(DEX) 치료는 별다른 치료효과를 나타내지 않는 반면, 610nm 파장의 광선치료는, 460nm 파장의 광선 치료 등과 비교하여 월등한 효과를 나타냈다.
도 4는 제2실험 후, 실험대상 쥐에서의 기관지폐포세척액(BALF)에서 Th2형 사이토카인(Th2 cytokine), 히스타민(histamine) 및 트립타제(tryptase)를 측정한 결과 그래프이다.
도 4의 (a)는 제2실험 후, 실험대상 쥐에서의 기관지폐포세척액(BALF)에서 Th2형 사이토카인(Th2 cytokine)을 측정한 결과 그래프로, 상부 그래프는 IL-4를 측정한 결과 그래프이고, 중간 그래프는 IL-5를 측정한 결과 그래프이고, 하부 그래프는 IL-13을 측정한 결과 그래프이다.
일반적으로, Th2형 사이토카인은, Th2 세포가 주로 만드는 사이토 카인 IL-4, IL-5, IL-6, IL-9, IL-10, IL-13 등의 총칭으로, 세포 외 병원균 감염이나 알레르기 반응으로 생산되어진다. 히스타민은, 비만 세포 외, 호 염기성 과립구와 ECL 세포가 히스타민 생산 세포로 알려져 있으며, 혈압 강하, 혈관 투과성 항진, 평활근 수축, 혈관 확장, 선 분비 촉진 등의 약리 작용이있어 알레르기 반응이나 염증의 발현에 개재 물질로 작동한다. 히스타민이 과잉 분비되면 히스타민 1형 수용체 (H1 수용체)라는 단백질과 결합하여 알레르기 질환의 원인이된다. 트립타제는 비만 세포가 생산하는 중성 세린 프로테아제를 가리키며, 염증을 일으키는 원인 중의 하나로 알려져 있다.
도 4의 (a)에서, 610nm 파장의 광선치료는 460nm 파장의 광선 치료보다 사이토 카인 IL-4, IL-5, IL-13을 억제하는 효능이 컸으며, 특히, 덱사메사손(DEX) 치료와 거의 비슷한 정도의 효능을 나타냈다,
도 4의 (b)는 제2실험 후, 실험대상 쥐에서의 기관지폐포세척액(BALF)에서 히스타민(histamine)을 측정한 결과 그래프로, 610nm 파장의 광선치료는 460nm 파장의 광선 치료보다 히스타민을 억제하는 효능이 컸으며, 특히, 덱사메사손(DEX) 치료와 거의 비슷한 정도의 효능을 나타냈다,
도 4의 (c)는 제2실험 후, 실험대상 쥐에서의 기관지폐포세척액(BALF)에서 트립타제(tryptase)를 측정한 결과 그래프로, 610nm 파장의 광선치료는 460nm 파장의 광선 치료보다 트립타제를 억제하는 효능이 컸으며, 특히, 덱사메사손(DEX) 치료와 거의 비슷한 정도의 효능을 나타냈다,
즉, 도 4의 (a)와 (b) 및 (c)에서와 같이, 기관지폐포세척액(BALF)에서 난백알부민(OVA)-챌린지(challenge)에 의해 증가된 Th2형 사이토카인(Th2 cytokine), 히스타민(histamine) 및 트립타제(tryptase)의 농도는 빛 치료 그룹(LED-T)에 의해 유의적으로 감소되었는데, 610nm는 460nm보다 더 효과적이었다.
일반적으로, 초미세먼지에 자주 노출될 경우, 천식뿐만 아니라 인지기능 저하 위험, 치매 발생률 가능성이 아주 높은 것으로 보고되고 있으며, 뇌세포 표면에 형성돼 치매를 일으키는 주범인 독성 단백질, 베타 아밀로이드 플라크(beta amyloid plaque)의 축적이 가속화된다고 보고되고 있다.
본 발명에서 행하여진 제1실험 및 제2실험은, 베타아밀로이드 플라크의 축적 억제용 광선조사 제어 실험, 다시말해, 알레르기성 천식 억제용 광선조사 제어 실험이라고 할 수 있다.
도 5는 제2실험에 따른 알레르기성 천식 억제용 광선조사 제어 실험 프로토콜 설명도이다.
제2실험에서, 알레르기성 천식 쥐 모델은 급성 모델(acute model)과 만성 모델(chronic model)로 구분하였다.
도 5의 (a)는 급성모델(Acute model)의 알레르기성 천식 억제용 광선조사 제어 실험 프로토콜 설명도이다.
급성 모델은 실험 시작일(Day 0)과 7일째에 ovalbumin(75㎍)/aluminum(2 mg/mL) 200μL를 복강 내 주사하여 감작시켰으며, 12일, 13일 및 14일에는 난백알부민(ovalbumin)을 비강 내로 더 챌린지(challenge)하였다. 양성조절(Positive control)로 사용한 스테로이드인 덱사메사손(DEX: dexamethasone)은 쥐 체중 kg당 3mg을 챌린지(challenge)하기 한 시간 전에 복강 내로 주사하였고, 빛 치료(LED-T)는 챌린지(challenge) 1시간 후에 20분간 실시하였다. 15일째에 기도 과민반응성(airway hyperresponsiveness; AHR)을 측정하였으며, 24시간 뒤 쥐를 해부하였다.
도 5의 (b)는 만성모델(Chronic model)의 알레르기성 천식 억제용 광선조사 제어 실험 프로토콜 설명도이다.
만성 모델은 급성 모델과 동일하게 실험시작일(Day 0)과 7일째에 난백알부민(OVA)를 감작하고, 4주 동안 일주일에 두 번 더 챌린지(challenge)하였다. 마지막 챌린지(challenge) 후 24시간 뒤, 천식을 진단하기 위하여 기도 과민반응성(AHR)을 측정하였다. 이 방법은 기도 수축을 유발하는 약물인 메타콜린(methacholine)을 분무기(nebulizer)를 통해 투약하여 인위적으로 기관지를 수축하게 한 뒤에 폐활량을 검사하는 방법이다. 또한, 혈청에서 전체 면역글로불린(total IgE) 및 난백알부민 특이적 면역글로불린(OVA-specific IgE)을 측정하였다. 쥐의 기관지에 인산완충액(PBS: phosphate buffer saline)을 넣어 기관지폐포세척액(BALF: bronchoalveolar lavage fluid)를 BALF를 회수하고, 기관지폐포세척액(BALF) 속에 포함된 총 세포 중 대식 세포(macrophage), 림프구(lymphocyte), 호중성 백혈구(neutrophil) 및 호산성 백혈구(essinophil)의 구성 비율을 확인하였다. 기관지폐포세척액(BALF)에서 Th2형 사이토카인(Th2 cytokine), 히스타민(histamine) 및 트립타제(tryptase) 등의 면역관련 파라미터도 측정하였다. 실험에 사용한 광선의 파장은 460nm와 610nm를 사용하였다.
즉, 도 5의 실험 프로토콜 설명도에 따라 행하여진 제2실험에 의해, 도 2 내지 도 4, 도 6과 같은 측정 결과를 얻어졌다.
도 6은 쥐를 대상으로 한 제2실험에 따른 천식파라미터 감소용 광선조사 제어 실험의 면역장기의 크기와 무게 변화 결과 그래프이다.
도 6의 (a)는 쥐의 급성모델(좌측) 및 만성모델(우측)에서, 흉선(thymus)(상부)과 비장(Spleen)(하부)을 촬영한 영상이고, 도 6의 (b)는 쥐의 급성모델(좌측) 및 만성모델(우측)에서, 흉선(thymus)의 무게를 나타낸 것이고, 도 6의 (c)는 쥐의 급성모델(좌측) 및 만성모델(우측)에서, 비장(Spleen)의 무게를 나타낸 것이다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 급성 모델에서는 스테로이드인 덱사메사손(DEX)그룹에서 흉선(thymus)의 크기가 유의적으로 감소되는 심각한 부작용을 확인했다. 비장(spleen)의 크기 또한 덱사메사손(DEX)그룹에서 감소하는 경향을 보였으나, 유의적인 차이는 없었다. 만성 모델에서는 흉선(thymus)과 비장(spleen) 모두 사이즈가 유의적으로 감소되었다.
LED기반 광생물 조절 치료 (Light-emitting diode (LED)-based photobiomodulation, L-PBM)는 다양한 질병의 치료를 위한 도구로 사용되고 있으나, 항천식 효과와 그 작용 기전에 대한 연구는 거의 전무하다. 본 발명의 제1실험 및 제2실험을 통해, 난알부민에 의해 유도된 알러지 천식마우스 모델에서 L-PBM이 항천식 효과에 관여하는 분자세포학적 작용 기전을 확인할 수 있었다.
일반적으로, 마이토젠(분열 촉진 인자) 활성화 단백질 키나아제 (Mitogen-activated protein kinase, MAPK)는 진핵생물의 세포 내부에 존재하는 단백질 인산화효소(protein kinase)의 일종으로, 세린/트레오닌 아미노산 잔기에 특이적으로 인산화를 일으키는 인산화효소이며, 분열촉진인자(mitogen), 삼투스트레스, 열충격(heat shock), 전염증 사이토카인(proinflammatory cytokine) 등의 다양한 자극에 대한 세포의 반응을 일으키며, 세포의 증식과 분화, 유전자 발현조절, 세포자멸(apoptosis) 등의 다양한 세포 기능을 조절하는 신호전달에 관여한다. 즉, MAPK (경로)는 사이토카인, 성장인자, 신경전달물질 및 여러유형의 환경스트레스에 의해 매개되는 세포 내 신경전달과정이라고 할 수 있다. 기도에서, 이러한 세포 외 자극은 T세포 활성화, 호산구 및 비만세포 침윤, 기관지 과민성 및 기도 개조 등의 천식의 전형적인 특징으로 이어지는 구조적 변화를 유도한다. 일반적으로, T 세포는 림프구의 절대 다수를 차지하는 후천적 면역 세포로서, 면역세포인 T세포를 활성화해서 면역 치료제로서 염증성 질환, 알레르기등 아토피 등을 치료한다
MAPK는 Jun amino-terminal kinase (JNK), extracellular signal regulated kinase (세포 외 신호 조절 키나아제, ERK) 및 p38 proteins (p38 MAPK)과 같은 하위그룹을 포함하며, 이들은 모두 인산화 캐스케이드를 통해 활성화되는 공통된 성질을 가진다.
여기서, JNK는 c-Jun의 Ser63 및 Ser73을 인산화하는 활성을 가지는 키나제으로, JNK는 방사선이나 리포 다당류 (LPS), IL-1, 삼투압 및 열 충격 등의 스트레스에 의해 활성화되며, 스트레스 반응 MAPK (Stress-activated Protein Kinase, SAPK)라고도 불린다. ERK1/2 은 MAPK 패밀리 중에서도 최초로 확인된 것이며, 고전 MAPK이라고도 불린다. p38 (p38 MAPK)는 사이토 카인에 의한 자극이나 자외선, 열 스트레스, 삼투압 스트레스 등에 의해 활성화되는 단백질 키나제이다.
일반적으로, NF-ĸB (nuclear factor-kappaB, 핵 인자 κB)는 천식의 발병에서 중요한 염증조절인자로 알려져 있으며, 천식환자의 기도 상피에서 NF-ĸB의 활성화가 관찰되고 있다.
따라서, MARK 또는 NF-ĸB의 신호전달경로는 천식치료의 표적이 될 수 있다.
일반적으로, NF-κB는 스트레스와 사이토 카인, 자외선 등의 자극에 의해 활성화되며, 면역 반응에서 중심 역할 전사 인자의 하나이며, 급성 및 만성 염증 반응과 세포 증식, 세포 사멸 등의 다양한 생리 현상에 관여하고 있다. NF-κB는 구조적으로 클래스 I과 클래스 II의 두 가지로 분류되며, 클래스 I은 NF-κB1 (p105/p50). NF-κB2 (p100/p52)를 포함하며, 클래스 II는 RelA (p65), RelB, c-Rel을 포함한다.
도 7은 본 발명에서 천식 마우스로부터 얻은 폐 조직에서 MAPK의 인산화 및 NF-κB 활성화에 대한 L-PBM 의 억제 효과를 나타낸다.
도 7의 (a)는 마우스의 실험그룹을, 제1실험에서와 같이, 'PBS + L-PBM'그룹, 'OVA' 그룹, 'OVA+DEX' 그룹, 'OVA + L-PBM'그룹으로 나뉘고, 이들 실험그룹에서, MAPK의 하위그룹들인, p-ERK, ERK, p-p38, p38, p-JNK, JNK, β-actin 등의 발현에 대한 영상(도 7의 (a)의 좌측)과, p-ERK, p-p38, p-JNK에 대한 상대적 인산 키나아제 발현(Relative phospho-kinase expression)을 그래프(도 7의 (a)의 우측)로 나타냈다.
도 7의 (a)에서 p-ERK, p-p38 및 p-JNK 에서, 'OVA + L-PBM'그룹이 감소됨을 나타낸다. 즉, L-PBM (LED기반 광생물 조절 치료)에 기인하여, 인산화된 p-ERK, p-p38 및 p-JNK 수준이 감소 되었음을 알 수 있다.
이 실험은 폐 조직으로부터 단리된(isolated) 총 단백질은 anti-p-ERK (항-p-ERK), anti-ERK (항-ERK), anti-p-p38 (항-p-p38), anti-p38 (항-p38), anti-p-JNK (항-p-JNK)및 anti-JNK (항-JNK) 항체를 사용하여 웨스턴 블롯 분석을 수행하였다. β-액틴은 단백질 발현 수준의 비교를 위한 로딩 대조군 (loading control)으로서 사용되었다.
도 7의 (b)는 마우스의 실험그룹을, 제1실험에서와 같이, 'PBS + L-PBM'그룹, 'OVA' 그룹, 'OVA+DEX' 그룹, 'OVA + L-PBM'그룹으로 나뉘고, 이들 실험그룹에서, 핵(Nuclear)의 p65, Lamin B1과, 세포질(Cytoplasmic)의 p65, β-actin 의 영상(도 7의 (b)의 상부)와, 상대적 p65의 발현(Relative p65 expression)을 그래프(도 7의 (b)의 하부)로 나타냈다.
핵(Nuclear)의 p65, Lamin B1의 영상에서, 'OVA + L-PBM'그룹이 감소됨을 나타낸다. 즉, 7의 (b)에서 L-PBM (LED기반 광생물 조절 치료)에 기인하여, NF-κB 핵 전위를 유도한 난백알부민(OVA-induced NF-κB nuclear translocation)의 감소를 나타낸다.
핵 및 세포질 분획을 추출하고 항-NF-κB p65 항체(anti-NF-κB p65 antibody)를 사용하여 웨스턴 블롯 분석을 수행 하였다. 항-라민 B1 (anti-Lamin B1) 또는 항-β- 액틴(anti-β-actin ) 항체를 내부 대조군(internal control)으로 사용 하였다.
막대 그래프는 면역 양성 밴드의 상대 밀도(relative density of immuno-positive bands)를 보여준다. 데이터는 평균 ± SEM으로 표시되며, 7의 (b)에서 †는 'PBS+L-PBM' 그룹과 비교시에 p <0.05을 나타내고, ‡는 'OVA' 그룹과 비교하여 p <0.05을 나타낸다.
도 7의 상기 실험에서 천식 마우스의 폐조직에서 MARK 및 NF-ĸB 활성을 조사하였으며, L-PBM (LED기반 광생물 조절 치료)은, 도 7의 (a)에서와 같이 ERK, p38 및 JN의 인산화를 유의적으로 억제하며, 도 7의 (b)에서와 같이 NF-ĸB p65 단백질의 핵전위를 유의적으로 억제하였다.
알러지 천식 마우스 모델에서 L-PBM (LED기반 광생물 조절 치료)의 효과는 MARK/NF-ĸB신호전달경로 억제를 통한 T helper type 2 (TH2)반응 및 기관지 수축물질의 감소에 의한 것으로 판단되며, L-PBM (LED기반 광생물 조절 치료)은 천식의 예방 및 치료에 도움이 될 수 있다는 것을 알 수 있다.
즉, 본 발명의 천식 치료 장치를 이용하여 430nm ~ 630nm의 파장의 광이, 기도 부위 즉, 기관 또는 기관지 또는 천돌 경혈의 부위에 조사됨에 따라, 상기 기도 부위에서, MARK 또는 NF-ĸB의 신호전달경로를 억제됨으로써, T helper type 2 (TH2)반응이 일어나며 기관지 수축물질이 감소되게 되어, 결과적으로 천식을 치료하게 되는 효과를 가져온다.
다시말해, 천식치료용 광선조사기가, 기관 대응부 또는 기관지 대응부 또는 천돌경혈 대응부의 피부표면 아래에 있는 표피층이나 진피층에 분포되어 있는 신경말단(nerve endings)을, 기 설정된 광조사 시간 동안, 광을 조사함에 의해 자극하고, 자극받은 신경말단과 말초신경으로 연결된 질소 활성 신경말단(nitrergic nerve terminals)에서, 일산화질소(nitric oxide)를 포함하는 물질을 분비토록 유도하여, 분비된 상기 물질이, MARK 또는 NF-ĸB의 신호전달경로를 억제하도록 영향을 미치고, 이에 따라, T helper type 2 (TH2)반응이 일어나며 기관지 수축물질이 감소되게 되어, 천식파라미터를 감소시키도록 유도하게 된다.
도 8은 본 발명의 일실시예에의한 천식 치료 장치(10)의 구성을 개략적으로 설명하는 블럭도이다.
천식 치료 장치(10)는 천식 치료용 광선조사기(200)와 천식 치료용 광선조사 제어장치(100)를 포함하여 이루어진다.
천식치료용 광선조사 제어장치(100)는 디스플레이부(130), 연산처리부(150), 무선 송수신부(110), 전원공급장치(190), 키입력부(120), 메모리부(160)를 포함한다.
키입력부(120)에 천식치료용 광선 조사기(200)의 구동을 시작/정지하거나, 설정 데이터치료시간, 치료강도, 치료모드 등의 설정을 행할 수 있다. 치료모드는 환자 설정용 치료모드, 자동 설정용 치료모드, 환자 상태별 치료모드 등이 있을 수 있다.
예를들어, 환자 설정용 치료모드에서, 키입력부(120)의 광선조사 스위치가 온(on) 되면, 연산처리부(150)는, 환자가 설정한, 설정 데이터치료시간, 치료강도를 수신하고, 이들 신호에 따라, 광선조사 제어신호를 출력하여, 광선조사기(200)에서 정해진 광선조사시간 동안 광선이 방출되게 하고, 정해진 광선조사시간이 지나면 연산처리부(150)는 자동적으로 광선조사 종료 신호를 출력하여 천식치료용 광선조사기(200)에서 광선의 방출을 정지시키게 한다.
예를들어, 자동 설정용 치료모드에서, 키입력부(120)의 광선조사 스위치를 3초 이상으로 길게 눌러서 온(on) 시키면, 또는 주기적 치료 모드 스위치를 선택하면(온 시키면), 환자 또는 의료전문인 또는 공장 출하시에 미리 정해진 프로그램에 의하여 일정한 시간간격마다 정해진 광선조사시간 동안 상기 광선조사기에서 광선이 방출되게 하고, 정해진 광선조사시간이 지나면 자동으로 광선조사 종료 신호를 출력하여 상기 광선조사기에서 광선의 방출이 정지되게 할 수 있다. 이렇게 함으로써, 애완동물 또는 몸을 움직일 수 없는 환자에게, 자동적으로, 주기적으로 광선 치료를 할 수 있게 한다.
예를들어, 환자 상태별 치료모드에서, 키입력부(120)의 광선조사 스위치가 온(on) 되면, 연산처리부(150)는 천식 치료용 광선 조사기(200)으로부터 진동신호 및 소리신호를 수신하고, 수신된 진동신호 및 소리신호에 따라 연산처리부(150)는 460 nm 파장과 610 nm 파장의 광을 출사할 순서 및 각 파장의 광을 출사시의 광강도 및 시간을 결정하고, 이에 따른 광선 조사 제어신호를 천식 치료용 광선 조사기(200)로 전송하여 광선 치료를 수행하게 할 수 있다.
연산처리부(150)는 키입력부(120)로부터 수신된 설정 데이터(치료모드, 치료시간, 치료강도 등)에 따라 광선조사 제어신호를 생성하여 천식치료용 광선조사 제어장치(100)의 송수신부(110)을 통해, 광선조사기(200)로 전송한다. 여기서 천식치료용 광선조사 제어장치(100)의 송수신부(110) 및 광선조사기(200)의 송수신부(210)은 유선 송수신포트로 이루어진 유선 송수신부일 수도 있고, 또는 무선 송수신부일 수도 있다.
또한 연산처리부(150)는 설정 데이터(치료모드, 치료시간, 치료강도 등)를 메모리부(160)에 저장시킨다.
전원공급장치(190)는 천식치료용 광선조사 제어장치(100)의 구동시 사용되는 전력을 위한 전원장치이다. 경우에 따라서, 천식치료용 광선조사 제어장치(100)와 천식치료용 광선조사기(200)가 유선으로 이루어진 경우, 광선조사기(200)는 천식치료용 광선조사 제어장치(100)의 전원공급장치(190)로부터 전원을 수신하여, 광선조사기(200)를 구동시킬 수 있으며, 이 경우, 배터리(290)은 생략될 수 있다.
천식치료용 광선조사 제어장치(100)는 광선조사동작 표시등(예컨대, LED), 알람장치 등을 더 구비할 수 있다.
천식치료용 광선조사 제어장치(100)는 사용자가 휴대하면서 사용자 스스로 광선조사기(200)의 광선조사를 제어할 수 있는 휴대형 개인단말(예컨대, 안드로이드 폰, 아이폰, 또는 스마트워치와 같은 스마트통신기기)인 것이 바람직하다. 또는 천식치료용 광선조사 제어장치(100)는 병원에 설치될 수 있도록 크고 견고하게 만들어져 개, 말, 고양이 등과 같은 포유동물이나 사람이 내원하여 상기 광선조사기(200)를 활용하여 광선조사를 받을 수 있는 병원용으로도 제작될 수 있다.
천식 치료용 광선조사 제어장치(100)는 사용자에 따른 맞춤형 광선제어 신호를 생성하여 천식 치료용 광선조사기(200)로 유선 또는 무선으로 전송할 수 있다.
광선조사기(200)는 송수신부(210), 진동감지부(220), 소리감지부(230), 제어부(250), 광원 구동부(260), 광원(270), 배터리(290)을 포함할 수 있다.
광선조사기(200)의 제어부(250)는, 천식치료용 광선조사 제어장치(100)로부터 광선조사기(200)의 송수신부(210)를 통해 수신된 광선조사 제어신호에 따라 광원 구동부(260)를 구동시켜, 광원(270)을 점등 또는 소등한다. 또한 제어부(250)는, 진동감지부(220)에서 들어온 진동신호 및 소리감지부(230)으로부터 들어온 소리신호를 송수신부(210)를 통해, 천식치료용 광선조사 제어장치(100)로 전송한다.
진동감지부(220)는 진동센서를 포함하여, 진동신호를 검출하고, 검출된 진동신호를 제어부(250)로 전송한다.
소리감지부(230)는 소리센서를 포함하여, 소리신호를 검출하고, 검출된 소리신호를 제어부(250)로 전송한다.
경우에 따라서, 진동감지부(220) 및 소리감지부(230)는 생략될 수 있다.
즉, 천식 치료용 광선조사기(200)는 천식 치료용 광선조사 제어장치(100)에서 수신된 광선제어 신호에 따라 소정 파장의 광(예로, 청색광, 주황색광, 적색광)을 출사한다. 천식 치료용 광선조사기(200)는, 양면테이프나 흡착도구로 된 부착기(300)에 의해 목에 장착되거나, 혹은 목에 거치하는 목걸이(310) 등에 의해 개, 말, 고양이 등과 같은 포유동물이나 사람의 목의 특정한 영역(즉, 기도, 기관 또는 기관지가 위치하는 영역)의 피부 부위에 직접 접착되거나 근접하게 장착되어, 광을 출사한다. 이에 따라, 천식에 의해 좁아진 기도가 이완되고, 기관 또는 기관지에 있는 염증을 치료되게 된다.
도 9은 본 발명의 천식 치료 장치(10)의 사용상태도를 나타내는 도면이다.
도 9의 (a)는 목걸이형태의 천식 치료용 광선조사기(200)와 천식 치료용 광선조사 제어장치(100)가 유선으로 연결된 경우이고, 도 3의 (b)는 목걸이형태의 천식 치료용 광선조사기(200)와 천식 치료용 광선조사 제어장치(100)가 무선으로 연결된 경우이고, 도 3의 (c)는 패치 부착형태의 천식 치료용 광선조사기(200)와 천식 치료용 광선조사 제어장치(100)가 무선으로 연결된 경우이다.
경우에 따라서, 목걸이형태의 천식 치료용 광선조사기(200)도, 패치 부착형태의 천식 치료용 광선조사기(200)와 같이, 부착기(300)에 장착되어 경부에 부착될 수 있다.
천식치료용 광선조사 제어장치(100)는 목걸이형태인 경우 목걸이(310)의 몸체 일부에 내장 및 설치되어 있는 것이 바람직하다. 이 경우, 무선통신방식으로 안드로이드 폰, 아이폰, 또는 스마트워치와 같은 스마트통신기기와 유선 혹은 무선으로 연결하여 스마트통신기기로 상기 광선조사 제어장치(100)를 제어하여 광선조사기(200)의 광선조사를 제어할 수도 있다.
경우에 따라서, 천식치료용 광선 조사기(200)는 가시광선 파장대역의 가시광선의 광선을 방출하는 광선 필터를 구비하여, 특정 파장대(예를들어, 460nm, 610nm)의 광선을 선택적으로 출사하도록 이루어질 수 있다.
광선조사기(200)가 부착기(300) 목거리(310)에 의해 개, 말, 고양이 등과 같은 포유동물이나 사람의 목의 특정한 영역의 피부 부위에 직접 접착되거나 근접한 상태에서, 가시광선을 방출하도록 하여, 해당 영역의 피부표면 아래에 있는 표피(epidermis)층이나 진피(dermis)층에 분포되어 있는 신경말단(nerve endings)을 일정한 시간동안 자극하고, 그 자극받은 신경말단과 말초신경으로 연결된 질소 활성 신경말단(nitrergic nerve terminals)에서 일산화질소(nitric oxide)와 같은 물질을 분비토록 유도하여 천식의 원인이되는 천식파라미터를 감소하게 한다. 이때, 해당 가시광선이 정해진 광선조사 시간동안 방출되고 정해진 시간이 종료되면 가시광선 방출이 종료되도록 제어한다.
도 10는 본 발명에 따른 천식파라미터 감소용 광선조사 제어장치에 의해 제어되는 천식치료용 광선조사기가 쥐의 목의 앞쪽 아래에 좌우 쇄골의 끝부분이 만나는 오목한 부위에 접착된 상태를 나타낸 실시예이다. 즉, 도 10는 제1실험 및 제2실험에서 쥐에게 광선을 조사하는 모습이라고 할 수 있다.
천식파라미터를 줄이기 위해, 개, 말, 고양이 등과 같은 포유동물이나 사람의 목의 천돌 경혈(CV22)에 위치한 부위에 천식치료용 광선조사기(200)를 위치시키고, 천식치료용 광선조사 제어장치(100)를 제어하여, 천돌 경혈(CV22)의 피부표면 아래의 진피나 표피에 분포되어 있는 신경말단을 천식치료용 광선조사기(200)에서 방출하는 가시광선으로 1일 1 내지 3회씩, 매 1회 10분 내지 30분 동안 자극할 수 있다.
천식치료용 광선조사 제어장치(100)를 활용하는 개, 말, 고양이 등과 같은 포유동물이나 사람의 증상에 따라, 바람직하게는 1일 1 내지 3회, 매 1회 10분 내지 30분씩 1주일 내지 3개월 정도 반복하여 광선조사기(200)의 광선조사를 실시하면 기도 평활근을 이완시켜 기도 평활근의 두께를 감소시킴으로써 기도의 천식파라미터를 감소할 수도 있다.
천식치료용 광선조사 제어장치(100)는 천식치료용 광선조사기(200)가 광선의 중심파장(peak wavelength)이 400nm 내지 800nm 이고 광선의 출력밀도(power density)는 1 mW/㎠ 내지 15 mW/㎠인 광선을 방출하도록 해당 광선조사기(200)의 광선조사를 제어한다. 바람직하게는, 중심파장이 460nm, 610nm의 광선을 광선조사기(200)로 출사하도록 이루어질 수 있다.
예를들어, 460nm 파장의 광선(청색광)을 1~5분 출사하여 소독, 혈관 확장, 근육이완 등의 치료를 행하고, 연이어 610nm 파장의 광선을 10~30분 출사하여 제1실험 및 제2실험에 근거한 염증치료를 행하는 치료를, 1세트의 치료로 할 수 있다.
수 있다. 또는 460nm 파장의 광선(청색광)을 1~5분 출사하여 치료를 행하고, 연이어 610nm 파장의 광선을 10~30분 출사하여 염증치료를 행하고, 연이어, 460nm 파장의 광선(청색광)을 1~5분 출사하여 치료를 행하는 것을, 1세트의 치료로 할 수 있다. 경우에 따라서, 1세트의 치료들 반복하여 치료할 수 있고, 또는 서로 다른 1세트의 치료를 교번하여 행하여 치료할 수도 있다.
460nm 파장의 광선(청색광)을 1~5분간 치료, 또는 610nm 파장의 광선을 10~30분간 치료로 본 발명을 한정한 것이 아니며, 이는 환자에 따라 상기 광선들의 치료시간들은 조정할수 있음은 물론이다.
소리신호 및 진동신호에 따라, 상기 광선들의 치료시간들이 조정될 수 있다.
천식치료용 광선조사 제어장치(100)에 의해 광선조사가 제어되는 천식치료용 광선조사기(200)는 LED 또는 OLED 또는 micro LED 중의 하나 또는 하나 이상을 조합한 형태인 광원에서 방출되는 광선의 중심파장(peak wavelength)이 400nm 내지 800nm이고 일면에 설치된 광선방출구에서 방출되는 광선의 출력밀도(power density)는 1 mW/㎠ 내지 15 mW/㎠인 것이 바람직하다.
경우에 따라서, 천식치료용 광선조사기(200)는, 광선의 중심파장이 460nm인 광원과, 광선의 중심파장이 610nm인 광원을 모두 구비할 수 있으며, 이들 광원은 천식치료용 광선조사 제어장치(100)로부터 생성된 광선조사 제어신호에 따라 구동될 수 있다.
천식치료용 광선조사 제어장치(100)는 사용자에게 광선조사방법, 광선조사 사용이력, 배터리 잔량, 잔여 광선조사 시간 등과 같은 사용자 정보를 내장된 디스플레이를 통하여 제공하고, 광선조사 시작 버튼과 종료 버튼을 내장된 디스플레이에 표시하여 사용자가 천식치료용 광선조사기(200)의 광선조사를 제어하도록 한다. 천식치료용 광선조사 제어장치(100)는 광선조사 시작 버튼이 선택되면 광선조사 구동 신호를 출력하여 천식치료용 광선조사기(200)에서 정해진 광선조사시간 동안 광선이 방출되게 하고, 정해진 광선조사시간이 지나면 자동으로 광선조사 종료 신호를 출력하여 천식치료용 광선조사기(200)에서 광선의 방출을 정지시키도록 제어한다. 천식치료용 광선조사 제어장치(100)는 천식치료용 광선조사기(200)의 광선조사가 진행 중에 상기 광선조사 종료 버튼이 선택되면 천식치료용 광선조사기(200)에서 광선의 방출을 정지시키도록 제어한다.
천식치료용 광선조사 제어장치(100)는 미리 정해진 프로그램에 의하여 정해진 시간간격(예컨대 8시간 간격 또는 6시간 간격)마다 정해진 광선조사시간 동안 천식치료용 광선조사기(200)에서 광선이 방출되게 하고, 정해진 광선조사시간이 지나면 자동으로 광선조사 종료 신호를 출력하여 상기 광선조사기(200)에서 광선의 방출이 정지되게 할 수 있다.
본 발명에 따른 천식치료용 광선조사 제어장치(100)를 사용하여 천식 동물모델(쥐)의 목의 앞쪽 아래에 좌우 쇄골의 끝부분이 만나는 오목한 부위에 해당하는 동양의학에서의 천돌 경혈(CV22)에 위치한 피부표면에 부위에 대하여 광선조사기(200)의 광선조사를 제어하는 실험 결과, 천식 동물모델(쥐)의 기도 평활근을 이완시켜 기도 평활근의 두께를 감소시킴으로써, 기도의 과민성 인자와 염증인자를 줄이고, 기도의 점액분비를 억제할 수 있음을 확인하였다.
도 11은 본 발명의 천식 치료 장치(10)의 구동 방법의 제1실시예이다.
즉, 도 11은 천식치료용 광선조사 제어장치(100)의 연산처리부(150)의 구동 방법의 제1실시예이다.
초기화단계로, 키입력부(120)로부터 설정된 파장별 광선의 조사(치료)시간, 조사(치료)강도를 수신하거나, 메모리부(160)에 기 저장된 파장별 광선의 조사(치료) 시간, 조사(치료) 강도를 수신하고, 타이머 또는 카운터를 청색광 조사 시간에 맞추어 세트한다.
청색광 조사단계(S110)로, 연산처리부(150)는, 초기화 단계에서 읽어들인 파장별 광선의 조사강도, 즉 청색광 광강도에 따라, 청색광을 출사하기위한, 청색광 광선조사 제어신호를 생성하여 천식치료용 광선조사기(200)로 전송한다. 이에 따라 천식치료용 광선조사기(200)는 청색광(430nm~480nm, 바람직하게는 460nm)을 출사하게 된다.
청색광 조사 시간 종료여부 판단단계(S120)로, 연산처리부(150)는, 초기화 단계에서 읽어들인 파장별 광선의 조사시간, 즉, 청색광 조사시간이 경과했는지(지났는지)를 타이머 또는 카운터를 통해 체크하여, 만약, 청색광 조사시간이 경과하지 않았다면, 청색광 조사단계(S110)로 되돌아가서, 계속 청색광을 조사하게 하며, 만약, 청색광 조사시간이 경과하였다면, 타이머 또는 카운터를 주황색광 조사 시간에 맞추어 세트하고, 주황색광 조사단계(S130)로 간다.
주황색광 조사단계(S130)로, 연산처리부(150)는, 초기화 단계에서 읽어들인 파장별 광선의 조사강도, 즉 주황색광 광강도에 따라, 주황색광을 출사하기위한, 주황색광 광선조사 제어신호를 생성하여 천식치료용 광선조사기(200)로 전송한다. 이에 따라 천식치료용 광선조사기(200)는 주황색광(580nm~630nm, 바람직하게는 610nm)을 출사하게 된다.
주황색광 조사 시간 종료여부 판단단계(S140)로, 연산처리부(150)는, 초기화 단계에서 읽어들인 파장별 광선의 조사시간, 즉, 주황색광 조사시간이 경과했는지(지났는지)를 타이머 또는 카운터를 통해 체크하여, 만약, 주황색광 조사시간이 경과하지 않았다면, 주황색광 조사단계(S130)로 되돌아가서, 계속 주황색광을 조사하게 하며, 만약, 주황색광 조사시간이 경과하였다면, 종료한다.
도 12은 본 발명의 천식 치료 장치(10)의 구동 방법의 제2실시예이다. 즉, 도 12은 천식치료용 광선조사 제어장치(100)의 연산처리부(150)의 구동 방법의 제2실시예이다.
초기화단계로, 키입력부(120)로부터 설정된 파장별 광선의 조사(치료)시간, 조사(치료)강도를 수신하거나, 메모리부(160)에 기 저장된 파장별 광선의 조사(치료) 시간, 조사(치료) 강도를 수신하여, 청색광 조사시간, 청색광 조사강도, 주황색광 조사시간, 주황색광 조사강도를 설정한다(S210).
청색광 조사신호 생성단계로, 연산처리부(150)은 송수신부(110)을 통해 천식 치료용 광선 조사기(200)로부터 진동신호 및 소리신호를 수신하고(S220), 수신된 진동신호가 기설정된 진동 문턱치보다 큰지를 판단하고, 수신된 소리신호가 기설정된 소리 문턱치보다 큰지를 판단하여, 가중치를 설정하고, 가중치에 따라, 기설정된 청색광 조사시간 또는 청색광 조사강도를 조정하여, 현재의 청색광 조사시간 또는 현재의 청색광 조사강도로서 구하고, 현재의 청색광 조사시간 또는 현재의 청색광 조사강도를 이용하여 청색광 조사 신호를 생성한다(S230).
만약, 진동신호가 기설정된 진동 문턱치보다 작고, 소리신호가 기설정된 소리 문턱치보다 작다면 제1가중치 (예로, "-1" 값)를 가지며, 만약, 진동신호가 기설정된 진동 문턱치보다 크거나 같고, 소리신호가 기설정된 소리 문턱치보다 작다면 제2가중치(예로, "1" 값)를 가지며, 만약, 진동신호가 기설정된 진동 문턱치보다 작고, 소리신호가 기설정된 소리 문턱치보다 크거나 같다면 제3가중치 (예로, "1" 값)를 가지며, 만약, 진동신호가 기설정된 진동 문턱치보다 크거나 같고, 소리신호가 기설정된 소리 문턱치보다 크거나 같다면 제4가중치 (예로, "2" 값)를 가진다.
예를들어, 현재의 청색광 조사시간은, 전의 청색광 조사시간에 가중치를 곱하고, 2으로 나눈 값을, 전의 청색광 조사시간에 더한 값으로 하되, 현재의 청색광 조사시간은 0보다 크고 최대 30분을 초과할 수 없다. 이는 다음과 같은 수학식1으로 나타낼 수 있다.
[수학식 1]
BRTn = BRTn -1 + a(BRTn -1/2)
단, BRTn는 현재의 청색광 조사시간이고, BRTn - 1는 연이은 전의 청색광 조사시간이고, a는 가중치이다. 계산된 현재의 청색광 조사시간(BRTn)이, 0보다 작으면, 0의 값을 가지고, 30분을 초과하면 30분으로 된다.
예를들어, 현재의 청색광 조사강도는, 가중치에 2를 곱하고, 이를, 전의 청색광 조사강도에 더한 값으로 하되, 현재의 청색광 조사강도은 0보다 크고 최대 15 mW/㎠을 초과할 수 없다.이는 다음과 같은 수학식2으로 나타낼 수 있다.
[수학식 2]
BRSn = BRSn -1 + 2a
단, BRSn는 현재의 청색광 조사강도이고, BRSn - 1는 연이은 전의 청색광 조사강도이고, a는 가중치이다. 계산된 현재의 청색광 조사강도(BRSn)가, 0보다 작으면, 0의 값을 가지고, 15 mW/㎠을 초과하면 15 mW/㎠으로 된다.
청색광 출력단계로, 연산처리부(150)는, 청색광 조사신호 생성단계에서 생성된 청색광 조사신호를 천식치료용 광선 조사기(200)로 전송하여, 천식치료용 광선 조사기(200)로 하여금 청색광을, 현재의 청색광 조사시간동안, 현재의 청색광 조사강도로 출사하게 한다(S240).
주황색광 조사신호 생성단계로, 청색광 출력단계에서 청색광 조사시간이 종료되면, 연산처리부(150)은 송수신부(110)을 통해 천식 치료용 광선 조사기(200)로부터 진동신호 및 소리신호를 수신하고(S250), 수신된 진동신호가 기설정된 진동 문턱치보다 큰지를 판단하고, 수신된 소리신호가 기설정된 소리 문턱치보다 큰지를 판단하여, 가중치를 설정하고, 가중치에 따라, 전의 주황색광 조사시간 또는 주황색광 조사강도를 조정하여, 현재의 주황색광 조사시간 또는 현재의 주황색광 조사강도로서 구하고, 현재의 주황색광 조사시간 또는 현재의 주황색광 조사강도를 이용하여 주황색광 조사 신호를 생성한다(S260).
여기서 가중치를 구하는 방식은, 청색광 조사신호 생성단계에서 가중치를 구하는 방식과 동일하다.
또한, 현재의 주황색광 조사시간 및 현재의 주황색광 조사강도를 구하는 방법도, 현재의 청색광 조사시간(수학식 1) 및 현재의 청색광 조사강도(수학식 2)를 그대로 적용할 수도 있고, 다른 방법을 적용할 수도 있다.
예를들어, 현재의 주황색광 조사시간은, 가중치에 2를 곱하고, 전의 주황색광 조사시간에 더한 값으로 하되, 현재의 주황색광 조사시간은 0보다 크고 최대 100분을 초과할 수 없다. 이는 다음과 같은 수학식 3으로 나타낼 수 있다.
[수학식 3]
ORTn = ORTn -1 + 5a
단, ORTn는 현재의 청색광 조사시간이고, ORTn - 1는 연이은 전의 청색광 조사시간이고, a는 가중치이다. 계산된 현재의 청색광 조사시간(ORTn)이, 0보다 작으면, 0의 값을 가지고, 100분을 초과하면 100분으로 된다.
예를들어, 현재의 주황색광 조사강도는, 가중치에 2를 곱하고, 이를, 전의 주황색광 조사강도에 더한 값으로 하되, 현재의 주황색광 조사강도은 0보다 크고 최대 15 mW/㎠을 초과할 수 없다. 이는 다음과 같은 수학식4로 나타낼 수 있다.
[수학식 4]
ORSn = ORSn -1 + 2a
단, ORSn는 현재의 주황색광 조사강도이고, ORSn - 1는 연이은 전의 주황색광 조사강도이고, a는 가중치이다. 계산된 현재의 주황색광 조사강도(ORSn)가, 0보다 작으면, 0의 값을 가지고, 15 mW/㎠을 초과하면 15 mW/㎠으로 된다.
주황색광 출력단계로, 연산처리부(150)는, 주황색광 조사신호 생성단계에서 생성된 주황색광 조사신호를 천식치료용 광선 조사기(200)로 전송하여, 천식치료용 광선 조사기(200)로 하여금 주황색광을, 현재의 주황색광 조사시간동안, 현재의 주황색광 조사강도로 출사하게 한다(S270).
이상에서는, 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대해서 도시하고 설명하였다. 그러나 본 발명은 상술한 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경 실시할 수 있을 것이다.
10: 천식 치료 장치 100: 천식 치료용 광선조사 제어장치
110: 무선 송수신부 120:키입력부
130: 디스플레이부 150: 연산처리부
160: 메모리부 190: 전원공급장치
200: 천식 치료용 광선조사기 210: 송수신부
220: 진동감지부 230: 소리감지부
250: 제어부 260: 광원 구동부
270: 광원 290: 배터리

Claims (17)

  1. 광원을 구비하며, 기관 또는 기관지 또는 천돌 경혈의 부위의 경부의 피부표면인, 기관 대응부 또는 기관지 대응부 또는 천돌경혈 대응부에, 광선조사 제어신호에 따라, 광을 조사하는, 천식치료용 광선조사기;
    광조사 시간을 포함하는 설정 데이터를 이용하여, 광선조사 제어신호를 생성하여 광선 조사기로 전송하는, 천식치료용 광선조사 제어장치;
    를 포함하는 천식 치료 장치에 있어서,
    설정 데이터는 치료모드를 더 구비하되, 치료모드는, 천식치료용 광선조사 제어장치의 연산처리부가, 천식치료용 광선 조사기로부터 수신된 진동신호 및 소리신호를 이용하여, 청색광 및 주황색광의 광 조사시간 및 광 강도를 결정하고, 결정된 청색광 및 주황색광의 광 조사시간 및 광 강도에 따른 광선 조사 제어신호를 생성하는, 환자 상태별 치료모드를 포함하며,
    천식치료용 광선조사 제어장치는,
    기 설정된 청색광 광강도 및 청색광 조사시간에 따라, 청색광 광선조사 제어신호를 생성하여 천식치료용 광선조사기로 전송하고, 청색광 조사시간이 종료되면,
    기 설정된 주황색광 광강도 및 주황색광 조사시간에 따라, 주황색광 광선조사 제어신호를 생성하여 천식치료용 광선조사기로 전송하며,
    천식치료용 광선조사 제어장치는,
    천식 치료용 광선 조사기로부터 진동신호 및 소리신호를 수신하고, 수신된 진동신호가 기설정된 진동 문턱치보다 큰지를 판단하고, 수신된 소리신호가 기설정된 소리 문턱치보다 큰지를 판단하여, 가중치를 설정하고, 가중치에 따라, 기설정된 청색광 조사시간 또는 청색광 조사강도를 조정하여, 현재의 청색광 조사시간 또는 현재의 청색광 조사강도로서 구하고, 현재의 청색광 조사시간 또는 현재의 청색광 조사강도를 이용하여 청색광 조사 신호를 생성하는 연산처리부를 포함하고,
    연산처리부는 생성된 청색광 조사신호를 천식치료용 광선 조사기로 전송하여, 천식치료용 광선 조사기로 하여금 청색광을, 현재의 청색광 조사시간동안, 현재의 청색광 조사강도로 출력하게 하는 것을 특징으로 하는, 천식 치료 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    천식치료용 광선조사기가, 기관 대응부 또는 기관지 대응부 또는 천돌경혈 대응부의 피부표면 아래에 있는 표피층이나 진피층에 분포되어 있는 신경말단(nerve endings)을, 기 설정된 광조사 시간 동안, 광을 조사함에 의해 자극하고, 자극받은 신경말단과 말초신경으로 연결된 질소 활성 신경말단(nitrergic nerve terminals)에서, 일산화질소(nitric oxide)를 포함하는 물질을 분비토록 유도하여, 분비된 상기 물질이, 기도과민성을 포함하는 천식파라미터를 감소시키도록 유도하는 것을 특징으로 하는, 천식 치료 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    광원은 430nm~480nm의 파장을 갖는 청색광 광원과, 580nm~630nm의 파장을 갖는 주황색 광원을 구비하는 것을 특징으로 하는, 천식 치료 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    천식치료용 광선 조사기는 특정 파장대의 광을 출력하기 위한 광선필터를 더 구비한 것을 특징으로 하는, 천식 치료 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    광이 조사된 상기 기관 또는 기관지 또는 천돌 경혈 부위에서, MARK (Mitogen-activated protein kinase) 또는 NF-ĸB (nuclear factor-kappaB)의 신호전달경로가 억제됨으로써, T helper type 2 (TH2)반응이 일어나며 기관지 수축물질이 감소되게 되도록 이루어진 것을 특징으로 하는, 천식 치료 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    천식치료용 광선조사 제어장치가 광선 조사기로 광선조사 제어신호를 무선으로 전송하며,
    천식치료용 광선 조사기는 배터리를 내장하는 것을 특징으로 하는, 천식 치료 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    천식치료용 광선조사 제어장치가 광선 조사기로 광선조사 제어신호를 유선으로 전송하며,
    천식치료용 광선 조사기는 광선조사 제어장치로부터 전송된 전원에 의해 구동되는 것을 특징으로 하는, 천식 치료 장치.
  8. 제3항에 있어서, 천식치료용 광선 조사기는,
    경부의 진동신호를 검출하는 진동감지부;
    경부의 소리신호를 검출하는 소리감지부;
    진동감지부 및 소리감지부로부터, 진동신호 및 소리신호를 수신하여 송수신부를 통해 천식치료용 광선조사 제어장치로 전송하는 제어부;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 천식 치료 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    치료모드는,
    환자가 설정한, 광선 조사 시간 및 광선 강도에 따라, 천식치료용 광선조사 제어장치의 연산처리부가 광선조사 제어신호를 생성하는 환자 설정용 치료모드;
    환자 또는 의료전문인 또는 공장 출하시에 미리 정해진 프로그램에 의하여 일정한 시간간격으로, 기설정된 광선조사시간 및 광선 강도에 따른 광선조사 제어신호를 천식치료용 광선조사 제어장치의 연산처리부가 생성하는, 자동 설정용 치료모드;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 천식 치료 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    천식치료용 광선조사기를, 기관 대응부 또는 기관지 대응부 또는 천돌경혈 대응부에 장착시에, 양면테이프, 흡착도구, 헤드기어, 목걸이, 목줄 중 하나를 이용하는 것을 특징으로 하는, 천식 치료 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    광선조사 제어장치는, 스마트폰, PDA, 노트북, 안드로이드 폰, 아이폰, 스마트워치, 컴퓨터 중 하나인 것을 특징으로 하는, 천식 치료 장치.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 제1항에 있어서,
    천식치료용 광선 조사기가 청색광의 출력을 종료하면, 연산처리부는 송수신부를 통해 천식 치료용 광선 조사기로부터 진동신호 및 소리신호를 수신하고, 수신된 진동신호가 기설정된 진동 문턱치보다 큰지를 판단하고, 수신된 소리신호가 기설정된 소리 문턱치보다 큰지를 판단하여, 가중치를 설정하고, 가중치에 따라, 전의 주황색광 조사시간 또는 주황색광 조사강도를 조정하여, 현재의 주황색광 조사시간 또는 현재의 주황색광 조사강도로서 구하고, 현재의 주황색광 조사시간 또는 현재의 주황색광 조사강도를 이용하여 주황색광 조사 신호를 생성하며,
    연산처리부는, 생성된 주황색광 조사신호를 천식치료용 광선 조사기로 전송하여, 천식치료용 광선 조사기로 하여금 주황색광을, 현재의 주황색광 조사시간동안, 현재의 주황색광 조사강도로 출력하게 하는 것을 특징으로 하는, 천식 치료 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    연산처리부가 청색광 조사신호 또는 주황색광 조사신호를 생성할 경우,
    연산처리부는, 만약, 진동신호가 기설정된 진동 문턱치보다 작고, 소리신호가 기설정된 소리 문턱치보다 작다면 제1가중치를 가지며, 만약, 진동신호가 기설정된 진동 문턱치보다 크거나 같고, 소리신호가 기설정된 소리 문턱치보다 작다면 제2가중치를 가지며, 만약, 진동신호가 기설정된 진동 문턱치보다 작고, 소리신호가 기설정된 소리 문턱치보다 크거나 같다면 제3가중치를 가지며, 만약, 진동신호가 기설정된 진동 문턱치보다 크거나 같고, 소리신호가 기설정된 소리 문턱치보다 크거나 같다면 제4가중치를 가지도록 이루어진 것을 특징으로 하는, 천식 치료 장치.
  17. 제3항에 있어서,
    청색광원은 460nm의 파장을 갖는 광원이고, 주황색 광원은 610nm의 파장을 갖는 광원인 것을 특징으로 하는, 천식 치료 장치.
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