분절운동(segmentation)

투시 촬영을 통하여 대장의 정상적인 운동이 동시 다발적인 팽대 수축(haustral contraction)이며, 수축으로 인해 격리된 분획 혹은 작은 방들을 만들어서 국소적으로 높은 압력을 형성하게 한다고 보고되었다[5,15]. 이 과정을 분절운동(segmentation)이라고 한다. 분절 운동은 생리학적으로 볼 때 수분의 흡수와 전해질의 균형을 돕지만 국소적인 관강 내 압력을 높여 탈장이나 게실을 발생시킬 수 있다. 구불결장 내 기본 내압은 게실 유무와 상관없이 대기압보다 약간 높은 정도이고 정상 수축 압력은 10 mmHg인 반면, 유증상의 게실 환자에서는 90 mmHg까지 증가한다[3,4]. 따라서 높은 내압은 게실의 발생과 관련이 있다고 할 수 있지만[20] 아직까지 내압 증가가 어떻게 게실을 발생시키는지 직접적으로 증명되지는 않았다.

근전기 활동(myoelectric activity)

대장의 운동은 박동(pacemaker) 세포인 카할 간질세포(interstitial cell of Cajal)에 의한 서파(slow wave)와 근육 수축에 의한 속파(fast activity spikes)의 전기 활동에 의해 결정되는데, 대장게실 환자에서 대장 카할간질세포와 장 내 신경교세포(enteric glial cell)가 의미 있게 감소되었다[21].

한편, 과민성 장 증후군 환자에서는 분당 3 cycle의 운동형태를 보이는 반면 게실증 환자에서는 12-18 주기의 서파(slow wave)를 보였는데[22] 겨와 같은 섬유소를 섭취하였을 때 환자의 운동 형태는 정상으로 돌아왔다[13]. 유증상의 게실 질환 환자에서 ‘경련성 대장(spastic colon)’ 즉, 게실 부위 장의 규칙적이고 낮은 빈도의 수축 활동이 더 긴 간격으로 관찰되기도 하였다[23].

이러한 다양한 결과는 게실 질환의 진행에 따라 근전기 반응이 다르게 나타날 수 있기 때문이다. 즉, 초기 게실 질환에서는 ‘빈맥성(tachyrhythmic)’, 후기 게실 질환에서는 비정형 리듬과 낮은 빈도, 진폭, 전도 속도를 가지는 ‘서맥성(bradyrhythmic)’ 혹은 ‘침묵성(silent)’ 전기활동이 관찰되었는데, 이러한 불규칙성의 리듬은 대장 박동의 이상 때문으로 여겨지고 있다.

게실 질환에서 증가한 속파(fast activity spikes)가 질환 부위를 수술로 절제한 후에도 여전히 증가한 상태를 유지한다는 것은 전기 활동 자체가 병태 생리 인자로 의미가 있음을 시사하는 소견이다[2]. 전기 활동 이상에 의한 대장의 경련성 수축으로 인해 내압 상승이 발생할 것으로 생각되지만 아직까지 좀 더 명확한 증거는 밝혀내지 못한 상태이다.

장 통과

24시간 내압검사를 시행한 연구에서 게실 질환 환자가 정상 대조군에 비하여 게실 부위 대장의 운동량이 의미 있게 증가하였다. 또한 무질서한 운동 형태와 역행 운동 형태도 관찰되었다[24]. 음식 투여에 대한 반응도 게실 질환 환자에서 비정상적이었다. 게실 질환의 대장에서 비효율적인 장운동의 형태를 보인다는 것이다. 그러나 대장통과시간이 맹장과 구불결장 사이에서는 더 빠르지만 총 통과시간에는 차이가 없었다는 연구 결과도 있다[2].

세로토닌 (5-HT)

5-HT는 장관근 중간뉴론(myenteric interneurons)의 신경전달물질로서 느린 흥분성 시냅스 후 반응(slow excitatory postsynaptic response)을 일으킨다. 장내 신경 조직이 5-HT를 생성하는데, 체내 5-HT 중 95%가 장에 존재하고 주요 저장소는 점막 장크롬친화성 세포(Enterochromaffin cell, EC)이다. 7개의 수용체 아형 중에서 5-HT3 및 5-HT4 수용체가 위장관생리에 가장 많이 관여한다[25]. 장 내압이 증가하면 EC는 5-HT를 분비하고 그 결과 미주 신경 및 장 내 구심성 신경섬유(enteric afferent nerve fiber)를 자극한다[2].

5-HT는 게실 질환 환자의 절제된 대장 점막에서 증가되어 있음이 확인되었다[26]. 이는 게실 질환에서의 대장 운동 증가와 연관이 있었다. 그러므로 세로토닌 억제물질이 이 질환의 진행을 늦추고 특히 설사 증상이 있는 환자에서 증상을 완화할 수 있을 것이다. 그러나 정상 점막과 대장게실 질환의 점막 간의 5-HT 양의 차이가 없었다는 상반된 연구 결과도 있었다[27].

어느 단계의 게실 질환 환자가 포함되는가에 따라 다른 결과를 보일 수 있고 5-HT보다는 그 수용체가 중요한 역할을 할 수도 있다. 한 연구에 의하면 세로토닌의 양은 게실 질환에 상관없이 비슷한 수치를 보이는 반면, 급성 게실염을 최근에 앓은 환자의 경우 5-HT transporter의 양이 급격하게 소실되었는데, 게실염에서 회복된 경우에도 운동 능력의 회복이 지연될 수 있음을 설명하는 결과였다[27].

아세틸콜린

아세틸콜린은 시냅스 후 무스카린 M3 수용체를 통해 근육 수축을 매개하며 정상 장 평활근에서 중요한 신경전달물질이다[28]. 게실 질환 환자에서는 반응 민감성이 증가하는 것으로 알려져 있다. 즉, 세포외 근전기 실험에서 아세틸콜린을 투여하였을 때 정상군에 비해 게실 환자군에서 낮은주파수의 비조절성 근수축이 증가하였다[29]. 또한 게실 질환에서 평활근의 choline acetyltransferase가 감소하고 M3 수용체가 증가하며 아세틸콜린의 외부 투여에 더욱 민감해졌다. 이는 콜린성 신경분포 감소에 대한 보상반응으로 보인다[30]. 이러한 소견은 게실 질환에서 과다분절운동(hypersegmentation)과 식후 운동 반응이 과장되는 임상적, 생리적 이상을 설명해 주는 부분이기도 하다. 그러나 해부학적으로 주손상 부위는 엘라스틴이 침착되는 결장 띠 부분이기 때문에 게실 질환에서 종주근의 M3 수용체가 증가한다하더라도 근수축이 결장 띠에 의해 제제를 받아 실제로는 게실 질환의 대장이 외부의 콜린성 자극에 과민반응을 보이지 않을 수도 있다[2].

일산화질소(nitric oxide)

NO는 장관근신경총(myenteric plexus) 내의 비아드레날린성 비콜린성(NANC) 억제신경에 의해 분비되며 대장을 이완시킨다. 또한 NO는 guanylyl cyclase와 c-GMP를 통해 아세틸콜린을 조절한다.

게실 환자의 대장은 콜린성 신경에 더 강하게 지배를 받고, NANC 신경의 역할이 적으므로 대장을 이완시키는 NO 분비도 감소하고 NANC 신경의 이완반응에 끼치는 영향도 더 적었다[31].

그 외 신경전달물질들

점막과 장 전벽의 VIP (vasoactive intestinal polypeptide) 양도 게실 질환에서 더 증가되었는데, 환상근과 대장 띠(taeniacoli)에서는 변화가 없었다. 대장 통과시간 지연에 관련이 있을 것으로 생각되나 그 역할이 뚜렷하지는 않다. substance P와 neuropeptide Y의 수치 변화는 전 대장벽 층에서 관찰되지 않았다[32].

이상의 결과들은 게실 질환에서 신경전달물질이 얼마나 중요한 역할을 하는지에 대한 설명으로는 여전히 부족한 점이 많다.

장내 세균과의 연관성

변이 배출되지 못하고 오랜 기간 정체되어 남아있게 되면 만성적으로 장내세균의 불균형이 초래되고 유해한 대사물을 만들어 장기적인 염증상태를 유도할 수 있다. 게실염에 장내 세균이 연관이 있다는 증거는 리팍시민이 재발성 게실염에서의 증상 유발을 예방하고 유증상 게실 질환을 치료할 수 있다는 점을 들 수 있다. 또한 급성 게실염이 있는 환자 60%에서 호기검사상 소장세균과증식이 있음이 확인되었다[1,39].

섬유소가 장내 세균에 영향을 줄 것이기 때문에 게실의 발생에도 장내 세균이 의미 있는 역할을 할 것인가에 대해 최근 논란이 있어 왔다. 게실 발생에 의미 있는 역할을 할 것이라는 주장은 장내세균의 변화로 점막 방어 기능이 손상되고 염증성 사이토카인 반응이 증가함으로써 약한 정도의 염증이 지속될 수 있다는 점에 기인한다[40]. 한 연구에 의하면 유증상의 게실 질환 환자를 항염증제, 유산균 그리고 두 가지를 모두 투여한 군으로 나누어 비교하였을 때 두 가지를 모두 투여한 군에서 증상 재발이 예방되었다[41,42].

장 과민성

대략 약 10-25%의 게실 질환 환자에서 경하거나 중한 증상이 발생한다. 아직까지 그 병태생리에 대해서는 명확하게 알려진 바는 없지만 염증 반응과 함께 장 과민반응에 대해서도 고려되고 있다.

흥미로운 것은 만성 대장게실 질환과 과민성 장 증후군이 역학적으로 겹친다는 것이다. 대장 신전(distention) 자극을 주었을 때 정상인이나 무증상 게실증 환자에 비해 유증상 게실 질환 환자에서는 심한 통증을 느끼는데, 게실이 있는 구불결장뿐만 아니라 게실이 없는 직장에 자극을 주었을 때에도 같은 증상이 나타나는 것으로 보아 과민성 장 증후군의 생리적 특징을 보인다고 할 수 있다. 이러한 과민반응은 염증후 반응으로 인한 neuropeptide의 증가 및 게실 질환에서의 장 내 신경 분포의 변화와 관련이 있다[1,43].

그 외 역학적 관점에서 본 병인들

대장게실 질환의 유병률은 연령 증가와 강한 상관성이 있다. 40세 미만의 나이에서는 5% 정도의 병률이지만 80세 이상에서는 60%에 달한다[44]. elastin 침착이 증가하며 노화에 따른 장벽의 약화와 콜라겐 섬유의 교차결합 증가에 따른 장력의 감소 때문으로 추측하고 있다[2]. 그러나 질병의 발생 연령이 점차 낮아지고 있는데 이는 유전적인 원인일 가능성보다는 식이습관의 변화가 중요한 위험인자일 가능성이 높다. 젊은 환자에서 발생하는 게실 질환은 더 나쁜 예후를 보이는 경우가 많은데, 25-80%의 환자가 수술을 요하며 재발율도 높다[2,45-49]. 과거부터 노인성 질환이라는 생각이 진단과 치료를 지연시킬 수 있으므로 이에 대한 인식 변화가 필요하다.

비만은 게실염과 게실 출혈의 위험을 높이는 것으로 알려져 있다. 한 연구에서 허리둘레의 게실염 발생에 대한 상대 위험도는 1.56 (95% CI 1.18-2.07)이었고 게실 출혈에 대한 상대 위험도는 1.96 (95% CI 1.30-2.97)이었다[50].

운동 부족이 대장게실 질환의 위험인자일 가능성을 보여 준 연구는, 미국의 40세에서 75세의 남성 47,678 명을 대상으로 4년간 관찰한 전향적 연구로 나이, 섬유소 및 지방 섭취량을 보정한 후 총 신체 활동량이 유증상 게실 질환 발생과 역상관 관계에 있음으로 보여주었다(RR = 0.63) [51]. 여기서 위험도를 줄여주는 신체 활동이란 달리기와 같은 격한 활동을 의미한다. 그러나 어떻게 신체 활동이 게실 질환의 위험을 감소시킬 수 있는지 그 기전은 아직까지 알려져 있지 않다.

흡연, 카페인, 알코올과의 연관성은 뚜렷하지 않다[52]. 다만, 흡연으로 인해 게실 질환의 합병증 발생의 위험이 증가할 수는 있다. 반면에 총 지방 혹은 붉은 고기의 섭취량이 높고, 식이 섬유소의 섭취량이 적은 경우에는 유증상 게실 질환의 위험성이 증가한다[8].