Abstract
Acute Respiratory Infections (ARI) that causes significant morbidity and mortality with consequently an enormous economic burden on society are the most common infectious disease of humans worldwide.
Since Dec 2005, Korea Centers for Disease Control and Prevention (KCDC) has been running surveillance system for the detection of major respiratory viruses causing ARI. A research network for ARI including influenza-like illness (ILI), year-round surveillance system named in KINRESS (Korea Influenza and Respiratory Viruses Surveillance System) was established in Korea.
In this study, to investigate the viral pathogen causing ARI, multiplex PCR/RT-PCR was performed on respiratory specimens (throat or nasal swab) collected from the ARI patients. And the statistical analysis was performed to investigate the characteristics of age-distribution, seasonality, and clinical features of ARI patients with respiratory virus infection in Korea, 2014.
We performed multiplex PCR/RT-PCR on respiratory specimens (throat swab) to determine the prevalence of 14 viruses including adenovirus (HAdV), parainfluenza virus (HPIV) 1, 2, 3, respiratory syncytial virus (HRSV) A and B, influenza virus (IFV) H1N1pdm09, H3N2, B, human coronavirus (HCoV) 229E, NL63 and OC43, human rhinovirus (HRV), human bocavirus (HBoV) and human metapneumovirus (HMPV). Respiratory viruses were detected by 57.1% of enrolled patients(n=10,696) in 2014. The specimen obtained from ARI patients, 1-5 year-old age group accounted for almost. However, virus detection rate was not significantly different by the age group. HAdV, HPIV, HRSV, HCoV, HBoV and HMPV were mainly detected from under 5 years old. IFV were mainly detected on over 6 years old. HRSV, IFV and HCoV infections peaked on winter season. In summer, incidence of HPIV and HBoV were increased. When we analyzed the association of viral infection with clinical feature, almost infections were correlated with fever, cough and runny nose. Our data suggest that there was a meaningful relationship between viral infection and typical manifestation of known clinical feature as well as seasonality and age distribution.


Ⅰ. 들어가는 말

급성 호흡기감염증(acute respiratory infectious disease, ARI)은 전 세계적으로 성인과 어린이 모두에서 이환과 사망의 주요 원인이 되며, 확인된 감염의 80% 이상은 호흡기바이러스에 의한 것으로 알려져 있다[1]. 급성 호흡기감염증은 약 200여 종류의 바이러스에 의해 발생하는 것으로 알려져 있으나, 사람 아데노바이러스(human adenovirus, HAdV), 사람 파라인플루엔자바이러스(human parainfluenza virus, HPIV), 사람 호흡기세포융합바이러스(human respiratory syncytial virus, HRSV), 인플루엔자바이러스(influenza virus, IFV), 사람 코로나바이러스(human coronavirus, HCoV), 사람 라이노바이러스(human rhinovirus, HRV), 사람 보카바이러스(human bocavirus, HBoV) 그리고 사람 메타뉴모바이러스(human metapneumovirus, HMPV)등이 주요하다. 바이러스에 의한 급성 호흡기감염증은 세균에 의한 감염증과는 달리 항생제로 치료가 되지 않고, 대부분 대증적인 치료만으로 호전된다. 그러나 원인을 모르는 경우 불필요한 항생제가 병의 초기에 처방되는 경우가 많다. 호흡기 감염에 대한 원인을 안다면 불필요한 치료를 줄일 수 있으며, 필요시 개인적인 검사를 시행할 수 있지만 이는 의료비용의 상승을 초래할 수 있다. 따라서 급성 호흡기감염증의 원인 병원체를 규명할 수 있는 장치가 필요하다.
질병관리본부에서는 국내의 인플루엔자의사질환(Influenza like illness, ILI)를 포함한 급성 호흡기감염증 환자로부터 채취한 검체에서 원인 바이러스를 규명하고, 병원체별 주요 8종 급성 호흡기바이러스의 발생동향 및 특성을 분석하여 국민들과 관련 전문가들에게 질병 예방 및 관리에 유용한 정보로 활용될 수 있도록 2009년 5월부터 전국 1·2차 의료기관과 17개 시·도 보건환경연구원이 참여하고 있는 ‘인플루엔자 및 호흡기바이러스 실험실감시(Korea Influenza and Respiratory Surveillance System, KINRESS)' 사업을 운영하고 있다[1].
2013년 9월까지 KINRESS는 자발적으로 참여한 소아과를 중심으로 구성되었으나, 2013년 10월 부터는 임상감시와 실험실감시 기관을 통합운영함으로써 참여기관 중 내과와 소아과 비율을 1:1로 조정하여 성인에 대한 병원체감시를 강화하였다.
본 원고에서는 이 사업을 통하여 확인된 2014년 주요 호흡기바이러스 8종에 대한 국내 발생 동향 및 임상적 특징에 대해서 소개하고자 한다.


Ⅱ. 몸말

2013년 12월 29일부터 2014년 12월 28일까지 52주 동안 전국 36개 1·2차 의료기관에 내원한 ILI 환자를 포함한 급성 상기도 감염증 환자로부터 인후도찰물 혹은 비인후도찰물을 채취하였다. 검체를 채취한 면봉은 바이러스 수송배지(Virus transport media, VTM)에 담았으며 보관 및 운송기간 동안 냉장상태를 유지하였다. 검체 채취 후 72시간 이내에 검체운송업체를 통하여 바이러스 실험실 검사를 수행하는 시·도 보건환경연구원으로 수송하였으며, 채취된 검체에 대해서는 성별, 연령, 시·도, 임상증상 등의 임상정보를 동시에 확보하였다.
17개 시·도 보건환경연구원에서는 검체로부터 바이러스 핵산을 QIAamp viral RNA Mini Kit(Qiagen, Hilden, Germany)로 추출한 후 8종 15아형의 호흡기바이러스에 대한 유전자를 검출하기 위한 다중 실시간 PCR/RT-PCR (multiplex real-time PCR/RT-PCR)을 실시하였다. 대상 바이러스는 HAdV, HPIV(type 1, 2, 3), HRSV(type A, B), IFV(A/H1N1(pdm09), A/H3N2 B), HCoV(229E, OC43, NL63), HRV, HBoV, HMPV로 real-time PCR/RT-PCR을 이용하여 검출하였다(Table 1). 즉, 유전자 검출을 위해 추출된 핵산 5㎕를 premixture형태로 제작된 키트에 각각 첨가한 후 ABI7500 Fast System (Applied Biosystem, USA)에 적용하였다. 반응은 HAdV와 HBoV를 제외한 모든 바이러스에 대해서는 역전사반응을 위해 50℃에서 30분간 반응한 후 Taq polymerase의 활성화를 위하여 95℃에서 15분 반응한 후 95℃에서 15초, 60℃에서 1분의 반응을 40번 반복하였다. HAdV와 HBoV는 Taq polymerase의 활성화를 위해 95℃에서 15분 반응 후 95℃에서 15초, 60℃에서 1분의 반응을 40번 반복하였다.

자료 분석 시 성별과 연령군에 따른 바이러스의 주별 검출률 차이는 각각 t-검정과 일원배치 분산분석(one-way ANOVA)을 사용하였다. 또한 임상증상과 호흡기바이러스 발생의 연관성은 교차분석을 이용한 chi-square 검정을 이용하여 분석하였다(SPSS ver 21.0).
본 연구기간 동안 KINRESS사업에 참여 의료기관을 방문한 총 10,696명의 급성호흡기감염증 환자로부터 인후도찰물 또는 비인후도찰물같은 호흡기검체를 채취하였다[2]. 검체의뢰건수는 인플루엔자가 유행하는 1월에서 3월까지 1,000건 이상으로 가장 높았으며, 5월 이후 하절기에 들어서면서 619건에서 854건 감소하였다가 가을 이후에는 800건 이상으로 증가하는 경향을 보였다. 하절기 검체의뢰건수는 월마다 차이가 있었으며, 이는 기온에 의한 영향보다는 검체채취 독려와 같은 의료기관 관리 등 다른 요인에 의해 영향을 받을 수 있음을 보였다(Table 2). 성별 분포는 남성과 여성이 각각 4,935명(46.1%)과 5,742명(53.7%)으로 여성환자의 참여가 더 많았다(p<0.001). 1세미만은 560명(5.2%), 1세에서 5세까지는 4,000명(37.4%), 6세에서 19세까지는 2,129명(19.9%), 20세에서 49세까지는 2,304명(21.5%), 50세에서 64세까지는 1,122명(10.5%) 그리고 65세 이상은 581명(5.4%)으로 예년에 비해 5세 이하 환자의 비율이 약 70%에서 32.6%로 감소하였으며 상대적으로 20세 이상 성인의 비율이 증가하였다(Table 3). 이러한 변화는 협력의료기관 중 내과의 비율이 증가하면서 성인 환자에 대한 감시가 강화된 것에 기인한다. ARI 환자들의 주요 증상은 38℃ 이상의 발열이 66.9%를 차지하였고, 다음으로 기침(66.1%), 콧물(55.4%)로 나타났다(Figure 1).

2014년 호흡기바이러스 발생의 특징을 살펴본 결과 일부 호흡기바이러스가 특징적인 계절성을 가지고 있는 것으로 나타났다. Figure 2에서는 각 호흡기바이러스의 월별 검출건수와 검출률을 함께 비교하였다. 각 바이러스의 발생규모가 다르기 때문에, y축의 범위가 IFV의 경우 0-200건인 반면 HMPV는 0-20건으로 각기 다르다. IFV는 4월까지 지속적으로 높은 발생을 보였고, 4월초부터는 HPIV와 HBoV의 발생이 증가하기 시작하였으며 9월경에 감소하였다. HRSV는 9월부터 발생이 증가하기 시작하여 10-11월에 정점을 찍고 12월부터 감소하는 추세를 보였다. HAdV와 HRV의 경우 연중 꾸준한 발생을 보였으며, HAdV의 경우 다른 해에 비해 검출률이 증가한 경향을 보였다(Figure 2).

총 10.696명의 급성호흡기 환자의 검체로부터 6,110건(57.1%)의 바이러스가 검출되었다. IFV와 HRV가 2,011건(18.8%)과 1,401건(13.1%)으로 가장 많이 검출되었으며, HCoV 702건 (6.6%), HPIV 636건(5.9%) 그리고 HRSV 420건 (3.9%) 순으로 검출되었다(Table 3). 대상 환자 중 5,560명(52.0%)의 검체에서는 적어도 1가지 이상의 호흡기바이러스가 검출되었으며, 그 중 515명 (4.8%)의 검체에서는 2개 이상의 호흡기바이러스가 동시에 검출되었다. 2개 이상 검출되는 바이러스 중 공통검출의 빈도가 가장 높은 바이러스는 HRV로 247건 (공통 검출 전체 중 23.2%)이었다. 호흡기바이러스 중 다른 바이러스와 동시에 검출되는 공통검출의 비율이 높은 바이러스는 HBoV와 HAdV로 바이러스가 검출된 환자 중 54.2%, 40.9% 공통검출로 나타났다.

호흡기바이러스가 검출된 환자의 성별에 의한 차이를 분석한 결과 남성이 2,606건(52.8%)으로 나타났으며, 통계적으로는 성별에 따른 유의한 차이를 보이지 않았다. 각각의 호흡기바이러스가 검출된 환자에 대해서는 HAdV, HBoV의 감염이 여성보다 남성에서 유의하게 검출률이 높게 나타났으며(**p<0.01, ***p<0.001), 그 외 바이러스에서는 통계적으로 유의한 차이는 없었으나 여성에서 다소 높은 검출율을 보였다(Figure 3).

연령군에 따른 호흡기바이러스 감염의 특징을 분석한 결과 1-5세 연령군이 2,305건으로 검출건수가 가장 많았으며, 연령군에 따른 바이러스 검출은 유의한 차이가 있는 것으로 나타났다(p<0.001). 1-5세 연령군이 가장 많은 검출건수를 보이고 있지만, 환자수 대비 가장 높은 검출률(72.5%)을 보인 연령군은 1세미만의 연령군이었다(Table 5).

IFV를 제외한 모든 호흡기바이러스는 1-5세 연령군에서 검출건수가 가장 많았으나, 연령군별 검출률 비교시 HPIV, HRSV, HRV, HBoV는 1세 미만이, HAdV, HMPV에서는 1-5세의 연령군에서 가장 높은 검출률을 보였다. 반면, IFV는 6-19세의 연령군에서 높은 검출률(31.0%)이 나타났다. HCoV의 경우 특징적으로 연령이 증가할수록 높은 검출율을 보여 영유아보다는 성인과 노인에 감염이 잘 되는 병원체로 관찰되었다(Figure 4).

호흡기바이러스가 검출된 환자들에서 감염된 호흡기바이러스에 따른 임상증상의 특징을 보면, 전체적으로 환자들에서 가장 빈번하게 나타나는 증상이 발열이었고, HCoV, HRV를 제외한 모든 바이러스들의 감염은 발열과 연관이 있는 것으로 분석되었다(Figure 5).
임상증상의 유무가 호흡기바이러스의 검출에 미치는 영향에 대해서 chi-square 검정으로 분석해본 결과 크룹의 원인 바이러스로 알려진 HPIV의 경우 발열과 기침, 가래와 연관이 있는 것으로 나타났으며, 영유아의 대표적인 하기도감염증 원인인 HRSV는 기침, 콧물, 가래와 연관이 있는 것으로 나타났다. 가장 많은 검출률을 보인 IFV의 경우는 발열, 기침, 콧물을 비롯하여 인후통과 코막힘, 두통, 근육통의 발생이 많았다(p<0.001). 각각의 호흡기바이러스가 검출된 환자들에서 주로 나타나는 임상증상 중 발열, 기침, 콧물, 가래, 인후통은 규모가 다르지만 공통적으로 나타났다.

본 연구에서의 검사체계를 통해 HPIV, HRSV 그리고 HCoV의 아형별 발생에 대하여 분석할 수 있었다. 2014년에 HPIV는 4월에서 7월까지 HPIV 3형의 유행이 관찰되었고, 그 뒤를 이어 HPIV 1형이 다소 증가된 양상으로 나타났다(Figure 6). HRSV의 경우 2013년 HRSV B형이 유행했던 것과는 달리 HRSV A형이 우점적으로 유행하였다(최고 94.3%). HCoV는 아형별로 OC43형(44.8%), NL63형(42.3%), 229E형(12.8%) 순으로 검출되었다. 이중 HCoV OC43형은 연중 내내 검출되었으며, 11월 이후 HCoV NL63형이 주로 검출되었다. IFV의 경우 1월에서 4월까지는 A형(최고 98.2%)이 대부분이었지만, 12월에는 B형이 주로 검출되었다. IFV는 B형(50.8%), A/H3N2형(32.4%), A(H1N1)pdm09형(16.9%) 순으로 검출되었다.


Ⅲ. 맺음말

본 연구에서는 2014년의 국내 ILI을 포함한 급성 상기도감염증 환자들에서 검출된 호흡기바이러스 발생의 역학적 특징을 분석하였다. 분자생물학적 방법을 통한 실험실 검사결과 급성상기도감염증으로 1·2차 의료기관을 방문한 환자들의 약 57%는 호흡기바이러스 감염에 의한 것으로 나타났다. 급성 상기도 감염증 환자에서 검출된 원인 바이러스 중 HRV는 13.1%에 해당하는 높은 비율로 연중 지속적으로 상기도감염증을 유발하였으며, 이러한 결과는 대상 환자가 경증의 감기와 같은 상기도감염증이 주요 소견인 것과 연관성이 있는 것으로 사료된다.
성별에 따른 바이러스 감염의 차이를 조사한 결과, HAdV, HRSV, HRV 및 HBoV가 남성에게서 더 높은 검출률을 나타냈다. 특히 HAdV 경우에는 2011-2013년 동안 남성이 여성보다 검출률이 유의하게 높은 것으로 나타났다. 연령군에 따른 바이러스 감염분포에서는 1-5세 연령군에서 검출률이 높았으나, 각 연령군별 채취된 검체수를 고려한 검출률은 HPIV, HRSV, HCoV, HRV 및 HBoV의 경우 1세 미만에서 가장 높은 검출률을 보여 감염에 취약한 연령군임을 파악할 수 있었다.
대부분의 바이러스가 5세 이하의 영유아에서 높은 검출률을 보인데 반해 IFV의 경우는 6세 이상의 어린이나 청·장년층에서 그리고 HCoV는 연령이 증가할수록 높은 검출률을 보이는 것을 알 수 있었다. 이러한 현상은 5세 이하 어린이의 높은 예방접종률과 6세 이상 연령층이 학교활동과 관련하여 전파가 용이한 환경에 노출되는 등 추가적인 원인 분석이 필요할 것으로 생각된다.
또한 각각의 바이러스 발생에는 특징적인 계절성이 존재하는 것으로 관찰되었다. 2007년 Weigl 등과 2009년 Bharah 등의 연구에서처럼 HRSV의 유행이 IFV의 유행보다 1개월 이상 앞서 발생하는 것으로 관찰되었다[3, 4]. HAdV와 HRV의 경우 연중 산발적으로 꾸준히 발생하는 양상을 보였다. 이러한 바이러스의 계절적 특성 분석결과는 호흡기바이러스의 유행을 예측하고 계절에 따른 호흡기감염증의 예방법을 결정하는데 중요한 정보가 될 수 있다고 생각된다.
바이러스 감염에 따른 임상 특징을 분석 결과 대부분 발열을 비롯한 기침, 콧물 증상이 나타났다. 그러나 IFV의 경우 다른 바이러스감염과는 다르게 인후통, 근육통, 두통 증상이 주로 나타났다. 영유아의 하기도감염증의 대표적인 원인 바이러스로 알려진 HRSV와 HPIV의 경우는 가래 증상이 다른 바이러스 감염보다 조금 더 많은 것으로 관찰 되었는데, 영유아 환자들은 기침을 하여 가래를 배출하는 것이 어렵기 때문에 이러한 증상을 호소하는 경우가 많을 것으로 생각되고, 이런 점이 하기도 감염에도 영향을 줄 수 있을 것으로 생각된다.
호흡기바이러스가 여러가지 혈청형 및 유전자형으로 이루어져 있음을 고려하여 본 연구에서는 HPIV, HRSV, HCoV 및 IFV에 대해 아형분석이 동시에 가능하도록 검사체계를 설계하여 적용하였다. HPIV의 경우 1형부터 5형까지의 아형이 존재하는데, 각각의 아형은 임상 및 역학적 특성에서 차이가 있는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 1형부터 3형까지를 감별하였으며 2012년 여름 HPIV 3형과 HPIV 1형이 번갈아 유행하는 M자형 유행분포를 보였고, 2013년 4월에서 7월까지 HPIV 3형이 주로 유행하다가 9월까지 HPIV 2형이 발생했던 반면, 2014년에는 하절기에 HPIV 3형과 HPIV 1형의 유행이 관찰되었다. 이처럼 매해 5-7월에는 주기적으로 HPIV 3형의 유행이 관찰되었으며, 후반부에는 HPIV 1형 혹은 HPIV 2형이 번갈아 가며 발생하였다. 이러한 HPIV의 유행양상에 영향을 미치는 요인이 무엇인지에 대한 분석과 해마다 유행하는 HPIV 3형의 유전형에 대한 추가적인 연구가 필요하다. HRSV는 크게 A형과 B형의 유전형이 존재하며, 일반적으로 2가지 형이 같이 공존하며 감염을 일으키는 것으로 알려져 있다. 본 연구결과에 따르면 2012년의 HRSV A형이 89.4%였던 반면에 2013년에는 HRSV B형이 72.4%로 우세하게 검출되었고, 2014년에는 또다시 HRSV A형이 우세하게 유행하였다. 이러한 아형별 발생동향의 특이적인 사항은 지속적인 모니터링과 분석을 통하여 파악할 수 있을 것으로 기대된다.


Ⅳ. 참고문헌

1. 질병관리본부. 2013년 급성 호흡기감염증 환자에서의 호흡기바이러스 발생동향. 주간건강과질병 2014; 7(37), 805-812.
2. 질병관리본부. 인플루엔자 및 호흡기바이러스 주별 발생정보.
http,//www.kdca.go.kr/CDC/info/CdcKrInfo0502.jsp?menuIds=HOME001-MNU1175-MNU0048-MNU0050
3. Weigl JA, Puppe W, Meyer CU, Berner R, Forster J, Schmitt HJ, Zepp F. Eur J Pediatr. 2007:166(9):957-66
4. Bharah P, Sullender WM, Kabra SK, Mani K, Cherian J, Tyagi V, Chahar HS, Kaushik S, Dar L, Broor S. Virol J. 2009;26;6:89.doi:10.1186/1743-422X-6-89