로타바이러스 감염 - 원인 및 발병 기전

로타바이러스 감염의 원인

로타바이러스 감염은 레오바이러스과(Reoviridae)에 속하는 로타바이러스속(Rotavirus)에 의해 발생합니다. 로타바이러스라는 이름은 로타바이러스가 바퀴(라틴어 "rota" - "바퀴")와 형태적으로 유사하다는 데에서 유래했습니다. 전자현미경으로 관찰하면 바이러스 입자는 넓은 중심축, 짧은 살, 그리고 명확하게 구분되는 얇은 테두리를 가진 바퀴처럼 보입니다. 직경 65~75nm의 로타바이러스 비리온은 전자 밀도가 높은 중심(핵)과 두 개의 펩타이드 껍질(외부 및 내부 캡시드)로 구성됩니다. 직경 38~40nm의 핵은 이중 가닥 RNA로 표현되는 내부 단백질과 유전 물질을 포함합니다. 사람과 동물 로타바이러스의 유전체는 11개의 단편으로 구성되어 있으며, 이는 로타바이러스의 항원 다양성을 결정하는 것으로 추정됩니다. 인체에서 로타바이러스의 복제는 소장의 상피세포에서만 일어납니다.

로타바이러스는 네 가지 주요 항원을 포함하며, 그중 가장 중요한 항원은 내부 캡시드 단백질인 그룹 항원입니다. 모든 그룹 특이적 항원을 고려하여 로타바이러스는 A, B, C, D, E, F, G의 7개 그룹으로 나뉩니다. 대부분의 사람과 동물 로타바이러스는 A 그룹에 속하며, 이 그룹 내에서 하위 그룹(I 및 II)과 혈청형이 구분됩니다. 하위 그룹 II는 환자에서 분리된 균주의 최대 70~80%를 포함합니다. 특정 혈청형과 설사의 중증도 사이에는 상관관계가 있을 수 있다는 증거가 있습니다.

로타바이러스는 환경 요인에 대한 내성을 가지고 있습니다. 식수, 개방 수역, 폐수에서 수개월 동안 생존하며, 채소에서는 25~30일, 면과 양모에서는 15~45일 동안 생존합니다. 로타바이러스는 반복적인 냉동, 소독액, 에테르, 클로로포름, 초음파 처리로는 파괴되지 않지만, 끓이면 사멸합니다. 또한 pH 10 이상 또는 2 미만의 용액으로 처리합니다. 바이러스가 생존하기에 최적의 조건은 4°C의 온도와 높은 습도(>90%) 또는 낮은 습도(<13%)입니다. 단백질 분해 효소(예: 트립신, 판크레아틴)를 첨가하면 감염력이 증가합니다.

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로타바이러스 감염의 병인

로타바이러스 감염의 병인은 복잡합니다. 한편, 바이러스의 구조 단백질(VP3, VP4, VP6, VP7)과 비구조 단백질(NSP1, NSP2, NSP3, NSP4, NSP5)은 로타바이러스 위장염 발생에 매우 중요합니다. 특히 NSP4 펩타이드는 세균성 독소와 유사한 분비성 설사를 유발하는 장독소입니다. NSP3은 바이러스 복제에 영향을 미치고, NSP1은 인터페론 조절 인자 3의 생성을 "억제"할 수 있습니다.

한편, 로타바이러스는 발병 첫날부터 십이지장 점막 상피와 공장 상부에서 발견되어 증식하고 축적됩니다. 로타바이러스의 세포 침투는 다단계 과정입니다. 일부 로타바이러스 혈청형은 세포 침투를 위해 시알산을 함유한 특정 수용체를 필요로 합니다. 바이러스와 세포 간 상호작용 초기 단계에서 a2b1-인테그린, 인테그린-aVb3, hsc70 단백질의 중요한 역할이 밝혀졌으며, 이 전체 과정은 바이러스 단백질 VP4에 의해 제어됩니다. 로타바이러스는 세포 침투 후 소장의 성숙한 상피 세포를 사멸시키고 융모에서 제거됩니다. 융모 상피를 대체하는 세포는 기능적으로 열등하여 탄수화물과 단당류를 충분히 흡수하지 못합니다. 이당분해효소(주로 락타아제) 결핍은 삼투압 활성이 높은 소화되지 않은 이당류가 장 내에 축적되어 수분과 전해질의 재흡수를 저해하고 묽은 설사를 유발하며, 이는 종종 탈수로 이어집니다. 이러한 물질이 대장으로 유입되면 장내 미생물총에 의한 발효의 기질이 되어 다량의 유기산, 이산화탄소, 메탄, 물을 생성합니다. 이 감염으로 인해 상피세포에서 고리형 아데노신 일인산과 구아노신 일인산의 세포 내 대사는 거의 변하지 않습니다.

따라서 현재 설사 증후군의 발병에는 삼투성과 분비성이라는 두 가지 주요 구성 요소가 구별됩니다.

로타바이러스 감염의 역학

로타바이러스 감염의 주요 원인이자 보균자는 잠복기 말과 질병 초기에 대변을 통해 상당량의 바이러스 입자(1g당 최대 10 ¹⁰ CFU)를 배출하는 환자입니다. 질병 발생 4~5일 후에는 대변의 바이러스 양이 현저히 감소하지만, 로타바이러스 배출의 총 기간은 2~3주입니다. 면역 반응성이 저하되고 만성 질환이 동반되거나 락타아제 결핍증이 있는 환자는 장기간 바이러스 입자를 배출합니다. 감염원의 근원은 건강한 바이러스 보균자(조직 및 병원의 어린이, 성인: 우선 산부인과, 체세포 및 감염 부서의 의료진)일 수 있으며, 이들의 대변에서 로타바이러스를 수개월 동안 분리할 수 있습니다.

병원균의 전파 기전은 분변-구강입니다. 전파 경로는 다음과 같습니다.

• 접촉-가정(더러운 손과 가정용품을 통해)
• 물(바이러스에 감염된 물을 마실 경우, 생수 포함)
• 소화기(대부분 우유와 유제품을 섭취할 때).

로타바이러스 감염이 공기 매개로 전파될 가능성을 배제할 수 없습니다.

로타바이러스 감염은 전염성이 매우 강하며, 이는 환자 주변 환경에서 질병이 빠르게 확산되는 것에서도 알 수 있습니다. 발병 시에는 면역이 없는 인구의 최대 70%가 질병에 걸립니다. 혈액 혈청역학 검사에서 고령층 어린이의 90%가 다양한 로타바이러스에 대한 항체를 보유하고 있습니다.

감염 후 대부분의 경우 단기적인 유형 특이 면역이 형성됩니다. 특히 고령층에서는 재발이 가능합니다.

로타바이러스 감염은 흔하며 모든 연령대에서 발견됩니다. 급성 장 감염 구조에서 로타바이러스 위장염의 비율은 연령, 지역, 생활 수준 및 계절에 따라 9~73%입니다. 특히 생후 1년차(주로 생후 6개월~2세)의 어린이가 자주 아픕니다. 로타바이러스는 3세 미만 어린이에게 심한 탈수를 동반한 설사의 원인 중 하나입니다. 이 감염은 입원이나 집중적인 수분 보충이 필요한 모든 설사 사례의 최대 30~50%를 차지합니다. WHO에 따르면 이 질병으로 매년 전 세계적으로 100만~300만 명의 어린이가 사망합니다. 로타바이러스 감염은 소위 여행자 설사 사례의 약 25%를 차지합니다. 러시아에서는 다른 급성 장 감염 구조에서 로타바이러스 위장염의 빈도가 7~35%이며, 3세 미만 어린이의 경우 60%를 넘습니다.

로타바이러스는 병원 내 감염의 가장 흔한 원인 중 하나이며, 특히 미숙아와 소아에서 흔합니다. 로타바이러스는 병원 내 급성 장 감염의 9~49%를 차지합니다. 병원 내 감염은 소아의 장기 입원으로 인해 더욱 악화됩니다. 의료진은 로타바이러스 전파에 중요한 역할을 합니다. 장 질환이 없더라도 의료진의 20%는 혈청에서 로타바이러스에 대한 IgM 항체를 보유하고 있으며, 배변 여과액에서 로타바이러스 항원이 검출됩니다.

온대 기후에서는 로타바이러스 감염이 계절적으로 발생하며, 추운 겨울철에 주로 발생하는데, 이는 낮은 온도 환경에서 바이러스가 더 잘 생존하기 때문입니다. 열대 국가에서는 연중 내내 발생하며, 서늘한 우기에 발생률이 다소 증가합니다.

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