유치도뇨관을 유지 중인 환자의 자료가 다음과 같다. 유치 기간이 길수록 감염이 늘어나는 기전은?

관을 넣어 두면 세균이 표면에 달라붙어 끈끈한 막을 만드는데 이 막 안의 세균에는 항생제도 백혈구도 닿지 못해 제거되지 않고 계속 증식한다. 그래서 감염 위험은 유치 기간에 비례해 커지며 하루가 지날수록 누적된다. 가장 효과적인 예방은 꼭 필요할 때만 삽입하고 필요가 없어지면 즉시 제거하는 것이며, 폐쇄배액체계를 유지하고 주머니를 방광보다 낮게 두며 관이 꺾이지 않게 하는 것이 함께 지켜야 할 원칙이다.

유치도뇨관(indwelling urinary catheter)을 오래 유지할수록 감염 위험이 커지는 핵심 기전은 세균의 생물막(biofilm) 형성입니다. 생물막은 세균이 관 표면에 부착한 뒤 스스로 분비한 세포외고분자물질(extracellular polymeric substance, EPS)로 감싸여 형성된 구조입니다. 이 막은 항생제의 침투를 물리적으로 차단하고, 세균을 숙주의 면역 반응과 항균 물질로부터 보호합니다 ^[2][3].

유치도뇨관은 방광에 지속적으로 삽입되어 있어 세균이 요도를 통해 상행 감염(ascending infection)을 일으키기 쉬운 경로를 제공합니다. 관 표면은 소변 성분 중 단백질과 이온이 흡착되어 일종의 조건막(conditioning film)을 형성하고, 이 막이 세균의 초기 부착을 촉진합니다. 일단 부착한 세균은 증식하면서 EPS를 분비해 생물막을 성숙시키는데, 이 과정에서 세균 간 신호 전달 체계인 정족수 감지(quorum sensing)가 관여합니다 ^[2].

생물막 내부의 세균은 대사적으로 휴면 상태(dormant state)에 가까운 표현형을 보이는 경우가 많아, 활발히 분열하는 세균을 표적으로 하는 베타락탐 계열 등 많은 항생제의 효과가 떨어집니다. 또한 생물막 기질은 항생제 확산을 늦추고, 생물막 내부의 산소·영양·pH 구배(gradient)가 항생제 활성을 저하시킵니다 ^[2][3]. 이로 인해 같은 균종이라도 생물막을 형성하지 않은 부유 상태(planktonic state)의 세균보다 생물막 내 세균의 항생제 내성이 훨씬 높게 나타납니다 ^[3].

유치 기간이 길어질수록 생물막이 성숙하고 두꺼워지며, 여러 균종이 공존하는 다균속 생물막(polymicrobial biofilm)으로 발전할 가능성이 커집니다. 예를 들어 Enterococcus faecalis와 Klebsiella pneumoniae는 장기 유치도뇨관에서 높은 빈도로 함께 발견되는데, 두 균종 간의 대사적 상호작용(metabolic cross-talk)이 서로의 생존과 지속성(persistence)을 강화하는 것으로 보고되었습니다 ^[1]. 한 균종이 생산한 대사산물을 다른 균종이 이용하거나, 한 균종이 분비한 효소가 다른 균종의 생물막 형성을 돕는 방식으로 공생 관계가 형성됩니다 ^[1].

이처럼 생물막은 항생제가 세균에 도달하지 못하게 하는 물리적·생리적 장벽 역할을 하므로, 유치도뇨관 관련 요로감염(catheter-associated urinary tract infection, CAUTI)의 치료가 어렵고 재발이 잦습니다 ^[2][3]. 보기 5번의 “관 표면에 세균이 막을 만들어 항생제가 닿지 못하기 때문”은 바로 이 생물막 형성 기전을 설명한 것입니다. 유치 기간이 길수록 생물막이 더 성숙하고 안정화되어 감염 발생률이 누적적으로 증가하게 됩니다 ^[3].