Bordetella pertussis는 그람 음성의 코코바실형(구형과 막대형의 중간 형태)을 가진 비생산성, 비운동성 세균으로, 인간에게만 병원성을 나타내는 전형적인 인간 전용 병원균이다 [1]. 이 세균은 백일해(pertussis, 또는 **후킹 기침)로 알려진 고도로 전염성 있는 호흡기 감염 질환의 주요 원인으로, 주로 기침이나 재채기를 통해 발생하는 **호흡기 비말**을 통해 사람 간에 전파된다 [2]. 감염 초기에는 감기와 유사한 증상이 나타나며, 이후 심각한 기침 발작, 숨을 들이마실 때 나는 특징적인 휘파람 소리(inspiratory whoop), 구토, 청색증 등의 증상이 나타난다 [3]. 이 질환은 특히 **영아**와 **신생아**에게 매우 위험하며, 폐렴, 무호흡증, 경련, 뇌 손상 및 사망에 이를 수 있다 [4]. 병원체는 백일해 독소(pertussis toxin)를 포함한 다양한 독소를 생성하여 기도 점막의 섬모 상피세포를 손상시키고, 기침을 유도하며 면역 회피를 한다 [5]. 다행히, DTaP 백신(디프테리아, 파상풍, 백일해) 및 Tdap 백신(성인용 백일해 백신)과 같은 **예방접종**을 통해 백일해는 효과적으로 예방할 수 있으며, 1940년대 이후 전 세계적으로 질환의 발생률이 크게 감소하였다 [6]. 그러나 최근에는 백신 면역의 면역력 감소, 백신 압력에 의한 세균의 유전적 진화(pertactin 결핍 균주 등), **항생제 내성**의 출현 등으로 인해 백일해의 재발생이 보고되고 있어, 지속적인 **역학 감시**와 공중보건 전략의 강화가 요구되고 있다 [7].

병원균의 특성과 병원성

Bordetella pertussis는 그람 음성의 코코바실형(구형과 막대형의 중간 형태)을 가진 비생산성, 비운동성 세균으로, 인간에게만 병원성을 나타내는 전형적인 인간 전용 병원균이다 [1]. 이 세균은 백일해(pertussis, 또는 **후킹 기침)로 알려진 고도로 전염성 있는 호흡기 감염 질환의 주요 원인으로, 주로 기침이나 재채기를 통해 발생하는 **호흡기 비말**을 통해 사람 간에 전파된다 [2]. 감염 초기에는 감기와 유사한 증상이 나타나며, 이후 심각한 기침 발작, 숨을 들이마실 때 나는 특징적인 휘파람 소리(inspiratory whoop), 구토, 청색증 등의 증상이 나타난다 [3]. 이 질환은 특히 **영아**와 **신생아**에게 매우 위험하며, 폐렴, 무호흡증, 경련, 뇌 손상 및 사망에 이를 수 있다 [4].

미생물학적 특성

Bordetella pertussis는 그람 음성의 코코바실형 세균으로, 약 0.8 µm × 0.4 µm 크기의 세포를 가지며, 단독 또는 소규모 집합체로 존재한다 [1]. 이 세균은 엄격한 호기성이며, 포자를 형성하지 않으며, 캡슐을 가지고 있어 숙주 면역 회피와 점착력에 기여한다. 유전체 크기는 약 4.1 Mbp이며, G+C 함량은 67.72%로, 약 3,816개의 단백질을 암호화한다 [1]. 이 균은 Alcaligenaceae과에 속하며, 동물이나 환경적 저장소 없이 오직 인간만을 감염시키는 인간 전용 병원균이다 [14].

이 세균은 배양에 있어 특수한 영양 요구를 가지며, 특히 니코틴산(nicotinic acid)을 필수적인 성장 인자로 필요로 한다 [15]. 또한 아미노산이 필요하지만, 다른 Bordetella 종에 비해 영양 요구는 상대적으로 단순하다. **철**과 같은 영양소 제한은 독소 및 병원성 인자의 발현을 조절할 수 있으며, 이는 병원성의 전반적인 조절 및 **백신 항원**의 생합성에 영향을 준다 [16].

배양 조건

Bordetella pertussis는 엄격한 호기성 세균이므로 배양에 산소가 필요하며, 최적의 성장 온도는 35–37°C로, 인체 체온과 일치한다 [17]. 일부 연구에 따르면 34°C에서 **백일해 독소**의 생성이 증가할 수 있어 백신 생산에 중요하다 [18]. 최적의 pH는 7.2–7.4로 약한 알칼리성이며, 산성 조건에서는 성장이 억제된다. 나트륨 농도도 성장과 독소 생성에 영향을 미치며, 낮은 농도(50–75 mM)가 높은 성장률과 세포 부착 독소를 유도한다 [18]. 주로 사용되는 배지로는 **레간-로우 한천배지**와 **보르데-장구 한천배지**가 있으며, 전자는 높은 민감도를 제공한다 [20].

병원성 기전

Bordetella pertussis는 점막 상피세포에 부착하고 면역 회피를 통해 병원성을 발휘한다. 주요 부착 인자로는 섬유상 혈구응집소(FHA), 퍼랙틴(Prn), 균모(FIM2/FIM3)가 있다. FHA는 약 220 kDa의 큰 단백질로, 점막 세포와 단핵구에 결합하여 부착을 매개하며, 다른 부착 인자와 시너지 작용을 한다 [21]. 퍼랙틴은 69 kDa의 외막 단백질로, RGD 모티프를 통해 숙주 **인테그린**과 결합하여 세포 부착과 침입을 촉진한다 [22]. 균모는 세균의 집합과 점막 부착을 돕는다 [23].

면역 회피 및 병원성 유도에는 다양한 독소가 관여한다. 백일해 독소(PT)는 AB5형 독소로, 숙주 세포의 Gi/o 단백질을 ADP-리보실화하여 cAMP 축적을 유도하고, 이로 인해 호중구 이동성, 대식세포 활성화, 항원 제시 등이 억제된다 [24]. 또한, PT는 림프구 이동을 방해하여 특징적인 **림프구 증가증**을 유발한다. 아데닐산회환효소 독소(ACT)는 대식세포 내에서 ATP를 과도하게 cAMP로 전환하여 포식작용, 활성산소 생성, 세포사멸을 억제한다 [24]. 또한, 지질올리고당류(LOS)는 염증 반응을 유도하지만, **보체 시스템**의 활성화를 억제하는 **Vag8 단백질**과 같은 요소를 통해 면역 회피를 한다 [26].

백일해의 임상 증상과 진단

백일해는 Bordetella pertussis에 의해 유발되는 고도로 전염성 있는 급성 호흡기 감염 질환으로, 그 임상 양상은 병의 진행 단계에 따라 다르며, 특히 영아와 신생아에게는 치명적인 합병증을 유발할 수 있다. 초기 증상은 일반적인 감기와 유사하여 진단이 어려울 수 있으나, 질병이 진행됨에 따라 특징적인 증상이 나타나며, 이는 조기 진단과 치료의 핵심이 된다 [27].

임상 증상의 단계별 경과

백일해의 임상 경과는 일반적으로 세 단계로 나뉘며, 각 단계는 고유한 증상을 보인다.

1단계: 카타르기(Catarrhal stage, 1-2주)
이 단계는 감기와 매우 유사한 증상으로 시작된다. 주요 증상으로는 [28], 비강 혼잡, 재채기, 미열, 경한 기침, 전신 무력감 등이 있다 [3]. 이 시기에 환자는 매우 전염성이 강하며, 호흡기 비말을 통해 쉽게 타인에게 전파할 수 있다 [2]. 그러나 증상이 비특이적이기 때문에 종종 진단이 지연된다.

2단계: 파열기(Paroxysmal stage, 1-6주)
이 단계로 접어들면, 기침은 점점 더 심해지고 파열적인 성격을 띤다. 환자는 심한 기침 발작을 경험하며, 이는 몇 분 동안 지속될 수 있고 호흡을 어렵게 만든다 [31]. 기침 발작 후, 환자는 공기를 깊게 들이마시며 특징적인 휘파람 소리(inspiratory whoop)를 내는데, 이는 질병의 이름인 "후킹 기침"의 어원이 되었다 [2]. 이 시기의 기침은 매우 격렬하여 구토를 유발할 수 있으며, 얼굴이 붉어지거나 청색증(피부가 푸른색으로 변하는 현상)을 보일 수 있다 [33]. 또한, 기침으로 인해 심한 피로감과 눈물이 날 수 있다. 이 단계는 수주에서 수개월까지 지속될 수 있어, 백일해는 흔히 "100일 기침"으로 불린다 [27].

3단계: 회복기(Convalescent stage, 수주수개월)
기침 발작의 빈도와 강도가 점차 감소하는 회복 단계이다. 그러나 이 시기에도 환자는 감기 등 다른 호흡기 감염에 의해 기침이 다시 악화될 수 있다. 전체 병의 경과는 종종 610주 이상 지속되며, 이는 환자의 일상생활과 수면에 심각한 영향을 미친다 [35].

연령별 증상의 차이

백일해의 증상은 환자의 연령에 따라 크게 다를 수 있다.

  • 영아 및 신생아(특히 6개월 미만):
    이 연령대에서는 전형적인 기침과 휘파람 소리가 나타나지 않을 수 있다. 대신, 가장 위험한 증상인 무호흡증(호흡이 일시적으로 멈추는 현상)이 발생할 수 있으며, 이는 생명을 위협할 수 있다 [36]. 그 외에 호흡 곤란, 식이 거부, 청색증 등의 증상이 나타날 수 있다. 영아에서 백일해는 폐렴, 경련, 뇌 손상, 심지어 사망에 이를 수 있으므로 매우 위험하다 [4].

  • 청소년 및 성인:
    이들은 백일해에 감염되어도 증상이 경한 경우가 많다. 전형적인 휘파람 소리가 없고, 단순히 오랜 기간 지속되는 기침으로 오인되기 쉽다 [38]. 이로 인해 자신의 감염을 인지하지 못하고 영아와 같은 고위험군에 전파할 수 있어, 질병 확산의 중요한 역할을 한다.

진단 방법

백일해의 진단은 임상 증상과 실험실 검사 결과를 종합적으로 평가하여 이루어진다. 주요 진단 방법은 다음과 같다.

1. 실시간 PCR(Polymerase Chain Reaction)

현재 가장 선호되는 진단 방법이다. 비인두 도말이나 비인두 흡인액을 채취하여 Bordetella pertussis의 유전 물질을 검출한다. 이 방법은 높은 민감도를 가지며, 특히 질병의 초기 3주 이내에 가장 효과적이다 [39]. 결과가 빠르게 나와 임상적 결정을 신속하게 내릴 수 있다. 단, IS481 유전자를 타겟으로 하는 PCR은 B. pertussis 외에도 B. holmesii와 B. bronchiseptica에서도 검출될 수 있어, 이로 인해 가짜 양성 결과가 나올 수 있다. 따라서 더 특이적인 유전자(예: ptxA-pr 또는 BP283)를 타겟으로 하는 PCR이 사용될 수 있다 [40].

2. 배양(Culture)

비인두 도말을 특수 배지(예: Regan-Lowe agar 또는 Bordet-Gengou agar)에 접종하여 박테리아를 배양하는 방법이다. 배양은 높은 특이도를 가지며, 박테리아를 분리할 수 있어 역학 감시 및 항생제 감수성 검사에 유용하다 [41]. 그러나 민감도가 낮으며(12-60%), 검체 채취 후 운반 및 배양 조건이 까다롭고, 결과가 나오는 데 7-10일이 소요되는 단점이 있다. 따라서 임상 현장에서의 신속한 진단에는 한계가 있다 [42].

3. 혈청학적 검사(Serology)

환자의 혈액에서 Bordetella pertussis에 대한 항체를 검출하는 방법이다. 이는 질병의 후기 단계(증상 발현 후 2-3주 이후)에 가장 유용하다. 초기 혈청과 회복기 혈청을 채취하여 항체 역가의 변화(4배 이상 증가)를 확인하는 것이 가장 정확하다. 단일 혈청 검사에서는 IgG anti-PT(백일해 독소에 대한 항체)의 역가를 측정하며, 일반적으로 50-120 IU/ml 이상이면 감염을 의심할 수 있다 [43]. 그러나 최근 백신 접종을 받은 사람의 경우, 백신 성분(예: FHA)에 대한 항체가 생겨 해석에 주의가 필요하다 [44].

진단 알고리즘 및 임상적 접근

질병통제예방센터(CDC)는 백일해를 다음과 같이 정의한다:

  • 확정된 경우: 배양 또는 PCR 검사에서 Bordetella pertussis가 양성인 경우.
  • 의심되는 경우: 2주 이상 지속되는 기침이 있고, 파열성 기침, 휘파람 소리, 또는 기침 후 구토 등의 증상이 있는 경우 [42].

임상에서는 다음과 같은 접근이 권장된다:

  • 3주 이내의 증상 발현: PCR 검사를 우선적으로 시행한다. 특히 3개월 미만의 영아의 경우, 급성기의 PCR 검사는 진단과 치료 결정에 필수적이다 [46].
  • 3주 이후의 증상 발현: PCR과 배양의 민감도가 낮아지므로, 혈청학적 검사를 시행한다.
  • 무호흡, 청색증, 호흡 곤란이 있는 영아: 즉시 입원을 고려하며, PCR 검사를 신속히 시행하고, 증상이 의심되면 항생제 치료를 시작해야 한다 [47].

정확한 진단은 적절한 치료와 격리, 접촉자에 대한 예방적 치료를 가능하게 하며, 질병의 확산을 막는 데 결정적인 역할을 한다.

전파 경로와 역학

Bordetella pertussis는 호흡기 비말(respiratory droplets)을 통해 사람 간에 전파되는 고도로 전염성 있는 병원체이다. 감염된 개인이 기침, 재채기 또는 대화를 할 때 공기 중으로 방출되는 작은 침방울을 흡입함으로써 전염이 발생한다 [2]. 이 전파 방식은 특히 밀폐된 공간(closed environments) 또는 근접 접촉(close contact)이 이루어지는 환경, 예를 들어 가정, 유치원, 학교, 병원 등에서 매우 효과적으로 이루어지며, 이러한 장소에서는 전염 위험이 크게 증가한다 [49]. 이로 인해 감염은 가족 구성원, 학급 또는 의료기관 내에서 빠르게 확산될 수 있으며, 이는 집단 감염(outbreaks)의 주요 원인이 된다 [50].

전파의 시기와 감염력

감염된 개인은 질병의 초기 단계(initial stage), 즉 카타르기(catarrhal phase) 동안 가장 전염성이 강하다. 이 시기는 보통 1~2주간 지속되며, 일반적인 감기와 유사한 증상(콧물, 가벼운 기침, 미열 등)이 나타난다 [51]. 이 시기에는 환자가 병에 걸렸음을 인식하지 못할 수 있어, 의도치 않게 다른 사람들에게 전염시킬 가능성이 높다. 전염 가능성은 질병이 진행되면서 수주간 지속될 수 있으나, 적절한 항생제 치료(antibiotic treatment)를 시작한 후 5일째부터는 일반적으로 전염성이 사라진다 [51]. 따라서 조기 진단과 치료는 개인의 회복뿐만 아니라 지역사회 내 전파를 차단하는 데 매우 중요하다. 항생제를 투여하지 않을 경우, 전염 기간은 3주 이상 지속될 수 있다.

전염병학적 패턴과 글로벌 추세

백일해는 전 세계적으로 3~5년 주기(3-5 year cycles)로 유행하는 경향이 있으며, 이는 고도로 백신 접종이 이루어지는 국가에서도 관찰된다 [53]. 이 주기는 백신 면역의 면역력 감소(waning immunity)와 관련이 있으며, 이로 인해 청소년과 성인에게 감염자가 증가하고, 이들이 백신 접종이 완료되지 않은 영아에게 병원체를 전파하는 보균자(reservoir) 역할을 하기 때문이다 [54]. 최근 몇 년간 전 세계적으로 백일해의 재발생(resurgence)이 보고되고 있다. 2020년대 초반의 감소 이후, 2024년에는 전 세계적으로 약 977,000건의 사례가 보고되어 2018년의 151,000건보다 크게 증가하였다 [55]. 이는 코로나19 팬데믹 기간 동안 백신 접종률이 일시적으로 감소했기 때문으로 추정된다 [56].

지역별 발생률과 백신 접종률의 영향

백일해의 발생률은 지역별로 큰 차이를 보이며, 이는 주로 백신 접종률(vaccination coverage)에 따라 달라진다. 세계보건기구(WHO)와 유니세프(UNICEF)의 자료에 따르면, 2023년 전 세계적으로 1세 아동의 DTP3 백신(디프테리아, 파상풍, 백일해) 접종률은 84%였다 [57]. 이 수치는 상대적으로 안정적이지만, 전염병을 효과적으로 통제하기 위해서는 90% 이상의 접종률이 필요하다는 점에서 충분하지 않다. 백신 접종률이 높은 국가(예: 유럽, 북미)에서는 영아의 발병률이 크게 줄었으나, 청소년과 성인을 중심으로 한 집단 감염이 지속적으로 발생하고 있다. 반면, 백신 접종률이 낮은 국가(예: 멕시코의 일부 지역)에서는 발병률이 급격히 증가하며, 특히 백신을 접종받지 않은 어린이들 사이에서 심각한 사례가 보고되고 있다 [58].

고위험군과 전파의 역학

전파의 역학에서 가장 중요한 점은 영아(infants), 특히 6개월 미만의 영아가 가장 취약한 집단이라는 것이다 [59]. 이들은 백신 접종을 완료하지 않았으며, 면역 체계가 미성숙하여 폐렴, 무호흡증(apnea), 경련, 뇌 손상 및 사망에 이를 수 있는 심각한 합병증을 겪을 위험이 매우 높다. 연구에 따르면, 영아에게 백일해를 전파하는 주요 공급원은 가족 구성원, 특히 어머니와 같은 성인 보호자들이다 [60]. 이들은 증상이 경하거나 무증상일 수 있어, 자신이 감염되었음을 인지하지 못한 채 영아에게 전파할 수 있다. 이러한 전파 경로를 이해하는 것은 보호 전략(protective strategies)을 수립하는 데 핵심적이다. 예를 들어, 임산부의 Tdap 백신(Tdap vaccine) 접종은 태반을 통해 항체를 전달하여 신생아를 보호하는 수동 면역(passive immunity)을 제공함으로써, 영아가 직접 백신을 맞을 수 있을 때까지의 보호 공백을 메우는 데 매우 효과적이다 [61].

치료 및 항생제 내성

*Bordetella pertussis*에 의한 백일해(또는 **후킹 기침)의 치료는 주로 항생제를 중심으로 이루어지며, 특히 마크로라이드 계열 항생제가 일차 치료제로 사용된다. 주요 약물로는 아지스로마이신, 에리스로마이신, **클라리스로마이신**이 있으며, 이들 약물은 세균을 제거하고 증상의 중증도를 줄이며 전파를 예방하는 데 효과적이다 [62]. 특히 아지스로마이신은 6개월 미만의 **영아**에서 선호되며, 5일간의 짧은 요법과 낮은 **위장관 부작용**으로 인해 투여가 용이하다 [63]. 에리스로마이신과 클라리스로마이신도 효과적이지만, 위장 장애가 더 흔하게 나타날 수 있다.

항생제 치료는 카타랄기(감기와 유사한 초기 증상기, 발병 후 1~2주 이내)에 조기에 시작할 경우 가장 효과적이다. 이 시기에 치료를 시작하면 기침 발작의 발현을 예방하거나 완화시킬 수 있다. 그러나 증상이 시작된 지 3주 이후에는 항생제가 증상 완화에 미치는 효과가 제한적이지만, 여전히 세균을 제거하여 **전염성**을 줄이는 데 기여한다. 항생제 치료를 시작한 후 5일이 지나면 환자는 일반적으로 더 이상 전염성이 없으므로, 이 기간 동안 격리 조치를 유지하는 것이 중요하다 [64]. 항생제를 사용하지 않은 경우, 증상 시작 후 최소 21일까지 전염 가능성이 있으므로 격리 기간이 길어진다 [65].

중증 사례 및 지원 치료

중증의 경우, 특히 **신생아**와 어린 **어린이**에서는 입원 치료가 필요할 수 있다. 입원의 주요 적응증으로는 무호흡, 청색증, 호흡 곤란, 탈수 또는 **폐렴**과 같은 합병증이 있다 [66]. 입원 시에는 산소 공급, 정맥 내 수액 요법, 기침 발작에 대한 모니터링 등 포괄적인 **지지 치료**가 제공된다 [47]. 특히 6개월 미만의 영아는 중환자실(ICU)에서 치료를 받아야 할 수도 있으며, 이들 환자에서는 **저산소증**이나 무호흡 발생 시 즉각적인 **호흡 지원**이 필요하다 [68].

항생제 내성의 출현과 임상적 영향

최근 들어 Bordetella pertussis의 **항생제 내성**이 점차 증가하는 추세이며, 이는 전 세계적인 백일해 통제에 중대한 위협이 되고 있다. 특히 마크로라이드 계열 항생제에 대한 내성이 보고되고 있으며, 중국에서는 2020년부터 2024년 사이에 검사된 균주 중 90% 이상이 마크로라이드에 내성을 보였으며, 이는 **23S rRNA 유전자**의 A2037G 변이와 관련이 있다 [69]. 일본과 핀란드에서도 마크로라이드 내성 균주에 의한 집단 발생이 확인되었으며, 이는 내성 균주의 활발한 전파를 시사한다 [70][71]. 이 변이는 세균의 리보솜에 항생제가 결합하는 부위를 변경하여, 아지스로마이신, 에리스로마이신, 클라리스로마이신의 작용을 차단한다 [69].

이러한 항생제 내성은 임상적으로 심각한 영향을 미친다. 항생제 치료에도 불구하고 세균이 제거되지 않거나 전파가 지속되는 치료 실패 사례가 보고되고 있으며, 이는 전염 기간을 연장시키고 집단 발생의 위험을 증가시킨다 [73]. 내성 균주가 확산됨에 따라 기존의 일차 치료제의 효과가 약화될 수 있다.

내성 균주에 대한 대체 치료 및 예방 전략

마크로라이드 내성 균주가 의심되거나 확인된 경우, 대체 치료제가 필요하다. 2개월 이상의 환자에게는 트리메트로프림-설파메톡사졸(코트림옥사졸)이 사용 가능한 대안으로, 이는 세균의 엽산 합성을 저해하여 작용한다 [74]. 그러나 2개월 미만의 **신생아**에서는 핵황달 위험으로 인해 금기이다 [75]. 성인에게는 테트라사이클린 계열 약물이 사용될 수 있으나, 어린이에게는 치아 착색 등의 부작용으로 인해 금기이다 [66].

항생제 내성의 확산을 막기 위해서는 **유전체 감시**가 필수적이다. PCR 기술을 활용하면 임상 검체에서 직접 A2037G 변이를 신속하게 검출할 수 있어, 내성 여부를 조기에 진단하고 적절한 치료 및 격리 조치를 결정하는 데 도움이 된다 [77]. 또한, **예방접종**은 항생제 치료를 대체하는 가장 효과적인 전략이다. DTaP 백신 및 **Tdap 백신**의 꾸준한 접종은 감염 자체를 예방함으로써 항생제 사용을 줄이고, 내성 균주의 선택 압력을 낮추는 데 기여한다 [74]. 특히 **임산부**의 백신 접종은 신생아를 보호하여 가장 취약한 집단을 지키는 핵심적인 공중보건 전략이다 [79].

예방 전략과 백신

*Bordetella pertussis*에 의한 백일해(pertussis)는 **예방접종**을 통해 효과적으로 예방할 수 있는 질환이다. 전 세계적으로 DTaP 백신(디프테리아, 파상풍, 백일해)과 Tdap 백신(성인용 백일해 백신)의 도입으로 1940년대 이후 백일해의 발생률이 크게 감소하였다 [6]. 그러나 최근 들어 백신 면역의 면역력 감소, 백신 압력에 의한 세균의 유전적 진화, 그리고 **항생제 내성**의 출현 등으로 인해 백일해의 재발생이 보고되고 있어, 지속적인 예방 전략의 강화가 요구되고 있다 [7].

백신 접종 전략

백신 접종은 백일해 예방의 핵심 전략이다. 현재 사용되는 주요 백신은 어린이용 **DTaP 백신**과 성인 및 임신부용 **Tdap 백신**으로 구분된다 [82].

  • DTaP 백신: 만 7세 미만의 어린이에게 접종되는 백신으로, 2개월, 4개월, 6개월, 1518개월, 그리고 46세의 5회 접종이 권장된다 [82]. 이 백신은 디프테리아, 파상풍, 백일해를 예방한다.
  • Tdap 백신: 어린이 이후의 성인, 특히 청소년, 성인, 임신부를 위한 **부스터 백신**이다. 일반적으로 11~12세에서 한 차례 접종을 권장하며, 이후 10년마다 Td 백신(디프테리아-파상풍)으로 부스터를 실시한다 [84].

임신부의 Tdap 백신 접종은 특히 중요하다. 임신 중기인 27~36주 사이에 접종하면, 모체에서 생성된 **항체**가 태반을 통해 태아에게 전달되어, 생후 초기 면역력이 형성되기 전까지 신생아를 보호하는 **수동면역**을 제공한다 [85]. 이 전략은 신생아의 백일해 발생률과 중증도를 크게 낮춘 것으로 입증되었다 [86].

주요 백신 항원과 면역 반응

백일해 무세포 백신(aP)은 세균의 주요 병원성 항원들을 정제하여 제조된다. 주요 항원은 다음과 같다 [87].

  • 백일해 독소(PT): 가장 중요한 항원으로, 독소의 활성을 제거한 독소백신(toxoid) 형태로 포함된다. 이 항원은 중화 항체를 유도하여 백일해의 주요 증상(기침 발작, 백혈구 증가)을 억제한다 [88].
  • 섬유모 혈구응집소(FHA): 기도 점막에 세균이 부착되는 것을 방지하는 항체를 생성한다 [89].
  • 퍼랙티나(Prn): 세균 표면의 부착 단백질로, 항체가 이 단백질에 결합하면 세균의 부착이 저해된다 [90].
  • 균모(Fim2, Fim3): 세균의 응집과 부착을 돕는 구조물로, 이에 대한 항체는 세균의 확산을 억제한다 [91].

이러한 항원들은 함께 작용하여 체액성 면역 반응을 유도하지만, 무세포 백신은 **세포성 면역****(특히 Th1/Th17 반응)을 유도하는 능력이 제한적이다. 이는 백신의 보호 효과가 시간이 지남에 따라 감소하는 원인 중 하나로 여겨진다 [92].

성인 및 청소년의 부스터 접종

백일해 백신의 면역 효과는 시간이 지남에 따라 감소하며, 이 현상을 **면역력 감소**라고 한다. 무세포 백신의 보호 효과는 접종 후 49년 사이에 크게 줄어들며, 연간 약 210%씩 효과가 감소한다 [93]. 이로 인해 백신을 접종한 성인과 청소년도 감염될 수 있으며, 이들은 증상이 경미하거나 무증상으로 전염자 역할을 하여, 면역이 없는 영아에게 병을 옮길 수 있다 [94]. 따라서 성인과 청소년에 대한 **부스터 접종**은 매우 중요하며, 이들은 **군집면역**을 유지하고 영아를 보호하는 핵심적인 역할을 한다 [95].

백신의 제한사항과 향후 전략

현재의 무세포 백신은 질병의 중증도를 크게 낮추는 데 매우 효과적이지만, 몇 가지 제한사항이 있다. 첫째, **면역력 감소**로 인해 장기적인 보호가 어렵다. 둘째, 백신 접종 압력 아래에서 **퍼랙티나**를 생산하지 않는 **백신 회피 균주**가 등장하여, 백신의 효과를 일부 저하시킬 수 있다 [96]. 셋째, 무세포 백신은 **점막 면역**을 유도하지 못하므로, 세균의 점막 부착과 전파를 완전히 차단하지는 못한다 [97].

이러한 문제를 해결하기 위한 전략으로는, 더 많은 항원을 포함한 3세대 백신 개발, 비강 투여 백신(점막 면역 유도), 외막 소포체(OMV) 백신 등이 연구되고 있다 [98]. 또한, 공중보건 정책 차원에서 임신부와 보호자 접종, 청소년 및 성인의 부스터 접종률 향상, 그리고 **건강 교육**을 통한 백신 수용성 증진이 지속적으로 추진되어야 한다 [7].

백신의 면역학적 기전

*백일해균*에 대한 백신은 인체의 면역 체계를 자극하여 병원균에 대한 보호를 제공하는 복잡한 면역학적 기전을 유도한다. 현재 사용되는 주요 백신인 [100]과 [101]은 무세포 백신으로, 살아있는 세균을 포함하지 않고 대신 정제된 주요 항원들을 함유하고 있다. 이러한 백신은 병원균의 핵심 구성 요소에 대한 면역 반응을 유도함으로써 질병을 예방한다. 백신의 효과는 단순한 항체 생성을 넘어서며, 적응성 면역과 선천성 면역의 상호작용을 포함한다.

주요 항원과 면역 반응

무세포 백신은 Bordetella pertussis의 병원성에 핵심적인 역할을 하는 네 가지 주요 항원을 포함한다: [102], [103], [104], 그리고 균모(Fim2 및 Fim3). 각 항원은 독특한 방식으로 면역 반응에 기여한다.

[102]는 가장 중요한 항원으로, 백신에선 비독성 형태인 톡소이드(PTd)로 존재한다. 이는 강력한 중화 항체를 유도하여 독소의 활성을 차단하고, 림프구 증가증과 같은 임상 증상을 예방한다 [106]. 또한 PTd는 T 세포 도움세포 1형(Th1)과 17형(Th17) 반응을 유도하여 점막 면역과 병원균 제거에 중요한 역할을 한다 [92]. [103]는 박테리아가 호흡기 상피세포에 부착하는 것을 돕는 부착 인자로, 백신에 포함된 FHA는 부착을 방해하는 항체를 유도하여 초기 감염을 예방한다. FHA는 또한 상승 작용을 통해 다른 항원들의 면역 반응을 강화한다 [109]. [104]은 세균 표면의 또 다른 주요 부착 인자이며, 이에 대한 항체는 부착을 차단하고 옵소니화를 통해 박테리아의 포식을 촉진한다 [90]. 그러나 최근에는 백신 압력으로 인해 퍼랙틴을 발현하지 않는 균주가 출현하여 백신 효과에 대한 우려를 낳고 있다 [112]. [113]는 세균의 응집과 부착을 돕는 단백질 구조물로, 균모에 대한 항체는 세균의 응집을 유도하고 확산을 억제한다. 이는 세로형 특이적인 면역을 제공한다 [23].

면역 반응의 질과 지속성

무세포 백신이 유도하는 면역 반응은 과거에 사용된 전세포 백신과 질적으로 다르다. 전세포 백신은 박테리아 전체를 불활성화한 것으로, 보다 균형 잡힌 Th1/Th17 반응과 강력한 세포매개 면역을 유도하여 더 오랜 기간 동안의 보호를 제공한다 [115]. 반면, 무세포 백신은 주로 Th2형 반응을 유도하여 강력한 항체 반응을 유도하지만, Th1/Th17 반응은 상대적으로 약하다 [92]. 이로 인해 무세포 백신은 질병의 중증도를 효과적으로 줄이지만, 호흡기 점막에서의 병원균의 무증상 정착과 전파를 완전히 막지는 못하는 것으로 여겨진다. 이는 무세포 백신 접종자들이 감염되어 병원균을 전파할 수 있는 잠재적인 저장소가 될 수 있음을 의미한다.

또한, 무세포 백신의 보호 효과는 시간이 지남에 따라 감소하는 특성이 있다. 연구에 따르면 접종 후 4~9년 사이에 면역력이 크게 감소하며, 연간 2%에서 10%의 효능이 감소하는 것으로 추정된다 [93]. 이는 면역력 감소로 알려져 있으며, 청소년과 성인에서의 백일해 재발생의 주요 원인 중 하나이다. 반면, 자연 감염 후 획득하는 면역은 일반적으로 7년에서 20년까지 지속되며, 보다 강력하고 지속적인 Th1/Th17 반응을 기반으로 한다 [118].

백신 기반 보호 전략

무세포 백신의 면역학적 한계를 극복하기 위해, 전 세계적으로 포괄적인 백신 전략이 채택되고 있다. 그 핵심은 임신 중 백신 접종과 부스터 접종이다. 임신 중 Tdap 백신을 접종하면, 모체에서 생성된 IgG 항체가 태반을 통해 태아로 전달되어 출생 직후부터 신생아에게 수동 면역을 제공한다. 이는 생후 처음 몇 개월 동안 백일해에 가장 취약한 시기에 신생아를 보호하는 매우 효과적인 방법이며, 효과는 90% 이상으로 보고된다 [86].

또한, 면역력 감소를 보완하기 위해 청소년기(11~12세)와 성인기에 Tdap 부스터 접종을 권장한다. 이는 개인의 면역을 강화할 뿐만 아니라, 어린이와 신생아와 밀접한 접촉을 하는 성인의 전파 가능성을 줄여 군집 면역을 강화하는 역할을 한다. 이러한 전략은 코쿤 전략(신생아 주변의 모든 접촉자들을 면역화)의 개념을 포함하며, 신생아를 직접 보호하는 중요한 수단이다 [120]. 이러한 복합적인 접근은 백신이 유도하는 면역 반응의 특성을 고려하여, 단기적인 항체 반응과 장기적인 전파 차단을 동시에 달성하려는 것이다. 미래에는 무세포 백신의 한계를 극복하기 위해, 점막 면역을 유도하는 비강 내 백신이나 더 많은 항원을 포함하는 차세대 백신의 개발이 활발히 진행되고 있다 [92].

고위험군과 보호 전략

Bordetella pertussis에 의한 백일해는 모든 연령층에서 발생할 수 있지만, 특정 인구 집단은 합병증과 사망 위험이 훨씬 더 높기 때문에 고위험군으로 분류된다. 이러한 집단에 대한 보호는 공중보건 전략의 핵심이다. 특히 **영아**와 **신생아**는 면역 체계가 미숙하고 백일해 백신 접종을 완료하지 않았기 때문에 가장 취약한 대상이다. 이들 집단은 폐렴, 무호흡(호흡 중단), 경련, 뇌 손상, 청색증(피부가 푸르스름하게 변함) 등 중증 합병증에 걸릴 위험이 크며, 사망으로 이어질 수도 있다 [4]. 실제로, 백일해로 인한 사망의 대부분은 6개월 미만의 영아에서 발생하며, 이는 그들의 높은 취약성을 입증한다 [59].

고위험군의 특성과 전염 경로

고위험군은 단순히 어린 아동뿐만 아니라, 면역저하자, 임산부, 노인 등도 포함된다. 그러나 신생아 및 영아의 경우, 전염원이 주로 가족 구성원인 성인이나 형제자매라는 점이 특징이다. 성인과 청소년은 백일해에 감염되어도 증상이 감기처럼 경미하거나 무증상일 수 있어, 자신이 병원균을 전파하고 있다는 것을 인지하지 못한다 [33]. 이들은 **호흡기 비말**을 통해 기침이나 재채기를 할 때 Bordetella pertussis를 방출하며, 이를 가까이 있는 신생아가 흡입하면 감염된다. 연구에 따르면, 영아의 백일해 감염원 중 최대 80%가 부모, 형제자매, 조부모 등 가까운 가족 구성원으로부터 온다 [125]. 이는 신생아를 직접 보호하는 것뿐만 아니라, 그 주변 사람들의 면역 상태를 관리하는 것이 얼마나 중요한지를 보여준다.

주요 보호 전략: 면역 환경 조성

고위험군을 보호하기 위한 가장 효과적인 전략은 직접적인 면역과 간접적인 면역을 결합하는 것이다. 첫 번째 핵심 전략은 **예방접종**이다. 그러나 영아는 생후 2개월이 되어야 첫 번째 DTaP 백신 접종을 받을 수 있기 때문에, 그 이전 기간 동안은 다른 보호 장치가 필요하다. 이를 해결하기 위한 두 가지 주요 전략은 임산부 백신 접종(Tdap)과 주변인 보호 전략(cocooning)이다.

임산부 백신 접종 (Tdap)

임산부에게 **Tdap 백신**을 투여하는 것은 신생아를 보호하는 가장 효과적인 방법 중 하나이다. 임신 중기 후반, 특히 임신 27주에서 36주 사이에 Tdap 백신을 접종하면, 산모가 생성한 항체(특히 IgG)가 태반을 통해 태아에게 전달된다 [126]. 이는 신생아에게 **수동 면역**을 제공하여, 생후 초기 면역 체계가 미숙한 시기에 백일해로부터 보호한다. 이 전략은 효과가 매우 뛰어나며, 생후 2개월 이전의 신생아에서 백일해 발생을 90% 이상 예방할 수 있고, 중증 질환으로 인한 입원률과 사망률을 크게 감소시킨다 [86]. 세계보건기구(WHO)와 질병통제예방센터(CDC)는 모든 임신부가 매 임신 시기마다 Tdap 백신을 접종할 것을 권장한다 [128].

주변인 보호 전략 (Cocooning)

이 전략은 신생아와 밀접하게 접촉하는 모든 사람들을 백신으로 면역화하여, 신생아를 감염원으로부터 보호하는 '면역의 고리'를 형성한다는 개념이다. 대상은 부모, 형제자매, 조부모, 간병인 등이다. 이들은 Tdap 백신을 접종함으로써 자신이 백일해에 걸리거나 전파하는 것을 막을 수 있다 [120]. 그러나 이 전략은 실제 적용에서 어려움이 있다. 성인의 백신 접종률이 낮고, 모든 접촉자를 추적하고 접종을 완료하는 것이 현실적으로 어렵기 때문에, 임산부 백신 접종만큼 효과적이지 않다는 연구 결과가 있다 [130]. 그럼에도 불구하고, 특히 가족 중에 백일해 감염자가 발생한 경우, 접촉자에게 **항생제**를 투여하여 전파를 막는 예방적 항생치료(prophylaxis)는 매우 중요한 보완 전략이다 [131].

지속 가능한 보호를 위한 종합적 접근

지속적인 보호를 위해서는 단기적인 전략뿐만 아니라, 장기적인 **군집 면역**을 구축하는 것이 필수적이다. 이는 인구의 70%에서 90% 이상이 면역 상태에 있어야 가능하며 [132], 이를 위해 청소년과 성인 대상의 백신 접종 강화가 필요하다. Tdap 백신의 면역 효과는 시간이 지남에 따라 감소하며, 4~9년 후에는 보호 효과가 크게 떨어진다 [93]. 따라서, 청소년기(11~12세)와 성인기에 Tdap 백신을 정기적으로 접종하는 것이 중요하다. 이는 단순히 개인을 보호하는 것을 넘어, 백일해의 전반적인 유행을 억제하고, 고위험군을 간접적으로 보호하는 데 기여한다. **공중보건 정책**은 이러한 전략을 성공적으로 이행하기 위해, 교육, 캠페인, 의료 시스템 접근성 향상, 그리고 **건강 형평성**을 보장하는 데 중점을 두어야 한다 [7]. 특히, 의료 접근성이 낮은 지역사회나 소외된 집단에게도 백신이 공평하게 제공될 수 있도록 하는 것이, 백일해의 재발생을 막는 궁극적인 열쇠이다.

공중보건 정책과 과제

*보르데텔라 퍼투시스*에 의한 백일해(후킹 기침)는 예방 가능한 질환임에도 불구하고 전 세계적으로 재발생이 보고되고 있으며, 이는 공중보건 정책에 중대한 과제를 제기하고 있다. 1940년대 이후 예방접종 프로그램 덕분에 백일해 발생률은 급격히 감소하였으나, 최근 들어 면역력 감소, 백신 압력에 의한 세균의 유전적 진화, **항생제 내성**의 출현, 그리고 **예방접종 회의주의**와 같은 복합적인 요인이 작용하며 질병의 재확산이 나타나고 있다 [7]. 이러한 추세는 기존의 공중보건 전략을 재검토하고 강화할 필요성을 시사한다.

백일해 재발생의 주요 원인과 공중보건적 도전

백일해의 재발생은 단일한 원인이 아닌, 다층적인 요인들이 복합적으로 작용하는 결과이다. 첫째, 면역력 감소는 주요 원인 중 하나이다. 특히 **DTaP 백신**과 **Tdap 백신**으로 알려진 **백신**은 전신 반응이 적어 안전성이 높지만, 그 보호 효과가 시간이 지남에 따라 감소하는 것으로 알려져 있다. 이로 인해 **청소년**과 **성인**은 감염에 취약해지며, 증상이 경하거나 무증상인 경우가 많아 **영아**에게 무의식적으로 병원체를 전파하는 **감염원**이 된다 [7]. 둘째, 백신 압력에 의한 세균의 유전적 진화는 또 다른 심각한 도전이다. 백신에 포함된 퍼탁틴(Prn)과 같은 주요 항원에 대한 면역 선택 압력으로 인해, **퍼탁틴 결핍 균주**가 출현하고 확산되고 있다. 이 균주들은 백신으로 유도된 항체의 인식을 피할 수 있어, 백신의 효과를 약화시킨다 [96]. 셋째, 항생제 내성의 출현은 치료의 핵심인 마크로라이드 계열 항생제(예: 아지트로마이신, 에리스로마이신)의 효과를 저하시킬 수 있다. 중국, 일본, 핀란드 등지에서 **에리스로마이신**에 대한 내성을 가진 균주가 보고되었으며, 이는 치료 실패와 전파 지속의 위험을 증가시킨다 [70]. 마지막으로, 예방접종 회의주의와 **예방접종률 저하**는 코로나19 팬데믹 기간 동안 두드러지게 나타났으며, 이로 인해 면역력이 없는 어린이 집단이 형성되어 백일해의 재확산을 촉진하였다 [139].

핵심 공중보건 전략: 예방접종 강화와 포괄적 접근

백일해의 재확산을 막기 위한 핵심은 예방접종률의 회복과 강화에 있다. 세계보건기구(WHO)와 **PAHO**는 모든 국가가 DTP3 백신(디프테리아, 파상풍, 백일해 3차 접종)의 95% 이상의 고도 접종률을 달성할 것을 권고하고 있다. 그러나 2023년 전 세계 DTP3 접종률은 84%에 머물며, 약 1450만 명의 어린이가 한 차례도 백신을 접종받지 못한 것으로 추정된다 [57]. 이러한 **건강 불평등**은 빈곤층, 농촌 지역, 이주민 등 **취약 집단**에서 더욱 심각하다 [141]. 이를 해결하기 위해선 확대된 예방접종 프로그램(EPI)의 강화와 함께, 이동 진료소 운영, 예방접종 일정 안내 시스템 구축, 지역사회 보건 인력 활용 등 **지역사회 기반의 전략**이 필요하다.

특히 **임산부 예방접종**은 가장 효과적인 전략 중 하나이다. 임신 중기 후반(임신 27~36주)에 Tdap 백신을 접종하면, 모체에서 생성된 **IgG 항체**가 태반을 통해 태아로 전달되어, 생후 2개월 이전에 백일해 백신을 접종할 수 없는 신생아에게 **수동 면역**을 제공한다. 이 전략은 생후 2개월 이하 영아의 백일해 발생률을 90% 이상 감소시키고, 입원율과 사망률을 크게 줄인 것으로 입증되었다 [86]. 또한, 코쿤 전략(영아 주변 가족 및 보호자 접종)도 중요하지만, 실질적인 효과는 임산부 예방접종보다 제한적이다 [143]. 따라서 임산부 예방접종을 국가 예방접종 프로그램에 포함시키는 것은 필수적이다. 페루, 에콰도르, 콜롬비아 등 일부 라틴 아메리카 국가들은 이미 이 정책을 시행하고 있다 [144].

지속 가능한 예방접종 시스템 구축과 정책 통합

지속 가능한 예방접종 시스템을 구축하기 위해서는 **추가 접종**의 정례화가 중요하다. 청소년기에 한 차례, 이후 성인기에 10년마다 Tdap 백신으로 파상풍-디프테리아-백일해 백신을 접종하는 것이 권장된다 [145]. 이는 성인 감염을 줄이고, 영아를 보호하는 데 기여한다. 이를 성공적으로 정착시키기 위해서는 예방접종 기록 시스템을 개선하고, 진료소 방문 시 자동으로 추가 접종 여부를 확인하는 시스템을 도입하는 것이 효과적이다.

또한, 공중보건 정책은 **보건 커뮤니케이션**과 **위험 소통**을 강화해야 한다. 백신의 안전성과 효과성에 대한 과학적 정보를 명확하고 접근 가능한 언어로 제공하고, SNS 등을 통한 **가짜 뉴스**와 **허위 정보**에 적극적으로 대응해야 한다. 의료진은 예방접종을 권고하는 데 있어 가장 신뢰받는 정보원이므로, 그들의 교육과 훈련이 필수적이다 [146]. 마지막으로, 역학 감시 시스템을 강화하여 질병의 유행 상황과 균주의 유전적 변화를 실시간으로 모니터링하고, 이를 바탕으로 백신 전략을 유연하게 조정할 수 있어야 한다. 이러한 포괄적이고 통합된 접근이야말로 백일해의 재확산을 효과적으로 통제하고, 가장 취약한 **신생아**와 **영아**를 보호할 수 있는 유일한 길이다 [147].

참고문헌