A Safe and Aseptic Method of Benzalkonium Chloride Dilution for Preoperative Facial Skin and Mucosa Preparation

Article information

J Wound Manag Res. 2022;18(2):114-118
Publication date (electronic) : 2022 June 30
doi : https://doi.org/10.22467/jwmr.2022.02012
Department of Plastic and Reconstructive Surgery, Hallym University Kangnam Sacred Heart Hospital, Hallym University College of Medicine, Seoul, Korea
Corresponding author: In Suck Suh, M.D., Ph.D. Department of Plastic and Reconstructive Surgery, Hallym University Kangnam Sacred Heart Hospital, Hallym University College of Medicine, 1 Singil-ro, Yeongdeungpo-gu, Seoul 07441, Korea Tel: +82-2-829-5182 Fax: +82-2-847-5183 E-mail: sismdps@gmail.com
Received 2022 May 17; Revised 2022 June 13; Accepted 2022 June 13.

Abstract

Background

Benzalkonium chloride (BAC) is widely used as an effective antiseptic and disinfectant not only in plastic surgery, but also in everyday life. BAC has an advantage over other antiseptics used for preoperative skin preparation, such as povidone-iodine and chlorhexidine because it causes less irritation of the skin and mucosa and is less toxic. Nonetheless, when BAC is used at higher than desired concentrations, there is a possibility of adverse effects.

Methods

Prior to May 2020, 10 mL of 10% BAC was mixed with 1,000 mL of distilled water and diluted to 0.1% on a weekly basis. Afterwards, the method of diluting BAC was modified; for each patient, 1.3 mL of 10% BAC and 100 mL of normal saline were mixed immediately before facial surgery.

Results

From March 2007 to May 2020, 0.1% BAC was used for preoperative skin and mucosa preparation. Erroneous dilution of BAC has caused four cases of chemical burns. All the cases were attributed to human error that resulted in higher than desired concentrations of BAC in the antiseptic solution. All the affected patients suffered from firstdegree and superficial second-degree chemical burns; how-ever, they were healed uneventfully through proper wound management. Since the application of the dilution method changed since May 2020, no complications have been reported.

Conclusion

We have devised a safe and aseptic method for diluting BAC. The new dilution method, which yields a constant concentration of BAC, can be used for preoperative skin and mucosa preparation without accidents.

서론

벤잘코늄 클로라이드(benzalkonium chloride, BAC)는 살균 및 소독 효과가 좋아 성형외과 수술뿐 아니라 일상생활에서도 널리 사용되는 물질이다[1,2]. 이용 목적에 따라 농도를 다르게 사용하며 의료용, 가정용, 공업용 등 다양한 용도로 유용하고 빈번하게 사용되는 BAC가 포함된 소독제만 하더라도 국제적으로 약 80억 달러 이상의 시장 규모를 가질 정도이다[1]. 예를 들어 한 보고에 따르면 의료용 목적의 소독제는 0.03%에서 0.2%, 점안액의 첨가물은 0.004%에서 0.02%, 손소독제는 0.1%의 농도로 시판되고 있다[1]. 특히 성형외과 수술에서 안면부 수술 전 피부준비(skin preparation) 목적으로 1935년부터 사용되고 있으며[3], Rubin과 Neligan이 편찬한 Plastic Surgery Volume 2: Aesthetic Surgery의 저자 중 Marten과 Elyassnia [4] 또한 수술 전 피부준비를 위한 BAC를 1:750의 농도로 사용하는 것을 언급하였다.

BAC는 수술 전 피부준비 시 널리 사용되고 있는 포비돈-아이오딘(povidone-iodine, PVP-I)과 클로르헥시딘(chlorhexidine, CHX)과 비교하였을 때 소독 효과는 비슷하고[5] 피부 및 점막 자극 그리고 독성이 낮은 장점이 있어, 본원에서는 BAC를 안면부를 포함한 피부 및 점막 수술 전 피부준비에 사용하는 것을 선호한다[68]. 다만 BAC 역시 부적절한 경로 및 농도로 사용할 시 부작용이 발생할 가능성이 있어 이를 방지하기 위해 사용목적에 알맞은 농도로 희석하여야 하며 Favero (2007)에 의하면 소독을 위한 BAC의 농도로 0.1%에서 0.2%를 권고하고 있다[9].

하지만 PVP-I, CHX와 달리 BAC는 수술 전 피부준비의 목적으로 국내에서 희석되어 시판되는 제품이 없어 본원에서는 BAC를 자체 희석하여 수술 전 피부준비 시에 사용해왔었으며, 2020년 5월 이전에는 일주일에 한 번씩 0.1%의 농도로 희석하여 사용하였다. 그러나 의료기관평가인증원에서 희석방법의 무균성 및 안전성에 대해 의문을 제기하였으며[10], 실제로 2020년 5월 이전에는 희석과 관련한 합병증이 4건 발생하였다. 2019년 Merchel Piovesan Pereira와 Tagkopoulos [1]는 항균 및 소독을 위한 BAC의 농도로 0.13%를 권고하였기에 본원에서는 2020년 5월 이후에는 무균성 및 안전성을 유지하며 항상 일정한 농도의 0.13% BAC로 희석하는 방법을 새로 고안하여 사용하고 있다. 현재까지 보고된 합병증은 없다.

안면 성형 및 피부, 점막 부위 수술 전 BAC의 사용과 관련한 많은 보고가 있지만, 이를 위한 희석방법의 제시는 보고된 바가 없는 실정으로 본원에서 새로이 고안한 BAC의 안전한 무균적 희석방법을 제시하고자 한다.

방법

본원 성형외과에서는 2007년 3월부터 2022년 4월까지 2,521건에 이르는 안면부를 포함한 피부 및 점막 수술 전 피부준비에 BAC를 사용해왔다. 2007년 3월부터 2020년 5월까지는 수술실에서 자체적으로 1주에 한 번씩 10밀리리터의 10% BAC를 1,000밀리리터의 멸균증류수와 희석하여 0.1%의 농도로 수술 전 피부준비에 사용하였다(Fig. 1). 2020년 5월 이후에는 새로운 방법으로 다음과 같이 희석을 진행하였다. 본원 약국에서 소독된 주사기에 10% BAC를 1.3밀리리터씩 무균적으로 소분하였다. 그리고 주사기에 소분된 10% BAC 1.3밀리리터를 약국에서 전달받아 수술실에서 피부준비 직전에 100밀리리터의 생리식염수와 희석하면 0.13% BAC가 만들어진다. 이렇게 무균적으로 희석된 0.13% BAC를 안면부를 포함한 피부 및 점막 수술 전 피부준비에 수술마다 한 번씩 이용하고 있다(Fig. 2). 수술 후 남은 BAC는 재사용하지 않고 그때마다 폐기 처리한다. 희석법을 변경한 이후에는 무균적으로 안전하게, 항상 일정한 농도로 BAC를 희석할 수 있었다. BAC를 희석하여 사용하는 상기 두 가지 방법의 장, 단점 및 합병증에 대해 자료 분석하여 비교하였다.

Fig. 1.

Dilution method used before May 2020. (A, B) Ten milliliters of 10% benzalkonium chloride was mixed with 1,000 mL of distilled water and diluted to 0.1% on a weekly basis.

Fig. 2.

New dilution method used after May 2020. (A) One point three milliliters of 10% benzalkonium chloride from in-hospital pharmacy and 100 mL of normal saline. (B-D) One point three milliliters of 10% benzalkonium chloride and 100 mL of normal saline were mixed aseptically immediately before surgery.

본 연구는 한림대학교성심병원 임상위원회의 승인(IRB No. 2022-05-030)을 받았으며, 환자에게서 사진 촬영 및 사용에 대한 동의서를 취득하여 수행되었다.

결과

2007년 3월부터 2020년 5월까지 본원에서 시행된 2,192건의 안면부를 포함한 피부 및 점막 수술에서 0.1% BAC를 사용하였으며 이 중 4 명의 환자에서 BAC를 희석하는 과정의 오류로 인하여 0.1% BAC가 아닌 1% BAC가 사용되어 합병증이 발생하였다. 화상의 정도는 1도에서 표층 2도의 화학화상이었으며(Fig. 3), 4건 모두 적절한 창상 관리를 통하여 심한 흉터 등의 후유증 없이 치유가 잘 되었다.

Fig. 3.

Examples of complications caused by inappropriate dilution before May 2020. Clinical photographs of patients with (A-C) first–degree chemical burn and (D-F) superficial second-degree chemical burn which all healed without complications through appropriate wound management.

0.1%의 농도로 희석하던 이전 방법은 합병증이 발생한 2020년 5월 이후로 사용하지 않았으며, 2020년 5월부터 2022년 4월까지의 329건의 안면부를 포함한 피부 및 점막 수술에서는 무균적으로 희석된 0.13% BAC를 수술 전 피부준비에 수술마다 한 번씩 이용하였고 피부 자극, 눈 점막 자극, 화상 등의 피부 및 점막 관련 합병증은 발생하지 않았다. 국내에 수술 전 피부준비의 목적으로 상품화된 BAC 제품은 없지만, 본원이 고안한 새로운 희석법으로 변경한 이후에는 매 번 일정한 농도로 희석된 BAC를 안전하게 얻을 수 있어 상품화된 것을 사용하는 것과 비슷한 효과를 가져올 수 있었다.

고찰

BAC는 살균성이 있는 양이온성 계면활성제(bactericidal cationic surfactant)로서 희석된 농도에 따라서 성형외과 영역 및 실생활에서 다양하고 유용하게 쓰이고 있다[1,2,11]. BAC의 유용성은 1935년 Ger-hard Domagk에 의해 처음 보고되었으며, 이를 이용하여 성능이 우수한 살균제와 소독제로 판매되었다[3]. 1947년에 BAC가 첨가된 품목이 미국 환경보호국(Environmental Protection Agency, EPA)의 승인을 처음으로 받았으며[11], 이후로 BAC는 가정용, 공업용, 의료용 등의 목적으로 널리 사용되었다. 흔히 알려진 사용처로는 점안액의 보존제, 손소독제 및 세정제, 비누 및 가글, 로션 등이 있다. 이러한 다양한 사용처에 따라 BAC의 농도 또한 다양하게 설정된다[1,2,11]. 참고 문헌 및 사용처에 따라 그 설정된 농도는 각기 다르지만, 미국의 경우 BAC의 사용 및 제한에 대한 사항을 EPA와 미국 식품의약국(Food and Drug Administration)에서 권고하고 있다[6]. Merchel Piovesan Pereira와 Tagkopoulos [1]가 보고한 바에 따르면 의료용 소독제는 0.03%에서 0.2%, 점안액의 첨가물은 0.004%에서 0.02%, 손소독제는 0.1%의 정도의 농도로 설정되어 시판되고 있다.

BAC 이외에 수술 전 피부준비를 위하여 사용되는 흔한 물질로는 PVP-I와 CHX이 있다. 아이오딘은 1811년 이래로 살균력의 우수함을 인정받아 약 150년가량 창상 감염을 예방하고 치료하는 데에 사용되어 왔다. 하지만 피부 자극(skin irritation) 및 심한 착색이 문제가 되어 이 문제점을 개선한 PVP-I를 1950년대부터 사용해오고 있다. PVP-I 역시 BAC와 마찬가지로 의료 영역뿐만 아니라 그 외의 다양한 영역에서도 사용되고 있으며, 피부준비의 목적으로는 7.5%에서 10%의 농도로 설정된다. 특히 PVP-I와 알코올 용액이 혼합되어 흔히 사용되는데 적용 시간이 빠르고, 용액이 마르는 시간이 짧으며 PVP-I 특유의 색으로 피부준비가 적용된 영역을 쉽게 알 수 있다는 장점이 있고 단점으로는 피부 자극과 착색 문제가 있다[8,12]. CHX는 1950년 영국의 Imperial Chemical Industries에서 처음 소개된 살균성이 있는 물질로서, 의료 목적 이외에도 구강청결제나 치약 등 실생활에서 널리 사용되고 있다. 수술 전 피부준비를 위한 농도는 2%에서 4%로 설정되어 사용되고 있으며 PVP-I 와 마찬가지로 앞서 언급한 작용 시간의 장점으로 알코올 용액과 주로 혼합되어 사용된다[7,13]. Lim과 Kam [12]의 보고에 따르면, 수술 전 손 소독 및 피부준비에 있어 CHX의 살균성은 PVP-I보다 우위에 있다. PVP-I와 다르게 착색의 문제는 없지만 안과 수술 전 준비에 사용될 시 각막 손상이 생길 수 있어 주의를 요하고 이로 인해 안과 수술 전 준비 시에는 2%보다 훨씬 더 낮은 농도로 사용되기도 한다[7,13]. 안면부를 포함한 피부 및 점막 수술 전 피부준비 시 BAC, PVP-I, CHX가 미치는 영향을 비교하여 적절한 물질을 선택하여 환자에게 적용해야 한다.

각 물질의 독성 평가는 EPA 농약프로그램국(Office of Pesticide Programs) 분류를 따르고 있다. EPA가 보고한 바에 따르면 BAC의 급성 독성 범주(acute toxicity category)는 피부경로(dermal route)에서 범주 III, 경구 및 흡입 경로(oral and inhalation route)에서 범주 II 로 분류되고 있으며 PVP-I의 급성 독성 범주는 일차 피부 자극(primary dermal irritation)에서 범주 I, 경구 및 흡입 경로에서 범주 II로 분류되고 있다. CHX의 급성 독성 범주는 일차 안구 자극(primary eye irritation)은 범주 I, 경구 및 흡입 경로에서 범주 II로 분류된다. 앞서 언급한 PVP-I의 피부 자극 문제, CHX의 각막 손상 문제는 이처럼 널리 알려진 부작용들이며, 이를 고려할 때 얼굴 수술 시 PVP-I나 CHX를 적용하기는 부적절하다고 볼 수 있다[68]. 미국 질병통제센터(Centers for Disease Control and Prevention)의 보고에서 또한 PVP-I와 CHX 의 피부 및 각막, 코 점막 자극에 의한 독성을 언급하고 있으며[5] 이러한 각 물질의 특징을 고려할 때 BAC는 피부 및 눈, 코 독성은 비교적 적으면서 소독 효과는 비슷한 수준으로 이는 본원에서 안면부를 포함한 피부 및 점막 수술 전 피부준비를 위한 물질로 BAC를 선택한 근거가 된다. 이러한 장점으로 현재 본원에서는 성형외과뿐 아니라, 이비인후과, 안과, 비뇨기과, 산부인과에서 피부 및 점막 부위 수술 전 피부준비 목적으로 BAC를 사용하고 있다.

하지만 BAC 또한 다른 물질들과 마찬가지로 그 독성이 피부 및 입, 눈, 코 점막 등의 부위에서 발생할 수 있다고 알려져 있다[11]. 먼저 BAC의 피부 및 입 점막 독성에 대한 이해를 위하여 동물 대상으로 일반독성시험을 시행한 Wade와 Weller의 연구에 따르면[14] 실험용 쥐를 대상으로 1회 투여했을 때 경구 경로 반수 치사량(lethal dose 50)은 175 mg/kg이었다. 또한 EPA의 보고에 따르면[6] 실험용 쥐를 대상으로 1회 투여했을 때의 경구 경로 반수 치사량은 281–511 mg/kg, 경피 경로로는 704–1,100 mg/kg으로, 일반적으로 수술 전 피부준비 목적으로 사용하는 농도인 0.1% (7 mg/kg)보다 25에서 150배 정도에 달하는 수치이다. 또한 BAC는 점안액의 보존제로 가장 흔히 사용되는 물질로, 보통 0.01%의 농도로 사용되며 보존제의 목적에 부합하는 농도는 0.004%에서 0.02%로 알려져 있고 비강 내 용액(intranasal solution)의 목적으로는 0.00045%에서 0.1%의 농도로 사용된다[2,11]. BAC가 첨가된 점안액을 장기간 반복적으로 사용하면 각막 상피 세포 기능 장애, 눈 불편감, 눈물막의 불안정성 등의 안독성을 일으킬 수 있다는 사실은 여러 연구에서 보고된 바 있다[11]. 실험용 토끼를 대상으로 1% 및 2% 농도의 BAC를 눈 부위에 적용한 투여독성 시험 결과에서 수일 내에 결막 괴사, 각막 괴사 및 궤양 등의 심각한 부작용이 발생하였다. 하지만 0.5%의 농도에서는 회복 가능한 경미한 부작용만이 관찰되었고 0.01% 및 0.1%의 농도에서는 부작용이 관찰되지 않았다. 같은 시험을 코 부위에 적용한 결과, 단회투여독성은 관찰되지 않았으며 반복투여독성시험의 경우 2–4주 기간 동안 14–56회 적용 시에 독성이 관찰되었다[11]. 이러한 결과를 종합해 보면, 수술 전 피부준비는 보통 한 환자 당 0.1% (7 mg/kg) 혹은 0.13% (5 mg/kg)의 농도로 1회 적용하므로 피부 및 입, 눈 그리고 코 부위 점막에 BAC를이용한 피부준비가 미치는 독성은 미미하다고 판단할 수 있다.

이처럼 수술 전 피부준비 시에 BAC를 알맞은 농도로 이용할 시 안전하다는 것이 밝혀져 있지만, 부적절한 농도의 BAC가 이용될 시 부작용이 실제로 나타날 수 있다. 본원에서 2020년 5월 BAC의 잘못된 희석으로 인해 4건의 합병증이 발생하였으며, 합병증 발생 후 실시된 전수조사에서는 희석비율이 잘못 적용되어 고농도의 BAC가 사용됨으로써 발생한 안전사고였음이 밝혀졌다. 이후 성형외과, 이비인후과, 안과, 비뇨기과, 산부인과에서 보다 안전한 무균적 BAC의 사용을 위하여 본원에서 새롭게 고안한 희석법을 적용하였으며, 2020년 5월 이후 BAC를 피부준비에 사용하여 시행한 329건의 피부 및 점막 수술에서 발생한 BAC 관련 합병증은 없었다.

본원에서 고안한 방법은 항상 일정한 농도로 안전하고 무균적으로 BAC를 희석할 수 있으며 성형외과, 이비인후과, 안과, 비뇨기과, 산부인과 등의 피부 및 점막 수술 전 준비 목적으로 사용할 수 있을 것으로 기대한다.

이해관계

이 논문에는 이해관계 충돌의 여지가 없음.

References

1. Merchel Piovesan Pereira B, Tagkopoulos I. Benzalkonium chlorides: uses, regulatory status, and microbial resistance. Appl Environ Microbiol 2019;85:e00377–19.
2. Marple B, Roland P, Benninger M. Safety review of benzalko-nium chloride used as a preservative in intranasal solutions: an overview of conflicting data and opinions. Otolaryngol Head Neck Surg 2004;130:131–41.
3. Price PB. Benzalkonium chloride (zephiran chloride) as a skin disinfectant. Arch Surg (1920) 1950;61:23–33.
4. Marten TJ, Elyassnia D. Facelift: Male facelift. In : Rubin JP, Neligan PC, eds. Plastic Surgery Volume 2: Aesthetic Surgery 4th ed.th ed. London: Elsevier; 2017. p. 208–39.
5. Rutala WA, Weber DJ. Healthcare Infection Control Practices Advisory Committee (HICPAC). Guideline for disinfection and sterilization in healthcare facilities 2008. Atlanta: Centers for Disease Control and Prevention; 2019.
6. U.S. Environmental Protection Agency (EPA). Reregistration eligibility decision for alkyl dimethyl benzyl ammonium chloride Washington, DC: U.S. EPA; 2006.
7. U.S. Environmental Protection Agency (EPA). Reregistration eligibility decision (RED): chlorhexidine diacetate Washington, DC: U.S. EPA; 1996.
8. U.S. Environmental Protection Agency (EPA). Reregistration eligibility decision for iodine and iodophor complexes Washington, DC: U.S. EPA; 2006.
9. Favero MS. Disinfection and sterilization in healthcare facilities. In : Zhu PC, ed. New biocides development Washington, DC: American Chemical Society; 2007. p. 31–50.
10. Korea Institute for Healthcare Accreditation. Healthcare accreditation program, third period [Internet] Seoul: Korea Institute for Healthcare Accreditation; c2018. [cited 2022 May 1]. Avail-able from: https://www.koiha.or.kr/web/kr/library/establish_board.do.
11. Choi SM, Roh TH, Lim DS, et al. Risk assessment of benzalko-nium chloride in cosmetic products. J Toxicol Environ Health B Crit Rev 2018;21:8–23.
12. Durani P, Leaper D. Povidone-iodine: use in hand disinfection, skin preparation and antiseptic irrigation. Int Wound J 2008;5:376–87.
13. Lim KS, Kam PC. Chlorhexidine: pharmacology and clinical applications. Anaesth Intensive Care 2008;36:502–12.
14. Kibbe AH. Benzalkonium chloride. In : Wade A, Weller PJ, eds. A handbook of pharmaceutical excipientsz. 2nd ed.th ed. London: Pharmaceutical Press; 994. p. 27–31.

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Fig. 1.

Dilution method used before May 2020. (A, B) Ten milliliters of 10% benzalkonium chloride was mixed with 1,000 mL of distilled water and diluted to 0.1% on a weekly basis.

Fig. 2.

New dilution method used after May 2020. (A) One point three milliliters of 10% benzalkonium chloride from in-hospital pharmacy and 100 mL of normal saline. (B-D) One point three milliliters of 10% benzalkonium chloride and 100 mL of normal saline were mixed aseptically immediately before surgery.

Fig. 3.

Examples of complications caused by inappropriate dilution before May 2020. Clinical photographs of patients with (A-C) first–degree chemical burn and (D-F) superficial second-degree chemical burn which all healed without complications through appropriate wound management.