한냉에 노출된 흰쥐에서 갑상선 호르몬이 체열 생산에 미치는 영향

Abstract

항온동물이 한냉환경에 노출되면 체내에서 열생산을 증가시키고 열손실을 감소시킴으로써 체온을 유지하게 된다. 이때 열생산 기전은 한냉환경에 노출된 초기에는 주로 shivering에 의존하지만 한냉환경에 노출되는 기간이 길어질수록 근수축과 무관하며 갑상선 호르몬, catecholamine 및 glucocorticoid에 의해 유발되는 열생산인 nonshivering thermogenesis에 의존하게 된다. 갑상선 호르몬이 nonshivering thermogenesis에 중요한 역할을 한다는 사실은 갑상선 호르몬이 한냉환경에서의 생존에 필수적 임이 밝혀지면서 알려졌으며, 그 후 여러 종의 동물에서 한냉환경에 노출될 경우 갑상선 무게의 증가, 갑상선내 혈관신생의 증가, 선세포의 증대와 colloid의 감소, 갑상선의 radioactive iodide 섭취율과 유리율의 증가 및 산소소모율의 증가가 규명된 바 있다. 갑상선 호르몬에 의한 체열생산의 기전에 관해서 1970년 Ismail-Beigi 및 Edelman이 세포막의 Na^+ - K^+ - pump 의 활성화가 갑상선 호르몬에 의한 체열생산의 상당부분을 매개한다고 주장한 이후 갑상선 호르몬의 여러 표적기관에서 Na^+ - K^+ - pump의 중요성이 입증되었다. 이상과 같은 내용으로 보건 데 한냉환경에 지속적으로 노출된 동물의 체열생산 증가는 갑상선기능 항진에 따른 Na^+ - K^+ - pump의 활성화에 의한다고 생각된다. 따라서 저자는 한냉환경에 노출되었을 때 체열생산이 증가하는 기전을 규명하고저 갑상선기능 항진증(thyroxine [T_4]투여) 및 저하증 (methimazole 투여)을 유발시킨 흰쥐와 한냉환경(3℃)에 노출시킨 흰쥐에서 혈청내 갑상선호르몬 농도, 간 homogenates의 Na^+ - K^+ - transporting ATPase 활성도, 간 조직절편의 Na^+ - dependent 산소소모율 및 간 mitochondria 분획의 산소소모율을 측정하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 1. 간 homogenates의 Na^+ - K^+ - ATPase 활성도, 간조직절편의 Na^+ - dependent 산소소모율 및 간 mitochondria 분획의 산소소모율이 갑상선기능 항진군에서는 대조군에 비해 유의하게 증가하였고 갑상선기능 저하군에서는 유의하게 감소하였다. 이때 Na^+ - K^+ - ATPase 활성도의 Vmax.치는 갑상선호르몬 농도의 증가에 따라 증가하였다. 2. 한냉환경 노출군에서 혈청내 triiodothyronine(T_3) 농도는 한냉환경에 노출된 후 만 1일째에 대조군에 비해 급격히 증가하였다가 그후는 서서히 감소하였으며 T_4 농도는 한냉환경에 노출됨에 따라 점차 감소되었다. 간 homogenates의 Na^+ - K^+ - ATPase 활성도, 간조직절편의 Na^+ - dependent 산소소모율 및 간 mitochondria 분획의 산소소모율은 모두 한냉환경에 노출후 만2일째에 대조군에 비해 급격히 증가된 후 계속 높게 유지되었다. 이때 Na^+ - K^+ - ATPase 활성도의 Vmax.치는 한냉환경에 노출된 기간에 따라 증가하였다. 3. 일단 한냉환경에 적응된 이후에 갑상선기능 저하증이 유발된 경우에는 간조직의 산소소모율과 Na^+ - K^+ - ATPase 활성도가 대조군에 비해 높게 유지되었다. 이상의 실험결과는 한냉환경에 노출되었을 때 간조직의 산소소모율의 증가가 한냉환경에 노출된 초기에 증가한 혈청내 T_3 농도에 의해 Na^+ - K^+ -ATPase 합성이 증가된 것과 mitochondria의 산화능이 증가되어 나타난 현상으로 생각되며 이와같은 현상이 유발된 후에는 혈청내 T_3 농도가 감소하드라도 그 효과가 지속되는 것임을 추정케 한다. ; It has been well documented that animals exposed to cold show increased activity of thyroid gland. The calorigenic action of thyroid hormone has been demonstrated by a variety of in vivo and in vitro studies. According to Edelman et al., the thyroid thermogenesis is due to activation of energy consuming processes, especially the active sodium transport by the hormone in target tissues. It so, the increase in thyroid activity during cold exposure should induce increased capacity of sodium transport in target tissue and the change in tissue metabolism should be precisely correlated with the change in Na^+ - K^+ - ATPase activity of the tissue. This possibility was tested in the present study: in one series, changes in oxygen consumption and Na^+ - K^+ - ATPase activity of liver preparations were measured in rats as a function of thyroid status, in order to establish the effect of thyroid hormone on the tissue respiration and enzyme system; in another series, the effect of cold stimulus on the serum thyroid hormone level, hepatic tissue oxygen consumption and Na^+ - K^+ - ATPase activity in rats. The results obtained are as follows: 1. The Na^+ - dependent oxygen consumption of liver slices, the oxygen consumption of liver mitochondria and the Na^+ - K^+ - ATPase activity of liver preparations were significantly inhibited in hypothyroidism and activated in hyperthyroidism. Kinetic analysis indicated that the Vmax. Of Na^+ - K^+ - ATPase was decreased in hypothyroidism and increased in hyperthyroidism. 2. In cold exposed rats, the serum triiodothyronine(T_3) level increased rapidly during the initial one day of cold exposure, then declined slowly to the control level after two weeks. The serum thyroxine(T_4) level decreased gradually throughout the cold exposure. Accordingly the T_3/T_4 ratio increased. The mitochondrial oxygen consumption and the Na^+ - dependent oxygen consumption of liver slices increased during the first two days and then remained unchanged thereafter. The activity of the Na^+ - K^+ - ATPase in liver preparations increased during cold exposure with a time course similar to that of oxygen consumption. Kinetic analysis indicated that the Vmax, of Na^+ - K^+ - ATPase increased. 3. Once the animal was adapted to cold, induction of hypothyroidism did not significantly alter the hepatic oxygen consumption and Na^+ - K^+ - ATPase activity. These results indicate that : 1) thyroid hormone increases capacities of mitochondrial respiration and active sodium transport in target tissues such as liver; 2) the increased T_3 level during the initial period of cold exposure facilitates biosynthesis of Na^+ - K^+ - ATPase and mitochondrial enzymes for oxidative phosphorylation, leading to enhances production and utilization of ATP, hence heat production.