Salmonella typhi 내독소가 백서 간조직에 미치는 형태학적 변화에 관한 실험적 연구

Abstract

Salmonella typhi는 그람음성세균으로 부적절한 환경위생시 장티프스환자 및 만성보균자에 의해 오염된 물과 음식 등을 통해 쉽게 감염될 수 있으며, 체내에서 그람음성패혈증이 유발되면 치명적인 결과를 초래하게 된다 내독소는 그람음성세균의 사멸시에 유리되며 간은 내독소로 유발되는 손상에서 표적이 되는 주된 장기의 하나로 알려져 있다. 그러나 정확한 간손상의 기전은 아직 잘 모르며 그 기전을 규명하려는 연구가 현재 계속되고 있다. 또한 내독소에 의한 간손상을 예방할 수 있는 약물도 아직 개발되어 있지 않지만, dexamethasone (Munford 및 Dietschy 1985 ; Waage 1987), ebselen (Wendel 및 Tiegs 1986), LY 171883 (Fleisch등 1985), fibronectin (Emerson 1987) 등으로 시도한 실험보고들이 있다. 이에 저자는 Salmonella typhi 내독소에 의한 간의 형태학적 변화를 관찰하여 간손상의 기전을 연구하고, 간손상에 따른 혈청효소의 변동을 관찰하며, dexamethasone 전처치에 의한 간손상의 예방효과를 알기위해 본 실험을 시도하였다. 체중 200g 정도의 백서 (Sprague Dawley) 75마리를 정상대조군 (제I군), 내독소 소량투여군 (제II군), 내독소 다량투여군 (제III군), dexamethasone 전처치후 내독소 소량투여군 (제IV군), dexamethasone 전처치후 내독소 다량투여군 (제V군)으로 나누고, 각 군은 내독소투여후 1시간, 6시간, 12시간, 24시간 및 48시간에 각각 3마리씩 도살하였다. 또한 각 군에서 1시간, 12시간 및 48시간에 도살시 우심장의 하대정맥으로부터 혈액을 채취하였다. 채혈한 혈액은 혈청효소검사를 시행하고, 적출한 간조직은 광학 및 전자현미경적 검색을 하여 다음과 같은 결론을 얻었다. 1. 혈청효소의 변동은 내독소투여군에서 간세포괴사가 나타나기 시작한 내독소투여후 12시간부터 aspartate aminotransferase(AST)와 alanine aminotransferase(ALT)가 현저히 상승하여 48시간까지 지속되었고 gamma glutamyltransferase(γ-GT)는 투여후 1시간부터 증가하여 12시간까지 지속되었고 48시간에는 다소 감소하였다. Dexamethasone 전처치군에서는 내독소 단독투여군에 비해 증가된 정도가 경미하였다. 2. 광학현미경적 소견상, 내독소 소량투여군은 투여후 6시간부터, 다량투여군은 1시간부터 울혈, 혼탁종창, 공포(vacuole) 및 염증 반응이 나타나기 시작하여 12시간에는 Kupffer세포의 증식, 간세포 괴사 및 국소출혈 등이 관찰되었고 시간이 경과함에 따라 현저해졌다. 특히 염증반응, 간세포괴사 및 국소출혈 등의 소견은 내독소 다량투여군에서 더욱 심하였다. 3. 특수염색소견상, 내독소 투여군은 당원의 감소 및 지질침착이 내독소투여후 1시간부터, 세망섬유농축현상이 투여후 12시간부터 관찰되었다. 또한 간세포괴사부위의 섬유조직증식이 48시간에 경도로 관찰되었고, 간동상혈관내 혈전이 6시간부터 관찰되었다. 이 모든 병리조직소견들은 내독소 다량투여군에서 그 정도가 더 심하였고 시간이 경과함에 따라 현저해졌다. 4. 전자현미경적 소견상, 내독소투여군은 사립체(mitochondria)의 변성으로서 종창, 다형태 및 사립체릉의 파괴를 보였고, 내형질세망(endoplasmic reticulum)의 확장, 세포질내의 공포형성과 지질변성, 핵농축 및 간동상혈관내 섬유소혈전 등이 관찰되었으며 이러한 조직변화는 내독소투여후 1시간부터 관찰되기 시작하여 내독소 다량투여군 및 시간이 경과함에 따라 그 정도가 심하여졌다. 5. Dexamethasone 전처치군은 광학 및 전자현미경적 변화가 내독소 단독투여군보다 현저히 경미하였으며 특히 Kupffer세포의 증식, 간세포괴사, 국소출혈 및 간동상혈관내 혈전 등이 관찰되지 않았다. 이상의 결과를 종합하여 보면 Salmonella typhi 내독소에 의한 간실질의 변화기전은 첫째, 간세포에 대한 직접적인 영향으로 형질내 소기관의 변성 및 파괴를 일으켜 세포괴사를 초래하고 둘째, 간접적인 영향으로 모세혈관의 내피세포에 작용하여 출혈, 혈전 등을 형성하여 간소엽의 국소적 괴사를 일으킨, 복합적인 기전에 의하여 간손상이 초래되었다고 사료되었다. ; Gram negative bacterial sepsis remains an important cause of mortality and morbidity in human. It was reported that endotoxemia produced clinically hypoglycemia and lactic acidemia. In the present study it was aimed to clarify the morphologic changes which occurred in liver during Salmonella typhi endotoxemia. Total 75 rats (Sprague Dawley) around 200g in weight were divided into 5 experimental groups from I to V. The group I (control group, 15 animals) received intraperitoneal administration of 1 ml saline. The group II (Salmonella typhi endotoxin treated group, 15 animals) and group III (Salmonella typhi endotoxin treated group, 15 animals) were given endotoxin 10mg/kg, and 20mg/kg respectively. The group IV (dexamethasone pretreated group, 15 animals) and group V (dexamethasone pretreated group, 15 animals) were given dexamethasone 5mg/kg one hour pror to injection of endotoxin 10mg/kg and endotoxin 20mg/kg, respectively. All experimental groups were sacrificed three animals at 1, 6, 12, 24 and 48 hours after endotoxin administration. Venous blood was collected from the inferior vena cava at 1, 12, and 48 hours after endotoxin administration. The results of the experiment were as follow: 1. The level of serum aspartate aminotransferase (AST) and alanine aminotransferase (ALT) were markedly elevated in endotoxin treated groups beginning from 12 hours, and gamma glutamyltransferase (γ-GT) level increased from 1 hour after endotoxin administration and lasted until 12 hours. In dexamethasone pretreated groups, the level of serm enzymes elevated in lower degree as compared with endotoxin treated groups. 2. The light microscopic findings revealed congestion, cloudy swelling, cytoplasmic vacuolation, and inflammatory cell infiltration beginning from 6 hours in small dosage group (G. II) and 1 hour in large dosage group (G. III) of endotoxin adminitration, respectively. Proliferation of Kupffer cells, necrosis of hepatocytes, and focal hemorrhage began from 12 hours after endotoxin administration in endotoxin treated groups. 3. The findings of special stains showed glycogen depletion and lipid deposition in hepatocytes beginning from 1 hour, reticulin condensation beginning from 12 hours, increased fibrosis at 48 hours, and thrombi in sinusoids beginning from 6 hours after endotoxin administration. These changes were more prominent in group III than group II. 4. The electron microscopic findings consisted of mitochondrial changes as swelling, pleomorphism, and disruption of cristae, dilatated endoplasmic reticulum, intracytoplasmic vacuolation, lipid degeneration, pyknosis of muclei, and fibrin thrombi in sinusoids. These changes began to appear from 1 hour after endotoxin administration, which were more prominent in larger dosage group. 5. Experimental groups pretreated by dexamethasone showed considerable decrement of both light and electron microscopic changes as compared with endotoxin treated groups. In conclusion, endotoxin injured the liver by both direct hepatotoxicity resulting degeneration of cytoplasmic organelles, and indirect necrosis of hepatic lobules via endothelial damage, thrombi, leading to ischemia of parenchyme. Dexamethasone prevent significantly these hepatic damage proved by light and electron microscope.