선천성 고혈압쥐에 있어서의 Na+, k+- ATPase 활성도에 관한 연구

Abstract

고혈압의 발생기전에 관해서는 현재까지도 밝혀지지 않고 있으나 순환계 조직 세포막을 통한 비정상 이온 이동이 상당히 중요한 역할을 할 것으로 생각되고 있다. 세포막에 있는 Na^+, K^+ - ATPase는 세포막을 통한 Na^+과 K^+의 능동수송에 관여하는 막 효소로써 이 효소의 억제는 세포내 Na^+ 농도를 증가시키고, 세포내 Na^+ 농도의 증가는 세포막 내외의 Na 농도차를 줄여 Na^+ 유입과 Ca^2+ 유출기전 (Na^+ - Ca^2+ exchange mechanism) 을 억제하여 세포내 Ca^2+ 농도를 증가시키고 결국 세포내 유리 Ca^2+ 농도의 증가로 심근의 수축력 또는 혈관의 긴장도를 증가시킬 것으로 추정된다. 지난 수년 동안 몇몇 연구가들이 사람의 선천적 고혈압의 기전을 밝히려는 수단으로 선천성고혈압쥐 (Spontaneously hypertensive rat, SHR)를 모델로 하여 많은 실험을 한 결과, 선천성고혈압쥐의 심장이나 혈관에서 분리한 Na^+, K^+ - ATPase의 활성도가 정상혈압쥐 (Spraque-Dawley, SD)에 비하여 감소되어 있음을 보고한 적이 있다. 그러나 Na^+, K^+ - ATPase 활성도가 감소한 것인지는 알 수가 없다. 본 실험은 이를 규명하기 위한 실험으로 선천성고혈압쥐(SHR)와 정상혈압쥐(SD)를 사육하면서 생후 1주부터 격주로 각 동물을 희생시켜 심근에서 sarcolemma를 분리하고 Na^+, K^+ - ATPase 활성도의 변화를 측정하여 비교하였다. 또한 Garay와 Meyer(1979)에 의하여 사람에서 선천성고혈압을 진단하기 위한 수단으로 제안된 적혈구와 혈장의 양이온(Na^+, K^+) 농도를 측정하는 법을 평가하기 위하여, 각 동물을 희생시킬 때에 심장천자로 혈액을 채취하여 선천성고혈압쥐와 정상혈압쥐의 성장도중 적혈구와 혈장의 Na^+과 K^+ 농도 변화를 측정 비교하여 얻은 실험결과는 다음과 같다. 1. 선천성고혈압쥐(SHR)는 정상혈압쥐(SD)에 비하여 성장도중 심장무게가 더 증가하였고 생후 15주~17주면 전형적인 고혈압 증세를 보였으며 심근에서 분리한 sarcolemma의 Na^+, K^+ - ATPase 활성도는 성장하면서 점점 감소하였다. 2. 선천성고혈압쥐(SHR)는 정상혈압쥐(SD)에 비하여 서앙하면서 적혈구내 Na^+ 농도가 증가하고, 혈장내 Na^+ 농도는 감소하였으며 반대로 적혈구내 K^+ 농도가 감소하고 혈장내 K^+ 농도는 증가하였다. 3. 한편 다른 세포막단백질인 Ca^2+ - ATPase의 활성도를 측정 비교한 결과 선천성고혈압쥐(SHR)와 정상혈압쥐(SD) 간에 의의있는 차이를 볼 수 없었다. 이상의 실험결과로 보아 선천성 고혈압쥐는 성장도중 순환계 조직 세포막의 Na^+, K^+ - ATPase 활성도가 점점 감소함으로 세포막을 통한 Na^+ - Ca^2+ 교환펌프를 억제하여 세포내 Ca^2+ 농도 증가로 심근의 수축력 또는 혈관의 긴장도가 증가하여 고혈압이 유발된 것으로 생각된다. 또한 세포막의 Na^+, K^+ - ATPase 활성도의 억제는 세포막내외의 Na^+과 K^+의 분포 이상을 초래하여 세포내 Na^+ 농도의 증가와 K^+ 농도의 감소를 가져오며 이러한 변화는 적혈구와 혈장에서도 볼 수 있었고 Garay와 Meyer 등이 적혈구와 혈청내 Na^+, K^+ 농도와 이동속도 측정으로 선천성고혈압을 실험실에서 진단할 수 있도록 추천한 그들의 새로운 방법이 의의있는 것으로 평가되었다. 그러나 이 실험의 결과로는 Na^+, K^+ - ATPase 활성도의 변화가 먼저인지 혈압의 변화가 먼저인지는 아직도 확실히 알 수 있다. ; Although the mechanism of the development of hypertension has not been fully elucidated, abnormal ion transport across the cardiovascular mscle membrane may play some role in this mechanism. The elevation of intracellular sodium by inhibition of the Na^+, K^+ - ATPase diminishes the sodium gradient for calcium extrusion and/or increase Na^+/Ca^++ exchange across the cell membrane. In any event, contractility and vascular tone of cardiovascular system can be increased as result of an increase of intracellular calcium. Recently it is reported that the defects of Na^+, K^+ - ATPase occur in spontaneously hypertensive rat (SHR) hearts, compared to control normotensive Splague Dawley (SD) rat hearts. However, one missing, unresolved question arose in the previous reports is whether the reduced Na^+ - pump activity in the heart of SHR is associated with the development of hypertension itself in these animals or is a consequence of inherited pathological features that later result in a reduced pump activity. In order to clearify this question it is attempted to measure the changes of the Na^+, K^+ - ATPase activities in cardiac sarcolemma purified from both the normotensive SD rats and SHR rats during growth; Simultaneously the changes of cation concentration in both intracellular space (RBC) and extracelluar space (ECF) are measured to assess the erythrocyte test (Garay and Meyer) applied to the clinical investigation of essential hypertension. The results obtained are summarized as follows: 1. The systolic blood pressure of 7 week old SHR was 120-130 mmHg, which was not significantly different from that of 19 week old SHR. On the other hand, SHR, in which hypertension was well established had pronounced cardiac hypertrophy. 2. The Na^+, K^+ - ATPase activities in cardiac sarcolemma of the SHR rats were decreased gradually as hypertension established. The decrease of Na^+, K^+ - ATPase was well associated with the increase of intracellular potassium concentration. By contrast, the Na^+, K^+ - ATPase activities and cation transports of the normotensive SD rats were not significantly changedduring growth. 3. The changes of Na^+, K^+ - ATPase activities in SHR were specific because the activities of Ca^++ - ATPase which is one of the membrane bound enzyme were nt changed during growth. From the above results, alteration of Na^+, K^+ - ATPase in cardiovascular muscle during growth appeared to be a major factor which generated hypertension in SHR rats. However, question on how the-Na^+, K^+ - ATPase activities are decreased and which event is initiative between reduction of Na^+, K^+ - ATPase and development of hypertension are still remained unclear. Recent literature suggests that there might be a genetic factor, so-called Na^+ - pump inhibitor, involved in this meachanism.